工程材料与热加工课件
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目录
01
工程材料基础
02
金属材料特性
03
热加工技术概述
04
热加工工艺流程
05
热加工设备与工具
06
热加工质量控制
工程材料基础
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01
材料的分类
工程材料可按来源分为天然材料和人造材料，如天然石材与合成塑料。
按材料来源分类
工程材料按用途可分为结构材料、功能材料、复合材料等，如钢筋用于结构，而半导体用于电子功能。
按材料用途分类
根据材料的物理和化学性质，工程材料可分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料等。
按材料性质分类
01
02
03
材料的性能
力学性能
材料的抗拉强度、硬度和韧性等力学性能决定了其在不同应力条件下的应用范围。
热性能
材料的导热系数、热膨胀系数等热性能影响其在高温或低温环境下的稳定性和适用性。
电性能
材料的电阻率、介电常数等电性能决定了其在电子和电气工程中的应用潜力。
化学稳定性
材料的耐腐蚀性、抗氧化性等化学稳定性是评估其在特定化学环境下的耐久性的关键指标。
材料的选择标准
选择材料时需考虑其承受载荷的能力，如高强度钢用于桥梁建设，以确保结构安全。
强度和韧性
01
在恶劣环境下，材料的耐腐蚀性至关重要，例如不锈钢用于化工设备，以延长使用寿命。
耐腐蚀性
02
材料在高温下的性能稳定性是关键，如耐高温合金用于航空发动机，保证其在极端温度下正常工作。
热稳定性
03
金属材料特性
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02
金属的晶体结构
面心立方（FCC）结构的金属具有良好的延展性和韧性，如铝和铜。
面心立方结构
密排六方（HCP）结构的金属具有较好的抗拉强度，但塑性较差，如镁和钛。
密排六方结构
体心立方（BCC）结构的金属通常具有较高的强度和较低的热膨胀系数，例如铁和钨。
体心立方结构
金属的力学性能
抗拉强度是衡量金属材料承受拉伸力而不发生断裂的能力，如高强度钢在建筑结构中的应用。
抗拉强度
屈服强度指金属在永久变形前能承受的最大应力，例如航空用铝合金的屈服强度要求极高。
屈服强度
硬度是金属抵抗局部塑性变形的能力，如工具钢的硬度决定了其切削性能。
硬度
韧性表示材料在受到冲击载荷时吸收能量的能力，例如桥梁用钢需具备良好的韧性以抵抗撞击。
韧性
金属的热处理
淬火是提高金属硬度和强度的重要热处理方法，如刀具和弹簧的淬火处理。
淬火工艺
回火用于降低淬火后的金属硬度，提高韧性，例如汽车弹簧的回火处理。
回火过程
退火用于软化金属，改善其加工性能，如铜线在拉丝前的退火处理。
退火技术
正火是改善金属材料切削性能和机械性能的热处理方法，如齿轮的正火处理。
正火处理
热加工技术概述
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03
热加工的定义
热加工是利用材料在加热状态下塑性提高的特性，通过外力作用改变其形状和性能。
热加工的科学基础
热加工与冷加工的主要区别在于温度条件，热加工在材料的再结晶温度以上进行。
热加工与冷加工的区别
热加工广泛应用于金属材料的成型，如锻造、轧制、挤压等，是工业生产的重要环节。
热加工的应用领域
热加工的分类
铸造是将熔融金属倒入模具中冷却凝固，形成所需形状的零件，如汽车发动机缸体的制造。
铸造技术
锻造通过施加压力改变金属的形状，提高其机械性能，例如制造飞机起落架的锻造过程。
锻造工艺
焊接是将两个或多个金属部件连接成一个整体，广泛应用于建筑和制造业，如桥梁的建造。
焊接技术
热处理通过加热和冷却改变金属的微观结构，从而改善其性能，例如刀具的硬化处理。
热处理方法
热加工的应用领域
热加工技术在航空航天领域应用广泛，用于制造高强度、耐高温的合金材料和零部件。
航空航天工业
01
汽车工业中，热加工用于生产发动机部件、车架等关键结构，提高车辆性能和安全性。
汽车制造
02
热加工技术在能源行业用于制造涡轮机、锅炉等大型设备，确保设备的耐压和耐热性能。
能源设备制造
03
在建筑领域，热加工用于钢筋的热处理，增强其强度和韧性，用于高层建筑和桥梁建设。
建筑行业
04
热加工工艺流程
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04
铸造工艺
01
熔炼金属
在铸造过程中，首先需要将金属材料加热至熔融状态，以备后续的浇注。
03
浇注熔融金属
将熔炼好的金属液通过浇注系统注入到模具中，完成铸件的初步成型。
02
制备模具
根据设计图纸，制备出适合的砂型或金属型模具，确保铸件的形状和尺寸准确。
04
冷却与脱模
浇注完成后，金属在模具中冷却凝固，达到一定硬度后进行脱模，得到铸件。
锻压工艺
在锻压前，需对金属材料进行加热至适宜温度，以提高塑性，便于后续加工。
原材料准备
自由锻是一种基本的锻压工艺，通过手工或简单工具对加热后的金属进行塑形。
自由锻
模锻使用特定形状的模具，通过压力机将金属材料压制成预定的形状和尺寸。
模锻
精锻是在自由锻和模锻的基础上，进一步提高零件