Week 1.3 chapter 1 introduction to engineering materials

1,631
-1

Published on

Engineering Materials Week 1.3 Chapter 1

Published in: Technology
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
1,631
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
77
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Week 1.3 chapter 1 introduction to engineering materials

  1. 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION TO ENGINEERING MATERIALS Objective: materials chapter 1 Introduction to engineering  เข ้าใจวัสดุวศวกรรม ิ  จาแนกประเภทของวัสดุ  เข ้าใจการวิวฒนาการของวัสดุโลหะ ั  เข ้าใจลักษณะธรรมชาติของวัสดุโลหะ 1
  2. 2. CHAPTER 1: INTRODUCTIONContent: materials chapter 1 Introduction to engineering1. Introduction to engineering material.2. Classification of materials.3. History of metallic material.4. Nature of metallic material. 2
  3. 3. ENGINEERING MATERIAL Ceramic (bottle) materials chapter 1 Introduction to engineering Metal(can) Polymer 3
  4. 4. ENGINEERING MATERIAL Metal Composite materials chapter 1 Introduction to engineering Ceramic Polymer 4
  5. 5. chapter 1 Introduction to engineering materials 5 Metallic MaterialENGINEERING MATERIAL
  6. 6. chapter 1 Introduction to engineering materials 6ENGINEERING MATERIAL Ceramic material
  7. 7. chapter 1 Introduction to engineering materials 7ENGINEERING MATERIAL Polymer material
  8. 8. CHAPTER 1: INTRODUCTION 1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิ วัสดุเกียวข้องกับชีวตประจาวันของคนเราอยูตลอดเวลา เช่น ่ ิ ่ เสื้อผ้า เครืองนุ่งห่ม, ภาชนะ, ยานพาหนะ, การสือสาร, ่ ่ materials chapter 1 Introduction to engineering สิงก่อสร้าง ฯลฯ ยกตัวอย่างเช่น ่ เสื้อผ้า Polymer ตัวถังรถยนต์ Metal คอนกรีต Ceramics ดังนันความเข้าใจในธรรมชาติทมา และทีไปของวัสดุจง ้ ี่ ่ ึ มีปรัโยชน์ อย่างมากต่อวิศวกร 8
  9. 9. CHAPTER 1: INTRODUCTION 1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิ WHY STUDY MATERIALS SCIENCE AND materials chapter 1 Introduction to engineering  ENGINEERING? Many an applied scientist or engineer, whethermechanical, civil, chemical, or electrical, will at one time or another be exposed to a design problem involving materials 9
  10. 10. CHAPTER 1: INTRODUCTION 1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิWhat is Materials Science and Engineering ? materials chapter 1 Introduction to engineering To Apply Engineering Material knowledge Material Science Structure + & Engineering Properties + Process Material = Performance Materials Fundamental Knowledge Science Of Materials 10
  11. 11. CHAPTER 1: INTRODUCTION chapter 1 Introduction to engineering materials1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิ What is Materials Science and Engineering ? Structure Performance Properties Process 11
  12. 12. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิ  Structure  Subatomic level Electronic structure of individual atoms that defines interaction among atoms materials chapter 1 Introduction to engineering (interatomic bonding). 12
  13. 13. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิ  Atomic level Arrangement of atoms in materials (for the same atoms can have different properties, e.g. two forms of carbon: graphite and diamond) materials chapter 1 Introduction to engineering 13
  14. 14. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิ  Microscopic structure Arrangement of small grains of material that can be identified by microscopy. materials chapter 1 Introduction to engineering 14
  15. 15. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิ  Macroscopic structure Structural elements that may be viewed with the naked eye. materials chapter 1 Introduction to engineering 15
  16. 16. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิ Length-scales -10  Angstrom = 1Å = 1/10,000,000,000 meter = 10 m - Nanometer = 10 nm = 1/1,000,000,000 meter = 10 materials chapter 1 Introduction to engineering  9 m -6  Micrometer = 1μm = 1/1,000,000 meter = 10 m -3  Millimeter = 1mm = 1/1,000 meter = 10 m 16
  17. 17. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิ materials chapter 1 Introduction to engineering 17
  18. 18. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิ Property of Materials materials chapter 1 Introduction to engineering Mechanical Physical Property Chemical Property • Density Property • Strength • Thermal conductivity • Corrosion resistance • Hardness • Thermal expansion • Alloying element • Toughness • Electricity • Ductility • Magnetism • Fatigue • Optical behavior 18 • Creep • Color • Wear Resistance
  19. 19. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.1 บทนาว ัสดุวศวกรรม ิ Process of Materials materials chapter 1 Introduction to engineering 19
  20. 20. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials materials chapter 1 Introduction to engineering ยางเสริมใยเหล็ ก Metal คอนกรีตเสริมเหล็ ก Composite Polymer Ceramic 20 Fiber glass
  21. 21. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials materials chapter 1 Introduction to engineering 21
  22. 22. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials  Metals  Materials in this group are composed of one or more metallic elements (such as iron, aluminum, copper, materials chapter 1 Introduction to engineering titanium, gold, and nickel)  Metals can be classify into 2 type  Ferrous  Non ferrous 22
  23. 23. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Metals materials chapter 1 Introduction to engineering 23
  24. 24. chapter 1 Introduction to engineering materials 24FERROUS CLASSIFICATION
  25. 25. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials  Ceramics  Ceramics are compounds between metallic and nonmetallic elements. materials chapter 1 Introduction to engineering  They are most frequently oxides, nitrides, and carbides.  For example, some of the common ceramic materials include aluminum oxide (or alumina, Al2O ), silicon 3 dioxide (or silica, SiO ), silicon carbide (SiC), silicon 2 nitride (Si N ) 3 4 25
  26. 26. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of MaterialsCeramics materials Refractory material materials chapter 1 Introduction to engineering engine valves Exhaust engine 26
  27. 27. CERAMICS MATERIALSModern Ceramics Tradition Ceramics Heat resistance material  เครืองสุขภ ัฑ์ ่ materials chapter 1 Introduction to engineering  ถ้วย ฉาม 27
  28. 28. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials  traditional ceramics  Those composed of clay minerals (i.e., porcelain), as well materials chapter 1 Introduction to engineering as cement and glass.  Properties of Ceramic  strong—stiffnesses and strengths are comparable to those of the metals.  ceramics are typically very hard.  extremely brittle (lack ductility) and are highly susceptible to fracture.  Typically insulative to the passage of heat and electricity (i.e., have low electrical conductivities. 28
  29. 29. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials  Ceramics  More resistant to high temperatures and harsh(ความรุนแรง ของสภาพอากาศ) environments than metals and polymers. materials chapter 1 Introduction to engineering  Regard to optical characteristics, ceramics may be transparent, translucent, or opaque 29
  30. 30. chapter 1 Introduction to engineering materials 30POLYMERS MATERIAL
  31. 31. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials  Polymers  Polymers include the familiar plastic and rubber materials. materials chapter 1 Introduction to engineering  There are organic compounds that are chemically based on carbon, hydrogen, and other nonmetallic elements (viz. O, N, and Si).  They have very large molecular structures, often chain- like in nature with a backbone of carbon atoms.  The familiar polymers are polyethylene (PE), nylon, poly(vinyl chloride) (PVC), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), and silicone rubber. 31
  32. 32. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of MaterialsStructure Polymers materials chapter 1 Introduction to engineering 32
  33. 33. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials  Properties Polymers  These materials typically have low densities. materials chapter 1 Introduction to engineering  The mechanical characteristics are generally dissimilar to the metallic and ceramic materials—they are not as stiff nor as strong as.  The stiffnesses and strengths on a per-mass basis are comparable to the metals and ceramics.  The polymers are extremely ductile and pliable(อ่อน, ยืดหยุน) ่  They are easily formed into complex shapes. 33
  34. 34. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials  Composites  A composite is composed of two (or more) individual materials, which come from the metals, ceramics, and materials chapter 1 Introduction to engineering polymers.  The design goal of a composite is to achieve a combination of properties that is not displayed by any single material  The most common composites is fiberglass, in which small glass fibers are embedded within a polymeric material (normally an epoxy or polyester).  important materials is the “Carbon Fiber Reinforced Polymer” (or “CFRP”), high stiffness and ductility. 34
  35. 35. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials materials chapter 1 Introduction to engineering Bar-chart of room-temperature density values for various 35 metals, ceramics, polymers, and composite materials.
  36. 36. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials materials chapter 1 Introduction to engineeringBar-chart of room-temperature stiffness (i.e., elastic modulus) 36values for various metals, ceramics, polymers, and compositematerials.
  37. 37. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials materials chapter 1 Introduction to engineeringBar-chart of room-temperature strength (i.e., tensile strength) 37
  38. 38. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials materials chapter 1 Introduction to engineering 38Bar-chart of room-temperature resistance to fracture (i.e.,fracture toughness)
  39. 39. CHAPTER 1: INTRODUCTION1.2 Classification of Materials materials chapter 1 Introduction to engineering 39 Bar-chart of room-temperature electrical conductivity ranges
  40. 40. 1.3 History of metal ี่ ้ ในยุคแรกเริมวัสดุทมนุษย์มานามาใชเป็ นวัสดุทพบได ้ใน ่ ี่ ่ ธรรมชาติ เชน หิน, ไม ้, ดินเหนียว, หนั งและขนสตว์ เป็ นต ้น ั ่ โลหะสวนใหญ่อยูในรูปของแร่ ดังนั นโลหะในยุคเริมต ้นทีม ี ่ ้ ่ ่ materials chapter 1 Introduction to engineering ้ การใชงานจึงเป็ นโลหะทีพบได ้ในรูปของโลหะโดย ่ ่ ธรรมชาติ เชน ทอง, เงิน, ตะกัว ่ เมือมนุษย์เริมมีพัฒนาการจึงเริมหันมาใชวัสดุทดแทนซงมี ่ ่ ่ ้ ึ่ สมบัตทดกว่าวัสดุทเกิดในธรรมชาติ เชน บรอนซ, ิ ี่ ี ี่ ่ ์ ทองเหลือง เป็ นต ้น เมือมนุษย์มความเข ้าใจในวัสดุศาสตร์ดขนจึงมีการคิดค ้น ่ ี ี ึ้ ั และสงเคราะห์วสดุใหม่ ๆทีสามารถทาหน ้าทีได ้ดีขน เชน ั ่ ่ ึ้ ่ ้ แก ้ว, คอนกรีต, เหล็กกล ้า, เสนใยสงเคราะห์ ั 40
  41. 41. 1.3 HISTORY OF METAL ในทางโบราณคดีนยมตังชอยุควัสดุทใช ้ ิ ้ ื่ ี่  Stone age materials chapter 1 Introduction to engineering  Bronze age  Iron age  Scientific age 41
  42. 42. 1.3 HISTORY OF METAL Stone age  ้ ่ ยุคหิน มนุษย์ใชวัสดุจากธรรมชาติ เชน หิน, ไม ้, เถาวัลย์ มา ้ ั ทายุทโธปกรณ์ ใชในการล่าสตว์และรบ materials chapter 1 Introduction to engineering  แข็ง(คม)  เปราะ(แตกหักง่าย) 42
  43. 43. 1.3 HISTORY OF METAL Bronze age  ่ ้ ึ่ โลหะทีใชได ้แก่ ทองคา, เงิน, ตะกัว ซงพบในสภาพโลหะตาม ่ ธรรมชาติ materials chapter 1 Introduction to engineering  เหนียว(Ductility)  แข็งแรงกว่าหิน  มีน้ าหนั กมาก  ่ สวนผสมหลักเป็ นโลหะทองแดง 43
  44. 44. 1.3 HISTORY OF METAL Iron age  ให ้ความแข็งแรงมากกว่าทองแดงผสม  น้ าหนักเบากว่าทองแดงผสม  ต ้านทานการกัดกร่อนได ้น ้อยกว่าทองแดง  ขึนรูปได ้ยากกว่าทองแดงผสม ้ materials chapter 1 Introduction to engineering  ่ ่ เหล็กคุณภาพตามาก (แข็ง+เปราะ) สวนใหญ่ขนรูปโดยการหล่อ ึ้ 44
  45. 45. 1.3 HISTORY OF METAL Scientific age วัสดุมความแข็งแรงสูง ี ต้านทานการก ัดกร่อนได้ด ี materials chapter 1 Introduction to engineering นาหน ักเบา ้ ี ี ทนการเสยดสและ อุณหภูมได้สง ิ ู 45
  46. 46. 1.3 HISTORY OF METAL Scientific age materials chapter 1 Introduction to engineering คุณสมบ ัติความเปนแม่เหล็ ก ็ การนาไฟฟา ้ 46 คุณสมบ ัติความเปนแม่เหล็ ก ็
  47. 47. chapter 1 Introduction to engineeringmaterials 47
  48. 48. chapter 1 Introduction to engineering materials 48CLASSIFY BY FUNCTIONAL
  49. 49. INFLUENCE OF TEMPERATURE & STRENGTH  Increasing temperature normally reduces the strength of a material. materials chapter 1 Introduction to engineering  Polymers are suitable only at low temperatures.  Some composites, such as carbon-carbon composites, special alloys, and ceramics, have excellent properties at high temperatures. 49
  50. 50. 1.4 ธรรมชาติของว ัสดุโลหะ ่ ่ึวัสดุโลหะปกติแล ้วเกิดขึนจากสวนผสมระหว่างธาตุโลหะ ซงทาพันธะโลหะ ้ ึ่(Metallic bond) กันซงจะมี valence electron อยูรวมกัน ่ ่ materials chapter 1 Introduction to engineering 50
  51. 51. 1.4 ธรรมชาติของว ัสดุโลหะ  สมบัตของวัสดุโลหะหลาย ิ ประการเป็ นผลมาจาก valence ่ electron เชนความสามารถนา ไฟฟ้ า และความร ้อนได ้ดี materials chapter 1 Introduction to engineering  สมบัตโดยทั่วไปของโลหะ ิ คือ แข็งและเหนียวปาน กลาง, นาไฟฟ้ า, นาความ ร ้อนได ้ดี, ไม่โปร่งใส, เกิด สนิมได ้ 51
  52. 52. โครงสร้างผลึกของโลหะ Space LatticeUnit Cell materials chapter 1 Introduction to engineering หากมีกล ้องจุลทรรศน์ทมกาลังขยาย ี่ ี ่ มาก ๆ สองเข ้าไปในโลหะจะพบว่า โครงสร ้างของโลหะมีความเป็ นระเบียบ โดยจะมีลักษณะซ้า ๆ กัน เมือพิจารณา ่ โครงสร ้างทีซ้า ๆ กันนั นแล ้ว เลือก ่ ้ หน่วยปริมาตรทีเป็ นตัวแทนของ ่ โครงสร ้างดังกล่าวออกมา หน่วย ปริมาตรนันเรียกว่า (Unit Cell) ้Atom Bonding 52
  53. 53. สาหรับ Fe มีด ้านของ unit cell ยาว 0.287 nm ดังนันระยะทาง 1 cm ้จะเท่ากับ unit cell ของ Fe มาเรียงต่อกันจานวน materials chapter 1 Introduction to engineering ิ ี่ สามสบสล ้านแปดแสน Unit Cell !!!!! 53
  54. 54. CHAPTER 1: INTRODUCTIONMany times, a materials problem is oneof selecting to the right material. materials chapter 1 Introduction to engineeringHow to select?????????????? The selecting to the right of material.  First of all, the service conditions must be characterized.  A second selection consideration is any deterioration of material properties that may occur during service operation.  Finally, probably the overriding consideration is that of economics 54
  55. 55. ้ ปัจจ ัยในการเลือกใชว ัสดุ ่ ่ สามารถทาหน ้าทีได ้ดี เชน แข็งแรง, นาไฟฟ้ า, เป็ นแม่เหล็ก ทนความร ้อน ฯลฯ ่ น้ าหนั กเบา เชน อลูมเนียมเบากว่าเหล็ก ิ ่ materials chapter 1 Introduction to engineering ความทนทาน เชน เหล็กกล ้าไร ้สนิมเกิดสนิมยากกว่าเหล็ก ่ ราคา เชน เหล็กราคาถูกกว่าไททาเนียม ่ ี ั ความสวยงาม เชน ทองคามีสสนสวยงามกว่าทองเหลือง ้ ่ ความยากง่ายในการขึนรูป เชน ทองแดงอัดขึนรูปได ้ง่ายกว่า ้ เหล็ก ่ ความสามารถหาได ้ง่าย เชน ไททาเนียมหาได ้ยากทาให ้มีราคา แพง 55
  56. 56. chapter 1 Introduction to engineering materials 56FACTOR OF MATERIALS SELECTION
  57. 57. ล้อแมกรถยนต์ ทาจาก โลหะผสมแมกนีเซยมี (Mg Alloys) มีนาหน ักเบา ้ materials chapter 1 Introduction to engineeringห ัวไม้กอล์ฟทาจากโลหะผสมของไทเทเนียม ด้าม ทาจากกราไฟต์ ทาให้นาหน ักเบา และแข็งแรง ้ 57
  58. 58. ตัวกล ้องทาจากโลหะ Mg-Alloyเบา, แข็งแรง ไม่เปราะ materials chapter 1 Introduction to engineeringผิวทาจากโพลิเมอร์น้ าหนั กเบาเหนียว ขึนรูปง่าย ้ ึจับแล ้วให ้ความรู ้สกสบายมือเลนส ์ ทาจากเซรามิกส ์ (แก ้ว) มีความโปร่งแสง ัมองเห็นภาพชดเจน 58
  59. 59. CONDUCTIVITY PROPERTY  Transformer  Switchgear  Rotating Equipment  Motor Control Center  Protective Relay  Low, Medium and High-Voltage materials chapter 1 Introduction to engineering Circuit Breaker 59
  60. 60. การเปรียบเทียบคุณสมบ ัติของว ัสดุ ความแข็งPolymers Metals Ceramics ความเหนียว materials chapter 1 Introduction to engineeringCeramics Metals Polymers จุดหลอมตัว ุPolymers Metals Ceramics การนาความร ้อนCeramics Polymers Metals การนาไฟฟ้ าCeramics Polymers Metals 60
  61. 61. chapter 1 Introduction to engineering materials 61MATERIAL DESIGN AND SELECTION
  62. 62. ADVANCED MATERIALS Magnetic Materials  Computer hard disks and audio and video cassettes make use of many ceramic, metallic, and polymeric materials.  For example, particles of a special form of iron oxide, materials chapter 1 Introduction to engineering gamma iron oxide (g-Fe2O3) are deposited on a polymer substrate to make audio cassettes.  Computer hard disks are made using alloys based on cobalt- platinum-tantalum chromium (Co-Pt-Ta-Cr) alloys.  Magnetic ferrites are used to make inductors and components for wireless communications.  Steels based on iron and silicon are used to make transformer 62 cores.
  63. 63. ADVANCED MATERIALS  Photonic or Optical Materials  Silica is used widely for making optical fibers installed around the world. materials chapter 1 Introduction to engineering  Optical materials are used for making semiconductor detectors and lasers used in fiber optic communications.  Alumina (Al O ) and yttrium 2 3 aluminum garnets (YAG) are used for making lasers. 63
  64. 64. ADVANCED MATERIALS  Photonic or Optical Materials  Amorphous silicon is used to make solar cells. materials chapter 1 Introduction to engineering  Polymers are used to make liquid crystal displays (LCDs) 64
  65. 65. CONCLUSION Materials engineering Material Classification Mechanical properties materials chapter 1 Introduction to engineering Physical properties Nature of Metal Selection of Materials Advance Materials 65
  66. 66. chapter 1 Introduction to engineeringmaterials 66
  67. 67.  Select one or more of the modern items or devices listed below, and then conduct an Internet search in order to determine what specific material(s) is (are) used and what specific properties this (these) material(s) possess(es) in order for the device/item to function properly. Finally, write a short essay in which you report your findings. materials chapter 1 Introduction to engineering  Cell phone/digital camera batteries  Cell phone displays  Solar cells  Wind turbine blades  Fuel cells  Automobile engine blocks (other than cast iron)  Automobile bodies (other than steel alloys)  Space telescope mirrors  Military body armor  Sports Equipment  Soccer balls  Basketballs 67

×