合肥工业大学材料成型及控制工程专业导论.ppt

1材料科学与工程导论 苏 勇 20132绪 论1.意义和目的材料的定义和分类材料的定义和分类材料的地位和作用材料的地位和作用材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展2.内容3材料是人类用于制造机器、构材料是人类用于制造机器、构件和产品的件和产品的物质物质，是人类赖以，是人类赖以生存和发展的物质生存和发展的物质基础基础。4无机非金属材料无机非金属材料金属材料金属材料高分子材料高分子材料复合材料复合材料材料的分类材料的分类56 一种重要新材料的发现和使用，一种重要新材料的发现和使用，都把人类支配自然的能力提高到一都把人类支配自然的能力提高到一 个新水平，材料科学技术的每一次个新水平，材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术变革，甚至引起一次世界性的技术变革，从而把人类物质文明和精神变革，从而把人类物质文明和精神文明推向前进。文明推向前进。材料的地位和作用材料的地位和作用7材料科学与工程的形成与发材料科学与工程的形成与发展，反映了学科发展从细分展，反映了学科发展从细分到整合（综合）的基本规律。到整合（综合）的基本规律。材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展8材料学科的分合图材料学科的分合图地地 质质采采 矿矿矿矿 冶冶化化 工工冶冶 金金陶陶 瓷瓷高分子高分子物物 冶冶化化 冶冶物物 冶冶力力 冶冶物物 理理社会科学社会科学 材材料料学学M MS SE E化化 学学力力 学学矿矿 187918791888188818881888193719371937193719661966198619861989198919751975材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展9 美国美国MIT矿冶及材料系名称的演变矿冶及材料系名称的演变年年系名称系名称18651865 18791879地质与采矿工程地质与采矿工程18791879 18841884采矿工程采矿工程18841884 18881888采矿工程采矿工程（地质、采矿、冶金）（地质、采矿、冶金）18881888 18901890采矿与冶金采矿与冶金18901890 19271927采矿工程与冶金采矿工程与冶金19271927 19371937采矿与冶金采矿与冶金19371937 19661966冶金冶金19661966 19751975冶金与材料科学冶金与材料科学19751975 现在现在材料科学与工程材料科学与工程材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展10材料科学与工程的形成与发展材料科学与工程的形成与发展11材材 料料 学学 科科金金属属材材料料与与热热处处理理钢钢铁铁冶冶金金有有色色金金属属冶冶金金冶冶金金物物理理化化学学金金属属压压力力加加工工无无机机非非金金属属材材料料硅硅酸酸盐盐工工程程高高分分子子材材料料与与工工程程粉粉末末冶冶金金电电子子材材料料腐腐蚀蚀与与防防护护材材料料科科学学与与工工程程复复合合材材料料铸铸造造焊焊接接材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展12环境环境输输入入系统系统输输出出学科学科现现象象环环境境自自然然社社会会材材 料料类类型型层层次次金金 属属复复 合合陶陶 瓷瓷高高 分分 子子相相分子原子分子原子电电 子子金相组织金相组织功功能能社社会会现现象象性性能能自自然然现现象象材材料料学学宏宏观观微微观观社会科学社会科学 自然科学自然科学 社社会会需需要要成成果果反反馈馈材料和材料学材料和材料学材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展13材料及其在人类社会发展材料及其在人类社会发展 进程中的地位和作用进程中的地位和作用1-1.材料是人类社会进步的里程碑1-2.材料是经济和社会发展的基础和先导1.1.新材料技术是工业革命和产业发展的先导新材料技术是工业革命和产业发展的先导2.2.新材料技术是高技术发展的基础新材料技术是高技术发展的基础14 纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，给社会生产力和人类生活带来巨大的变革，把人类物质文明推向前进。材料是人类社会进步的里程碑15人人类使用材料的七个使用材料的七个时代的开始代的开始时间材料是人类社会进步的里程碑材料是人类社会进步的里程碑16人类利用材料的历史，就人类利用材料的历史，就是一部人类进化和进步的是一部人类进化和进步的历史历史。材料是人类社会进步的里程碑材料是人类社会进步的里程碑171-2 材料是经济和社会材料是经济和社会发展的基础和先导发展的基础和先导新材料技术是工业革命和产业发展新材料技术是工业革命和产业发展的先导的先导新材料技术是高技术发展的基础新材料技术是高技术发展的基础18两次工业革命都是以新材料两次工业革命都是以新材料的发明和广泛应用为先导的的发明和广泛应用为先导的第一次工业革命（第一次工业革命（1818世纪）：制钢工业的发展世纪）：制钢工业的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础。为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础。第二次工业革命（第二次工业革命（2020世纪中叶以来）：单晶硅世纪中叶以来）：单晶硅材料对电子技术的发明和应用起了核心作用。材料对电子技术的发明和应用起了核心作用。新材料技术是工业革新材料技术是工业革命和产业发展的先导命和产业发展的先导19材材料料强强度度密密度度比比在在不不同同年年代代里里的的进进展展(由由图图中中可可以以看看出出,现现代代先先进进材材料料的的强强度度已已比比原原始始材材料料提提高高了了约约50倍倍)铝铝木材木材石料石料青铜青铜铸铁铸铁钢钢复合材料复合材料碳纤维碳纤维芳香族酰胺纤芳香族酰胺纤维维6新材料技术是工业革新材料技术是工业革命和产业发展的先导命和产业发展的先导20现代涡轮喷气发动机现代涡轮喷气发动机年代气冷年代气冷式航空发动机式航空发动机蒸汽机蒸汽机在在本本世世纪纪内内由由于于采采用用了了现现代代材材料料使使发发动动机机工工作作温温度度急急剧剧上上升升，因而发动机的理论效率大大提高。因而发动机的理论效率大大提高。新材料技术是工业革新材料技术是工业革命和产业发展的先导命和产业发展的先导211950196519551970197519601990198019952000198520053070504060100908020110120130座座mile/Usgal 航空材料的发展与飞机的燃放航空材料的发展与飞机的燃放年份年份Comet707-120707-120B880990727-100DC-9-30A320-200747-400MD112.5倍倍飞机燃油效率提高飞机燃油效率提高2.5倍倍新材料技术是工业革新材料技术是工业革命和产业发展的先导命和产业发展的先导 航空材料的发展航空材料的发展2219501960197019801990200020102020900110015001300材料的表面温度材料的表面温度()1700单晶合金单晶合金普通铸件普通铸件定向凝固超级合定向凝固超级合金金共晶合金共晶合金弥散强化超级合金弥散强化超级合金隔热涂层隔热涂层陶瓷复合材料陶瓷复合材料碳碳-碳碳新材料技术是工业革新材料技术是工业革命和产业发展的先导命和产业发展的先导在发动机上应用的年份在发动机上应用的年份叶片材料的发展历程叶片材料的发展历程纤维增强超级合金纤维增强超级合金23109316495381490C3150C6490C10930C19270C发动机温度发动机温度一次大战水冷式一次大战水冷式30年代空冷式年代空冷式风扇喷气发动机风扇喷气发动机蜗轮喷气发动机蜗轮喷气发动机超音速燃烧冲压超音速燃烧冲压式喷气发动机式喷气发动机温度（温度（0C）新材料技术是工业革新材料技术是工业革命和产业发展的先导命和产业发展的先导2411001100110011002192197 7120018001001200410950400飞船返回舱舱体温度情况飞船返回舱舱体温度情况新材料技术是工业革新材料技术是工业革命和产业发展的先导命和产业发展的先导25小飞小飞机机 直升直升机机 运输机运输机 波音波音707战斗机战斗机喷气式喷气式机机 超音速飞超音速飞机机近地卫星近地卫星卫星卫星飞机速率飞机速率速度与效益速度与效益10102103104每减少每减少1kg所收获效益所收获效益 新材料技术是工业革新材料技术是工业革命和产业发展的先导命和产业发展的先导26新材料技术是工业革新材料技术是工业革命和产业发展的先导命和产业发展的先导+175+390+595金属金属玻璃纤维玻璃纤维KavlarC/C复合材料复合材料K m导弹射程导弹射程火箭壳体材料与导弹射程火箭壳体材料与导弹射程2730年代教练机年代教练机二次大战战斗机二次大战战斗机80年代截击机年代截击机航天飞机航天飞机东方快车号东方快车号10931649538490C93.30C4270C10930C16490C不同类型的飞行器蒙皮温度不同类型的飞行器蒙皮温度温度（温度（0C）新材料技术是工业革新材料技术是工业革命和产业发展的先导命和产业发展的先导28碳素工具钢碳素工具钢钨钴铬硬质合金钨钴铬硬质合金烧结碳化钨烧结碳化钨金属陶瓷金属陶瓷陶瓷陶瓷多晶金刚石多晶金刚石高速钢高速钢立方氮化硼立方氮化硼新材料技术是工业革新材料技术是工业革命和产业发展的先导命和产业发展的先导29图图1.1 高技术体系示意图高技术体系示意图探索智力探索智力探索宇宙空间探索宇宙空间探索物质结构探索物质结构探索生命本质探索生命本质探索海洋奥秘探索海洋奥秘环境科学技术环境科学技术空间科学技术空间科学技术新材料科新材料科学技术学技术新能源与再生能源新能源与再生能源信息科学技术信息科学技术生物科学技术生物科学技术海洋科学技术海洋科学技术人人材料发展总的趋势材料发展总的趋势3021世纪重点发展的高技术领域的材料选择世纪重点发展的高技术领域的材料选择材料发展总的趋势材料发展总的趋势31材料发展总的趋势材料发展总的趋势u新材料技术出现群体性突破，将对新材料技术出现群体性突破，将对21世纪基础世纪基础科学和几乎科学和几乎所有工业领域所有工业领域产生革命性影响产生革命性影响纳米技术是前沿技术中最具前瞻性和带动性的重点领域之一纳米技术是前沿技术中最具前瞻性和带动性的重点领域之一电子信息材料技术进展迅速，光电子材料、光子材料将成为电子信息材料技术进展迅速，光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的电子信息材料。发展最快和最有前途的电子信息材料。新型功能材料及其应用技术面临新的突破（超导材料、智能新型功能材料及其应用技术面临新的突破（超导材料、智能材料、生物医用材料）材料、生物医用材料）新型结构材料发展前景乐观（高温合金、难熔金属、金属间新型结构材料发展前景乐观（高温合金、难熔金属、金属间化合物、金属基复合材料、高分子材料、钛合金、镁合金）化合物、金属基复合材料、高分子材料、钛合金、镁合金）32新材料技术是高新材料技术是高技术发展的基础技术发展的基础196019701980199011011021031081071061051041011021031年份年份每片集成电路芯片上元件的数量按指数规律增加，而最小特每片集成电路芯片上元件的数量按指数规律增加，而最小特征尺寸则按指数规律减小（美国电话电报公司贝尔实验室征尺寸则按指数规律减小（美国电话电报公司贝尔实验室）MOS存储器存储器双极存储器双极存储器MOS逻辑器逻辑器双极逻辑双极逻辑(b)(a)SSIMSILSIVLSI二二 维维三三 维维界界面面最最小小特特征征长长度度（M）每每个个芯芯片片上上的的元元件件数数33197019601950194019801990200010-1010-810-610-410-210010250100150250300200半导体器件半导体器件电子管电子管19481958晶体管晶体管 集成电路集成电路40年间器件尺年间器件尺 寸降低寸降低100万倍万倍0.350.51.28线宽（线宽（，M)0.00520.2极大极大(10-7)大规模大规模(103-105)超大规模超大规模(106-107)(美分美分)芯片价格芯片价格器件尺寸器件尺寸相相 对对 值值晶晶 片片 直直 径径 (MM)年年 代代新材料技术是高新材料技术是高技术发展的基础技术发展的基础34新材料技术是高新材料技术是高技术发展的基础技术发展的基础35无机非金属敏感材料无机非金属敏感材料新材料技术是高新材料技术是高技术发展的基础技术发展的基础36新材料技术是高新材料技术是高技术发展的基础技术发展的基础371890191019301950197019902010203020501102104106108第一条电话第一条电话一对一对12路电话线路电话线同轴电缆同轴电缆同轴电缆与微波系统同轴电缆与微波系统通讯卫星通讯卫星光导纤维光导纤维年年不同通讯方式的相对信息量不同通讯方式的相对信息量相相对对信信息息量量新材料技术是高新材料技术是高技术发展的基础技术发展的基础38总结：总结：正是由于这两类材料的发明和应用技正是由于这两类材料的发明和应用技术的主要缘故，才可能有当今术的主要缘故，才可能有当今“第三第三次革命次革命”-信息革命的产生；使人信息革命的产生；使人类进入了一个新的时代类进入了一个新的时代-信息时代。信息时代。新材料技术是高新材料技术是高技术发展的基础技术发展的基础39上上述述事事例例雄雄辩辩的的表表明明，新新材材料料是是人人类类社社会会进进步步、世世界界革革命命和和提提高高人人类类生生活活品品质质中中具具有有特特别别重重要要的的基基础础和和先先导导作作用用，其其发发展展对对提提高高国国家家的的综综合合国国力力和和国国际际实实力力具具有有巨大的推动作用和深远的影响巨大的推动作用和深远的影响。新材料技术是高新材料技术是高技术发展的基础技术发展的基础40黑色金属简介黑色金属简介41碳钢的分类碳钢的分类1。按碳的质量百分数分：低碳钢（。按碳的质量百分数分：低碳钢（C：0.25）中碳钢（中碳钢（C：0.25 C 0.6）高碳钢（高碳钢（C：0.6）2。按钢的质量分（主要是杂质硫、磷的含量）：。按钢的质量分（主要是杂质硫、磷的含量）：普通碳素钢（普通碳素钢（S 0.055，P 0.045)优质碳素钢（优质碳素钢（S 0.040，P 0.040)高级优质碳素钢（高级优质碳素钢（S 0.030，P 0.035)3。按用途分：碳素结构钢：。按用途分：碳素结构钢：主要用于桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等主要用于桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等 碳素工具钢：碳素工具钢：主要用于刀具、模具、量具等主要用于刀具、模具、量具等含碳量越高，硬度、强度越大，但塑性降低含碳量越高，硬度、强度越大，但塑性降低42碳钢的牌号与用途碳钢的牌号与用途普通碳素结构钢：普通碳素结构钢：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等。等。数字表示最低屈服强度。数字表示最低屈服强度。Q195、Q215、Q235塑性好，可轧制成钢板、钢筋、钢管等。塑性好，可轧制成钢板、钢筋、钢管等。Q255、Q275可轧制成型钢、钢板等。可轧制成型钢、钢板等。用途用途优质碳素结构钢：优质碳素结构钢：钢号以碳的平均质量万分数表示。钢号以碳的平均质量万分数表示。如如20、45等。等。20表示含表示含C：0.20%（万分之（万分之20）。）。用途用途主要用于制造各种机器零件主要用于制造各种机器零件43碳钢的牌号与用途碳钢的牌号与用途碳素工具钢：碳素工具钢：钢号以碳的平均质量千分数表示，并在前冠以钢号以碳的平均质量千分数表示，并在前冠以T。如如T9、T12等。等。T9表示含表示含C：0.9%（千分之（千分之9）。）。用途用途主要用于制造各种刀具、量具、模具等主要用于制造各种刀具、量具、模具等铸钢：铸钢：铸钢牌号是在数字前冠以铸钢牌号是在数字前冠以ZG，数字代表钢中平均质量，数字代表钢中平均质量分数（以万分数表示）。如分数（以万分数表示）。如ZG25，表示含，表示含C：0.25%。用途用途主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性的零件，如齿轮、联轴器等。的零件，如齿轮、联轴器等。44碳钢的常规热处理碳钢的常规热处理退退 火火将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷却），以获得接近于平衡缓慢冷却（随炉冷却），以获得接近于平衡状态组织的热处理工艺。状态组织的热处理工艺。正正 火火完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火将钢件加热到将钢件加热到AC3和和Acm以上以上3050，保持，保持适当时间后，在空气中冷却，得到珠光体类组适当时间后，在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。织的热处理工艺。45碳钢的常规热处理碳钢的常规热处理淬淬 火火将钢件加热到奥氏体化后，快速冷却，使组织将钢件加热到奥氏体化后，快速冷却，使组织转变为马氏体的热处理工艺。所得的马氏体的转变为马氏体的热处理工艺。所得的马氏体的形态与钢的成分、原始奥氏体晶粒的大小以及形态与钢的成分、原始奥氏体晶粒的大小以及形成条件有密切关系。奥氏体晶粒越小，马氏形成条件有密切关系。奥氏体晶粒越小，马氏体越细。体越细。回回 火火 将钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求将钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的性能，将其加热到的性能，将其加热到AC1以下的某一温度，保以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。46合金钢合金钢合金钢分类合金钢分类在碳钢中加入一种或多种合金元素，形成的在碳钢中加入一种或多种合金元素，形成的钢称之为合金钢。钢称之为合金钢。按所含合金元素的多少分：低合金钢（总质量分按所含合金元素的多少分：低合金钢（总质量分数低于数低于5）、中合金钢（总质量分数）、中合金钢（总质量分数510）、高合金钢（总质量分数高于）、高合金钢（总质量分数高于10）。）。按主要合金元素种类分：铬钢、铬镍钢、锰钢、按主要合金元素种类分：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等。硅锰钢等。按用途分：结构钢、工具钢、特殊性能钢。按用途分：结构钢、工具钢、特殊性能钢。47合金元素的作用合金元素的作用1。合金元素与铁的作用：合金元素加入钢中，首先溶于。合金元素与铁的作用：合金元素加入钢中，首先溶于铁形成固溶体，超过溶解度极限时与碳形成化合物。合铁形成固溶体，超过溶解度极限时与碳形成化合物。合金元素溶与铁，形成合金铁素体或合金奥氏体。合金元金元素溶与铁，形成合金铁素体或合金奥氏体。合金元素溶于铁素体会使钢的室温强度提高，这种作用称为固素溶于铁素体会使钢的室温强度提高，这种作用称为固溶强化。溶强化。2。合金元素与碳的作用：对于与碳的亲和力较弱的合金。合金元素与碳的作用：对于与碳的亲和力较弱的合金元素，不与碳发生作用，只溶于铁素体或奥氏体中；对于元素，不与碳发生作用，只溶于铁素体或奥氏体中；对于与碳的亲和力较强的合金元素，当质量分数较低时，与铁与碳的亲和力较强的合金元素，当质量分数较低时，与铁一起形成合金渗碳体，当质量分数较高时，形成合金碳化一起形成合金渗碳体，当质量分数较高时，形成合金碳化物。物。48不锈钢不锈钢能在大气和一般腐蚀性介质中具有很高耐蚀能在大气和一般腐蚀性介质中具有很高耐蚀性的钢种。性的钢种。用用 途途主要用来制造在各种腐蚀性介质中工作并具有较高抗主要用来制造在各种腐蚀性介质中工作并具有较高抗腐蚀能力的零件或结构件。广泛用于石油、化工、原腐蚀能力的零件或结构件。广泛用于石油、化工、原子能、海洋开发、国防和一些先端科学技术领域。子能、海洋开发、国防和一些先端科学技术领域。49合金元素的作用合金元素的作用1。耐腐蚀性要求越高，碳的质量分数应越。耐腐蚀性要求越高，碳的质量分数应越 低；低；2。加入主要的合金元素。加入主要的合金元素Cr。Cr能提高基体的电极电位能提高基体的电极电位。在氧化性介质中极易钝化，形成致密的氧化膜，提高。在氧化性介质中极易钝化，形成致密的氧化膜，提高耐腐蚀性耐腐蚀性 3。加入合金元素。加入合金元素Ni。可获得单项的奥氏体组织，显著。可获得单项的奥氏体组织，显著提高耐腐蚀性并改善钢的塑性，通过热处理还可以改善提高耐腐蚀性并改善钢的塑性，通过热处理还可以改善钢的强度。钢的强度。50合金元素的作用合金元素的作用 5。加入合金元素。加入合金元素Ti、Nb等：能优先同等：能优先同C形成稳定的碳化形成稳定的碳化物，使物，使Cr保留在基体中，避免晶界贫保留在基体中，避免晶界贫Cr，提高钢的耐腐，提高钢的耐腐蚀性。蚀性。6。加入合金元素。加入合金元素Mn、N等：部分替代等：部分替代Ni以获得奥氏体以获得奥氏体组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐腐蚀性。组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐腐蚀性。4。加入合金元素。加入合金元素Mo、Cu等：提高钢在非氧化性酸中的等：提高钢在非氧化性酸中的耐腐蚀能力。耐腐蚀能力。51铸铁铸铁 铁及铁基合金铁及铁基合金 碳的质量分数大于碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金称之的铁碳合金称之为铸铁，通常还含有较多的为铸铁，通常还含有较多的Si、Mn、S、P等元素。等元素。用途用途 铸铁时工程上最常用的金属材料，广泛应用在机械铸铁时工程上最常用的金属材料，广泛应用在机械制造、冶金、矿上、石油化工。交通等领域。例如，制造、冶金、矿上、石油化工。交通等领域。例如，铸铁在农业机械中占铸铁在农业机械中占4060，在汽车拖拉机中占，在汽车拖拉机中占5070，在机床制造中占，在机床制造中占6090。铸铁的生产。铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜。设备和工艺简单，价格便宜。52铁及铁基合金铁及铁基合金铁碳合金中碳的存在形式铁碳合金中碳的存在形式间隙固溶与铁间隙固溶与铁化合态的渗碳体化合态的渗碳体 游离态的石游离态的石 墨墨亚稳态，在一定条件下分解亚稳态，在一定条件下分解为铁和石墨为铁和石墨稳定态，可以从铸铁溶液中稳定态，可以从铸铁溶液中析出，也可以从奥氏体中析出析出，也可以从奥氏体中析出53铁及铁基合金铁及铁基合金铸铁的种类铸铁的种类根据石墨化程度的不同，铸铁的类型和组织也不同。根据石墨化程度的不同，铸铁的类型和组织也不同。灰口铸灰口铸 铁铁白口铸铁白口铸铁 麻口铸铁麻口铸铁 各种铸铁的力学性能各种铸铁的力学性能 54铁及铁基合金铁及铁基合金铸铁性能特点铸铁性能特点石墨的形态对铸铁的力学性能影响较大。石墨的形态对铸铁的力学性能影响较大。灰口铸铁的抗拉强度和塑性较低，这灰口铸铁的抗拉强度和塑性较低，这是因为石墨对基体的严重割裂所造成的。是因为石墨对基体的严重割裂所造成的。石墨相当于钢基体中的裂纹和空洞，它石墨相当于钢基体中的裂纹和空洞，它减小基体的抗拉强度，并引起应力集中。减小基体的抗拉强度，并引起应力集中。石墨量越多，铸铁的抗拉强度越低。石墨量越多，铸铁的抗拉强度越低。55铁及铁基合金铁及铁基合金石墨的存在对铸铁的特殊作用石墨的存在对铸铁的特殊作用1。铸铁的切削加工性能优异；。铸铁的切削加工性能优异；2。铸铁的铸造性能良好；。铸铁的铸造性能良好；3。铸铁具有耐磨性；。铸铁具有耐磨性；4。铸铁具有良好的减振性；。铸铁具有良好的减振性；5。铸铁对缺口不敏感。铸铁对缺口不敏感。56非铁及其合金非铁及其合金铝及铝合金铝及铝合金铜及铜合金铜及铜合金钛及钛合金钛及钛合金镁及镁合金镁及镁合金57铝及铝合金铝及铝合金铝及铝合金的特点铝及铝合金的特点密度低、比强度高。纯铝的密度只有密度低、比强度高。纯铝的密度只有2700kg/m3，仅为铁的仅为铁的1/4。优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、耐腐蚀等。耐腐蚀等。加工性能好。铸造性能好、易于塑性变形，经热处加工性能好。铸造性能好、易于塑性变形，经热处理后还具有很高的强度。理后还具有很高的强度。58铝及铝合金铝及铝合金纯铝纯铝 名称纯度用途高纯铝高纯铝99.93%-99.99%99.93%-99.99%科学研究、制作电器科学研究、制作电器工业高纯铝工业高纯铝98.85%-99.9%98.85%-99.9%铝箔、铝合金原料铝箔、铝合金原料工业纯铝工业纯铝98.0%-99.0%98.0%-99.0%电线、电缆、配置合金电线、电缆、配置合金纯铝中含有纯铝中含有FeFe、SiSi、ZnZn等元素时，会使性能下降等元素时，会使性能下降纯铝的强度很低，不能用作结构材料纯铝的强度很低，不能用作结构材料铝合金铝合金59铝及铝合金铝及铝合金合金元素的作用合金元素的作用 铝中加入合金元素后，可提高合金的强度，铝中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。并保持良好的加工性能。提提高高强强度度的的方方法法 固溶强化固溶强化 时效强化时效强化 弥散强化弥散强化细晶强化细晶强化 60铝及铝合金铝及铝合金铝合金的种类铝合金的种类变形铝合金变形铝合金 铸造铝合金铸造铝合金 用用 途途铝丝、铝箔、铝合金型材等铝丝、铝箔、铝合金型材等复杂形状的铸件等复杂形状的铸件等61铜及铜合金铜及铜合金铜及铜合金的特点铜及铜合金的特点优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐蚀等，是抗磁材料。蚀等，是抗磁材料。加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好。加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好。具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性高的弹性极限和疲劳强度。高的弹性极限和疲劳强度。色泽美观。色泽美观。62铜及铜合金铜及铜合金 纯铜纯铜纯铜为紫色，又称紫铜。主要用于制作纯铜为紫色，又称紫铜。主要用于制作电导体及配制合金。工业纯铜分为电导体及配制合金。工业纯铜分为4种：种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。编号越大，纯度越低。纯铜的强度低，不宜用作结构材料纯铜的强度低，不宜用作结构材料 63铜及铜合金铜及铜合金铜合金种类铜合金种类铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。并保持良好的加工性能。铜铜合合金金的的种种类类 黄铜黄铜 青青 铜铜白铜白铜 以以Zn为主要合金元素。良好的加工性能，为主要合金元素。良好的加工性能，优良的铸造性能，耐腐蚀性能也好。优良的铸造性能，耐腐蚀性能也好。以以Sn为主要合金元素。用于铸造形状复杂为主要合金元素。用于铸造形状复杂的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。以以Ni为主要合金元素。具有较好的强度和为主要合金元素。具有较好的强度和塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。64钛及钛合金钛及钛合金 钛及钛合金的特点钛及钛合金的特点 密度低、比强度高。密度低、比强度高。耐高温、耐腐蚀性能、低温韧性好等。耐高温、耐腐蚀性能、低温韧性好等。加工条件复杂，成本较高。加工条件复杂，成本较高。65钛及钛合金钛及钛合金纯钛纯钛 钛的密度低，熔点高，线膨胀系数小。导热钛的密度低，熔点高，线膨胀系数小。导热性差。纯钛塑性好，强度高，可以加工成细性差。纯钛塑性好，强度高，可以加工成细丝和薄片。钛在大气、海水及酸碱中的抗腐丝和薄片。钛在大气、海水及酸碱中的抗腐蚀性能好。蚀性能好。纯钛的晶体结构纯钛的晶体结构882.5度以上：密排六方结构，称为度以上：密排六方结构，称为 Ti882.5度以下：体心立方结构，称为度以下：体心立方结构，称为Ti 66钛及钛合金钛及钛合金钛钛合合金金的的种种类类 钛合钛合 金金钛中加铝、硼等钛中加铝、硼等稳定元素获得稳定元素获得Ti合金。合金。这种合金的室温强度较低，但高温（这种合金的室温强度较低，但高温（500600度）强度很高。抗氧化性、抗蠕变性以及度）强度很高。抗氧化性、抗蠕变性以及焊接性能良好。焊接性能良好。钛中加入钼、铬、钒等元素后可获得钛中加入钼、铬、钒等元素后可获得Ti合金。这种合金的强度高，冲压性能好，并合金。这种合金的强度高，冲压性能好，并可通过淬火和时效获得强化。可通过淬火和时效获得强化。这种合金的塑性好，容易锻造、压延和冲压，这种合金的塑性好，容易锻造、压延和冲压，并可通过固溶和时效进行强化。热处理后的并可通过固溶和时效进行强化。热处理后的强度可提高强度可提高50100。钛合钛合 金金钛合金钛合金 67镁及镁合金镁及镁合金 纯镁的特点纯镁的特点密度低、比强度高。纯镁的密度只有密度低、比强度高。纯镁的密度只有1749kg/m3，仅为铁的仅为铁的1/4、铝的、铝的2/3。镁的电极电位较低，抗腐蚀性能差。镁的电极电位较低，抗腐蚀性能差。镁属于密排六方结构，因此塑性变形能力差。镁属于密排六方结构，因此塑性变形能力差。68镁及镁合金镁及镁合金 镁合金的特镁合金的特 点点低比重：工业用材料中最轻量材料低比重：工业用材料中最轻量材料 （铝的（铝的2/32/3重）重）高比强度：优于钢和铝高比强度：优于钢和铝 震动吸收性好：可将震动能吸收并转化成热放出震动吸收性好：可将震动能吸收并转化成热放出 易机械加工易机械加工 耐冲击性好耐冲击性好电磁屏蔽性好电磁屏蔽性好可再生利用：有利于环境优化可再生利用：有利于环境优化69镁及镁合金镁及镁合金 镁镁合合金金的的种种类类 变形镁合金变形镁合金 铸造镁合金铸造镁合金 用用 途途镁合金各种型材镁合金各种型材复杂形状的铸件等复杂形状的铸件等 70材料成形技术是一门研究如何用热或常温成形的方材料成形技术是一门研究如何用热或常温成形的方法将各种法将各种工程材料工程材料加工成机器部件或结构件，并研加工成机器部件或结构件，并研究如何保证、评估、提高这些部件和结构的安全可究如何保证、评估、提高这些部件和结构的安全可靠和寿命的技术科学。靠和寿命的技术科学。材料成形技术一般包括材料成形技术一般包括凝固成形凝固成形、塑性成形塑性成形、连接连接成形成形、粉末冶金成形和、粉末冶金成形和非金属材料成形非金属材料成形等工艺技术。等工艺技术。全国全国“材料成形及控制工程指导委员会材料成形及控制工程指导委员会”对专业内对专业内涵的定义：涵的定义：材料成形及控制工程专业是以成形技术材料成形及控制工程专业是以成形技术为手段、以材料加工为对象、以过程控制为质量保为手段、以材料加工为对象、以过程控制为质量保证措施、以实现产品制造为目的、典型的制造工程证措施、以实现产品制造为目的、典型的制造工程类专业类专业。材料成形及控制工程内涵材料成形及控制工程内涵71铸造成形（凝固成形）是液态金属成形的方法铸造成形（凝固成形）是液态金属成形的方法。铸造成形过程铸造成形过程：熔炼金属，制造一定形状的铸型，并将熔融金：熔炼金属，制造一定形状的铸型，并将熔融金属在重力、压力、离心力、电磁力等外力场的作用下充满铸型属在重力、压力、离心力、电磁力等外力场的作用下充满铸型，当金属凝固后获得一定形状（铸型空腔形状）与性能的铸件。，当金属凝固后获得一定形状（铸型空腔形状）与性能的铸件。铸造成形的特点铸造成形的特点：由于是液态下成形，几乎不受零件形状、结：由于是液态下成形，几乎不受零件形状、结构和尺寸大小的限制，灵活性高，生产成本低。铸件质量大到构和尺寸大小的限制，灵活性高，生产成本低。铸件质量大到数百吨，小到几克。数百吨，小到几克。铸造成形在现代化工业生产中的地位铸造成形在现代化工业生产中的地位：现代铸造技术在工业生：现代铸造技术在工业生产中占据了相当重要的地位，从汽车、火车、机床、各种机器产中占据了相当重要的地位，从汽车、火车、机床、各种机器设备到飞机、航天器、石油化工，乃至到民用产品都离不开铸设备到飞机、航天器、石油化工，乃至到民用产品都离不开铸造成形的零、部件。造成形的零、部件。铸铸 造造 成成 形形721、砂型铸造工艺砂型铸造工艺：手工造型、机器高压多触头造型、：手工造型、机器高压多触头造型、真空密封造型、气流冲击造型、无箱射压造型；真空密封造型、气流冲击造型、无箱射压造型；2、熔模铸造熔模铸造：失蜡铸造：失蜡铸造3、金属型铸造工艺金属型铸造工艺：金属模铸造、离心铸造；：金属模铸造、离心铸造；4、压力铸造压力铸造；5、低压铸造低压铸造；6、消失模铸造消失模铸造；7.壳型铸造；壳型铸造；8、陶瓷型铸造；、陶瓷型铸造；9、磁型铸造；、磁型铸造；10、真空吸铸；、真空吸铸；11、差压铸造（反压铸造）；、差压铸造（反压铸造）；12、半固态铸造（、半固态铸造（SSM）；）；13、其它、其它铸造成形技术的分类铸造成形技术的分类73谢谢！谢谢！