1、1.工程材料及其成形技術(shù)的地位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)展工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展3.工程材料的分類(lèi)工程材料的分類(lèi)4.本課程的性質(zhì)、任務(wù)和要求的任務(wù)本課程的性質(zhì)、任務(wù)和要求的任務(wù)緒論緒論1.1.工程材料及其成形技術(shù)的地位工程材料及其成形技術(shù)的地位材料材料(materials) (materials) 是人類(lèi)用來(lái)制作各種產(chǎn)品的物是人類(lèi)用來(lái)制作各種產(chǎn)品的物質(zhì)，是先于人類(lèi)存在的，是人類(lèi)生活和生產(chǎn)的質(zhì)，是先于人類(lèi)存在的，是人類(lèi)生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。反映人類(lèi)社會(huì)文明的水平。物質(zhì)基礎(chǔ)。反映人類(lèi)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、工程材料：機(jī)械工程材料主要指

2、用于機(jī)械工程、電器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工電器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程等領(lǐng)域的材料。程等領(lǐng)域的材料。圖圖 0-1圖圖 0-2圖圖 0-3圖圖 0-4圖圖 0-51.1.工程材料及其成形技術(shù)的地位工程材料及其成形技術(shù)的地位 石器的制造和使用石器的制造和使用陶器與瓷器的發(fā)明和使用陶器與瓷器的發(fā)明和使用燦爛的青銅文化燦爛的青銅文化鐵器的生產(chǎn)和應(yīng)用鐵器的生產(chǎn)和應(yīng)用鋼的熱處理技術(shù)達(dá)到相當(dāng)高的水平鋼的熱處理技術(shù)達(dá)到相當(dāng)高的水平絲綢絲綢天然高分子材料天然高分子材料最先使用的工具是石器。天然材料制成石刀、最先使用的工具是石器。天然材料制成石刀、石斧、石鋤。石斧、石鋤。1.1.工程材料

3、及其成形技術(shù)的地位工程材料及其成形技術(shù)的地位 東漢時(shí)期發(fā)明了瓷器，瓷器成為中國(guó)文化的象征，東漢時(shí)期發(fā)明了瓷器，瓷器成為中國(guó)文化的象征，對(duì)世界文明產(chǎn)生了極大的影響。對(duì)世界文明產(chǎn)生了極大的影響。瓷器瓷器陶器陶器1.1.工程材料及其成形技術(shù)的地位工程材料及其成形技術(shù)的地位 青銅主要用于制造各種工具、食器、兵器。青銅主要用于制造各種工具、食器、兵器。1.1.工程材料及其成形技術(shù)的地位工程材料及其成形技術(shù)的地位司母戊鼎重達(dá)司母戊鼎重達(dá)8750 n, 外外型尺寸為型尺寸為1.33 m0.78 m1.10 m1.1.工程材料及其成形技術(shù)的地位工程材料及其成形技術(shù)的地位鐵人鐵人春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期開(kāi)始大量使用鐵器春秋

4、戰(zhàn)國(guó)時(shí)期開(kāi)始大量使用鐵器。黃河鎮(zhèn)河大鐵牛黃河鎮(zhèn)河大鐵牛( (唐開(kāi)元唐開(kāi)元1212年鑄年鑄) )1.1.工程材料及其成形技術(shù)的地位工程材料及其成形技術(shù)的地位1. 1. 工程材料及其成形技術(shù)的地位工程材料及其成形技術(shù)的地位 1960s：材料、能源、信息并成為：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。現(xiàn)在技術(shù)和現(xiàn)代文明的三大支柱。 1970s：新型材料、信息技術(shù)和生：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。物技術(shù)為新技術(shù)革命的主要標(biāo)志。1.1.工程材料及其成形技術(shù)的地位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制造加工：用各種材料制作人們所需的物質(zhì)產(chǎn)品的過(guò)程

5、。的物質(zhì)產(chǎn)品的過(guò)程。舉例舉例:碳素筆（碳素筆（9個(gè)零件）個(gè)零件） 中型轎車(chē)（中型轎車(chē)（7萬(wàn)個(gè)）萬(wàn)個(gè)）1.1.工程材料及其成形技術(shù)的地位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、材料成形制造加工流程：生產(chǎn)準(zhǔn)備、材料成形、加工處理、成品、加工處理、成品原材料原材料（錠料、軋材）（錠料、軋材）凝固成形凝固成形塑性成形塑性成形焊接成形焊接成形毛坯毛坯切削加工切削加工零件零件機(jī)器機(jī)器裝配裝配切削加工切削加工凝固成形凝固成形塑性成形塑性成形焊接成形焊接成形切削加工切削加工表面加工表面加工材料加工材料加工過(guò)程過(guò)程輸入材料輸入材料(i)輸入能量輸入能量(i)輸入信息輸入信息(i)輸出信息輸出信息(o

6、)(形狀、性能形狀、性能)輸出能量輸出能量(o)(損失損失)輸出材料輸出材料(o)(產(chǎn)品產(chǎn)品+廢料廢料)1.1.工程材料及其成形技術(shù)的地位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。零件獲得所需性能的重要保證。 工程材料及其成形與人類(lèi)有密不可分工程材料及其成形與人類(lèi)有密不可分的關(guān)系。高新技術(shù)的發(fā)展、資源和能的關(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)。生活水平的提高都與此密切相

7、關(guān)。因因此，把自然資源和人類(lèi)需要、社會(huì)發(fā)此，把自然資源和人類(lèi)需要、社會(huì)發(fā)展和人類(lèi)生存聯(lián)系在一起的材料及其展和人類(lèi)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)的制造加工循環(huán)，必然要引起全社會(huì)的高度重視。高度重視。 2. 2.工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展1) 1)先進(jìn)工程材料及應(yīng)用先進(jìn)工程材料及應(yīng)用新材料數(shù)萬(wàn)種，新材料數(shù)萬(wàn)種，5%5%速度遞增，高功能化、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。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(lèi)工程材料）結(jié)構(gòu)類(lèi)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)星超塑性金屬材料、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、導(dǎo)彈彈體和衛(wèi)

8、星（2）功能材料）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(xiàn)）記憶合金器的工作物質(zhì)紅寶石、超導(dǎo)材料、（衛(wèi)星天線(xiàn)）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、現(xiàn)代隱形技術(shù)（新介質(zhì)材料），后勤裝備冬服，作訓(xùn)服等訓(xùn)服等 2. 2.工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展2)2)先進(jìn)成形技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用先進(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）新的成形工藝

9、發(fā)展迅速（2）大幅度減輕裝備質(zhì)量、降低制造成本。）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）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）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)）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）成形加工技術(shù)與新結(jié)構(gòu)、新材料并行發(fā)展 2. 2.工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展 新材料新工藝迅速發(fā)展新材料新工藝迅速發(fā)展 高分子材料迅速發(fā)展高分子材料迅速發(fā)展陶瓷材料引人注目陶瓷材料引人注目復(fù)合材料前途廣闊復(fù)合材料前途廣闊功能材料發(fā)展很快功能材料發(fā)展很快 我國(guó)在新材料新工藝的研

10、究和應(yīng)用方面我國(guó)在新材料新工藝的研究和應(yīng)用方面取得取得重大成果重大成果從從2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代到年代到7070年代，高分子材料每年以年代，高分子材料每年以1414的的速度增長(zhǎng)，而金屬材料的年增長(zhǎng)率僅為速度增長(zhǎng)，而金屬材料的年增長(zhǎng)率僅為4 4。滌綸安全帶尼龍齒輪 2. 2.工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展工程材料與成形技術(shù)的發(fā)展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陶瓷材料除了具有許多特殊性能作為重要的功能材料材料( (例如可作光導(dǎo)纖維、激光晶體等例如可作光導(dǎo)纖維、激光晶體等) )以外，其以外，其脆性和抗熱震性正在逐步獲得改善，是最有前途脆性和抗熱震性正在逐步獲得改善，是最有前途的高

11、溫結(jié)構(gòu)材料。機(jī)器零件和工程結(jié)構(gòu)已不再只的高溫結(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。使用金屬材料制造了。 絕緣陶瓷 復(fù)合材料前途廣闊復(fù)合材料前途廣闊玻璃鋼賽車(chē)殼體 玻璃纖維樹(shù)脂復(fù)合材料玻璃纖維樹(shù)脂復(fù)合材料( (即玻璃鋼即玻璃鋼) )、碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材、碳纖維樹(shù)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；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(chē)車(chē)身、輕型船艇等；在交通運(yùn)輸工業(yè)中制造汽車(chē)車(chē)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

12、在石油化工工業(yè)中制造耐酸、耐堿、耐油的容器、管道等。等。玻璃鋼儲(chǔ)液罐 功能材料發(fā)展很快功能材料發(fā)展很快 光纜光纜近年來(lái)超導(dǎo)材料、磁性材料、形狀記近年來(lái)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憶材料、信息材料等各種功能材料有很大的發(fā)展。很大的發(fā)展。 磁浮列車(chē)（時(shí)速磁浮列車(chē)（時(shí)速430公里）公里）研制成功性能優(yōu)越、用途廣泛的新型結(jié)構(gòu)鋼研制成功性能優(yōu)越、用途廣泛的新型結(jié)構(gòu)鋼貝氏貝氏體鋼；體鋼；研制出零電阻溫度為研制出零電阻溫度為128.7 k128.7 k的的tl-ca-ba-cu-otl-ca-ba-cu-o超導(dǎo)超導(dǎo)體體( (鉈系超導(dǎo)體鉈系超導(dǎo)體) )；鎂鋁合金的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究取

13、得重大成果。鎂鋁合金的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究取得重大成果。鎂鋁合金葉輪鎂鋁合金葉輪鎂鋁合金手機(jī)殼鎂鋁合金手機(jī)殼 重大成果重大成果 重大成果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(guó)材料快速成型技術(shù)和材料表面處理技術(shù)在我國(guó)得到迅速發(fā)展。得到迅速發(fā)展。 分層實(shí)體快速成形減速機(jī)箱體原型分層實(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(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、激光表面淬火、激光熔涂技術(shù)已在汽車(chē)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。上得到應(yīng)用。 重大成果重大成果 航空、航天事業(yè)迅

14、速崛起，帶動(dòng)航空、航天航空、航天事業(yè)迅速崛起，帶動(dòng)航空、航天材料的發(fā)展。材料的發(fā)展。19661966年我國(guó)成功發(fā)射人造衛(wèi)星；年我國(guó)成功發(fā)射人造衛(wèi)星；19991999年年1111月月2121日我國(guó)載人航天工程第一艘試驗(yàn)飛船日我國(guó)載人航天工程第一艘試驗(yàn)飛船“神舟神舟”一號(hào)飛行成功；一號(hào)飛行成功； 20032003年年1010月月1515日中國(guó)第一艘載人飛船日中國(guó)第一艘載人飛船“神舟神舟”五號(hào)飛行成功五號(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 重大成果重大成果 研制了超研制了超7 7隱形戰(zhàn)斗機(jī)，隱形戰(zhàn)斗機(jī)，20032003年年8 8月月3030日首飛成功。日首飛成功。 超7隱形戰(zhàn)斗機(jī)殲7

15、e戰(zhàn)斗機(jī) 在在c60c60和碳納米管新型碳材料的研究方面取得和碳納米管新型碳材料的研究方面取得許多新的成果許多新的成果, ,利用碳納米管作為襯底利用碳納米管作為襯底, , 制備出均制備出均勻、致密的金剛石薄膜，并用碳納米管作為晶須勻、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。增強(qiáng)復(fù)合材料，制作納米復(fù)合材料。碳納米管3.3.工程材料的分類(lèi)工程材料的分類(lèi)1 1）金屬材料）金屬材料 黑色金屬黑色金屬鐵和以鐵為基的合金鐵和以鐵為基的合金( (鋼、鑄鐵等鋼、鑄鐵等) ) 有色金屬有色金屬黑色金屬以外的所有金屬及其合金。黑色金屬以外的所有金屬及其合金。2 2）高分子材料）高分子

16、材料 塑料塑料主要指工程塑料。又分熱塑性和熱固性塑料主要指工程塑料。又分熱塑性和熱固性塑料 合成纖維合成纖維由單體聚合而成再經(jīng)過(guò)機(jī)械處理成由單體聚合而成再經(jīng)過(guò)機(jī)械處理成 纖維纖維材料。材料。 橡膠橡膠經(jīng)硫化處理，彈性?xún)?yōu)良的聚合物。經(jīng)硫化處理，彈性?xún)?yōu)良的聚合物。 分通用和分通用和特種橡膠。特種橡膠。 膠粘劑膠粘劑分樹(shù)脂型、橡膠型和混合型。分樹(shù)脂型、橡膠型和混合型。3 3）陶瓷材料）陶瓷材料 普通陶瓷普通陶瓷主要為硅、鋁氧化物的硅酸鹽材料主要為硅、鋁氧化物的硅酸鹽材料. . 特種陶瓷特種陶瓷高熔點(diǎn)的氧化物、碳化物、氮化物高熔點(diǎn)的氧化物、碳化物、氮化物 等燒等燒結(jié)材料。結(jié)材料。 金屬陶瓷金屬陶瓷用生

17、產(chǎn)陶瓷的工藝來(lái)制取的金屬與碳化用生產(chǎn)陶瓷的工藝來(lái)制取的金屬與碳化物或其它化合物的粉末制品。物或其它化合物的粉末制品。4 4）復(fù)合材料）復(fù)合材料 是由兩種或兩種以上的材料組合而成的材料。是由兩種或兩種以上的材料組合而成的材料。按基體相種類(lèi)分：聚合物基、金屬基、按基體相種類(lèi)分：聚合物基、金屬基、 陶瓷基、陶瓷基、 石墨基等。石墨基等。按用途分：結(jié)構(gòu)、功能、智能復(fù)合材料按用途分：結(jié)構(gòu)、功能、智能復(fù)合材料。 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)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)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)、

18、高分子材料成形技術(shù)、復(fù)（、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(lèi)，如表組）合成形技術(shù)六大類(lèi)，如表2 2所示。所示。 材料名稱(chēng)材料名稱(chēng) 材料組成材料組成 結(jié)合鍵結(jié)合鍵金屬材料金屬材料(黑色金黑色金屬、有色金屬屬、有色金屬)陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料復(fù)合材料復(fù)合材料金屬為主金屬為主金屬和非金屬的化金屬和非金屬的化合物主合物主碳?xì)浠衔餅橹魈細(xì)浠衔餅橹鲀煞N或兩種以上上兩種或兩種以上上述材料的組合述材料的組合金屬鍵為主金屬鍵為主共價(jià)鍵共價(jià)鍵+離子鍵為離子鍵為主主共價(jià)鍵共價(jià)鍵+范德華鍵范德華鍵為主為主混合鍵混合鍵成形技術(shù)名稱(chēng)成形技術(shù)名稱(chēng)成形原理成形原理成形時(shí)材料的狀態(tài)

19、成形時(shí)材料的狀態(tài)液態(tài)成形技術(shù)（鑄造）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)塑變成形技術(shù)（鍛壓）固態(tài)連接成形技術(shù)（焊接）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）粉末壓制成形技術(shù)（粉末冶金）高分子材料成形技術(shù)高分子材料成形技術(shù)復(fù)（組）合成形技術(shù)復(fù)（組）合成形技術(shù) 凝固凝固 塑性變形塑性變形凝固，塑性變形，粘合或兩種組合凝固，塑性變形，粘合或兩種組合 貼合和嵌合貼合和嵌合 凝固凝固 上述兩種及以上的組合上述兩種及以上的組合液態(tài)液態(tài)固態(tài)固態(tài)固態(tài)為主固態(tài)為主顆粒態(tài)為主顆粒態(tài)為主糊狀態(tài)為主糊狀態(tài)為主混合態(tài)混合態(tài)工程應(yīng)用：工程應(yīng)用：熟悉工程材料的應(yīng)用，具有對(duì)材料改性熟悉工程材料的應(yīng)用，具有對(duì)材料改性與成形工藝的分析能力。與成形工藝的分析能力。工程需求工程需求零件（部件、整機(jī)）設(shè)計(jì)零件（部件、整機(jī)）設(shè)計(jì)加工制造加工制造 組裝、使用組裝、使用