工程材料及成形工藝基礎(chǔ)本課程介紹工程材料及成形工藝的基礎(chǔ)知識(shí)，包括材料的分類、特性、選擇、成形方法等。課程目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生工程材料基礎(chǔ)知識(shí)理解工程材料的種類、特性和應(yīng)用。掌握常見材料成形工藝學(xué)習(xí)鑄造、鍛造、焊接等加工技術(shù)。提升材料選擇和應(yīng)用能力掌握材料選擇原則，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。工程材料概述工程材料是構(gòu)成各種工程結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的基本物質(zhì)。它們是各種工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的重要組成部分。了解工程材料的特性，可以幫助我們選擇合適的材料，設(shè)計(jì)出更合理的工程結(jié)構(gòu)，提高工程項(xiàng)目的質(zhì)量和效率。工程材料的種類繁多，常見的材料包括金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料。金屬材料如鋼鐵、鋁合金等，具有強(qiáng)度高、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，常用于建造橋梁、建筑物、機(jī)械設(shè)備等。非金屬材料如水泥、木材、塑料等，具有成本低、易加工等特點(diǎn)，常用于建造房屋、家具、包裝等。金屬材料定義金屬材料是指由金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的材料。它們通常具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性以及強(qiáng)度和韌性。分類金屬材料可以根據(jù)化學(xué)成分、物理性質(zhì)和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分類。主要的分類包括黑色金屬、有色金屬和合金。特性金屬材料的特性包括強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性、疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性等。這些特性決定了金屬材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。應(yīng)用金屬材料被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括建筑、機(jī)械制造、航空航天、電子、能源等。它們?cè)诂F(xiàn)代工業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色。金屬材料的性質(zhì)強(qiáng)度金屬材料抵抗外力破壞的能力。拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度等。塑性金屬材料在外力作用下發(fā)生永久變形的能力。延伸率、斷面收縮率等。韌性金屬材料抵抗沖擊載荷的能力。沖擊韌性、斷裂韌性等。導(dǎo)電性金屬材料傳遞電能的能力。電阻率、電導(dǎo)率等。鐵碳合金定義鐵碳合金是指由鐵和碳組成的合金，是工程材料中最重要的一種。分類亞共析鋼：碳含量低于0.77%，含碳量較低，具有較好的延展性和韌性。共析鋼：碳含量為0.77%，性能介于亞共析鋼和過共析鋼之間。過共析鋼：碳含量高于0.77%，含碳量較高，具有較高的硬度和強(qiáng)度。應(yīng)用鐵碳合金廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括建筑、機(jī)械、汽車、航空航天等。鋼鐵的熱處理熱處理是一種通過控制加熱和冷卻速度來改變鋼鐵內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和性能的方法。1正火細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性2淬火提高硬度和強(qiáng)度，但降低韌性3回火降低硬度，提高韌性4退火降低硬度，提高塑性和韌性不同的熱處理方法可以根據(jù)不同的需求選擇，從而使鋼鐵材料獲得最佳的性能。有色金屬銅銅是重要的工業(yè)金屬，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性，被廣泛應(yīng)用于電氣、電子、機(jī)械等領(lǐng)域。鋁鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素，具有輕質(zhì)、耐腐蝕、易加工等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、建筑、交通等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。鎂鎂是一種輕金屬，具有強(qiáng)度高、密度低、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，在汽車、航空航天、電子等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。鋅鋅是一種常見的金屬，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能，主要用于生產(chǎn)鋅合金，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、建筑等領(lǐng)域。金屬合金11.提高強(qiáng)度合金可以通過改變金屬的晶體結(jié)構(gòu)來提高強(qiáng)度和硬度。22.改善性能通過添加其他元素，可以改變金屬的耐腐蝕性、耐高溫性、導(dǎo)電性等性能。33.降低成本合金可以降低成本，例如將貴金屬與其他金屬混合使用。44.擴(kuò)展應(yīng)用合金的特殊性能使其可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如航空航天、醫(yī)療器械等。陶瓷材料陶瓷材料是指以金屬和非金屬元素為基礎(chǔ)，通過高溫?zé)Y(jié)而成的無機(jī)非金屬材料。陶瓷材料擁有多種優(yōu)異性能，例如耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕緣性好等。陶瓷材料在現(xiàn)代工業(yè)和生活中應(yīng)用廣泛，例如建筑材料、電子器件、航空航天材料、醫(yī)療器械等。陶瓷材料的種類傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷材料包括陶器、瓷器和炻器，應(yīng)用廣泛。高級(jí)陶瓷高級(jí)陶瓷材料性能優(yōu)異，包括氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。特種陶瓷特種陶瓷材料具有特殊功能，如耐高溫陶瓷、生物陶瓷、光學(xué)陶瓷等。陶瓷材料的特性高硬度陶瓷材料具有高硬度，耐磨損，適用于切割和研磨等應(yīng)用。耐高溫陶瓷材料具有良好的耐高溫性能，可用于高溫環(huán)境下的各種應(yīng)用。耐腐蝕陶瓷材料耐酸堿腐蝕，在惡劣環(huán)境中具有很強(qiáng)的耐久性。絕緣性陶瓷材料是良好的絕緣體，廣泛應(yīng)用于電子和電氣領(lǐng)域。高分子材料高分子材料，也稱為聚合物，由許多小分子單體通過化學(xué)鍵連接而成的長(zhǎng)鏈狀分子。它們?cè)谌粘Ｉ詈凸I(yè)中廣泛應(yīng)用，例如塑料、橡膠、纖維和涂料。高分子材料具有許多優(yōu)異的性能，包括輕便、柔韌性好、耐腐蝕、隔熱、絕緣等。這些特性使得它們?cè)诟鞣N領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。高分子材料的分類天然高分子天然高分子是指天然存在的聚合物，例如蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素和橡膠等。合成高分子合成高分子是通過化學(xué)合成制備的聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。半合成高分子半合成高分子是指利用天然高分子為原料，經(jīng)過化學(xué)改性或處理得到的聚合物，例如醋酸纖維素、硝酸纖維素等。熱塑性塑料11.形狀可塑加熱軟化，冷卻后固化，可反復(fù)塑形。22.重復(fù)使用可多次熔融加工，不會(huì)分解。33.應(yīng)用廣泛常用於包裝、日用品、電子產(chǎn)品。44.常見類型聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）。熱固性塑料熱固性樹脂熱固性樹脂在加熱時(shí)會(huì)發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，形成堅(jiān)固的、不可熔融的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。常見類型熱固性塑料包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂和聚氨酯樹脂等，廣泛應(yīng)用于電子、汽車和建筑領(lǐng)域。復(fù)合材料復(fù)合材料是由兩種或多種不同材料組成的材料。它們具有優(yōu)于單一材料的優(yōu)異性能，例如強(qiáng)度、剛度、耐腐蝕性、耐高溫性等。復(fù)合材料的應(yīng)用非常廣泛，例如航空航天、汽車制造、建筑、電子產(chǎn)品等。它們具有優(yōu)良的性能和輕量化的特點(diǎn)，是現(xiàn)代工業(yè)的重要材料。復(fù)合材料的種類增強(qiáng)型復(fù)合材料增強(qiáng)型復(fù)合材料以增強(qiáng)纖維或顆粒為基礎(chǔ)，例如玻璃纖維增強(qiáng)塑料和碳纖維增強(qiáng)樹脂。金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料使用金屬基體，增強(qiáng)材料可以是陶瓷、纖維或其他金屬。陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料以陶瓷材料為基體，增強(qiáng)材料通常是纖維。其他復(fù)合材料除了常見的幾類外，還有其他類型的復(fù)合材料，如聚合物基復(fù)合材料和木質(zhì)復(fù)合材料。材料的成形加工方法1鑄造將熔化的金屬液倒入模具中，冷卻凝固后形成所需形狀的零件2鍛造利用鍛錘或壓力機(jī)對(duì)金屬坯料進(jìn)行錘擊或壓制，使其塑性變形并獲得所需形狀3焊接利用熱能或壓力將兩個(gè)或多個(gè)金屬工件熔化或壓接在一起，形成牢固的連接鑄造工藝1熔化將金屬加熱至熔點(diǎn)以上2澆注將熔融金屬倒入模具3冷卻凝固金屬在模具中冷卻凝固4清理從模具中取出鑄件，清理表面鑄造工藝是一種將金屬熔化后倒入模具中，冷卻凝固成型的方法。鍛造工藝鍛造工藝是一種金屬成形加工方法，通過對(duì)金屬材料施加壓力，使材料發(fā)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的金屬制品。1鍛造鍛造工藝通過對(duì)金屬材料施加壓力，使其發(fā)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的金屬制品。2鍛造設(shè)備鍛造設(shè)備種類多樣，包括錘頭，壓力機(jī)等。3鍛造方法常用的鍛造方法有自由鍛、模鍛、沖壓等。4鍛造過程鍛造過程包括加熱、成形、冷卻等步驟。鍛造工藝具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如強(qiáng)度高、韌性好、尺寸精度高、表面質(zhì)量好等。鍛造工藝在機(jī)械制造、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。焊接工藝1熔焊將兩個(gè)工件加熱到熔化狀態(tài)，然后在熔池中形成金屬結(jié)合，最終冷卻后形成牢固的連接。氣焊電弧焊激光焊2壓焊利用壓力將兩個(gè)工件緊密接觸，在不熔化的情況下使金屬原子相互擴(kuò)散，形成結(jié)合。電阻焊冷壓焊爆炸焊3釬焊使用熔點(diǎn)低于母材的釬料，將兩個(gè)工件連接起來，形成牢固的連接。硬釬焊軟釬焊切削加工1車削用刀具旋轉(zhuǎn)切削工件2銑削用旋轉(zhuǎn)的刀具對(duì)工件進(jìn)行切削3鉆削用旋轉(zhuǎn)的鉆頭對(duì)工件進(jìn)行切削4刨削用往復(fù)運(yùn)動(dòng)的刀具切削工件切削加工是利用刀具對(duì)工件進(jìn)行切削，改變工件形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法。成型加工塑性成型通過壓力使金屬材料產(chǎn)生塑性變形，改變其形狀和尺寸，如壓制、拉伸、彎曲等。粉末冶金將金屬粉末壓制成型，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成致密的金屬制品。模塑成型利用模具將熱塑性塑料加熱后，壓制成型，如注塑、擠出、吹塑等。復(fù)合材料成型將多種材料按一定比例混合，并通過成型工藝，使其成為具有特定性能的復(fù)合材料。表面處理表面處理的重要性改善材料的表面性能，提高耐腐蝕性、耐磨性、耐高溫性、耐沖擊性等。表面處理種類常見方法包括：噴涂、電鍍、熱處理、化學(xué)處理、機(jī)械加工、拋光等。涂裝工藝噴涂將涂料均勻地噴涂到工件表面，形成保護(hù)層。電泳利用電場(chǎng)力將帶電荷的涂料粒子沉積到工件表面。粉末將粉末涂料噴涂到工件表面，經(jīng)高溫固化成膜。材料的選擇原則11.使用性能材料的性能要滿足設(shè)計(jì)要求,包括強(qiáng)度,韌性,硬度,耐腐蝕性等。22.加工性能材料的加工性能應(yīng)適合生產(chǎn)工藝,易于成形,加工,焊接,表面處理等。33.成本成本應(yīng)與產(chǎn)品價(jià)值相符,考慮原材料價(jià)格,加工成本,使用壽命等因素。44.可獲得性材料應(yīng)易于采購(gòu),供應(yīng)穩(wěn)定,確保生產(chǎn)順利進(jìn)行。本課程小結(jié)材料基礎(chǔ)知識(shí)掌握材料的基本分類、特性和應(yīng)用領(lǐng)域。成形加工工藝熟悉常見的材料成形加工方法和工藝流程。材料選擇原則了解材料選擇的影響因素和科學(xué)選擇材料的方法。拓展閱讀專業(yè)書籍深入學(xué)習(xí)工程材料與成形工藝