机械基础-第3章 常用金属材料
机械基础03-3.3金属材料的热处理
第三节金属材料的热处理一、概论：1.热处理：热处理是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结构与性能的工艺。
2.热处理的目的：①提高零件的使用性能；②充分发挥钢材的潜力；③延长零件的使用寿面；④改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的磨损。
3.钢的热处理方法：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。
4.热处理使钢性能发生变化的原因：由于铁有同素异转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织与结构变化。
二、退火：1.概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。
2.退火的主要目的是：①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；②细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织上的准备；③消除钢中的残余内应力，以防止变形帮开裂。
3.退火的方法：①完全退火的应用：中碳钢及低、中碳合金结构钢的锻件、铸件、热轧型材等。
②球化退火的应用：适用于共析钢及过共析钢。
如碳素工具钢，合金工具钢、轴承钢等。
③去应力退火的应用：消除塑性变形、焊接、切削加工、铸造等形成的残余内应力。
三、正火1.概念：将钢加热到一定温度，保温适当的时间，在空气中冷却的工艺方法。
2.应用：①善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；②正火可细化晶粒；③消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力学性能，并为球化退火作组织准备；④代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。
四、淬火1.概念：将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或下马贝氏组织的热处理工艺称为淬火；2.目的：主要获得马氏体，提高钢的强度和硬度。
3.钢的淬氏性和淬硬性4.淬火缺陷：①氧化与脱碳②过热和过烧③变形与开裂④硬度不足五、回火1.概念：将钢淬火后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。
2.回火目的：①消除内应力；②获得所需要的力学性能；③稳定组织和尺寸。
机械基础：第03章机械工程材料
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.2 合金钢
3.合金工具钢 (2)刃具钢 ②高速钢 用途：主要适宜于制造切削速度较高的刃具（如车刀、钻头等）和形状复杂、负载较重的 成形刀具（如铣刀、拉刀等）。此外高速钢还可用于制造冷冲模、冷挤压模以及某些耐磨 零件。常用的高速钢有钨系高速钢，如W18Cr4V；钼系高速钢，如W6Mo5Cr4V2等。 (3)模具钢 定义：主要用来制造各种模具的钢称为模具钢。 ①冷变形模具钢 用于制造冷态金属成形的钢称为冷变形模具钢。如冷冲模、冷压模等。冷变形模具钢的性 能特点是高的硬度和高耐磨性，具有足够的强度、韧性和疲劳强度。 常用的冷变形模具钢有9SiCr、Cr12和Cr12MoV等。
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
2.碳素钢 （1）碳素结构钢 ②优质碳素结构钢 牌号：优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字代表钢的平均含碳质量分数的万 之一。例如45表示平均含碳质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。 按照钢中锰的含量不同，可分为普通含锰量钢（WMn≤0.80%）和较高含锰量钢（WMn =0.7%～1.2%）两种，如果是后一种钢，则在两位数字后面加上Mn，如45Mn表示平均含碳 量分数为0.45%的较高锰优质碳素结构钢。 用途：优质碳素结构钢既保证力学性能又保证化学成分，而且钢中的有害杂质硫、磷质量分 数较低，质量较高，故广泛用于制造较重要的零件。
根据钢中含有害元素磷、硫质量分数划分。
普通碳素钢 Ws≤0.035%，Wp≤0.035%
优质钢
Ws≤0.030%，Wp≤0.030%
高级优质钢 Ws≤0.020%，Wp≤0.025%
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
汽车机械基础学习任务3
任务目标 重点难点 主要内容 本章小结
第1页
学习任务3 汽车常用金属材料
任务目标
了解非金属材料的种类 掌握各种非金属材料的基本性能、组成及分 类 熟悉各种非金属材料在汽车上应用 了解各种汽车用非金属材料 掌握非金属材料的基础知识，学会恰当选材
第2页
学习任务3 汽车常用金属材料
第38页
学习任务3 汽车常用金属材料
（2）隔热性
普通玻璃的隔热性不好，但经过热处理后，可提高其 耐热性。
（3）隔声性
普通玻璃的隔声性能比较差，中空玻璃由于空气层的 作用其平均隔声效果较好，夹层玻璃是隔声性能最好的。 夹层玻璃由于在两片玻璃之间夹有粘弹性材料PVB胶片， 消除了两片玻璃之间的声波耦合，极大地提高了玻璃的隔 声性能。
第25页
学习任务3 汽车常用金属材料
（2）汽车内饰用塑料
汽车内饰用塑料要求具有吸震性好、手感好，耐用性 好等的特点，包括仪表板、门内板、座椅、顶棚、门手柄 等；外饰件包括保险杠、散热器格栅、档泥板、侧防撞条 及灯类。
塑料外饰件采用五种主要的塑料，其包括：热固性塑 料、热塑性弹性体、工程树脂、日用热塑性塑料。常用的 汽车内饰塑料有：聚丙烯、ABS、聚氨酯、聚氯乙烯等。
第16页
学习任务3 汽车常用金属材料
二、塑料 汽车工业是工程塑料应用最为广泛、使
用量最大的工业门类，也是工程塑料最有发 展潜力的领域之一。
第17页
学习任务3 汽车常用金属材料
1．塑料的特点
塑料属于高分子材料，可在加热、加压条件下 被注塑或固化成形。汽车用工程塑料，主要用于制 造某些机器零件或构件，具有质量轻，化学稳定性 好，比强度高、韧度和耐磨性较好，优良的耐磨、 减震性，良好的吸震性和消声性。
机械制造基础-第3章锻压
单件小批生产 ----手工两箱分模造型
加工余量:上面>侧面>底面 模样放收缩率1%
大批生产 ----机器两箱分模造型 (共用同一个铸造工艺图)
上 下
作业答案：5.支撑台
表示圆周面不需要 加工，即相对来说不重要， 因此将铸件横卧下来，造 型最简单。
上 下
单件小批生产 ----手工两箱分模造型
凸模
凹 模
SHANGHAI UNIVERSITY
上海大学机自学院
2．弯曲---是利用弯曲模使工件轴线弯成一定 角度和曲率的工序。 自由弯曲 ① 弯曲方法 校正弯曲
② 弯曲件废品类型
自由弯曲 校正弯曲
外层开裂---当外侧拉应力超过板料抗拉强度时， 将在外侧转角处出现裂纹。 故应限制板料的最大弯曲变形程度（即最小弯曲 半径）,一般 r min ≥t（板厚）；同时注意毛坯 下料方向，最好使板料流线方向与弯曲线垂直。
SHANGHAI UNIVERSITY
例1:
例2:
SHANGHAI UNIVERSห้องสมุดไป่ตู้TY
上海大学机自学院
3.3 板料冲压
板料冲压→在冲床上用冲模使板料产生分离 或变形而获得制件的加工方法。又叫冷冲压。 冲压的优点是生产率高、成本低；成品的形 状复杂、尺寸精度高、表面质量好且刚度大、 强度高、重量轻，无需切削加工即可使用。因此 在汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器、轻工 和日用品及国防工业生产中得到广泛应用。 常用的冲压材料有低碳钢、高塑性合金钢、 铝和铝合金、铜和铜合金等金属板料、带料与卷 料，还可加工纸板、塑料板、胶木板、纤维板等 非金属板料。
放收缩率1% 余量：上面>侧面>下面
作业答案：5.支撑台
国开作业机械制造基础-第三章 本章测验47参考（含答案）
题目：金属型铸造主要适用于浇注的材料是（）。
选项A：铸铁
选项B：有色金属
选项C：铸钢
答案：有色金属
题目：铸造时冒口的主要作用是（）。
选项A：增加局部冷却速度
选项B：提高流动性
选项C：补偿热态金属，排气及集渣
答案：补偿热态金属，排气及集渣
题目：下列是锻造特点的是 ( ) 。
选项A：降低力学性能
选项B：生产效率低
选项C：省料
选项D：适应性差
答案：省料
题目：板料冲压时( ) 。
选项A：需加热
选项B：不需加热
选项C：需预热
选项D：以上都不正确
答案：不需加热
题目：下列符合焊接特点的是( ) 。
选项A：可焊不同类型的金属材料
选项B：焊缝密封性差
选项C：成本高
选项D：设备复杂
答案：可焊不同类型的金属材料
题目：根据药皮所含氧化物的性质，焊条分为酸性焊条和碱性焊条两类。
选项A：对
选项B：错
答案：对
题目：用直流电流焊接时，焊件接正极，焊条接负极，称为反接。
选项A：对
选项B：错
答案：错。
机械常用材料
机械常用材料
机械制造是现代工业中的重要组成部分，而材料的选择对于机械性能和使用寿
命起着至关重要的作用。
在机械制造过程中，常用的材料有金属材料、塑料材料和复合材料等。
本文将重点介绍机械常用的金属材料，包括钢、铝、铜和铸铁等。
首先，钢是机械制造中使用最广泛的金属材料之一。
钢具有较高的强度和硬度，同时具有良好的塑性和韧性，因此在制造机械零部件和结构件时得到广泛应用。
根据不同的成分和热处理工艺，钢可以分为碳素钢、合金钢和不锈钢等多个种类，满足不同机械零部件对材料性能的要求。
其次，铝也是一种常用的机械材料。
铝具有较低的密度和良好的导热性能，因
此在制造轻型机械零部件和结构件时具有优势。
此外，铝具有良好的耐腐蚀性能，可以在恶劣环境下使用，因此在航空航天和汽车制造领域得到广泛应用。
另外，铜也是一种重要的机械材料。
铜具有良好的导电性和导热性，因此在制
造电气设备和散热器等零部件时得到广泛应用。
此外，铜还具有良好的加工性能，可以制成各种复杂形状的零部件，满足不同机械结构的需求。
最后，铸铁是一种常用的铸造材料。
铸铁具有较高的热膨胀系数和较低的收缩率，因此在制造大型机械零部件和机床床身等铸件时得到广泛应用。
根据不同的成分和组织状态，铸铁可以分为灰口铸铁、球墨铸铁和白口铸铁等多个种类，满足不同机械零部件对材料性能的要求。
综上所述，机械常用的金属材料包括钢、铝、铜和铸铁等，它们各具特点，在
机械制造中发挥着重要作用。
在实际应用中，需要根据机械零部件的具体要求和工作环境的要求，选择合适的材料，以确保机械的性能和使用寿命。
工程材料与机械制造基础-3-金属的晶体结构与结晶
17:05
金属的结晶
• 纯金属的结晶过程 • 液态金属的结晶过程分为两个阶段：① 形成晶核，② 晶核长大。
17:05
纯金属的结晶过程
• 晶核的形成过程 • 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时 聚时散，称为晶坯。 • 在T0以下, 经一段时间后(即孕育期), 一些大尺寸的 晶坯将会长大，称为晶核。
刃型位错
螺型位错
刃型位错和螺型位错
刃型位错的形成
实际金属的结构
• 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半 个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原 子面的边缘就是刃型位错。 • 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 • 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。
17:05
{110}
Z （110） （011） （011） （101） （101） Y （110）
X
17:05
金属的晶体结构
立方晶系常见的晶向为：
100 : [100]、 [010]、 [001] 110 : [110]、 [101]、 [011]、 [1 10]、 [1 01]、 [0 1 1] 111 : [111]、 [1 11]、 [1 1 1]、 [111]
密排六方晶格的参数
常见的金属晶格
• 密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
1 原子半径 ：r a 2 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
常见的金属晶格
三种常见晶格的密排面和密排方向
•单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。
17:05 三斜
金属的晶体结构
机械制造基础第三章习题及答案
第三章习题与答案3-1铸造生产具有哪些优点和缺点？答：由于铸造成形是由液态凝结成固态的过程，故铸造生产具有以下特点。
1）成形方便铸造成形方法对工件的尺寸形状几乎没有任何限制，铸件的尺寸可大可小，可获得形状复杂的机械零件。
因此，形状复杂或大型机械零件一般采用铸造方法初步成形。
在各种批量的生产中，铸造都是重要的成形方法。
2）适应性强铸件的材料可以是各种金属材料，也可以是高分子材料和陶瓷材料。
3）成本较低由于铸造成形方便，铸件毛坯与零件形状相近，能节省金属材料和切削加工工时；铸造原材料来源广泛，可以利用废料、废件等，节约国家资源；铸造设备通常比较简单，价格低廉。
因此，铸件的成本较低。
4）铸件的组织性能较差一般条件下，铸件晶粒粗大（铸态组织），化学成分不均，因此，受力不大或承受静载荷的机械零件，如箱体、床身、支架等常用铸件毛坯。
3-2金属的铸造性能包括哪些方面？答：金属在铸造过程中所表现出来的性能统称为金属的铸造性能，主要是指流动性、收缩性、偏析和吸气性等。
3-3试述砂型铸造的工艺过程。
答：根据零件图的形状和尺寸，设计制造模样和芯盒；制备型砂和芯砂；用模样制造砂型；用芯盒制造型芯；把烘干的型芯装入砂型并合型；熔炼合金并将金属液浇入铸型；凝固后落砂、清理；检验合格便获得铸件。
3-4为了保证铸件质量，在设计和制造模样及芯盒时应注意哪些问题？答：1）选择分型面：分型面是铸型组之间的接合面，一般情况下，也就是模样的分模面。
选择分型面时，应考虑铸件上的主要工作面、大平面、整个铸件的加工基准面等的合理安置。
例如铸件的主要工作面应放在下型或朝下、朝侧面。
因为铸造时，铸件上表面容易产生气孔、夹渣等缺陷，而铸件下面的质量较好。
2）起模斜度：为了使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒脱出，在平行于起模方向的模样上或芯盒壁上应有一定的斜度，一般模样斜度为1°~3°，金属模样斜度为0.5°~1°。
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。
电子教案-机械基础(第4版_刘跃南)电子教案-1.机械工程材料
1-1 概述
20世纪后期以来，由于电子信息、航空航天等尖端技术的迅速发展，对新材料的研究与开发起到了很大 的刺激与促进作用，以高温超导材料、精细陶瓷材料、纳米材料为代表的新材料与新材料技术不断涌现。但 存在一个较为普遍的问题，即新材料研制与制备加工工艺开发的非同步发展。高温超导材料、金属陶瓷梯度 功能材料等，作为先进材料的优越性与实用价值非常明显，但尚缺少高效、低成本的制备与加工技术。
表１－１ 金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照
1-2 金属材料的主要性能
在拉伸试验过程中，通过自动记录或绘图装置得到的表示试样所受载荷F和伸长量Δl的关系曲线称为拉伸 曲线；经计算，可得到表示试样所受应力σ和应变ε的关系曲线，称为应力－应变曲线。图1-1所示分别为低 碳钢试样的拉伸曲线和应力－应变曲线。
1-1 概述
第一次工业革命时期（18世纪60年代——19世纪中期），人类开始进入蒸汽机时代，材料加工的特点是 以机器取代人力，以大规模工厂化生产取代个体工场手工生产。随着蒸汽机的广泛使用，以及随之出现的矿 山、冶金、轮船和机车等大型机械的发展，需要成形加工和切削加工的金属零件越来越多，所用的金属材料 由铜、铁，发展到以钢为主。材料加工包括锻造、冲压、钣金工、焊接、热处理等技术及其装备，以及切削 技术和机床、刀具、量具等得到了迅速发展。
1-2 金属材料的主要性能
3.静载荷拉伸试验 金属材料的强度、塑性可通过静拉伸试验来确定。 目前金属材料室温拉伸试验方法采用GB/T—2002，由于目前原有的金属材料力学性能 数据是采用旧标准进行测定和标注的，所以原有旧标准GB/T228—1987仍然沿用，本教材为叙述方便采用旧标 准。关于金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照见表1-1。
第一章
工程材料基础知识 课后习题答案
第一章工程材料根底知识参考答案1．金属材料的力学性能指标有哪些？各用什么符号表示？它们的物理意义是什么？答：常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。
强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏〔过量塑性变形或断裂〕的性能。
强度常用材料单位面积所能承受载荷的最大能力〔即应力σ，单位为Mpa〕表示。
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形〔永久变形〕而不被破坏的能力。
金属塑性常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬程度的指标，是一个综合的物理量。
常用的硬度指标有布氏硬度〔HBS、HBW〕、洛氏硬度〔HRA、HRB、HRC等〕和维氏硬度〔HV〕。
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。
冲击韧性的常用指标为冲击韧度，用符号αk表示。
疲劳强度是指金属材料在无限屡次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。
疲劳强度用σ–1表示，单位为MPa。
2．对某零件有力学性能要求时，一般可在其设计图上提出硬度技术要求而不是强度或塑性要求，这是为什么？答：这是由它们的定义、性质和测量方法决定的。
硬度是一个表征材料性能的综合性指标，表示材料外表局部区域内抵抗变形和破坏的能力，同时硬度的测量操作简单，不破坏零件，而强度和塑性的测量操作复杂且破坏零件，所以实际生产中，在零件设计图或工艺卡上一般提出硬度技术要求而不提强度或塑性值。
3．比拟布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。
答：〔1〕布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头，以相应的试验力F压入材料的外表，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量剩余压痕平均直径d，用球冠形压痕单位外表积上所受的压力表示硬度值。
实际测量可通过测出d值后查表获得硬度值。
布氏硬度测量范围：用于原材料与半成品硬度测量，可用于测量铸铁；非铁金属〔有色金属〕、硬度较低的钢〔如退火、正火、调质处理的钢〕〔2〕洛氏硬度测量原理：用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力F 的作用下，将压头压入材料外表，保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用剩余压痕深度增量计算硬度值，实际测量时，可通过试验机的表盘直接读出洛氏硬度的数值。
机械材料手册
机械材料手册机械材料是指用于制造机械零部件的材料，其性能直接影响着机械产品的质量和使用寿命。
在机械制造领域，选择合适的材料对于提高产品的性能和降低成本至关重要。
因此，本手册将介绍一些常见的机械材料，包括金属材料、塑料材料和复合材料，以及它们的特性、用途和加工工艺。
首先，金属材料是机械制造中最常用的材料之一。
常见的金属材料包括钢、铝、铜、铸铁等。
钢是一种铁碳合金，具有优良的机械性能和加工性能，广泛用于制造各种零部件。
铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，常用于制造航空器和汽车零部件。
铜具有良好的导电性和导热性，常用于制造电气设备和导热器材。
铸铁具有良好的铸造性能和低成本，广泛用于制造机床床身、发动机缸体等。
其次，塑料材料在机械制造中也占据重要地位。
塑料材料具有较低的密度、良好的耐腐蚀性和电绝缘性，广泛用于制造各种零部件。
常见的塑料材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
聚乙烯具有良好的韧性和耐磨性，常用于制造容器、管道等。
聚丙烯具有良好的耐热性和化学稳定性，常用于制造化工设备和管道。
聚氯乙烯具有良好的耐候性和耐腐蚀性，常用于制造建筑材料和电缆。
聚苯乙烯具有良好的绝缘性和抗震性，常用于制造包装材料和保温材料。
最后，复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优异的综合性能，广泛用于制造高性能零部件。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维复合材料、陶瓷复合材料等。
玻璃钢具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，常用于制造化工设备和船舶。
碳纤维复合材料具有较高的强度和刚度，广泛用于制造航空器和汽车零部件。
陶瓷复合材料具有良好的耐高温性和耐磨性，常用于制造发动机零部件和刀具。
综上所述，机械材料是机械制造中不可或缺的一部分，选择合适的材料对于提高产品的性能和降低成本至关重要。
本手册介绍了一些常见的机械材料，包括金属材料、塑料材料和复合材料，希望能对机械制造领域的从业人员有所帮助。
机械制造基础复习题
机械制造基础（本科）复习(闭卷考试) 考试范围1—12章。
一、二题知识点：第2章：力学性能包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性和抗疲劳强度等。
屈服点试样在拉伸过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长（变形）时的力点称为屈服点。
材料的屈服点σs和规定残余伸长应力σ0.2都是衡量金属材料塑性变形抗力的指标。
它们分别表示塑性材料和脆性材料所能允许的最大工作应力，是机械设计的主要依据，也是评定材料优劣的重要指标。
抗拉强度表示材料在拉伸载荷作用下的最大均匀变形的抗力。
零件在工作中所承受的应力，不允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。
抗拉强度σb和屈服点σs一样，也是机械零件设计和选材的主要依据。
断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为塑性。
常用的塑性判据是断后伸长率和断面收缩率。
金属材料的伸长率（δ）和断面收缩率（ψ）数值越大，表示材料的塑性越好。
材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。
常用的硬度表示法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
HB与σb之间有一定的近似关系，因此，可按布氏硬度值近似确定金属材料的抗拉强度：洛氏硬度用HRA、HRB和HRC表示，其中HRC应用的最广泛。
洛氏硬度操作简便迅速，可直接从刻度盘上读出硬度值，由于压痕小，可测定成品及薄工件，并且测试的硬度值范围大。
维氏硬度试验是一种较为精确的硬度试验方法，广泛用于研究工作。
金属在断裂前吸收变形能量的能力称为韧性。
冲击韧度是指冲击试样缺口处单位横截面积上的冲击吸收功。
冲击韧度越大，表示材料的韧性越好。
冲击能量小时，材料的多次冲击抗力主要取决于材料的强度；冲击能量大时，则主要取决于材料的塑性。
在循环应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作而产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为金属的疲劳。
统计表明，在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，因此疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。
第3章：在已知的金属元素中，除少数十几种金属具有复杂的晶体结构以外，占85%的绝大多数金属属于下面三种晶格：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。
《机械制造基础》教材目录
《机械制造基础》教材目录绪论第1章工程材料1.1 材料的物理、化学及机械性能一、物理性能二、化学性能三、金属材料试验与金属材料的机械性能1.2 钢的热处理一、铁碳相图二、钢的热处理方法1.3 钢铁材料一、钢的分类二、碳素钢三、合金钢四、铸铁1.4 有色金属一、铝及铝合金二、铜及铜合金三、钛及钛合金四、轴承合金五、粉末冶金材料1.5 非金属材料一、陶瓷二、高分子材料三、复合材料1.6 主要材料的加工性能一、主要机械材料的加工性能二、材料的选用第2章铸造2.1 砂型铸造一、造型材料二、砂型三、浇注系统、冒口及溢放口四、造型2.2 特种铸造一、金属材料铸造二、压力铸造三、离心铸造四、熔模铸造五、特种铸造的特点和应用2.3 铸件的清理与检验第3章塑性加工3.1 塑性加工概述3.2 金属热变形加工一、锻造二、轧制三、其他热变形加工法3.3 冲压第4章焊接4.1 焊接概述4.2 气焊4.3 电弧焊4.4 其他焊接方法一、电阻焊二、钎焊三、特殊焊接第5章切削加工5.1 切削加工概述5.2 切削基本原理5.3 切削液第6章常用加工机械6.1 车床6.2 钻床与镗床一、钻床二、镗床6.3 刨床6.4 铣床6.5 磨床第7章螺纹及齿轮制造7.1 螺纹加工7.2 齿轮加工第8章特种加工8.1粉末冶金加工8.2 电火花加工8.3 电镀加工8.4 特殊切削加工简介第9章计算机辅助制造9.1 数控加工基础9.2 生产自动化9.3 机械制造的展望第10章新兴制造技术10.1 半导体制造简介10.2 微细制造简介10.3 其他制造技术。
机械基础材料的力学性能
第三章常用金属材料及热处理第一节材料的力学性能一、力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。
力学性能包括：强度、硬度、塑性、硬度、冲击韧性。
二、载荷的概念及分类：1.金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。
2.按载荷作用性质分：①静载荷：是指大小不变或变化过程缓慢的载荷。
②冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。
③交变载荷：是指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化析载荷。
三、变形的概念及分类1.概念：金属材料受到载荷作用而产生的几何形式和尺寸的变化称为变形。
2.分类：弹性变形和塑性变形两种四、强度：1.概念：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
强度的大小用应力来表示。
2.根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
①拉伸试样：拉伸试样的形状一般有圆形和矩形。
d0：直径 L0：标距长度长试样：L0=10d0短试样：L0=5d03.强度指标：①屈服点：在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。
用符号σs表示，计算公式：σs=Fs/S0对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，计算公式：σ0.2=F0.2/So屈服点σs和规定残余伸长应力σ0.2都是衡量金属材料塑性变形抗力的指标。
②抗拉强度:材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。
计算公式为：σb=F b/S0 零件在工作中所承受的应力，不于允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。
五、塑性：1.概念：断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。
塑性由拉伸试验测得的。
常用伸长率和断面收率表示。
①伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。
用δ表示，计算公式：δ=(l1-l0)/l0×100%②断面收缩率：试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。
汽车机械基础汽车金属材料
2021/3/10
8
**合金结构钢
定义：在碳素结构钢的基础上加入合金元素而
得到的钢为合金结构钢
牌号：采用“两位数字+合金元素符号+数字” 的格式表示。例如：
思考：20CrMnTi 的含义
2021/3/10
9
按 性 能 分类 和 用 途 分
合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 滚动轴承钢
2021/3/10
以上为碳素结构钢及其在汽车上应用方面的部分内容
2021/3/10
7
2.合金钢及其在汽车上的应用
合金钢的分类 按用途分： a.低合金结构钢：主要用于制造工程结构的型钢和
钢筋。 b.合金结构钢：用于制造机械零件和工程构件**
c.合金工具钢：用于制造各种加工工具 d. 特殊性能钢：具有特殊性能的钢，如不锈钢
铝及其合金
非铁基金属材料
铜及其合金 轴承合金
2021/3/10
19
1. 铝及其合金
（1）铝：利用其良好的导热性能和抗腐蚀性，在
汽车上常用来制作散热和冷却装置
2021/3/10
散热器
蒸发器
20
（2）铝合金
铝合金分Al-Si系列、 AL-Cu系列、 Al-Mg和AI- Zn四种。 发动机部分汽缸体、气缸盖是铝铸件。常用用铝铸件的还有 曲轴箱、活塞、变速器壳体、发动机架等，其中活塞几乎 都用铝合金制造。
灰铸铁
铁
可锻铸铁
非 铁
球磨铸铁
基
铝及其合金
金
属
铜及其合金
材
料
轴承合金
低碳钢 中碳钢 高碳钢
2
1、非合金结构钢（碳含量＜2.11%） （1）普通碳素结构钢（普通碳素钢）
工程材料及机械制造基础-3-金属的晶体结构及结晶
第三章 金属的晶体结构与结晶
海洋科学与技术学院 贾 非
Dalian University of Technology
12:39
主要内容
金属的晶体结构 晶体的概念 常见的金属晶格 晶体结构的致密度
实际金属的结构 多晶体结构 晶格缺陷
金属的结晶 金属的结晶过程 金属的同素异构转变 金属铸锭的组织特点
• 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半 个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原 子面的边缘就是刃型位错。
• 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 • 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。
• 位错密度：单位体积内所包 含的位错线总长度。
= S/V(cm/cm3或1/cm2)
12:39
金属的晶体结构
立方晶系常见的晶面为：
{100} : (100)、(010)、(001)
{110} : (110)、(101)、(011)、(110)、(1 01)、(011)
{111} : (111)、(111)、(111)、(111)
12:39
{110}
Z
（011）
（110） （011） （101）
• 金属的位错密度为104~1012/cm2
• 位错对性能的影响：金属的 塑性变形主要由位错运动引 起，因此阻碍位错运动是强 化金属的主要途径。
• 减少或增加位错密度都可以 提高金属的强度。
金属晶须
退火态 (105-108/cm2)
加工硬化态 (1011-1012/cm2)
实际金属的结构
电子显微镜下的位错
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
合金钢
1．合金结构钢 合金结构钢按用途可分为低合金高强度结构钢和机械制造用钢两大类。 （1）低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢虽然是一种低碳、低合金的钢材 ，但具有较高的屈服强度和良好的塑性和韧性，良好的焊接性和一定的耐蚀性。常 用低合金高强度结构钢的牌号及用途见表 3-4
合金钢
（2）机械制造用钢 机械制造用钢主要用于制造各种机械的零部件。按用途及热 处理特点可分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢和滚动轴承钢。常用机械制 造用钢的牌号及用途见表 3-5。
铸铁
铸铁
4．可锻铸铁 可锻铸铁按化学成分、热处理工艺而导致的性能和金相组织的不同分为两类， 第一类为黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁，第二类为白心可锻铸铁。可锻铸铁牌号 用 KTH（或 Z、B）（可铁）+ 数字（抗拉强度）+ 数字（最小伸长率）表示，“H” 表示黑心可锻铸铁，“Z”表示珠光体可锻铸铁，“B”表示白心可锻铸铁。例如， KTH330—08 表示铁素体基体可锻铸铁，其最小抗拉强度为 330MPa，最小伸长率为 8%。 可锻铸铁常用于制造形状复杂的横截面零件，其工作时易受冲击和振动场合， 如汽车、拖拉机的后桥壳、轮壳、转向机构及管接头等。
合金钢
所谓合金钢是指为了改善钢的性能，特意加入其他合金元素的钢。常用的合金 元素有硅、锰、铬、镍、钨、钒、钴、铅、钛和稀土金属等。
按合金元素的质量分数分为低合金钢（ωMe ＜ 5%）、中合金钢（ωMe=5% ～ 10%）、高合金钢（ωMe ＞ 10%），按钢中合金元素分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢 、铬锰钢等，按用途分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。
目标
学习目标 ➢ 理解常用碳钢的分类、牌号、性能和应用。 ➢ 了解合金钢的分类、牌号、性能和应用。 ➢ 了解铸铁的分类、牌号、性能和应用。 ➢ 了解常用有色金属的分类、牌号、性能和应用。 ➢ 了解材料选用的一般原则、方法及步骤。
概述
材料的运用一直与人类的生活息息相关，从远古的石器时代，再进步到铜器时 代、铁器时代，直至近代的复合材料、陶瓷材料、纳米材料等，都是在追求符合人 类需要的过程中发现的新材料。
铸铁
3.2 有色金属
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 铝及铝合金
1．纯铝 纯铝是一种银白色的金属。它质轻、密度较小，是轻金属之一，常用作各种轻 质结构材料的基本组元。由于纯铝具有塑性好以及耐大气腐蚀，易于承受各种压力 加工而制成多种型材与制品。工业纯铝的纯度不及高纯度铝，其常见杂质为铁和硅 。 这类铝主要用于制成管、棒、线等型材以及配制铝合金的原料。铝材的牌号有 1070A、1060、1050A、1035、1200 等（牌号中的数字越大，代表杂质元素的含量越 高）。
铸铁
铸铁是工业上广泛应用的一种铸造金属材料。它比碳钢含有较多的硫、磷等杂 质元素。铸铁具有优良的铸造性能、切削性能和减振、耐磨等性能，并且成本低廉 ，因此在机械行业中得到了广泛的应用。
1．白口铸铁 白口铸铁中的碳几乎全部以 Fe3C 形式存在，断口呈银白色，性能硬而脆，很难 进行切削加工，工业上极少用来制造机械零件，主要用作炼钢原料或用于可锻铸铁 的毛坯。 2．灰铸铁 灰铸铁的石墨形态呈片状。由于片状石墨的存在，割裂了金属基体组织，减少 了承载的有效面积，因此其综合力学性能较低，但其减振性、耐磨性、铸造性及可 加工性较好，主要用于制造承受压力的床身、箱体、机座、导轨等零件。
铸铁
灰铸铁牌号的表示方法为“HT”加数字，其中“HT”是灰铁两字汉语拼音的第一个 字母，数字表示最低抗拉强度。常用的灰铸铁牌号为 HT100、HT150、HT200、 HT250、HT300 等，其牌号、性能特点及用途见表 3-8。
铸铁
3．球墨铸铁 球墨铸铁的牌号用 QT 和两组数字表示。其中 QT 表示两字“球铁”的字首，后面 两组数字分别表示最小抗拉强度值和最小伸长率。例如，QT400-15 表示球墨铸铁的 最小抗拉强度为 400 MPa，最小伸长率为 15%。 球墨铸铁的抗拉强度远远超过灰铸铁，与钢相当 ；具有良好的铸造性能、耐磨 性能、减振性能和可加工性，球墨铸铁常用来代替钢制造某些重要零件，如曲轴、 连杆、凸轮轴等 ；代替灰铸铁制造强度要求高的箱体类零件和压力容器。
铝及铝合金
2．铝合金 由于纯铝的强度很低，不宜用来制作结构零件。在铝中加入适量的硅、铜、镁 、锰等合金元素，可以得到较高强度的铝合金，且仍具有密度小、耐蚀性好、导热 性好的特点。铝合金按其成分和工艺特点可分为形变铝合金和铸造铝合金。 （1）形变铝合金 形变铝合金按其主要性能和用途，分为防锈铝合金、硬铝合金 、超硬铝合金和锻铝合金。 防锈铝合金用 5A×× 或 3A×× 表示，如 5A05 ；硬铝合金用 2A×× 表示，如 2A11 ；超硬铝合金用 7A×× 表示，如 7A04 ；锻铝合金用 2A×× 表示，如 2A70。
碳素钢
2．优质碳素结构钢 优质碳素结构钢表示方法用两位数字，例如 45 钢，表示平均 ωC=0.45%。常用 优质碳素结构钢的牌号、性能特点及用途见表 3-2。
碳素钢
3．碳素工具钢 碳素工具钢应具有高硬度和高耐磨性，都是优质钢或高级优质钢，碳素工具钢 用代号“T”表示，高级优质钢在数字后面加“A”字，主要用于制造各种工具、量具和 模具等。常用碳素工具钢的牌号、性能特点及用途见表3-3.
合金钢
2．合金工具钢 合金工具钢是在碳素工具钢的基础上，为改善其性能，再加入适量的合金元素 所形成的钢。合金工具钢比碳素工具钢具有更高的硬度、耐磨性，更好的淬透性、 热硬性和耐回火性，可以制造截面大、形状复杂、性能要求高的工具。 合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。
合金钢
3．特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。在机械制造中常用的特殊性能 钢有不锈耐酸钢、耐热钢和耐磨钢等，常用来制作具有特殊性能要求的零部件。
常用作机械零件的材料有金属和非金属两大类。金属材料是现代工业应用最广 泛的材料。在工业生产中，一般将金属材料分为黑色金属和有色金属两大类，常用 的黑色金属主要有钢和铸铁两种，常用的有色金属有铝和铜两种。非金属材料主要 有工程塑料、复合材料及新型工程材料。
3.1 黑色金属
碳素钢
1．碳素结构钢 碳素结构钢牌号中的 Q 代表屈服强度，数字表示屈服极限数值，还可以用字母 表示质量等级（A、B、C、D）和脱氧方法（沸腾钢——F、镇静钢——Z、特殊镇 静钢——TZ）。常用碳素结构钢的牌号、性能特点及用途见表 3-1。