工程材料与热加工--绪论.ppt

工程材料及成型技术工程材料及成型技术 绪绪 论论材料的定义、分类与作用材料毛坯的成型方法材料科学与工程的形成和发展与工程材料有关的基本概念一、材料的定义分类一、材料的定义分类与作用与作用定义：定义：宇宙间可用于制造有用物品的固态物质统称为宇宙间可用于制造有用物品的固态物质统称为材料材料材料材料 有用的、并能用来制造物品（件）的物质有用的、并能用来制造物品（件）的物质 一般指固态的，可用于工程上的物质一般指固态的，可用于工程上的物质工程材料工程材料工程材料工程材料 作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件或物品的人造物质或物品的人造物质物质物质材料材料材料材料的的判据判据1资源资源资源资源2能源能源能源能源3环保环保环保环保4质量质量质量质量5经济经济经济经济 材料的定义与分类材料的定义与分类材料是人类文明的里程碑材料是人类文明的里程碑材料是人类文明的里程碑材料是人类文明的里程碑绪论材料及成型工艺的发展材料及成型工艺的发展 在人类的发展史上，最先使用的工在人类的发展史上，最先使用的工具是石器。我们的祖先用坚硬的容具是石器。我们的祖先用坚硬的容易纵裂成薄片的火遂石和石英石等易纵裂成薄片的火遂石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石锄。天然材料制成石刀、石斧、石锄。绪论材料及成型工艺的发展材料及成型工艺的发展 早在新石器时代早在新石器时代(公元前公元前6000-5000年年)，中华民族的先人们，中华民族的先人们用粘土用粘土(主要成分为主要成分为SiO2，Al2O3)烧制成陶器。马家窑烧制成陶器。马家窑(甘肃甘肃)文化时期的陶器以砂质文化时期的陶器以砂质和泥质红陶为主，表面彩绘和泥质红陶为主，表面彩绘有条带纹、波纹和舞蹈纹等，有条带纹、波纹和舞蹈纹等，制品有炊具、食具、盛储器制品有炊具、食具、盛储器皿等。皿等。绪论材料及成型工艺的发展材料及成型工艺的发展 我国在东汉时期发明了瓷器，成为我国在东汉时期发明了瓷器，成为最早生产瓷器的国家。瓷器于九世最早生产瓷器的国家。瓷器于九世纪传到非洲东部和阿拉伯国家，十纪传到非洲东部和阿拉伯国家，十三世纪传到日本，十五世纪传到欧三世纪传到日本，十五世纪传到欧洲。瓷器洲。瓷器(china)成为中国成为中国(China)文化的象征，对世界文明产生了极文化的象征，对世界文明产生了极大的影响。直到今天，中国瓷器仍大的影响。直到今天，中国瓷器仍畅销全球，名誉四海。畅销全球，名誉四海。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-是迄今世界上最古老的是迄今世界上最古老的大型青铜器大型青铜器 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133133厘米厘米 重重875kg875kg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曾侯乙编钟曾侯乙编钟1978年湖北隋州出土年湖北隋州出土-战国青铜器。战国青铜器。曾侯乙编钟出土后，文化部的音乐家赶到随州，对全套编曾侯乙编钟出土后，文化部的音乐家赶到随州，对全套编钟逐个测音。钟逐个测音。1978年建军节，沉寂了年建军节，沉寂了2400多年的曾侯乙编钟，多年的曾侯乙编钟，在驻隋炮兵师某部礼堂在驻隋炮兵师某部礼堂,向世人发出它雄浑浪漫的千古绝响。向世人发出它雄浑浪漫的千古绝响。黄石铜矿遗址黄石铜矿遗址春秋晚期春秋晚期矿井深达矿井深达50m50m炼铜炉渣多达炼铜炉渣多达4040万吨万吨实属罕见实属罕见 绪论铁器：（公元前的770221年的春秋战国时期）工具、兵器等。炼钢技术“百炼钢化为绕指柔”，战国时期的制剑技术 （用到锻造、热处理技术淬火技术）绪论公元前770476年，春秋时，用铸铁农具，比欧洲早1800年；钢剑钢剑沧州铁狮沧州铁狮铸造于公铸造于公元元953953年。年。铁狮子通铁狮子通高高5.785.78米，米，身长身长6.56.5米，体宽米，体宽3.173.17米，米，重约重约4040吨吨u铁器时代铁器时代u信息时代信息时代（新材料时代）u石器时代石器时代（石器、陶器、瓷器)u青铜器时代青铜器时代材料是人类文明的里程碑材料是人类文明的里程碑材料是人类文明的里程碑材料是人类文明的里程碑绪论我国从春秋战国时期便开始大量使用铁器，明朝我国从春秋战国时期便开始大量使用铁器，明朝科学家宋应星在科学家宋应星在天工开物天工开物一书中就记载了古一书中就记载了古代的渗碳热处理等工艺。这说明早在欧洲工业革代的渗碳热处理等工艺。这说明早在欧洲工业革命之前，我国在金属材料及热处命之前，我国在金属材料及热处理方面就已经有理方面就已经有了较高的成就。了较高的成就。天工开物天工开物是我国明朝科学家宋应星的科学著作，是我国明朝科学家宋应星的科学著作，其中记载了我国古代在农业、工业等方面的科技技术其中记载了我国古代在农业、工业等方面的科技技术和生产工艺。和生产工艺。生铁炒熟铁图生铁炒熟铁图宋应星宋应星绪论丝绸丝绸：一种天然高分子材料。始于中国，于：一种天然高分子材料。始于中国，于1111世纪传到波斯、阿拉伯、埃及，并于世纪传到波斯、阿拉伯、埃及，并于14701470年传到年传到意大利的威尼斯，进入欧洲。意大利的威尼斯，进入欧洲。中国古丝绸之中国古丝绸之路。路。马克波罗的故事（来自中国的礼物）绪论 历史充分证明，我们的祖先是勤劳和富历史充分证明，我们的祖先是勤劳和富于智慧的，中华民族是世界上最优秀的民于智慧的，中华民族是世界上最优秀的民族！在材料的创造和使用上有着辉煌的成族！在材料的创造和使用上有着辉煌的成就，为人类的文明、世界的进步作出了巨就，为人类的文明、世界的进步作出了巨大的贡献。大的贡献。绪论 在当代，材料技术一直是世界各国科技发展规划在当代，材料技术一直是世界各国科技发展规划之中的一个十分重要的领域，它与信息技术、生之中的一个十分重要的领域，它与信息技术、生物技术、能源技术一起，被公认为是当今社会及物技术、能源技术一起，被公认为是当今社会及今后相当长时间内总揽人类全局的高技术。今后相当长时间内总揽人类全局的高技术。材料高技术还是支撑当今人类文明的现代工业关材料高技术还是支撑当今人类文明的现代工业关键技术，也是一个国家国防力量最重要的物质基键技术，也是一个国家国防力量最重要的物质基础。础。国防工业往往是新材料技术成果的优先使用者，国防工业往往是新材料技术成果的优先使用者，新材料技术的研究和开发对国防工业和武器装备新材料技术的研究和开发对国防工业和武器装备的发展起着决定性的作用。的发展起着决定性的作用。绪论但是，由于历史原因，特别是在清朝，由于清政府的但是，由于历史原因，特别是在清朝，由于清政府的无知和无能，致使我国近代在材料领域的发展与世界无知和无能，致使我国近代在材料领域的发展与世界先进国家相比产生很大差距先进国家相比产生很大差距 中华民族是不屈的民族，是勤劳、智慧的民族！鞍钢攀钢夜景新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大型钢铁基地。改革开新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大型钢铁基地。改革开放后放后,我国钢铁生产连年增长我国钢铁生产连年增长,粗钢产量连续粗钢产量连续1313年居世界第一。年居世界第一。20082008年年,粗钢粗钢产量达到产量达到5 5亿吨亿吨,占全球产量的占全球产量的38%38%。是。是19581958年产量的年产量的6262倍多。倍多。中中国国第第一一颗颗人人造造卫卫星星长长征征火火箭箭大大家家族族中中国国第第一一颗颗原原子子弹弹爆爆炸炸中中国国第第一一颗颗氢氢弹弹爆爆炸炸原子弹、氢原子弹、氢弹的爆炸，弹的爆炸，卫星、飞船卫星、飞船的上天等都的上天等都说明了我国说明了我国在材料的开在材料的开发、研究及发、研究及应用等方面应用等方面有了飞跃的有了飞跃的发展。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“神神舟舟二二号号”飞飞船船运运往往发发射射工工位位 “神神舟舟”一一号号飞飞船船“神舟神舟”一号一号发射成功发射成功“神舟神舟”二号发射成二号发射成功功中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”号飞船号飞船“神舟神舟”三号三号发射成功发射成功“神舟神舟”四号四号发射成功发射成功“神神舟舟”三三号号飞飞船船“神神舟舟”四四号号飞飞船船 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杨利利伟伟升空返回全人类共同的家园飞天返回舱神舟六号神舟七号绪论 中华民族是勤劳和智慧的民族！从东方红1号、原子弹、氢弹、中子弹、洲际导弹到神舟6号、嫦娥1号；嫦娥一号绪论绪论北斗一号绪论其实，有许多的现代武器的先进程度都与材料的发其实，有许多的现代武器的先进程度都与材料的发展密切相关。如：展密切相关。如：众所周知，中国的导弹技术在世界上处于先进地位，但众所周知，中国的导弹技术在世界上处于先进地位，但中国的飞机却相对比较落后。为什么？中国的飞机却相对比较落后。为什么？这与材料有直接关系！这与材料有直接关系！（二者对发动机所用材料的不同要求）（二者对发动机所用材料的不同要求）前些年中国的隐形飞机相比前些年中国的隐形飞机相比F117F117、F22F22来说，就很落后，来说，就很落后，为什么？因为中国的复合材料技术还相对落后。为什么？因为中国的复合材料技术还相对落后。绪论 现在，我国在材料科学及材料现在，我国在材料科学及材料成型工艺及设备方面已经取得成型工艺及设备方面已经取得了长足的进步了长足的进步，在相关的许多，在相关的许多高科技领域，我们都走在了世高科技领域，我们都走在了世界前列界前列。绪论 从彩色电视机、电冰箱到数码相机；绪论 最近一航的一项神秘成果又令中央首长兴奋异常！绪论 中华民族是勤劳和智慧的民族！中华民族是勤劳和智慧的民族！从东方红从东方红1 1号、原子弹、氢弹、中子弹、洲际导弹号、原子弹、氢弹、中子弹、洲际导弹到神舟到神舟7 7号、嫦娥号、嫦娥1 1号；号；从龙芯从龙芯1 1号到北斗号到北斗1 1号；号；从彩色电视机、电冰箱到数码相机；从彩色电视机、电冰箱到数码相机；从从“要想学修车就买奇瑞车要想学修车就买奇瑞车”到奇瑞东方之子到奇瑞东方之子最近一航的一项神秘成果又令中央首长兴奋异常！最近一航的一项神秘成果又令中央首长兴奋异常！歼歼1010战机的实战列装到歼战机的实战列装到歼2020的试飞成功！的试飞成功！我们每一个进步我们每一个进步都会令世界目瞪都会令世界目瞪口呆！口呆！绪论 但是，应该看到，与西方发达国家相比，我们仍有很大的差距！古人云：知耻而后勇！绪论 我们的任务：好好学习，天天向上！好好学习，天天向上！为中华之快速崛起而读书！为中华之快速崛起而读书！蒸蒸气气机机发发电电机机1820年年1763年年计计算算机机1946年年第一次工业革命第一次工业革命 制钢工业的发展为蒸汽机的发明和应用制钢工业的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础奠定了物质基础 第二次工业革命第二次工业革命 合金钢、铝合金及其他非金属材料的发合金钢、铝合金及其他非金属材料的发展是此次工业革命的支撑展是此次工业革命的支撑第三次工业革命第三次工业革命 航空材料不断进步；塑料、合成橡胶、航空材料不断进步；塑料、合成橡胶、合成纤维的相继问世；单晶硅材料对电子合成纤维的相继问世；单晶硅材料对电子技术的发明和应用起到了核心的作用技术的发明和应用起到了核心的作用 材料是经济和社会发展的先导材料是经济和社会发展的先导材料是经济和社会发展的先导材料是经济和社会发展的先导材料是现代文明的基石材料是现代文明的基石材料是现代文明的基石材料是现代文明的基石材料科学与工程材料科学与工程（MSEMSE）的兴起的兴起二、材料科学与工程的形成和发展二、材料科学与工程的形成和发展什么是材料科学与工程什么是材料科学与工程（MSEMSE）？是研究有关材料的组织、结构、制备工艺、流程与材料性是研究有关材料的组织、结构、制备工艺、流程与材料性能和用途的关系，以及其知识的产生和应用的学科。能和用途的关系，以及其知识的产生和应用的学科。不同时期航空发动机的工作温度不同时期航空发动机的工作温度1 1、需求牵引、需求牵引利用新材料和材料改进利用新材料和材料改进汽车汽车减轻减轻自重自重节约能源节约能源保护环境保护环境“9.119.11”事件与材料事件与材料纽约世贸大厦纽约世贸大厦1973年竣工，110层、411m主体钢架结构(用钢7.8万吨)墙面由铝板和玻璃砖组成n塔楼坍塌原因塔楼坍塌原因:高温下材料强度迅速降低高温下材料强度迅速降低n9.119.11之后大楼怎么建材结实？之后大楼怎么建材结实？采用高强、轻质材料采用高强、轻质材料n如何对付有毒烟雾？如何对付有毒烟雾？用环保防火材料用环保防火材料n如何有利逃生？如何有利逃生？用自发光材料用自发光材料1 1、需求牵引、需求牵引2 2、科学驱动、科学驱动固体物理、无机化学固体物理、无机化学有机化学、物理化学有机化学、物理化学材料本身的研究材料本身的研究大大加强大大加强材料科学冶金学、金属学、陶瓷冶金学、金属学、陶瓷学、高分子学等学、高分子学等物资结构和物性物资结构和物性金属材料、高分子材料、陶瓷材料亦自成体系；金属材料、高分子材料、陶瓷材料亦自成体系；复合材料的学科体系正在形成复合材料的学科体系正在形成各类材料的研究设备与生产手段有颇多共同之处各类材料的研究设备与生产手段有颇多共同之处许多不同类型的材料可以相互代替和补充；许多不同类型的材料可以相互代替和补充；复合材料在多数情况下是不同类型材料的组合复合材料在多数情况下是不同类型材料的组合 材料科学与工程的组成要素材料科学与工程的组成要素合成合成/制备制备结构结构/成分成分性质（性能）性质（性能）使用性能（效能）使用性能（效能）n 工程材料工程材料：用于制造工程构件、机械零件、工具等n 机械工程材料机械工程材料：机械工程中常用的材料n 工程材料的性能要求工程材料的性能要求：使用性能：机械性能、物理性能、化学性能等使用性能：机械性能、物理性能、化学性能等加工工艺性能加工工艺性能:铸、锻、焊、热处理、机械加工等铸、锻、焊、热处理、机械加工等矿藏丰富矿藏丰富n金属材料的性能特点金属材料的性能特点 良好的导电性和导热性。良好的导电性和导热性。正的电阻温度系数。正的电阻温度系数。不透明并呈现特有的金属光泽。不透明并呈现特有的金属光泽。良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。三、与工程材料有关的基本概念三、与工程材料有关的基本概念 定义：定义：大型铸钢件热处理炉真空淬火炉箱式电阻炉固态金属材料加热冷却获得所需要的组织和性能保温 目的及重要性：目的及重要性：改善组织结构，提高性能 提高使用寿命，降低成本 n 热处理热处理三、与工程材料有关的基本概念三、与工程材料有关的基本概念四、毛坯成型的方法四、毛坯成型的方法铸造成型的原理、特点及应用锻造成型的原理、特点及应用焊接成型的原理、特点及应用常见零件毛坯的选择