机械工程材料及成型工艺第五章(4)
材料成型工艺教学大纲
材料成型工艺MaterialFormingTechnology课程编号：07310060学分：6学时：90(其中：讲课学时：78实验学时：12上机学时：0)先修课程：材料成型原理、金属学及热处理、机械设计基础适用专业：材料成型及控制工程教材：《金属材料液态成型工艺》贾志宏编化学工业出版社2008年2月第1版《金属材料焊接工艺》雷玉成主编化学工业出版社，2006年8月第1版《冲压工艺与模具设计》牟林、胡建华主编.北京大学出版社2010年3月第2版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务：本课程是材料成型与控制工程专业的一门主要专业基础课。
本课程的任务是掌握金属液态成型工艺的方法、金属板料成形技术、焊接电弧及焊接方法等三大部分知识。
通过本课程的学习，了解常见的液态成型、板料成形、焊接工艺方法。
为学习有关专业课程、从事生产技术工作和管理工作打好热加工工艺知识基础；了解热加工的新工艺、新技术、新方法和发展趋势。
二、课程的基本内容及要求第一篇液态成型工艺绪论1基本内容金属液态成型工艺发展历史，液态成型工艺流程。
2教学要求了解铸造产业的发展概况；了解铸造生产的基本流程和工艺种类。
3重难点液态成型工艺的基本类型、流程及发展趋势。
第一章零件结构的铸造工艺性分析1基本内容(1)常用铸造方法的选择；(2)砂型铸造零件结构的工艺性分析；(3)特种铸造零件结构的工艺性分析。
2教学要求(1)了解各种铸造方法的特点；熟悉铸造方法选用的依据(2)掌握砂型铸造零件结构的工艺性分析方法；(3)熟悉特种铸造零件结构的工艺性分析方法。
3重难点铸造工艺性分析的方法和思路。
第二章砂型铸造工艺方案的确定1基本内容(1)工艺设计内容及流程；(2)砂型铸造工艺方案确定的基本原理；2教学要求(1)熟悉铸造工艺设计的依据、内容及流程；(2)掌握砂型铸造工艺方案制定的原理及方法。
3重难点(1)生产纲领、生产条件对工艺方案制定的影响；(2)分型面及浇注位置的确定。
《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基础习题答案
4．铸件在凝固过程中所造成的体积缩减如得不到液态金属 的补充，将产生缩孔或缩松。凝固温度范围窄的合金，倾 向于“逐层凝固”，因此易产生缩孔；而凝固温度范围宽 的合金，倾向于“糊状凝固”，因此易产生缩松。
5．准确地估计铸件上缩孔可能产生的位置是合理安排冒口 和冷铁的主要依据。生产中确定缩孔位置的常用方法有画 等温线法、内切圆法和计算机模拟凝固法等。
13.钢是以Fe为主要元素，含碳量一般在2.11%以下，并含 有其他元素的材料。钢按化学成分可分为碳素钢、合金钢和 特殊性能钢三类；钢按主要质量等级分类，可分为普通钢、 优质钢和高级优质钢三类。合金钢均属于优质钢和高级优质 钢质量等级钢。
14. 20CrMnTi钢按化学成分分类，它属于结构钢中的合金钢， 适宜制造齿轮等较重要的零件。
2．什么是合金的铸造性能？衡量合金铸造性能的主要指标 是什么 ？其是如何影响的？
（1）合金在铸造生产条件下，获得优质铸件的难易程度。
（2）流动性和收缩。合金的流动性越好、收缩越小，铸造 性能越好。
3．现采用铸造方法浇注三根直径分别为10mm、30mm、 60mm的灰口铸铁试棒，测得它们的抗拉强度均为200MPa， 问这三根试棒的成分是否相同？牌号是否相同？若不相同，应 有何区别？
1）牌号பைடு நூலகம்同，成分不同。
2）因为铸铁的牌号是用强度来表示的，其强度相同，则牌 号相同。而影响铸铁组织和性能的因素是化学成分和冷却 速度两个因素。试棒的直径不同——冷却速度不同，要获 得同一强度，必须调整其化学成分，即10mm的试棒其碳 硅含量较高,而30mm、60mm的试棒其碳硅含量依次降 低。
4．有一测试铸造应力用的应力框铸件，如图2-1所示，凝 固冷却后，用钢锯沿A-A线锯断Φ30的粗杆 ，此时断口间 隙的大小会发生什么变化？为什么？
机械工程材料及其成型技术考试试题及其答案
一、名词解释（每小题3分，共15分）1、固溶体2、退火3、同素异构转变4、铸造工艺图5、焊接性二、填空题（每空0.5分，共20分）1、钢的高温回火温度范围在_________________，回火后的组织为______________。
2、填出下列力学性能指标的符号：屈服强度________，洛氏硬度Ｃ标尺________，冲击韧性________。
3、常见金属的晶格类型有_______________ 、_______________、____________等。
α-Fe属于__________晶格，γ-Fe属于__________晶格。
4、钢的热处理是通过钢在固态下的_______、_______和_______的操作来改变其__________，从而改善钢的_________的一种工艺方法。
5、自由锻的基本工序有__________、__________、__________、__________、__________等。
6、在亚共析碳钢中，钢的力学性能随含碳量的增加其强度提高而______下降，这是由于平衡组织中_______增多而_______减少的缘故。
7、焊条焊芯的作用是________________和__________________。
8、金属的冷塑性变形会导致其__________提高，_________下降，这种现象称为加工硬化。
9、金属的可锻性就金属的本身来说主要取决于金属的___________和____________。
10、零件常用的毛坯类型包括_____________ 、_____________ 、_____________、_____________、_____________等。
11、铸件的收缩过程可以划分为____________、___________和___________三个阶段。
12、锻压是指锻造和_________的总称，锻造按成型方式分为___________和___________两类。
工程材料及成型工艺实验指导书
《工程材料及成型工艺》实验指导书二零一零年九月实验须知1. 实验前应仔细阅读实验指导书和有关教材，认真做好预习。
教师发现无充分准备者，可停止其进行实验。
2. 学生应准时进入实验室，在教师讲解实验内容之前不得擅自操作实验仪器等。
各项实验内容应有始有终独立完成。
3. 实验过程保持严肃、安静、整洁、遵守操作规程、注意安全、例行节约。
若发现故障，应立即报告教师酌情处理，不要擅自拆修。
4. 实验用的一切物品（如试样、图片、试剂和工具等）不准带出实验室。
5. 实验完毕将仪器物品收拾整齐，恢复原状并作好室内外卫生工作。
6. 每次实验后须完成书面实验报告，于下次实验前交给老师，实验报告成绩作为课程考核总评成绩的一部分。
7. 实验报告统一用报告纸撰写，字迹清楚。
8. 进入实验室应遵守实验室的一切规章制度。
实验一 硬度计的结构原理及使用方法一、实验目的1、了解布氏硬度计、洛氏硬度计及维氏硬度计的基本原理及其结构；2、熟悉并掌握洛氏硬度计的使用方法； 二、实验原理概述金属材料的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同；因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性，微量塑变抗力，形变强化能力以及大量形变抗力。
由于硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其它机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。
硬度试验方法很多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
(一)、布氏硬度1、基本原理及结构根据 GB231-84规定，布氏硬度试验法是用直径为D 的淬火钢球（或硬质合金球），以相应的试验力F 压入被测材料的表面，保持规定的时间后，卸掉试验力，用读数显微镜测出材料表面的压痕直径d 。
计算压痕单位面积上所受的力，即为被测金属的布氏硬度值HBS （或HBW ）。
材料成型设备课后习题答案解析
材料成型设备一、填空题40分，共20小题，集中在二三四五章1、曲柄压力机的组成:工作机构、传动系统、操作机构、能源部分、支撑部分、辅助系统。
P102、曲柄压力机的辅助分类方式：P11按滑块数量分类：单动压力机、双动压力机-按压力机连杆数量分类：单点压力机、双点压力机和四点压力机（“点”数是指压力机工作机构中连杆的数目）3、曲柄压力机型号表示P124、曲柄滑块机构按曲柄形式，曲柄滑块机构主要有几种：曲轴式、偏心齿轮式P175、装模高度调节方式：调节连杆长度、调节滑块高度、调节工作台6、过载保护装置：压塌块式过载保护装置和液压式过载保护装置-两种P197、离合器可分为刚性离合器和摩擦式离合器-，制动器多为摩擦式、有盘式和带式-8、刚性离合器按结合零件可分为转键式，滑销式，滚柱式和牙嵌式9、飞轮的储存和释放能量的方式是转速的加快和减缓-10、曲柄压力机的主要技术参数：通常曲柄压力机设备越小，滑块行程次数越大。
装模高度是指滑块在下死点时滑块下表面到工作台点半上表面的距离。
最大装模高度是指当装模高度调节装置将滑块调节至最上位置时的装模高度值。
与装模高度并行的标准还有封闭高度。
封闭高度是指滑块处于下死点时，滑块下表面与压力机工作台上表面的距离，封闭高度与装模高度不同的是少一块工作台垫板厚度P4211、一般拉深压力机有两个滑块（称双动拉深压力机），外滑块用于压边，内滑块用于拉伸成型P5312、液压机的工作介质有两种，采用乳化液的一般叫水压机，采用油的一般叫油压机，油压机中使用做多的是机械油（标准称全损耗系统用油）P8513、液压机本体结构一般由机架部件，液压缸部件，运动部件及其导向装置所组成。
P8714、液压机立柱的预紧方式主要有加热预紧、液压预紧和超压预紧P9115、液压缸结构可以分为柱塞式，活塞式和差动柱塞式三种形式。
P9416、液压元件是组成液压系统的基本要素，由动力元件，执行元件，控制元件及辅助元件四部分组成。
机械工程材料习题解答
机械工程材料习题解答(总13页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--例1：某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。
试分析：1. 用CrWMn钢的原因。
2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。
在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。
丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。
根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。
其原因如下：（1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满足硬度和耐磨性的要求。
（2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。
目前，9Mn2V和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。
对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。
所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。
例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σb＞1000MPa，σOF≥600MPa，AK ＞48J。
第五章-熔融沉积快速成型工艺
第二节 熔融沉积快速成型材料及设备
表5-2 FDM工艺成型材料的基本信息
材
料
适用的设备系统 可供选择的颜色
ABS
丙稀腈丁二烯 苯乙烯
FDM1650，FDM2000， FDM8000， FDMQuantum
白黑红绿蓝
ABSi 医学专用ABS FDM1650，FDM2000
黑白
E20
FDM1650，FDM2000
Stratasys公司的FDM技术在国际市场上所占比例最大。
图5-4 Stratasys公司的FDM-Quantum机型
尺寸：600mm×500mm×600mm
图5-5 Stratasys公司的FDM- Genisys Xs机型 图5-3 Stratasys公司于1993年开发出第一台
FDM1650机型
第二节 熔融沉积快速成型材料及设备
❖ 熔融沉积快速成型工艺对原型材料的要求：
材料的粘度 材料的粘度低、流动性好，阻力就小，有助于材料顺利挤出。材料的流动性差，需要很
大的送丝压力才能挤出，会增加喷头的启停响应时间，从而影响成型精度。 材料熔融温度
熔融温度低可以使材料在较低温度下挤出，有利于提高喷头和整个机械系统的寿命。可 以减少材料在挤出前后的温差，减少热应力，从而提高原型的精度。 材料的粘结性
ICW06 熔模铸造用 蜡
FDM1650，FDM2000
可机加工蜡 FDM1650，FDM2000
造型材料
Genisys Modeler
所有颜色
N/A N/A N/A
备
注
耐用的无毒塑料
被食品及药物管理 局认可的、耐用的 且无毒的塑料
人造橡胶材料，与 封铅、轴衬、水龙 带和软管等使用的 材料相似
工程材料及成型技术课后作业参考答案
3. 淬火钢进行回火的目的是 淬火应力， 力学性能， 工件的组织和尺寸。回火温度越高，钢的强度与硬度越 。
减少或消除
调整
稳定
低
4. 钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越 ， 说明临界冷却速度越 。
靠右
小
作业 04a 钢-结构钢
判断题
1. 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。
1. T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。
F
2. T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬高其红硬性。
F
4. 高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成型。
F
5.高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地 溶入A中，从而提高钢的红硬性。
T
6. A型不锈钢可采用加工硬化提高强度。
T
7. A不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。
F
8. GCr15钢制造的高精度丝杠于淬火后进行冷处理， 可消除残余A，以提高尺寸稳定性。
T
填空题
1. T12 是 钢，可制造 。
碳素工具
锯条、量规
2. 9SiCr 是 钢，可制造 。
a
5. 完全退火主要适用于： a. 共析钢 b. 亚共析钢 c. 过共析钢
b
6. 钢的回火处理是在： a. 退火后进行 b. 淬火后进行 c. 正火后进行
b
7. 20钢的渗C温度范围是： a. 600～650℃ b. 800～820℃ c. 900～950℃ d. 1000～1050℃
4
3. α-Fe、Al、Cu、Ni、V、Mg、Zn各属何种晶体结构： 体心立方 ；面心立方 ；密排六方 。
α-Fe、V
机械工程材料成型及工艺
•机械工程材料成型及工艺
d）具有大平面的铸件，应将铸件的大平面朝下。
e）尽量减少型芯的数目，最好使型芯位于下型以便下芯 和检查，同时应保证型芯在铸型中安放牢靠、排气通畅。
•机械工程材料成型及工艺
（2）分型面的选择
分型面为铸型组元间的接合面，选择分型面应考 虑以下原则：
a）分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型， 并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工 艺。
•机械工程材料成型及工艺
（二）机器造型
机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操 作的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、 加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批 量生产。
机器造型方法分类： 常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、 震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧 实、射砂紧实。
一、砂型铸造
用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造 是应用最广泛的一种铸造方法，其主要工序包括：制 造模样，制备造型材料、造型、造芯、合型、熔炼、 浇注、落砂、清理与检验等。
砂型铸造的生产工艺流程
•机械工程材料成型及工艺
二、造型方法的选择
用造型材料及模样等工艺装备制造铸型的过程称 为造型。造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手 工造型和机器造型两大类。 （一）手工造型
•机械工程材料成型及工艺
活块造型
活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸 台，肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时， 先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费 时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产 带有突出部分、难以起模的铸件。
•机械工程材料成型及工艺
刮板造型
刮板造型是用刮板代替实体模样造型，它可降低 模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低， 工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、 中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。
工程材料与成形技术基础(1-5章)
16
2.面心立方晶格
图
－
面心立方晶格的晶胞也是
面
一个立方体，其六个面中心和
心
八个角上各有一个原子，如图
立 方
1－5所示。属于这类晶格的金
球
属有 γ-Fe 、Cu、Al、Ni等。
体 模
型
及
它们都具有较好的塑性。
其
晶
胞
３.密排六方晶格
图
17
－
密排六方晶格的晶胞是一个
(3)《工程材料及应用》 周凤云主编，华中科技大学出版社。
(4)《材料成型技术基础》 胡亚民主编，重庆大学出版社。
(5)《热加工工艺基础》 任福东主编，机械工业出版社。
概述
工程材料：
用于机械、电子、建筑、 化工和航空航天 等领域的材 料统称为工程材料。
金属材料
机械工程材料：
用来制造各种机电产品的材
1.3.1 金属的力学性能
塑性 高温蠕变
刚度
金属的力学性能：材料在
外力作用下表现出来的特性， 疲劳强度 如弹性、塑性、强度、硬度和 韧性等。
金属 力学性能
表征和判定金属力学性能 所用的指标和依据称为金属力
低应力 脆断
学性能的判据。
弹性 强度
硬度 韧性
1 弹性：
即物体在外力作用下改 变其形状和尺寸，当外 力卸除后物体又回复到 原始形状和尺寸的特性。
六方柱体，其上下底面的中心和
密 排
十二个角上各有一个原子，且在
六
六方柱体的中间还有三个原子， 如图1－7所示。属于这类晶格的
方 球 体
金属有Ｍg 、Ｚn 、Ｃd 、Ｂe等。
模 型
工程材料与热处理 第5章作业题参考答案
1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。
（1）加热温度和保温时间。
加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。
（2）加热速度。
加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。
（3）钢的化学成分。
在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。
（4）钢的原始组织。
钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。
传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。
显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。
然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。
所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。
奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。
2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。
3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。
等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。
高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。
《机械工程材料及成型技术》授课计划
《机械工程材料及成型技术》授课计划一、课程目标本课程旨在使学生掌握机械工程材料的基本性质、分类和应用，以及各种成型技术的原理、工艺及特点，为后续机械设计、制造及维修等课程打下基础。
二、授课内容1. 机械工程材料概述（1）金属材料的分类及性能特点；（2）非金属材料的分类及性能特点；（3）工程材料的选用原则。
2. 金属材料及热处理（1）钢铁材料：碳钢、合金钢的种类、性能及用途；（2）有色金属：铝合金、铜合金的种类、性能及用途；（3）金属材料的热处理原理及工艺。
3. 非金属材料成型技术（1）塑料成型技术：注射成型、压缩成型、热成型等；（2）橡胶成型技术：模压成型、硫化成型等；（3）陶瓷成型技术：注浆成型、干压成型等。
4. 金属材料成型技术（1）铸造：砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造等；（2）锻造：自由锻造、模锻等；（3）焊接：电弧焊、激光焊、钎焊等。
5. 成型技术应用案例分析（1）汽车车身制造中的材料及成型技术应用；（2）机械零件制造中的材料及成型技术应用。
三、教学方法与手段1. 理论讲授：通过PPT、视频等形式，详细讲解各种材料及成型技术的原理、工艺及特点；2. 实践操作：组织学生参观机械加工企业，了解实际生产中的材料及成型技术应用；3. 案例分析：通过实际案例，让学生了解各种材料及成型技术在工程中的应用及效果。
四、考核方式1. 平时成绩：出勤率、课堂表现等；2. 作业成绩：完成作业情况；3. 考试成绩：对所学内容进行测试，考察学生对所学知识的掌握程度。
五、课程安排本课程共40学时，分为理论讲授和实践操作两个部分。
具体安排如下：1. 第1-4学时：介绍课程目标及内容安排；2. 第5-35学时：讲授金属材料及热处理、非金属材料成型技术、金属材料成型技术等内容；3. 第3 ** 0学时：组织学生参观机械加工企业，并进行案例分析；4. 课后作业和实践操作安排另行通知。
材料成型原理各章重点
第一章重点总结第一节了解即可，没有出过题。
第二节1.纯金属的液态结构（11页第三段）2.实际金属的液态结构（11页第四段第五行，从“因此，实际液态金属-----”到段末）3.名词解释温度起伏，结构起伏，能量起伏（11页三、四段中）4.13页第一段“X射线衍射-----”第三节5.影响液态金属粘度的因素（14页）（1）化学成分，难熔化合物的液体粘度较高，熔点低的共晶成分合金粘度低（2）温度，液体金属的粘度随温度的升高而降低。
（3）非金属夹杂物，非金属夹杂物使液态金属粘度增加6.粘度在材料成形过程中的意义1）对液态金属净化的影响（2）对液态合金流动阻力的影响（3）对凝固过程中对流的影响7.名词解释，表面张力（15页最下面一句“总之，一小部分---”）8.表面张力产生的原因，（16页第一段）9.影响表面张力的因素（见2005年A卷二大题1小题）第四节10.流变铸造及特点（21页第一段“即使固相体积分数达到---”至最后，及21页最后一段，22页第一段）11.半固态金属表观粘度的影响因素（21页2 3 4段）第二章重点总结1铸造概念（22页第一段第一句）第一节2.液态金属充型能力和流动性有何本质区别（见2006年A卷第2题）3.两种金属停止流动机理（1）纯金属和窄结晶温度范围合金的停止流动机理（22页最后一段）（2）款结晶温度范围合金停止流动机理（23页第二三段）4.影响充型能力的因素及促进措施（1）金属性质方面的因素1.合金成分2.结晶潜热3.金属比热容4液态金属粘度5表面张力（2）铸型性质方面的因素1铸型蓄热系数，蓄热系数越大，铸型的激冷能力就越强2.铸造温度（3）浇注条件方面因素1.浇注温度2充型压头3浇注系统结构（4）铸件结构方面因素1折算厚度2铸件复杂程度（每点后最好总结一句话）第二节5.金属凝固过程中的流动（第二节1、2段）第三节6.了解存在三种传热；对流传热，传导传热，辐射传热即可第四节7.了解存在三种计算凝固时间的方法1理论计算法2平方根定律3折算厚度法即可第三章重点第一节1为什么过冷是液态合金结晶的驱动力（见2006年A卷第1题）2. 何为热力学能障和动力学能障？凝固过程中是如何克服这两个能障的？（见2005年D卷第3题）第二节 3.形核条件(40页第一段)4.名词解释，匀质形核，非匀质形核（41页最上部）5，2007年B卷第1题6.记住公式3-17 7.2006年A卷第3题第三节8.晶体宏观长大方式晶体宏观长大方式取决于界面前方液体中的温度分布，即温度梯度（1）平面方式长大固-液界面前方液体中的温宿梯度大于0，液相温度高于界面温度，称为正温度梯度分布。
机械工程材料成型及工艺
冲孔 凸模尺寸靠近零件公差范围内的最大尺寸
4、冲裁件的排样
▪ 排样应使废料最少。排料有‘无搭边和有搭边’两种类型。
notice a、前三图是“有搭 边”优点是毛刺小， 且在同一平面上，尺 寸准确。 b、D图“无搭边” 毛刺不在同一平面上。 尺寸不易准确。
过烧：接近材料熔化温度，晶间的低熔点物质开始熔 化，且晶界上形成氧化层。金属失去锻造性 能，一击便碎，无法挽回。
＊ 锻造温度： 始锻温度：碳钢比AE线低200C°左右 终锻温度：800C°过低难于锻造 ，若 强行锻造，将导致锻件破裂 报废。
⒉变形速度的影响 变形速度--单位时间的变形程度
＊变形速度u =dε/dt ε—变形程度
2、凹凸模间隙 ▪ 间隙影响：断面质量，模具寿命，卸料力，推件力，冲裁
力，工件尺寸精度 ▪ 间隙过大：裂缝错开，边缘粗糙。卸料力，推件力小。 ▪ 间隙过小：上下裂缝错开，边缘粗糙。磨损严重。 ▪ 间隙可按下式计算:
c=mδ δ---板料厚度。 m----系数。
3、凹凸模刃口尺寸的确定
▪ 落料—以凹模刃口尺寸作为基准，根据间隙的大小确定凸模尺寸。（凹 模尺寸等于零件的尺寸）
二、坯料重量和尺寸的确定 ＊ 坯料重量G坯 G坯 =G锻+G烧损+G料头 式中：G锻—锻件重量 G烧损—坯料因加热氧化而烧损 G料头—在锻造过程中被冲掉或被 切掉的金属 ＊锻造比 对于以钢锭为坯料时,并采用拔长时,锻造比 不小于2.5~3。轧材为坯料时，锻造比可取1.3~1.5。
三、锻造工序（工步）的确定 ＊ 自由锻、按P98表3-1定 ＊ 模锻 —长轴：常用拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等， 小型长轴常采用一根棒料锻几个锻件， 模锻件采用周期轧制材料作坯料时 可省去拔长滚压等工步。图3-30 图3-31 用轧制坯料模锻 —短轴：常用镦粗、预锻、终锻等。图3-32
(完整版)工程材料及材料成型技术基础
§1-1 材料原子(或分子)的相互作用
1、离子键 当正电性金属原子与负电性非金属
原子形成化合物时，通过外层电子的重 新分布和正、负离子间的静电作用而相 互结合，故称这种结合键为离子键。
离子晶体硬度高，强度大，脆性大。 如氯化钠，陶瓷。
18
2、共价键 当两个相同的原子或性质相差不大的
原子相互接近时，它们的原子间不会有电 子转移。此时原子间借共用电子对所产生 的力而结合，这种结合方式称为共价键。
14
3．陶瓷材料 ① 普通陶瓷—主要为硅、铝氧化物的硅酸盐材料. ② 特种陶瓷—高熔点的氧化物、碳化物、氮化物
等烧结材料。 ③ 金属陶瓷—用生产陶瓷的工艺来制取的金属与
碳化物或其它化合物的粉末制品。 4．复合材料 是由两种或两种以上的材料组合而成的材料。 ①按基体相种类分：聚合物基、金属基、 陶瓷基、 石墨基等。 ②按用途分：结构、功能、智能复合材料。
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本部分重点
1)工程材料的概念
– 制造工程结构和机器零件使用的材料
2)工程材料的分类
• 金属材料
钢铁材料 有色金属及其合金
• 有机高分子材料
塑料 橡胶等
• 陶瓷材料 • 复合材料
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第一章 工程材料的结构与性能
§1-1 材料原子(或分子)的相互作用
当大量原子(或分子)处于聚集状态时， 它们之间以键合方式相互作用。由于组成 不同物质的原子结构各不相同，原子间的 结合键性质和状态存在很大区别。
8
绪论
一、材料的发展史
材料(metals) 是人类用来制作各种产品的物质，是 先于人类存在的，是人类生活和生产的物质基础。 反映人类社会文明的水平。
1 . 石器时代 ：古猿到原始人的漫长进化过程。原料： 燧石和石英石。 2. 新石器时代：原始社会末期开始用火烧制陶器。 3. 青铜器时代：夏(公元前2140年始)以前就开始了 4. 铁器时代：春秋战国时期(公元前770～221年)开始 大量使用铁器
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二、常见热处理缺陷及其防止
加热时出现的缺陷：欠热（退火和正火矫正）、
过热（不严重的可以用退火和正火矫正）、过 烧、氧化和脱碳（盐浴中加热或保护气氛或真
空加热或表面涂层)。
在冷却（淬火）时出现的缺陷：淬火变形、淬
火裂纹。防止办法：正确选材、合理进行零件
处理后的硬度为43~48HRC）混入少量20钢
和T12钢，若按45钢工艺进行淬火、回火 处理，试问能否达到要求？分别说明材质（低碳
钢）完全相同的齿轮，分别进行普通整
体淬火、渗碳淬火和高频感应淬火，试
用最简单的办法将它们区分开。
例题四
用45钢制车床主轴，要求轴颈部位硬度为 56~58HRC，其余地方为20~24HRC，其加工工艺路 线为：锻造→正火→机械加工→轴颈表面淬火→ 低温回火→磨削加工。请说明以下问题： ①正火的目的及大致热处理工艺参数； ②表面淬火及低温回火的目的； ③使用状态下轴颈及其他部位的组织。
氏体组织,而心部仍保持不变。 2. 目的:获得高硬度的表面层，以提高工件的
耐磨性和疲劳强度。
3.表面淬火用钢:
选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、 40MnB等。
4.表面淬火加热的方法:
感应加热( 高、中、工频 )、火焰加热、
激光加热等。
感应加热表面淬火
1)感应加热的基本原理:
* 感应电流 --- 涡流
* 集肤效应
*淬火层深度(δ)与电流频率( f )的关系: δ = 500 / √ f （mm）
感应加热表面淬火示意图 集肤效应示意图
火焰加热表面淬火
1) 火焰加热表面淬火的基本方法
2）火焰加热表面淬火的特点:
* 设备简单, 操作方便, 成本低； * 淬火质量不稳定； * 适于单件、小批量及大型零件的生产。
的结构设计、选择或制定合理的淬火工艺。
小结
重点要求
钢的表面热处理的分类；表面淬火的概念、
目的；常见热处理缺陷。
一般要求
化学热处理；常见热处理缺陷的防止措施。
《铁碳合金平衡组织的观察》实验报告要求
实验内容：
实验目的： 实验设备和样品： 实验结果： 思考题： 1）2#、3#、4#试样组织的异同点？ 2）根据所观察的组织，说明含碳量对铁碳合金 的组织和性能影响的大致规律？
2.吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶解。
3.扩散: 活性原子由零件表面向内部扩散, 形成一定的扩散层。
三) 化学热处理进行的条件:
1. 渗入元素的原子必须是活性原子, 而 且具有较大的扩散能力。 2. 零件本身具有吸收渗入原子的能力, 即对渗入原子有一定的溶解度或能 与之化合, 形成化合物。
四) 化学热处理的种类:
例题一
现需要制造一汽车、拖拉机传动齿轮，
要求表面具有高的硬度、耐磨性和高的 接触疲劳强度，心部具有良好的韧性， 应采用如下哪种材料及热处理工艺：① T10钢经淬火+低温回火； ②45钢经调质 处理；③低碳合金钢20CrMnTi经渗碳+淬 火+低温回火。说明其理由。
例题二
在一批45钢制的螺栓中（要求头部热
分类：表面淬火和化学热处理； 应用范围：主要是某些在冲击载荷、交变载荷
及摩擦条件下工作的机械零件，如曲轴、凸轮 轴、齿轮等；
工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学
性能。
表面淬火
1. 定义:是一种不改变钢表层化学成分,但改变 表层组织的局部热处理工艺，即通过快速加热 使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马
二.化学热处理 ( Chemical Heat Treatment )
一)定义:将零件置于一定的化学介质中 ,
通过加热、保温,使介质中一种或几种元素
原子渗入工件表层,以改变钢表层的化学成
分和组织的热处理工艺。
二) 化学热处理的基本过程:
1.分解: 化学介质在高温下释放出待渗的 活性原子。 2CO CO2 +〔C〕
重点回顾
钢淬火和回火的概念、目的和一般
应用；淬火温度的选择理由；淬透性和
淬硬性的区别，影响淬透性和淬硬性的 因素，回火的分类和一般应用；回火脆 性的概念和分类和防止。
本次课的内容
钢的表面热处理
常见热处理缺陷及防止 小结
一、钢的表面热处理
概念：指仅对工件表层进行热处理以改变其组
织和性能的工艺；