工程材料预成型工艺第四节
《工程材料及成型工艺》练习题(复习资料)
《工程材料及成型工艺》练习题（复习资料）绪论1、材料分为金属、__________以及复合材料三大类。
其中金属包括纯金属和__________，纯金属又包括__________金属和有色金属；而非金属材料包括____________________、无机非金属材料。
2、常用的材料成形方法有__________成形、__________成形、__________成形和非金属成形。
第一章工程材料1.2 固体材料的性能1、应力应变图横坐标表示__________，纵坐标表示__________。
p、e、s、b点应力分别表示什么？2、书P80 第1题3、书P80第2题4、机械零件在正常工作情况下多数处于（）。
A．弹性变形状态B．塑性变形状态C．刚性状态D．弹塑性状态5、在设计拖拉机气缸盖螺栓时主要应选用的强度指标是（）。
A．屈服强度B．抗拉强度C．伸长率D．断面收缩率6、用短试样做拉伸实验，根据公式，伸长率会更大，说明短试样塑性更好。
（）7、工程上希望屈强比sbσσ高一些，目的在于（）。
A．方便设计B．便于施工C．提高使用中的安全系数D．提高材料的有效利用率8、所有的金属材料均有明显的屈服现象。
（）9、下列力学性能指标中，常被作为机械设计和选材主要依据的力学性能指标是（）A．σb B．HBW C．δD．HRC10、在外力作用下，材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为__________。
11、材料在外力去除后不能完全自动恢复而被保留下来的变形称__________。
12、金属材料抵抗硬物体压入的能力称为__________。
13、某仓库内1000根20钢和60钢热轧棒料被混在一起。
请问怎样用最简便的方法把这堆钢分开？14、常见的硬度表示方法有：__________硬度、__________硬度和维氏硬度。
15、当温度降到某一温度范围时，冲击韧性急剧下降，材料由韧性状态转变为脆性状态。
这种现象称为“__________”。
工程材料与成型工艺说课课件ppt
02
工程材料
金属材料
定义
金属材料是指以金属元素或以 金属元素为主构成的具有金属
特性的材料的统称。
分类
黑色金属、有色金属、特种金属 。
特点
高强度、高硬度、良好的塑性和韧 性。
非金属材料
01
02
03
定义
非金属材料是以非金属元 素或非金属元素为主构成 的具有非金属特性的材料 的统称。
分类
塑料、橡胶、陶瓷、玻璃 等。
工程材料与成型工艺的发展趋势
发展趋势
随着科技的不断发展，工程材料与成型工艺也在不断进步。新型工程材料的 不断涌现，成型工艺的不断创新，使得工程材料与成型工艺在未来的应用中 更加广泛和高效。
未来展望
未来，工程材料与成型工艺将会朝着更加高效、节能、环保、可持续发展的 方向发展。同时，随着工业4.0的到来，工程材料与成型工艺将会更加智能化 、自动化、数字化。
03
在满足性能要求的前提下，优先选择成本低、来源广泛、易于
加工的材料，同时考虑材料对环境的影响。
成型工艺选择的原则和方法
符合材料特性
满足使用要求
选择与材料特性相匹配的成型工艺，如塑料 材料宜采用注射成型工艺。
根据产品形状、尺寸和性能要求选择合适的 成型工艺。
考虑生产批量
考虑经济效益
生产批量不同，所需的设备和工艺也不同， 应根据实际情况选择最经济的生产方法。
案例二：航空航天中的材料与工艺应用
总结词
航空航天领域对材料和工艺的要求极为苛刻，需要克服高强度、高温、腐蚀等多种复杂条件。
详细描述
航空航天领域需要使用各种高性能材料，如钛合金、高温合金、复合材料等，以及各种先进成型工艺，如真空 吸铸、粉末冶金、3D打印等。在航空航天领域，材料和工艺的选择和优化直接影响到飞行器的性能、安全和 可靠性，因此需要加强研究和技术创新。
1 第四章 混凝土结构工程
主要内容：
第一节 第二节 第三节 第四节 模板工程 钢筋工程 混凝土工程 预应力混凝土工程
学习方法和建议：
建议结合工程实际的钢筋混凝土工程的施工加深 对本章内容的理解和掌握。
第一节 模板工程
主要内容：
一 二 模板的基本要求和分类 模板的构造
三
模板设计
第一节 模板工程
现浇混凝土结构施工用的模板是使混凝土构件按设计 要求的几何尺寸浇注成型的一个十分重要的组成部分。模 板系统包括模板和支架两部分。 模板工程是混凝土成型施工中的一个十分重要的组成 部分。模板工程的费用往往超过混凝土的费用，甚至超过 混凝土和钢筋费用的总和。因此，设计混凝土结构的模板 工程时，充分考虑模板工程的技术经济综合指标。
第一节 模板工程
二、模板的构造
1、组合式模板 是指适用性和通用性较强的模板，用它进行混凝土结构成型，即 可按照设计要求事先进行预拼装整体安装、整体拆除；也可采取散支 散拆的方法，工艺灵活简便。 （1）、 常用的组合式模板 1）木模板 特点：木板条拼装而成，施工过程复杂，周转率低，消耗木材多，但 当混凝土形状复杂时有优势。 应用：最传统的方法，适用各种条件，但随着各种新型模板的不断涌 现，建议少用。 主要混凝土构件木模板系统 基础模板 柱模板 梁板模板。
第一节 模板工程
模板的基本要求和分类
2、模板的分类 采用先进的技术，对于提高工程质量、加快施工速度、提高劳动 生产力、降低工程成本和实现文明施工，都具有十分重要的意义。随 着建设事业的飞速发展，现浇混凝土结构所用模板技术已迅速向工具 化、定型化、多样化、体系化方向发展，除木摸外，已形成组合式、 工具式、永久式三大系列工业化模板体系。 按施工方法不同分：拆移式和活动式。 按材料不同分：木模板、竹编压模模板、钢木模板、钢模板、铝 合金模板、塑料模板、玻璃钢模板等。
工程材料与成型工艺
⼯程材料与成型⼯艺第⼀章：⼯程材料的分类及⼒学性能1、强度：材料抵抗外⼒作⽤下变形和断裂的能⼒（MPa ）（1）弹性限度0e S Fe =σ（2）屈服点0s S Fs =σ屈服阶段特点：负荷F 不变，或略有升⾼，伸长量L ?继续显著增加（3）条件屈服极限2.0σ（⽆明显屈服现象）（4）抗拉强度b σ（材料能抵抗最⼤塑性变形和断裂的能⼒）2、塑性：在外⼒作⽤下，材料产⽣永久性变形⽽不破坏的能⼒（柔软性）断后伸长率δ=00L L L u -断⾯收缩率ψ=00S S S u-。
ψδ，越⼤塑性越好 3、硬度（耐磨性）：材料抵抗变形特别是压痕或划痕⾏成的永久变形的能⼒。
（1）布⽒硬度HBW /HBS ：以式样压痕的表⾯积A 去除符合下所得的商压头：硬质合⾦头/淬⽕钢球 HBW=F/A优点：能准确反映试样的真实硬度。
缺点：不适于检验⼩件薄件和成品件。
350HBW10/1000/30：⽤直径10mm 的硬质合⾦钢球在9.807KN 试验⼒作⽤下保持30s 测得的布⽒硬度值为350。
（2）洛⽒硬度HR ：以残余压痕的⼤⼩作为计量硬度的依据。
压头：⾦刚⽯圆锥、钢球或硬质合⾦球 HR=100-n/0.00260HRBW/s ：⽤硬质合⾦球/钢球压头在B 标尺上测得洛⽒硬度值为60。
优点：压痕⾯积⼩，可检测成品⼩件和薄件，测量范围⼤，测量简便迅速。
缺点：对内部组织和性能不均匀的材料测量不准确。
4、冲击韧性k a ：在冲击再和作⽤下抵抗冲击⼒的作⽤⽽不被破坏的能⼒。
5、疲劳强度：b 121σσ=-材料在规定N 次的交变载荷作⽤下，⽽不致引起断裂的最⼤应⼒称为疲劳强度。
6、断裂韧度IC K ：是指带微裂纹的材料或零件阻⽌裂纹扩展的能⼒。
第⼆章：⾦属学基础⼀、⾦属的晶体结构2、典型⾦属晶格类型3、⾦属的同素异构转变：同⼀⾦属在⼀定温度下，发⽣晶体结构变化的现象。
纯铁在固态下发⽣两次同素异构转变⼆、⾦属的结晶1、过冷现象：结晶过程中，n T 总是低于0T 的现象0T ：理论结晶温度；n T 实际结晶温度过冷度：0T 与n T 的差值，n T T T-=?02、过冷是⾦属结晶的必要条件。
工程材料与成型工艺
1—工件； 工件； 2—橡胶或塑料； 橡胶或塑料； 3—高压容器； 高压容器； 4—高压泵
3.1 粉末压制
3.烧结 烧结 目的：使型坯获得一定的物理与机械性能的工序 使型坯获得一定的物理与机械性能的工序 烧结规范： 烧结规范：
烧结温度： ① 烧结温度：Ｔ烧=(2/3～3/4)T熔。 ～ 保温时间：时间太短，不利于成分、组分均匀化； ② 保温时间：时间太短，不利于成分、组分均匀化； 保温时间过长，易造成晶粒粗大等缺点。 保温时间过长，易造成晶粒粗大等缺点。 保护气氛：在真空炉内进行烧结。 ③ 保护气氛：在真空炉内进行烧结。
具寿命可提高5~8倍，切削速度比高速钢高十几倍 倍 具寿命可提高
应用： 切削刀具、 应用：用作切削刀具、金属成形工具、矿山工具、表 切削刀具 金属成形工具、矿山工具、
面耐磨材料及高刚性结构部件。 面耐磨材料及高刚性结构部件
3.2 粉末压制产品及应用
1.普通硬质合金 普通硬质合金 钨钴类硬质合金 组成： 组成：由WC和Co组成 和 组成 牌号： 数字。 数字－钴的含量。 牌号：YG+数字。 数字－钴的含量。如YG6 数字 应用：适宜制作切削脆性材料的刀具，如切削铸铁、 应用：适宜制作切削脆性材料的刀具，如切削铸铁、电木等 钨钛钴类硬质合金 组成： 组成。 组成：由WC、TiC和Co组成。 、 和 组成 牌号：YT+数字。数字－ TiC的含量。如YT15。 牌号： 数字。数字－ 的含量。 。 数字 的含量 应用： 应用：适宜制作切削高韧度钢材的刀具
3.1 粉末压制
2.压制 压制 目的：将松散的粉料制成具有一定形状，尺寸的压坯。 目的：将松散的粉料制成具有一定形状，尺寸的压坯。 方法：钢模压制、流体等静压制、三向压制、粉末锻 方法：钢模压制、流体等静压制、三向压制、
工程材料与成型工艺基础习题答案
16. GCr9、GCr15钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢题
1.材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使 用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所造 成的？
7.细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度 提高，塑性、 韧性 提高 ；在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度、 变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。
8.合金的晶体结构有固溶体和金属化合物，其中固溶体具有 良好的塑性，金属化合物具有高的硬度和脆性。
9.在铁碳合金的基本组织中，珠光体属于复相结构，它由铁 素体和渗碳体按一定比例组成，珠光体用符号P表示。
金属材料成形基础作业（2）
一、填空题 1．液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性。流动 性不好的合金铸件易产生浇不足和冷隔、气孔、夹渣等 铸造缺陷。 2．影响液态合金流动性的主要因素有合金的化学成分、 合金的物理性质、合金的温度、不溶杂质和气体等。合 金的凝固温度范围越宽，其流动性越 差 。 3．任何一种液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却至 室温都要经历三个相互联系的收缩阶段，即 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 。导致铸件产生缩孔和缩松的根 本原因是液态收缩和凝固收缩 ；导致铸件产生应力、变
图2-3 铸铁顶盖的两种设计方案
（1）方案a易于生产； （2）由于铸件的尺寸很大，壁厚较薄，属于大平面结构。铸 件上的大平面极易产生浇不足、夹砂、夹渣、气孔等缺陷， 图（a）的方案，一方面避免了上述不利因素，还因为具有了 一定的结构斜度，有利于造型。
8.分析图2-4所示零件分型方案的优缺点，并选择其中与零 件生产类型相适应的分型方案。
【材料课件】第四部分高分子材料成形工艺
【材料课件】第四部分高分子材料成形工艺答案：（1）没有结合浇口套使用，这将意味熔体会在模具嵌板（C5）和垫板（C6）之间泄漏出来。
（2）定位环（R3）没有能够定位，这将导致注射机的喷嘴和浇注入口难于保持对齐。
（3）本设计缺少导柱和导套，那么两个模板的对齐没有得到操纵。
（4）在推板（E5）的背面与动模座板（B1）前面存在间隙。
当熔体注射进入模腔后，作用于推杆的压力将迫使推板向后移动，即E5与B1之间缺少支撑钉。
（5）推板配合机构（由E7、E5和R4组成）没有受到支撑和导向作用。
需要增加推杆导柱导套来达到作用。
（6）配合推杆（E4）的通道在支撑板（C12）与型心（C11）之间完全的贯穿。
那么熔体将通过环面蔓延出来，同时溢出注射空间。
（7）复位杆（P9）没有与定模板（C6）存在物理上的连接。
它们是无效的，没有起到复位的实际成效。
（8）溶体流淌的通道直截了当穿过模板（C5）与定模板座（C6）之间的连接处，那么流体将发生泄漏，即需增加浇口套。
（9）温度操纵的浇注系统在组合视图中是不完整的。
关于该浇注系统，平面视图（图示没有给出）是专门重要的，如此所钻的孔的周密装配才明了。
（10）与该厚度的铸件相比浇口的直径过大。
（11）图示不太明显地表示了两个模板部分是通过螺钉连接的。
（注意嵌板C11与C5之间的配合面上的字母”S”。
）二、请指出下面模具设计中的错误答案：（1）图示中浇口套（S13）设计是不合规范的，它没设有台阶肩块。
喷嘴的作用力将使浇口套直截了当移动到了型心。
（2）型芯嵌块（C5）没有受到支撑，当熔体注射进入模腔时它将被移至推出机构处。
（3）导柱（G4）和导套（G3）配合在不恰当的模板上。
那么，在两个模板之间将没有使它们对准的设备。
（4）模具上多个结构没有利用螺钉进行连接。
注意:字母”S”通常用于表示螺钉的一样的排列特点。
（5）用于形成制品内部形状的型芯，图示显示为嵌板（C11）的一部分而固定在定模板（M4）上。
工程材料与成型工艺98272252
4.1 高分子材料及其成型
（2）通用合成橡胶 1）丁苯橡胶（SBR）：产量最大的合成橡胶。 特点：耐磨性、耐热性、耐老化性好，价格便宜。 应用：制造轮胎、胶带、胶管及生活用品。
SBR板
4.1 高分子材料及其成型
2）顺丁橡胶（BR）：弹性最好。 特点：弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶，
是制造轮胎的优良材料。缺点强度较低。
按化学组成不同分为
氮化物陶瓷 碳化物陶瓷 氧化物陶瓷
4.2 陶瓷材料及其成型
3.常用陶瓷及应用 （1）普通陶瓷
普通日用陶瓷：作日用器皿和瓷器。 按用途分为: 建筑卫生瓷 化学化工瓷 电工瓷
4.2 陶瓷材料及其成型
（2）特种陶瓷 定义：是以人工化合物为原料制成，如氧化物等。 应用：用于化工、冶金、机械、电子等和一些新技术中。
晶体相：主要相，决定陶瓷性能。 玻璃相：粘结、填充空隙、降低烧结温度等。 气相：造成应力集中，强度下降等。多孔陶瓷例外 2.陶瓷材料的性能 力学性能：弹性模量高、高硬度、塑韧性低等。 物化学性能：熔点高、导热性差、化学稳定性高，绝
缘性好等。
4.2 陶瓷材料及其成型
3. 分类 按原料不同分为
普通陶瓷 特种陶瓷
第四章 非金属材料成型
4.1 高分子材料及其成型
一、高分子材料
定义：是以高分子化合物为主要组分的材料。 1.高分子化合物的组成 组成：由简单的结构单元重复连接。聚乙烯分子链 NhomakorabeaCH
4.1 高分子材料及其成型
2.高分子化合物的合成方法 加聚反应
合成方法 缩聚反应
3.高分子化合物的结构
分类：高分子链结构和聚集态结构。
电话壳
开关壳
4.1 高分子材料及其成型
工程材料及成形工艺基础ppt
通过加热或加压将两个或多个金属件连接在一起 ，以获得所需形状和尺寸的组件。包括电弧焊、 激光焊、气体保护焊等方法。
锻造
通过高温将金属坯料放在模具中锻打，以获得所 需形状和尺寸的零件。包括自由锻、模锻、精密 锻等方法。
塑料成形
通过加热和成型将塑料原料变成所需形状和尺寸 的零件。包括注射成形、挤出成形、吹塑成形等 方法。
3
复合材料
由两种或两种以上不同性质的材料组成，具有 优异的综合性能
工程材料的制造工艺
铸造
将液态金属倒入模具中凝固成型的过程，包括砂 型铸造、金属型铸造等
锻造
将固态金属进行压力加工，制成各种形状和尺寸 的零件
焊接
通过加热或加压，使两个或多个金属件连接起来 ，达到密封和连接的目的
工程材料的应用
钢铁
01
目前，智能成形技术在国内外得到了广泛的应用和推广，在提高生产
效率、降低生产成本、提高产品质量等方面发挥了重要作用。
03
智能成形技术的未来趋势
未来，智能成形技术将朝着更加智能化、自动化、绿色化的方向发展
，实现生产过程的全面自动化、智能化、信息化。
06
结论
材料成形工艺在制造业中的地位与作用
材料成形工艺是制造 业的基础
使用高压将金属液体注入金属模具，凝固后形成铸件。
锻压技术
自由锻
使用锻锤在空气中自由锻打金属坯料，使其变形并形成所需形状。
模锻
使用模具限制金属坯料在变形过程中移动，使其形成所需形状。
焊接技术
熔化焊
将两个金属件加热至熔化状态，然后将其连接在一起。
压焊
通过加压将两个金属件连接在一起，其中一个或两个金属件 需要加热。
铝合金具有轻质、高强、耐腐蚀等特 点，在交通运输、航空航天、建筑等 领域得到广泛应用。
工程材料与成型工艺基础
三、断裂韧度的应用
当 KⅠ≥KⅠc时，裂纹就会扩展而导致低应力脆断。根据这个 条件：
（1)确定对材料所要求的断裂韧度K1c，作为选材的依据。 （2)估算断裂时的临界裂纹长度a ,作为裂纹探伤的依据。
c
（3)确定构件断裂时的临界应力σc 。 （4）判断构件的安全性。
ac
（ K1C
Y
）2
c
K1C Ya
第一节 材料在载荷作用下的力学行为
一、弹性变形、塑性变形和断裂 材料在载荷作用下的行为，称之为力学行 为。当外力作用在固体物质上时，随外力 增加，物体会逐渐改变其原始形状和尺寸 而发生变形，外力增加到一定数值后，物 体将发生断裂，所以变形和断裂是固体物 质受载时，随外力的增加而产生的普遍现 象。
二、应力和应变
屈服强度σs，抗拉强度σb ，弹性模量E， 断后伸长率δ和断面收缩率Ψ。
Fs σs =
S0
试样屈服时的载荷( N )
( M pa ) 试样原始横截面积( mm2)
F0.2 σ0.2 =
S0
试样产生0.2%残余塑性变 ( M pa ) 形时的载荷(N) 试样原始横截面( mm2)
Fb σb =
S0
试样断裂前的最大载荷(N)
应力：单位面积上所受的力。 应变：单位长度的伸长量。
第二节 材料的静态力学性能
一、拉伸试验及材料的强度与塑性
左图为拉伸试验机
下图为拉伸试验过 程中试样的变形及 断裂。
由上图可知：在拉伸载荷作用下，试样的变形 分为三个阶段：弹性变形阶段；塑性变形阶段； 断裂阶段。在拉伸试验过程中，可测定的主要 力学性能指标有：
( M pa )
试样原始横截面积( mm2)
S0 - S k
工程材料与热成型工艺期末试卷及参考答案
一、填空题1、材料的使用性能是指材料在使用过程中所表现出来的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能等。
2、材料在外力去除后不能完全自动恢复而被保留下来的变形称为塑性变形。
3、纯铁在室温时为体心立方晶格，而加热至912℃以上则转变为面心立方晶格。
c相图反映了钢铁材料的组织随成分和温度变化的规律，在工4、Fe-Fe3程上为正确选材、用材及制定热加工工艺提供了重要的理论依据。
5、铁碳合金中的珠光体组织是由F和Fe3CII组成的机械混合物。
6、把工件表层迅速加热到淬火温度然后快速冷却进行淬火的热处理工艺称为表面淬火。
7、主要用于制造要求综合力学性能良好的机械零件、一般需经调质处理后使用的合金钢称为合金调质钢。
8、钢牌号"60SiMn”中，其中“60”表示Wc = 0.6% ,按用途这是一种合金2弹簧钢。
9、工程上常用的特殊性能钢主要包括不锈钢和耐热钢两大类。
二、判断题1、金属材料的力学性能差异是由其化学成分和组织结构决定的。
（V ）2、某些机械零件在工作过程中即使承受的应力远小于材料的屈服点也有可s能发生突然性断裂。
（V ）3、常见的固态金属一般都是非晶体，其内部原子排列是不规则的。
4、铁碳合金中的铁素体组织是碳溶解于a-Fe中形成的间隙固溶体。
（V ）5、Wc=0.45%的碳素钢其室温平衡组织是珠光体。
（X ）就是钢在淬火时为抑制非马氏体转变所需的6、所谓马氏体临界冷却速度Vk最小冷却速度。
（V ）7、铁碳合金中的含碳量越高，其强度越高。
（X ）8、过共析钢的预备热处理应采用完全退火。
（X ）9、贝氏体等温淬火是将钢件加热到奥氏体化后，随即快速连续冷却到室温的热处理工艺。
（X ）10、在规定条件下，决定钢材淬硬层深度和硬度分布的特性称为钢的淬透性，通常以钢在规定条件下淬火时获得的淬硬层深度的能力来衡量。
（V ）11、在碳含量相同的情况下，一般合金钢具有比碳素钢更高的淬透性。
（V ）12、5CrNiMo是一种Wc=0. 50%的合金调质钢。
工程材料及成型技术习题及答案
习题一工程材料的性能1、由拉伸试验可得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是如何定义的？2、说明σs，σb，δ，ψ，E、G、σ-1，αk符号的意义和单位？3、在测定强度上σs和σ0.2有什么不同?4、在设计机械零件时常用哪两种强度指标？为什么?5、在何种服役条件下，屈服强度、抗拉强度、疲劳强度是设计中最有用的数据？6、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料?采用何种材料为宜？材料的E越大，其塑性越差，这种说法是否正确? 为什么？7、材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？8、什么是弹性模量E？金属弹性模量的大小主要取决什么因素？9、金属材料刚度与金属机件刚度两者含义有何不同？10、试区别材料刚度与弹性的概念，一个弹簧由于刚度不足或弹性差产生的失效现象有何不同？如何防治二者造成的失效？11、有一低碳钢拉伸试件，d0=10.0mm，L0=50mm，拉伸实验时测得F s=20.5kN，F b=31.5kN，d1=6.25mm，L1=66mm，试确定此钢材的σs，σb，δ，ψ。
12、拉伸试件的原标距长度为50mm，直径为10.0mm，拉断后对接试样的标距长度为79mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，求其δ，ψ。
这两个指标，哪个表征材料的塑性更准确？塑性指标在工程上有哪些实际意义？13、一根直径为2.5mm的3m长钢丝受载荷4900N后，有多大变形？（钢丝的弹性模量为205000MN/m2）14、标距不同的伸长率能否进行比较？为什么？15、现有标准圆形长、短试件各一根，原始直径d0=10mm，经拉伸试验，测得其延伸率δ5和δ10均为25%，求两试件拉断时的标距长度？这两个试件中那一个塑性较好？为什么？16、常用的硬度试验方法有几种？其应用范围如何?这些方法测出的硬度值能否进行比较？17、甲乙丙丁四种材料的硬度分别是45HRC，90HRB，800HV，240HBS，试比较这四种材料硬度的高低。
材料成型工艺
第一章1.凝固过程的三个区域（P3）——固相区, 凝固区, 液相区2.铸件的凝固方式及其影响因素（P3-P4）逐层凝固（定向凝固）热流保持一维传导, 使凝固界面保持沿逆热流方向推动, 完毕凝固过程。
特点：结晶温度范围窄, 断面温度梯度大。
（纯金属, 共晶合金）随着温度的下降, 固相层不断加厚, 液相层不断减少, 直达铸件的中心。
糊状凝固（体积凝固）凝固区域是在整个液相中进行；特点: 常见于具有较大凝固温度范围的固溶体型合金的凝固过程；铸件表面不存在固体层, 液、固并存的凝固区贯穿整个断面。
中间凝固逐层凝固和糊状凝固属于两种极端情况, 假如凝固区域的宽度介于两者之间, 属于中间凝固方式；凝固区域的宽度由合金结晶温度范围和温度梯度两个量决定。
影响铸件凝固方式的因素:（1）合金的结晶温度范围；范围越小, 凝固区域越窄, 越倾向于逐层凝固。
（2）铸件断面的温度梯度。
温度梯度由小变大, 则相应的凝固区由宽变窄温度梯度重要取决于：a .合金的性质b.铸型的蓄热能力c. 浇注温度3.合金的铸造性能——流动性、收缩性、吸气性（P4）4.充填能力的概念（P5）液态金属充满铸型型腔, 获得尺寸精确, 轮廓清楚的成形件的能力5.影响合金流动性的因素（P5-P6）（1）合金的种类（2）合金的成分（3）浇注条件（4）铸型的充填条件6.合金收缩的三个阶段（P6）液态收缩凝固收缩固态收缩液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本因素。
固态收缩是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本因素7.影响合金收缩的因素（P7）(1)化学成分(2)浇注温度(3)铸件结构和铸型条件8.缩孔、缩松的形成机理及防止（P7-P9）缩孔的形成: 纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金, 容易形成集中的缩孔。
9.缩松的形成: 铸件最后凝固的收缩未能得到补足, 或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固, 凝固区域较宽, 液、固两相共存, 树枝晶发达, 枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩, 从而形成缩松。
第4章 模压成型工艺-1
我国模压法在复合材料的各种成型工艺中，仅占10%左右 ，预计几年后模压法所占比例可升至25%，FRP产量可达 90~100吨。模压法之所以能迅速发展，主要是由于SMC、 BMC/DMC近年来发展较快。
第四章 模压成型
电机冲压模具
模压成型设备
汽车冲压模具
塑料椅模具
第四章 模压成型
第四章 模压成型
第四章 模压成型
（3）层压模压
不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收 缩添加剂、填料、内脱模剂、着色剂等混合物浸渍短切 将预先浸渍好树脂的玻纤布或毡，剪成所需 玻纤粗纱或玻纤毡，两表面加上保护膜 (聚乙烯或聚丙烯 形状，经叠层放入模具进行模压。适于成型薄壁 薄膜)形成的片状模压成型材料。 制品 ，或形状简单而有特殊要求的制品。 使用时除去薄膜，按尺寸裁剪，然后进行模压成型。
第四章 模压成型
4.2.2.1 短纤维模压料的制备 4.2.2
预混法
可采用手工预混法或机械预混法。 模 压 工艺流程： 料 的 制 树脂调配 备 ↓ 及 玻璃纤维→热处理→切割→ 蓬松→混合→撕松→烘干→模压料 质 量 控 制
第四章 模压成型
生产步骤： 以镁酚醛为例
4.2.2 模 压 料 的 制 备 及 质 量 控 制
4.1 概 述
加热加压的作用
使模压料塑化、流动，充满空腔，并使树脂发生固 化反应。不仅树脂流动、增强材料也要随之流动
第四章 模压成型
4.1 概述
模具 预热 脱模剂 涂刷 模压料 预成型 包 装 装 模 压 制 脱 模 修饰及 辅助加工 检 验 后处 理
4.1 概 述
模压料 预热
第四章 模压成型
模压工艺利用树脂固化反应中各阶段的特 性实现制品成型
培训课件 - 工程材料与成型工艺(上)
金属材料
Metallic Materials
按成分分类
2020/8/19
高分子材料
Polymer培ic训M课a件te- r工ia程ls材料与成型工艺
陶瓷材料 按成分分类 Ceramic Materials
复合材料
Composite Materials
四者的关系
2020/8/19
铁制车轮
2020/8/19
铸铁，各种农具
培训课件 - 工程材料与成型工艺
人工复合材料（artificial composite material） 中国大发展时代
高分子材料、陶瓷、功能材料、纳米材料等
用扫描隧道显微镜搬动48个Fe原
在Au-Pa（金-镤）薄膜上用
子到Cu表面上构成的量子围栏
2020A/8F/1M9 探针的纳米雕刻（培北训课大件）- 工程材料与成型工艺
培训课件 - 工程材料与成型工艺
参考资料
➢工程材料与成形技术基础. 第2版，鞠鲁粤主编
➢工程材料与成形工艺 , 杨红玉, 刘长青主编
➢ Engineering materials technology :
structures, processing, properties, and
selection = 工程材料技术, James A. Jacobs,
重点：
强度、塑性、硬度、韧性等力学性能指标。
难点：
熟记常用指标并能在选材中初步应用。
课堂练习：练习题
2020/8/19
培训课件 - 工程材料与成型工艺
第一章 工程材料的分类及力 学性能
第一节 工程材料的分类
（Classification of engineering materials）
工程材料与成型工艺PPT文档共136页
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
工程材料与成型工艺
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
工程材料及成型工艺
工程材料及成型工艺应力：单位面积上所受的力。
应变：单位长度的伸长量。
试样的变形分为三个阶段：弹性变形阶段；塑性变形阶段；断裂阶段。
硬度是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。
疲劳强度表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。
材料抵抗裂纹扩展断裂的能力叫断裂韧性。
工作应力远低于材料屈服强度的断裂叫低应力脆断。
裂纹扩展时的临界应力场强度因子值称为材料的断裂韧度，用KⅠC表示。
当 KⅠ≥KⅠc时，裂纹就会扩展而导致低应力脆断。
根据这个条件：（1)确定对材料所要求的断裂韧度K1c，作为选材的依据。
（2)估算断裂时的临界裂纹长度ac ,作为裂纹探伤的依据。
（3)确定构件断裂时的临界应力σc 。
（4）判断构件的安全性。
21）（σYKa Cc=aYKCc1=σ蠕变：材料长时间在一定的温度和应力作用，慢慢产生塑性变形的现象。
蠕变极限：在规定的温度下引起式样在规定时间内的蠕变伸长率或恒定蠕变速度不超过某规定的最大值。
工程材料的性能取决于两大因素：一是其组成原子或分子的结构及本性；二是这些原子或分子在空间的排列方式。
原子或分子在空间的排列方式随外界条件的变化而有所改变。
离子键：电负性相差较大的两种原子，通过电子得失，变成正负离子，依靠正负离子间的引力形成的结合键。
共价键：得失电子能力相近的原子相互靠近时，依靠共用电子对产生结合力而形成的结合键。
金属键：依靠共有的负电子云与正离子之间的库仑力作用而形成的结合键。
分子键：依靠瞬时偶极矩的作用产生结合力而形成的结合键。
晶格用以描述晶体中原子排列规律的空间点阵格架。
晶胞能完全反映晶格特征的最小几何单元。
晶体材料中常见的、典型的晶体结构类型有：体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构。
（三）晶体缺陷 1.点缺陷：三维尺度都很小，不超过几个原子直径的缺陷，主要有间隙原子和空位。
2.线缺陷：二维尺度小而第三维尺度很大的缺陷，位错是金属晶体中常见的缺陷。
3.面缺陷—材料的多晶体结构。
预成型
待增强纤维及其织物制成预成物的过程
01 缝合法
03 冲压法 05 坯料
目录
02 喷涂法 04 工艺设计
在RTM成型加工中，必须首先把纤维增强材料制成与要加工制品类似的形状才能进行成型加工。待增强纤维 及其织物制成预成物的过程称为预成型，通过预成型加工的增强纤维及其织物预成型物又称为填料。预成型物加 工方法有缝合法、喷涂法和冲压法三种。
工艺设计
根据预成型工艺设计，对第二步和第三步可加以改变。对纤维毡的加热或熔融主要取决于所用树脂的性能。 烘箱（如高效红外加热器）的温度调定要考虑到树脂的玻璃化转变温度（Tg），和从烘箱中取出纤维毡并放到冲 压工位的冷却速率。另外，还有纤维毡与工具表面的摩擦也会严重影响应变和预成型物的质量。减少纤维/树脂界 面的摩擦会使纤维分布更加均匀，可防止定位性变薄现象和纤维断裂等。反之，增大摩擦会减少纤维的弯曲性。 合模后，可利用树脂在纤维与纤维接触点上进行粘接作用而赋予预成型物尺寸稳定性，而后再压实。冷却作用是 将树脂变为固态，有助于使预成型物保持与模具类似的几何形状。
由于RTM多采用玻纤增强环氧复合材料模具，这种模具与金属模相比导热性差，故而冷却速度慢。若采用打 孔的金属模具，并设置排气孔，其冷却速度会加快。脱模后，可对预成型物加以修整。尽管冲压技术预成型大型 结构速度快、工艺简便，但由于是无规纤维增强，其性能与纺织的缝合预成型物相比不在同一档次上，综合性能 相对偏低。
谢谢观看Βιβλιοθήκη 冲压法在冲压工艺中，所采用的增强材料为连续性无规玻璃纤维束毡，纤维呈离心构型。可采用热固性树脂涂覆， 在冲压后将其固定在一起。
为将热冲压纤维毡制成所要求的形状，应按下列步骤实施：
①制备坯料；②制备骨架并进行夹持固定；③加热；④冲压；⑤压实；⑥冷却；⑦脱模并修整。
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金属化合物： 2．金属化合物：合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具 有金属性质的物质。通常，金属化合物的熔点高、硬而脆，当合金中出现 金属化合物时，能提高其强度、硬度和耐磨性 提高其强度、 降低其塑性和韧性。 提高其强度 硬度和耐磨性，但会降低其塑性和韧性 降低其塑性和韧性 金属化合物是各类合金钢、硬质合金及许多有色合金的重要组成部分。 金属化合物一般具有复杂晶格结构，与构成化合物各组元的晶格皆不 相同,种类很多，常见的有以下三种类型：正常价化合物 ,电子化合物 , 间隙化合物 。 如果金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体的基体上，将使合金的 强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现象称弥散强化 弥散强化。 弥散强化 3.合金的组织： 3.合金的组织：合金的组织是是由合金的相组成的。多数工业合金 合金的组织 均为固溶体和少量化合物所构成的混合物。通过调整固溶体的溶解度和其 中的化合物的形态、数量、大小及分布，可使合金的力学性能在一个相当 大的范围内变动，从而满足不同性能的要求。
图2-15 两种固溶体示意图
性能: 性能:由于溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，使金属材料 的强度、硬度升高。这种通过溶入溶质元素形成固溶体,使金属材料的变 形抗力增大，强度、硬度升高的现象称为固溶强化 固溶强化，它是金属材料强化 固溶强化 的重要途径之一。
机械工程学院 李硕
第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第三节 合金的结晶与二元相图
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第三节 3．二元共晶相图 合金系的两组元在液态下无限互溶，在固态下有限互溶，形成两种不 同固相并发生共晶转变的相图称为二元共晶相图 二元共晶相图。 二元共晶相图 共晶转变： 共晶转变：指在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出不同成分、 共晶转变。 结构的两个固相的过程称为共晶转变 共晶转变 图2-18所示的Pb-Sn合金相图为典型的二元合金共晶相图。 合金的结晶与二元相图
图2-20 Fe3C的晶体结构
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第四节 铁碳合金相图
渗碳体组织金相图
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第四节 铁碳合金相图
4、珠光体P 珠光体P 铁素体和渗碳体 铁素体 渗碳体组成的两相机械混合物。 渗碳体 力学性能介于铁素体和渗碳体之间，具有良好的力学性能 (σh≈750MPa，硬度为180HBS，δ≈20％)。
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第四节 3、渗碳体 铁碳合金相图
是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物
分子式为Fe 分子式为Fe3C(图2-20),没有同素异晶转变; 渗碳体的碳质量分数为6．69％；溶点为1227℃ 左右。 Fe3C有磁性转变，它在230℃以下具有弱铁磁 性，而在230℃以上则失去铁磁性。Fe3C的硬度很 高(~800HBW)，而塑性和冲击韧度几乎等于零， 脆性极大。 渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中 与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。渗 碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对 钢的性能有很大的影响。 Fe3c是一种亚稳定相，在一定条件下会发生 分解。
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第四节 铁碳合金相图
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第四节 一、铁碳合金的基本相与性能 Fe和Fe3C是组成Fe-Fe3C相图的两个基本组元。由于铁与碳之间的相互 作用不同，使铁碳合金固态下的相结构也有固溶体 金属化合物 固溶体和金属化合物 固溶体 金属化合物两类。属 于固溶体相有铁素体 奥氏体 铁素体与奥氏体 渗碳体。 铁素体 奥氏体，属于金属化合物相的有渗碳体 渗碳体 1、铁素体 碳溶于α-Fe中的间隙固溶体，以符号F表示。 纯铁在912t以下为具有体心立方晶格的α-Fe。由于α-Fe是体心立方晶 格结构，它的晶格间隙很小，因而溶碳能力极差，在727℃时溶碳量最大可 达0．0218％。随着温度的下降，铁素体的溶碳量逐渐减小，在室温时溶碳 量几乎等于零。因此其性能几乎和纯铁相同，即铁素体的强度、硬度不高， 但具有良好的塑性与韧性。其数值见表2-3。 铁素体在770℃C以下具有铁磁性，而在770℃C以上则失去铁磁性。 铁素体的基本性能见表2-3 （书P30）
第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 上次课重点内容复习
1、基本概念：晶体、晶格、晶胞、晶格常数、晶面、 晶粒、晶界、单晶体、多晶体、过冷度等。 2、基本理论与原理：常见的晶格类型；晶体的缺陷； 结晶过程；金属的同素异晶转变等。
本次课的主要内容
合金的结晶与二元相图、铁碳合金的基本Pb-Sn合金二元合金共晶相图 机械工程学院 李硕
第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第三节 合金的结晶与二元相图
4、合金的使用性能与相图的关系 二元合金的平衡组织主要有两种类型， 即固溶体（匀晶）和两相混合物（共晶）。 图2-19 为具有匀晶相图和共晶相图合金的 性能随成分变化的一般规律。 固溶体匀晶合金随成分升高，其强度、 硬度升高，并在某一成分存在极值。 在共晶相图（右图）中，性能将随合 金的成分变化而呈直线变化，共晶点处合 金是致密的组织，其强度、硬度达到最高。 固溶体合金流动性小，使铸造性能变 差。共晶合金的铸造性能好。铸造合金尽 量选用共晶成分的合金。
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第三节 合金的结晶与二元相图
一、基本概念 合金： 1、合金：是以一种金属元素为基础，加入其它金属或非金属元素， 经过熔合而组成的具有金属特性的物质，即合金是由两种或两种以上的元 素所组成的金属材料。在工业上广泛应用的金属材料是合金。 组元： 2、组元：组成合金的最基本的能独立存在的物质，简称为元。合金 按组元的数目，可分为二元合金、三元合金及多元合金。如黄铜是铜和锌 两种元素组成的二元合金；硬铝是铝、铜和镁三种元素组成的三元合金； 保险丝是锡、铋、镉和铅四种元素组成的四元合金等。 3、相：是指在金属或合金中具有相同化学成分、相同结构并以界面 分开的各个均匀的组成部分。 组织： 4、组织：是指用肉眼或显微镜所观察到的不同相或相的形状、分布 及各相之间的组合状态。是决定合金性能的基本因素。在工业生产中，可 以通过控制和改变合金相的大小、形态、分布以及合金相的不同组合来改 变组织，从而调整合金的性能。
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第三节 二、合金的相结构 1、固溶体 是指溶质原子溶人溶剂 中形成的均一的结晶相。按照溶质原子在 溶剂中分布情况的不同，固溶体可分为以 下两种类型： 1)间隙固溶体 1)间隙固溶体 溶质原子处于溶剂晶格 的空隙中的固溶体，图a。 2)置换固溶体 2)置换固溶体 溶剂晶格中的某些结点 位置被溶质原子取代的固溶体，图b。 合金的结晶与二元相图
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第三节 2、二元匀晶相图
二元合金系中两组元在液态和固态下均能无限互溶，并由液相结晶出单相固溶 体的相图称为二元匀晶相图 二元匀晶相图，图2-17。 二元匀晶相图 现以wNi=40％的Cu-Ni合金为例， 说明匀晶合金的结晶过程(图2-17)。当 合金由液态缓冷至与液相线相交t1时， 开始从液相中结晶出固溶体α相。在继 续冷却过程中α相的量不断增多，液相 的量不断减少，最后冷至固相线t4时， 液相消失，全部成为单相α固溶体。在 整个结晶过程中，液相和固相的成分也 通过原子的扩散不断改变，液相的成分 沿液相线变化，固相的成分沿固相线变 化。但是只有在极其缓慢地冷却的条件 下，使原子有足够的时间扩散，才能得 到成分均匀的固溶体。否则，将会产生 化学成分的偏析现象。
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铁碳合金相图
第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第四节 铁碳合金相图
2、奥氏体 碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，以符号A表示。 γ-Fe是面心立方晶格结构，由于它的晶格间的最 大空隙要比α-Fe大，所以溶碳能力比较大。γ-Fe在 1148℃时溶碳量最大可达2．11％，随着温度的下降， 溶碳量逐渐减少，在727℃时溶碳量最低为0．77％。 奥氏体的性能与其溶碳量及晶粒大小有关，一般奥 氏体的抗拉强度：σb =400Mpa,硬度为170—220HBS，伸 σ 长率δ为40％～50％，易于锻压成形。由于碳的大量溶 入，使奥氏体具有一定的强度和硬度，但因它是单一固 溶体，所以塑性很好。钢在锻造或轧制时加热到高温， 奥氏体组织金相图 其目的就是使其组织转变成奥氏体，以降低钢的强度和 硬 度 ， 提 高 塑 性 ， 而 易 于 加 工 成 形 。 奥氏体为非铁磁性相组织。
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第四节 铁碳合金相图
钢铁材料是现代制造业中使用最广泛的金属材料。 纯铁的塑性很好，但强度、硬度较低，所以，很少用它制造机械 零件。当往铁中加入少量碳后，则组织和性能就发生了显著的变化。 在铁碳合金中，铁和碳互相结合的方式是:在液态时，铁和碳以无限互 溶；在固态时，铁和碳互相结合的方式有两种，一种是碳溶于铁中形 成固溶体 固溶体，一种是碳与铁形成金属化合物 金属化合物。此外，还可以由固溶体和 固溶体 金属化合物 金属化合物组成机械混合物。 铁碳相图对正确选择和使用材料、制订合理的材料成型工艺等都 具有重要的指导意义。 铁碳合金状态图在生产实践中的应用是很广泛的，它不仅可作为 选材的依据，还是制定铸造、压力加工和热处理等加工工艺的重要依 据。
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第三节 合金的结晶与二元相图
热 分 析
法
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第三节 合金的结晶与二元相图
ab：液相线 ab: 固相线 L ：液相区 S ：固相区 L+S：液固共存区
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第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 第三节 合金的结晶与二元相图