材料课件

工程基础-1（产品造型材料与工艺）课件第一章概论•§1-1材料与设计广义的讲材料是指人们的意识之外的所有物质；或者说是一种跨越人类时代的物质。具体而言材料是人们用以作为物品的物质，包括：衣食住行的各种产品。。何谓设计，具体而言设计是一种造型计划，造型行为或造型活动，是指人们在生产中有意识的运用工具和手段，将材料加工成可视的或可触及的具有一定形状的实体，使之成为实用价值或具有商品性的物质。由此可见，设计和材料是密不可分的。设计师应熟练掌握材料、加工技术和形体之间的配合，并合理有效的使用各种不同的材料，从经济、使用、美观的需要出发，设计出新产品，使材料被加工成人们真正用作物品的物质，给人们以物质和精神上的享受。。。。。。。。。。。•总之，材料早已成为人们赖以生存的不可缺少的重要组成部分，人类社会的发展，科学和物质文化的进步也总与性材料的出现、使用和变动紧紧地联系在一起，并反映人类认识自然、改造自然及创造自然的能力。§1-2材料的分类一、按材料的发展分类第一代的天然材料：石头、木材等。第二代的加工材料：用矿物质通过冶炼、烧制，制成金属和陶瓷。第三代的合成材料：用化学方法将石油、天然气制成高分子材料。第四代的复合材料：拥有机、无机乃至金属材料复合而成的材料。第五代的职能材料或应变材料：具有应变能力和潜在功能的复合材料。二、按材料的物理状态、化学性质、用途分类物理状态：气体、液体、固体。按材料的化学结构分：技术、有机物、无机物。按用途分：按行业分。三、按材料的来源：天然、加工、合成。（P6）§1-3材料的一般性质1、密度密度是指在绝对密实状态下单位体积的质量，p=m/V2、熔点3、比热容：将1克质量的材料温度升高1度所需要的热量即为（焦耳每千克开）。。。。。。4、热导率5、热胀系数6、强度7、弹性与塑性8、脆性与韧性9、硬度§1-4造型材料应具有的性质•感觉物性：感觉和视觉对材料作出的综合印象。•环境耐候性：材料的环境适应性及抵抗性•加工成型性：材料的易加工及成型性•表面加工性：材料的可加工及易表象性§1-5材料科学技术的发展第二章金属材料§2-1金属材料的基本知识一.金属材料的主要性能1、机械性能—力学性能(1)静载荷下金属材料的力学性能：弹性、刚度、塑性、强度、硬度。（2）动荷载下金属材料的力学性能（3）交变载荷下金属材料的机械性能材料或构件在无数次重复交变荷载下而不引起断裂的最大应力成为疲劳极限或疲劳强度。钢材106----107次，有色金属107—108。实验证明金属材料的疲劳强度与抗拉强度存在以下近似关系。2.金属材料的物理化学性质•物理性能：指金属材料对各种物理现象所引起的反应。主要包括：比重、导热性、导电性、热膨胀等；•化学性能：是指在常温或高温时抗腐蚀抗氧化的能力。3.工艺性能：是指材料适应各种加工和工艺处理要求的能力，即易加工能力。二.金属及合金的结构与结晶1.金属的结构与结晶（1）金属的晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排立方晶格。①体心立方晶格材质硬、延展性差如铬钼钨钒等②面心立方晶格质软、延展塑性好如铝铜镍铅等③密排立方晶格与面心结构具有相同的性质（2）金属的结晶过程结晶的概念：金属及合金有液态转变为固态并形成晶体结构的过程。理论温度Tm---实际温度Tn过冷度△Ｔ＝Ｔｍ－Ｔｎ问题：为什么结晶过程温度不变？过冷度与冷却速度之间的关系？结晶的过程是由晶核的形成和成长这样两个并行的环节组成的。由于晶核形成的次序不已，生长条件及长大的程度也各不相同，因而最后形成的结晶组织为外形不规则、大小不等、排列不整的小颗粒。并形成晶粒交界面，使金属极易受到介质的腐蚀。晶粒的粗细对金属的性能有很大的影响。注意：金属晶粒与性能之间的关系（3）金属的同素异构转变以纯铁为例2.合金的结构（1）合金的基本概念以一种金属元素为基础，加入另外一种或几种金属或非金属元素而形成具有金属特性的材料成为合金。（2）合金的结构固溶体：具有与溶剂相同的晶格形式。金属化合物：具有特殊晶格和明显金属特征机械混合物：既不相溶又不形成化合物3.铁碳合金的结构和状态图（1）铁碳合金的基本组织铁素体：碳在α-Fe中形成的固溶体，用F表示。具有体心立方晶格，与纯铁性质接近。奥氏体：碳在γ-Fe中的固溶体，用A表示。有一定的强度、硬度，塑性好，适宜压力加工。渗碳体：铁与6.67%的碳形成的金属化合物Fe3C,其特点是硬而脆。在一定条件下可分解为铁素体和石墨：Fe3C-----Fe+C,即所谓的石墨化。珠光体：F+Fe3C=P（二者机械混合物即珠光体）二者各自保持自己的晶格形式，因而具有较高的强度、硬度和一定的塑性与韧性。（2）铁碳合金状态图（合金相图）相线所表示的意义•ABCD--------液相线•AHJECF------固相线•ECF------共晶线，C2.06—6.67%的合金冷却到1147度时发生共晶反应，结晶出莱氏体（奥氏体与渗碳体的混合物）•GS--------从奥氏体中析出铁素体的相界线。•ES--------碳在γ-Fe中的溶解度曲线，也是从奥氏体中析出二次渗碳体的曲线。•PQ------碳在铁素体中的溶解度曲线三钢的热处理1.钢的热处理原理（1）钢组织转变的临界温度：是指使钢发生奥氏体转变的温度。（2）钢在加热使得组织转变：把铁素体与渗碳体转变为奥氏体。（3）钢在冷却时的组织转变。把奥氏体发生共析反应分解为珠光体。2.钢的普通热处理•钢的热处理方式及过程图（1）退火完全退火：Ac3+20---60度球化退火：共析钢Ac1+20—40度去应力退火：A1以下（2）正火也称常化。Ac3+50—100度（3）淬火Ac1或Ac3+30—50度（4）回火淬火加热到A1以下在冷却。低回150-250，中回350-500，高回500-650；淬火+高回=调质3.钢的表面热处理（1）表面淬火感应加热+火焰加热（2）表面化学热处理渗碳、渗氮、碳氮共渗。§2-2钢铁材料一、钢铁材料的生产（炼铁、炼钢、轧钢）1.生铁的冶炼生铁即含炭量大于2.11%的铁碳化合物通过还原反应把氧化铁变为含炭量为3.5%的生铁。2.炼钢主要的反应是碳的氧化反应Fe+O--FeO+Si/Mn/P/C--SiO2/MnO/P2O5/CO+Fe3.轧钢（1）方法：热轧、冷轧（2）钢材的品种和用途型材、板材、管材、钢丝二.碳钢1.碳钢的成分对其性能的影响（1）碳（2）硅、锰（3）硫、磷；（4）氮、氢、氧2.碳钢的分类、编号和用途（1）分类a按含碳量分：低碳钢、0.08--0.25；中碳钢0.3—0.6；高碳钢0.6—1.4；b按质量分：普通碳素钢（硫、磷含量小于0.05%）、优质碳素钢（0.04%）、高级碳素钢（0.03-0.035%）；c按用途分：碳素结构钢、碳素工具钢。（2）普通碳素结构钢根据钢材出厂对其性能保证条件的不同，国家标准将其分为甲、乙、特三类，分别用A、B、C表示。A类：含碳量无特殊要求的钢，不进行热处理，只标明机械性能，钢号为A1--A7。B类：对含碳量有特殊要求，要进行热处理，只规定化学成分，钢号为B1---B7。C类：既要保证机械性能又要保证化学成分，钢号为C1---C5。（3）优质碳素结构钢杂质少可热处理重要零件（4）碳素工具钢含炭量0.65—1.35%，用T表示。四.铸铁1.铸铁的成分和组织特点含炭量2.5-4%2.常用铸铁的种类、编号和用途（1）灰口铸铁片状石墨用HT**--**抗拉抗弯10%（2）球墨铸铁用QT**--*抗拉强度10%及延伸率（3）可锻铸铁用KT石墨以团絮状存在（4）蠕墨铸铁其性质与球墨铸铁相近§2-3铝及铝合金一.铝的生产1.从铝矿石中提取氧化铝；方法：电热法、酸法、碱法，其中最常用的方法是用氢氧化钠或碳酸钠把氧化铝从矿石中分离出来即碱法。2.氧化铝电解得到纯铝。二.纯铝1.铝的性质比重小、导电热性好、塑性好、以成型、耐腐蚀。2.分类：高纯铝L01---04升，工业铝L1—5降。三.铝合金（铝铜、铝硅最常用）1.铝合金的组织结构及特点铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金2.铸造铝合金ZL***主要用来制造形状复杂、承载不大、重量较轻且有一定耐蚀、耐高温要求的铸件。包括：铝硅、铝铜、铝镁、铝锌合金3.变形铝合金包括：防锈LF、硬铝LY、超硬铝LC、锻铝LD•四.铝材：板材、管材、棒材、型材、线材§2-4其他金属材料一、铜及铜合金1.纯铜用T1--4表示数字越大，纯度越低。2.铜合金（1）黄铜以锌为主要合金元素的铜合金，用H表示HSn62—1为含铜62%，含锡1%的锡黄铜。（2）青铜铜锡合金，把铝、硅、铍、锰、铅等铜基合金统称为青铜，用Q表示。（3）白铜以镍为主要合金元素的铜合金。第三章非金属材料•§3-1塑料一、概述（一）塑料与合成树脂•塑料是指具有可塑性的高分子材料。其主要特点有：质轻（耐震动和冲击、比强度高）、透明性、绝缘性、耐蚀性、耐药品性、隔热性，加工成型方便，具有装饰性，和近代质感。其缺点：不耐高温、低温脆性增大，易变形，塑料有老化现象。•合成树脂是指人工合成的高分子化合物，通过加入添加剂，经过加工变成塑性材料，或固化变成刚性材料，因此合成树脂是塑料的基本原料。（二）塑料的一般性质•优点：•多数塑料有透明性、有光泽、能着鲜艳色彩•质轻、耐振动与冲击、比强度高•电绝缘性、热物理性好•耐化学药品性•塑料成型加工方便、能大批量生产•缺点：•不耐高温、低温发脆；燃烧有毒。•塑料制品易变形•易老化（三）塑料可分为：热塑性塑料、热固性塑料（四）塑料的组成1、合成树脂人工合成的高分子化合物2、填料配方中相对呈惰性粉状或纤维材料3、增塑剂增加流动性、柔软性、易于加工成型4、稳定剂防止塑料变质、分解、延长寿命5、润滑剂防止脱模困难6、着色剂使塑料具有一定色彩，要稳定不挥发7、固化剂防止塑料受热变软8、其它添加剂（五）塑料的鉴别方法：光谱法、燃烧法§3-2陶瓷一.概述凡是经高温热处理工艺合成的无机非金属固体材料，统称为陶瓷制品。二.我国陶瓷发展的历史三.陶瓷的分类普通陶瓷：利用天然硅酸盐矿物原料制成的陶瓷特种陶瓷：利用纯度高的人工合成原料用传统的陶瓷工艺方法制造的新型陶瓷。四.陶瓷的性质1、光学性质（1）白度陶瓷对白光的反射能力（2）透光度允许可见光透过的程度（3）光泽度陶瓷表面对可见光的反射能力，取决于陶瓷表面的光洁程度。.2、力学性质抵抗外界机械应力主用的能力，其材质硬而脆因而抗压能力强而康拉能力差。3、热稳定性陶瓷材料称受外界温度的急剧变化而不破损的能力。是陶瓷制品的一个重要的质量指标。4、化学性质陶瓷耐酸碱的侵蚀及大气腐蚀的能力。5、气孔率于吸水率气孔率是指陶瓷制品的气孔体积与总体机之比吸水率反映陶瓷的致密程度§3-3玻璃一、概述玻璃是指熔融物冷却凝固所得到的非晶态无机材料。工业打粮食的玻璃是一石英为主要材料的硅酸盐玻璃。其主要特点：坚硬、透明、气密、不透，脆性大。二、玻璃的主要性质1、机械强度：抗压、抗折、抗胀、抗冲击。2、硬度：抵抗其他物体呀入其表面的能力，硬度大。3、光学性质：透过光线的能力4、电学性质：不两道题，可做绝缘材料。5、热性质：导热性差，无法经受温度的急剧变化。6、化学稳定性：玻璃的化学性质稳定。三.玻璃的种类§3-4木材•一、概述木材是在一定自然条件下生长起来的它具有较复杂的综合性能。1、质轻2、易加工和涂饰3、对空气中的湿气有调节作用4、热、电传导率低，电阻大5、具有天然的色彩和美丽的花纹6、具有可塑性7、易变形、易燃8、各向异性二、木材的分类、构造1、木材的分类按树木成长的状况：外长树、内长树安材质分：软木材、硬木材按输液的外观形状：针叶树、阔叶树2、木材的宏观构造：根、杆、枝、叶3、木材的切面:三、木材的缺陷1、节子2、变色、腐朽、虫害、裂纹、弯曲四、木材的干燥及选用•木材的烘干方法：自然干燥、人工干燥•木材的选用（一）技术条件1、一定的强度、刚度、韧性、硬度，重量适中2、美丽的纹理、材质悦目3、变形小4、易加工5、胶合、着色剂涂饰性好6、耐候及耐虫。（二）质量管理1、体积计算；2、含水率；3、力