设计材料工艺学

武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology设计材料工艺学主编：郑建启武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign内容提要《设计材料工艺学》是工业设计专业的一门必修专业基础课。全书内容共八章。第一章着重探讨“设计、材料、工艺”的关系，探讨了设计中的材料因素、材料与造型的发展、材料与工艺的关系，总结了设计材料、工艺的分类，阐述了设计材料的性能、基本特征和感觉特性；第二章从设计选材的角度展开论述，提出了设计材料工艺的适应性系统，论述了内部因素、外部因素相适应的选材原则、设计选材的基本程序和适合；第三至第七章则以材料的应用为切入点，着重介绍设计材料的类别、用途、成型加工及表面处理工艺，并结合具体的应用实例比较了材料及工艺在设计中的运用；第八章着重介绍发展中的新材料、新工艺；第九章在前几章的基础上,总结了设计、材料与工艺之间互为因果的辨证关系。适用于：高校工业设计、艺术设计专业教材工业设计师和相关技术人员参考书武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign本书主要特色探讨设计、材料工艺的关系，不过多涉及专业理论1从设计师的角度阐述材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign本书主要特色区别于自然系统，从人的目的、意图、用途等角度来探讨设计系统、设计选材的内部因素和外部因素、设计选材的适合性标准2提出设计选材的适应性系统和适合性评价标准1从设计师的角度阐述材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign本书主要特色2提出设计选材的适应性系统和适合性评价标准1从设计师的角度阐述材料与工艺材料和工艺相结合各类设计材料的用途、分类及其成型、加工、表面处理工艺相结合32提出设计选材的适应性系统和适合性评价标准1从设计师的角度阐述材料与工艺3材料和工艺相结合武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign4用图片、图表加强形象化、系统性图片更直观、形象图表更完整、系统本书主要特色武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign本书主要特色2提出设计选材的适应性系统和适合性评价标准1从设计师的角度阐述材料与工艺3材料和工艺相结合4用图片、图表加强形象化、系统性结合典型设计实例，分析材料工艺在设计中的应用典型实例，深入分析5武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign2提出设计选材的适应性系统和适合性评价标准1从设计师的角度阐述材料与工艺3材料和工艺相结合4用图片、图表加强形象化、系统性5结合典型设计实例，分析材料工艺在设计中的应用6文字简洁，通俗易懂7按工业设计专业教材编写本书主要特色设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology目录第一章概论第二章设计选材的适应性系统第三章金属材料与工艺第四章无机非金属材料与工艺第五章天然有机高分子材料与工艺第六章合成高分子材料与工艺第七章纤维复合材料与工艺第八章发展中的新材料第九章总结设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一章概论目录第一章概论导言第一节《设计材料工艺学》课程综述第二节设计材料工艺的分类第三节设计材料的感觉特性设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一章概论本章概要：本章第一节介绍了《设计材料工艺学》的课程性质、学习方法以及与设计专业其它课程的关系，第二节至第四节分别介绍了设计与材料工艺的关系、设计材料与工艺的分类、以及设计材料的感觉特性。教学目标：通过学习本章，学生能够在了解本课程学习方法的基础上，更加有效地学习本书的后续章节。课前准备：要求学生在课前阅读本书的前言与目录部分，对本书的主要内容作初步了解。教学硬件：普通教室学时安排：本章建议安排2～4个课时，任课教师可根据实际需要安排。导言设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一章概论第一节《设计材料工艺学》课程综述一、《设计材料工艺学》课程简介二、学习《设计材料工艺学》课程的方法（一）在学好知识的基础上注重能力的培养（二）采用灵活多样的教学手段,提高学生的学习兴趣（三）理论与实践相结合、与其他课程的联系三、与其他课程的联系设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一章概论第二节设计材料工艺的分类一、设计材料的分类（一）岛村昭治历史分类法（二）物质结构分类（三）材料加工度分类法设计用材料如按加工度来分可分为天然材料、加工材料与人造材料三种。（四）材料形态分类法设计材料金属材料无机非金属材料有机高分子材料合成高分子材料复合材料黑色金属有色金属特殊金属材料陶瓷、玻璃、石材等木材、竹、藤等塑料、合成橡胶、涂料等等金属基复合材料陶瓷基复合材料高聚物复合材料材料的分类设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一章概论二、设计材料的工艺分类（一）材料的成型加工工艺（二）材料的表面处理工艺人造大理石人造水晶人造皮革 石材木材第二节设计材料工艺的分类设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一章概论第三节设计材料的感觉特性一、材料的质感质感是物体表面由于内因和外因而形成的结构特征，通过触觉和视觉所产生的综合印象，作为工业设计的三大感觉要素（形态感、色彩感和材质感）之一的质感，体现的是物体构成材料和构成形式而产生的表面特征。（一）质感的生理属性1.触觉质感2.视觉质感武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology三大感觉要素生理属性物理属性色彩感形态感材质感设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一章概论第三节设计材料的感觉特性一、材料的质感（二）质感的物理属性1.自然质感自然质感是固有的，符合物体质材构成实况的质感。2.人为质感人为质感与自然质感不同，强调的是材料经人为加工后产生的工艺美和技术美。根据设计要求、效果的不同可分为同材异质感和异材同质感两种。武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology伴侣几（设计师：朱小杰）zippo打火机表面（生产商：美国ZIPPO公司）人为质感突出工艺美、技巧性强以“新”为贵设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一章概论第三节设计材料的感觉特性二、质感设计的形式美法则（一）调和法则调和法则——使整体各部位的物面质感统一和谐。（二）对比法则对比法则就是整体各部位的物面质感有对比的变化，形成材质的对比、工艺的对比。（三）主从律强调在产品的质感设计中要有重点。所谓重点是反映事物的外在因素在排列组合时要出中心，主从分明。（四）适合律各种质材有明显的个性，在质感设计中应充分考虑到质材的功能和价值，质感应与适用性相符。武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology质感运用的形式美基本法则配比率调和法则对比法则主从律要有设计的重点适合律质感与适用性相符设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一章概论质感设计1、提高适用性——良好的触觉质感设计，可以提高整体设计的适用性。提高适用性表现真实性价值性4、表现真实性和价值性——良好的质感设计往往决定整体设计的真实性和价值性。增加装饰性2、增加装饰性——良好的视觉质感设计，可以提高工业产品整体设计的装饰性，能补充形态和色彩所难替代的形式美。获得多样性经济性3、获得多样性和经济性——良好的人为质感设计可以替代和补救自然质感，可以节约大量珍贵的自然材料，达到工业产品整体设计的多样性和经济性。第三节设计材料的感觉特性三、质感设计的作用设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第二章设计选材的适应性系统目录武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第二章设计选材的适应性系统导言第一节设计选材的适应性第二节设计选材的适应性原则第三节设计选材的程序文献阅读指南思考设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第二章设计选材的适应性系统武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology本章是本书的理论基础。与传统材料工艺类教材不同的是，编者在事理学理论的基础上，用系统论的观点审视设计选材，提出了设计选材的适应性原则。本章概要：本章介绍了设计选材的适应性原则和设计选材的基本程序，提出设计选材应该以材料工艺内部因素和外部因素相适应为起点，以适度为标准，选择相对适合的材料与工艺。教学目标：通过学习本章，学生能理解设计选材的适应性原则，这对学习把握本书的后续章节有重要的作用。课前准备：学生可在课前阅读系统科学相关书籍。教学硬件：普通教室学时安排：本章建议安排4～8个课时，任课教师可根据实际需要安排。其中教师讲授课时占80%，学生讨论课时占20%。导言设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第二章设计选材的适应性系统武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一节设计选材的适应性设计选材是产品设计的重要环节，选择合适的材料与工艺作为产品设计的物质技术基础，对设计概念转化为产品实物起着关键的作用。一、设计选材的复杂化二、设计选材的适应性要求适应适应是设计目标确定后开始实施的阶段适度适度是设计过程中的行为准则适合适合是设计的最后结果以及应该达到的目标设计的适应性系统的应用原则由系统的内部因素、外部因素和系统的目的三个要素构成。”设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第二章设计选材的适应性系统武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第二节设计选材的适应性原则选材作为设计的适应性系统中人的行为的一部分，具有适应性。在设计选材过程中，需要考察的因素包括如下两部分：铁锅和木柄勺子（一）材料的物理性能（二）材料的化学性能（三）材料的机械性能一、内部因素材料与工艺内部因素，包括材料的物理性能、化学性能、机械性能和加工性能等。为适合设计专业教学需要，剔除了材料的分子结构等内容。设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第二章设计选材的适应性系统武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第二节设计选材的适应性原则课内讨论题：1.图2-12中显示的产品（电线、电线杆、袜子、凳子、钓鱼杆等），说出它们的主要需要那一种机械性能？部分日常用品图设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第二章设计选材的适应性系统武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第二节设计选材的适应性原则（一）功能需求（二）安全性（三）外观需求（四）市场与经济因素（五）与材料相关的政策法规（六）环境因素二、外部因素外部因素包括产品的功能需求、安全性、外观需求、市场因素（材料可达性、成本、社会流行趋势）、国家相关政策法规、环境因素等。综上所述，设计选材的适应性原则是指以材料工艺内部因素和外部因素相适应为起点，以适度为评价标准，最终选择出相对适合的材料与工艺。设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第二章设计选材的适应性系统武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第三节设计选材的程序根据设计选材的“适应性原则”，可以拟定以下程序：第一步：针对特定产品，研究系统中材料工艺之外的需求与限定：第六步：如果有必要，重复上面的第三、四、五步。第二步：针对特定产品，综合分析外部因素中的主要因素和次要因素。第三步：根据主要因素选择系统内部因素（材料的物理性能、机械性能、化学性能、尺寸性能以及加工性能）。第四步：根据次要因素选择系统内部因素（材料的物理性能、机械性能、化学性能、尺寸性能以及加工性能）。第五步：根据内部因素确定一系列符合要求的材料，通过制作模型，以内部因素与外部因素相适应的程度为标准，对这些材料行评估比较，选出其中相对而言更合适的材料。设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第二章设计选材的适应性系统武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology文献阅读指南：本章主要介绍了设计选材的适应性特征、适合性原则、设计选材的目标与基本程序。司马贺著武夷山译的《人工科学》（上海科技教育出版社2004年版）第一、二、五章对人工物的适应性特征有比较深刻的论述。柳冠中编著的《事理学论纲》（中南大学出版社2006年版）第二章对设计科学的适应性系统有比较全面的论述。另外，杰姆斯·伽略特著常初芳译的《设计与技术》（科学出版社2004年版）对材料的性质有初步的介绍。对材料与工艺进一步的了解可参见本书的后续章节。设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第二章设计选材的适应性系统武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology思考题：1．为什么说设计选材的过程具有适应性的特征，这些特征体现在哪些方面？试举例说明。2．试举例说明设计选材的“适应性原则”的具体应用？设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology目录第三章金属材料与工艺导言第一节金属材料概述第二节金属材料的性能第三节设计中常用的金属材料第四节金属成型加工工艺第五节金属切削和连接加工工艺第六节金属材料的表面处理工艺第七节设计中金属材料与工艺的选择及其应用实例文献阅读指南思考题习题设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology本章是本书的理论基础。与传统材料工艺类教材不同的是，编者在事理学理论的基础上，用系统论的观点审视设计选材，提出了设计选材的适应性原则。本章概要：本章介绍了设计选材的适应性原则和设计选材的基本程序，提出设计选材应该以材料工艺内部因素和外部因素相适应为起点，以适度为标准，选择相对适合的材料与工艺。教学目标：通过学习本章，学生能理解设计选材的适应性原则，这对学习把握本书的后续章节有重要的作用。课前准备：学生可在课前阅读系统科学相关书籍。教学硬件：普通教室学时安排：本章建议安排4～8个课时，任课教师可根据实际需要安排。其中教师讲授课时占80%，学生讨论课时占20%。导言设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology一、金属材料应用的发展历史及现状金属是一种伴随人类物质文明发展的重要材料。第一节金属材料概述曾侯乙墓出土的战国时期编钟（引自http://ycjy.lhjy.net）设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一节金属材料概述二、产品设计与金属材料造物是为人类创造合理的使用方式。产品作为设计的最终产物，是以一定的物化形态存在，故物质材料是设计得以实现的基础。在现今日常生活和工业生产中能接触到的产品小到锅、勺、刀、剪、手机、电脑，大到机械设备、交通工具、航天飞机、大型建筑物等，都离不开金属材料。茶壶和椭圆碟子（生产商：阿莱西）设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一节金属材料概述金属材料的分类非晶态金属、高强高模铝锂合金、形状记忆合金、减震合金、超塑金属、储氢合金、超导合金等特殊金属全世界金属总产量中钢铁占99.5%钢（含碳量0.04-2%）铁元素大约占地壳之元素总量的5.5%，全世界金属总产量中钢铁占99.5% 铁(Fe)黑色金属通常是指那些在自然界中含量少，分布稀散或难从原料中提取的金属，如钨、钛等稀有金属一般指硅(Si)、硒(Se)、碲(Te)、砷(As)、硼(B)等，此类金属的物理性能介于金属与非金属之间，如砷是非金属，但能传热导电半金属贵有色金属包括金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)族元素，它们在地壳中含量少，开采和提取比较困难；共同特点：比重大、熔点高、化学性质稳定、能抵抗酸、碱腐蚀(银和钯除外)，价格都很昂贵贵有色金属重有色金属是指密度在4.5kg/m3以上的有色金属，它包括铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(Zn)、锡(Sn)等；在国民经济各部门中，每种重有色金属根据其特性都有特殊的应用范围和用途重有色金属轻有色金属是指密度在4.5kg/m3以下的有色金属，它包括铝(AL)、镁(Mg)、钠(Na)、钾(K)钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)；特点：比重小、化学活性大，与氧硫碳和卤素的化合物都相当稳定轻有色金属有色金属金属材料三、金属材料的分类设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology一、金属的特性第二节金属材料的性能1.具有良好的导电和导热性能；2.表面具有金属所特有的色彩与光泽；3.具有良好的延展性，易于加工成型；4.可以制成金属间化合物，可以与其他金属或非金属在熔融态下形成合金，以改善金属的性能；设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology二、金属材料的机械性能（一）强度强度是指金属材料抵抗外力荷载而不致失效的能力。（二）塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。（三）硬度硬度是金属材料抵抗更硬物体压入其内的能力。（四）韧性冲击韧性是指金属材料抵抗冲击载荷的能力。（五）疲劳强度疲劳强度是指材料经受无数次应力循环时的最大应力。（六）弹性变形弹性变形是指材料在产生变形之后，取消应力可以恢复到原来形状的能力。材料受力时的强度变化示意图第二节金属材料的性能设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology三、金属材料的加工性能（一）铸造性金属材料的铸造性包括流动性、收缩性和偏析倾向等。（二）锻压性金属材料的锻压性是指金属能否用锻压方法制成优良锻压件的性能。（三）焊接性金属材料的焊接性是指它易于用焊接方法连接起来，而且不需附加特殊措施即能获得优良焊接质量的性能。（四）切削加工性金属材料的切削加工性是指它是否易于被刀具切削的性能。第二节金属材料的性能图3-6材料受力测试示意图课内讨论题：2.结合生活中一些金属材料的应用实例（如保险丝对电路的保护、铸造的下水道盖等），试分析它们所选用材料的物理属性和化学属性特征。设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology一、产品设计中常用的黑色金属第三节设计中常用的金属材料设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology一、产品设计中常用的黑色金属第三节设计中常用的金属材料(一)纯铁纯铁是指含碳量ωc在0.02%-0.04%的铁。(二)铸铁铸铁是指含碳量ωc在2.11%以上的铁碳合金。1.灰口铸铁2.可锻铸铁3.白口铸铁4.球墨铸铁5.蠕墨铸铁球墨铸铁微观组织使用铸铁为材料的室外家具灰口铸铁球墨铸铁白口铸铁可锻铸铁设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第三节设计中常用的金属材料(三)钢钢是指以铁为主要元素,含碳量ωc在0.02%-2.11%的铁碳合金。钢的分类：碳素钢普通碳钢优质碳钢合金钢合金结构钢低合金结构钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢易切削结构钢合金工具钢特殊性能钢刃具钢模具钢不锈钢耐热钢耐磨钢钢设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第三节设计中常用的金属材料(三)钢(1)碳素钢：碳素钢（简称碳钢）是指含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。①普通碳素钢。②碳素结构钢。③碳素工具钢。(2)合金钢：合金钢是指在碳钢的基础上，适量地加入一种或几种其它元素而形成具有特殊性能的钢。①合金结构钢。②合金工具钢。③高速工具钢。④特殊性能钢。开瓶器（生产商：阿莱西）iPOD（生产商：苹果公司）平衡杯（设计师：卡尔·马特斯）榨汁机（生产商：阿莱西）设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第三节设计中常用的金属材料二、产品设计中常用的有色金属(一)铝及铝合金1.纯铝2.铝合金3.铝及铝合金的应用课内讨论题：3.不锈钢的应用在厨具和餐具中非常广泛，为什么一般不使用其它的金属材料？试分析其原因（从材料的基本性能、用具的使用环境等方面去分析）。铝合金分类示意图设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第三节设计中常用的金属材料3.铝及铝合金的应用全新捷豹XK敞篷跑车及双门跑车（引自汽车之家杂志）课内讨论题：4.全球每年使用易拉罐的数量达到了约2100亿只，其中大部分是铝制的，为什么易拉罐大多采用铝材料？为什么有的饮料（如旺仔牛奶、八宝粥）要用铁制易拉罐？设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第三节设计中常用的金属材料(二)铜及铜合金铜具有优良的导电性和导热性。由于纯铜的强度不高，在实际运用中通常是以紫铜（纯铜）、黄铜、白铜、青铜等合金形式出现。1.纯铜纯铜是玫瑰红色金属，常呈紫红色，故又名紫铜，其熔点为1083℃，密度约为8.89㎏/m3,晶体结构为面心立方体，具有良好的导电性能。2.铜合金铜合金是指以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。3.铜及铜合金的应用铜合金白铜青铜黄铜课内讨论题：5.试分析日常用的人民币硬币一角、五角和一元分别是使用什么金属材料铸造的？在选择材料时主要考虑那些因素？设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第三节设计中常用的金属材料(三)镁及镁合金1.镁镁是地球上储量丰富的轻金属元素，它的密度为1740kg/m3，约为铝的64%、锌的25%、钢的33%。镁不仅具有优良的性能，而且是日常应用中最轻的结构金属。2.镁合金镁合金是指在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土元素形成的合金。镁合金按加工方法可以分为变形镁合金和铸造镁合金。3.镁及镁合金的应用镁合金作为目前密度最小的金属结构材料之一，广泛应用于航空航天工业、军工领域、交通领域（包括汽车工业、飞机工业、摩托车工业、自行车工业等）、3C领域等。设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第三节设计中常用的金属材料(四)其他合金金属钛及钛合金(1)纯钛:(2)钛合金:(3)钛及钛合金的应用:2.锌及锌合金3.轴承合金4.锡合金5.低熔点合金6.粉末合金图3-33索尼VAIOB笔记本电脑（生产商：日本索尼）设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第四节金属成型加工工艺金属材料的成型加工按其特点分为冷加工和热加工。热加工成型有液态成型、塑性成型、固态成型三种方法。金属材料的成型加工冷加工热加工液态成型塑性成型固态成型设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第四节金属成型加工工艺一、铸造成型铸造工艺通常包括以下三个阶段：1．铸型准备：2．铸造金属的熔化与浇注：3．铸件处理和检验：（一）普通砂型铸造1.湿砂型和干砂型2.化学硬化砂型设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology砂型铸造示意图（二）特种铸造1.熔模铸造熔模铸造的特点：（1）铸件精度高、表面质量好，是少、无切削加工工艺的重要方法之一。（2）可制造形状复杂铸件，对由几个零件组合成的复杂部件，可用熔模铸造一次铸出；第四节金属成型加工工艺设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology2.壳型铸造3.实型铸造4.陶瓷型铸造5.金属型铸造6.压力铸造7.连续铸造8.低压铸造9.离心铸造陶瓷型铸造示意图第四节金属成型加工工艺压铸原理示意图水平式连续铸钢锭示意图低压铸造工艺图设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology（3）铸造合金种类不受限制，用于高熔点和难切削合金，更具显著的优越性；（4）生产批量基本不受限制，既可成批、大批量生产，又可单件、小批量生产；（5）工序繁杂，生产周期长，生产成本较高，铸件不宜太大、太长。熔模铸造工艺流程图课内讨论题：6.我国古代有许多优秀的青铜工艺制品都是采用了失蜡铸造制作而成，试列举三到五个例子。第四节金属成型加工工艺设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology（三）铸造新工艺1.快速凝固2.定向凝固3.复合铸造4.镶铸工艺课内讨论题：7.许多家庭使用的门把手采用了压力铸造的工艺。为什么压力铸造这种加工工艺不太可能用于短周期生产呢？第四节金属成型加工工艺设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology2.自由锻3.模锻4.挤压5.冲压6.拉拔自由锻示意图模锻示意图二、塑性成型塑性成型即在外力作用下金属材料通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。（一）塑性成型工艺种类1.轧制轧制示意图冲压示意图挤压示意图图3-49拉拔示意图第四节金属成型加工工艺设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology三、金属半固态成型1.金属半固态成型特点：2.半固态金属制备方法3.半固态金属成型工艺流程4.半固态成型工艺的工业应用半固态金属成型工艺流程课内讨论题：8.有些汽车的轮毂是由低碳钢冲压而成的，有些则是用铝合金铸造的。是依据什么原理分别采用这两种方式？第四节金属成型加工工艺设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺第五节金属切削和连接加工工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology一、金属切削加工金属切削是利用刀具和工件作相对运动，从毛坯上切去多余的金属以获得所需几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的零件，这种加工方法又称为冷加工。（一）剪切工艺剪切工艺就是在凸模和凹模之间存在的类似于剪子一般的行为。（二）有屑切削切削是指通过去除切屑，而使材料分离或者减少。1.车削2.铣削3.镗和刨4.磨削和拉削5.钻和锯图3-51剪切示意图图3-52铣削工艺示意图电火花加工原理示意图设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology（三）其他加工1.放电加工2.喷砂磨损加工3.高压水加工4.热加工5.氧炔焰切割和等离子切割高压水加工示意图电子束加工示意图氧炔焰切割示意图课内讨论题：9.大部分人都有过配钥匙的经历，试讨论它采用了何种工艺，以及工艺流程。第五节金属切削和连接加工工艺设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第五节金属切削和连接加工工艺二、金属连接加工工艺（一）焊接基本工艺金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。熔焊（1）气焊（2）电弧焊（3）埋弧焊和电渣焊（4）钨极氩弧焊（5）电阻焊（6）高频焊（7）闪光焊（8）超声波焊（9）爆炸焊2.压焊3.钎焊爆炸焊工艺流程示意图设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology（二）焊接新工艺与发展展望1.新技术新工艺随着社会的进步，新的需求不断提高，金属材料的连接技术也出现了很多新技术。（1）电子束焊（2）激光束焊工艺（3）摩擦焊2.发展展望第五节金属切削和连接加工工艺课内讨论题：10.请问铝制的热水器一旦漏水，应当采取何种焊接方式？钨极氩弧焊示意图设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第六节金属材料的表面处理工艺一、金属材料的表面改性处理（一）金属材料的热处理金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却，并改善材料性能的一种工艺。金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。1.整体热处理2.表面热处理3.化学热处理铝制产品（引自产品设计.北京：艺术与设计出版社）淬火示意图设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第六节金属材料的表面处理工艺一、金属材料的表面改性处理（二）其它表面改性方法1.喷丸强化2.等离子扩渗处理3.激光表面处理4.电子束表面处理5.高密度太阳能表面处理6.离子注入表面改性二、金属材料的表面装饰技术金属材料的表面装饰技术是保护和美化产品外观的手段，主要分为表面着色工艺和肌理工艺。（一）表面着色工艺盘子（设计师：AfraScarpa和TobiaScarpa）热处理退火正火回火淬火设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第六节金属材料的表面处理工艺（二）金属表面肌理工艺金属表面肌理工艺是通过锻打、刻划、打磨、腐蚀等工艺在金属表面制作出肌理效果。1.表面锻打2.表面镶嵌3.表面蚀刻4.表面切削和研磨抛光加工5.表面拉丝金属材料表面装饰技术金属表面肌理工艺表面切削和研磨加工表面抛光表面镶嵌拉丝表面蚀刻金属表面着色工艺镀层被覆涂层被覆化学着色电解着色设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第六节金属材料的表面处理工艺课内讨论题：11.电梯门上一般都有一些条纹状的纹理，试问它采用了何种表面处理工艺？12.有一产品是以表面电镀镍的铜为材料制作而成的，因其表面轻微刮花了而破坏了产品的效果，采用哪种工艺可以使其处理得和新的一样？设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第七节设计中金属材料与工艺的选择及其应用实例一、Vertu手机Vertu手机是英国UK手机制造商推出的一款贵族收藏系列新成员。Vertu手机（生产商：英国UK手机制造商）设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第七节设计中金属材料与工艺的选择及其应用实例二、叶鞘LED台灯选材理由：合金具有良好的加工成型性、导热性，并可阳极氧化成各种颜色，因此，铝合金可用来制造造型复杂的产品。图3-68叶鞘LED台灯（生产商：美国家具商HermanMiller）设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第七节设计中金属材料与工艺的选择及其应用实例三、皇后国王系列首饰图3-69皇后国王系列首饰（设计师：艾丽克）四、麦兰多利纳折椅五、柯尼卡美能达数码相机α-7处在加工过程中的麦兰多利纳折椅生产商：萨诺塔α-7数码相机生产商：日本柯尼卡美能达设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第七节设计中金属材料与工艺的选择及其应用实例六、苹果G5电脑苹果G5电脑生产商：苹果公司弹性回火钢椅生产商：瑞士维特拉国际公司七、弹性回火钢椅选材理由：不锈钢材料坚韧、易于成型、牢固且价格相对低廉；易于回收利用。设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology文献阅读指南：本章重点介绍了常用金属材料的基本性质，及金属材料的成型工艺。克里斯·莱夫特瑞著的《欧美工业设计5大材料顶尖创意-金属》（上海人民美术出版社2004年版）对金属材料的创意运用有较具体的说明。谢建新等编著的《材料加工新技术与新工艺》（冶金工业出版社2004年版）对金属材料的最新出现的加工工艺有更详细的分析。KARLT.ULRICH、STEBEND.EPPINGER编著的（PRODUCTDESIGNANDDEVELOPMENT）（高等教育出版社出版2004年第三版）对产品设计中涉及到的因素以及其它密切关联的方面有比较全面的论述。吉姆·莱斯科编著、李乐山译的《工业设计-材料与加工》（中国水利出版社2005年版）对各种加工工艺的过程有较深入的介绍。设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第三章金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology思考题：1.设计中常用金属材料有哪些？其主要特点是什么？并列举几个生活中的范例说明。2.一般产品需经过成型工艺，切削和连接工艺才能有个大致的形态。那么有些温室的框架是由复杂的铝型材组装的，你认为这些型材是采用了什么制造方法生产出来的？手推车3.简述金属常用的成型加工方法以及各自的特点。家用洗衣机和电冰箱一般都是安装在钢制外壳中的，这些外壳是由低碳钢制作而成的，试问它采用了何种成型工艺？4.如图3-74，手推车的框架是由不锈钢管材制造的。（1）不锈钢的什么性能使它特别适合做这种产品？（2）为什么使用管材而不用实心杆？（3）用低碳钢制造这种产品会有什么缺点？（4）有些手推车用铝制造。说出使用铝制造这种产品的一个优点和一个缺点。设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第四章无机非金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology目录第四章无机非金属材料与工艺导言第一节陶瓷概述第二节设计中常用的陶瓷材料第三节陶瓷的工艺第四节玻璃概述第五节设计中常用的玻璃材料第六节玻璃的工艺第七节设计中无机非金属材料与工艺的选择及其应用实例文献阅读指南思考题及习题教学目标：通过本章的学习，学生能够在熟练掌握玻璃、陶瓷材料的性质与工艺的基础上，学会在设计实践中合理地选用玻璃、陶瓷材料。课前准备：教师可根据教学内容准备部分陶瓷玻璃制品（如陶瓷、玻璃器皿）作为教学器材。学生可在课前搜集陶瓷（陶瓷工艺品）与玻璃制品的图片资料，以备分析。教学硬件：多媒体教室、陶艺工作室（在条件允许的情况下，可组织学生到陶瓷制品厂、玻璃制品厂参观实习）学时安排：本章建议安排16～24个课时。任课教师可根据实际需要安排。其中教师讲授课时占60%，学生讨论与工厂参观实习课时占40%。导言设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第四章无机非金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第四章无机非金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一节陶瓷概述陶瓷(ceramics)是人们熟悉的一种材料，在产品设计中被广泛使用。BigBowlSmall（大碗小碗），陶瓷材料（引自网站www.hi-id.comID公社官方网站）陶制碗盆（设计师：娜塔丽·拉赫登马基）设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第四章无机非金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一节陶瓷概述一、陶瓷发展的历史与现状“陶瓷”分为陶和瓷两大类。通常把胎体没有致密烧结的粘土和瓷石制品，不论是有色还是白色，统称为陶器。二、陶瓷的组成与分类陶瓷按发展分类表氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、复合瓷、金属陶瓷、纤维增强陶瓷按化学组成分类功能陶瓷、工程陶瓷按应用不同分类特种陶瓷日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、多孔陶瓷、化工陶瓷等按不同用途分类陶器、炻器和瓷器按所用的原料、烧成温度及制品性质分类普通陶瓷陶瓷设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第四章无机非金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一节陶瓷概述（一）普通陶瓷普通陶瓷又称传统陶瓷，是用天然硅酸盐矿物，如黏土、长石、石英、高岭土等原料烧结而成的。1.作胎原料不同2.釉的种类3.胎色4.总气孔率5.烧成温度6.吸水率（二）特种陶瓷特种陶瓷又称现代陶瓷，是采用高度精选的能精确控制的化学组成的原料，按照便于控制的制造技术加工，便于进行结构设计，且具有优异特性的陶瓷“劫”花器碗（设计师：萨地扬德拉·帕克黑尔）凿孔容器（设计师：赫林柏林公司）设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第四章无机非金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第一节陶瓷概述三、陶瓷的基本特性（一）陶瓷的机械性能1.刚度2.硬度3.强度4.塑性5.韧性或脆性（二）陶瓷的热性能1.热膨胀2.导热性3.热稳定性（三）陶瓷的其他性能1.导电性2.化学稳定性高温弹簧（制造商：斯兰公司）课内讨论题：1.陶制花盆、瓷制花盆和塑料花盆比较起来，三种材料制成的花盆各自具有哪些优点和缺点？设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第四章无机非金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第二节设计中常用的陶瓷材料一、普通陶瓷普通陶瓷产品种类很多，在日用器皿、建筑陶瓷、美术陶瓷、卫生洁具陶瓷、餐具陶瓷、各种工艺品和工业用具中应用广泛。（一）日用器皿（二）建筑陶瓷（三）卫生陶瓷及卫浴产品（四）美术陶瓷（五）园林陶瓷（六）烹饪陶瓷二、特种陶瓷特种陶瓷有两种分类方法：（一）按化学成分分类1.氧化物陶瓷2.非氧化物陶瓷陶瓷马桶（生产商：德国科勒公司）陶瓷果盘（设计师：萨蒂恩德拉·帕卡莱）设计材料工艺学MaterialandTechnologyofDesign第四章无机非金属材料与工艺武汉理工大学艺术与设计学院ArtandDesignInstituteofWuhanUniversityofTechnology第二节设计中常用的陶瓷材料（二）按其应用分类1.功能陶瓷功能陶瓷是指具有一定特殊声、光、电、磁、热等物理化学性能的多晶无机固体材料。设计中常用的陶瓷材料(1)电光陶瓷(2)生物陶瓷(3)磁性陶瓷(4)压电陶瓷(5)半导体陶瓷2.结构陶瓷结构陶瓷是发挥其机械、热、化学等性能的新型陶瓷材料。(1)氧化