金属工艺学绪-1

宫成立主编机械工业出版社,金属工艺学,自我介绍叶燕贞,3,绪论,金属工艺学:研究金属的冶炼、金属性能、加工方法和加工工艺等问题的一门专业基础课程。主要研究内容：机械工程材料的性能及组织关系金属热加工的毛坯选择和成形工艺金属切削加工原理,材料的分类,一、材料和材料科学1、材料,哥伦比亚号航天飞机,材料是指人类用以制造各种有用器件的物质。,材料是人类生产和生活所必须的物质基础。,手锤,锉刀,国产涡喷-7涡轮喷气发动机,公路、铁路的钢架桥梁,“神舟”六号载人飞船发射升空,导弹驱逐舰,航空母舰,美国“奋进号”航天飞机“乘坐”波音747飞机,钢甲勇士,石器时代青铜器时代铁器时代,材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。,材料的发展水平和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,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。,没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天的航空工业和宇航工业。,在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片,没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。,二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息并列，称作现代文明的三大支柱之一。,前苏联在1957年把第一颗人造卫星送入太空，令美国人震惊不已，认识到在导弹火箭技术上落后了。因此在其后的十年里，在十多所大学中陆续建立了材料科学研究中心，并把约2/3大学的冶金系或矿冶系改建成了冶金材料科学系或材料科学与工程系。其涉及的材料由金属扩展到了陶瓷和高分子聚合物材料。可见，高技术需要先进材料的支持。,前苏联第一颗人造卫星及其运载火箭,中华民族在人类历史上为材料的发展和应用作出过重大贡献。,早在公元前60005000年的新石器时代，中华民族的先人就能用黏土烧制成陶器，到东汉时期又出现了瓷器，并流传海外。,4000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。,司母戊鼎河南安阳晚商遗址出土青铜铸造高133厘米重875kg饰纹优美,越王勾践剑,春秋晚期越国青铜兵器出土于湖北江陵楚墓长55.7厘米剑锷锋芒犀利锋能割断头发,古代剑刃制造中的特殊技术,黄石铜矿遗址春秋晚期矿井深达50m炼铜炉渣多达40万吨实属罕见,铜钟通高6.75米，钟壁厚度不等，最厚处185毫米，最薄处94毫米，重w约46吨。钟体内外铸经22.7万字。成分为：铜80.54、锡16.40、铝1.12。明代永乐年间制（1420年左右）。,永乐大钟,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天工开物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命之前，我国在金属材料及热处理方面就已经有了较高的成就。,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。钢产量由49年的15.8万吨上升到现在的4.6亿吨。,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-“神舟”号飞船,中国的航天事业-“神舟”号飞船,中国的航天事业-“神舟”五号载人飞船,1863年，光学显微镜首次应用于金属研究，诞生了金相学，使人们能够将材料的宏观性能与微观组织联系起来。,人类对材料的认识是逐步深入的。,1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于晶体衍射分析，使人们对固体材料微观结构的认识从最初的假想到科学的现实。,Si表面的重构图象,1932年发明了电子显微镜，把人们带到了微观世界的更深层次（10-7m）,1934年位错理论的提出，解决了晶体理论计算强度与实验测得的实际强度之间存在的巨大差别的矛盾，对于人们认识材料的力学性能及设计高强度材料具有划时代的意义。,金属钛中的位错,2、材料科学,主要研究内容：研究材料的化学组成、结构与性能的关系；研究材料的形成机理和制取方法；研究材料物理性能的测试方法和技术；分析材料的损坏机理；研究材料的合理加工方法和最佳使用方案,材料科学是以材料为研究对象的一门科学。,挑战者号爆炸瞬间,二、工程材料的分类,工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主要要求力学性能的结构材料。按组成与结合键分：1、金属材料2、高分子材料3、陶瓷材料4、复合材料,金属材料,以金属键结合为主良好的导电性、导热性、延展性和金属光泽用量最大、应用最广泛,铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，其世界年产量已达13亿吨，在机械产品中的用量已占整个用材的60%以上。,金属材料制品,陶瓷材料,以共价键和离子键为主熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三类,传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、长石等)为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。,高分子材料,以分子键和共价键为主塑性、耐蚀性、电绝缘性、减振性好，密度小包括塑料、橡胶及合成纤维等,高分子材料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业和化学、交通运输、航空航天等工业中被广泛应用。,烯丙酰氯-苯乙烯,复合材料,包括：金属基复合材料陶瓷基复合材料高分子复合材料,是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。,玻璃纤维增强高分子复合材料,现代航空发动机燃烧室温度最高的材料就是通过粉末冶金法制备的氧化物粒子弥散强化的镍基合金复合材料。很多高级游艇、赛艇及体育器械等是由碳纤维复合材料制成的，它们具有重量轻，弹性好，强度高等优点。,在各类机械中使用的工程材料,三、工程材料的应用和发展,随着经济的飞速发展和科学技术的进步，对材料的要求越来越苛刻，结构材料向高比强、高刚度、高韧性、耐高温、耐腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展。,新材料在不断地涌现。,机械工业是材料应用的重要领域。,随着机械工业的发展，对产品的要求越来越高。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。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、合理安排加工工艺路线的能力。,铸造一级涡轮盘,四、本课程的性质和任务,课程性质：机械类专业的技术基础课课程任务：了解工程材料的一般知识；建立化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系：,3)学完本门课程，能建立起从矿石到机器这个金属工艺全过程中关于成形和改性的基础理论，并用于指导生产，具备为机械制造选材料、选方法和分析结构工艺性能的能力。,五、本课程的特点,1、知识面宽，综合性强2、依赖于感性认识，实践性强,第1章钢铁材料生产简介,炼铁原料：铁矿石、焦炭、溶剂等高炉：生铁，炉渣和炉气炼