设计材料工艺学

1、武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology设计材料工艺学设计材料工艺学主编：郑建启主编：郑建启武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 内容提要内容提要 设计材料工艺学设计材料工艺学是工业设计专业的一门必修专业基础课。全书内容共八是工业设计专业的一门必修专业基础课。全书内容共八章。

2、第一章着重探讨章。第一章着重探讨“设计、材料、工艺设计、材料、工艺”的关系，探讨了设计中的材料因素、的关系，探讨了设计中的材料因素、材料与造型的发展、材料与工艺的关系，总结了设计材料、工艺的分类，阐述了材料与造型的发展、材料与工艺的关系，总结了设计材料、工艺的分类，阐述了设计材料的性能、基本特征和感觉特性；第二章从设计选材的角度展开论述，提设计材料的性能、基本特征和感觉特性；第二章从设计选材的角度展开论述，提出了设计材料工艺的适应性系统，论述了内部因素、外部因素相适应的选材原则、出了设计材料工艺的适应性系统，论述了内部因素、外部因素相适应的选材原则、设计选材的基本程序和适合标准；第三至第七章则

3、以材料的应用为切入点，着重设计选材的基本程序和适合标准；第三至第七章则以材料的应用为切入点，着重介绍设计材料的类别、用途、成型加工及表面处理工艺，并结合具体的应用实例介绍设计材料的类别、用途、成型加工及表面处理工艺，并结合具体的应用实例比较了材料及工艺在设计中的运用；第八章着重介绍发展中的新材料、新工艺；比较了材料及工艺在设计中的运用；第八章着重介绍发展中的新材料、新工艺；第九章在前几章的基础上第九章在前几章的基础上, ,总结了设计、材料与工艺之间互为因果的辨证关系总结了设计、材料与工艺之间互为因果的辨证关系 。 适用于：高校工业设计、艺术设计专业教材适用于：高校工业设计、艺术设计专业教材 工

4、业设计师和相关技术人员参考书工业设计师和相关技术人员参考书武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 本书主要特色本书主要特色 探讨设计、材料工艺的关系，不过多涉及专业理论探讨设计、材料工艺的关系，不过多涉及专业理论1 1从设计师的角度阐述材料与工艺从设计师的角度阐述材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of

5、 Wuhan University of Technology 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 本书主要特色本书主要特色 区别于自然系统，从人的目的、意图、用途等角度来区别于自然系统，从人的目的、意图、用途等角度来探讨设计系统、设计选材的内探讨设计系统、设计选材的内部部因因素素和外和外部部因因素素、设计选材的适合性标准设计选材的适合性标准2 2提出设计提出设计选材的选材的适应性系统和适适应性系统和适合合性性评价标准评价标准1 1从设计师的角度阐述材料与工艺从设计师的角度阐述材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Ar

6、t and Design Institute of Wuhan University of Technology 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 本书主要特色本书主要特色 2 2提出设计提出设计选材的选材的适应性系统和适适应性系统和适合合性性评价标准评价标准1 1从设计师的角度阐述材料与工艺从设计师的角度阐述材料与工艺材料和工艺相结合材料和工艺相结合各类设计材料的用途、分类及其成型、加工、各类设计材料的用途、分类及其成型、加工、表面处理工艺相结合表面处理工艺相结合3 32 2提出设计提出设计选材的选材的适应性系统和适适应性系统和适合合性性评

7、价标准评价标准1 1从设计师的角度阐述材料与工艺从设计师的角度阐述材料与工艺3 3材料和工艺相结合材料和工艺相结合武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology 设计材料工艺学 Material and Technology of Design4 4用图片、图表加强形象化、系统性用图片、图表加强形象化、系统性图片更直观、形象图片更直观、形象图表更完整、系统图表更完整、系统v 本书主要特色本书主要特色 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and D

8、esign Institute of Wuhan University of Technology 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 本书主要特色本书主要特色 2 2提出设计提出设计选材的选材的适应性系统和适适应性系统和适合合性性评价标准评价标准1 1从设计师的角度阐述材料与工艺从设计师的角度阐述材料与工艺3 3材料和工艺相结合材料和工艺相结合4 4用图片、图表加强形象化、系统性用图片、图表加强形象化、系统性结合典型设计实例，分析材料工艺在设计中的应用结合典型设计实例，分析材料工艺在设计中的应用典型实例，深入分析典型实例，深入分析5 5武汉理

9、工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology 设计材料工艺学 Material and Technology of Design2 2提出设计提出设计选材的选材的适应性系统和适适应性系统和适合合性性评价标准评价标准1 1从设计师的角度阐述材料与工艺从设计师的角度阐述材料与工艺3 3材料和工艺相结合材料和工艺相结合4 4用图片、图表加强形象化、系统性用图片、图表加强形象化、系统性5 5结合典型设计实例，分析材料工艺在设计中的应用结合典型设计实例，分析材料工艺在设计中的应用6 6

10、文字简洁，通俗易懂文字简洁，通俗易懂7 7按工业设计专业教材编写按工业设计专业教材编写v 本书主要特色本书主要特色 设计材料工艺学 Material and Technology of Design武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technologyv 目目 录录 第一章第一章 概概 论论 第二章第二章 设计选材的适应性系统设计选材的适应性系统 第三章第三章金属材料与工艺金属材料与工艺 第四章第四章 无机非金属材料与工艺无机非金属材料与工艺 第五章第五章天然有机高分子材料与工艺

11、天然有机高分子材料与工艺 第六章第六章 合成高分子材料与工艺合成高分子材料与工艺 第七章第七章纤维复合材料与工艺纤维复合材料与工艺 第八章第八章 发展中的新材料发展中的新材料 第九章第九章 总结总结 设计材料工艺学 Material and Technology of Design武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technologyv 第一章第一章 概概 论论 目目 录录第一章 概论 导言第一节 设计材料工艺学课程综述 第二节 设计材料工艺的分类第三节 设计材料的感觉特性 设计

12、材料工艺学 Material and Technology of Design武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technologyv 第一章第一章 概概 论论 本章概要：本章概要：本章第一节介绍了设计材料工艺学的课程性质、学习方法以及与设 计专业其它课程的关系，第二节至第四节分别介绍了设计与材料工艺的 关系、设计材料与工艺的分类、以及设计材料的感觉特性。教学目标：教学目标：通过学习本章，学生能够在了解本课程学习方法的基础上，更加有效地 学习本书的后续章节。课前准备：课前准备：要

13、求学生在课前阅读本书的前言与目录部分，对本书的主要内容作初步 了解。教学硬件：教学硬件：普通教室学时安排：学时安排：本章建议安排24个课时，任课教师可根据实际需要安排。导导 言言 设计材料工艺学 Material and Technology of Design武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technologyv 第一章第一章 概概 论论 第一节第一节 设计材料工艺学课程综述设计材料工艺学课程综述一、一、设计材料工艺学设计材料工艺学课程简介课程简介 二、二、 学习学习设计材料

14、工艺学设计材料工艺学课程的方法课程的方法 （一）在学好知识的基础上注重能力的培养（一）在学好知识的基础上注重能力的培养 （二）采用灵活多样的教学手段（二）采用灵活多样的教学手段, ,提高学生的学习兴趣提高学生的学习兴趣 （三）理论与实践相结合、与其他课程的联系（三）理论与实践相结合、与其他课程的联系三、与其他课程的联系三、与其他课程的联系 设计材料工艺学 Material and Technology of Design武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technologyv 第

15、一章第一章 概概 论论 第二节第二节 设计材料工艺的分类设计材料工艺的分类 一、设计材料的分类一、设计材料的分类 （一）岛村昭治历史分类法（一）岛村昭治历史分类法 （二）物质结构分类（二）物质结构分类 （三）材料加工度分类法（三）材料加工度分类法 设计用材料如按加工度来分可 分为天然材料、加工材料与人造材料三种。 （四）材料形态分类法（四）材料形态分类法设计材料金属材料无机非金属材料有机高分子材料合成高分子材料复合材料黑色金属有色金属特殊金属材料陶瓷、玻璃、石材等木材、竹、藤等塑料、合成橡胶、涂料等等等金属基复合材料陶瓷基复合材料高聚物复合材料材料的分类 设计材料工艺学 Material an

16、d Technology of Design武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technologyv 第一章第一章 概概 论论 二、设计材料的工艺分类二、设计材料的工艺分类 （一）材料的成型加工工艺（一）材料的成型加工工艺 （二）材料的表面处理工艺（二）材料的表面处理工艺 人造大理石 人造水晶 人造皮革 石材 木材第二节第二节 设计材料工艺的分类设计材料工艺的分类 设计材料工艺学 Material and Technology of Design武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工

17、大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technologyv 第一章第一章 概概 论论 第三节第三节 设计材料的感觉特性设计材料的感觉特性 一、材料的质感一、材料的质感 质感是物体表面由于内因和外因而形成的结构特征，通过触觉和视觉所产生的综合印象，作为工业设计的三大感觉要素（形态感、色彩感和材质感）之一的质感，体现的是物体构成材料和构成形式而产生的表面特征。 （一）质感的生理属性（一）质感的生理属性 1. 触觉质感 2. 视觉质感 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design I

18、nstitute of Wuhan University of Technology三大三大感觉要素感觉要素生理属性生理属性物理属性物理属性色彩感色彩感形态感形态感材质感材质感 设计材料工艺学 Material and Technology of Design武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technologyv 第一章第一章 概概 论论 第三节第三节 设计材料的感觉特性设计材料的感觉特性 一、材料的质感一、材料的质感 （二）质感的物理属性（二）质感的物理属性 1. 自然质感

19、自然质感是固有的，符合物体质材构成实况的质感。 2. 人为质感 人为质感与自然质感不同，强调的是材料经人为加工后产生的工艺美和技术美。根据设计要求、效果的不同可分为同材异质感和异材同质感两种。 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology伴侣几（设计师：朱小杰）zippo打火机表面（生产商：美国ZIPPO公司）人人 为为 质质 感感突出工艺美、技巧性强突出工艺美、技巧性强以以“新新”为贵为贵 设计材料工艺学 Material and Technology of Desi

20、gn武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technologyv 第一章第一章 概概 论论 第三节第三节 设计材料的感觉特性设计材料的感觉特性 二、质感设计的形式美法则二、质感设计的形式美法则 （一）调和法则（一）调和法则调和法则使整体各部位的物面质感统一和谐。 （二）对比法则（二）对比法则 对比法则就是整体各部位的物面质感有对比的变化，形成材质的对比、工艺的对比。 （三）主从律（三）主从律强调在产品的质感设计中要有重点。所谓重点是反映事物的外在因素在排列组合时要出中心，主从分明。

21、（四）适合律（四）适合律各种质材有明显的个性，在质感设计中应充分考虑到质材的功能和价值，质感应与适用性相符。 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology质感运用的形式美基本法则质感运用的形式美基本法则配配 比比 率率调调和和法法则则对对比比法法则则主主从从律律要有要有设计的重点设计的重点适适合合律律质感与质感与适用性相符适用性相符 设计材料工艺学 Material and Technology of Design武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 A

22、rt and Design Institute of Wuhan University of Technologyv 第一章第一章 概概 论论 质质 感感设设 计计1、提高适用性良好的触觉质感设计，可以提高整体设计的适用性。 提高提高适用性适用性表现表现真实性真实性价值性价值性4、表现真实性和价值性良好的质感设计往往决定整体设计的真实性和价值性。 增加增加装饰性装饰性 2、增加装饰性良好的视觉质感设计， 可以提高工业产品整体设计的装饰性， 能补充形态和色彩所难替代的形式美。 获得获得多样性多样性经济性经济性3、获得多样性和经济性良好的人为质感设计可以替代和补救自然质感，可以节约大量珍贵的自然材

23、料，达到工业产品整体设计的多样性和经济性。 第三节第三节 设计材料的感觉特性设计材料的感觉特性三、质感设计的作用三、质感设计的作用 设计材料工艺学设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第二章第二章 设计选材的适应性系统设计选材的适应性系统 目目 录录武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第二章 设计选材的适应性系统导言第一节 设计选材的适应性第二节 设计选材的适应性原则第三节 设计选材的程序文献阅读指南思考题 设计材

24、料工艺学设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第二章第二章 设计选材的适应性系统设计选材的适应性系统 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology 本章是本书的理论基础。与传统材料工艺类教材不同的是，编者在事理学理论的基础上，用系统论的观点审视设计选材，提出了设计选材的适应性原则。本章概要：本章概要：本章介绍了设计选材的适应性原则和设计选材的基本程序，提 出设计选材应该以材料工艺内部因素和外部因素相适应为起 点，以适度为标

25、准，选择相对适合的材料与工艺。教学目标：教学目标：通过学习本章，学生能理解设计选材的适应性原则，这对学习 把握本书的后续章节有重要的作用。课前准备：课前准备：学生可在课前阅读系统科学相关书籍。教学硬件：教学硬件：普通教室学时安排：学时安排：本章建议安排48个课时，任课教师可根据实际需要安排。其中教师讲授课时占80%，学生讨论课时占20%。导导 言言 设计材料工艺学设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第二章第二章 设计选材的适应性系统设计选材的适应性系统 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Inst

26、itute of Wuhan University of Technology第一节第一节 设计选材的适应性设计选材的适应性 设计选材是产品设计的重要环节，选 择合适的材料与工艺作为产品设计的物质技术基础，对设计概念转化为产品实物起着关键的作用。一、设计选材的复杂化一、设计选材的复杂化二、设计选材的适应性要求二、设计选材的适应性要求适适 应应适应是设计适应是设计目标确定后目标确定后开始实施的开始实施的阶段阶段适适 度度适度是设计适度是设计过程中的行过程中的行为准则为准则适适 合合适合是设计适合是设计的最后结果的最后结果以及应该达以及应该达到的目标到的目标设计的适应性系统的应用原则由系统的内部因

27、素、外部因素和系统的目的三个要素构成。” 设计材料工艺学设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第二章第二章 设计选材的适应性系统设计选材的适应性系统 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第二节第二节 设计选材的适应性原则设计选材的适应性原则 选材作为设计的适应性系统中人的行为的一部分，具有适应性。在设计选材过程中，需要考察的因素包括如下两部分： 铁锅和木柄勺子（一）材料的物理性能（一）材料的物理性能（二）材料的化学

28、性能（二）材料的化学性能（三）材料的机械性能（三）材料的机械性能一、内部因素一、内部因素材料与工艺内部因素，包括材料的物理性能、化学性能、机械性能和加工性能等。为适合设计专业教学需要，剔除了材料的分子结构等内容。 设计材料工艺学设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第二章第二章 设计选材的适应性系统设计选材的适应性系统 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第二节第二节 设计选材的适应性原则设计选材的适应性原则课内讨

29、论题：课内讨论题： 1.图2-12中显示的产品（电线、电线杆、袜子、凳子、钓鱼杆等），说出它们的主要需要那一种机械性能？部分日常用品图 设计材料工艺学设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第二章第二章 设计选材的适应性系统设计选材的适应性系统 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第二节第二节 设计选材的适应性原则设计选材的适应性原则（一）功能需求（二）安全性（一）功能需求（二）安全性（三）外观需求（四）市场与经济因

30、素（三）外观需求（四）市场与经济因素（五）与材料相关的政策法规（五）与材料相关的政策法规（六）环境因素（六）环境因素二、外部因素二、外部因素外部因素包括产品的功能需求、安全性、外观需求、市场因素（材料可达性、成本、社会流行趋势）、国家相关政策法规、环境因素等。综上所述，设计选材的适应性原则是指以材料工艺内部因素和外部因素相适应为起点，以适度为评价标准，最终选择出相对适合的材料与工艺。 设计材料工艺学设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第二章第二章 设计选材的适应性系统设计选材的适应性系统 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 A

31、rt and Design Institute of Wuhan University of Technology第三节第三节 设计选材的程序设计选材的程序根据设计选材的“适应性原则”，可以拟定以下程序：第一步：针对特定产品，研究系统中材料工艺之外的需求与限定：第六步：如果有必要，重复上面的第三、四、五步。 第二步：针对特定产品，综合分析外部因素中的主要因素和次要因素。 第三步：根据主要因素选择系统内部因素（材料的物理性能、机械性能、化学性能、尺寸性能以及加工性能）。 第四步：根据次要因素选择系统内部因素（材料的物理性能、机械性能、化学性能、尺寸性能以及加工性能）。 第五步：根据内部因素确定一

32、系列符合要求的材料，通过制作模型，以内 部因素与外部因素相适应的程度为标准，对这些材料行评 估比较，选出其中相对而言更合适的材料。 设计材料工艺学设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第二章第二章 设计选材的适应性系统设计选材的适应性系统 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology文献阅读指南：文献阅读指南： 本章主要介绍了设计选材的适应性特征、适合性原则、设计选材的目标与基本程序。 司马贺著武夷山译的人工科学（上海科技

33、教育出版社2004年版）第一、二、五章对人工物的适应性特征有比较深刻的论述。 柳冠中编著的事理学论纲（中南大学出版社2006年版）第二章对设计科学的适应性系统有比较全面的论述。 另外，杰姆斯伽略特著常初芳译的设计与技术（科学出版社2004年版）对材料的性质有初步的介绍。 对材料与工艺进一步的了解可参见本书的后续章节。 设计材料工艺学设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第二章第二章 设计选材的适应性系统设计选材的适应性系统 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan U

34、niversity of Technology思考题：思考题：1为什么说设计选材的过程具有适应性的特征，这些特征体现在哪些方面？试举例说明。2试举例说明设计选材的“适应性原则”的具体应用？ 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology目目 录录第三章 金属材料与工艺 导言第一节 金属材料概述 第二节 金属材料的性能第三节 设计中常用的金属材料

35、 第四节 金属成型加工工艺第五节 金属切削和连接加工工艺第六节 金属材料的表面处理工艺第七节 设计中金属材料与工艺的选择及其应用实例文献阅读指南思考题习题 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology 本章是本书的理论基础。与传统材料工艺类教材不同的是，编者在事理学理论的基础上，用系统论的观点审视设计选材，提出了设计选材的适应性原则。本章概要

36、：本章概要：本章介绍了设计选材的适应性原则和设计选材的基本程序，提 出设计选材应该以材料工艺内部因素和外部因素相适应为起 点，以适度为标准，选择相对适合的材料与工艺。教学目标：教学目标：通过学习本章，学生能理解设计选材的适应性原则，这对学习 把握本书的后续章节有重要的作用。课前准备：课前准备：学生可在课前阅读系统科学相关书籍。教学硬件：教学硬件：普通教室学时安排：学时安排：本章建议安排48个课时，任课教师可根据实际需要安排。其中教师讲授课时占80%，学生讨论课时占20%。导导 言言 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工

37、艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology一、金属材料应用的发展历史及现状一、金属材料应用的发展历史及现状 金属是一种伴随人类物质文明发展的重要材料。第一节 金属材料概述曾侯乙墓出土的战国时期编钟（引自http:/） 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute o

38、f Wuhan University of Technology第一节 金属材料概述二、二、 产品设计与金属材料产品设计与金属材料 造物是为人类创造合理的使用方式。产品作为设计的最终产物，是以一定的物化形态存在，故物质材料是设计得以实现的基础。 在现今日常生活和工业生产中能接触到的产品小到锅、勺、刀、剪、手机、 电脑，大到机械 设备、交通工具、 航天飞机、大型 建筑物等，都离 不开金属材料。 茶壶和椭圆碟子（生产商：阿莱西） 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺

39、术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第一节 金属材料概述 金属材料的分类金属材料有色金属轻有色金属轻有色金属是指密度在4.5kg/m3以下的有色金属，它包括铝(AL)、镁(Mg)、钠(Na) 、钾(K) 钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)；特点：比重小、化学活性大，与氧 硫 碳和卤素的化合物都相当稳定重有色金属重有色金属是指密度在4.5kg/m3以上的有色金属，它包括铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(Zn) 、锡(Sn) 等；在国民经济各部门中，每种重有色金属根据其特性都有特殊的应用范围和用途贵

40、有色金属贵有色金属包括金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)族元素，它们在地壳中含量少，开采和提取比较困难；共同特点：比重大、熔点高、化学性质稳定、能抵抗酸、碱腐蚀(银和钯除外)，价格都很昂贵半金属一般指硅(Si)、硒(Se)、碲(Te)、砷(As)、硼(B)等，此类金属的物理性能介于金属与非金属之间，如砷是非金属，但能传热导电稀有金属通常是指那些在自然界中含量少，分布稀散或难从原料中提取的金属，如钨、钛等黑色金属铁(Fe)铁元素大约占地壳之元素总量的5.5%，全世界金属总产量中钢铁占99.5%钢（含碳量0.04-2%）全世界金属总产量中钢铁占99.5%特殊金属非晶态金属、高强高模铝锂合金、形状记

41、忆合金、减震合金、超塑金属、储氢合金、超导合金等三、金属材料的分类三、金属材料的分类 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology 一、金属的特性一、金属的特性第二节第二节 金属材料的性能金属材料的性能1.具有良好的导电和导热性能；2.表面具有金属所特有的色彩与光泽；3.具有良好的延展性，易于加工成型；4.可以制成金属间化合物，可以与其他金属

42、或非金属在熔融态下形成合金，以改善金属的性能； 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology二、金属材料的机械性能二、金属材料的机械性能（一）强度（一）强度 强度是指金属材料抵抗外力荷载而不致失效的能力。 （二）塑性（二）塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。（三）硬度（三）硬度 硬度是金属材料抵抗更硬物体压入其内的

43、能力。（四）韧性（四）韧性 冲击韧性是指金属材料抵抗冲击载荷的能力。（五）疲劳强度（五）疲劳强度 疲劳强度是指材料经受无数次应力循环时的最大应力。（六）弹性变形（六）弹性变形 弹性变形是指材料在产生变形之后，取消应力可以恢 复到原来形状的能力。 材料受力时的强度变化示意图第二节第二节 金属材料的性能金属材料的性能 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Te

44、chnology三、金属材料的加工性能三、金属材料的加工性能 （一）铸造性（一）铸造性 金属材料的铸造性包括流动性、收缩性和偏析倾向等 。 （二）锻压性（二）锻压性 金属材料的锻压性是指金属能否用锻压方法制成优良锻压件的性能。 （三）焊接性（三）焊接性 金属材料的焊接性是指它易于用焊接方法连接起来，而且不需附加特殊措施即能获得优良焊接质量的性能。 （四）切削加工性（四）切削加工性 金属材料的切削加工性是指它是否易于被刀具切削的性能。 第二节第二节 金属材料的性能金属材料的性能图3-6 材料受力测试示意图课内讨论题：课内讨论题： 2.结合生活中一些金属材料的应用实例（如保险丝对电路的保护、铸造的

45、下水道盖等），试分析它们所选用材料的物理属性和化学属性特征。 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology一、产品设计中常用的黑色金属一、产品设计中常用的黑色金属 第三节第三节 设计中常用的金属材料设计中常用的金属材料 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与

46、工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology一、产品设计中常用的黑色金属一、产品设计中常用的黑色金属 第三节第三节 设计中常用的金属材料设计中常用的金属材料( (一一) )纯铁纯铁 纯铁是指含碳量c在0.02%-0.04%的铁。 ( (二二) )铸铁铸铁 铸铁是指含碳量c在2.11%以上的铁碳合金 。 1.灰口铸铁 2.可锻铸铁 3.白口铸铁 4.球墨铸铁 5.蠕墨铸铁球墨铸铁微观组织使用铸铁为材料的室外家具灰口铸铁灰口铸铁球墨铸铁球墨铸铁 白口铸铁白口铸铁可锻铸

47、铁可锻铸铁 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第三节第三节 设计中常用的金属材料设计中常用的金属材料( (三三) ) 钢钢 钢是指以铁为主要元素,含碳量c在0.02%-2.11%的铁碳合金。 钢的分类：碳素钢普通碳钢 优质碳钢 合金钢合金结构钢 低合金结构钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢易切削结构钢合金工具钢特殊性能钢刃具钢模具钢 不

48、锈钢耐热钢耐磨钢钢 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第三节第三节 设计中常用的金属材料设计中常用的金属材料( (三三) ) 钢钢(1)碳素钢：碳素钢（简称碳钢）是指含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。 普通碳素钢。碳素结构钢。 碳素工具钢。 (2)合金钢：合金钢是指在碳钢的基础上，适量地加入一种或几种其它元素而形成

49、具有特殊性能的钢。合金结构钢。 合金工具钢。 高速工具钢。 特殊性能钢。 开瓶器（生产商：阿莱西）iPOD（生产商：苹果公司）平衡杯（设计师：卡尔马特斯）榨汁机（生产商：阿莱西） 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第三节第三节 设计中常用的金属材料设计中常用的金属材料二、产品设计中常用的有色金属二、产品设计中常用的有色金属( (一一

50、) )铝及铝合金铝及铝合金1.纯铝2.铝合金3.铝及铝合金的应用课内讨论题：课内讨论题： 3.不锈钢的应用在厨具和餐具中非常广泛，为什么一般不使用其它的金属材料？试分析其原因（从材料的基本性能、用具的使用环境等方面去分析）。铝合金分类示意图 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第三节第三节 设计中常用的金属材料设计中常用的金属材料3.

51、铝及铝合金的应用全新捷豹XK敞篷跑车及双门跑车（引自汽车之家杂志）课内讨论题：课内讨论题： 4.全球每年使用易拉罐的数量达到了约2100亿只，其中大部分是铝制的，为什么易拉罐大多采用铝材料？为什么有的饮料（如旺仔牛奶、八宝粥）要用铁制易拉罐？ 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第三节第三节 设计中常用的金属材料设计中常用的金属材料

52、( (二二) )铜及铜合金铜及铜合金 铜具有优良的导电性和导热性。由于纯铜的强度不高，在实际运用中通常是以紫铜（纯铜）、黄铜、白铜、青铜等合金形式出现。1.纯铜 纯铜是玫瑰红色金属，常呈紫红色，故又名紫铜，其熔点为1083，密度约为8.89/m3,晶体结构为面心立方体，具有良好的导电性能。2.铜合金 铜合金是指以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。3.铜及铜合金的应用 铜合金铜合金白铜青铜黄铜课内讨论题：课内讨论题： 5.试分析日常用的人民币硬币一角、五角和一元分别是使用什么金属材料铸造的？在选择材料时主要考虑那些因素？ 设计材料工艺学 Material and Technology

53、 of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第三节第三节 设计中常用的金属材料设计中常用的金属材料( (三三) )镁及镁合金镁及镁合金1.镁 镁是地球上储量丰富的轻金属元素，它的密度为1740kg/m3，约为铝的64%、锌的25%、钢的33%。镁不仅具有优良的性能，而且是日常应用中最轻的结构金属。2.镁合金 镁合金是指在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土元素形成的合金。 镁合金按加工方法可以分为变形镁合

54、金和铸造镁合金。3.镁及镁合金的应用 镁合金作为目前密度最小的金属结构材料之一，广泛应用于航空航天工业、军工领域、交通领域（包括汽车工业、飞机工业、摩托车工业、自行车工业等）、3C领域等。 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第三节第三节 设计中常用的金属材料设计中常用的金属材料( (四四) )其他合金金属其他合金金属1. 钛及钛合金

55、(1)纯钛:(2)钛合金: (3)钛及钛合金的应用: 2.锌及锌合金3.轴承合金4.锡合金5.低熔点合金6.粉末合金图3-33 索尼 VAIO B笔记本电脑（生产商：日本索尼） 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第四节第四节 金属成型加工工艺金属成型加工工艺 金属材料的成型加工按其特点分为冷加工和热加工。 热加工成型有液态成型、塑性

56、成型、固态成型三种方法。金属材料的成型加工冷加工热加工液态成型塑性成型固态成型 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology第四节第四节 金属成型加工工艺金属成型加工工艺一、铸造成型一、铸造成型铸造工艺通常包括以下三个阶段：1铸型准备： 2铸造金属的熔化与浇注： 3铸件处理和检验： （一）普通砂型铸（一）普通砂型铸造造1.湿砂型和干砂型2.化

57、学硬化砂型 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology砂型铸造示意图（二）特种铸造（二）特种铸造 1.熔模铸造 熔模铸造的特点： （1）铸件精度高、表面质量好，是少、无切削加工工艺的重要方法之一。 （2）可制造形状复杂铸件，对由几个零件组合成的复杂部件，可用熔模铸造一次铸出； 第四节第四节 金属成型加工工艺金属成型加工工艺 设计材料工艺学

58、Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology2.壳型铸造 3.实型铸造4.陶瓷型铸造5.金属型铸造6.压力铸造7.连续铸造 8.低压铸造9.离心铸造陶瓷型铸造示意图第四节第四节 金属成型加工工艺金属成型加工工艺压铸原理示意图水平式连续铸钢锭示意图低压铸造工艺流程图 设计材料工艺学 Material and Technology of Designv 第三章第

59、三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology（3）铸造合金种类不受限制，用于高熔点和难切削合金，更具显著的优越性；（4）生产批量基本不受限制，既可成批、大批量生产，又可单件、小批量生产；（5）工序繁杂，生产周期长，生产成本较高，铸件不宜太大、太长。熔模铸造工艺流程图课内讨论题：课内讨论题： 6.我国古代有许多优秀的青铜工艺制品都是采用了失蜡铸造制作而成，试列举三到五个例子。第四节第四节 金属成型加工工艺金属成型加工工艺 设计材料工艺学

60、 Material and Technology of Designv 第三章第三章 金属材料与工艺金属材料与工艺 武汉理工大学艺术与设计学院武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design Institute of Wuhan University of Technology（三）铸造新工艺（三）铸造新工艺 1.快速凝固 2.定向凝固 3.复合铸造 4.镶铸工艺课内讨论题：课内讨论题： 7.许多家庭使用的门把手采用了压力铸造的工艺。为什么压力铸造这种加工工艺不太可能用于短周期生产呢？第四节第四节 金属成型加工工艺金属成型加工工艺 设计材料工艺学 Material and Techno