机械工程材料课件8
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材料工程基础课件-第八章 材料的连接
①材料的焊接性
• 金属的可焊性是金属材料对焊接加工的适 应性。即金属在一定焊接方法、焊接材料、 工艺参数及结构型式条件下，获得优质的 焊接接头的难易程度。它主要包括两个方 面：
a.工艺性能，产生工艺缺陷的倾向。 b.使用性能，即焊接接头在使用中的可靠性。
• 从理论上讲任何材料都有通过焊接加工实 现的可能性，但就人类现在已掌握的技术 来看，大多数材料很难通过焊接加工实现 连接，只有少数金属材料适应焊接加工， 如铁、镍、铝、铜、钛等金属及其合金。 其中，低碳钢、低合金结构钢具有良好的 焊接性。
④焊接安全生产
• 预防弧光照射 • 预防触电 • 预防烫伤 • 防火、防爆 • 预防有害气体、烟尘的中毒
8.4 粘接的分类
三种粘接方法： • 胶粘剂粘接法 • 热熔粘接法 • 溶剂粘接法
胶粘剂粘接法
利用胶粘剂将各种材质、形状、大小、厚 薄、软硬相同或不同的胶接件连接成为连 续牢固稳定的整体的一种工艺方法。 胶接剂是一种靠界面的粘附和物质的内聚 等作用产生的粘合力，将各种材料牢固的 连接在一起的物质，也称为粘合剂、粘接 剂，可简称为胶。
②在可能允许的情况下，尽量增大粘接面积， 提高胶层承载能力；
③对木材和层压材料的粘接应防止层间剥离， 可采取斜接，提高粘接强度。
④粘接时可选与被粘接材料刚度相同或相似 的胶粘剂，最大限度减小应力集中。
⑤承受作用力较大的情况，可采用复接方式。
粘接接头的四种基本形式
对接
角接
T接
平接
对接
• 纯粹对接，粘接面积小，粘接强度低，应 尽量不使用，除非维修无法改变原形状。
• 不加热的压焊过程称为冷压焊 • 加热压焊过程称为热压焊
• 根据加热热源各类不同，热压焊可以分为： • 电阻焊（点焊、缝焊、对焊） • 摩擦焊 • 超声焊 • 爆炸焊 • 真空扩散焊
机械工程材料ppt课件
1,纯铁(重要特性是结晶过程具有同素
目 录 异构转变 );
2, 铁素体 :是碳溶于α-Fe中形成的固
上一页 溶体，常用符号“α”或“F”表示。
下一页
3,奥氏体 :奥氏体是碳溶于γ-Fe中形
成的固溶体，用“γ”或“A”表示。
4,渗碳体:是铁与碳的稳定化合物Fe3C，
退出
其碳的质量分数为6.69％。 渗碳体在高温下可以分解形成石墨态的自
第3章 合金的相结构与二元合金相图
目录
上一页 下一页 退出
• 3.1 合金的相结构 • 3.2 匀晶相图 • 3.3 共晶相图 • 3.4 合金的性能与相图的关系
2020/11/4
7
常见心律失常心电图诊断的误区诺如 病毒感 染的防 控知识 介绍责 任那些 事浅谈 用人单 位承担 的社会 保险法 律责任 和案例 分析现 代农业 示范工 程设施 红地球 葡萄栽 培培训 材料
4.3 铁碳合金的平衡结晶过程及组织
目
录
•
铁碳合金按其碳的质量分数及室温平衡组织 分为三大类，即工业纯铁、钢和铸铁。
• 4.3.1 工业纯铁: (Wc<0．0218％)室温平衡组织
上一页 为铁素体加少量Fe3CⅢ;
下一页 • 4.3.2 共析钢 :室温平衡组织为珠光体 ; • 4.3.3 亚共析钢 :在室温下的组织由先共析铁素
再结晶 • 第3章 合金的相结构与二
元合金相图 • 第4章 铁碳合金 • 第5章 钢的热处理 • 第6章 合金钢 • 第7章 铸铁
• 第8章 有色金属及其合金 • 第9章 非金属材料 • 第10章 纳米材料与功能材料 • 第11章 铸造 • 第12章 金属压力加工 • 第13章 焊接 • 第14章 机械零件的选材及工
8第八章-铸铁ppt课件(全)
QT600-3
蠕墨 蠕 铸铁 虫
状
P
F
RuT + 一组数字
数字表示最低抗拉强度值, MPa。
F+P “RuT”表示蠕墨铸铁代号
P
QT700-2 RuT260 RuT300 RuT420
第二节 常用铸铁
一、灰铸铁
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约 占铸铁总产量的80%以上。
1、组织 灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过
比(0.2 /b)高, 约为0.7~0.8, 而钢一般只有0.3~0.5。 球墨铸铁
可进行各 种热处理, 如退火、正 火、淬火加 回火、等温 淬火等。
3、用途 承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。
四、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁. 蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的. 蠕化剂为稀土硅铁镁合金、
2、热处理 热处理只改变基体组织，不改变石
墨形态。 灰铸铁强度只有碳钢的30~50%，
热处理强化效果不大。 灰铸铁常用的热处理有： ① 消除内应力退火(又称人工时效) ② 消除白口组织退火 ③ 表面淬火
3、用途 制造承受压力和震动的零件,
如机床床身、各种箱体、壳 体、泵体、缸体。
台车式石墨化退火炉
3、影响石墨化的因素 ⑴ 化学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素。 碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造
性能变差。 ⑵ 冷却速度的影响 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶
将按Fe - G相图进行，因而促进石墨化。
快冷时由于过冷度大，结晶将按 Fe-Fe3C相图进 行, 不利于石墨化.
球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。
机械基础教学课件配套课件顾淑群第3章机械工程材料
第3章 机械工程材料
3.1金属材料的性能
3.1.3 金属材料的力学性能
1.力学性能:金属材料在外力作用下所表现出来的性能称为力学性能。
： 2.载荷 金属材料在使用及加工中所受外力称为载荷。 ： 3.载荷分类 根据载荷作用性质的不同，可以分为静载荷、冲击载荷及疲劳载荷等三种。 ： 4.力学性能指标 强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
碳素钢：含碳质量分数小于2.11%而不含有特意加入合金元素的钢，称为碳素钢。
1.碳素钢的分类
（1）按钢的含碳质量分数分类
低碳钢
含碳质量分数Wc≤0.25%
中碳钢
含碳质量分数Wc=0.25~0.60%
高碳钢
含碳质量分数Wc≥0.6%
（2）按钢的质量分类
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
3.碳素工具钢 由于碳素结构钢要求高硬度和高耐磨性，故工具钢含碳质量分数都在0.7%以上，都是优 质钢和高级优质钢。 牌号：以汉语拼音字母“T”后面加阿拉伯数字表示，其数字表示钢中平均含碳质量分数的 千分之几。 例如T8表示含碳质量分数为0.80%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后 面标以字母A，如T12A表示平均含碳质量分数为1.20%的高级优质碳素工具钢 。 用途：主要用于制造刃具、模具、量具以及其他工具
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.2 合金钢
（3）机械制造用钢 ①合金渗碳钢：指用于制造渗碳零件的钢。 合金渗碳钢的含碳质量分数WC=0.10～0.25%，加入合金元素主要有铬（WCr＜2%）、镍 （WNi＜4%）、锰（WMn＜2%）等，经过渗碳后，再进行淬火+低温回火，从而达到表面 高硬度、高耐磨性和心部高强度并有足够韧性。20CrMnTi是应用最广泛的合金渗碳钢。 ②合金调质钢 合金调质钢：一般指经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的合金结构钢，合金调质钢的 基本性能是具有良好的综合力学性能。合金调质钢的含碳质量分数一般在0.25~0.50%之间， 主加合金元素有铬、镍、锰、硅等，以增加淬透性，同时还能起固溶强化作用。 用途：用于制造重载作用下同时承受冲击载荷作用的一些重要零件。一般的热处理方法是淬 火后高温回火，如果除要求材料具有良好的综合力学性能外还要求表面层有良好的耐磨性， 对调质处理零件还要进行表面淬火及低温回火处理。
机械工程材料课件幻灯片-讲义
还硬的材料。 n 适于测量退火、正火、调质钢,
铸铁及有色金属的硬度。
钢
b(MPa)
材料的b与HB之间的经验关系：
对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： b(MPa)≈1HB或
b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
黄铜球墨铸铁
HB
洛氏硬度
n 洛 氏 硬 度 用 符 号 HR 表 示 ， HR=k-(h1h0)/0.002
铸铁
黑色金属 碳钢
金属材料
合金钢
铝合金
有色金属 铜合金
其它有色金属 塑料
高分子材料 橡胶
非金属材料
陶瓷材料 合成纤维
复合材料
第一章 材料的性能
n 使用性能：材料在使用过
程中所表现的性能。包括
船神
舟
力学性能、物理性能和化
一
号
学性能。
飞
n 工艺性能：材锻压、焊接、热处
韧
体心立方金属具有韧脆 转变温度，而大多数面 心立方金属没有。
TITANIC
建造中的 Titanic 号
TITANIC的沉没 与船体材料的质 量直接有关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右 图）的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
四、疲劳
n 材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。
e
即材料承受最大弹性变形时
的应力。
n 刚度：材料受力时抵抗弹性
变形的能力。指标为弹性模 量E。
Etg（MP） a
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升
高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷
热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过
铸铁及有色金属的硬度。
钢
b(MPa)
材料的b与HB之间的经验关系：
对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： b(MPa)≈1HB或
b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
黄铜球墨铸铁
HB
洛氏硬度
n 洛 氏 硬 度 用 符 号 HR 表 示 ， HR=k-(h1h0)/0.002
铸铁
黑色金属 碳钢
金属材料
合金钢
铝合金
有色金属 铜合金
其它有色金属 塑料
高分子材料 橡胶
非金属材料
陶瓷材料 合成纤维
复合材料
第一章 材料的性能
n 使用性能：材料在使用过
程中所表现的性能。包括
船神
舟
力学性能、物理性能和化
一
号
学性能。
飞
n 工艺性能：材锻压、焊接、热处
韧
体心立方金属具有韧脆 转变温度，而大多数面 心立方金属没有。
TITANIC
建造中的 Titanic 号
TITANIC的沉没 与船体材料的质 量直接有关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右 图）的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
四、疲劳
n 材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。
e
即材料承受最大弹性变形时
的应力。
n 刚度：材料受力时抵抗弹性
变形的能力。指标为弹性模 量E。
Etg（MP） a
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升
高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷
热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过
工程材料及机械制造基础 PPT课件
21
二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
22
三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
23
思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
19
HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
5
1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
22
三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
23
思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
19
HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
5
1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
机械工程材料 ppt课件
机械工程材料
ppt课件
1
工程材料的分类
金属材料 按属性分
钢铁材料（黑色金属：铁、锰、铬ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 非铁金属（其余为有色金属）
高分子材料（橡胶、塑料等）
非金属材料 无机非金属材料（S、P）
复合材料（金属陶瓷复合材料）
ppt课件
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
表面洛氏硬度——两种压头（金刚石圆锥、直径
1.5875mm球）、三种试验力 （15kgf、 30kgf 、45kgf）组
合而成六种标尺。适用于薄壁件的硬度测量。
ppt课件
9
洛氏硬度的特点及应用：
优点：洛氏硬度试验的压痕小，宜测量薄件、半成品、成 品件的硬度，操作简单，可直接读出硬度值，选用不同的 标尺，可测量所有材料的硬度，测量范围大。
缺点：效率低，试验技术要求较高，试样表面粗糙度要 求较高，通常只用来测试小型精密零件的硬度、表面硬 化层的硬度和有效硬化层深度以及镀层的表面硬度、薄 片材料和细线材的硬度、刀刃附近的硬度等。
硬度试验是材料试验中最简单的一种，硬度与其他力
学性能有一定的关系，可根据硬度估计出零件和材料的
其他力学性能。
ppt课件
正四棱锥体金刚石压头用一定的试验力压入试样表面，
保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角
线长度，以压痕单位面积上承受的平均压力大小表示材
料的硬度。（与布氏硬度有相似之处）
ppt课件
10
维氏硬度的特点及其应用：
优点：硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的 材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变，使维氏硬 度在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。目 前工业上所用到的几乎全部金属材料，维氏硬度试验都 可以测量，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬 的材料（3000个维氏硬度单位）。维氏硬度试验的试验 力可以很小，压痕非常小，特别适合测试薄小材料。
ppt课件
1
工程材料的分类
金属材料 按属性分
钢铁材料（黑色金属：铁、锰、铬ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 非铁金属（其余为有色金属）
高分子材料（橡胶、塑料等）
非金属材料 无机非金属材料（S、P）
复合材料（金属陶瓷复合材料）
ppt课件
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
表面洛氏硬度——两种压头（金刚石圆锥、直径
1.5875mm球）、三种试验力 （15kgf、 30kgf 、45kgf）组
合而成六种标尺。适用于薄壁件的硬度测量。
ppt课件
9
洛氏硬度的特点及应用：
优点：洛氏硬度试验的压痕小，宜测量薄件、半成品、成 品件的硬度，操作简单，可直接读出硬度值，选用不同的 标尺，可测量所有材料的硬度，测量范围大。
缺点：效率低，试验技术要求较高，试样表面粗糙度要 求较高，通常只用来测试小型精密零件的硬度、表面硬 化层的硬度和有效硬化层深度以及镀层的表面硬度、薄 片材料和细线材的硬度、刀刃附近的硬度等。
硬度试验是材料试验中最简单的一种，硬度与其他力
学性能有一定的关系，可根据硬度估计出零件和材料的
其他力学性能。
ppt课件
正四棱锥体金刚石压头用一定的试验力压入试样表面，
保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角
线长度，以压痕单位面积上承受的平均压力大小表示材
料的硬度。（与布氏硬度有相似之处）
ppt课件
10
维氏硬度的特点及其应用：
优点：硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的 材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变，使维氏硬 度在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。目 前工业上所用到的几乎全部金属材料，维氏硬度试验都 可以测量，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬 的材料（3000个维氏硬度单位）。维氏硬度试验的试验 力可以很小，压痕非常小，特别适合测试薄小材料。
工程材料及机械制造基础 第八章铸铁
第二阶段 石墨化
铸铁的显微组织
铸铁类型
完全进行 F+C 部分进行 F+P+C 未进行 P+C 灰口铸铁
部分进行 未进行
ILMTAM
未进行 未进行
Ld’+P+C Ld’
麻口铸铁 白口铸铁
14 14
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
碳、硅含量对铸铁石墨化的影 响
麻口 铸 铁
C 白口铸铁
灰口铸铁
Si
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
15 15
碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。
P’
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
13 13
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系
（以共晶铸铁为例）
石墨化进行程度
第一阶段 石墨化
完全进行
二次结晶（1154℃→738℃）
共析石墨化
台车式石墨化退火炉
三次结晶（ 738 ℃→室温）
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
机械基础(陈长生)03机械工程材料及其选用PPT课件
一、强度和塑性 （1）强度：材料抵抗变形和断裂的能力
比例极限 p
弹性极限 e 屈服点 s 抗拉强度 b
（2）塑性 材料断裂前塑性变形的能力
•伸长率(延伸率) d
l1l10% 0
l
•断面收缩率ψ
AA110% 0
A
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
（1）回火的目的 回火的目的是减少内应力；稳定 组织，使工件形状、尺寸稳定；调整组织，消除脆性，以 获得工件所需要的使用性能。
（2）回火的方法及应用 1）低温回火（150℃～250℃） 回火后的硬度一般为 58～64HRC。低温回火一般用于表面要求高硬度、高耐磨 的工件，如刀具、量具、冷作模具、滚动轴承、渗碳件、 表面淬火件等。 2）中温回火（350℃～500℃） 中温回火后的硬度为 35～50HRC。中温回火一般用于要求弹性高、有足够韧性 的工件，如弹簧、弹性元件及热锻模具等。 3）高温回火（500℃～650℃）（调质） 高温回火后 的硬度一般为220～330HBS。通常将淬火加高温回火相结 合的热处理称为调质处理，调质处理广泛用于汽车、拖拉 机、机床等重要的结构零件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类 。
（2）淬火方法及其应用 为了保证钢淬火后得到马氏体， 同时又防止产生变形和开裂，应选择合适的淬火方法。常 用淬火方法如图3-13所示，图中MS是指马氏体开始转变温 度（约为230oC）。
①单液淬火 ②双液淬火 ③分级淬火 ④等温淬火
3．钢的回火 将淬火钢重新加热到A1以下某一温度 ，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，称为回 火。它是紧接淬火的热处理工序。
2．钢的淬火 淬火是将钢件加热到相变点Ac3或Ac1以 上30～50℃,保温一定时间，然后快速冷却，获得马氏体 （或贝氏体）组织的热处理工艺。淬火是强化钢铁零件最 重要的热处理方法。
机械工程 完整的ppt课件
一）
σ— γ
N
疲劳曲线（等应力循环特征γ的不等寿命N曲线）
描述应力循环次数N和疲劳极限σγN间关系的曲线，其横坐标为应力循环次 数N，纵坐标为疲劳极限σγN
机械零件的疲劳大多发生在 －N曲线D点以前，可用下式描
述：
m rN NC (N ND)
D点以后的疲劳曲线呈一水 平线，代表着无限寿命区， 其方程为：
m a 1 a/ m 1tg
对应的疲劳极限：
r 'm'a ( 1 a( a m m ))
等效系数
21 0 0
已知材料的机械性能 1 0 S( b)
可作 r 简图
折线ADG上任一点，表示在
不同 r 时的疲劳极限
编辑版pppt
24
零件的极限应力图还应考虑应力集中、绝对尺寸、表面状态的影响
机械设计(Machine Design) ——即为各种机械
装置的设计，机械设计是为了满足机器的某些特定
功能而进行的创造性过程，设计是创造性的劳动，
设计的本质在于创新。本课程主要介绍机械设计中
的一些基础知识。
编辑版pppt
2
机械设计课程的研究对象——机械。如：
破 碎 机
指 南 车
内燃机
编辑版pppt
材料的极限应力
安全系数
1．静应力作用下 脆性材料制造的零件：σlim =σb 零件极限应力 塑性材料制造的零件：σlim =σS
2．变应力作用下零件限应力 ——σlim = σγN
疲劳极限 3.安全系数——S的取值对零件的结构尺寸、工作可靠性均 有影响，设计时应根据零件的重要性、零件材料的质量、栽 荷计算准确性等方面，合理选编辑取版p，ppt 具体数值可参考设计资料19 。
机械工程材料(八)
成人高等教育机械工程材料一、单选题（每题2分，共25道小题，总分值50分）1.冷变形金属再结晶后，则（）。
（2分）A、形成等轴晶，强度增大B、形成柱状晶，塑性下降C、形成柱状晶，强度升高D、形成等轴晶，塑性升高纠错正确答案：D、2.铁素体＋石墨的铸铁，它的结晶过程是按照（）相图进行。
（2分）A、铁－渗碳体B、铁－石墨C、先铁-渗碳体D、后铁-石墨E、先铁-石墨F、后铁-渗碳体正确答案：B、3.在室温平衡组织中，４５钢中的（）比２５钢多。
（2分）A、珠光体的相对量B、先共析铁素体的相对量C、二次渗碳体的相对量D、铁素体相的相对量正确答案：A、4.碳溶入γ－Ｆｅ中形成的固溶体，其晶格形式是（）。
（2分）A、简单立方晶格B、体心立方晶格C、面心立方晶格D、密排六方晶格正确答案：C、5.金属材料的力学性能可以理解为金属抵抗外加载荷引起的（）的能力。
（2分）A、断裂与磨损B、变形和断裂C、屈服和失效正确答案：B、6.化学热处理（）。
（2分）A、改变工件的化学成分B、改变工件组织C、既改变工件表面的化学成分又改变其表面的组织正确答案：C、7.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（）。
（2分）A、20Cr渗碳淬火后低温回火B、ZGMn13—3经水韧处理C、W18Cr4V淬火后低温回火正确答案：B、8.６５钢适宜制造（）零件。
（2分）A、冲压B、弹性C、刃具D、调质零件正确答案：B、9.除（）元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。
（2分）A、C、oB、C、rC、Mn正确答案：A、10.在钢中能够形成碳化物的合金元素是（）。
（2分）A、镍B、铬C、硅D、铝正确答案：B、11.金属化合物的机械性能特点是（）。
（2分）A、高塑性B、高韧性C、高强度D、硬而脆正确答案：D、12.从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以（）温度为界限区分的。
（2分）A、结晶B、再结晶C、相变D、25℃正确答案：B、13.冷变形是在（）进行的塑性变形。
《机械工程材料》PPT课件
四、课程的目的
机械制造与材料：结构—性能—加工工艺
内部结构与性能：材料的性能来源于该材料的内部结构，这是对 工程师和学者最具有重要价值的一个原则。 加工工艺与性能：材料必须进行加工，以满足工程师对所设计产 品的要求，目的是要了解结构变化的本质，以便于制定适当的工艺 流程。 使用行为：在材料的选用中，不仅要考虑初始要求，而且要考虑 使那些材料内部结构发生变化，从而导致材料性能发生变化的使用 条件。
一、材料科学与社会发展
其他材料 与陶瓷材料和金属材料发展的同时
天然高分子材料 棉、麻、丝绸材料
功能材料 磁铁—指南针
一、材料科学与社会发展
2. 材料科学发展与现代文明的联系
18世纪世界工业迅速发展，对材料提出了更高要求。 1863年光学显微镜，1912年X射线衍射技术和1932年电 子显微镜等仪器出现 金属学日趋完善，大大推动了金属材料的发展
性能和热处理性能等）
三、机械工程材料
1. 机械工程材料含义：
机械工程材料顾名思义就机械工程中应用的材料问题，应该是跨越机 械和材料两个学科，以机械工业的需求出发，推动材料科学技术的发 展，同时材料科学的新进展又推动了机械工程技术的革新和发展。
三、机械工程材料
2. 材料技术对机械工程发展的促进：
四、课程的目的
一、材料科学与社会发展
2. 材料科学发展与现代文明的联系
现代社会文明的三大支柱：能源、信息和材料 信息时代是建立在材料的基础上
硅半导体→晶体管→集成电路→计算机 磁性材料→信息贮存 激光材料+光导纤维→信息传输→信息网络 能源技术以材料为支撑 再生能源、核能、燃料电池等
信息时代
一、材料科学与社会发展
四、课程的目的
《材料力学》课件8-4扭转与弯曲
航空航天领域
举例扭转和弯曲在飞机机翼、直 升机旋翼、卫星结构等方面的应 用实例。
土木工程领域
讲解扭转和弯曲在桥梁、地基和 地下管道等土木工程中的应用实 例。
机械工程领域
举例扭转和弯曲在机械零部件、 轴承、液压机等机械工程中的应 用实例。
6. 总结
1 重要性和应用范围
总结扭转和弯曲在工程中的重要性和应用范围，以及同学们的学习收获。
2
扭转试验
介绍扭转试验的方法和流程，以及扭转试验数据的处理和分析。
3
扭转刚度的计算
讲解扭转刚度计算公式和实例，帮助同学们掌握扭转性能的评价方法。
3. 弯曲
应力和应变的概念
讲解弯曲产生的应力和应变的概 念和计算方法，以及弯曲性能的 评价方式。
弯曲试验
介绍常见的弯曲试验方法和实验 流程，讲解实验数据的处理和分 析。
材料力学：扭转与弯曲
本课件将介绍扭转和弯曲在材料力学中的概念、试验、计算和应用实例，希 望为同学们提供一定的指导和帮助。
1. 引言
扭转和弯曲的定义
了解扭转和弯曲在力学中的基本概念和区别。
背景知识
了解扭转和弯曲在工程中的实际应用和重要性。
2. 扭转
1
切应力和切应变
理解扭转产生的切应力和切应变，以及其在工程中的应用。
2 本章主要内容和知识点
总结本章的主要内容和学习重点，帮助同学们复习和梳理知识。
弯曲刚度和挠度的计算
讲解弯曲刚度和挠度的计算公式 和实例，帮助同学们深入理解弯 曲的本质和应用。
4. 扭转和弯曲的联系
对比与联系
对比分析扭转和弯曲在应力、应变、刚度、变形 等方面的区别和联系，帮助同学们深入理解。
8章机械系工程材料教学课件
11
结论：主要原因是半轴凸缘与杆连接的轴台阶处表面存在脱 碳层，在高的扭转疲劳剪应力作用于形成裂纹源；40Cr钢 中含有较多的大尺寸非金属夹杂物；此外，热处理工艺不当， 中频感应淬火温度偏高且回火不足，使材料的综合力学性能 变差，使表面萌生的裂纹在应力作用下迅速扩展，导致半轴 发生早期疲劳断裂。
12
8
能谱分析：因夹杂物数量多、尺寸大，用能谱仪对夹杂物成 分进行分析后发现球形夹杂物为复合氧化物，其成分与冶炼 炉渣相近。 原因：由于采用上铸法浇注时炉渣容易混于钢液中而条 状硫化物夹杂主要为硫化铁和硫化锰，是由于钢材在轧制时 发生变形所致。
力回火→粗磨→氮化→精加工→检验
19
6.典型轴类零件的选材示例 例1：机床主轴的选材与工艺路线
20
➢ 车床主轴，工作时承受应力不大。主轴大端内锥孔和锥度外 圆，经常与卡盘、顶针有相对摩擦；花键部分与齿轮有相对 滑动，轴颈处易磨损；锥孔与外圆锥面，易拉毛，故这些部 位要求有较高的硬度和耐磨性。
➢ 选用45钢制作。
26
4.齿轮类零件的常用材料 一般选用45、40Cr、40 CrNi、40MnB、35CrMo等中 碳钢或中碳合金钢锻件为毛坯。 单件或小批量生产，直径100mm以下的小齿轮可用圆钢下 料毛坯。 直径500mm以上的大型齿轮锻造比较困难，常采用铸钢件 或球墨铸铁。
27
铸造齿轮一般以辐条结构代 替锻造齿轮的辐板结构，有 时也以焊接方式生产大型齿 轮毛坯，特殊情况下选用工 程塑料，如受力不大或在无 润滑条件下工作的齿轮，可 选用尼龙、聚碳酸脂等高分 子材料来制造
8.2 零件设计中的材料选择
选材的基本原则
选材的一般步骤及注意事项
使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。
结论：主要原因是半轴凸缘与杆连接的轴台阶处表面存在脱 碳层，在高的扭转疲劳剪应力作用于形成裂纹源；40Cr钢 中含有较多的大尺寸非金属夹杂物；此外，热处理工艺不当， 中频感应淬火温度偏高且回火不足，使材料的综合力学性能 变差，使表面萌生的裂纹在应力作用下迅速扩展，导致半轴 发生早期疲劳断裂。
12
8
能谱分析：因夹杂物数量多、尺寸大，用能谱仪对夹杂物成 分进行分析后发现球形夹杂物为复合氧化物，其成分与冶炼 炉渣相近。 原因：由于采用上铸法浇注时炉渣容易混于钢液中而条 状硫化物夹杂主要为硫化铁和硫化锰，是由于钢材在轧制时 发生变形所致。
力回火→粗磨→氮化→精加工→检验
19
6.典型轴类零件的选材示例 例1：机床主轴的选材与工艺路线
20
➢ 车床主轴，工作时承受应力不大。主轴大端内锥孔和锥度外 圆，经常与卡盘、顶针有相对摩擦；花键部分与齿轮有相对 滑动，轴颈处易磨损；锥孔与外圆锥面，易拉毛，故这些部 位要求有较高的硬度和耐磨性。
➢ 选用45钢制作。
26
4.齿轮类零件的常用材料 一般选用45、40Cr、40 CrNi、40MnB、35CrMo等中 碳钢或中碳合金钢锻件为毛坯。 单件或小批量生产，直径100mm以下的小齿轮可用圆钢下 料毛坯。 直径500mm以上的大型齿轮锻造比较困难，常采用铸钢件 或球墨铸铁。
27
铸造齿轮一般以辐条结构代 替锻造齿轮的辐板结构，有 时也以焊接方式生产大型齿 轮毛坯，特殊情况下选用工 程塑料，如受力不大或在无 润滑条件下工作的齿轮，可 选用尼龙、聚碳酸脂等高分 子材料来制造
8.2 零件设计中的材料选择
选材的基本原则
选材的一般步骤及注意事项
使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。
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一、铜及铜合金性能特点
纯铜呈紫红色，故又称紫铜，
热轧铜合金
具有面心立方晶格，无同素异
构转变，无磁性。
纯铜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。塑性好。
铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、
Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性. 铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。
热到固溶线以上，保温
淬火过饱和
并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。
时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温 度保温，以析出弥散强化相的热处理。
在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进 行的时效称人工时效。 时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰 值，超过峰值时间， 析出相聚集长大，强
又称硅铝明。其中
ZL102(ZAlSi12)是含
12%Si的铝硅二元合
12.7% 577℃
金，称为简单硅铝明.
在普通铸造条件下， ZL102组织几乎全部为共晶体，
由粗针状的硅晶体和固溶体组成，强度和塑性都较 差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细 小均匀的共晶体加一次固溶体组织，以提高性能。
三、青铜
除黄铜和白铜外的其他铜合金
青铜制品
统称为青铜。
加工青铜的牌号为：Q +主加 元素符号及其平均百分含量+ 其他元素平均百分含量 如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn). 常用青铜有锡青铜、铝青铜、 铍青铜、硅青铜、铅青铜等。
1、锡青铜
是以锡为主加元素的铜合金， 锡含量一般为3~14%。 锡青铜铸造流动性差，铸件密 度低，易渗漏，但体积收缩率 在有色金属中最小 。 锡青铜耐蚀性良好，在大气、
铝合金型材
铝铸件般具有有限固溶型共晶相图。 可将铝合金分 为变形铝合金 和铸造铝合金
铝合金分类示意图
两大类。
变形铝合金又
分为可热处理
强化和不可热
处理强化两类.
三、铝合金的热处理
可热处理强化变形铝合 金的热处理方法：固溶 处理 + 时效。
加热固溶
时效析出
固溶处理是指将合金加
第一节 铝及铝合金
一、铝及铝合金性能特点
纯铝具有银白色金属光泽，密
铝合金制造的机翼
度小(2.72 )，熔点低(660.4℃),
导电、导热性能优良。
耐大气腐蚀，易于加工成形 。
具有面心立方晶格，无同素异
构转变，无磁性。
铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。
铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn 等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。
飞机翼梁(腹板 为硬铝合金)
③ 超硬铝合金
属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并
含有少量Cr和Mn。
时效强化效果超过硬铝合金. 热态塑性好，但耐蚀性差。 常用合金有 LC4 (7A04 )、 LC9 (7A09 )等，主要用于工 作温度较低、受力较大的结 构件, 如飞机大梁、起落架等.
飞 机 主 起 落 架
⑷ Al-Zn系铸造铝合金
这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强
化；但密度大，耐蚀性较差。
常用代号为 ZL401(ZAlZn11Si7)、 ZL402(ZAlZn6Mg)等. 主要用于制造形状复 杂受力较小的汽车、 飞机、仪器零件。
大型空压机活塞(ZL401)
第二节 铜及铜合金
黄铜棒
H(黄)+主加元素符号(Zn除
外)+铜平均百分含量+主加元
素平均百分含量, 如HPb59-1.
黄 铜 制 品
特殊黄铜强度、耐蚀性比普
通黄铜好，铸造性能改善。
常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、 HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。 主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋 桨、轴承、衬套及阀体等。
2、铝青铜 以铝为主加元素 的铜合金，铝含 量为5~11%。 强度、硬度、耐 能好，但焊接性能差。
大型水力发电设备中的抗磨环
磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性 常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。
主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、
耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。
聚 碳 酸 酯
Ti
碳 纤 维
材料
各种材料在先进汽车中占的重量百分比
变形有色金属及其合金的牌号表示方法还不统一。
铸造有色金属及其合金 牌号表示方法统一如下: ① 铸造有色纯金属的牌 号为 Z +该金属元素符号+ 纯 度百分含量数字(或用一 短横加顺序号)。 如ZAl99.5和ZTi-1。
铝 锭
第八章 有色金属 及其合金
在工业生产中，通
常把铁及其合金称
为黑色金属，把其
他非铁金属及其合 金称为有色金属。
有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具
有许多优良的特
性，如特殊的电、
磁、热性能，耐 蚀性能及高的比 强度(强度与密度 之比)等，已成为 现代工业中不可 缺少的金属材料.
Al Fe 塑 料 其 它 橡 胶 磁 玻 材 璃 料
全世界铝的用量
一次生产量
二次回收量
总用量
GB 3190-82中的旧牌号仍 可继续使用，表示方法为:
防锈铝合金：LF+序号 硬铝合金： LY +序号 超硬铝合金：LC +序号 锻铝合金： LD +序号
铝 合 金 制 品
铝合金波纹管
铝是可以回收利用的金属
⑵ 常用变形铝合金
① 防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg 系合金。
普通黄铜的显微组织
单相黄铜
两相黄铜
单相黄铜塑性好。
常用牌号有H80、H70、 H 68。
冷凝器管
适于制造冷变形零件，如 弹壳、冷凝器管等。 两相黄铜热塑性好, 强度高. 常用牌号有H59、H62。 适于制造受力件，如垫圈、 弹簧、导管、散热器等。
汽车机油泵衬套
2、特殊黄铜 在普通黄铜的基础上加入Al、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni 等元素形成特殊黄铜。 加工特殊黄铜的牌号为：
Cu-Sn相图
海水及无机盐溶液中的耐蚀性
比纯铜和黄铜好，但在硫酸、
盐酸和氨水中的耐蚀性较差。
锡青铜锭
常用牌号有QSn4-3、
QSn6.5-0.4、
船用青铜软 管快速接头 阀(锡青铜阀 体、阀盖)
ZCuSn10Pb1等。
主要用于耐蚀承载件,
如弹簧、轴承、齿轮 轴、蜗轮、垫圈等。
锡青铜管
特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元
素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。 其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。 常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。 用于制造精密机械、仪表零件及 医疗器械等。
康铜热偶
白铜型材
第三节 钛及钛合金
一、工业纯钛
汽化 器(热 交换 管为 LF21)
制造管道、容器、铆
钉及承受中等载荷的
零件。
② 硬铝合金
主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。 可进行时效强化，也可进行变形强化。 强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。
常用硬铝合金如LY11
(2A11)、 LY12 (2A12) 等，用于制造冲压件、 模锻件和铆接件，如 螺旋桨、梁、铆钉等.
蒙皮等。
美F-117隐身战斗机
(所用材料大部分是铝合金)
高比强铝合金机翼
2、铸造铝合金
包括：
Al- Si系： 代号为ZL1+两位数字顺序号 Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号
Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号
Al-Zn系： 代号为ZL4+两位数字顺序号
⑴ Al-Si系铸造铝合金
② 铸造有色合金的牌号为 Z+基体元素符号+主要合金元素符号及其名义百分
含量数字+其他合金元素符号及其百分含量数字。
如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。
混合稀土元素符号用RE表示。
优质合金在牌号后标注字母“A”。 有色金属种类很多，本章仅对机 械、仪表等工业中广泛使用的铝、 铜、钛及轴承合金作简要介绍。
(ZAlCu5Mn)、ZL203
(ZAlCu4)等。主要用于 制造在较高温度下工作 的高强零件，如内燃机 汽缸头、汽车活塞等。
汽缸头
⑶ Al-Mg系铸造铝
合金 这类合金的耐蚀性 好，强度高，密度 小；但铸造性能差, 耐热性低。
鼓风机密封件等 (ZL102、301)
常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等. 主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介 质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。
纯钛密度小，熔点高。
882.5℃发生同素异构转