材料及成形技术-机械工程材料及其成形技术基础

3、特点
特点是知识内容所具有的特征。 如通常强硬度高的材料其塑韧性就较低；具有面心立方晶体的金属材料其 塑性较好；高碳钢因组织中存在较多的渗碳体（Fe3C）而硬度较高塑韧性差； 各整体热处理工艺的冷却特点，不同的淬火+回火热处理工艺应用特点；各种类 型的材料具有各自的特征，常用的材料要熟悉其“5要素”；各类零部件的技术 特征如何；各类材料的成形性特点，各类成形技术方法的异同点及优缺点；各 类成形件或毛坯的特点等。
1）原材料
原材料，毛坯，零件实物图
钢锭
生铁锭
钢板
管材
线材
2）毛坯
各种型钢
颗粒料
3）零件
二、材料及其成形技术的发展与分类
人们用各种材料制作各种人们所需的物质产品的过程——制造加工，材料应用 与材料成形技术是制造加工过程的重要组成部分。而数不清的各种机械装备又都是 由性能各异的工程材料经机械制造加工成各种零件并装配而成的。从材料的设计、 制备、加工、检测，到器件(零件、部件、装备)的制造加工、使用，直到回收利用， 已经形成了一个巨大的社会循环；这一循环的概念提示了材料、制造加工、能源和 环境之间具有强烈的交互作用，这种作用之所以显得越来越重要，是因为人类在关 注经济发展的同时，也不得不面对材料和能源等资源的短缺以及人类生存环境的破 坏和恶化。因此，把自然资源和人类需要、社会发展和人类生存联系在一起的材料 及其制造加工循环，必然要引起全社会的高度重视。
表1 材料按其组成与结合键特点分类
材料名称
材料组成
结合键
金属材料(黑色金属、有色金属) 陶瓷材料 高分子材料 复合材料
金属为主 金属和非金属的化合物主
碳氢化合物为主 两种或两种以上上述材料的组合
金属键为主
共价键+离子键为主 共价键+范德华键为主
混合键
20世纪50年代前，金属材料在各类装备制造业中占绝对优势，随着零部件或装备的使用性能要求 ，到目前已逐渐形成四大类工程材料平分秋色的格局。随着社会和科技的进步，工程材料正向高功能化 、超高性能化、复合轻量和智能化的方向发展。
有关学习内容的基础知识，这些基础知识是一些实质、原理、原则等：如材 料性能的实质是指材料在使用和制造加工中所具有（或表现出）的性质；晶体的 实质是指组成材料（物质）原子（或离子、分子）在三维空间中呈规则排列，相 图是用图解的形式表示不同成分、不同温度下合金系中各相的平衡关系，组织的 概念；改变材料性能方法的原理有相变（热处理）原理，合金化原理，塑变强化 原理，控制结晶原理等；材料的类别；选材原则；金属液态凝固成形原理，金属 固态塑性变形成形原理，颗粒态烧（固）结成形原理、粘流态固（硬）化成形原
材料成形技术是制造加工过程的重要组成部分，是保证零部件质量的基础技术。构成机器装备的 零部件的形状、大小和要求是各式各样千变万化的。
因此，必须通过改变原材料的形态，使其接近或达到零件的几何形状、尺寸大 小和技术要求等，工业上把通过改变原材料的形态从而获得毛坯或零件的制造 加工方法统称为材料成形技术。若按成形原理与成形时材料的状态主要可分为 液态成形技术、固态塑变成形技术、固态连接成形技术、粉末压制成形技术、 高分子材料成形技术、复（组）合成形技术六大类，如表2所示。成形技术是显 著提高装备性能、大幅度减轻结构质量、降低制造成本和提高装备使用寿命及 可靠性的关键技术，正沿着优质、高效、精密、大型和低污染的方向发展。现 代成形技术是集多种学科于一体的综合技术，是最能代表国家制造技术水平的 重要方面。
∣
非金属材料 ∣橡胶制品 ∣——————————— ——┘
∣陶瓷制品 ∣
└ ……… ┘
│
│
│
生产准备 │ 材料成形 │ 加工处理 │ 成品
几个术语解释： 原材料——用于再加工的物质资料。 零件——达到技术要求的制品，通俗地说 即“拿来就用或装配”。毛坯——需经机械加工或其它处理加工的产品。 工件——制造加工过程 中的对象（毛坯或半成品）。
4、应用切入点
应用切入点是把所学知识内容进行实际应用或解决实际工程问题的着手点，即针对 题目或实际工程问题从何处（切入点）开始分析，然后以“此点”连接相关知识内容， 进行解题。
例如：机械工程材料的选用取决于零部件的主要性能（即切入点）要求，能达到该 主要性能要求的材料可能有多种，在此基础上考虑材料的工艺性（绝大数零部件在制造 加工过程中需进行强化处理）、经济性，最终确定一种或得出结论；重要零部件的强化 往往是多种方法（手段）的组合[如选用合金钢（合金化—强化基体、形成新相等）+采 取锻造成形（热塑变—提高致密度、细化晶粒、形成纤维组织等）+正火或调质（整体热 处理—细化晶粒、稳定组织等）+表面热处理（提高表面或局部硬度，耐磨、耐热、耐蚀 性等）]。
液态 固态 固态为主 颗粒态为主 糊状态为主 混合态
三、课程的性质及与机械专业的关系
1、机械工程材料及其材料成形技术是一门重要的技术基础课程 它主要是应用金相学、物理学、化学、冶金学和电子计算机等学科理论和实 验的最新成就，即工程材料及其材料成形技术是建立在实验基础之上而又与工业 实践紧密结合的一门技术基础课程。其课程内容以定性描述为主，具体表现为“ 三多“：讲授内容中名词、概念、术语等“多”，定性描述、经验性总结“多” ，需记忆性的内容、规律等“多”。 2、作为一名机械工程技术人员，时时处处都会遇到有关材料及其制造加工 方面的问题 无论设计一台机器设备、机械零件，还是改造、加工一套工夹具，都将面临 材料的选择、应用与零件加工工艺路线的制定等问题，这一切都涉及材料及其成 形技术方面的问题。 3、学好机械工程材料及其成形技术基础，为学习后续课程奠定坚实的基础 后续的专业课、课程设计、生产实习和毕业设计等都将涉及材料选择、毛坯
表2 按成形原理与成形时材料的状态分类
成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ技术名称
液态成形技术（铸造） 固态塑变成形技术（锻压） 固态连接成形技术（焊接） 粉末压制成形技术（粉末冶金） 高分子材料成形技术 复（组）合成形技术
成形原理
凝固 塑性变形 凝固，塑性变形，粘合或两种组合 贴合和嵌合 凝固 上述两种及以上的组合
成形时材料的 状态
四、学习重点
学习本课程，要紧紧抓住其核心内容“材料的性能与选用、强化处理和成形 技术及应用”之间的相互关系及其变化规律这个“纲”。围绕零件性能—材料及 选用—强化处理—成形加工及应用为主线，结合实际，注重分析，理解前后知识 的整体联系并做到综合应用。
五、“4点”学习法学习、理解和掌握课程知识
“4点”学习法即学习内容的基础知识点（简称基点）、深入点、特点及应用切 入点。 针对这“4点”的要求是：掌握“基点”， 理解“深入点”， 熟悉“特点”， 会 找“应用切入点”。 1、基点（基础知识点）
又如：成形技术（毛坯制作）方案的选择既取决于零部件所用材料（第一切入点） 又受制于零部件的技术特征（结构、形状大小、生产纲领等——第二切入点），零部件 所用的材质有些只能用一类成形技术生产毛坯或成形件，而有些则可选择多类成形技术 ；在由材质选定某类成形技术方法的基础上，再根据零部件的技术特征、技术经济性、 安全性等最终确定一种成形工艺或得出结论。
人们用各种材料制作各种人们所需的物质产品的过程——制造加工。
┌ 铸造生产 ┐
金属材料 ∣ 锻压生产 ∣→ 毛坯 → 机械加工 → 零件 → 装配调试→机器
输入信息┐ ┌———→∣ 焊接生产 ∣ ∣ ↓↑ ↑↑
输入材料——→∣ └ 其它生产 ┘ └→热处理或其它处理┘∣
输入能量┘ └———→┌塑料制品 ┐
对不同的零件（产品），则应选择相应的材料，并采用与之相适宜的成形方法 及加工过程，才能满足其性能和技术要求。而制作加工技术的突破往往成为新产品 能否问世，新技术能否产生的关键，故新材料、新工艺、新技术常常是相关联的。
机械工程材料的种类繁多，有各种各样的分类方法。若按材料组成（或化学成分）与 结合键特点，可分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类，如表1所示。
2、深入点
深入点是基础知识的深入和扩展，包括理论、机理、规律、影响因素、相 互间关系等。
如在其他条件合理的情况下，材料（的性能）决定了大多数零件的特性（ 如功用、寿命、体积和重量等）；材料结晶的基本规律，材料的性能与晶体结 构的关系，碳对铁碳合金组织和性能的影响规律；过冷奥氏体转变规律及影响 因素；各种强化方法或手段的机理；合金液充型能力的因素；金属固态塑变成 形规律及影响可塑性能力的因素；影响烧（固）结成形的因素；选择材料与成 形技术的关系等。
机械工程材料及其成形技术基 础
绪论
一、机械工程材料及其成形技术的地位
1、材料及其加工的地位
机械工程材料是人类生产和社会发展的重要物质基础，当今高新技术的发展、资源和能源的有效
利用、通信技术的进步、工业产品质量和环境保护的改善、人民生活水平的提高等都与材料及其加工
密切相关。
2、机械制造业总流程及模块