机械工程材料与成形工艺基础金属工艺学绪论.ppt

1、机械制造教研室机械制造教研室课程名称：课程名称：机械工程材料机械工程材料 及成形工艺基础及成形工艺基础 绪论绪论黎明职业大学机电工程及自动化学院黎明职业大学机电工程及自动化学院 课课 程程 介介 绍绍本课程的性质及研究对象v性质：性质：金属工艺学金属工艺学(材料材料成形成形及机械制造及机械制造工工艺艺基础基础)是一门研究材料成形工艺和机是一门研究材料成形工艺和机械制造工艺的综合性基础课。械制造工艺的综合性基础课。课课 程程 介介 绍绍本课程的性质及研究对象v研究对象：研究对象：1 1、它主要讲授工程材料常用的、它主要讲授工程材料常用的成形方法成形方法及机械及机械加工加工方法方法和和工艺特点、工

2、艺特点、机械制造过程中常用的一些先进技机械制造过程中常用的一些先进技术。术。2 2、各种、各种工艺工艺方法本身的规律性及在机械制造中的方法本身的规律性及在机械制造中的应用和相互联系；应用和相互联系；3 3、金属零件的加工、金属零件的加工工艺工艺过程；过程；4 4、金属材料性能及其对加工、金属材料性能及其对加工工艺工艺的影响；的影响；5 5、工艺工艺方法的综合比较等。方法的综合比较等。课课 程程 介介 绍绍学习本课程的目的 （1）获得常用的金属材料、非金属材料的获得常用的金属材料、非金属材料的基本理论知基本理论知识识，了解各种机械工程材料的，了解各种机械工程材料的基本特性和应用范围基本特性和应用

3、范围；（2）在了解材料性能和设计之间关系的基础上，可根）在了解材料性能和设计之间关系的基础上，可根据零件的工作条件和失效形式，据零件的工作条件和失效形式，正确设计和合理选材正确设计和合理选材；（3）能够根据结构、工艺、外界条件（温度、环境介）能够根据结构、工艺、外界条件（温度、环境介质）改变对材料性能的影响，质）改变对材料性能的影响，正确制定零件的冷、热加工正确制定零件的冷、热加工工艺路线工艺路线。课课 程程 介介 绍绍本课程的重点、难点及学习方法v重点及难点重点及难点v基本原理基本原理v工工艺特点特点 v相互关系相互关系学习方法学习方法在理解基础上记忆在理解基础上记忆 在记忆基础上加深理解在

4、记忆基础上加深理解特点：特点：理论性强理论性强实践性强实践性强无公式推导无公式推导 课课 程程 介介 绍绍关于教材金属工艺学热加工工艺基础热加工工艺基础冷加工工艺基础冷加工工艺基础工程材料导论金属液态成形金属塑性成形金属连接成形表表面面切切削削成成形形的的基基本本方方法法机机机机械械械械加加加加工工工工工工工工艺艺艺艺的的的的基基基基本本本本知知知知识识识识 金金 属属 切切 削削 加加 工工 基基 础础 课课 程程 介介 绍绍零件的生产工艺过程选材选材选毛坯选毛坯预先热处理预先热处理机械加工机械加工最终热处理最终热处理检验检验 应根据零件的性能要求、受载情况、服役条应根据零件的性能要求、受载

5、情况、服役条 件、件、工作环境等：工作环境等：选材：选材：金属材料种类繁多，性能不一，根据零件的性能要求、金属材料种类繁多，性能不一，根据零件的性能要求、服役条件的不相同，再加上材料的资源、价格等多方面考虑。服役条件的不相同，再加上材料的资源、价格等多方面考虑。课课 程程 介介 绍绍毛坯选择毛坯选择机械加工方法机械加工方法轴轴车削车削传统的有传统的有现代的有现代的有有液态成形毛坯有液态成形毛坯塑性成形毛坯塑性成形毛坯连接成形毛坯连接成形毛坯粉末冶金成形粉末冶金成形型材等毛坯型材等毛坯车削、刨车削、刨削、铣削削、铣削拉削、镗削、磨削等拉削、镗削、磨削等数控加工、电火花数控加工、电火花加工、激光加

6、工等加工、激光加工等特种加工方法特种加工方法预先热处理预先热处理：为使切削加工能顺利进行，可通过预先热处理调整硬度，为使切削加工能顺利进行，可通过预先热处理调整硬度，为切削加工做好组织准备。为切削加工做好组织准备。最终热处理：最终热处理：使材料的性能达到要求。使材料的性能达到要求。课课 程程 介介 绍绍零件的失效与失效分析零件的失效与失效分析失效失效:1、零件完全破坏，不能继续工作、零件完全破坏，不能继续工作 2、零件严重损伤，不能继续安全工作、零件严重损伤，不能继续安全工作 3、零件虽能安全工作，但已不能起到预期作用、零件虽能安全工作，但已不能起到预期作用 课课 程程 介介 绍绍零件的失效与

7、失效分析零件的失效与失效分析零零件件失失效效方方式式断断 裂裂过量变形过量变形表面损伤表面损伤过量塑性变形过量塑性变形脆性断裂脆性断裂疲劳断裂疲劳断裂低应力断裂低应力断裂蠕变断裂蠕变断裂应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂过量弹性变形过量弹性变形韧性断裂韧性断裂磨损磨损腐蚀腐蚀接触疲劳接触疲劳设计不合理设计不合理 选材不合理选材不合理加工工艺不当加工工艺不当安装使用不正确安装使用不正确 绪绪 论论 机械工程材料的定义和分类机械工程材料的定义和分类 二二 材料哲学史材料哲学史三三1 材料概述材料概述一一 材料应用材料应用四四 材料轶事材料轶事五五 材料是社会发展的物质基础、人类文明进步的尺度1 材料概述材料

8、概述一一v 旧石器时代旧石器时代v 新石器时代新石器时代v 陶器时代陶器时代v 青铜器时代青铜器时代v 铁器时代铁器时代 历史学家把某一类材料的特征及其广泛应用作为人类文明史各个阶段的一种标志 材料是社会发展的物质基础、人类文明进步的尺度1 材料概述材料概述一一v钢钢v硅硅v塑料塑料v合成材料合成材料v半导体半导体我们现在所处的时代应该称为什么时代？v精密陶瓷精密陶瓷v复合材料复合材料v纳米材料纳米材料v 材料成为了一个新的独立的科学门类。这个新学科与物理、化学、力学、机械、冶金、化工等传统科学门类水乳交融，但是具有其独特的鲜明的个性。也正是因为与各个传统科学门类水乳交融，材料学科在不同的场合

9、就被划分成了材料物理、材料化学、材料力学、材料工程学等诸多分支。1 材料概述材料概述一一什么是材料？1 材料概述材料概述一一材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。师昌绪主编：材料大辞典p.58材料是“具有一定性能的物质,可以用来制成一些机器、器件、结构和产品”。美国科学院、美国工程院联合编写 材料：人类的需求什么是材料？1 材料概述材料概述一一材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质材 料=物 质 Materials =Matter水是材料？冰是材料？几乎所有的物质都可以称为是材料什么样的材料值得我们关注？并不是所有的材料都能引起人

10、们的广泛关注那么下一个问题就是先来看看材料的发展历史什么是材料？1 材料概述材料概述一一v群居洞穴的猿人通过简单加工获得石器以狩猎、护身和生存。v旧石器时代：这段文化时期，最早开始于大约750,000年以前的以狩猎和打制石器工具为主。v新石器时代：属于或同始于大约公元前 10,000年中东及后来其它一些地方的文化时期相关，以农业发展和磨制石具的制作为特征。什么是材料？1 材料概述材料概述一一n随着对石器加工制作水平的提高，出现了原始手工业如制陶和纺织什么是材料？1 材料概述材料概述一一n青铜时代大约源于4000 5000年前。青铜是铜锡铝等元素组成的合金，与纯铜相比，青铜熔点低，硬度高，比石器

11、易制作且耐用。青铜器大大促进了农业和手工业的出现。什么是材料？1 材料概述材料概述一一（3）v铁器时代被认为是始于2000多年前，由铁制作的农具、手工工具及各种兵器得以广泛应用，大大促进了当时社会的发展。什么是材料？1 材料概述材料概述一一什么是材料？1 材料概述材料概述一一v钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，人类社会钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，人类社会开始从开始从农业和手工业社会农业和手工业社会进入了进入了工业社会工业社会。v本世纪半导体硅、高集成芯片的出现和广泛应用，本世纪半导体硅、高集成芯片的出现和广泛应用，则把人类由则把人类由工业社会工业社会推向推向信息和知识经济社会信息和知识经

12、济社会。什么是材料？1 材料概述材料概述一一 一方面，材料是人类生存和生活必不可缺少的部分，是人类文明的物质基础和先导，是直接推动社会发展的动力。另一方面，随着社会的发展，科学技术的进步以及自然资源和能源的逐渐减少，人们所关注的、所使用的材料种类也在发生着变化什么是材料？1 材料概述材料概述一一因此材料的定义可以发展为：因此材料的定义可以发展为：人类社会所能够接受的经人类社会所能够接受的经济地制造有用器件的物质济地制造有用器件的物质 什么是材料？1 材料概述材料概述一一一个例子1 材料概述材料概述一一高比强铝合金給高比强铝合金給20世纪的世纪的“新新”材料带来了第一个突破材料带来了第一个突破比

13、强：比强度，也就是材料比强：比强度，也就是材料的的强度与密度之比强度与密度之比。具有高。具有高强度、低密度的材料无疑具强度、低密度的材料无疑具有应用优势。有应用优势。钢的比强度为：钢的比强度为：0.64 106cm铝合金的比强度为：铝合金的比强度为：2.64 106cm后者是前者的后者是前者的4倍，这对于结构材料来倍，这对于结构材料来说是几千年来的一个飞跃。说是几千年来的一个飞跃。一个例子1 材料概述材料概述一一铝铝v铝是一种轻金属，密度铝是一种轻金属，密度2.7g/cm3,大约是铁的大约是铁的1/3。纯铝的拉伸强度只有。纯铝的拉伸强度只有48MPa，只有钢的，只有钢的1/10左右。因此在早期

14、并未得到重视。左右。因此在早期并未得到重视。vAl在地壳中含量丰富，占在地壳中含量丰富，占1/12，但主要以，但主要以Al2O3的状态存在。的状态存在。18世纪发现了世纪发现了Al元素的存在，元素的存在，1825年丹麦物理学家年丹麦物理学家HansOersted第一次成功第一次成功地提炼出金属铝，但是提炼方法比较复杂，产量地提炼出金属铝，但是提炼方法比较复杂，产量很低，使得其价格极为昂贵。很低，使得其价格极为昂贵。铝曾经比金银还要珍贵铝曾经比金银还要珍贵v100多年前，为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，英国皇家学会不惜重金制作了一个比黄金还要贵重的奖杯铝杯，赠送给门捷列夫。v法国皇帝拿破仑三世

15、为了显示自己的尊贵，用铝作了一顶头盔，成为轰动一时的新闻。每逢盛大国宴，别人都用银制餐具，而他独自使用一套铝制餐具。一个例子1 材料概述材料概述一一技术的进步让铝走出了首饰店技术的进步让铝走出了首饰店v1886年，年，22岁的美国人岁的美国人Hall发明了熔盐电解发明了熔盐电解法制取金属铝，此法投产后，金属铝的产量迅法制取金属铝，此法投产后，金属铝的产量迅速增长，价格则大幅度下降速增长，价格则大幅度下降，从而把铝的大规，从而把铝的大规模生产变成了现实。这个年轻人组成了一个大模生产变成了现实。这个年轻人组成了一个大公司，这就是今天美国美铝公司公司，这就是今天美国美铝公司(Alcoa)的前身。的前

16、身。将氧化铝将氧化铝(A12O3)溶解在熔融的冰晶石溶解在熔融的冰晶石(Na3AlF6)中进行电解中进行电解(电解液温度接近电解液温度接近1000)在在上可以找到很多关于铝以上可以找到很多关于铝以及铝合金的信息及铝合金的信息一个例子1 材料概述材料概述一一v铝的应用市场的打开是从 20 世纪 30 年代开始的。为了提高铝的比强度，当时关于铝的研究有两个热门话题：合金强化 时效硬化在 Al 中加入 Cu、Mn、Si、Mg、Fe、Zn 等元素，形成所谓的铝合金以提高 Al 的强度。把合金强化处理后形成的铝合金加热到一定温度以上进行“熔解处理”，使合金处于均匀的单相状态，然后快速淬火，保持其单相组织。此后再在稍高于室温的温度下加热，使合金中慢慢析出第二相，以提高合金的强度。一个例子1 材料概述材料概述一一铝合金的出现，大大拓宽了铝的用途铝合金的出现，大大拓宽了铝的用途n航天飞机、大型客机n铝门窗、铝活动建筑n铝细粉是一种火箭固体燃料n铝 箔n铝电缆n易拉罐n 2000年，光美国就生产了1000亿个铝易拉罐。轻、薄、耐腐蚀。易拉罐上的易拉扣，的确是一项高技术，代表了铝材和铝加工的现代成就。一个