材料成型原理与工艺

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1、《材料成型原理与工艺》概论北京航空航天大学材料学院周铁涛2014.1主要参考书目：1：材料成型原理与工艺应宗荣主编哈尔滨工业大学出版社，20052：工程材料及成形工艺基础齐乐华主编西北工业大学出版社，20023：材料成形技术基础何红媛主编东南大学出版社，2000材料要获得应用和发展必须具备两个基本条件：一.材料必须具有能满足特定应用场合所要求的性能二.有经济有效的成形方法将其成形为特定的制品因此材料工业包括了：材料制备工业和制品加工工业两大工业体系；制品加工工业是材料工业的两极之一，它与材料制备工业(如金属的冶金工

2、业、聚合物的合成工业)相互关联、互相依存并且相互促进。材料总是以一定的制品形式获得应用的。而材料要变成制品必须经历一定的成形工艺过程。成形工艺过程包括：温度、压力和各种场力的施加及变化。成形工艺过程既赋予制品所需要的形状，同时也直接影响制品的微观结构和宏观性能。因此掌握制品成形工艺方法与成形行为、制品结构的形成过程与规律、制品结构与制品性能关系、制品成形工艺条件对制品质量的影响规律等，对于在制造特定的制品时指导材料及成形工艺方法的选择、成形工艺过程与条件的确定以及设备与模具的设计和选用等都具有重要的意义。本课程的基本

3、任务就是阐明制品成形的基本原理和工艺方法，为指导制品生产打下必要的理论基础。0.1材料种类与应用材料是人类进行生产生活和与大自然作斗争的物质基础，今天它与能源、信息和生物技术共同构成了现代科学技术的四大支柱。材料作为用来制造机器零件、构件和其它可供使用制品的物质，按化学组成特征，可分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料。0.1.1金属材料金属材料是目前应用最广泛、重量用量最大的材料，是现代机械制造工业的最主要材料。现在世界上有86种金属！在各种机床、矿山机械、冶金设备、动力设备、农业机械、交通运输设备、航空航天

4、器、现代兵器中，金属制品占80%～90%，金属材料在材料领域中占有举足轻重的地位。金属材料按组成可分为纯金属和金属合金两大类。由于金属合金比纯金属有更好的力学性能和工艺性能，且成本低，因而实际中多使用金属合金。金属合金是一种以金属元素为基础，加入其它金属或非金属元素经熔炼或烧结而制成的、具有金属特性的材料。最常用的金属合金是以铁(Fe)和碳(C)为基础的铁碳合金，其用量占整个金属材料的90%以上。铁碳合金通常称为钢铁或黑色金属，黑色金属只有三种：铁、锰与铬。而它们三个都不是黑色的！纯铁是银白色的；锰是银白色的；铬是灰

5、白色的。黑色金属分为钢和铸铁两大类。钢是指含碳量小于2.11%的铁碳合金，是使用最广泛的金属材料，产量占金属的90%以上，1990年世界钢产量为6.85亿吨，中国2000年钢产量1.285亿吨。根据钢的化学成分，钢又可以分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两大类。碳钢除含主要成分铁和碳外，还含有少量的硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)等元素。碳钢具有良好的工艺性能和较好的机械性能，且价格低廉，应用最广泛，其产量占钢产量的80%以上。为了改善和提高钢的性能，在碳钢基础上有针对性地加入某些元素，这种钢称为合金钢，它主要

6、用来制造性能要求高的机械零部件。含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁，除含铁和碳外，它还含有Si、Mn、P、S及某些合金元素，其成分大致为：2.5%～4.0%C，1.0%～3.0%Si，0.5%～1.4%Mn，0.01%~0.5%P，0.02%~0.2%S。与钢相比，主要区别在于铸铁含C、Si较高，含P、S杂质元素较多，所以其组织和性能与钢差别较大，铸铁的铸造性能优良但物理机械性能不如钢。铸铁是重要的工程材料，中国2000年的铸铁产量近1000万吨，铸铁主要应用于农业机械、汽车拖拉机、机床制造等领域。除钢铁(黑色金

7、属只有三种：铁、锰、铬)以外的各种金属材料又称非铁材料或有色金属，如铝(Al)、铜(Cu)、镁(Mg)和钛(Ti)等。有色金属的种类很多，其用量和产量不及钢铁，但由于它们具有某些独特的性能和优点，在空间技术、航海、原子能、计算机等新型工业部门获得了重要的应用，已成为现代工业中不可缺少的重要材料。2000年中国10种常用有色金属及其合金的年产量已超过800万吨。铝是地壳中储量最丰富的金属元素，约占地壳总量的8.2%，居四大金属Al、Fe、Mg和Ti之首。铝具有良好的塑性和韧性以及仅次于银、铜的导电性和导热性，广泛用作导

8、电材料和热传导材料。但纯铝强度低，不宜作结构材料，为了提高其强度，通常加入一定量的合金元素（如Si、Cu、Mg、Mn等）制成铝合金。铝合金广泛用作飞机结构材料、舰船构件、各种缸体、壳体及其它制件。铜及其合金按其颜色分为紫铜、黄铜、青铜和白铜，紫铜即为纯铜，其它三种为铜合金。纯铜塑性高、强度低，有优良的低温韧性，突出的优点是优良的导电性和导热性及