材料成型与技术学习+复习ppt
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先进材料成型技术 PPT
相对于高压铸造，它 平稳，无冲击、飞溅 现象。
在离心力的作用下将液态金属充填到铸型中。
离心铸造工作方式
将金属材料浇铸到陶瓷材料形成的型腔中。
陶 瓷 型 铸 造 工 艺 过 程
基本原理是在液态金 属的凝固过程中进行 强烈的搅动，使其晶 格骨架被打碎，而制 得半固态金属液。
半固态铸造工艺过程
消失模铸造工艺工程
消失模铸造被认为是“21世纪的新型铸造技术”， 得到广泛的应用。
发动机缸体消失模铸造
浇铸液态金属到金属铸模中。
特点：可重复 使用，又称永 久型铸造
金属铸造模
高压铸造是将熔融材料在高压下快速压入铸型中， 凝固得到铸件。
低压铸造是将液态金属在压力作用下由下而上充填 到型腔。
金属坯料在旋转轧轮的作用下产生连续塑性变形。
例如：钢轨的制造
指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出 异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。
例如：超塑性等温模锻。
基本原理是引入快速成型制造技术的思想，在计算 机的控制下进行加工。
数控渐进成形的应用
该技术适用范围广，特别在汽车行业得到广泛应用。
半 固 态 铝 合 金 产 品
塑性成形技术利用材料的塑性，借助外力使材料发 生塑性变形。
此技术是在模锻设 备上锻造出形状复 杂、高精度锻件。
指对挤压模具中的金属坯料施加压力作用，使其发 生塑性变形，而得到所需材料的形状。
挤压成形工作过程
消失模精密铸造
金属型铸造 压力铸造 离心铸造
低压铸造
材料成型技术第一章材料成形技术基础PPT课件
胡亚民，《材料成形技术基础》 重庆大学出版社 2008
❖ 参考资料：
1. 施江谰，《材料成形技术基础》 机械工业出 版社 2001
2、方亮，《材料成形技术基础》，高等教育出 版社 2004
第二节、材料成形技术过程 形态学模型简介
一、材料成形技术过程形态学模型
❖ 形态学体系最早是由丹麦工业大学著名教授 Leo Alting提出的，它通过对于纷纭复杂的各 种过程所共有的三个基本要素(材料、能量、 信息)的变化与作用综合论述各种加工方法， 并对其进行横向分析。
❖ 2、注重与以前所学课程的配合、交叉和衔接
把握材料使用特性与成形技术、材料成分/组织、性能 的关系，将本课程与机械工程材料、机械制造技术基 础、金工实习等课程的融合、交叉和衔接，系统的掌 握材料及其成形方法的选择。
使用特性
成形技术
性能 成分/组织
❖ 3、在学习过程中应注意密切联系生产实际。
本课程是一门实践性很强的课程，因此在学习中 要坚决摒弃那种“重理论、轻实践”的错误观念， 既不要因为课程中没有太多深奥的理论和公式而 轻视它，也不要由于自身缺乏足够的工程实践经 验而对其产生畏难心理。
除了课堂讲授之外，还应对本课程的电化教学、 多媒体CAI、现场参观、课堂讨论和实验教学等 给以充分重视并积极参与。
本课程中所学的知识在以后的专业课程学习、课 程设计和毕业设计中都会一再用到，应充分利用 这些机会来对其反复练习，扎实掌握，巩固提高， 真正做到以用促学，学以致用。
七、教材及参考书
❖ 教材：
铁器பைடு நூலகம்代（Iron Age）
湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
中国古代铁器中带有球状石墨的金相组织
陶瓷制品
塑料制品
橡胶制品
❖ 参考资料：
1. 施江谰，《材料成形技术基础》 机械工业出 版社 2001
2、方亮，《材料成形技术基础》，高等教育出 版社 2004
第二节、材料成形技术过程 形态学模型简介
一、材料成形技术过程形态学模型
❖ 形态学体系最早是由丹麦工业大学著名教授 Leo Alting提出的，它通过对于纷纭复杂的各 种过程所共有的三个基本要素(材料、能量、 信息)的变化与作用综合论述各种加工方法， 并对其进行横向分析。
❖ 2、注重与以前所学课程的配合、交叉和衔接
把握材料使用特性与成形技术、材料成分/组织、性能 的关系，将本课程与机械工程材料、机械制造技术基 础、金工实习等课程的融合、交叉和衔接，系统的掌 握材料及其成形方法的选择。
使用特性
成形技术
性能 成分/组织
❖ 3、在学习过程中应注意密切联系生产实际。
本课程是一门实践性很强的课程，因此在学习中 要坚决摒弃那种“重理论、轻实践”的错误观念， 既不要因为课程中没有太多深奥的理论和公式而 轻视它，也不要由于自身缺乏足够的工程实践经 验而对其产生畏难心理。
除了课堂讲授之外，还应对本课程的电化教学、 多媒体CAI、现场参观、课堂讨论和实验教学等 给以充分重视并积极参与。
本课程中所学的知识在以后的专业课程学习、课 程设计和毕业设计中都会一再用到，应充分利用 这些机会来对其反复练习，扎实掌握，巩固提高， 真正做到以用促学，学以致用。
七、教材及参考书
❖ 教材：
铁器பைடு நூலகம்代（Iron Age）
湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
中国古代铁器中带有球状石墨的金相组织
陶瓷制品
塑料制品
橡胶制品
工程材料成型与技术基础之铁碳合金相图(ppt 28页)PPT学习课件
第四节 铁碳合金相图
1、相图分析
因此，剩余的液相就发生共晶转变形成莱氏体。 第四节 铁碳合金相图
图2-24 亚共析1钢) 组铁织金碳相合图 金相图中的特征点：
共晶生铁的组织转变如图2-27 (2) Fe-Fe3C相图虽然表示了铁碳合金在不同温度下的组织状态，但这种组织都是从高温，以极其缓慢冷却速度得到的，是一种平衡组织。 共晶白口铁（Fe3CI+L’d） → Fe3C（C=6 . 共晶合金有良好的铸造性能，在铸造生产中获广泛应用。 2到3点间冷却时，奥氏体中同样要析出二次渗碳 2、合金的基本相：固溶体、金属化合物、机械混合物； （２）几种典型铁碳合金结晶过程分析 亚共晶白口铁的室温组织为珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体。 第四节 铁碳合金相图 第四节 铁碳合金相图 第四节 铁碳合金相图 白口铁中都存在莱氏体组织，具有很高的硬度和脆性，既难以切削加工，也不能锻造。 77％，因而发生共析反应转变为珠光体，共析反应结束后，合金由珠光体和二次渗碳体组成，4点以下再继续冷却，组织基本上不再变 化。 (Fe—Fe3C)相图，如图2-20所示为简化图。
第四节 铁碳合金相图
2) 铁碳合金相图中的特征线：
图2-20 Fe-Fe3C相图主要由包晶、共晶和共析三个恒温转变组成。 （1）ACD线为液相线，AECF线为固相线。 （2）在ECF水平线(1148℃)发生共晶转变LC↔γE + Fe3C ，其转变产物 是奥氏体和渗碳体的机械混合物，即莱氏体。碳的质量分数为2．11 ％～6．69％的铁碳合金都发生这种转变。 (3)在PSK水平线(727℃)发生共析转变γS ↔αP + Fe3C ，其转变产物是 铁素体和渗碳体的机械混合物，即珠光体。所有碳质量分数超过0．02 ％的铁碳合金都发生这个转变。共析转变温度常标为A1温度。
《材料成型技术与基础》全套PPT电子课件教案-第03章 单晶体与多晶体的塑性变形等
拉拔时金属应力状态
第三章金属材料的塑性变形
本章小结
锻造、轧ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、挤压、冲压等都是塑性变形。这些 塑性变形的目的不仅是为了得到零件的外形和尺寸， 更重要的是为了改善金属的组织和性能。
塑性变形的主要形式是滑移和孪生，是在切应力 的作用下进行的，塑性变形将产生形变强化，形成纤 维组织，具有各向异性。塑性变形后的 金属加热时会 产生回复或再结晶及晶粒长大，其形变强化现象消除。
滑移特点：①滑移是在切 应力作用下完成的；②滑 移时移动的距离是原子间 距的整数倍；③滑移的同 时由于正应力组成的力偶 作用，推动晶体转动，力 图使滑移面转向与外力一 致的方向。④滑移的实质 是位错运动的结果。因此 滑移的实际临界切应力远 远大于理论临界切应力。
第三章金属材料的塑性变形
单晶体滑移变形示意图
定义:经冷变形的金属当加热到T再时,会在变形最激 烈的区域自发形成新的细小等轴晶粒,叫做再结 晶这一过程实质上也是一个形核和长大的过程, 但晶格类型不变,只是改变了晶粒外形. T再T熔
※金属再结晶后,消除了残余应力和形变强化现象 晶粒长大 冷变形和热变形 金属纤维组织及其应用
第三章金属材料的塑性变形
第三章金属材料的塑性变形
单晶体和多晶体的塑性变形 金属的形变强化 塑性变形金属在加热时组织和性能的变化 塑性加工性能及影响因素 本章小结
第三章金属材料的塑性变形
单晶体的塑性变形 1.滑移 2.孪生 1.晶粒取向对塑性变形的影响 2.晶界对塑性变形的影响
第三章金属材料的塑性变形
锌单晶体的滑移变形示意图
第三章金属材料的塑性变形
未变形 弹性变形 弹塑性变形 塑性变形
位错运动引起的滑移变形示意图
第三章金属材料的塑性变形
《材料成型技术》课件
锻造
通过对金属进行加热和冷却，使其在压力下改变形 状，常用于制造零件和工具。
挤压
将材料穿过模具的缝隙，使其变形成所需形状，常 用于制造管道、线材等。
铸造
将液态材料注入模具中，待冷却后得到所需形状， 广泛应用于汽车、航空等行业。
成型
通过热塑性材料的加热和压力，将其形成所需形状， 常见于塑料制品生产。
常见的材料成型技术
局限性
• 材料限制 • 工艺复杂性 • 有限的成型尺寸
材料成型技术的发展趋势
1
智能化制造
通过引入自动化和智能化技术，提高生产效率和质量。
2
新材料应用
开发和使用新型材料，提高产品性能和使用寿命。
3
环保节能
减少能源消耗和废弃物产生，实现可持续发展。
总结和展望
材料成型技术在各个领域都扮演着重要角色，随着科学技术的进步，我们可以期待在未来看到更多创新和突破。
《材料成型技术》PPT课 件
材料成型技术是一门研究材料加工和加工工艺的学科，涵盖了大量不同类型 的材料和方法，对各个领域的工业和科研都具有重要的意义。
什么是材料成型技术
材料成型技术是通过加热、压力、变形等方式将原材料转变为所需形状和尺寸的工艺。它包括了常见的加工方法， 如锻造、铸造、挤压等。
不同类型的材料成型技术
航空航天领域对高强度和轻质的材料需求较高， 成型技术为其提供了多种解决方案。
3 电子产品
4 建筑领域
成型技术在电子产品制造中的应用包括电路板、 塑料外壳等部件的生产。
通过材料成型技术可以生产建筑中常见的构件， 如钢结构、玻璃幕墙等。
材料成型技术的优势与局限性
优势
• 高效生产 • 多样化的产品形状 • 成本效益
材料成型PPT课件
残余内应力不稳定状态通过变形缓解应 力回到稳定状态。
• 变形的规律：（预计变形方向）
34
第34页/共42页
Ｔ形梁：厚部受拉产生压缩变形, 平板：中心、下部冷却 慢，受拉压缩变形。
上凹下凸。
床身：上凹下凸，导轨内凹。
图1-15 车床床身
35
第35页/共42页
• 防止变形的办法： 1）减小应力的各种方法。 2）铸件壁厚设计均匀，结构对称。 3）反变形法：最有效。 4）粗加工后时效处理：自然时效（露天放置半年）
（6）信息化 (计算机的应用)
柔性、集成系统，信息和控制技术，远程控制和无人化成形工厂。
9
第9页/共42页
五、材料成形的分类
• （1）受迫成形
定义：利用材料的流动性和塑性在特定外力或边界 的约束下成形的方法。
主要方法：铸造、锻压、注塑成形。
特征：模具、型腔。
柔性较差，适于定型产品的大批量生产或毛坯制造。 • （2）去除成形 定义：运用材料的可分离性，把一部分材料有序地
32
第32页/共42页
• 热应力的规律：
（a）缓冷部位（厚壁、心部）受拉伸。
快冷部位（薄壁，表层）受压缩。
（b）温差↑ ，定向凝固↑ ，固态收缩率↑ ，弹 性模量↑ ，则热应力↑ 。
• 热应力的防止：缩小温差，均匀冷却。
措施：材料弹性模量小的合金，
设计壁厚均匀，
工艺同时凝固。
• 同时凝固：内浇道开在薄壁处，厚壁处放冷铁， 使各部位同时凝固。
在铸件内。用于不重要的铸件中。 ❖ 形状复杂的铸件可设置多个冒口、冷铁。
29
第29页/共42页
图1-8 阀体铸件的定向凝固
②缩松的防止 ❖缩松的危害：影响铸件的气密性。 ❖防止方法： 加大冷却速度——热节处安放冷铁，
材料成型技术 第二章 .ppt
试分析将会如何变形？
++++++++ ----------
（2）变形规律：
一般，受拉应力部分（厚壁），向内凹; 受压应力部分（薄壁），向外凸。
AUTS
（3）形成原因： 1）铸造应力超过了材料的屈服强度； 2）切削加工破坏了应力平衡。
（4）防止措施： 1）减小和消除内应力， 2）采用反变形法：
在制造木模时，把模样制成与铸件变形 相反的形状。
（3）裂纹的防止措施：
1）减小和消除内应力， 2）严格控制硫的含量（对热裂纹），
严格控制磷的含量（对冷裂纹）。
2.1.3 常用铸造合金的铸造性能
1.铸铁
常用的有：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。 （1）灰铸铁：
铸造性能优良。流动性好，收缩小。 一般采用同时凝固原则，无需设置冒口。 （2）球墨铸铁： 铸造性能介于灰铸铁和铸钢之间。 流动性较差，收缩较大，易产生缩孔、缩松缺陷。 一般采用顺序凝固原则。
（3）可锻铸铁： 原铁液铸造性能差。
为获得白口坯件，原铁液C、Si含量较低， 凝固区间大，故流动性较差，收缩也较大。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口。
2.铸钢
铸造性能差。流动性差，收缩大。 易产生冷隔、浇不到，缩孔、裂纹等缺陷。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口。
3.铸造铝合金：
铝硅合金铸造性能好，其它系列合金较差； 且易吸气、氧化，故易产生夹杂、气孔等缺陷。 一般采用顺序凝固原则，设置冒口； 熔炼时应注意除气和去渣。
（4） 防止措施
①采用顺序凝固原则
铸件凝固顺序：薄壁→厚壁→冒口。
②合理选择铸造合金， 如选用共晶成分或合金温度范围窄的合金。
③合理使用冒口、冷铁和补贴，
++++++++ ----------
（2）变形规律：
一般，受拉应力部分（厚壁），向内凹; 受压应力部分（薄壁），向外凸。
AUTS
（3）形成原因： 1）铸造应力超过了材料的屈服强度； 2）切削加工破坏了应力平衡。
（4）防止措施： 1）减小和消除内应力， 2）采用反变形法：
在制造木模时，把模样制成与铸件变形 相反的形状。
（3）裂纹的防止措施：
1）减小和消除内应力， 2）严格控制硫的含量（对热裂纹），
严格控制磷的含量（对冷裂纹）。
2.1.3 常用铸造合金的铸造性能
1.铸铁
常用的有：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。 （1）灰铸铁：
铸造性能优良。流动性好，收缩小。 一般采用同时凝固原则，无需设置冒口。 （2）球墨铸铁： 铸造性能介于灰铸铁和铸钢之间。 流动性较差，收缩较大，易产生缩孔、缩松缺陷。 一般采用顺序凝固原则。
（3）可锻铸铁： 原铁液铸造性能差。
为获得白口坯件，原铁液C、Si含量较低， 凝固区间大，故流动性较差，收缩也较大。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口。
2.铸钢
铸造性能差。流动性差，收缩大。 易产生冷隔、浇不到，缩孔、裂纹等缺陷。
一般采用顺序凝固原则，设置冒口。
3.铸造铝合金：
铝硅合金铸造性能好，其它系列合金较差； 且易吸气、氧化，故易产生夹杂、气孔等缺陷。 一般采用顺序凝固原则，设置冒口； 熔炼时应注意除气和去渣。
（4） 防止措施
①采用顺序凝固原则
铸件凝固顺序：薄壁→厚壁→冒口。
②合理选择铸造合金， 如选用共晶成分或合金温度范围窄的合金。
③合理使用冒口、冷铁和补贴，
材料成型PPT课件
很显然与交联度有对应关系，但是不相等，因为交联 度不可能达到百分之百。
22.3.2聚聚合合物物在的模流内变的行流为动
入口效应、离模膨胀
Unstable flow
挤出胀大现象
B
A
C
胀大比 die
B D max D0
在工程实践中考虑入口效应的目的有两个：
➢1 保证制品的成型质量，在必要时避免或减 小入口效应。
➢2 在确定注射压力时，在考虑所有流道（包 括浇口）总长引起的压力损耗的同时，还要 考虑入口效应引起的压力损失
•鲨鱼皮形 •波浪形 •竹节形 •螺旋形 •不规则破裂
2.3 聚合物的加热与冷却
• 热源：
– 外热：电阻丝（经济、简单、方便、温度波动 较大）；微波（适合较厚发泡成型）；红外线；
热油（温度控制精确，设备复杂，成本高）； 热水、蒸气。
– 内热：摩擦热
Q
1 J
a
2
• 冷却：水（注射模、挤出定型模、中空模
低分子多为此类
宾汉 流体
假塑 性流 体
膨胀
(τy 和η为常数)
n<1
凝胶糊、良溶 在剪切力增大到一 剂的浓溶液 定值后才能流动。
大多数聚合物 剪切增加，粘度下
熔体、溶液、 降。原因为分子
糊
“解缠”
2.2 聚合物的流变行为
拉伸粘度
如果引起聚合物熔体的流动不是剪切应力
而是拉伸应力时，仿照式（2—2）即有拉
聚合物的结晶
有结晶倾向
两类聚合物
无结晶倾向
结晶过程是聚合物由非晶态转变为晶态的过程，发生 在Tg和Tm温度之间。
结晶度：聚合物是不可能完全结晶的，仅有 有限的结晶度，而且结晶度依聚合物结晶的历史 不同而不同。
22.3.2聚聚合合物物在的模流内变的行流为动
入口效应、离模膨胀
Unstable flow
挤出胀大现象
B
A
C
胀大比 die
B D max D0
在工程实践中考虑入口效应的目的有两个：
➢1 保证制品的成型质量，在必要时避免或减 小入口效应。
➢2 在确定注射压力时，在考虑所有流道（包 括浇口）总长引起的压力损耗的同时，还要 考虑入口效应引起的压力损失
•鲨鱼皮形 •波浪形 •竹节形 •螺旋形 •不规则破裂
2.3 聚合物的加热与冷却
• 热源：
– 外热：电阻丝（经济、简单、方便、温度波动 较大）；微波（适合较厚发泡成型）；红外线；
热油（温度控制精确，设备复杂，成本高）； 热水、蒸气。
– 内热：摩擦热
Q
1 J
a
2
• 冷却：水（注射模、挤出定型模、中空模
低分子多为此类
宾汉 流体
假塑 性流 体
膨胀
(τy 和η为常数)
n<1
凝胶糊、良溶 在剪切力增大到一 剂的浓溶液 定值后才能流动。
大多数聚合物 剪切增加，粘度下
熔体、溶液、 降。原因为分子
糊
“解缠”
2.2 聚合物的流变行为
拉伸粘度
如果引起聚合物熔体的流动不是剪切应力
而是拉伸应力时，仿照式（2—2）即有拉
聚合物的结晶
有结晶倾向
两类聚合物
无结晶倾向
结晶过程是聚合物由非晶态转变为晶态的过程，发生 在Tg和Tm温度之间。
结晶度：聚合物是不可能完全结晶的，仅有 有限的结晶度，而且结晶度依聚合物结晶的历史 不同而不同。
材料成型技术基础幻灯片
complicate shape and structure
铸
例如：机箱、阀体、汽缸等
造
❖ 各种材料
的
广泛
Suit for almost all kinds of alloy
特
wide-ranging ❖ 大小：g~t
点
casting weight : from several grams to tons
用浇注后试样的长度来表示 4—试样凸点 流道长：1.5m
P34, fig2-1
3) 影响合金的流动性的主要因素
variables influencing fluidity 成分 composition: 固液二相区间距 越大，流动性越差
freezing rang 凝固区间, 凝固范围
纯金属及共晶点成分合 金流动性好，后者的熔 点更低，流动性更好。
2) 充型压力 ：静压头； 低压铸造； 离心铸造 3) 铸型中的气体： 排气口，真空浇注
➢熔炼温度高，吸气增加，气孔 ➢收缩增加，缩孔、缩松 ➢ 凝固速度降低，粗晶 ➢ 易产生粘砂温度
§2 铸件的凝固与收缩Freezing and Shrinkage
3. How to study?
➢ 课程要求 ❖ 掌握各种成型技术的基本原理 ❖ 熟悉各种成型工艺的特点及其主要应用 ❖ 熟悉零件成型的结构工艺性 ❖ 掌握常用金属的工艺性考试占70%
➢ 教学方法 ❖ 授课：必须认真听，记笔记 ❖ 作业：独立、按时完成 ❖ 自学：认真对待 ❖ 录像：开阔视野 ❖ 实验
2. About This Curriculum
➢ Technology Basic Course ❖ 以研究常用工程材料及机器零件的成型 工艺原理为主的综合性基础课 ❖ 涉及的课程知识：材料学、传热学、力 学、冶金学、机械制图
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l0
拉伸前
应力 （MPa）
l
拉断后 b 缩颈点 k 拉断点
拉 伸 曲 线
b s e
屈服点
s
e
e --- 最大弹性变形时的应力 s --- 开始塑性变形时的应力 b --- 拉断前所承受的最大应力
模量E（弹性范围内，应力与应变的比例） 表示（E=tg），E越大刚性越好。
应变（%）
刚度--- 材料抵抗弹性变形的能力。用弹性
抗氧化性 耐腐蚀性（如耐油、耐酸、耐碱）
三、力学性能
力学性能是指材料在承受外力后的表现。 常温静态 常温动态下 高低温下 SHANGHAI UNIVERSITY
载荷形式的影响
拉伸
压缩
弯曲
剪切
扭转
工作温度的影响
运动状态的影响
材料完整性的影响
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弹性极限e --- 发生最大弹性变形时的应力。 屈服强度s --- 开始出现明显塑性变形时的应力。 条件屈服强度0.2 --- 产生0.2%塑性变形时的应力。 抗拉强度b ---拉断前所承受的最大应力。
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拉伸试验
拉伸 试样 S0 S
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四、工艺性能
工艺性能是指材料加工时的性能。
热处理性能 铸造性能 锻压性能
焊接性能 切削加工性能 SHANGHAI UNIVERSITY
★三、力学性能
1.强度
在外力作用下，材料抵抗变形和断裂 的能力。
应力--- 单位面积上所承受的内力，以 表示。 （MPa） 应变---单位尺寸上的变形量，以表示。 （%） 弹性变形---受力后立即发生，并随力的消失而消失的变形。 塑性变形---应力超过一定数值后才发生的并将永久保留的变形。
洛氏硬度：
用金刚石圆锥或淬火钢球作压 头，以压痕深度来衡量材料的硬度 。
F
SHANGHAI UNIVERSITY
上海大学机自学院 洛氏硬度压痕小，不损伤工件，常用于测硬 材料、薄试样及成品零件。 由压头和载荷的不同，洛氏硬度分成 HRA、 HRB、HRC三种，以HRC应用最广。 三种洛氏硬度的试验规范和应用范围
四、评分方法及其他
平时成绩：30%（考勤与作业） 考试成绩：70%
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第一章 工程材料
§1-1 概述
ð ô Ä Ï ½ Ê ² Á Ð « ð ô Ó É ½ Ê ¤³ ² Ï ¹ Ì Ä Á Ç ð ô Ä Ï ·½ Ê ² Á Þ ú Ç ð ô Ä Ï Î » ·½ Ê ² Á ´ Ï Ä Ï ¸ º ² Á Ð ú ß Ö Ó Ä Ï Ó » ¸ ·×² Á Ú « ð ô º É ½ Ê
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二、材料科学及其发展趋势
材料科学----是研究材料的化学组成和微
新手段 新品种 新工艺
观结构与材料宏观性能之间关系的一门科学， 它同时还研究制取和使用材料的有关知识。
材料科学的发展趋势
光学显微镜、电子显微镜等先进分析工具的 新 研制, 固体物理、量子力学等基础学科的发展, 手 将人们从宏观世界带入了微观世界，揭示了材 段 料的成分、结构、性能之间的相互关系。
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新 高性能：低密度、高强度、耐高温、耐磨损、 耐腐蚀、… 品 种 新功能：随着原子能、航天航空、电子技术、
生物医疗等现代工业的发展，对材料提出了许 多特殊的性能要求。如现代电子技术中的超导 材料；医学领域中的形状记忆材料；人工器官、 生物传感器、血液代用品等等；以及现在非常 热门的纳米材料（1纳米=10-9米）,人们关注的 不仅是其尺寸的微细可以用来制造“微机械”， 更关注的是由此而来的一些奇特的性能，如纳 米陶瓷的塑性、导体变非导体、吸波性等。
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金属材料
黑色金属：铁、锰、铬及其合金。 主要指钢和铸铁。 有色金属：除黑色金属以外的金属 及其合金。如铜、铝等。 轻金属 重金属 贵金属 稀有金属
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非金属材料
有机高分子材料：主要含碳和氢。 塑料 橡胶 合成纤维 无机非金属材料：不含碳和氢。 陶瓷 玻璃
标尺
HRA HRB
压头类型
120º 金刚石圆锥体 1.588mm淬火钢球
总载荷(N)
588.4 980.7
应用范围
硬质合金、表面淬火 层、渗碳钢 有色金属、退火钢、 正火钢
HRC
120º 金刚石圆锥体
235.4
淬火钢、调质钢
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维氏硬度：
用136度金刚石四棱锥作压头。 维氏硬度法载荷小、压痕浅，可测量各种软 硬程度的材料，但测量过程较麻烦。主要用于测 极薄的表面硬化层、金属镀层及薄片金属的硬度。 特别提醒：不同硬度试验法所获得的硬度值是不能直接
应变
0. 2
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1 2
应力
3
直线斜率
4 1
塑性：3 2 4 1 （根据断裂时的应变 ）
4 2
3
应变
= + δ =
总 弹 塑
塑
★此方法为错误的
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4.冲击韧度
材料抵抗一次或数次大能量 冲击的能力。
通常采用一次摆锤冲击弯曲试验进行测定，用摆锤冲 击缺口试样时单位截面所消耗的冲击功k 表示冲击韧度。
摆锤
缺口试样
k = G（H - h）
S
其中： G ---摆锤质量, Kg S ---试样缺口处原始截面积, cm2
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上海大学机自学院 低能耗、低污染，可持续发展等已成为现 新 代工业生产的必然趋势。因此，铸、锻、焊等 工 传统的材料成形技术也在不断地发展和进步。 艺 少、无切屑的精密铸造和精密锻造以及计算机 控制的机械化、自动化生产装备得到了广泛的 应用，极大地提高了生产率，减轻劳动强度。
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对那些没有明显屈服现象的材料，一般规定 以试样产生0.2%残余伸长率时的应力作为其屈服 强度，称为条件屈服强度0.2
应力 （MPa）
0.2
应变（%）
0.2%
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2.塑性
在外力作用下，材料产生塑性变形 而不发生断裂的能力。
进行比较的，必须通过换算成同一硬度指标后才能比较。 另外，强度和硬度都能反映材料抵抗塑性变形的能力， 两者之间有一定的关系，可近似换算：
低碳钢轧材或锻件：b 0.36 HB； 高碳钢轧材或锻件：b 0.34 HB； 调质合金钢： b 0.325 HB 灰铸铁件： b 0.1 HB； 铸铝件： b 0.26 HB；
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课堂练习题: 1.某工厂欲制造一批钢制拉杆，此拉杆的最大 工作应力为350MPa，且工作时不允许产生明 显的塑性变形。工厂仓库中有一种钢材，将 其制成直径为d0 = 10 m m 标准拉伸试样后进行 拉伸试验，测得 Fs = 21500 N，Fb = 35100 N。 试判断该钢材是否适合做拉杆？为什么？ 2.请判断下列说法是否正确： ①材料的强度越高就越不容易变形。因此和高 强度材料相比，低强度材料一定会变形。 ②硬度高的材料，其强度和刚度也一定会大。 ③弹性模量大的材料，其弹性极限就高。
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材料抵抗更硬物体压入的能力。 3.硬度 F 布氏硬度：
用淬火钢球或硬质合金球作 压头，以压痕直径来衡量材料硬度。
压痕大，不适宜测薄片或成品，主要用于测较软的 原材料、半成品的硬度，如有色合金、软钢、铸铁等。 注意：压头为钢球时表示成数字+ HBS ，如450HBS， 用硬质合金球时表示为数字+ HBW ，如650HBW
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姚勤
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绪 论
一、材料与人类社会发展的关系
材料是人类生存所必需的物质基础。
人的衣、食、住、行都离不开材料，从 原始社会最简单的日常生活用具和手工劳动 工具到如今高精尖的计算机、航天器、机器 人等，都是用各种各样的材料加工而成的。 即使在科技如此发达的今天，我们也很难想 象，如果没有了粮食、石油、煤炭等资源， 人类将怎样生存。 SHANGHAI UNIVERSITY
上海大学机自学院 ! ! ! 材料的冲击韧度主要取决于塑性，并与温度 密切相关。 二次世界大战中，美国建造了约5000艘全焊 接“自由轮 ”，然而在1942年~1946年之间有 1000 艘船 舶 发 生 破 断 ， 1946 年 ~1956 年之 间有 200艘发生严重折断。1943年1月美国的一艘T-2y 油船停泊在装货码头时断裂成两半截，当时计算 的甲板应力水平仅为7 Kg· 2，远远低于船板 f/mm 钢的强度极限。为什么会断裂呢？ 通过在不同温度下对材料进行冲击试验，结 果表明:材料的冲击韧度值随温度的降低而减小， 当温度降低到某一温度范围时，冲击韧度急剧下 降，材料由韧性状态转变为脆性状态。
就制造业而言，材料是其必要的基础和 有力的保证，没有了材料工业的发展，制造 业也就成了“无米之炊”。同时，材料也是 制造业发展的动力，不断涌现的新材料促进 了制造新工艺的研究开发，反过来，新工艺 又对材料提出了进一步的性能要求，又带动 了新材料的出现。如此循环交替，推动了社 会生产力的不断进步。 SHANGHAI UNIVERSITY