工程材料及熱加工工藝

工程材料及熱加工工藝第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.工程材料及其成形技術(shù)的地位2.工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展3.工程材料的分類4.本課程的性質(zhì)、任務(wù)和要求的任務(wù)緒論第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.工程材料及其成形技術(shù)的地位材料(materials)是人類用來制作各種產(chǎn)品的物質(zhì)，是先于人類存在的，是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。反映人類社會(huì)文明的水平。工程材料：機(jī)械工程材料主要指用于機(jī)械工程、電器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程等領(lǐng)域的材料。圖0-1圖0-2圖0-3圖0-4圖0-5第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日

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返回第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.工程材料及其成形技術(shù)的地位石器的制造和使用陶器與瓷器的發(fā)明和使用燦爛的青銅文化鐵器的生產(chǎn)和應(yīng)用鋼的熱處理技術(shù)達(dá)到相當(dāng)高的水平絲綢——天然高分子材料第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日最先使用的工具是石器。天然材料制成石刀、石斧、石鋤。1.工程材料及其成形技術(shù)的地位第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日

東漢時(shí)期發(fā)明了瓷器，瓷器成為中國文化的象征，對(duì)世界文明產(chǎn)生了極大的影響。瓷器陶器1.工程材料及其成形技術(shù)的地位第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日

青銅主要用于制造各種工具、食器、兵器。1.工程材料及其成形技術(shù)的地位第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日司母戊鼎重達(dá)8750N,外型尺寸為1.33m×0.78m×1.10m第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.工程材料及其成形技術(shù)的地位第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日鐵人春秋戰(zhàn)國時(shí)期開始大量使用鐵器。黃河鎮(zhèn)河大鐵牛(唐開元12年鑄)1.工程材料及其成形技術(shù)的地位第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.工程材料及其成形技術(shù)的地位1960’s：材料、能源、信息并成為現(xiàn)在技術(shù)和現(xiàn)代文明的三大支柱。1970’s：新型材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)為新技術(shù)革命的主要標(biāo)志。第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.工程材料及其成形技術(shù)的地位制造加工：用各種材料制作人們所需的物質(zhì)產(chǎn)品的過程。舉例:碳素筆（9個(gè)零件）中型轎車（7萬個(gè)）第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.工程材料及其成形技術(shù)的地位制造加工流程：生產(chǎn)準(zhǔn)備、材料成形、加工處理、成品原材料（錠料、軋材）凝固成形塑性成形焊接成形毛坯切削加工零件機(jī)器裝配切削加工凝固成形塑性成形焊接成形熱處理熱處理切削加工表面加工材料加工過程輸入材料(I)輸入能量(I)輸入信息(I)輸出信息(O)(形狀、性能)輸出能量(O)(損失)輸出材料(O)(產(chǎn)品+廢料)第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.工程材料及其成形技術(shù)的地位材料的選擇與成形工藝的采用是機(jī)械零件獲得所需性能的重要保證。工程材料及其成形與人類有密不可分的關(guān)系。高新技術(shù)的發(fā)展、資源和能源的有效利用、通信技術(shù)的進(jìn)步、工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)的改善、人民生活水平的提高都與此密切相關(guān)。因此，把自然資源和人類需要、社會(huì)發(fā)展和人類生存聯(lián)系在一起的材料及其制造加工循環(huán)，必然要引起全社會(huì)的高度重視。第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展1)先進(jìn)工程材料及應(yīng)用新材料數(shù)萬種，5%速度遞增，高功能化、超高新能化、復(fù)合輕量和智能化方向發(fā)展。（1）結(jié)構(gòu)類工程材料超塑性金屬材料、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、導(dǎo)彈彈體和衛(wèi)星（2）功能材料利用聲、光、電、磁、熱及生化等效應(yīng)，如記憶元件、激光器的工作物質(zhì)紅寶石、超導(dǎo)材料、（衛(wèi)星天線）記憶合金Ni-Ti、現(xiàn)代隱形技術(shù)（新介質(zhì)材料），后勤裝備冬服，作訓(xùn)服等第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展2)先進(jìn)成形技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用裝備的設(shè)計(jì)、材料和制造技術(shù)相輔相成，相互促進(jìn)、制約（1）新的成形工藝發(fā)展迅速（2）大幅度減輕裝備質(zhì)量、降低制造成本。（3）常規(guī)成形加工技術(shù)逐步被現(xiàn)代技術(shù)改裝（4）組合或復(fù)合成形工藝得到應(yīng)用（5）成形工藝模擬技術(shù)（6）成形加工技術(shù)與新結(jié)構(gòu)、新材料并行發(fā)展第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展

新材料新工藝迅速發(fā)展高分子材料迅速發(fā)展陶瓷材料引人注目復(fù)合材料前途廣闊功能材料發(fā)展很快我國在新材料新工藝的研究和應(yīng)用方面取得重大成果第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日從20世紀(jì)60年代到70年代，高分子材料每年以14％的速度增長，而金屬材料的年增長率僅為4％。滌綸安全帶尼龍齒輪2.工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日耐磨陶瓷陶瓷材料除了具有許多特殊性能作為重要的功能材料(例如可作光導(dǎo)纖維、激光晶體等)以外，其脆性和抗熱震性正在逐步獲得改善，是最有前途的高溫結(jié)構(gòu)材料。機(jī)器零件和工程結(jié)構(gòu)已不再只使用金屬材料制造了。

絕緣陶瓷第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日復(fù)合材料前途廣闊玻璃鋼賽車殼體

玻璃纖維樹脂復(fù)合材料(即玻璃鋼)、碳纖維樹脂復(fù)合材料已應(yīng)用于宇航和航空工業(yè)中制造衛(wèi)星殼體、宇宙飛行器外殼、飛機(jī)機(jī)身、螺旋槳等、發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪等；

在交通運(yùn)輸工業(yè)中制造汽車車身、輕型船艇等；

在石油化工工業(yè)中制造耐酸、耐堿、耐油的容器、管道等。玻璃鋼儲(chǔ)液罐第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日功能材料發(fā)展很快

光纜近年來超導(dǎo)材料、磁性材料、形狀記憶材料、信息材料等各種功能材料有很大的發(fā)展。磁浮列車（時(shí)速430公里）第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日研制成功性能優(yōu)越、用途廣泛的新型結(jié)構(gòu)鋼—貝氏體鋼；研制出零電阻溫度為128.7K的Tl-Ca-Ba-Cu-O超導(dǎo)體(鉈系超導(dǎo)體)；鎂鋁合金的開發(fā)和應(yīng)用研究取得重大成果。鎂鋁合金葉輪

鎂鋁合金手機(jī)殼重大成果第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日重大成果材料快速成型技術(shù)和材料表面處理技術(shù)在我國得到迅速發(fā)展。

分層實(shí)體快速成形減速機(jī)箱體原型熔融沉積快速成形葉輪原型激光表面淬火、激光熔涂技術(shù)已在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、凸輪軸、石油抽油管、紡織用錠桿等零件的表面強(qiáng)化上得到應(yīng)用。

第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日重大成果

航空、航天事業(yè)迅速崛起，帶動(dòng)航空、航天材料的發(fā)展。1966年我國成功發(fā)射人造衛(wèi)星；1999年11月21日我國載人航天工程第一艘試驗(yàn)飛船“神舟”一號(hào)飛行成功；2003年10月15日中國第一艘載人飛船“神舟”五號(hào)飛行成功。人造衛(wèi)星運(yùn)載火箭“神舟”五號(hào)飛行成功飛船第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日重大成果

研制了超7隱形戰(zhàn)斗機(jī)，2003年8月30日首飛成功。

超7隱形戰(zhàn)斗機(jī)殲7E戰(zhàn)斗機(jī)在C60和碳納米管新型碳材料的研究方面取得許多新的成果,利用碳納米管作為襯底,制備出均勻、致密的金剛石薄膜，并用碳納米管作為晶須增強(qiáng)復(fù)合材料，制作納米復(fù)合材料。

碳納米管第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.工程材料的分類1）金屬材料①黑色金屬—鐵和以鐵為基的合金(鋼、鑄鐵等)②有色金屬—黑色金屬以外的所有金屬及其合金。2）高分子材料

①塑料—主要指工程塑料。又分熱塑性和熱固性塑料②合成纖維—由單體聚合而成再經(jīng)過機(jī)械處理成纖維材料。③橡膠—經(jīng)硫化處理，彈性優(yōu)良的聚合物。分通用和特種橡膠。④膠粘劑—分樹脂型、橡膠型和混合型。第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日3）陶瓷材料①普通陶瓷—主要為硅、鋁氧化物的硅酸鹽材料.②特種陶瓷—高熔點(diǎn)的氧化物、碳化物、氮化物等燒結(jié)材料。③金屬陶瓷—用生產(chǎn)陶瓷的工藝來制取的金屬與碳化物或其它化合物的粉末制品。4）復(fù)合材料

是由兩種或兩種以上的材料組合而成的材料。①按基體相種類分：聚合物基、金屬基、陶瓷基、石墨基等。②按用途分：結(jié)構(gòu)、功能、智能復(fù)合材料。第三十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日若按成形原理與成形時(shí)材料的狀態(tài)主要可分為液態(tài)成形技術(shù)、固態(tài)塑變成形技術(shù)、固態(tài)連接成形技術(shù)、粉末壓制成形技術(shù)、高分子材料成形技術(shù)、復(fù)（組）合成形技術(shù)六大類，如表2所示。材料名稱材料組成結(jié)合鍵金屬材料(黑色金屬、有色金屬)陶瓷材料高分子材料復(fù)合材料金屬為主金屬和非金屬的化合物主碳?xì)浠衔餅橹鲀煞N或兩種以上上述材料的組合金屬鍵為主共價(jià)鍵+離子鍵為主共價(jià)鍵+范德華鍵為主混合鍵表1材料按其組成與結(jié)合鍵特點(diǎn)分類第三十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日表2按成形原理與成形時(shí)材料的狀態(tài)分類成形技術(shù)名稱成形原理成形時(shí)材料的狀態(tài)液態(tài)成形技術(shù)（鑄造）固態(tài)塑變成形技術(shù)（鍛壓）固態(tài)連接成形技術(shù)（焊接）粉末壓制成形技術(shù)（粉末冶金）高分子材料成形技術(shù)復(fù)（組）合成形技術(shù)凝固塑性變形凝固，塑性變形，粘合或兩種組合貼合和嵌合凝固上述兩種及以上的組合液態(tài)固態(tài)固態(tài)為主顆粒態(tài)為主糊狀態(tài)為主混合態(tài)第三十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日工程應(yīng)用：熟悉工程材料的應(yīng)用，具有對(duì)材料改性與成形工藝的分析能力。工程需求→零件（部件、整機(jī)）設(shè)計(jì)→加工制造→組裝、使用材料特征、性能（第1~2章）材料的加工性及加工中的性能變化（第3~4章）材料的具體應(yīng)用（第5~12章）關(guān)鍵：具體工況（應(yīng)用）下正確、科學(xué)合理選材、加工（路線）與應(yīng)用。4.本課程性質(zhì)、任務(wù)和要求第三十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)本課程，要緊緊抓住其核