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1、工程材料及成形技术基础工程材料及成形技术基础Engineering Materials and Engineering Materials and Fundamental of Materials Shaping Fundamental of Materials Shaping TechniqueTechnique机械基础教研室机械基础教研室 王沁峰王沁峰E-mail：参考书参考书工程材料，朱张校，工程材料，朱张校，清华大学出版社，清华大学出版社，2001.1。TB3/ZZ21材料成形技术基础，施江澜，材料成形技术基础，施江澜，机械工业出版社，机械工业出版社，2004.1。TB3/SJ11成绩
2、评定成绩评定平时成绩（平时成绩（20）实验成绩（实验成绩（10）期末成绩（期末成绩（70）材料是人类文明的基石，是促进人类文明材料是人类文明的基石，是促进人类文明与发展的四大关键领域之一。没有材料，与发展的四大关键领域之一。没有材料，就没有人类文明。就没有人类文明。但是，材料需要成形才能使用，材料的发但是，材料需要成形才能使用，材料的发展和成形工艺的发展是密不可分的。所以展和成形工艺的发展是密不可分的。所以材料成形工艺是材料能否得到善用的关键。材料成形工艺是材料能否得到善用的关键。机械制造过程机械制造过程材料：金属、非金属、复合材料材料：金属、非金属、复合材料成形方法：铸造、锻压、焊接、粉末冶
3、金等成形方法：铸造、锻压、焊接、粉末冶金等材料材料零件零件毛坯、毛坯、半成品半成品机器机器 成形成形机加工机加工热处理热处理装配装配课程性质课程性质机械类和近机类各专业的专业基础课机械类和近机类各专业的专业基础课课程任务课程任务1.了解工程材料与成形技术的一般知识；了解工程材料与成形技术的一般知识；2.建立化学成分、加工工艺、组织结构与性能之建立化学成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系。间的关系。课程内容课程内容1.工程材料基础理论工程材料基础理论分类、基本性能、晶体结构分类、基本性能、晶体结构典型相图及热处理典型相图及热处理2.常用工程材料常用工程材料黑色金属与有色金属、非金属材料黑色金
4、属与有色金属、非金属材料3.3.成形技术基础成形技术基础成形技术基础成形技术基础铸造、压力加工、焊接铸造、压力加工、焊接4.材料与成形工艺选择材料与成形工艺选择实验实验绪绪 论论1材料和材料科学材料和材料科学2工程材料的应用和发展工程材料的应用和发展l材料是指人类所能加材料是指人类所能加以利用的各种物质。以利用的各种物质。l材料科学是以材料为材料科学是以材料为研究对象的一门科学。研究对象的一门科学。哥伦比亚号航天飞机哥伦比亚号航天飞机一、材料和材料科学一、材料和材料科学材材材材料料料料是是是是人人人人类类类类进进进进化化化化的的的的里里里里程程程程碑碑碑碑。它它的的发发展展水水平平和和利用程度
5、已成为人类文明进步的标志。利用程度已成为人类文明进步的标志。材料的发展与人类社会简图材材料料是是人人类类生生产产和和生生活活所必须的物质基础。所必须的物质基础。手锤锉刀“神舟神舟”四号飞船成功返四号飞船成功返回回国产涡喷-7涡轮喷气发动机l没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前的计算机技术。的计算机技术。联想计算机联想计算机龙芯龙芯2 2号号没没没没有有有有高高高高温温温温高高高高强强强强度度度度的的的的结结结结构构构构材材材材料料料料，就就就就不不不不可可可可能能能能有有有有今今今今天天天天的的的的航航航航空工业和宇航工业。空工业和宇航工业。空工
6、业和宇航工业。空工业和宇航工业。在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片飞机发动机叶片波音客机没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。因此，二十世纪七十年代，人们把材料与能源、信因此，二十世纪七十年代，人们把材料与能源、信息并列称作现代文明的三大支柱之一。息并列称作现代文明的三大支柱之一。中中华华民民族族在在人人类类历历史史上上为为材材料料的的发发展展和和应应用用作作出出过重大贡献。过重大贡献。l早在公元前早在公元前6000 5000年的新石器时代，中华年的新石器
7、时代，中华民族的先人就能用黏土民族的先人就能用黏土烧制成陶器，到东汉时烧制成陶器，到东汉时期又出现了瓷器，并流期又出现了瓷器，并流传海外。传海外。40004000年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。司母戊鼎司母戊鼎河南安阳晚商遗址出土河南安阳晚商遗址出土青铜铸造青铜铸造高高133厘米
8、厘米 重重875kg饰纹优美饰纹优美越王勾践剑越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器春秋晚期越国青铜兵器出土于湖北江陵楚墓出土于湖北江陵楚墓 长长55.755.7厘米厘米 剑锷锋芒犀利剑锷锋芒犀利锋能割断头发锋能割断头发 古代剑刃制造中的特殊技术古代剑刃制造中的特殊技术春秋战国时代的春秋战国时代的青铜剑，剑身及青铜剑，剑身及剑锋由不同成分剑锋由不同成分的青铜组成，是的青铜组成，是复合材料很好的复合材料很好的例子例子梯度材料古已有之梯度材料古已有之这是古代剑刃截面图这是古代剑刃截面图l黄石铜矿遗址黄石铜矿遗址l春秋晚期春秋晚期l矿井深达矿井深达50m50ml炼铜炉渣多达炼铜炉渣多达4040万吨万吨l实属
9、罕见实属罕见 我我我我国国国国从从从从春春春春秋秋秋秋战战战战国国国国时时时时期期期期便便便便开开开开始始始始大大大大量量量量使使使使用用用用铁铁铁铁器器器器，明明明明朝朝朝朝科科科科学学学学家家家家宋宋宋宋应应应应星星星星在在在在天天天天工工工工开开开开物物物物一一一一书书书书中中中中就就就就记记记记载载载载了了了了古古古古代代代代的的的的渗渗渗渗碳碳碳碳热热热热处处处处理理理理等等等等工工工工艺艺艺艺。这这这这说说说说明明明明早早早早在在在在欧欧欧欧洲洲洲洲工工工工业业业业革革革革命命命命之之之之前前前前，我我我我国国国国在金属材料及热处在金属材料及热处在金属材料及热处在金属材料及热处理方
10、面就已经有了较高的成就。理方面就已经有了较高的成就。理方面就已经有了较高的成就。理方面就已经有了较高的成就。生铁炒熟铁图宋应星鞍钢鞍钢攀钢夜景攀钢夜景新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大型钢铁基地。钢产量在型钢铁基地。钢产量在型钢铁基地。钢产量在型钢铁基地。钢产量在19491949年仅年仅年仅年仅15.815.8万吨。万吨。万吨。万吨。20082008年中年中年中年中国钢铁产量首次突破国钢铁产量首次突破国钢铁产量首次突破国钢铁产量首次突破5 5亿吨
11、，亿吨，亿吨，亿吨，已占据全球近已占据全球近已占据全球近已占据全球近4040的钢铁产的钢铁产的钢铁产的钢铁产量，是全球最大的钢铁生产量，是全球最大的钢铁生产量，是全球最大的钢铁生产量，是全球最大的钢铁生产国和消费国。国和消费国。国和消费国。国和消费国。中国第一颗人造卫星长征火箭大家族中国第一颗原子弹爆炸中国第一颗氢弹爆炸原子弹、氢弹的爆炸，卫星、飞船的上天等都说明了我国在材料的开发、研究及应用等方面有了飞跃的发展。中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”号飞船号飞船“神舟二号”飞船运往发射工位“神舟”一号飞船 “神舟”一号发射成功“神舟”二号发射成功中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”
12、号飞船号飞船“神舟”三号发射成功“神舟”四号发射成功“神舟”三号飞船 “神舟”四号飞船 中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”五号载人飞船五号载人飞船杨利伟升空升空返回返回全人类共同的家园全人类共同的家园飞天飞天返回舱返回舱2 2、材料科学、材料科学、材料科学、材料科学l主要研究内容：主要研究内容：l 研究材料的化学组成、结构与性能的关系；研究材料的化学组成、结构与性能的关系；l 研究材料的形成机理和制取方法；研究材料的形成机理和制取方法；l 研究材料物理性能的测试方法和技术；研究材料物理性能的测试方法和技术；l 分析材料的损坏机理；分析材料的损坏机理；l 研究材料的合理加工方法和最佳使用
13、方案研究材料的合理加工方法和最佳使用方案l材料科学是以材料为材料科学是以材料为研究对象的一门科学研究对象的一门科学挑战者号爆炸瞬间l18631863年，光学显微镜首次应用年，光学显微镜首次应用于金属研究，诞生了金相学，使于金属研究，诞生了金相学，使人们能够将材料的宏观性能与微人们能够将材料的宏观性能与微观组织联系起来。观组织联系起来。灰铸铁的显微组织光学显微镜Pb-Sn共晶组织人类对材料的认识是逐步深入的19121912年年年年发发发发现现现现了了了了X-X-射射射射线线线线对对对对晶晶晶晶体体体体的的的的作作作作用用用用并并并并在在在在随随随随后后后后被被被被用用用用于于于于晶晶晶晶体体体体
14、衍衍衍衍射射射射分分分分析析析析，使使使使人人人人们们们们对对对对固固固固体体体体材材材材料料料料微微微微观观观观结结结结构构构构的的的的认认认认识识识识从最初的假想到科学的现实。从最初的假想到科学的现实。从最初的假想到科学的现实。从最初的假想到科学的现实。Si表面的重构图象X-射线衍射仪19321932年年年年发发发发明明明明了了了了电电电电子子子子显显显显微微微微镜镜镜镜，把把把把人人人人们们们们带带带带到到到到了了了了微微微微观观观观世世世世界界界界的的的的更更更更深层次（深层次（深层次（深层次（1010-7-7mm）透射电子显微镜 扫描电子显微镜 光镜下电镜下金属钛中的位错l1934年
15、位错理论的提年位错理论的提出，解决了晶体理论出，解决了晶体理论计算强度与实验测得计算强度与实验测得的实际强度之间存在的实际强度之间存在的巨大差别的矛盾，的巨大差别的矛盾，对于人们认识材料的对于人们认识材料的力学性能及设计高强力学性能及设计高强度材料具有划时代的度材料具有划时代的意义。意义。二、工程材料的应用和发展二、工程材料的应用和发展随随随随着着着着经经经经济济济济的的的的飞飞飞飞速速速速发发发发展展展展和和和和科科科科学学学学技技技技术术术术的的的的进进进进步步步步，对对对对材材材材料料料料的的的的要要要要求求求求越越越越来来来来越越越越苛苛苛苛刻刻刻刻，结结结结构构构构材材材材料料料料向
16、向向向高高高高比比比比强强强强、高高高高刚刚刚刚度度度度、高高高高韧韧韧韧性性性性、耐高温、耐腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展。耐高温、耐腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展。耐高温、耐腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展。耐高温、耐腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展。国产东风国产东风4D-0088内燃机车内燃机车美国美国F-35闪电闪电新材料在不断地涌现新材料在不断地涌现新材料在不断地涌现新材料在不断地涌现机械工业是材料应用的重要领域机械工业是材料应用的重要领域机械工业是材料应用的重要领域机械工业是材料应用的重要领域l随着机械工业的发展，对产品的要求越来越高。随着机械工业的发展，对产品的要求越来越高。l在产品设计与制造过程中，会遇到越来越多的材料在产品设计与制造过程中，会遇到越来越多的材料及材料加工方面的问题。及材料加工方面的问题。l要求机械工程技术人员掌握必要的材料科学与材料要求机械工程技术人员掌握必要的材料科学与材料工程知识，具备正确选择材料和加工方法、合理安工程知识，具备正确选择材料和加工方法、合理安排加工工艺路线的能力。排加工工艺路线的能力。铸造一级涡轮盘铸造一级涡轮盘演讲完毕，谢谢观看！