工程材料成型基础(二)

材料成形基础－绪1材料成型基础(发展篇)材料成形基础－绪2绪论工程材料成形工艺(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，都材料成形基础－绪3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。在成形技术的发展中，中华民族对此做出过材料成形基础－绪4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材料成形基础－绪5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3000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。河南安阳武官村出土的商代司母戊鼎，重材料成形基础－绪6875kg，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2000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。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7大铜钟，重46．5t，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。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)是我国材料成形基础－绪8发现的最早的锻件。(距今3000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。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。材料成形基础－绪9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。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年的半个多世纪，中国产钢总量只有760万吨,不足现在一个大型钢铁厂的年产量。材料成形基础－绪101949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。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。我国钢厂结构不合理，10％以上的钢是由材料成形基础－绪11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。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8000MPa，而目前碳素钢为200MPa级，低合金钢(如材料成形基础－绪12Q345)约400MPa级，合金结构钢也只有800MPa级。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4t)，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,440t不锈钢转轮、750t蜗壳和300t的闸门都是世界上最重的钢铁结构。材料成形基础－绪13最近建成的30万吨超级大型油轮(长333m，宽58m)、1000吨级的大型热壁加氢反应器(壁厚280mm)、空间环境模拟装置(直径18m、高22m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。我国铸件年产量超过1400万吨，成为世界铸件生产第一大国。材料成形基础－绪14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。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改性获得最终所需的实用性能。材料成形基础－绪15二.本课程的学习要求本课程是机械类专业的（技术基础课）主干课程之一。同学们在学完本课程之后，应达到以下基本要求：1.掌握各种成形方法的基本原理、工艺特点和应用场合，了解常用成形设备的结构和用途，具有进行材料成形工艺分析和合理选择毛坯(或零件)成形方法的初步能力。材料成形基础－绪162.具有综合运用工艺知识，分析零件结构工艺性的初步能力。3.了解与材料成形技术有关的新材料、新工艺及其发展趋势。本课程的特点：是融多种工艺方法为一体，以叙述性内容为主，涉及面广，信息量大，实践性强。多因素，逻辑性强，必须博闻强记。因而在学习方法上应当进行适当的调整，以求获得良好的学习效果。材料成形基础－绪17旧石器时代晚期，残长8.2厘米，北京周口店出土。骨针材料成形基础－绪18(新石器时代·山东龙山文化，约4800年)高29.7厘米，1960年山东潍坊市出土，现藏山东省博物馆。白陶材料成形基础－绪19旧石器时代早期，北京市房山区周口店第一地点出土石锤、石钻材料成形基础－绪20石镰长20.6厘米新石器时代晚期距今7000年材料成形基础－绪21人面鱼纹彩陶盆(新石器时代·仰韶文化，约5000年)高16.5厘米,口径39.5厘米。20世纪50年代陕西省西安市半坡村出土,现藏中国历史博物馆。材料成形基础－绪22材料成形基础－绪23越王勾践剑，春秋晚期，距今2400多年材料成形基础－绪24青花牡丹纹水注材料成形基础－绪25秦始皇陵出土的铜车马(公元前200多年),车通长3.17米，高1.06米，相当于真车马的一半,总重量为1241公斤。材料成形基础－绪26永乐大钟通高5.5米，口径3.3米，重约46吨，以“五绝”荣获“钟王”之誉：1.形大量重、历史悠久、历史内涵最为丰富；2.钟身内外整齐地铸有23万多字的汉文、梵文佛经铭文，是铭文字数最多的大钟；3.有世界第一流的声学特性,轻击，圆润、深沉，重击，纯厚、洪亮,钟声悠雅感人,益寿延年,钟声可传40～50公里；4.钟体力学结构设计合理。5.铸造工艺精美绝伦而又朴实无华，天人合一，是中华民族精神的象征,中华民族的骄傲。材料成形基础－绪27材料成形基础－绪28沧州铁狮铸造于公元953年。铁狮子通高5.78米，身长6.5米，体宽3.17米，重约40吨材料成形基础－绪29商晚期，是我国现已发现的较大的方尊，高五十八点六厘米，重近三十四点五公斤。整个器物用块范法浇铸，一气呵成，鬼斧神工，显示了高超的铸造水平。