材料成型概论 第一章 概述 new

授课教师 ： 曹 燕E-mail: 课程的目的和任务 材料成型概论 是一门关于材料成型工艺及技术的专业课，通过本课程的学习，使学生系统掌握材料成型的 基本方法及原理、特点 ， 材料成型过程、成型设备和成型工艺 ， 为后续专业课程的学习打下坚实的基础。 教材： 金属压力加工概论 李生智编参考书：材料塑性成型概论 卢秉林编 工程材料及成形技术基础 吕广庶编材料成型概论 *q 第一章 概述 (材料与材料成型 )q 第二章 材料塑性成型的基础q 第三章 轧制成型q 第四章 挤压成型q 第五章 锻造成型q 第六章 冲压成型q 第七章 拉拔成型第一章 材料与材料成型概述1.1 材料 的发展与分类1.1.1 材料的发展1.1.2 材料的分类1.2 材料成型1.2.1 材料成型的方法1.2.2 材料的关键要素1.2.3 金属塑性成型的方法1.2.4 材料成型的发展趋势1.1.1 材料的发展n 材料是人类生产和社会发展的 重要物质基础 ，也是我们日常生活中不可分割的一个组成部分。n 人类社会的发展伴随着材料的发明和发展，人类的文明史是按材料发展阶段划分的。n 材料对社会、经济、技术发展有巨大的影响。新型材料信息技术 新技术革命的主要标志生物技术60年代70年代新材料是根据我们特定的需要设计和加工而成的，这些新材料使新技术得以产生和应用，而新技术又促进了新工业的出现和发展，从而对人类社会的文明与经济发展，有着不可估量的作用。 金属的使用标志着社会生产力的发展，人类开始逐渐进人文明的社会。石器时代 青铜器时代 铁器时代钢时代的来临，引起世界范围的工业革命。硅时代是信息技术革命的时代对当今世界产生了深远的影响钢时代硅时代新材料时代材料在社会与社会发展中的地位1.1.1 材料的发展q 石器时代经历了 200 300万年。v 人类使用材料是始于对工具尤其猎杀工具的需求。v 人类最先使用的工具是石器，是用坚硬的容易纵裂成薄片的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石锄。v 新石器时代（公元前 6000 5000年）用粘土烧制成陶器。q 铜器时代经历了 2500 3000年v 人类寻找石器工具过程中发现和认识了天然金属，在新石器时代后期开始使用天然金属，首先是铜。v 然后发现和认识了金属矿石尤其铜矿石（孔雀石）；并在烧制陶器生产中创造了冶金技术。v 铜器时代大约始于公元前 3800年。公元前 3000 前 2500在两河流域出现青铜。1.1.1 材料的发展1.1.1 材料的发展q 铁器时代经历了约 3000年v 陨铁不如天然铜容易识别，约公元前 3000年开始使用天然陨铁。v 铁的冶炼大约始于公元前 1250年，人类的发展进入铁器时代。v 我国春秋战国时期（公元前 770 221年）已开始大量使用人工铁器。v 16世纪以前铁的冶炼是经验型的。1.1.1 材料的发展v 16世纪中叶，欧洲出现 比林古桥 的火法技艺和 阿格里科拉 的论冶金冶金文献。v 1740年炼钢和铸钢技术被突破后，钢铁开始蓬勃发展，伴随产业革命发展为人类社会的支柱工业。v 这标志着 18世纪前是铁的时代， 18世纪后是钢的时代，也是冶金学形成的时代。v 这一时期钢铁工业的中心在欧洲，英国为代表。v 以后，随着冶金理论不断发展，新的技术、方法和装备不断被发明直至上世纪 80年代。现代化大型高炉转炉炼钢1.1.1 材料的发展q 新材料时代在当代，科学技术和生产飞跃发展。 材料、能源材料、能源和信息和信息 作为现代社会和现代技术的三大支柱，发展格外迅猛。材料的发展呈现出合成化、多元化、复合化，正向纳米化发展。1.1.1 材料的发展v 20世纪 20年代出现人工合成高分子材料，到 70年代中期有机合成材料与钢的体积产量相等。v 20世纪 60年代半导体材料（晶体管、集成电路等）的出现，引发了计算机及信息产业的革命。v 20世纪 90年代后期，开始新一代钢铁材料即超细化钢铁材料的研究。v 21世纪将是纳米材料时代。材料成形的学科体系与重点材料成形木材成形 无机材料人造材料成形土石成形天然材料成形金属材料有机材料非金属材料建筑材料 塑料成形有色金属钢铁 水泥 结构材料1.1.2 材料的分类 (按属性分 )金属无机 非金属材 料钢铁有色重金属轻金属稀有金属有机高分子黑色贵金属特种陶瓷传统陶瓷塑料橡胶合成纤维半金属 传统陶瓷、水泥、玻璃、耐火材料、搪瓷、砖瓦、琉璃、铸石、碳素材料，非金属矿先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、磨料、无机涂层、无机纤维及其他们的复合材料等1.1.2 材料的分类黑色金属有色金属金 属重金属 : Cu Pb Zn Ni Co 等轻金属： Al Mg K Na Ca 等稀有金属 : V Nb Ti 等铸铁碳素钢合金钢贵金属 : Au Ag Pt 等钢铁占全部金属总重的 94( 86种 )( 3种 )( 83种 )半金属 : Si As Se 等砷，硒1.1.2 材料的分类 (按属性分 )n 金属 : 一般是由金属元素组成的材料，金属往往是较好的 导热体和导电体 ，具有 高的强度和好的延展性，抛光后具有 金属光泽 。n 陶瓷 :一般是由金属元素和非金属元素或非金属元素之间组成的化合物，如氧化物、氮化物、碳化物，具有 高的硬度但很脆 ，很好的 耐高温性能 等，且大多是电的 绝缘材料 ； 1.1.2 材料的分类n 高分子 :又称为高聚物一般是基于 C、 H元素的有机化合物，具有非常大的分子结构，往往具有很低的密度，而且在高温时不稳定。高聚物根据机械性能和使用状态可分为 :塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂和涂料 等五类。1.1.2 材料的分类n 复合材料 : 由两个或两个以上类型的材料组成的复合体，按基体类型可分为：金属基复合材料 、陶瓷基复合材料、 高分子基复合材料 。n 其它材料 : 如半导体材料等电子材料，等等。应用多 应用多1.1.2 材料的分类1.1.2 材料的分类材料材料占汽车净重比Al Fe塑料 其它橡胶 磁材料 玻璃聚碳酸酯Ti碳纤维各种材料在先进汽车中占的重量百分比在轻量化的推动下，铝合金材料应用技术发展很快，在近年来出现的全铝车身以铝密集型汽车 (如福特 P2000)中，铝的比例更高达 37% 1.1.2 材料的分类材 料结构材料 以力学性能为主用于结构和建筑工程。功能材料 以物理化学性能为主用于电子、信息、能源等1.1.2 材料的分类 (按使用性能分 )1.1.2 材料的分类 (按使用性能分 )物理性能 :密度 , 熔点 , 电性能 , 磁性能 , 光学性能 , 导热性等 .化学性能 :指材料在不同条件下抵抗各种化学作用的性能 .耐腐蚀性能 , 高温抗氧化性能 , 抗老化性能 , 降解性能等 .力学性能 :指材料在力的作用下表现出来的各种性能 .抗拉强度 , 断裂韧性 , 疲劳强度 , 抗蠕变强度 , 硬度等. 1.2.1 材料成型的方法q 材料成型就是把不定形或初定形的原材料按一定方法加工成 形状 、 尺寸 和 性能 满足要求的产品。q 按材料的变化 金属材料成型分为：1. 切削成型（机械加工） 体积和质量减小 ；即由大质量的金属上面去除一部分质量而获得一定形状及尺寸的工件。如：车、刨、铣、磨等。1.2.1 材料成型的方法2. 塑性成型 体积和质量不变 ；即金属本身不分离出多余的质量，也不积累增加质量的成型方法。即利用金属的塑性，对金属施加一定的外力作用使金属产生塑性变形，获得一定形状、性能和尺寸的产品 金属塑性（压力）加工。1.2.1 材料成型的方法3. 液态成型（铸造） 、 连接成型 （铆、焊） 、电解沉积、涂镀、粉末冶金等 体积或质量增大。即由小质量的金属逐渐积累成大质量的产品。如铸造、铆