工程材料与热加工
工程材料与热加工
工程材料与热加工工程材料是指在工程设计、施工和维修中使用的各种材料。
它们需要具备一定的力学性能、物理性能、化学性能和耐久性，同时还要满足特定的工程要求。
热加工是指通过加热来改变材料的组织结构和性能。
下面将介绍工程材料与热加工的相关内容。
一、工程材料的分类及其特点根据其组成和性能特点，工程材料可分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。
1.金属材料金属材料是指具有金属性质的材料，具有良好的导电、导热、塑性、韧性和抗冲击能力等特点。
金属材料常用于制造机械设备、建筑结构和电子元器件等方面。
2.无机非金属材料无机非金属材料是指不含金属元素的材料，如水泥、玻璃、陶瓷等。
无机非金属材料具有良好的耐高温、阻燃、耐腐蚀和绝缘等特性，广泛应用于建筑、化工和电子行业。
3.有机高分子材料有机高分子材料是指由有机高分子化合物制成的材料，如塑料、橡胶和纤维。
有机高分子材料具有良好的耐候性、耐磨性和柔韧性等特点，广泛应用于汽车、电器和纺织行业。
二、热加工的原理和方法热加工是通过加热来改变材料的组织结构和性能，常用的热加工方法有热轧、热拉伸、热淬火等。
1.热轧热轧是指将金属材料加热至一定温度后，通过轧制机械对其进行塑性变形的过程。
热轧能够改善材料的组织结构、提高机械性能和表面质量，常用于生产薄板、钢管和型材等。
2.热拉伸热拉伸是指将金属材料加热至一定温度后，在拉伸力的作用下对其进行塑性变形的过程。
热拉伸能够提高材料的强度和韧性，常用于生产丝线、钢丝和钢筋等。
3.热淬火热淬火是指将金属材料加热至一定温度后，迅速冷却至室温的过程。
热淬火能够使材料的组织结构发生变化，从而获得高强度和高硬度的材料，常用于生产汽车零部件和机械工具等。
三、热加工对材料性能的影响热加工能够改变材料的组织结构和性能，对材料的力学性能、物理性能和化学性能等方面有着显著的影响。
1.组织结构热加工能够改变材料的晶粒大小和形状，从而影响材料的强度、韧性和硬度等性能。
工程材料与热加工复习知识点
强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力。
塑性常用的指标有断后伸长率和断面收缩率。
硬度是指材料抵抗局部塑性变形压痕或划痕的能力。
硬度试验方法：布氏硬度：压痕面积大，能反映较大范围内材料的平均硬度，测得结果较准确稳定。
洛氏硬度：操作方便迅速，测量硬度范围大压痕小，测量结果不够准确。
维氏硬度：准确可靠，广泛用于测量金属镀层，薄片材料和化学热处理后的表面硬度。
韧脆转变温度越低，材料的低温抗冲击性能越好。
常见的晶格类型：1.体心立方晶格；2.面心立方晶格；3.密排立方晶格。
晶体缺陷：1.点缺陷：晶格空位、间隙原子；2.线缺陷：各种类型的位错；3.面缺陷：晶界、亚晶界。
根据溶质原子在溶剂晶格中所占的位置不同，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。
置换固溶体可形成无限固溶体（原子半径相差不大），间隙固溶体都是有限固溶体。
与固溶体晶格类型相同的组元称为溶剂。
通过溶入溶质元素，使固溶体强度和硬度提高的现象称为固溶强化，使晶格发生畸变，增加了变形抗力，塑性韧性降低。
冷却速度越快，过冷度越大。
纯金属结晶过程是晶核形成和长大的过程。
一般晶粒越细小，金属的硬度强度越大，塑性韧性越高（细晶强化）。
细化晶粒提高金属力学性能的方法：1.增大过冷度；2.变质处理；3.附加振动。
同素异构（晶）转变：少数金属在结晶后晶格类型随温度的改变而发生变化。
铁碳合金相图：特性点、特性线。
各种钢的含碳量及组成，性质。
含碳量对铁碳合金力学性能的影响：当Wc<0.9%时，随含碳量增加，钢的强度和硬度直线上升，塑性和韧性不断下降；当Wc>0.9%时，随含碳量增加，钢的强度开始明显下降，硬度仍在提高，塑性和韧性降低。
单晶体塑性变形的基本方式是滑移和孪生。
滑移的实质是位错，是金属塑性变形的主要方式。
加工硬化（冷变形强化）：随着冷变形程度增加，金属强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。
回复：利用回复现象可将已产生冷变形强化的金属在较低的温度下加热，使其残留应力基本消除而保留了其强化的力学性能，这种处理称为低温去应力退火。
工程材料与热加工1-11
QBe1.9
QBe1.7
常用铜合金
青 铜 制 品
锡青铜管 铍青铜制品 船用青铜软管 快速接头阀 (锡青铜阀体、 阀盖)
抗磨环（铝青铜）
四、轴承合金
——制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金
工作条件:
与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，
工作平稳，无噪音及拆装方便等优点。
当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，
牌号 性能特点 主要用途
普 通 白 铜
特 殊 白 铜
B5 B19
用于在蒸汽和海水环境下工作的 具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲 精密机械,仪表零件及冷凝器、 蒸馏器、热交换器等。 劳性能优良的冷热加工性能。
BMn40-1.5 (康铜) BMn43-0.5 (考铜)
耐蚀性、强度和塑性高，能 进行冷加工变形，成本低。
呈紫红色，具有面心立方晶格，无同素异构转变； 具有抗磁性，铜制仪器不受外来磁场的干扰； 具有优良的导电性和导热性； 在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性； 塑性高，强度低，低温下塑性、韧性好；
主要用于制作电导体及配制合金。
纯铜的强度低, 不宜作结构材料。
常用铜合金
② 黄铜 ——以锌为主要合金元素的铜合金
牌号 性能特点 主要用途
塑性好、强度较高，冷成形性能 弹壳、热交换器、造纸用管、 好、易焊接，耐蚀性好 机械和电气用零件 强度较高、热塑性良好，切削性 销钉、铆钉、螺帽、垫圈、 能好、易焊接，耐蚀性好 导管、夹线板、散热器、环形件 有足够好的力学性能，承受热压 力加工性能良好，耐蚀性一般 机械、电器用零件， 焊接件及热冲压件
铝锌合金
1.5 压力铸造的零件，工作温度不超 过200℃，结构复杂的汽车、飞机 2.0 零件。
工程材料与热加工
工程材料与热加工
工程材料是指用于各种工程领域的材料，包括金属材料、非金属材料、复合材
料等。
而热加工是指通过加热和变形来改变材料的形状和性能。
工程材料与热加工密切相关，正确的选择和合理的热加工工艺可以大大提高材料的性能和使用寿命。
首先，工程材料的选择是非常重要的。
不同的工程领域对材料的性能要求不同，因此需要根据具体的使用条件来选择合适的材料。
比如在航空航天领域，对材料的强度、耐高温性能要求非常高；而在建筑领域，对材料的耐候性、耐腐蚀性能要求较高。
因此，工程材料的选择需要综合考虑材料的力学性能、物理性能、化学性能等多方面因素。
其次，热加工是改变材料形状和性能的重要手段之一。
常见的热加工工艺包括
锻造、轧制、挤压等。
这些工艺可以通过加热和变形来改变材料的晶粒结构和组织，从而提高材料的强度、硬度和塑性。
同时，热加工还可以消除材料内部的应力和缺陷，提高材料的韧性和抗疲劳性能。
此外，热处理也是工程材料中不可或缺的一部分。
热处理是通过加热和冷却来
改变材料的组织和性能。
常见的热处理工艺包括退火、正火、淬火等。
这些工艺可以调节材料的硬度、强度、韧性等性能，从而满足不同工程领域的需求。
总的来说，工程材料与热加工是工程领域中非常重要的一部分。
正确的材料选
择和合理的热加工工艺可以大大提高材料的性能和使用寿命，为各种工程领域的发展提供有力支持。
因此，我们需要深入研究不同材料的性能和特点，结合实际应用需求，不断优化和改进热加工工艺，推动工程材料领域的发展和进步。
工程材料与热加工
工程材料与热加工简介工程材料是指用于制造机械、设备和其他工业产品的各种材料，包括金属、非金属和合成材料等。
而热加工则是指通过加热改变材料的形状、组织和性能的过程。
在工程领域中，热加工是一项重要的工艺，它能够改善材料的力学性能、加工性能和耐用性，从而提高制造产品的质量和性能。
工程材料金属材料金属材料是工程中最常用的材料之一，它具有优良的导电性、导热性和可塑性。
常见的金属材料包括钢、铝、铜和镁等。
钢是一种重要的结构材料，它具有高强度和耐腐蚀性，广泛应用于制造船舶、桥梁和建筑等领域。
铝是一种轻质金属，具有良好的导热性和耐腐蚀性，广泛用于汽车、航空航天和电子器件等领域。
非金属材料非金属材料包括陶瓷、塑料、橡胶和复合材料等。
陶瓷材料具有优良的耐热性、耐磨性和绝缘性，常用于制作高温工具和电气绝缘件。
塑料是一种轻质、易加工的材料，广泛应用于包装、建筑和家居用品等领域。
橡胶是一种弹性材料，具有良好的密封性和抗震性，被广泛运用于汽车、机械和建筑等领域。
复合材料是由不同材料组合而成的材料，具有高强度、轻质和耐腐蚀性。
合成材料是指通过人工合成的材料，具有特殊的性能和用途。
常见的合成材料包括聚合物、纤维素和石墨烯等。
聚合物是由多个小分子单体通过化学反应连接而成的高分子化合物，具有良好的绝缘性和耐热性，被广泛用于塑料、橡胶和纤维等领域。
纤维素是一种由纤维素纤维组成的材料，具有优良的抗拉强度和耐热性，常用于制作纸张、织物和纤维板等产品。
石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有极高的导电性和导热性，被视为未来材料领域的重要发展方向。
热加工热处理热处理是一种通过改变材料的组织和性能来提高材料性能的方法。
常见的热处理方法包括退火、淬火和回火等。
退火是将金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以减少内部应力和提高材料的塑性。
淬火是将金属材料加热到临界温度，然后迅速冷却，以增加材料的硬度和强度。
回火是将已淬火的金属材料再次加热到一定温度，然后冷却，以减少材料的脆性和提高韧性。
工程材料与热加工
• (2)碳纤维增强复合材料
• 这种复合材料与玻璃钢相比，其抗拉强度高，弹性模量是玻璃
钢的4～6倍。玻璃钢在300℃以上，强度会逐渐下降，而碳纤维 的高温强度好。玻璃钢在潮湿环境中强度会损失15％，碳纤维 的强度不受潮湿影响。 • 此外，碳纤维复合材料还具有优良的减摩性、耐蚀性、导热性 和较高的疲劳强度。
胶
氯丁 橡胶
（ＣＲ）
２５～ ８００～ － ３５～ ２７ １０００ １３０
3．常用塑料的性能及应用
• (1)热塑性塑料
• ① 聚氯乙烯(PVC)
分为硬质和软质两种。硬质聚氯乙烯强度较高， 绝缘性和耐蚀性好，耐热性差，在－15～60℃温度范 围使用，用于做灯头、插座、开关阀门。软质聚氯乙 烯强度低于硬质聚氯乙烯，伸长率高，绝缘性较好， 耐蚀性好，用于农用和工业用包装薄膜、电线、电缆 的绝缘层，因其有毒，不能包装食品。 ②聚乙烯(PE) 按生产工艺不同，分为高压聚乙烯、低压聚乙烯。 高压聚乙烯化学稳定性高，柔软性、绝缘性、透明性、 耐冲击性好，宜吹塑成薄膜、软管、塑料瓶等。低压 聚乙烯硬度较高、耐蚀性、绝缘性好，用于制造腐蚀 设备的零件、电器绝缘材料。
聚氨 酯橡 胶
（UR）
300～８ 80 ００ ５０～5 －７ ００ 0～275 1００～5 － 50～
硅橡 胶
耐高温、耐低温性突出， 各种管接头， 耐臭氧、耐老化、电绝 高温使用的垫 缘、耐水性优良，无毒 圈、衬垫、密 无味。强度低、不耐油 封件，耐高温 的电线、电缆 包皮 耐腐蚀性突出、耐酸、 耐碱、耐强氧化剂能力 化工容器衬里、 发动机耐油、
8.2.3常用特种陶瓷
• 1结构陶瓷
氧化铝陶瓷
主要成分是Al2O3。强度比普通陶瓷高2～6倍，硬度高(仅低于金刚石)；耐 高温（陶瓷可在1400℃时长期使用，空气中使用温度最高为1980℃），高温 蠕变小；耐酸、碱和化学药品腐蚀，绝缘性好。脆性大，不能承受冲击。用 于制作高温容器(如坩埚)，内燃机火花塞；切削高硬度、大工件、精密件的 刀具；耐磨件(如拉丝模)；化工、石油用泵的密封环；高温轴承；纺织机用 高速导纱零件等。
工程材料与热加工基础
材料的发展
• 复合材料
• 由两种或两种以上材料组成， 其性能是它的组成材料所不 具备的。复合材料可以有非 同寻常的刚度、强度、高温 性能和耐蚀性。按基本材料 分类，它可分为金属基复合 材料、陶瓷基复合材料和聚 合物基复合材料等。复合材 料具有极其优异性能，质轻， 强度高，韧性好，可制作运 动器材，而在航空航天领域 更是无可替代。
材料的发展
• 高分子材料 • 又称聚合物，包括天然高
分子材料（木材、棉、麻等） 和合成高分子材料（塑料， 合成橡胶等）。其主要组分 高分子化合物是有许多结构 相同的结构单元相互连接而 成。它具有较高的强度、良 好的塑性、较强的耐腐蚀性、 绝缘性和低密度等优良性能。 高分子材料发明虽晚，但异 军突起，因其物美价廉，在 工程材料中应用越来越广。
《工程材料与热加工基础》
课程概论
机械制造基础 Ⅰ--工程材料 机械制造基础 Ⅱ--热加工工艺基础 Ⅲ--机械加工工艺基础
课程的性质和任务
• 工程材料与热加工基础是机械类、近机械类各专 业学生必修的一门技术基础课。
• 本课程的任务是: • l）工程材料的性能：以力学性能为主，还要考虑
物理性能、化学性能及工艺性能； • 2）金属学基本理论：使学生获得有关工程材料
零件的毛坯
• 焊接结构
• 焊接的实质是使两个分离的物体 通过加热或加压，或两者并用， 在用或不用填充材料的条件下借 助于原子间或分子间的联系与质 点的扩散作用形成一个整体的过 程。
汽车一厂车身车间POLO底盘焊接
材料的发展
• 金属材料
• 金属具有正的电阻温度系数，通常 有良好的导电性、导热性、延展性、 高的密度和高的光泽。包括纯金属 和以金属元素为主的合金。在工程 领域有把金属及其合金分为两类： （1）黑色金属，即铁和铁基合金 （钢铁及合金钢）；（2）有色金 属，黑色金属以外的所有金属及其 合金，常见有铝及铝合金，铜及铜 合金等。金属材料一般有良好的综 合机械性能（强度、塑性和韧性 等），是工程领域应用最广的材料。 金属材料是当今工程领域应用最广 的材料
机械制造基础工程材料及热加工工艺基础绝密
绝对最全！！！！！！！工程材料与热加工拒绝盗版！第1章材料的力学性能一、选择题1．金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力称为__C____。
A. 塑性B. 硬度C. 强度D. 弹性2．在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是___C___。
A. HBSB. HRCC. HVD. HBW3．做疲劳试验时，试样承受的载荷为__B_____。
A. 静载荷B. 交变载荷C. 冲击载荷D. 动载荷二、填空题1．金属塑性的指标主要有断后伸长率和断面收缩率两种。
2．金属的性能包括物理性能、化学性能、工艺性能和力学性能。
3．常用测定硬度的方法有压入法、刻划法和回跳法测试法。
4．材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理性等。
5．零件的疲劳失效过程可分为疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩展、瞬时断裂三个阶段。
三、判断题1．用布氏硬度测试法测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。
( √)2．材料的断裂韧度大于材料的应力场强度因子的，材料的宏观裂纹就会扩展而导致材料的断裂。
( ×)四、概念及思考题1．硬度，硬度的表示方法。
答：（1）硬度：材料在表面局部体积内抵抗变形（特别是塑性变形）、压痕或刻痕的能力；（2）硬度的表示方法：①布氏硬度：HBS(钢头：淬火钢球)或HBW （钢头：硬质合金球）②洛氏硬度：HR ③维氏硬度:HV2．韧性，冲击韧性。
3．疲劳断裂4．提高疲劳强度的途径。
第2章金属的晶体结构与结晶一、名词解释晶体：是指原子（离子、分子）在三维空间有规则地周期性重复排列的物体；晶格：是指原子（离子、分子）在空间无规则排列的物体；晶胞：通常只从晶格中选取一个能完全反应晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子的排列规律，这个最小的几何单元成为晶胞；晶粒：多晶体中每个外形不规则的小晶体；晶界：晶粒与晶粒间的界面；共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的过程；结晶：原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程。
工程材料与热加工复习资料-学生(含部分答案)
工程材料与热加工复习资料第1章材料的力学性能疲劳断口的三个区域。
疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区三部分组成5．金属塑性的2个主要指标。
伸长率和断面收缩率6．金属的性能包括力学性能、_物理___性能、_化学_性能和__工艺_性能。
7．材料的工艺性能包括哪些？包括铸造性、焊接性、锻压性、切削性以及热处理性。
第2章金属的晶体结构与结晶二、问答题1．金属中常见的晶体结构有哪几种？(α-Fe、γ-Fe是分别是什么晶体结构)。
体心立方体晶格、面心立方体晶格、密排六方晶格。
α-Fe 是体心立方体晶格结构γ-Fe是面心立方体晶格结构晶体和非晶体的特点和区别。
2．实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型？点缺陷、线缺陷、面缺陷。
3点缺陷分为：空位、间隙原子、置换原子4．固溶体的类型有哪几种?置换固溶体、间隙固溶体5．纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的?晶体的形成、晶体的长大6．何谓结晶温度、过冷现象和过冷度?纯金属液体在无限缓慢的冷却条件下的结晶温度，称为理论结晶温度金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象理论结晶温度与实际结晶温度的差叫做过冷度过冷度与冷却速度有何关系？结晶时冷却的速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度就越低。
7．晶粒大小对金属的力学性能有何影响?在一般情况下，晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好。
细化晶粒的常用方法有哪几种?增加过冷度、变质处理、振动或搅拌8．什么是共析转变？在恒定温度下，有一特定成分的固相同时分解成两种成分和结构均不同的新固相的转变成为共析转变二、填空题1．珠光体是由___铁素体_____和____渗碳体_____组成的机械混合物(共析组织)。
2．莱氏体是由_____奥氏体___和____渗碳体_____组成的机械混合物(共晶组织)。
3．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达____2.11%______，在727℃时碳的质量分数为____0.77%___。
4. 根据室温组织的不同，钢可分为___共_____钢、____亚共____钢和____过共___钢。
工程材料及热加工工艺基础
工程材料及热加工工艺基础引言工程材料及热加工工艺是现代工程领域中至关重要的一部分。
了解材料的特性以及如何通过热加工工艺将材料加工成所需的形状和性能是工程师们必备的知识。
本文将介绍工程材料的分类以及常用的热加工工艺，帮助读者对这一重要领域有一个基础的了解。
工程材料的分类工程材料是指用于制造机械、结构件以及其他工程产品的材料。
根据其组成和性能，工程材料可以分为金属材料、聚合物材料和陶瓷材料。
金属材料金属材料是指有着优良导电性和导热性的材料，常见的金属材料包括铁、钢、铝、铜等。
金属材料通常具有良好的可塑性、可焊性和可加工性，使其成为工程中最常用的材料之一。
聚合物材料聚合物材料是一类由多个单体分子通过化学键结合而成的大分子化合物。
常见的聚合物材料包括塑料、橡胶等。
聚合物材料具有较低的密度和良好的绝缘性能，适用于制造轻型结构件和绝缘材料。
陶瓷材料陶瓷材料是一类由非金属元素通过化学键结合而成的材料，具有良好的耐高温、耐腐蚀和绝缘性能。
常见的陶瓷材料包括瓷器、砖瓦等，适用于制造耐火材料和陶瓷制品。
热加工工艺的分类热加工工艺是指通过加热和控制温度来改变材料的形状和性能的过程。
常见的热加工工艺包括锻造、热轧、热处理等。
锻造锻造是通过将金属材料加热至可锻温度，然后在压力的作用下使其发生塑性变形，从而改变材料的形状和性能的过程。
锻造可以分为冷锻和热锻两种方式，适用于制造各种型号和形状的金属零件。
热轧热轧是指将金属坯料加热至较高温度，然后通过辊轧机械将其压延成所需的板材、型材等形状的过程。
热轧可以提高材料的密度和机械性能，适用于制造高强度的金属制品。
热处理热处理是指将材料加热至一定温度，然后在控制的气氛或介质中冷却，以改变材料的组织结构和性能的过程。
常见的热处理工艺包括退火、淬火、回火等，可以提高材料的硬度、强度和韧性。
结论工程材料的选择和热加工工艺的应用对于确保工程产品的质量和性能至关重要。
通过了解工程材料的分类以及常用的热加工工艺，工程师们可以更好地选择合适的材料，并通过热加工工艺将其加工成所需的形状和性能。
工程材料与热加工基础
contents
目录
• 工程材料概述 • 金属材料 • 非金属材料 • 材料的新发展 • 材料的应用 • 材料与环境
工程材料概述
01
材料的定义与分类
定义
材料是用于制造有用物品的物质 。
分类
金属材料、非金属材料、复合材 料等。
材料的基本性质
耐腐蚀性、抗氧化性等。
硬度、韧性、强度Biblioteka 。特点，在光学仪器、电子设备和建筑装饰等领域有广泛应用。
智能材料与仿生材料
智能材料
如形状记忆合金和压电陶瓷，具有感知、响应和自适应等特 性，能够根据外界环境变化自动调整自身性能，在智能传感 器、执行器和结构健康监测等领域有广泛应用。
仿生材料
模仿生物材料的特性，如骨组织的自修复能力、蜘蛛丝的强 度和弹性等，通过仿生结构设计制备出具有优异性能的新型 材料，在生物医学、航空航天和机器人等领域有广泛应用。
高强度轻质金属
如钛合金和铝合金，广泛应用于 航空、航天和汽车制造等领域， 因其具有高强度、轻质和耐腐蚀
等优点。
超导金属
如铌钛合金和汞合金，在电力输送、 磁悬浮列车和核聚变等领域有广泛 应用，利用其超导特性实现高效能 源传输和磁场控制。
金属基复合材料
如铝基复合材料和钛基复合材料， 通过在金属基体中加入增强体（如 碳纤维、陶瓷颗粒等），提高材料 的强度、刚度和耐热性。
热加工工艺在建筑领域的应用相 对较少，但仍然涉及到一些如焊 接、热处理等工艺，以确保结构
的安全性和稳定性。
材料与环境
06
材料的环境影响
资源消耗
工程材料的生产和使用过程中需要消耗大量的自然资源，如矿石、金属、木材等，这些资 源的开采和加工会对环境造成破坏。
工程材料与热加工基础
工程材料与热加工基础
工程材料是指用于工程结构、机械零部件和设备制造的材料，它们的性能直接
影响着工程产品的质量和性能。
热加工是指利用热能对金属材料进行塑性变形的加工方法，包括锻造、轧制、挤压等。
工程材料与热加工基础是工程技术人员必须掌握的基础知识，下面将就工程材料和热加工的相关内容进行介绍。
首先，工程材料主要包括金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料是指主
要由金属元素组成的材料，具有良好的导热性、导电性和机械性能，常见的金属材料有铁、铝、铜、钛等。
非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等，它们具有轻质、耐腐蚀等特点。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有综合性能优异的特点。
其次，热加工是金属材料加工的重要方法之一。
锻造是利用铸锤或压力机对金
属材料进行塑性变形的加工方法，常用于生产大型零部件。
轧制是通过轧机对金属材料进行塑性变形，可以生产各种形状的材料。
挤压是将金属材料加热至一定温度后，通过挤压机对其进行塑性变形，常用于生产管材和型材。
最后，工程材料与热加工基础的学习对于工程技术人员来说至关重要。
掌握各
种材料的性能特点和适用范围，能够正确选择材料，保证产品的质量和性能。
同时，了解热加工的原理和方法，能够合理选择加工工艺，提高生产效率和产品质量。
总之，工程材料与热加工基础是工程技术人员必须掌握的基础知识，它涉及到
工程产品的质量和性能，对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。
希望通过本文的介绍，能够对读者有所帮助，增强对工程材料与热加工基础的理解和掌握。
工程材料及热加工工程材料的基础知识
三、钢材生产 生产方法：钢锭或钢坯经压力加工（轧制、拉拔、挤压等）得到各种形
状和规格的钢材（钢板、型钢、钢管、钢丝等 ）。 目的： • 压力加工改变钢材的形状和尺寸。 • 消除铸态钢锭或钢坯中的粗大组织、孔隙等，使钢材的性能改善。 1、钢板 加工方法：轧制 分类： • 厚板、中板、薄板和钢带。厚板大于25；中板为4～25mm；薄板小
分冷拔管和热轧管。能承受较高压力，主要用于石油、化工等行业。 • 有缝钢管是用钢板或钢带卷制成形，然后焊接而成，分直缝焊管和螺
旋焊管。应用广泛，主要用作自来水管、煤气管等低压管道。
4、钢丝 • 加工方法：用直径为6—9mm的热轧线材(盘条)拉拔而成。 • 退火的低碳钢丝可用于捆扎物体、也可编织成各种用 品。
量的塑性变形就会使零件失效，所以屈服强度是零件设计 和选材的主要依据之一。
抗拉强度σb：
1、当拉伸试样屈服以后，欲继续变形，必须不断增加载荷。 当载荷达到最大值Fb后，试样的某一部位截面开始急剧缩 小，出现了“缩颈”，致使载荷下降，直到最后断裂。试 样能承受的最大载荷除以试样原始截面积所得的应力，称 为抗拉强度。
于4mm；钢带的宽度较窄，长度较长，一般成卷供应。 • 热轧板和冷轧板。 钢板还可进行各种表面处理，如镀锌、镀锡、镀铅、塑料复合等。
2、型钢 加工方法：轧制。 种类： • 按截面形状分为：简单截面(圆钢、方钢、扁钢、六角钢、八角钢等)
和复杂截面(工字钢、槽钢、角钢、T型钢等)两类。 • 按钢种分：普通型钢和优质型钢。 3、钢管 种类：按生产方法可分为：无缝管和有缝管(焊管)。 • 无缝钢管是用斜轧穿孔机将实心钢坯穿孔后，再经冷拔或热轧而制成，
工程材料与热加工技术课件
焊接技术广泛应用于机械、建筑、船舶、航空等制造业领域，是 实现金属结构连接的重要工艺方法之一。
热处理技术
热处理技术定义
热处理技术是一种通过加热、保温和冷却金属材料，改变其内部组 织结构，从而获得所需性能的工艺过程。
热处理技术分类
热处理技术可分为退火、正火、淬火、回火等不同类型，根据材料 和性能要求选择合适的热处理方法。
回火
将淬火后的金属加热至低于临界点温度，保温一段时间后冷却，以 稳定组织、降低内应力并提高韧性。
金属材料的腐蚀与防护
腐蚀类型
金属材料的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是 指金属与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀；电化学 腐蚀则是金属与电解质溶液发生原电池反应而引起的腐蚀。
腐蚀防护
为了防止金属材料的腐蚀，可采取表面涂层、电化学保护和 改变金属内部结构等措施。常用的表面涂层材料有油漆、镀 锌、镀铬等；电化学保护包括阳极保护和阴极保护。
热加工技术如热处理、锻造、焊接等在汽车零部件制造中起到关键作用，确保零部 件的强度和稳定性。
新能源领域的应用
新能源领域对高效、环保的材 料需求迫切，工程材料与热加 工技术在新能源领域中具有广 阔的应用前景。
太阳能光伏产业中，高效率光 伏材料的研发和生产过程中涉 及多种工程材料与热加工技术 。
风力发电领域中，大型风电叶 片的制造需要高性能复合材料 和先进的热加工技术。
中。
高强度轻质合金、复合材料等高 性能材料在飞机机身、机翼、发 动机等关键部位得到广泛应用。
热加工技术如熔炼、铸造、焊接 等在航空航天领域中起到至关重 要的作用，确保零部件的精度和
可靠性。
汽车工业的应用
汽车工业对材料性能和加工工艺要求严格，工程材料与热加工技术在汽车制造中占 据重要地位。
大学课件-《工程材料与热加工工艺》-李书伟(完整)
力学性能
2. 断面收缩率（ψ）
断面收缩率是指试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩 减量与原始横断面积的百分比，即 ψ =(F0-F1)/F0
F1—试样断裂处的最小横断面积 F0—试样原始横断面积
特别提示：δ或ψ越大，表示材料的塑性越好。
力学性能
三、硬度
材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力叫断裂韧性。
式中：Y__裂纹的几何形状因子;
σ__外加应力（N/mm2）； a__裂纹的半长（mm）； K1__ 强度因子（MPa·m1/2或MN·m-3/2）
当K1达到临界值K1C时，零件内裂纹将发生失稳 扩展而出现低应力脆性断裂，而K1＜K1C时，零件安 全可靠。
力学性能 物理性能
化学性能
制造：指将原材料变成产品的全过程。 材料对其所涉及的加工工艺的适应能力——工艺性能
锻造性能 加工性能
焊接性能
热处理性能
§1.2 材料的使用性能 ——力学性能
力学性能是指材料在受力作用下所表现出的性能。
力学性能的类型
1.按加载方式不同：拉伸、压缩、弯曲、扭转与剪切等 2.按载荷变化特性：静载荷力学性能和动载荷力学性能
形状记忆合金内
部的微观结构会
(c)
加热后恢复
发生晶相转变， 宏观就表现为自
身形状的改变。
形状记忆效应简易演示实验
提起陶瓷，大家并不陌生，我们每天都在与陶瓷 打交道：吃饭的碗，喝水的茶杯，贴墙的瓷砖，建筑 水泥，玻璃……
陶瓷是我国古代劳动人民的一大发明。陶瓷诞生 的确切年月，已无从考证。从现有的考古材料看，可 以断定陶瓷与中华文明几乎同时诞生。 在英文单词 中，“china”一词代表中国，当这个单词的开头字 母用小写字母时，则代表陶瓷器，可见中国人发明了
工程材料与热加工热压气压烧结炉
工程材料与热加工热压气压烧结炉说到“工程材料”和“热加工热压气压烧结炉”，听起来是不是有点像高大上的科研词汇？咱们大可不必把它们想得太复杂。
这些东西其实就在我们身边，只不过你可能没注意到。
工程材料是啥呢？简单来说，咱们就是把自然界里那些有用的东西给整理、加工，做成能拿来用的材料，比如钢铁、铝合金、塑料之类的。
你听着，挺普通的吧，但它们在咱们的生活里可扮演着大角色。
就像一辆车的钢铁骨架，它是有承重能力的；而一辆赛车的碳纤维车身，它是为了极速飞奔而设计的。
所以说，材料嘛，真的是“材”质不同，效果天差地别。
好啦，既然材料这么重要，那它是怎么加工的呢？不得不提的，就是那套叫做“热加工”或者“热压气压烧结”的技术。
咋听咋觉得是从科幻片里出来的东西对吧？但它在咱们现实生活中可是非常常见的。
这些技术的本质，其实就是把材料加热、加压，让它们在高温高压的环境中进行变化，达到咱们所需要的效果。
就好像你把面团放进烤箱里，经过高温的烘烤，最终它就变成了一个松软的面包。
是不是很简单明了？这就是热加工技术的精髓所在。
咱们说的“热压”，其实就是把材料加热到一定的温度，然后通过压制让它们变形。
这个过程特别像是你给橡皮泥加热，用力一压，橡皮泥就变成你想要的形状。
再说“气压”——这可是一种牛逼的技术，跟压缩空气打交道。
比如，制作一些复杂形状的零件或者金属的过程中，气压可以帮助你将材料精确地塑造出来。
这样做的好处就是你可以在不破坏材料结构的情况下，得到一个更轻、更结实、甚至更漂亮的产品。
想象一下，像是给冰箱里的食物加点气压，居然能让它们保持新鲜更久。
虽然这是不同的技术，但原理类似，都是借助环境的改变，让物质变得更适应不同的使用条件。
不过，别小看这“热压气压烧结”这些技术，它们背后可是有着巨大的力量。
就拿“烧结”来说吧，它其实是个“加热和熔化”的过程。
你听着，别以为它只是个烤箱里的小打小闹。
烧结是把粉末状的材料加热到接近熔点，达到一定温度后，它们会彼此融合在一起，最终形成坚固的块状材料。
工程材料与热加工基础1
（二）变形条件
1．变形温度 变形温度低，金属的塑性差、变形抗力大，不但锻压困难， 而且容易开裂。提高金属变形时的温度，可使原子动能增加，原子间的 结合力消弱，使塑性提高，变形抗力减小。 锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。锻造温度范围的 确定以合金状态图为依据。 2．变形速度 变形速度指单位时间内的变形程度，变形速度低时，金属 的回复和再结晶能够充分进行，塑性高、变形抗力小；随变形速度的增 大，回复和再结晶不能及时消除冷变形强化，使金属塑性下降，变形抗
1．轴杆类锻件 包括各种圆形截面实心轴，如传动轴、轧辊、立柱、 拉杆等，还有矩形方形、工字形截面的杆件如摇杆、杠杆、推杆、连杆 等，锻造轴杆件的基本工序是拔长，但对于截面尺寸相差大的铸件，为 满足锻造比的要求，则需采取镦粗一拔长工序。
2．空心类锻件 包括各种圆环、齿圈、轴承环和各种圆筒、缸体、 空心轴等，锻造空心件的基本工序有镦粗、冲孔、马杠扩孔、芯棒拔长
避免锥形、楔形结构
三、自由锻零件结构工艺性 3、应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交；
避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交
三、自由锻零件结构工艺性 4、零件上不允许有加强筋；
三、自由锻零件结构工艺性 5、对横截面尺寸相差很大或形状复杂的零件，应尽可能分别对其进 行锻造，然后用螺纹连接。
如下图：螺纹连接
如下图所示：
2. 模锻模膛 2. 模锻模膛 模锻模膛又可分为预锻膛和终锻模膛。 （1）预锻模膛 为了改善终锻时金属的流动条件，避免产生充填不满和折 迭，使锻坯最终成形前获得接近终锻形状的模膛，它可提高终锻模膛的寿
命。其结构比终锻模膛高度大、宽度小、无飞边槽，模锻斜度和圆角大。
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目录(一) 工程材料与热加工 (1)第1章材料的力学性能 (1)第2章金属的晶体结构与结晶 (5)第3章铁碳合金状态图（重点熟悉铁碳合金状态图） (9)第4章钢的热处理（重点掌握C曲线中各区域和温度点的意义） (15)第5章工业用钢 (26)第6章铸铁 (29)第7章非铁金属 (32)第9章铸造 (36)第10章锻压 (40)第11章焊接 (44)(一)工程材料与热加工复习资料第1章材料的力学性能一、选择题1．金3．做疲劳试验时，试样承受的载荷为__B_____。
A. 静载荷B. 交变载荷C. 冲击载荷D. 动载荷二、填空题属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力称为__C____。
A. 塑性B. 硬度C. 强度D. 弹性2．在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是___C___。
A. HBSB. HRCC. HVD. HBW1．金属塑性的指标主要有断后伸长率和断面收缩率两种。
2．金属的性能包括物理性能、化学性能、工艺性能和力学性能。
3．常用测定硬度的方法有压入法、刻划法和回跳法测试法。
4．材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理性等。
5．零件的疲劳失效过程可分为疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩展、瞬时断裂三个阶段。
三、判断题1．用布氏硬度测试法测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。
( √)2．材料的断裂韧度大于材料的应力场强度因子的，材料的宏观裂纹就会扩展而导致材料的断裂。
( ×)四、概念及思考题1．硬度，硬度的表示方法。
答：（1）硬度：材料在表面局部体积内抵抗变形（特别是塑性变形）、压痕或刻痕的能力；（2）硬度的表示方法：①布氏硬度：HBS(钢头：淬火钢球)或HBW（钢头：硬质合金球）②洛氏硬度：HR ③维氏硬度:HV 2．韧性，冲击韧性。
3．疲劳断裂4．提高疲劳强度的途径。
第2章金属的晶体结构与结晶一、名词解释晶体：是指原子（离子、分子）在三维空间有规则地周期性重复排列的物体；晶格：是指原子（离子、分子）在空间无规则排列的物体；晶胞：通常只从晶格中选取一个能完全反应晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子的排列规律，这个最小的几何单元成为晶胞；晶粒：多晶体中每个外形不规则的小晶体；晶界：晶粒与晶粒间的界面；共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的过程；结晶：原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程。
二、问答题1．金属中常见的晶体结构有哪几种？答：（1）体心立方晶格（2）面心立方晶格（3）密排六方晶格2．实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型？答：（1）点缺陷（2）线缺陷(3)面缺陷3．固溶体的类型有哪几种?答：（1）间隙固溶体（2）置换固溶体4．纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的?答：（1）晶核的形成（2）晶核的长大5．何谓过冷现象和过冷度? 过冷度与冷却速度有何关系？答：（1）过冷现象：金属的实际结晶温度低于理论结晶温度；过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差；（2）结晶时冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度就越低。
6．晶粒大小对金属的力学性能有何影响? 细化晶粒的常用方法有哪几种?答：（1）一般情况下，晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好；（2）①增加过冷度②变质处理③振动或搅拌7．什么是共析转变？共晶转变与共析转变有何异同？答：（1）共析转变：在恒定的温度下，由一个特定成分的固相同时分解成两个成分和结构均不同的新固相的转变（2）①共晶反应母相是液相，而共析反应的是固相；②共析反应较共晶反应需要更大的过冷度：③共析反应常出现母相与子相的比容不同而产生容积的变化，从而引起大的内应力。
第3章铁碳合金状态图（重点熟悉铁碳合金状态图）一、名词解释1．同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象2. 铁素体（F）：铁素体是碳在α-Fe 中形成的间隙固溶体，体心立方晶格。
性能与纯铁相近，塑性、韧性好，强度、硬度低。
它在钢中一般呈块状或片状。
奥氏体（A）：奥氏体是碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。
因其晶格间隙尺寸较大，故碳在γ-Fe 中的溶解度较大，有很好的塑性。
渗碳体（Fe3C）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。
渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。
在钢中以片状存在或网络状存在于晶界。
在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。
珠光体（P）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
铁素体和渗碳体呈层片状。
珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。
莱氏体（Ld）：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。
由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。
二、填空题1．珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物共析组织)。
2．莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物(共晶组织)。
3．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达2.11%，在727℃时碳的质量分数为0.77%。
4. 根据室温组织的不同，钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。
．共析钢的室温组织为珠光体；亚共析钢的室温组织为铁素体+珠光体；过共析钢的室温组织为珠光体+Fe?3CⅡ。
6．碳的质量分数为0.77%的铁碳合金称为共析钢，其奥氏体冷却到S点(727℃)时会发生共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的混合物，称为珠光体。
7．奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为莱氏体，其碳的质量分数为6.69%。
8．亚共晶白口铸铁碳的质量分数为2.11%~4.3%，其室温组织为P+Fe3C Ⅱ+Ld‘。
9．过共晶白口铸铁碳的质量分数为4.3%~6.69%，其室温组织为Ld’+Fe3C Ⅰ。
10．过共析钢碳的质量分数为0.77%~2.11%，其室温组织为P+Fe3C Ⅱ。
11．亚共析钢碳的质量分数为0.0218%~0.77%，其室温组织为F+P。
三、选择题1．铁素体为____A____晶格，奥氏体为__B_____晶格。
A. 体心立方B. 面心立方C. 密排六方D. 复杂的2．Fe-Fe3C状态图上的ES线，用代号__B____表示，PSK线用代号__A___表示。
A. A1B. AcmC. A3 3．Fe-Fe3C状态图上的共析线是____C______，共晶线是____A_____。
A. ECF线B. ACD线C. PSK线四、判断题1．金属化合物的特性是硬而脆，莱氏体的性能也是硬而脆，故莱氏体属于金属化合物。
( ×)2．渗碳体中碳的质量分数为6.69%。
( √)3．Fe-Fe3C状态图中，A3温度是随碳的质量分数增加而上升的。
( ×)4．碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。
( ×)第4章钢的热处理（重点掌握C曲线中各区域和温度点的意义）1．何谓钢的热处理？常用的热处理工艺有哪些？答：（1）将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织与性能的工艺。
（2）①整体热处理：退火、正火、淬火和回火;②表面热处理:感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火；③化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等2．简述共析钢加热时奥氏体形成的过程。
答：共析钢加热时奥氏体的形成过程可分为以下4个阶段：①奥氏体晶核的形成②奥氏体的长大③残余渗碳体的溶解④奥氏体成分的均匀化3．为什么要控制奥氏体晶粒大小？如何控制奥氏体晶粒的大小？答：（1）奥氏体晶粒的大小将影响冷却形成后钢的组织和性能（2）①钢在加热过程中，加热温度和保温时间必须限制在一定的范围内，以获得更细小而均匀的奥氏体晶粒；②快速加热和短时间保温4．解释下列名词：? (1) 索氏体、托氏体、贝氏体、马氏体；索氏体：在650~600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。
托氏体：在600~550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。
贝氏体：在含碳量过饱和的α相基体上弥散分布的细小的碳化物亚稳组织；马氏体：奥氏体以大于νc的冷却速度冷却时，过冷奥氏体直接冷却到Ms线以下，奥氏体就转变为了马氏体。
? (2) 过冷奥氏体、残余奥氏体；过冷奥氏体：当温度降到A1以下的时候，处于过冷状态的奥氏体残余奥氏体：Mf转变结束后剩余的奥氏体。
?? (3) 退火、正火、淬火、回火、表面淬火；退火：将钢加热到适当的温度后，保温一定的时间，然后缓慢冷却，以获得近似平衡组织的热处理工艺；正火：将工件加热到A Cc3或ACcm 以上30~50℃，保温一定时间后从炉中取出在空气中冷却的热处理工艺。
淬火：将钢加热到临界温度以上的适当温度，经保温后，以大于该钢的淬火临界冷却速度进行冷却，以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。
回火：将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。
表面淬火：通过对零件表面的快速加热，使其很快达到淬火温度，在热量尚未充分传到心部时立即进行淬火。
? (4)淬透性、淬硬性；淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。
淬硬性：钢在淬火后获得最高硬度的能力。
?5．珠光体类型组织有哪几种？它们的形成条件和性能方面有何特点？答：（1）三种。
分别是珠光体、索氏体和屈氏体。
（2）珠光体:是A1至650℃之间范围内等温转变所获得的粗层片状的渗碳体和铁素体构成的共析体；索氏体：是在650~600℃温度之间等温转变所得的层片较细的珠光体。
屈氏体：是在600~550℃温度范围内形等温转变所获得的更细的层片状珠光体。
珠光体片间距越小，相界面积越多，塑性变形的抗力越大，即强度、硬度越高，同时，塑性和韧性也有所改善。
6．简述贝氏体的性能特点。
答：上贝氏体：强度、硬度较高，较易引起脆断；下贝氏体：强度、硬度、塑性和韧性均高于上贝氏体，具有良好的综合力学性能7．生产中常用的退火方法有哪几种？各适用于什么场合？答：（1）生产上常用的退火操作有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火。
（2）①完全退火和等温退火用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材；有时也用于焊接结构。
②球化退火主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。
③扩散退火主要用于合金钢铸锭和铸件；④去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。
8．举例说明钢的淬透性、淬硬深度和淬硬性三者之间的区别。
9．回火的目的是什么？淬火钢在回火过程中显微组织发生哪些变化? 答：（1）回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。
（2）①马氏体的分解（200℃以下）②残余奥氏体的转变（200~300℃）③碳化物的转变（300~450℃）④渗碳体的长大和铁素体的再结晶（450℃-Ac1）10．什么叫回火脆性？生产中如何防止回火脆性?答：（1）回火脆性：在某些温度范围内回火时，钢的韧性不仅没有提高，反而显著下降的脆化现象；（2）第一类回火脆性不可避免，只能在第二回火脆性中采取措施防止，即提高钢的纯度；小截面工件回火后采用快冷（油冷或水冷）；大截面工件加入一定量的钨和钼。