在结构工程材料中,金属材料发挥着非常重要的作用,这是本教材讲述的重点。而无机非金属材料、高分子材料及复合材料等的发展和应用也非常广泛。新的材料加工技术,如快速凝固、半固态铸造、粉末冶金和泡沫金属等也不断涌现和改进,这些也是本教材内容体系的重要组成部分。

材料加工工艺不仅包括在化学成分上制造新材料的工艺方法,也包括对新材料的组织结构、元素分布等材料内在品质的制备,从而保证对材料的性能和质量的要求。此外,材料制备还应包括对制备工艺的研究和改进,以满足工业化生产成本和效率的要求。例如,通过对铁矿石的高炉冶炼可以提取出生铁这种金属材料,但由于其力学性能远远达不到工业应用的要求,还需要经过进一步的制备加工过程,通过改变其化学成分和组织结构来制备性能更优良的各种新材料,如通过平炉或电炉等精炼方法得到钢材或纯铁,通过冲天炉冶炼得到铸铁。对铸铁而言,通过在熔炼过程中的工艺处理,又可以制备具有不同特性的各种铸铁材料,如炉前孕育处理可得到孕育铸铁,球化处理可得到球墨铸铁或蠕墨铸铁,加入合金元素可得到合金铸铁,经固态石墨化处理可以得到可锻铸铁等,从而产生一系列各具性能和质量特色的铁基金属结构材料以供工程设计选用。

现在,随着生产的发展和生活的进步,人们对材料提出了更高的要求,既要求特殊的高性能,也要求特殊的高质量和低廉的生产成本或对资源环境的最小损害,从而促进了新材料的研制和新的材料制备加工技术的产生。例如,随着城市化的发展,大口径球墨铸铁排污管的需求日益增加,如何大规模、低成本地进行工业化生产就成为材料制备和加工的重要课题。现在,人们已经广泛地应用离心铸造或连续铸造等特种铸造技术,成功地解决了质量、效率和成本之间的问题。通过粉末冶金这种材料制备技术,可以利用粉末烧结成形解决高熔点材料的制备和加工问题,生产粉末冶金制品;通过复合材料制备技术可以大大提高基体材料的综合力学性能。此外,利用半固态铸造或快速凝固技术可以改善材料的显微组织达到其他传统加工方法所难以获得的性能,利用各种微细粉体制备技术可以制造出各具特色的纳米材料等。这些都是我们在本课程中所要学习和了解的重要内容。

那么,怎样才能迅速地理解和掌握范围如此广泛的材料制备技术的内容呢?除了在学习本课程之前应具备一定的金属学和金属材料学基础外,学习中还应注意以下问题和方法：

(1)材料加工技术不仅是一门专业理论课,还是一门重要的工程实践课。学习的目的不单是了解各种材料的加工原理和方法,更重要的是如何利用这些原理和方法处理和解决材料工程中的实际问题。因此,在学习中首先要清楚所要加工的材料有什么用途和特殊要求,其主要的制备方法是什么,如何选择适当的加工方法和工艺。其次,在学习各种材料的加工原理和方法时,要理解人们创造这种方法的起因和目的,它适用于哪些材料或条件,有什么优点和不足,必要时可通过实验验证该加工技术的原理,了解和掌握加工的工艺和过程,学会相关设备的使用及生产工艺参数的设计和控制。这样才能更好地理解和掌握所学习及实验的内容,为将来从事实际的材料加工技术工作打下良好的基础。

(2)材料加工技术这门课不是像物理、化学或金属学那样严密的理论课,它是以这些理论为基础,在解决生产和科研的实际问题中经验的积累,因此是一门创新课。所以在学习中不应过于拘泥和教条,关键是要理解这些加工技术和工艺的原理及创新点,充分发挥自己的想象力。只要符合材料科学的基本理论,只要能解决生产或实验中的问题,就可以进行各种大胆的设想和尝试。

(3)材料加工技术这门课体系庞大,内容繁多,教材及学习中不可能均有涉猎或面面俱到,授课和实验只能选择重点内容进行。本教材选择的内容以工程结构材料为主,重点为金属材料的制备技术。因此,如果学生对本讲义中或其他某一领域的内容有兴趣,可以参阅教学参考书或其他资料,但更重要的是在以后的工作中进行实践和经验积累。本课程的作用主要是为今后的应用和进一步深入学习打好基础和提供线索。

在内容的处理上,本教材注意贯穿工程材料科学的主线,加强各种材料的加工方法和新技术、新工艺的内容,读者应在熟悉传统的材料合成及制备的基础上,了解新材料的发展状况和制备方法,认识不断出现的各种新的材料加工技术的特点、原理和应用范围,掌握一些重要材料的加工方法和主要加工技术的基本原理和工艺路线与参数。

参考文献(www.daowen.com)

1.冯端,师昌绪,刘治国.材料科学导论.化学工业出版社,2002

2.杨瑞成.材料科学与工程导论.哈尔滨工业大学出版社,2002

3.于文斌,翟南侯,吴安如.材料制备技术.西南大学出版社,2006

思考题

1.材料加工的含义和内容是什么?

2.学习材料加工技术应掌握哪些基础知识?为什么?

3.材料加工技术在新材料的研究和应用中有何重要性?