工程材料及成形工艺基础教学课件下载-样章

工程材料及成形工艺基础本课程旨在为学生系统地介绍工程材料的基本概念和成形工艺的基础知识。涵盖材料的结构、性能、加工工艺等方面,为后续学习专业知识奠定基础。课程概述主要内容本课程系统介绍了工程材料及加工成形工艺方面的基础知识,包括金属材料、结构及性能特点,以及常见的成形加工工艺。重点方向课程重点关注材料的化学组成、微观结构、力学性能,以及塑性成形、铸造、焊接等加工工艺的原理和应用。教学目标使学生掌握工程材料的基本性质和常用加工方法,为后续专业课程打下坚实的基础。授课方式结合理论讲解、实验操作和实践训练,采用多样化的教学方式,激发学生的学习兴趣。课程目标掌握基础知识通过本课程的学习,学生将掌握工程材料的基础概念、性能、应用等方面的知识,为后续专业学习奠定基础。培养分析技能课程包含实践环节,旨在培养学生运用理论知识进行材料分析、测试的实践能力。增强实践应用通过案例分析和实践操作,学生将学会将所学知识运用于工程实践中,为未来的职业发展奠定基础。课程体系1基础理论主要包括工程材料的基本概念、性能、结构、制备及其应用等基础知识。通过学习掌握材料的基本特性和行为规律。2成形工艺涵盖金属、陶瓷、高分子等工程材料的主要成形加工工艺技术。学习掌握材料成形的基本原理和方法。3实践应用结合实验实践环节，培养学生的动手能力和分析问题解决问题的能力。让学生更好地将理论知识应用于实践。工程材料概述工程材料是工程建设中使用的原材料,广泛应用于各类产品制造和基础设施建设。包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料等,具有不同的物理、化学及力学性能。选择合适的材料是确保产品质量和安全性的关键。金属材料广泛用途金属材料在工程、建筑、机械、交通等众多领域广泛应用,是现代工业不可或缺的基础材料。优异特性金属材料具有良好的强度、导电性、导热性、耐腐蚀性等特点,能够满足各种工程需求。分类丰富金属材料包括铁基合金、有色金属、贵金属等多种类型,每种类型都有独特的性能。可加工性强金属材料可以通过各种成形工艺如铸造、锻造、焊接等加工成所需的形状和尺寸。铁基合金广泛应用铁基合金因其优秀的性能和可靠性而广泛应用于建筑、机械制造、交通运输等领域,是最重要的工程材料之一。合金类型铁基合金主要包括碳钢、低合金钢、不锈钢等,根据合金元素的不同具有各种不同的性能特点。优异特性铁基合金具有优异的机械性能、耐腐蚀性、耐高温性等,可根据需求进行热处理和表面处理。制备工艺铁基合金的制备涉及炼钢、铸造、锻造、焊接等多种成形工艺,工艺选择关乎最终性能。有色金属多种类别有色金属包括铜、铝、镍、锌、钛等众多元素，性能各异，应用领域广泛。耐腐蚀大多数有色金属具有良好的抗腐蚀性能，在苛刻环境下使用表现出色。导电性铜、铝等有色金属具有优异的电导率，广泛应用于电力、电子等领域。合金及合金化概念合金是什么?合金是由两种或多种金属元素组成的金属化合物,它具有更优异的性能,如更高的强度、耐腐蚀性和耐高温性等。合金化的作用合金化可以改善金属材料的机械性能、耐腐蚀性、耐磨性等,使其更适合工程应用。常见合金种类常见合金包括钢铁合金、铝合金、铜合金、镍合金等,广泛应用于机械制造、建筑、航空航天等领域。材料结构金属材料的基本单元是原子,它们以有序的方式排列形成晶体结构。不同的结构决定了材料的性能特点,如强度、塑性等。金属材料中常见的晶体结构包括面心立方、体心立方和六角密排等,每种结构都有其独特的特点。除了原子排列形式,材料中还存在各种点缺陷、线缺陷和面缺陷等,这些缺陷会对材料性能产生重要影响,是材料科学研究的重点内容之一。相图及相变相图相图描述了材料在不同温度和压力下的相状态变化规律。它能帮助预测材料在特定条件下的相组成及其稳定性。相变相变是指材料在外部条件变化下从一种相态转变为另一种相态的过程。常见的相变包括熔融-凝固、沸腾-凝结等。二元相图二元相图展示了两种成分元素在不同温度和浓度下的相平衡关系。它能预测合金的微观组织和性能变化。晶体结构原子排列结构物质是由原子有序排列而成的晶体结构,这决定了材料的性质和行为。不同的结构形式会带来不同的力学、电学和热学特性。晶格结构晶体结构可分为简单晶格、面心晶格和体心晶格等。不同的晶格结构会影响到材料的各项性能表现。晶体缺陷实际的晶体材料都存在各种缺陷,包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。这些缺陷会改变材料的性能,在材料设计中需要合理控制。金属材料缺陷1晶体缺陷金属材料的原子结构并非完美,会存在各种晶体缺陷,如点缺陷、线缺陷和面缺陷。这些缺陷会影响材料的机械性能和化学性能。2杂质和夹杂物金属材料在制造过程中难免会混入一些杂质和夹杂物,如非金属包裹物、氧化物等,这些会降低材料的强度和韧性。3化学成分偏差合金材料的化学成分如果不均匀,会导致局部性能差异,影响材料的整体性能。4内部应力制造过程中,金属材料会产生各种内部应力,如残余应力和热应力。这些应力会引起材料的变形和断裂。材料性能力学性能材料的力学性能包括强度、硬度、韧性、延展性等,反映了材料在受力时的抗变形和抗破坏能力。这些性能直接影响着材料在工程应用中的安全性和可靠性。化学性能材料的化学性能包括耐腐蚀性、耐热性、抗氧化性等,体现了材料在化学环境中的稳定性和抗变化能力。这些性能对于材料在恶劣条件下的使用至关重要。物理性能材料的物理性能包括导电性、导热性、密度、熔点等,反映了材料在物理层面的特性。这些性能对于材料在电子、能源等领域的应用有重要影响。其他性能材料还可能具有耐磨性、耐辐射性、生物相容性等特殊性能,根据不同的应用场景和工作环境而需要关注。材料力学性能1强度与硬度材料承受外力时的抵抗能力,可以表示为屈服强度、抗拉强度等指标。硬度反映材料表面的抗变形能力。2塑性与韧性材料发生永久性变形的能力称为塑性。韧性则是材料在断裂前吸收的能量大小。3弹性与弹性模量材料在受力后能恢复到原始状态的特性称为弹性。弹性模量则反映了材料的刚度。4疲劳与蠕变材料在周期性载荷下逐渐失效的特性称为疲劳,而蠕变则是长期恒定载荷下材料的持续变形。材料化学性能抗腐蚀性材料在特定的化学环境中,能够抵御腐蚀、氧化和退化,维持原有状态的能力。这是一种重要的化学性能。耐高温性材料在高温环境下不会发生化学变化,保持稳定性和完整性的能力。这对于高温应用环境十分重要。耐化学性材料在各种化学介质中保持化学稳定性,不会发生腐蚀、溶解或其他不利反应的能力。这是材料应用的关键特性之一。材料物理性能热性能材料的热膨胀、导热性和比热容等特性决定了材料在高温环境下的稳定性和耐热性。这些性能直接影响材料在工业设备和装置中的应用。电性能材料的电阻率、电导率和介电特性决定了材料在电子电器领域的用途。绝缘材料、导电材料和半导体材料各有不同的电性能特点。磁性能某些材料具有磁性,可用于制造电机、电磁铁和信息存储设备等。磁性能包括磁导率、饱和磁化强度和磁滞特性。光学性能材料的透光性、反射率和折射率等光学特性决定了其在光学器件中的应用。玻璃、晶体和金属薄膜都有各自的光学性能。材料选择原则功能性根据预期使用环境和性能要求,选择能充分发挥所需功能的材料。成本在满足性能需求的前提下,选择生产和加工成本最低的材料。环境影响根据最终产品的使用环境,选择对环境影响最小的环保型材料。可获得性选择原料供应充足、生产工艺成熟的材料,确保供应及时稳定。工艺基础概述工艺基础是制造过程的基础知识,涵盖了材料的成形、加工、处理等各个环节。了解这些基础知识有助于更好地选择合适的工艺、设计制造方案,提高产品质量和生产效率。塑性成形工艺冷成形在室温下对金属材料进行塑性变形加工,如锻造、挤压、滚轧等,可以提高材料的强度和硬度。热成形在高温下对金属材料进行塑性变形加工,如锻造、挤压、拉拔等,可以改善材料的塑性和加工性。特殊成形利用特殊方法进行塑性变形,如超塑性成形、电磁成形等,可以生产出复杂形状的零件。铸造成形工艺铸造原理铸造是通过将液态金属浇注到模具中并凝固成型的工艺,可制造出各种复杂形状的零件。工艺优点铸造可以制造出大尺寸和复杂形状的零件,适用于批量生产。成本较低且工艺简单。工艺流程铸造工艺包括熔融、浇注、凝固和脱模等步骤,需要严格控制温度、时间等参数。常见铸造方法砂型铸造、永久模铸造、压铸、die铸造等是常见的铸造工艺方法。焊接与切割工艺1焊接工艺焊接是通过加热、熔融和凝固的方式将金属工件牢固地连接在一起的一种重要的制造工艺。主要包括电弧焊、气体焊、电阻焊等。2切割工艺切割是指利用物理或化学的方法切断金属工件的一种加工工艺。主要有氧焰切割、等离子弧切割、激光切割等。3焊接与切割的应用焊接和切割广泛应用于机械制造、建筑、交通运输等领域中,是一种重要的制造技术。热处理工艺淬火通过快速冷却将钢铁加热到合适温度后迅速冷却,可以提高其硬度和强度。这种方法常用于制造刀具、球轴承等需要高硬度的零件。回火在淬火后再次加热至较低温度并缓慢冷却,可以降低材料的脆性、提高韧性。常用于调整零件的力学性能。时效处理通过适当的加热和时间控制,可以改善铝合金等材料的强度和硬度。是一种重要的热处理工艺。正火将钢铁加热至一定温度并在炉中慢慢冷却,可以消除内部应力,改善组织结构和性能。常用于热锻造和焊接后的处理。机械加工工艺车削加工通过旋转工件和安装在固定导轨上的切削刀具实现轴类零件的加工。铣削加工利用多刃旋转切削工具对工件表面进行加工的一种加工方法。钻孔加工使用旋转的钻头在工件上钻孔的加工方法。磨削加工利用高速旋转的磨削工具对工件表面进行精加工的方法。表面工艺电镀电镀是一种常见的表面处理工艺,可以在金属表面沉积其他金属层,提高耐腐蚀性和装饰性。渗氮渗氮是一种热化学处理工艺,可以在钢表面形成硬质氮化层,增强表面硬度和耐磨性。PVD镀膜物理气相沉积(PVD)是一种在真空环境下沉积各种硬质涂层的技术,可以提高表面耐磨性能。阳极氧化阳极氧化是一种电化学处理工艺,可以在铝表面形成硬质氧化层,提高其耐腐蚀性和装饰性。材料测试与分析材料测试的重要性材料测试可以全面了解材料的性能和特性,为工程设计和生产提供数据支撑。它是确保产品质量和安全性的关键环节。常见测试方法包括化学成分分析、机械性能测试、金相分析、热分析、电磁性能测试等。每种测试方法都有其适用范围和测试重点。先进表征技术如扫描电镜、X射线衍射、电子探针等,可以更深入地分析材料的微观结构和元素分布。测试数据分析通过数据的统计分析和对比,可以判断材料是否符合设计要求,并提出改进建议。实验内容及要求1材料组成分析通过化学分析和显微检测等方法,了解材料的成分和结构特征。2材料性能测试进行拉伸、弯曲、硬度等测试,了解材料的机械性能。3热处理工艺实践对材料进行不同的热处理工艺,观察其对材料性能的影响。4表面处理工艺应用化学镀、电镀等方法对材料表面进行处理,观察其效果。实验预习与报告实验预习在正式进行实验前,仔细预习实验内容和操作步骤。了解实验目的、原理和设备,可以更好地掌握实验流程,提高实验效率。实验记录详细记录实验过程中的观察、测量数据和现象,为后续分析和撰写报告做好基础记录。实验报告根据实验记录,撰写系统、规范的实验报告,包括实验目的、原理、过程、结果和讨论分析。体现自己的理解和思考。课程作业