机械工程材料ppt课件
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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。
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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
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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）
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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 完整的ppt课件
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：
σγ
σγN1 σγN2 σγN
σγ
有限寿命区
无限寿命区
D
rN r N（ N D )
0
N1 N2 N
N0
N
由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个
2）典型变应力及应力循环特征γ
.
σ
σ =常数 t
a）静应力：γ= +1 变应力特例
σ
一．载荷和应力的类型
σ
σa
σa σmin
σm σmax t
b）非对称循环变应力γ 在（+1～-1）间变化
σ
σa
σmax
t σmin
c）对称循环变应力γ= -1
.
应力类型
σa
σa
σm
σmax t
d）脉动循环变应力γ= 0
二．机械零件的失效形式及强度条件式
一）零件的失效形式 静应力作用下——过载断裂、塑性变形 变应力作用下——疲劳破坏约占零件损坏事故中的80% 。
二）零件强度条件式：σ ≤ [σ] = σlim / S
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
用表面状态系数 来考虑
综合影响系数
(K )D
K
或
(K )D
K
考虑各因素影响
.
四.机械零件的疲劳强度计算
一）零件的极限应力线图
机械零件的疲劳强度计算1
由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的 影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。
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。
新版机械工程材料总复习.ppt
晶格常数
体心立方 a
面心立方 a
密排六方
a、c
原子半径
3a
4
2a 4
1a 2
原子个数
2
4
6
配位数
8
12
12
致密度
0.68
0.74
0.74
滑移面
{110}×6
{111} ×4 六方底面×1
滑移方向 <111> ×2
<110> ×3 底面对角×3
滑移系
12
12
3
常见金属 -Fe、Cr、W.精品课-件F. e、Ni、Al Mg、Z17n
.精品课件.
18
2、实际金属
⑴ 多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。
晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体.
晶界：晶粒之间的交界面。
⑵ 晶体缺陷—晶格不完整的部位
① 点缺陷
空位：晶格中的空结点。
间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。
置换原子：取代原来原子位置的外来原子。
.精品课件.
4、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。
5、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回
火脆性。
.精品课件.
15
二、晶体结构
㈠ 纯金属的晶体结构 1、理想金属 ⑴ 晶体：原子呈规则排列的固体。 晶格：表示原子排列规律的空间格架。 晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元.
.精品课件.
16
⑵ 三种常见纯金属的晶体结构
不均匀的现象。
2、合金中的固态相变
⑴ 固溶体转变：AF
⑵ 共析转变：AP(F+Fe3C)
⑶ 二次析出：AFe3CⅡ.精品课件.
35
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。
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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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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
• 2 晶体的缺陷
• 1）点缺陷：晶体呈点状的 缺陷，即在空间三维方向上 的尺寸都很小的晶体缺陷；
• 2）线缺陷：在三维空间的 两个方向上尺寸很小的晶体 缺陷；
• 3）面缺陷：在三维空间的 一个方向上尺寸很小而呈面 状的缺陷。
2020/11/4
2
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3.1 合金的相结构
• 3.1.1合金的基本概念 目 录 (1) 合金
(2) 组元(元) 上一页 (3) 合金系(系) 下一页 (4) 相
(5) 组织 退 出 (6) 结构
• 3.1.2 合金的相结构 1. 固溶体 (1) 置换固溶体 (2) 间隙固溶体
2. 金属化合物
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机械工程材料 －－蒲永峰 编著
目录
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• 第1章 金属的结构与结晶 • 第2章 金属的塑性变形与
由碳，即:Fe3C 高温 3Fe+G(石墨)
2020/11/4
图4-l铁素体的显微组织
图4-2 奥氏体的显微组织
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退 出 • 4 金属铸锭
• 1） 铸锭的形成和组织：细晶区、柱状晶区、等轴晶区 • 2） 铸锭组织的特性：组织较致密，力学性能好
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第2章 金属的塑性变形与再结晶
目录
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• 2.1 材料的力学性能指标
• 金属材料的性能包括金属材料的工艺性能和使用性能。
• 1 强度指标
• 金属材料抵抗拉伸载荷的强度指标有屈服点、规定残余伸长应力和抗拉 强度等。
• 2 塑性指标
• 1）断后伸长率 2）断面收缩率
• 3 硬度
• 1）压入法：布氏硬度、洛氏硬度 2）划痕法：莫氏硬度 3）回跳法： 肖氏硬度
• 4.4 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响
• 4.5 碳钢
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4.1 铁碳合金的组元及基本相
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3.4 合金的性能与相图的关系
目
录
•
合金的力学性能、物理性能与相 图的关系:
1.单相固溶体
上一页 下一页
2.两相混合物
相图中有三条重要的特性曲线： 1. GS线 又称为A3线，它是在冷却过程中, 由奥氏体析出铁素体的开始线 ；
2. ES线 是碳在奥氏体中的溶解度曲线 3. PQ线 是碳在铁素体中的溶解度曲线
相图上有三条水平线，即：
HJB为包晶转变线； ECF为共晶转变线； 2020/11/4 PSK为共析转变线(又称为A1线)。
目录
上一页 下一页 退出
•
钢铁是现代机械制造工业中应用最为广泛的金属材料。碳钢和铸
铁都是铁碳合金，了解与掌握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究和
使用，各种冷热加工工艺的制订等都具有重要的指导意义。
• 4.1 铁碳合金的组元及基本相
• 4.2 Fe-Fe3C相图分析
• 4.3 铁碳合金的平衡结晶过程及组织
上一页 • 2 晶体结构的基本概念 • 1）晶格 2）晶胞 3）晶格常数 4）晶面 5）晶向
下一页 • 3 常见的金属晶格类 型
• 1）体心立方晶格 2）面心立 方晶格 3）密排六方晶格
退出
• 1.2金属的实际结 构与晶体缺陷
• 1 多晶体结构
• 实际上由许多晶粒组成的结 构称为多晶体结构，一般金 属材料都是多晶体。
3.3 共晶相图
目录
上一页 下一页 退出
1, 相图分析
图3-8所示为Pb-Sn合金相图。其中， adb为液相线，acdeb为固相线。
2 , 典型合金的结晶过程
合金I为平衡结晶;合金Ⅱ为共晶合金;合金Ⅲ是
亚共晶合金
3 , 标注组织的共晶相图
图3-8为Pb-Sn合金相图
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图3-15 标注组织的共晶相图
艺路线分析
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第1章 金属的结构与结晶
• 1.1金属的晶体结构
目 录 • 1 晶体与非晶体
• 晶体是指其组成微粒呈规则排列的 物质，非晶体是指其组成微粒呈无 规则堆积在一起的物质。
2.2 金属的塑性变形
• 1 单晶体的塑性变形 目 录 • 2 多晶体的塑性变形
• 3 塑性变形对组织和性能的影响
• 1）金属组织和结构的变化：晶粒变形、亚结构变化、产生形
上一页 变组构
• 2）残余内应力
下一页 • 3）加工硬化（形变强化）
• 加工硬化是指塑性材料随变形度的增大，强度和硬度显著提 高而塑性和韧性明显下降的现象。
图4-3
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4.2 Fe-Fe3C相图分析
目 录 • 4.2.2 包晶转变(水平线HJB)；
• 4.2.3 共晶转变(水平线ECF)；
• 4.2.4 共析转变(水平线PSK)
上一页
下一页
* * 共析转变产物称为珠光体，用符号P表示
退出
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图4-4 不同放大倍数下的珠光体组织特征
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1.3 金属的结晶与铸锭
• 金属由液体状态变为晶体状态的过程称为结晶。
目 录 • 1 纯金属的结晶
• 纯金属的结晶是在一定温度下进行的，这个温度称 上一页 为结晶温度。金属结晶的必要条件是具有过冷度。
• 2 晶粒大小对金属力学性能的影响 下一页 • 3 细化晶粒的措施
• 1）增加过冷度 2）变质处理 3）振动
3.2 匀晶相图
目 录 1,相图的建立：实验方法 2,相图分析
上一页
3,合金的平衡结晶过程:
下一页
以含WNi=20％的Cu-Ni合金为例(图3-4)
退出
图3-4 Cu-Ni合金匀晶相图
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