[工程科技]第一章概论.ppt

设计材料与加工工艺 陈建山 电话第一章概论 设计与材料 概述 设计材料的发展 设计材料的几种分类 设计材料的性能与特性 设计材料的感性 设计材料的选择 1.1设计与材料概述 设计是人类为了自身的生存和发展而进行的一种造物活动 设计满足了人类自身在物质上和精神上的需要，同时也达到与周围生存环境的协调 设计已渗透到人们生活的每一个方面，衣食住行无不和设计的产物有关 什么是设计？ 设计是人类所特有的一种造物活动，是指人们在生产中有计划、有意识地运用工具和手段，将材料加工塑造成可视的或可触及的具有一定形状的实体，使之成为具有使用价值或具有商品性的物质。 人类的造物活动离不开材料，材料是人类活动的基本物质条件 什么是材料？ 基本原料：地 球表层覆盖着由岩石及矿物组成的自然物 原 料：天然生成且尚未加工的物质 材 料：原材料经加工处理后产生的物质 基本原料 原料 古代所谓“物曲有利”的说法 以各种物质材料，改变其形，偏重其利，所制成的器物。 “合成材料”的制造就是利用现代化学的发展，开阔材料的领域 如木材之于家具就是改变其形态 黏土之于陶器就是改变其性质 器物是时代的产物 它映射一个时代的文化、经济和生活方式，更是体现新材料、新技术、新工艺的发展水平 1851年国际博览会开幕式油画作品 材料的概念变化 早期材料：以自然物为主的原始材料 工业革命以后：合成材料、半导 体材料和塑料等 人们对材料的直观感觉发生变化 感觉柔软的材料实际上却具有极高的强度 感觉体积巨大的物体却不具有相应的质量 新材料的开发与应用是提高产品效用和开发产品新功能的重要因素 利用超导磁体研制成功的超导磁悬浮列车，车速可达每小时500km 记忆合金在航天飞机领域的应用 1.2设计材料的发展 石器时代 青铜器时代 陶器时代 铁器时代 高分子材料时代 复合材料时代 1.3设计材料的几种分类 岛村昭治历史分类法 物质结构分类法 材料加工度分类法 材料形态分类法 1.4设计材料的性能与特性 设计材料的基本性能 设计材料的工艺特性 设计材料的可持续性 1.4.1设计材料的基本性能 （1）材料密度 （2）力学性能 （3）热学性能 （4）电性能 （5）磁性能 （6）光性能 （7）材料的化学性能 （1）材料密度 （2）力学性能 强度 弹性 塑性 脆性与韧性 硬度 疲劳特性 耐磨性 （3）热学性能 熔点 比热容 热胀系数 热导率 耐热性 耐燃性 耐火性 （4）电性能 （5）磁性能 指金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能， 铁磁性材料：在外加磁场中，能强烈被磁化到很大程度，如铁、钴、镍等。 顺磁性材料：在外加磁场中，只是被微弱磁化，如锰、铬、钼等。 抗磁性材料：能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的材料。如铜、金、银、铅、锌等。 （6）光性能（7）材料的化学性能 材料的化学性能指材料在常温或高温时抵抗各种介质的化学或电化学侵蚀的能力，是衡量材料性能优劣的主要质量指标。 耐腐蚀性：材料抵抗周围介质腐蚀破坏的能力 抗氧化性：材料在常温或高温时抵抗氧化作用的能力。 耐候性：材料在各种气候条件下，保持其物理性能和化学性能不变的性质。 1.4.2设计材料的工艺特性 （1）加工成型性 （2）环境形状保持性 （3）表面工艺性 (1)加工成型性 设计材料必须具备在一定温度和一定压力下可对其进行成型加工，并塑制成某种形状的能力。 成型加工过程会影响混合程度、颗粒大小和分布、结晶能力、结晶形态、结晶的性能和取向程度等，从而影响制品的性能。 成型加工包括熔融状态下的一次加工和冷却后车、钳、铣、刨、削等的二次加工。 通常一次加工称成型，二次加工称加工。 钢铁的成型方法：铸造、锻压、焊接、切削加工（如车、钻、镗、磨、刨）等 木材加工特性：易锯、易刨、易打孔、易组合等。 塑料：可塑性特别强、原料易得、性能优良等。加工成型方法非常多。 （2）环境形状保持性 产品设计的材料应具有在所设计的使用环境条件下，保持既定形状，并可供实际使用的能力。 设计材料应能不因外界因素的影响或袭击而发生物理、化学变化，以致引起材料内部构造改变而出现褪色、粉化、腐朽甚至破坏。 如：外装材料和内装材料所处的环境完全不同，需采用不同的设计材料。 （3）表面工艺性 任何设计都不能直接使用基材或毛坯，而应通过一系列的表面处理，改变材料表面状态 目的：防腐蚀、防化学药品、防污染、提高产品的使用寿命、提高材料的表面装饰效果，获得美观的外形，提高产品的经济价值。 方法：涂料涂装、金属镀层、金属着色、化学氧化、阳极氧化、热喷涂、打磨、抛光等 1.4.3设计材料的可持续性 （1）可持续性概念的