材料成型基础相关教材
材料成型工艺教学大纲
材料成型工艺MaterialFormingTechnology课程编号：07310060学分：6学时：90(其中：讲课学时：78实验学时：12上机学时：0)先修课程：材料成型原理、金属学及热处理、机械设计基础适用专业：材料成型及控制工程教材：《金属材料液态成型工艺》贾志宏编化学工业出版社2008年2月第1版《金属材料焊接工艺》雷玉成主编化学工业出版社，2006年8月第1版《冲压工艺与模具设计》牟林、胡建华主编.北京大学出版社2010年3月第2版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务：本课程是材料成型与控制工程专业的一门主要专业基础课。
本课程的任务是掌握金属液态成型工艺的方法、金属板料成形技术、焊接电弧及焊接方法等三大部分知识。
通过本课程的学习，了解常见的液态成型、板料成形、焊接工艺方法。
为学习有关专业课程、从事生产技术工作和管理工作打好热加工工艺知识基础；了解热加工的新工艺、新技术、新方法和发展趋势。
二、课程的基本内容及要求第一篇液态成型工艺绪论1基本内容金属液态成型工艺发展历史，液态成型工艺流程。
2教学要求了解铸造产业的发展概况；了解铸造生产的基本流程和工艺种类。
3重难点液态成型工艺的基本类型、流程及发展趋势。
第一章零件结构的铸造工艺性分析1基本内容(1)常用铸造方法的选择；(2)砂型铸造零件结构的工艺性分析；(3)特种铸造零件结构的工艺性分析。
2教学要求(1)了解各种铸造方法的特点；熟悉铸造方法选用的依据(2)掌握砂型铸造零件结构的工艺性分析方法；(3)熟悉特种铸造零件结构的工艺性分析方法。
3重难点铸造工艺性分析的方法和思路。
第二章砂型铸造工艺方案的确定1基本内容(1)工艺设计内容及流程；(2)砂型铸造工艺方案确定的基本原理；2教学要求(1)熟悉铸造工艺设计的依据、内容及流程；(2)掌握砂型铸造工艺方案制定的原理及方法。
3重难点(1)生产纲领、生产条件对工艺方案制定的影响；(2)分型面及浇注位置的确定。
2023年材料成型及控制工程专业考研书目
2023年材料成型及控制工程专业考研书目1. 《控制工程基础》（第三版），郝伟等，清华大学出版社这本书是控制工程方面的基础教材，对于材料成型及控制工程专业考研学生来说非常重要。
书中讲述了控制工程的基本理论、控制系统的组成、控制技术和应用等内容，是掌握控制工程核心知识的必备教材。
2. 《控制工程设计》（第五版），史雪松，清华大学出版社本书是一本经典的控制工程设计教材，全面介绍了控制系统的设计理论、方法和技术，对于材料成型及控制工程专业考研学生来说非常实用，尤其是在考研复习过程中需着重掌握控制系统的设计方法和技术。
3. 《现代控制系统》（第十版），Richard C. Dorf & Robert H. Bishop，机械工业出版社这是一本国际上广泛使用的控制工程教材，被誉为现代控制系统领域的经典著作。
书中详细介绍了现代控制系统的原理、设计和应用，是材料成型及控制工程专业考研学生不可或缺的参考书。
4. 《自动控制原理》（第七版），欧阳明高等，电子工业出版社本书全面介绍了自动控制的基础理论和方法，包括控制系统的数学模型、控制方法、控制器的设计和应用等。
对于材料成型及控制工程专业考研学生来说，这本书可以帮助理论与实践相结合，更好地掌握自动控制原理。
5. 《控制系统工程》（第二版），Norman S. Nise，机械工业出版社这是一本经典的控制系统工程教材，全面介绍了控制系统的组成、模型、性能和稳定性分析，以及控制器和控制系统的设计和应用等内容。
对于材料成型及控制工程专业考研学生来说，这本书可以帮助理论与实践相结合，更好地掌握控制系统工程的知识。
6. 《自动控制原理与工程应用》（第五版），陈立文，清华大学出版社这是一本结合控制工程理论和实践的教材，详细介绍了控制系统的数学模型、控制方法、系统分析与设计等内容，并着重介绍了系统模型的建立和参数调节方法，对于材料成型及控制工程专业考研学生来说非常实用。
7. 《控制系统设计与实践》（第二版），Dale E. Seborg等，中国机械工业出版社这是一本融合控制工程理论和实践的教材，内容涵盖了控制系统的设计、分析、优化、实现和应用等方面，在掌握控制系统理论知识的同时，对于材料成型及控制工程专业考研学生来说也很实用。
材料成型PPT课件
3、铸型填充条件
• （1）铸型导热能力 铸型材料导热系数和比容↑，对合金的激冷
作用越强，合金的充型能力↓。 • （2）铸型温度
铸型温度↑，充型能力↑。 • （3）铸型的阻力
阻力↑，则充型能力↓。 （型腔越狭窄、复杂，铸型材料发气量大）
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二、合金的收缩性
1、合金收缩的概念
• 定义：合金在浇注、凝固直至冷却到室温的过程 中
变量与深度。 柔性最好，不受复杂程度的限制。
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第一篇 金属的铸造成形工艺
第一章 铸造成形工艺理论基础
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§1.1 铸造成形工艺的特点和分类
• 定义：将液态金属浇入到具有与零件形状、尺寸 相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，以获得 毛坯、或零件的工艺方法，称为“铸造”。 铸件：通过铸造成形得到的毛坯、零件。
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板料成形
Sheet-Metal Forming Processes
1 应用背景
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焊接 Welding
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铸造
Casting
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非金属材料成形
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锻造 Forging
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3、发展趋势：
（1）精密的材料成形
近无余量成形。
精铸、精密压力加工、精密焊接与切割等。
• 铸件结构复杂↑ ，铸型硬度↑ ，芯骨粗大↑ ，则收
缩阻力↑ ，收缩率↓
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3、铸件中的缩孔与缩松 （1）缩孔与缩松的形成 液态收缩和凝固收缩、容积得不到补足。 ①缩孔的形成
液态金属充满铸型铸件外壳液面下降最后凝固部位
金属材料成型基础PPT课件
切削加工方 法
机械零件 结构工艺性
机械加工 工艺过程
车削加工；钻、扩、铰、镗削加工； 刨、拉削加工；铣削加工；磨削加 工；特种加工方法；零件加工表面 方法的选择 。
零件结构设计的基本原则、切削加 工对零件结构工艺性的要求。
机械加工工艺过程的基本概念、工 件的安装与夹具的基本知识；机械 加工工艺规程的制定，典型零件工 艺过程。
课程教学 改革思路
结合地方工科高校培养应用型高级 专门人才目标和社会需求，紧紧抓 住课程内容广、实践性强、授课学 生多的课程特征，以拓宽基础知识、 优化教学内容为核心，以教学方法、 教学手段改革为抓手，“产学研” 合作强化学生工程实践和创新精神 培养，构建完备的课程教学体系， 形成覆盖面广、灵活的教学模式， 积极开展教育教学改革与实践，全 面提高课程教学质量。
初期建设阶段（1959～1977年） 恢复建设阶段（1978～1988年） 稳定发展阶段（1989～1999年） 高速发展阶段（2000年至今）
2.课程建设
教学内容
金属冷、热加工方法 金属冷、热加工方法+工程材料 金属冷、热加工方法+工程材料 +金属成形的新技术、新工艺
教学手段
黑板+粉笔+挂图 黑板+粉笔+幻灯片 黑板+粉笔+多媒体 多媒体+网络课堂
建造了内容丰富、形象生动的课 程陈列室。
以省级实验教学示范中心、工程 训练中心为基础搭建了学生工程 实践平台，强化学生基础工程实 践能力培养
以省部级重点实验室为依托，与 大型企业、科研院所密切合作建 立学生创新基地，搭建学生创新 实践平台，以课外科技制作竞赛 为途径进行创新精神培养。
四、教学设计
金属材料成型基础资料.pptx
电阻热：Q=I2Rt
焊条
-
焊接电弧
工件
d
+
d离
焊接电弧的稳定燃烧 — 就是带电粒子产生、 运动、复合、产生的动态平衡过程。
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2 . 电弧的构造及热量分布 阴极区：2400k 36% 阳极区：2600k 42% 弧柱区：5000~8000k 21%
3 . 电弧的极性
1 . 设备简单、应用灵活方便。
2 . 劳动条件差、生产率低、质量不稳定。
二、手工电弧焊焊接过程
①引弧 ② 形成熔池
三、焊接电弧
③形成焊缝
1 . 焊接电弧的概念
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在焊条末端和工件两极之间的气体介 质中，产生强烈而持久的放电现象。
使气体电离 具备两个条件
阴极发射电子
接触电阻：R 短路电流：I
适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。 如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。
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三、 CO2气体保护焊
以CO2气体作为保护性介质的电弧焊方法。
焊接热源：电弧热
保护介质：CO2
① 与金属发生化学反应—产生夹渣缺陷
CO2 ② 溶解于液体金属中—产生 CO 气孔缺陷
③ 比重大于空气（25%）
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非熔化极亚弧焊
熔化极亚弧焊
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3）氩弧焊的特点及应用 ① 机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，
焊接质量优良。 ② 电弧燃烧稳定，飞溅小。 ③ 焊接热影响区和变形小。 ④ 可进行全位置焊接。 ⑤ 氩气昂贵，设备造价高。
应用： 适用所有金属材料的焊接。
镍及镍合金焊条—Ni ； 铜及铜合金焊条—T；
《材料成型技术基础》教学大纲
《材料成型技术基础》课程教学大纲课程中文名称：材料成型技术基础课程英文名称：Fundamentals of Engineering Material Manufacturing Technology课程编号：ZF16613课程性质：专业方向课程学时：（总学时36、理论课学时30、实验课学时6）学分：2适用对象：机械设计制造及其自动化先修课程：机械工程材料、现代工程图学、材料力学、公差与测量技术、机械原理、机械设计、基本机械加工技能训练课程简介：《材料成型技术基础》主要内容是介绍各种材料尤其金属材料成型加工工艺及相关知识，从而为学生今后学习有关的专业课程以及从事专业技术工作奠定必要的材料加工方面的知识和素质基础。
该课程是综合性技术基础课程，为机械设计制造及其自动化专业的选修课程。
通过对该课程的学习，获得常用机械工程材料工艺知识，培养工艺分析的初步能力，为学习其它有关课程和今后从事机械设计工作提供了必要的基础。
一、教学目标及任务（1）熟悉常用工程材料的组织、性能、应用和选用原则。
（2）掌握材料成型方法的基本原理和工艺特点，培养学生选择毛坯及工艺分析的初步能力。
（3）了解各主要成型方法所用设备的基本工作原理和适用范围。
（4）初步了解新工艺、新材料、新技术及发展趋势。
二、学时分配三、教学内容及教学要求第一章绪论（2学时）材料加工工艺发展史，材料加工生产在国民经济中的地位，本课程的主要内容与学习方法。
第二章金属的液态成型（8学时）教学重点：液态金属成型方法，液态成型金属件的工艺设计；分型面与浇注位置选择及相互关系，合金性能对铸件结构工艺性的影响教学难点：分型面与浇注位置选择教学要求：掌握液态金属的工艺性能，掌握液态金属的成型方法，掌握液态成型金属件的设计，了解液态成型技术的新进展。
教学内容：第一节金属液态成型工艺基础液态金属的工艺性能；合金的工艺性能与铸件质量的关系第二节常用合金铸件的生产铸铁件的生产；铸钢件的生产；有色合金铸件的生产第三节液态金属的成型方法重力作用下的液态成型方法；外力作用下的液态成型方法；金属液态成型方法的合理选用第四节液态成型金属件的工艺设计铸件结构的工艺性；铸造工艺方案的确定；铸造工艺参数的确定；浇冒口系统设计；液态成型工艺设计实例第五节液态成型技术的新进展快速成型技术及应用；快速凝固技术；消失模铸造；计算机在铸造中应用.习题要点：1、什么是金属液态成型？2、金属液态成型制品的主要缺陷有哪些？3、什么是缩松和缩孔？如何防止缩松和缩孔？4、金属液态成型的基本方法有哪些？5、如何确定铸造工艺方案？如何进行浇口设计？第三章金属的塑性成型（8学时）教学重点：金属塑性成型方法，塑性成型件的工艺设计，自由锻和模锻工艺设计教学难点：塑性成型件的工艺设计教学要求：掌握金属塑性成型的工艺理论基础，掌握金属塑性成型方法，掌握塑性成型件的工艺设计，了解塑性成型技术新发展。
材料成型及控制工程专业基础设置
材料成型及控制工程专业基础设置引言材料成型及控制工程是一门基础课程，为学习和掌握材料工程的相关知识打下坚实的基础。
该课程主要介绍了材料成型工艺及相应的控制技术，包括材料的选择、加工、成型和加工控制等内容。
本文将详细介绍材料成型及控制工程专业基础设置。
一、课程目标材料成型及控制工程专业基础设置旨在培养学生的材料工程思维和实践能力，使其能够理解和应用材料成型工艺及相应的控制技术。
二、课程内容1.材料成型基础–塑性变形原理–金属材料的塑性加工–非金属材料的成型工艺–材料的破裂与断裂2.材料成型控制–压力控制技术–速度控制技术–流量控制技术3.材料成型工艺–铸造工艺–熔融挤压成形工艺–粉末冶金成形工艺–模压成形工艺4.材料成型设备–压力机–注塑机–挤出机–热压机5.材料成型工艺参数优化–成形速度–温度控制–压力控制三、教学方法1.理论授课：通过讲授基本概念、原理和理论知识，使学生了解材料成型及控制工程的基础知识；2.实验教学：通过实际操作材料成型设备，加深学生对材料成型工艺和控制技术的理解；3.课堂讨论：组织学生进行讨论，激发学生的学习兴趣，并培养学生的分析和解决问题的能力；4.课程设计：组织学生进行课程设计，培养学生的实际动手能力和综合应用能力。
四、考核方式1.平时成绩：包括课堂表现、作业质量等；2.实验成绩：包括实验操作技能、实验报告等；3.期末考试：主要考察学生对课程知识的掌握程度。
五、教材与参考书目•教材：《材料成型及控制工程基础》；•参考书目：–《工程材料学》；–《材料科学与工程导论》；–《材料成型原理与技术》。
六、结语通过学习材料成型及控制工程专业基础设置，学生能够掌握材料成型的基础知识和操作技能，为今后的专业学习奠定良好基础。
同时，该课程还能培养学生的创新意识和实践能力，提高学生解决实际问题的能力。
材料成型原理课件
最新的凝固理论有： 快速凝固理论 凝固过程组织形态选择的时间和历史相关性 复合材料凝固特性 枝晶间距选择的容许范围等
凝固技术的发展
在新的凝固理论指引下，凝固技术又有了长足 的进步。典型代表就是定向凝固技术、快速凝固 技术和复合材料的获得。此外，还有金属半固态 成形技术等。
铸造高温合金涡轮发动机叶片
离心铸造等。 新的铸造成形技术（净终成形铸造）有：
消失模铸造、定向凝固熔 模铸造、半固态铸造、 快速铸造成形技术等等。
4、数字化铸造 模拟仿真是材料科学与制造科学的前沿领域及 研究热点。 5、网络化铸造 在网络化环境下，铸造过程的模拟仿真将在新 产品的研究与开发中发挥重要作用。
6、清洁化铸造 目前全世界每年产生废弃物约250万亿吨。 铸造行业是消耗资源的大户，已成为可持续发 展政策和规划的关注焦点，铸造行业必须走清洁 生产的道路。 绿色铸造是长期的努力方向及目标。
等轴多晶体
定向凝固柱状晶 单晶
计算机的应用 铸件充型凝固过程计算机模拟仿真技术； 快速成形技术； 过程和设备运行的计算机控制。
充型-凝固过程数值模拟
温度场模拟
应力场模拟
a)
b)
应力分布的模拟结果
a)原设计方案 b) 重新设计的方案
铸件微观组织模拟
石墨大小分布情况
布氏硬度分布情况
0.3我国铸造技术的辉煌历史
司母戊鼎
是中国目前已发现 的最重的青铜器。司 母戊鼎是中国商代后 期王室祭祀用的青铜 方鼎，1939年在河南 省安阳出土。高133厘 米、口长110厘米、口 宽79厘米、重832.84 千克 。
四羊铜尊
商晚期的贮酒器。 1938年出土于湖 南宁乡，是我国 现已发现的较大 的方尊，高58.6 厘米，重34.5公 斤。
《材料成型技术与基础》全套PPT电子课件教案-第03章 单晶体与多晶体的塑性变形等
拉拔时金属应力状态
第三章金属材料的塑性变形
本章小结
锻造、轧ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、挤压、冲压等都是塑性变形。这些 塑性变形的目的不仅是为了得到零件的外形和尺寸， 更重要的是为了改善金属的组织和性能。
塑性变形的主要形式是滑移和孪生，是在切应力 的作用下进行的，塑性变形将产生形变强化，形成纤 维组织，具有各向异性。塑性变形后的 金属加热时会 产生回复或再结晶及晶粒长大，其形变强化现象消除。
滑移特点：①滑移是在切 应力作用下完成的；②滑 移时移动的距离是原子间 距的整数倍；③滑移的同 时由于正应力组成的力偶 作用，推动晶体转动，力 图使滑移面转向与外力一 致的方向。④滑移的实质 是位错运动的结果。因此 滑移的实际临界切应力远 远大于理论临界切应力。
第三章金属材料的塑性变形
单晶体滑移变形示意图
定义:经冷变形的金属当加热到T再时,会在变形最激 烈的区域自发形成新的细小等轴晶粒,叫做再结 晶这一过程实质上也是一个形核和长大的过程, 但晶格类型不变,只是改变了晶粒外形. T再T熔
※金属再结晶后,消除了残余应力和形变强化现象 晶粒长大 冷变形和热变形 金属纤维组织及其应用
第三章金属材料的塑性变形
第三章金属材料的塑性变形
单晶体和多晶体的塑性变形 金属的形变强化 塑性变形金属在加热时组织和性能的变化 塑性加工性能及影响因素 本章小结
第三章金属材料的塑性变形
单晶体的塑性变形 1.滑移 2.孪生 1.晶粒取向对塑性变形的影响 2.晶界对塑性变形的影响
第三章金属材料的塑性变形
锌单晶体的滑移变形示意图
第三章金属材料的塑性变形
未变形 弹性变形 弹塑性变形 塑性变形
位错运动引起的滑移变形示意图
第三章金属材料的塑性变形
《材料成形技术基础》PPT课件
B、特点
无分型面、工序简单、形状复杂、适应 各种材料、成本低。
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铸造方法 比较项目
砂型铸造
熔模铸造
金属型铸 造
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三、收缩性
1、收缩三阶段 液态－凝固－固态
液面下降 收缩 2、影响因素
A、合金种类（灰铸铁－铝合金－铜合金－铸钢） B、温度：温差 C、形状：冷却速度、铸型阻碍
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四、缩孔的形成与防止
1、形成铸件壁断面上，在内切圆直径最大处或等温线未 必然穿过性的－区－域将壳最、后凝体固积，该减区少域称、为补“热充节”
材料成形技术基础
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1
一、金属材料成形的分类（热）
1、液态成形
（铸造）－熔融状态（高温）的金属进
入特定材料预先形成的空（型）腔，冷却 后取出。
2、固态成形
（锻造）－固态金属在一定温度下，借 助外力产生所需（形状）的塑性变形。
冷冲压。
3、连接成形
（焊接）－两部分固态金属局部融化
（局部高温）后融合成一部分 。
滑移：在剪应力的作用下，晶格发生位 错。
多晶体位错滑移
晶界处位错堆积，碎晶、亚晶产生，
晶格畸变
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2、塑性变形对金属组织的影响 A、冷变形强化
由于畸变严重，硬度、强度加大，塑 性明显下降，使得塑变抗力加大，进一步 变形困难
B、残余应力 变形不一致引起。
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机械工程材料及成型基础教学教材
复合材料
玻璃纤维复合材料
由玻璃纤维和有机高分子材料复 合而成，具有质轻、强度高、耐 腐蚀等特点，广泛应用于航空、 航天、汽车等领域。
碳纤维复合材料
由碳纤维和有机高分子材料复合 而成，具有高强度、高刚性、耐 高温等特点，广泛应用于航空、 体育器材等领域。
02 材料成型基础
铸造工艺
01
02
03
04
热处理
通过控制加热、保温和冷却过程， 改变材料的内部组织结构，提高材 料的力学性能。
表面处理
通过物理或化学方法，改变材料表 面的成分和结构，提高材料的耐磨 性、耐腐蚀性和装饰性。
材料成本
原材料价格
不同材料的价格差异很大，选择价格合理的材料 可以降低成本。
加工成本
材料的加工难度和工艺要求不同，加工成本也不 同。在选择材料时，应考虑其加工成本。
未来趋势
高性能材料
01
随着机械工程的发展，对材料性能的要求越来越高，未来将不
断涌现出高性能的新型材料。
智能材料
02
智能材料能够感知外部刺激并作出响应，未来在传感器、执行
器和结构健康监测等领域有广泛应用。
可持续发展的材料
03
随着环保意识的提高，未来将更加注重材料的可持续发展，如
可降解和可回收的材料。
砂型铸造
利用砂型作为模具进行铸造， 适用于各种形状和尺寸的铸件
。
熔模铸造
通过制作熔模，再利用熔模制 作模具进行铸造，适用于精密
铸件。
压力铸造
在高压下将液态金属注入模具 ，适用于生产小型、高精度、
高强度铸件。
离心铸造
利用离心力将液态金属注入旋 转的模具中，适用于生产管状
和套筒类铸件。
材料成型技术基础课件
d. 提高铸型和型芯的退让性；浇注后尽早开型 e. 提高铸型温度 f. 去应力退火
(2)变形 ①变形方向
受拉部位趋于缩短； 受压部位趋于伸长 例如：T形梁 平板件
返 回
②防止措施 a. 反变形法。例如：床身铸件 b. 设置工艺筋
c. 去应力退火或自然时效
反变形量
(3)铸件的裂纹 ①热裂 a. 特征：裂纹短、形状曲折、缝隙宽、缝内呈氧化色 b. 影响因素： 合金性质和铸型阻力
返 回
c. 防止措施 选择结晶温度范围窄、收缩率小的合金 合理设计铸件结构 改善砂型和砂芯的退让性 严格限制钢和铸铁中硫的含量 ②冷裂 a. 特征：裂缝细小，表面光滑，呈连续圆滑曲线或直 线状，有金属光泽或呈轻微氧化色 b. 防止措施
减小铸造应力或降低合金的脆性
严格控制钢和铸铁中磷的质量分数
返 回
由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致 在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力 a. 形成机理 b. 应力分布规律 厚壁或心部—拉应力; 薄壁或表层—压应力
返 回
c. 应力大小 ②机械应力
铸件壁厚差愈大 合金的线收缩率愈高 弹性模量愈大
热应力愈大
上型
铸件因收缩受到铸型、型 芯及浇注系统的机械阻碍而 产生的应力 特点：拉应力或剪切应力； 临时应力 ③减小和消除应力的措施 a. 铸件壁厚尽量均匀 b. 尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金
返 回
糊状（体积）凝固方式； 液态收缩+凝固收缩＞固态收缩
(4)缩孔防止措施 ①“定向（顺序）凝固”。安放冒口 定向凝固特点： 有效地消除缩孔、缩松；
铸件易产生内应力、变 形和裂纹；
工艺出品率低；切削费工 应用：用于收缩较大、凝固温度范围较小的合金。 如铸钢、高牌号的灰铸铁、铝青铜等铸件
材料成型技术-第一章-材料成形技术基础
第一章 绪 论
第一节 概 述
一、材料成形的发展历史
❖ 新石器时代：陶器的烧制
❖ 青铜时代： 青铜器的冶铸
❖ 铁器时代：钢铁的铸造、锻造、焊接
❖ 近、现代：塑料制品、现代陶瓷制品的成 形、复合材料制品成形。
青铜器时代（Bronze Age）：
巨型司母戊鼎（河南安阳晚商遗址）
湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑
除了课堂讲授之外，还应对本课程的电化教学、 多媒体CAI、现场参观、课堂讨论和实验教学等 给以充分重视并积极参与。
本课程中所学的知识在以后的专业课程学习、课 程设计和毕业设计中都会一再用到，应充分利用 这些机会来对其反复练习，扎实掌握，巩固提高， 真正做到以用促学，学以致用。
七、教材及参考书
❖ 教材：
❖ 据统计：
占全世界总产量将近一半的钢材是通过焊接制成构 件或产品后投入使用的；
在机床和通用机械中铸件质量占70~80%； 农业机械中铸件质量占40~70%； 汽车中铸件质量占约20%，锻压件质量约占70%； 飞机上的锻压件质量约占85%。
发电设备中的主要零件如主轴、叶轮、转子等均为 锻件制成；
家用电器和通信产品中60~80%的零部件是冲压件和 塑料成形件。
❖ 2、注重与以前所学课程的配合、交叉和衔接
把握材料使用特性与成形技术、材料成分/组织、性能 的关系，将本课程与机械工程材料、机械制造技术基 础、金工实习等课程的融合、交叉和衔接，系统的掌 握材料及其成形方法的选择。
使用特性
成形技术
性能 成分/组织
❖ 3、在学习过程中应注意密切联系生产实际。
本课程是一门实践性很强的课程，因此在学习中 要坚决摒弃那种“重理论、轻实践”的错误观念， 既不要因为课程中没有太多深奥的理论和公式而 轻视它，也不要由于自身缺乏足够的工程实践经 验而对其产生畏难心理。
金属材料成型基础ppt课件.ppt
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
流动性（cm）
温度（℃）
影响液态合金流动性的因素： 1.合金的化学成分
b a
300
200
100 0
80 60 40
20 0
Pb 20 40 60 80 Sb
a）在恒温下凝固 b）在一定温度范围内凝固
充型能力越强。 （3）浇注系统的的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力
越大，充型能力越差。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
三、铸型充填条件
（1）铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数表示铸型从其中的 金属吸取热量并储存在本身的能力。
铸件输送机
1）振击压实
型砂
落砂
捅箱机
压铁传送机
2）汽动微振压实
3）高压造型
加砂机
压铁
4）抛砂加紧砂机实
上箱造型机
合箱 合箱机
下箱造型机
下芯
下箱翻箱、落箱机 铸型输送机
冷却箱
浇注
冷却
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
二、机器造型
1)生产效率高; 2)铸型质量好（紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰）; 3)设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。
适用于中、小型铸件的成批、大批量生产。
(完整版)工程材料及材料成型技术基础
§1-1 材料原子(或分子)的相互作用
1、离子键 当正电性金属原子与负电性非金属
原子形成化合物时，通过外层电子的重 新分布和正、负离子间的静电作用而相 互结合，故称这种结合键为离子键。
离子晶体硬度高，强度大，脆性大。 如氯化钠，陶瓷。
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2、共价键 当两个相同的原子或性质相差不大的
原子相互接近时，它们的原子间不会有电 子转移。此时原子间借共用电子对所产生 的力而结合，这种结合方式称为共价键。
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3．陶瓷材料 ① 普通陶瓷—主要为硅、铝氧化物的硅酸盐材料. ② 特种陶瓷—高熔点的氧化物、碳化物、氮化物
等烧结材料。 ③ 金属陶瓷—用生产陶瓷的工艺来制取的金属与
碳化物或其它化合物的粉末制品。 4．复合材料 是由两种或两种以上的材料组合而成的材料。 ①按基体相种类分：聚合物基、金属基、 陶瓷基、 石墨基等。 ②按用途分：结构、功能、智能复合材料。
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本部分重点
1)工程材料的概念
– 制造工程结构和机器零件使用的材料
2)工程材料的分类
• 金属材料
钢铁材料 有色金属及其合金
• 有机高分子材料
塑料 橡胶等
• 陶瓷材料 • 复合材料
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第一章 工程材料的结构与性能
§1-1 材料原子(或分子)的相互作用
当大量原子(或分子)处于聚集状态时， 它们之间以键合方式相互作用。由于组成 不同物质的原子结构各不相同，原子间的 结合键性质和状态存在很大区别。
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绪论
一、材料的发展史
材料(metals) 是人类用来制作各种产品的物质，是 先于人类存在的，是人类生活和生产的物质基础。 反映人类社会文明的水平。
1 . 石器时代 ：古猿到原始人的漫长进化过程。原料： 燧石和石英石。 2. 新石器时代：原始社会末期开始用火烧制陶器。 3. 青铜器时代：夏(公元前2140年始)以前就开始了 4. 铁器时代：春秋战国时期(公元前770～221年)开始 大量使用铁器
材料成型基础课件
一般合金在凝固过程中都存在液-固两相区，树枝状晶在其中 不断扩大［见图ａ］。枝晶长到一定程度，枝晶分叉间的熔融 合金被分离成彼此孤立的状态［见图ｂ］，它们继续凝固时也 将产生收缩，这种凝固方式称糊状凝固。这时铸件中心虽有液 体存在，但由于树枝晶的阻碍使之无法补缩，在凝固后的枝晶 分叉间就形成许多微小的孔洞(缩松）［见图ｃ］。
2.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
总结：具有逐层凝固倾向的合金（如灰 铸铁、铝硅合金等） 易于铸造，应尽量 选用。当必须采用有糊状凝固倾向的合 金（如锡青铜、铝铜合金、球墨铸铁等） 时，需考虑采用适当的工艺措施，例如， 选用金属型铸造等，以减小其凝固区域。
2.2 液态成形理论基础
1.2 材料成型方法及特点
材 料 成 形 工 艺 基 础
1.材料成型方法的分类
1.3 材料成型工艺发展及概况
材 料 成 形 工 艺 基 础
古代、近代及现代的材料成形技术 材料成形技术与材料科学 我国及世界先进国家的差距
1.4 材料成型工艺的发展趋势
材 料 成 形 工 艺 基 础
每项材料成形技术都有各自发展特点，总的趋势可归纳为 ： 1、成型技术精密化 2、材料制备与成型一体化 3、复合成型 4、数字化成型 5、材料成型自动化 6、绿色清洁生产
液态合金填满铸型后［见图 a］，因铸型吸热，靠近型腔表面 的金属很快就降到凝固温度，凝固成一层外壳［见图ｂ］，温 度继续下降，合金逐层凝固，凝固层加厚，内部的剩余的液体， 由于液态收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积缩减，液面下降， 铸件内部出现空隙［见图ｃ］，直到内部完全凝固，在铸件上 部形成缩孔［见图ｄ］。已经形成缩孔的铸件继续冷却到室温 时，因固态收缩使铸件的外形轮廓尺寸略有缩小［见图ｅ］。 合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越 厚，缩孔的容积就越大。
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工程材料成形工艺(也称为材料成形技术； 传统名称－金属工艺学；简称：金工)：
即从选择材料到毛坯或成品的成形工艺。
通过本课的学习，可以了解掌握常用工程材 料及其成形工艺的基础知识。
材料社会进步的物质基础与先导，是人类进
步的里程碑。而任何材料在被制造成有用物品
(无论是生活用品或是生产工具等)的过程中，都
我国锻造和焊接技术也有着悠久的历史。
在河北藁城出土的商朝铁刃铜钺(越)是我国
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发现的最早的锻件。(距今3 000多年)
在河南辉县战国墓中发掘出的殉葬铜器,其 耳和足是用钎焊方法与本体连接的。
我国还是最早使用粘接技术的国家，在陕西 临潼秦始皇陵陪葬坑发现的铜车马中，金银饰件 的固定用的就是一种无机粘接剂。
现存于北京大钟寺内的明朝永乐年间铸造的
材料成形基础－绪
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大铜钟，重46．5 t，钟身内外遍铸经文20余万字，
是世界上铸字最多的大钟，其钟声浑厚虽在悦耳，
远传百里。
我国河北沧州的五代铁狮、湖北当阳的北宋 铁塔等，都是世界著名的巨型铸件。
北京故宫、颐和园内精美的铜狮、铜鹤、铜 龟和铜亭构件等，则是我国明清时期失蜡铸造的 代表作。
材料成形基础河－绪南安阳武官村出土的商代司母戊鼎，重4
875 kg，体积庞大，花纹精巧，造型精美。
湖北江陵楚墓中发现的越王勾践青铜宝剑， 地下埋藏了2 000多年，但依然刃口锋利，寒光闪 闪，可一次割透叠在一起的十多层纸张。
西汉时期曾大量使用的“透光”铜镜，被西 方人称为 “中国魔镜”，就是我国古代工匠们 巧妙地利用了因铸件壁厚不同形成的铸造应力及 变形的原理而制成的。
近年来，仅材料科学的发展极为迅速。
以钢铁工业为例，2003年，我国钢产量2.2亿 吨，是世界钢产量9.6亿吨的23％.
从1890年张之洞创办汉阳铁厂,直到1949年的
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1949年,全国产钢量15.8万吨，占世界钢产量 的0.1％，只相当于现在全国半天的产量。
日本拟于2010年将钢的强度和寿命各提高1 倍，2030年再翻一番(即1t钢可相当于现在的4 t)， 这个计划展示了材料挖潜的前景。
我国已是制造大国，仅次于美、日，要取代 德国而位居世界第三。
近年，我国的材料成形技术有了突飞猛进的 发展,如三峡水利建设中,440 t不锈钢转轮、750 t
蜗壳和300 t的闸门都是世界上最重的钢铁结构。
据统计，2000年全球汽车用材总质量的65％
由钢材(约45％)、铝合金(约13％)及铸铁(约7％)通
过锻压、焊接和铸造成形，并通过热处理及表面
1996年至今，我国钢产量年年超过1亿吨,成 为世界第一产钢大国。
从6000万吨增长到1亿吨钢，经过7年。 这对于我国立足于工业化、现代化的世界， 意义重大。 但是我国又是一个钢的消费大国，2003年我 国钢消费2.67亿吨。 材料成形基我础－国绪 钢厂结构不合理，10％以上的钢是由 9
规模不到50万吨的小型钢铁企业完成的，70％以 上的生产能力是由150万吨以下的中小钢铁企业 完成的。
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要经过成形加工，显然材料成形工艺是人类生产 活动中始终不可缺少的基础性技术。
一.材料成形工艺的发展史
材料成形工艺是伴随着人类使用材料的历史 而发展的。
在人类使用材料之初，用过兽骨，还通过将 天然材料石头、陶土打制成石器和烧制成陶器 （瓷器），在烧陶过程中 人们掌握了金属（青 铜）冶炼技术及金属成形工艺。
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最近建成的30万吨超级大型油轮(长333 m，
宽58 m)、1 000吨级的大型热壁加氢反应器(壁厚
280 mm)、空间环境模拟装置(直径18 m、高22 m
的大型不锈钢真空容器)等都是材料及材料成形
工艺的重大成就。
材料成形加工是制造业的重要组成部分。
据统计，全世界75％的钢材经塑性加工，45 ％的金属结构用焊接得以成形。
用铁器，这比欧洲国家早了1800多年。战国时期,
我国就发明了炼钢技术，创造了多种在当时比较
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先进的炼钢方法,并将其用于制造农具和兵器等.
铸造技术在我国源远流长，并达到了很高的 水平，形成了闻名于世的以泥范(砂型)、铁范
(金属型)和失蜡铸造为代表的中国古代三大铸造 技术。
据考证,早在3 000年前的商周时期,我国已发 明了古代失蜡铸造法；战国中期，出现了金属型 铸造；隋唐以后，我国已掌握了大型铸件的生产 技术。
材料成形基在础－成绪 形技术的发展中，中华民族对此做出过2
极其重大的贡献。
我国在原始社会后期开始有陶器，在仰韶文 化和龙山文化时期制陶技术已相当成熟。
我国是世界上应用铜、铁最早的国家，远在 4000年前就已经开始使用铜合金，至商周时代(公 元前16世纪一公元前8世纪)达到了青铜文化的鼎 盛时期。
公元前六七世纪的春秋时期，我国已开始使
我国明朝科学家宋应星著《天工开物》一书
中，记载了冶铁、炼铜、铸钟、锻铁、焊接、淬
火等多种金属成形和改性方法及生产经验,是世
界上有关金属加工工艺最早的科学著作之一。
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我国的瓷器制造自古以来就享有盛名，宋 代时已形成陶瓷业的“八大名窑”，即定窑、磁 州窑、均窑、耀窑、景德镇窑、越窑、龙泉窑和 建窑，其风格各具特色，技术各领风骚。
因此，我国钢铁企业的能耗大，产品品质不 高，许多高附加值的优质钢材仍需进口，2003年 就进口了3717万吨的优质钢材。
所以，新一代钢铁材料的主要探索目标是提 高钢材强度和使用寿命。
研究证明，纯铁的理论强度应能高于8000
MPa，而目前碳素钢为200 MPa级，低合金钢(如
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Q345)约400MPa级，合金结构钢也只有800 MPa 级。
我国铸件年产量超过1400万吨，成为世界铸 件生产第一大国。
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汽车工业是材料成形技术应用最广的领域。
以汽车生产为例，1953-1992年40年间，我国 共生产汽车100万辆，而2003年-年全国就生产汽 车207万辆，(2007年上半年产量超过450万辆)预 计到2010年，年产量将达到1000万辆左右，成为 世界汽车生产第二大国。