东南大学材料成型基础第一章
材料成型基础
材料成型基础材料成形技术主要研究各种成形工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用；各种成形方法的工艺过程和成形件的结构工艺性。
简单说，这门课程是研究获得零件毛坯的方法。
机械产品的产生过程大致如下：设计与制造（1）设计——图纸（2）制造的过程一般是先用铸造、压力加工、焊接、粉末冶金等材料成形方法获得毛坯；然后再经过机械加工来获得合格零件；而且为了改善零件的机械性能，常要经过热处理；最后，将合格零件组合（装配）到一起便得到所需要的机械产品。
本课程讲授的主要内容有铸造、压力加工、焊接、粉末冶金、非金属材料的成形及毛坯的选择六个部分。
前五部分是研究成形工艺的，每一种成形工艺都包括五方面内容：成形原理、成形方法、工艺设计、成形件结构工艺性及新技术新发展。
毛坯的选择则主要介绍各类毛坯的特点及应用场合、毛坯的选择原则。
学习本课程应达到的基本要求：掌握各种毛坯成型工艺的基本原理及工艺特点；能够初步设计一般零件的毛坯结构；具有选择毛坯及工艺分析的初步能力。
参考教材：《热加工工艺基础》主编：任福东机械工业出版社《金属工艺学》主编：丁德全机械工业出版社 1.金属的液态成型金属的液态成型又称铸造，它是利用液态金属的流动来获得具有一定尺寸和形状的铸件的成型方法。
其生产过程为：准备铸型（造型）→将熔融金属浇入铸型（浇ⅲ 坛尚巍 渖扒謇怼 ? 2.铸件铸造成形所得的毛坯或零件。
3.生产特点（1）成形方便——液体的形状= 容器的形状（2）适应性强（3）成本较低（4）力学性能特别是冲击性能较低。
天坛大佛 4.应用场合（1）形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯或零件，如发动机机体和缸盖等。
（2）尺寸大、重量大的零件，如重型机械零件、机床床身等。
（3）力学性能要求不高，或主要承受压应力作用的零件，如各种底座、支架。
（4）特殊性能要求的零件，如内燃机主轴瓦为用嵌铸生产的双金属件。
5．铸造方法（液态成型方法）：砂型铸造：应用最广泛的铸造方法；特种铸造：金属型铸造；压力铸造；离心铸造；熔模铸造；低压铸造；新型铸造方法：陶瓷型铸造、消失模铸造、磁型铸造、真空吸铸、连续铸造。
材料成型内容要点(完整版)
《材料成形工艺基础》要点第一章金属的液态成形第一节液态成形理论基础1.三种凝固方式（逐层、糊状、中间）及其影响因素（结晶温度范围、温度梯度）2.合金的流动性及其影响因素（合金成分）a)为什么共晶合金的流动性好？3.合金的充型能力对铸件质量的影响（浇不足、冷隔）4.影响充型能力的主要因素（合金的流动性、浇注条件、铸型条件）5.合金收缩的三个阶段（液态、凝固、固态）6.缩孔、缩松产生的原因、规律（逐层：缩孔；糊状：缩松；位置：最后凝固部位）7.缩孔与缩松防止（定向凝固原则；措施：加冒口、冷铁）8.铸造应力产生的原因和种类（热应力、机械应力或收缩应力）9.热应力的分布规律（厚：拉；薄：压）及防止（同时凝固原则）10.铸造残余应力产生的原因（热应力）及消除措施（时效处理）11.铸件变形与裂纹产生的原因（故态收缩，残余应力）12.变形防止办法（同时凝固；反变形；去应力退火）13.热裂纹与冷裂纹的特征第二节液态成形方法1.常用手工造型方法（五种最基本的方法：整模、分模、活块、挖砂、三箱）的特点和应用（重在应用）2.机器造型：实现造型机械化的两个主要方面（紧砂、起模）3.熔模铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
a)为什么熔模铸件精度高，表面光洁？b)为什么熔模铸造适合于形状复杂的铸件？c)为什么熔模铸造适合于难于加工的合金铸件？4.金属型铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
a)为什么金属型铸件精度高，表面光洁？b)为什么金属型铸造更适合于非铁合金铸件的生产？5.压力铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
6.低压铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
7.离心铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
第三节液态成形件的工艺设计1.浇注位置的概念及其选择原则（重在理解和应用）2.分型面的选择原则（重在理解和应用）3.铸造成形工艺参数（加工余量、拔模或起模斜度、收缩率）4.铸造工艺图（能用规定的符号和表达方式正确画出）第四节液态成形件的结构设计1.铸件壁厚设计（大于最小壁厚；小于临界壁厚；壁厚均匀；由薄到厚均匀过渡）a)为什么要大于最小壁厚？b)为什么要小于临界壁厚？c)壁厚不均匀会产生什么问题？2.铸件壁间连接（圆角；避免锐角）3.铸件筋条设计（避免十字交叉）4.铸件外形设计和铸件内腔设计（理解；重在应用）5.结构斜度的设计（结构斜度与起模斜度的区别；重在应用）第二章金属的塑性成形第一节塑性成形工艺基础1.常用的六类塑性成形方法（轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压）2.与铸造比较，塑性成形法的最显著的特点（性能好，但形状不能太复杂）3.塑性变形对金属组织和性能的影响（冷变形条件下和热变形条件下；纤维组织及其性能特点）4.金属可锻性的衡量指标（塑性、变形抗力）及影响因素（成分；组织；温度）5.金属加热缺陷（过热、过烧、脱碳、过渡氧化）与碳钢始锻温度（低于固相线200℃）第二节热锻成形工艺1.自由锻基本工序（镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转）2.自由锻件结构工艺性3.模锻的基本原理（理解）及特点4.胎模锻的概念及特点（理解）第三节板料冲压1.两大类基本工序（分离工序和变形工序）2.冲裁的概念；冲裁变形过程（弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段）及冲裁件断面特征（塌角或圆角带；光亮带；断裂带）3.切断的概念4.弯曲变形的特点（内：压；外：拉）；弯曲的质量问题（弯裂；回弹）；弯裂的防止办法（限制最小弯曲半径；弯曲线与纤维方向垂直）；回弹的防止办法（模具角度比弯曲件角度小一个回弹角值）5.拉深的概念；拉深和冲裁工序所使用的凸、凹模之间的区别（间隙大小；圆角）拉深件质量问题（拉裂与起皱）6.拉深系数的概念及计算7.三类冲模的概念四种挤压方式第三章材料的连接成形第一节焊接成形工艺基础1.三大类焊接方法（熔化焊；压焊；钎焊）；2.熔焊的冶金特点（理解）及保证焊接质量的基本措施（保护焊接区；渗加合金元素；脱氧脱硫）；3.焊接接头的概念（焊缝加热影响区）；4.焊接热影响区的概念（焊接过程中，焊缝两侧受焊接热作用而发生组织与性能变化的区域）；5.低碳钢焊接热影响区的组成及其特点（熔合区；粗晶，性能差；过热区：粗晶，性能差；正火区：细晶，性能好；部分相变区：性能稍差）；6.焊接应力与变形产生的原因（局部加热）；7.防止和减少焊接应力的措施（焊前预热；焊接次序；焊后缓冷；焊后去应力退火）；8.焊接变形的形式（收缩变形；角变形；弯曲变形；扭曲变形；波浪变形）；9.防止和减小焊接变形的措施（刚性固定；反变形；焊接次序；焊前预热；焊后缓冷；矫正）；10.焊接缺陷的种类及其检验方法（理解）；第二节焊接方法1.焊条的组成及作用（焊芯和药皮；焊芯：作电极和焊缝的填充金属；药皮：稳定电弧燃烧；保护焊接区；渗加合金元素；脱氧脱硫）；a)为什么焊条药皮中要加脱氧剂？2.两种重要的焊条（J422、J507）；焊条选用原则（重在应用）3.埋弧焊的原理（理解）、特点和应用范围（水平位置焊接长直焊缝；大直径环形焊缝）b)埋弧焊的生产率为什么高于焊条电弧焊？c)埋弧焊与焊条电弧焊相比，为什么可以节省材料？d)埋弧焊为什么不能实现全位置焊接？4.氩弧焊的原理、特点及其应用；5.二氧化碳气体保护焊的原理、特点及其应用（注意与氩弧焊比较理解）e)二氧化碳保护焊时焊丝的成分有何要求，为什么？6.电渣焊的原理（电阻热）及其应用。
材料成型第一章
拉伸试验
常用的力学性能有：强度，刚度，塑性，硬度，韧性， 疲劳强度和断裂韧度，弹性
变形过程：
oe为纯弹性变形阶段
外力去除后试样完全恢 复原状 F(N) Fb
拉伸曲线
Fs
Fe
e以上为弹塑性变形阶段 es为屈服阶段
外力不增加，试样明显 伸长
sb为大量塑性变形阶段
外力增加不多，试样明 显伸长
bk为缩颈阶段
洛氏硬度试验
洛氏硬度特点
洛氏硬度测量的优点：操作简便，压痕小 可用于成品和薄形件 缺点：测量数值分散
HRC洛氏硬度适用于：淬火钢，调质钢 批生产零件 当HRC20-70 时有效
维氏硬度
采用夹角为136的四棱锥体金刚石压头，在 10~1000N的载荷作用下压入材料表面，计算 出单位压痕面积上的力，为维氏硬度，HV
在人类文明的进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段。
1．使用纯天然材料的初级阶段
在原古时代，人类只能使用天然材料（如兽皮、甲骨、羽毛、树木、草叶、石块、泥 土等），相当于人们通常所说的旧石器时代。这一阶段，人类所能利用的材料都是 纯天然的，在这一阶段的后期，虽然人类文明的程度有了很大进步，在制造器物方 面有了种种技巧，但是都只是纯天然材料的简单加工。
4．材料的复合化阶段 20世纪50年代金属陶瓷的出现标志着复合材料时代的到来。随后又出现了玻璃钢、 铝塑薄膜、梯度功能材料以及最近出现的抗菌材料的热潮，都是复合材料的典型 实例。它们都是为了适应高新技术的发展以及人类文明程度的提高而产生的。到 这时，人类已经可以利用新的物理、化学方法，根据实际需要设计独特性能的材 料。 现代复合材料最根本的思想不只是要使两种材料的性能变成3加3等于6，而是要想 办法使他们变成3乘以3等于9，乃至更大。严格来说，复合材料并不只限于两类材 料的复合。只要是由两种不同的相组成的材料都可以称为复合材料。 5．材料的智能化阶段 自然界中的材料都具有自适应、自诊断合资修复的功能。如所有的动物或植物都 能在没有受到绝对破坏的情况下进行自诊断和修复。人工材料目前还不能做到这 一点。但是近三四十年研制出的一些材料已经具备了其中的部分功能。 这就是目前最吸引人们注意的智能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等等。 尽管近10余年来，智能材料的研究取得了重大进展，但是离理想智能材料的目标 还相距甚远，而且严格来讲，目前研制成功的智能材料还只是一种智能结构。
材料成型技术基础知识点总结
材料成型技术基础知识点总结第一章铸造铸造是一种制造零件的方法，它将液态金属填充到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件。
填充铸型的过程称为充型，而液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力被称为充型能力。
影响充型能力的因素包括金属液本身的流动能力（合金流动性）、浇注条件（浇注温度、充型压力）以及铸型条件（铸型蓄热能力、铸型温度、铸型中的气体、铸件结构）。
流动性是熔融金属的流动能力，是液态金属固有的属性。
影响合金流动性的因素包括合金种类（与合金的熔点、导热率、合金液的粘度等物理性能有关）、化学成份（纯金属和共晶成分的合金流动性最好）以及杂质和含气量（杂质增加粘度，流动性下降；含气量少，流动性好）。
金属的凝固方式包括逐层凝固方式、体积凝固方式或称“糊状凝固方式”以及中间凝固方式。
收缩是液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。
收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。
合金的收缩可分为三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
液态收缩和凝固收缩通常以体积收缩率表示，是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。
合金的固态收缩通常用线收缩率来表示，是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。
影响收缩的因素包括化学成分（碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增加，而固态收缩略减）、浇注温度（浇注温度愈高，过热度愈大，合金的液态收缩增加）、铸件结构（铸型中的铸件冷却时，因形状和尺寸不同，各部分的冷却速度不同，结果对铸件收缩产生阻碍）以及铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力。
缩孔和缩松是铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，按照孔洞的大小和分布可分为缩孔和缩松。
缩孔的形成主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。
缩松的形成主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。
合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大。
材料成型第一章
2 本课程的主要内容
第1章 绪论 第2章 液态材料铸造成形技术过程 第3章 固态材料塑性成形过程 第4章 粉末压制和常用复合材料复合成形过程 第5章 固态材料的连接过程 第6章 非金属材料成形过程 第7章 模具 材料成形方案拟定及品质控制、 第8章 材料成形方案拟定及品质控制、再制造技术
4
现代制造过程分类
1.质量不变过程 1. 质量不变过程 2.质量减少过程 2. 质量减少过程 3.质量增加过程 3. 质量增加过程
教材及参考书
首选教材：
胡亚民主编， 《材料成形技术基础》第二版 胡亚民主编，重庆大 材料成形技术基础》 2008年 学出版社 2008年
参考书目：
施江澜主编， 1、《材料成形技术基础》第二版 施江澜主编，机 材料成形技术基础》 2007年 械工业出版社 2007年 2、《材料成型基础》 胡城立主编 武汉理工大学出 材料成型基础》 2001年 版社 2001年
非金属材料成形
锻造 Forging
1
应用背景
2 本课程的主要内容
材料成形技术基础》是机械类或近机械类专业的一门学科基础课， 《材料成形技术基础》是机械类或近机械类专业的一门学科基础课， 学习本课程的主要目的是使学生比较全面系统的获得机械制造中铸
造、压力加工、粉末成形、焊接、塑料、橡胶、陶瓷以 压力加工、粉末成形、焊接、塑料、橡胶、 及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识。 及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识。其主要任
务是介绍以下内容： 务是介绍以下内容： 1）制定铸造过程图，了解合金的熔炼与浇注过程的基本知识以及砂型 制定铸造过程图， 铸造、特种铸造和常见铸造缺陷等； 铸造、特种铸造和常见铸造缺陷等； 制定锻造与冲压过程图，了解材料塑性变形基本规律； 2）制定锻造与冲压过程图，了解材料塑性变形基本规律；了解粉末成 塑料、橡胶、陶瓷成型过程和板料冲压成形过程； 形、塑料、橡胶、陶瓷成型过程和板料冲压成形过程； 了解常用金属材料焊接过程基本知识； 3）了解常用金属材料焊接过程基本知识；
第一讲材料成型基础课件
（3）举例：弹性元件、钟表发条、炮筒等设计时 应按此校核。
2.刚度 1）定义：材料抵抗弹性变形的能力，取决于金属
材料的内部结构和温度、合金比及热处理等。 例如钢与铸铁在20℃温度时，E=200GMPa， 当20℃→450℃，E值下降20℅.
2）试验及判定依据
（1）试验：同拉伸试验，是拉伸曲线中的oe斜 率。
6.装配：
将零件按产品图样分类组合连接， 经选配、组装、调整、检测、试验等 过程构成满足功能要求的产品。
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三、材料成形的基本要素及流动过程 1.基本要素
材料：构成实体 能量：形态的能 改的 变改 、变 性 信息：产品的施 控方 制(工 法 及艺 实信)息
2.流动过程：
1）物质流：原材料的流动和转变的过程。
（2）判定依据： 、s b
注：有许多材料在拉伸时没有明显的屈服
现象，有时也规定试样产生0.2℅残余应 变时的应力来判定。
（3）举例：主轴、齿轮等。
4.塑性
1）定义：断裂前材料发生不可逆的、永久 变形的能力。
2）试验与判定依据
（1）试验：同拉伸试验，考查的是试件的 伸长的相对量和截面积变化的相对量。
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（2）判定依据： 、 ；
L L0 ×100℅,
L
S0 S1 ×100℅
S0
（3）举例：切削参数的选择，如锻造比等。
注：① 、 越大则塑性越好，强度、硬度
越低；
② 一般不用于工程设计中；
③一般用于塑性加工参数的选择；良好 的塑性是塑性加工的必要条件，提高零 2020/件9/19 的可靠性，防止使用中的突然断裂。 17
3.性能：物理性能、化学性能、力学性能、 加工成型性能。
材料成型工艺基础(第三版) 第1章
晶胞可以描述晶格的排列规律，组成晶胞的结构就是该 金属的晶格结构，不同的晶格结构具有不同的性能，而相同 的晶胞类型若有不同的晶格常数，也会使金属具有不同的性 能。
3.常见金属的晶体结构 在金属原子中，约有90%以上的金属晶体都属于以下三 种密排的晶格结构。 1)体心立方晶格 如图1-2所示，体心立方晶格是一个正立方体。原子位 于立方体的中心和八个顶点上，顶点上的每个原子为相邻的 八个晶胞所共有。其晶格常数a＝b＝c，晶胞棱边夹角α＝β ＝γ＝90°。属于这种晶格类型的金属有铬(Cr)、钨(W)、钼 (Mo)、钒(V)及α-铁(Fe)等。晶胞中原子排列的紧密程度可用 致密度来表示。
金属材料是现代机械制造工业中应用最广泛的材料之一。 它不仅资源丰富，具有优良的物理、化学和力学性能，而且 还具有较简单的成型方法和良好的成型工艺性能。因此，金 属材料在各种机械设备中所占的比例达90%以上。
金属材料的性能主要与其成分、组织和表面结构特性有 关。热处理就是通过改变金属材料的组织以及改变表面成分 和组织来改变其性能的一种热加工工艺。
致密度是指晶胞中原子所占的体积与该晶胞体积之比。体心 立方晶格中的晶胞的致密度为0.68，表明体心立方晶格中有 68%的体积被原子占据，其余32%的体积为空隙。
图1-2 体心立方晶格示意图
2)面心立方晶格 如图1-3所示，面心立方晶格也是一个正立方体，原子 位于立方体六个面的中心和八个顶点，顶点上的每个原子为 相邻八个晶胞所共有，面心的每个原子与其相邻晶胞所共有。 其晶格常数a＝b＝c，α＝β＝γ＝90°。属于这种晶格类型的 金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、银(Ag)、γ-铁(Fe)等。其致 密度为0.74。
图1-4 密排六方晶格示意图
4.实际金属的晶体结构 上述讨论的晶体中，原子排列规律相同，晶格位向完全 一致，这种晶体称为单晶体，见图1-5(a)。生产中只有采用 特殊的方法才能制成单晶体。单晶体材料只在特定情况下使 用，如制造半导体硅元件所用的材料就是单晶硅。实际使用 的金属材料都是由许多小晶体组成的。由于每个小晶体外形 不规则，且呈颗粒状，因而称为“晶粒”。每个晶粒内的晶 格位向是一致的，但各个晶粒之间彼此位向都不同(相差 30°～40°)，晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”，如图 1-5(b)所示。
高教版配东南大学工程材料习题参考答案
高教版配东南大学工程材料习题参考答案工程材料习题参考答案第一章.习题参考答案 1-1、名词解释1、σb抗拉强度---金属材料在拉断前的最大应力，它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。
2、σs屈服强度----表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力，表示材料抵抗微量塑性变形的能力。
3、σ屈服强度----试样产生%残余应变时的应力值为该材料的条件屈服。
4、δ伸长率----塑性的大小用伸长率δ表示。
5、HBS布氏硬度---以300Kg的压力F将直径D的淬火钢球压入金属材料的表层，经过规定的保持载荷时间后，卸除载荷，即得到一直径为d的压痕。
6、HRC洛氏硬度---是以120o 的金刚石圆锥体压头加上一定的压力压入被测材料，根据压痕的深度来度量材料的软硬，压痕愈深，硬度愈低。
7、σ﹣1---表示当应力循环对称时，光滑试样对称弯曲疲劳强度。
8、K1C ---应力强度因子的临界值。
1-2、试分别讨论布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度适用及不适用于什么场合？ 1、布氏硬度适用于退火和正火态的黑色金属和有色金属工件。
不适用于太薄、太硬的材料。
2、洛氏硬度适用于检测较薄工件或表面较薄的硬化层的硬度。
适用于淬火态的碳素钢和合金钢工件不适用于表面处理和化学热处理的工件。
3、维氏硬度适用于零件表面薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度。
不适用于退火和正火及整体淬火工件。
第二章.习题参考答案 2-1、名词解释1、晶体---指原子按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体。
2、 2、非晶体---组成物质的原子是无规律、无次序地堆聚在一起的物体。
3、单晶体---结晶方位完全一致的晶体。
4、多晶体---多晶粒组成的晶体结构。
5、晶粒---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。
2-2、何谓空间点阵、晶格、晶体结构和晶胞？常用金属的晶体结构是什么？划出其晶胞，并分别计算起原子半径、配位数和致密度？1、空间点阵---为了便于分析各种晶体中的原子排列及几何形状,通常把晶体中的原子假想为几何结点,并用直线从其中心连接起来,使之构成一个空间格子。
材料成型技术基础1-幻灯片(1)
强度、硬度低，塑、韧性几乎为0
力学性能差，脆性材料
由于G片尖端相当于裂 纹，造成应力集中
优良的 减震性 优良的减摩性 灰铸铁的铸造性能好
流动性好 缩孔缩松倾向小 热裂、冷裂倾向低
灰铸铁的理想组织是什么？
基体：P 石墨：细小、均匀
1.2 影响铸铁组织和性能的因素
➢ 化学成分 C, Si, Mn, S, P 碳、硅→碳当量 C.E=C%+0.3 Si%
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
➢ Main Topics in This Curriculum ❖ 铸造 Foundry ❖ 压力加工 Mechanical Working ❖ 焊接 Welding Fabrication
Noted:
➢ 凝固方式(the wideness of paste zone)取决于 合金的成分：freezing rang 凝固区间, 凝固范围 温度梯度temperature gradient
➢ 凝固方式决定了合金的补缩性能 feeding characters ❖ 倾向于逐层凝固的合金（灰口铸铁，近共晶点铝硅合金） 补缩性能好、铸件致密度高、不容易产生缩松 ❖ 倾向于糊状凝固的合金：锡青铜，铝青铜，球墨铸铁 补缩性能差、铸件致密度不高、不容易产生缩松
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。
铁碳合金流动性与含碳量关系p35,fig 2-2
2. 影响液态合金充型的其它因素
材料成型基本原理完整版
第一章：液态金属的结构与性质1雷诺数Re：当Re>2300时为紊流，Re<2300时为层流。
Re=Du/v=Duρ/η，D为直径，u 为流动速度，v为运动粘度=动力粘度η/密度ρ。
层流比紊流消耗能量大。
2表面张力：表面张力是表面上平行于切线方向且各方向大小相同等的张力。
润湿角：接触角为锐角时为润湿，钝角时为不润湿。
3压力差：当表面具有一定的曲度时，表面张力将使表面的两侧产生压力差，该压力差值的大小与曲率半径成反比，曲率半径越小，表面张力的作用越显著。
4充型能力：充型过程中，液态金属充满铸型型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充型能力。
5长程无序、近程有序：液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性，表现出长程无序特征；而相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停游荡着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围内的近程有序。
拓扑短程序：Sn Ge Ga Si等固态具有共价键的单组元液体，原子间的共价键并未完全消失，存在着与固体结构中对应的四面体局域拓扑有序结构。
化学短程序：Li-Pb Cs-Au Mg-Bi Mg-Zn Mg-Sn Cu-Ti Cu-Sn Al-Mg Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均有化学短程序的存在。
6实际液态金属结构：实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇空穴所组成，同时也含有各种固态液态和气态杂质或化合物，而且还表现出能量结构及浓度三种起伏特征，其结构相对复杂。
能量起伏：液态金属中处于热运动的原子的能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停的变化，时高时低，这种现象成为能量起伏。
结构起伏：由于能量起伏，液体中大量不停游动的局域有序原子团簇时聚时散，此起彼伏而存在结构起伏。
浓度起伏：游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化，这一现象成为浓度起伏。
(整理)南理工材料成形技术基础.
南理工材料成形技术基础要点整理第一章绪论1.材料加工/成形，有三个目的：（1）获得所需要的形状、尺寸、精度，材料的几何特征；（2）获得所需要的性能和内部组织，材料的内在特征；（3）获得所需要的表面性能和表层组织，材料的表面特征。
2.材料加工的类型1）加工成形 2）切除/去除加工3）表面处理/加工 4）热处理3.材料加工三要素：材料、能量和信息4.材料加工/成形的基本问题1）形状尺寸的控制 2）组织与性能的控制 3）缺陷控制与防止5.材料加工/成形的发展特点1）CAD/CAM2）自动控制、智能控制与机器人应用，实现自动化、高速化、连续化；3）新的成形加工技术的开发应用；4）加工方法成为新材料制备手段，先是凝固技术，后来的焊接技术与塑性加工技术；5）各种加工成形技术的交叉融合：铸轧，轧制复合、沉积、喷涂、激光快速成形等；6）打破传统的来料加工形式，材料制备与加工成形同时进行；7）柔性化加工制备技术。
6.塑性加工利用金属材料的塑性变形特性，用工模具加金属材料施加机械作用，使其发生塑性变形，达到所要求的形状、尺寸、精度和组织性能。
该过程中尺寸形状和组织性能都同时改变。
7．焊接过程中，改善凝固组织，防止粗晶产生的措施有：(1)变质处理焊接时可通过焊接材料向熔池加入一些能细化晶粒的元素，如钼、钒、钛、稀土等，达到使焊缝晶粒细化，提高强度和韧性的目的。
(2)振动结晶焊接时可同时对焊件施以振动，通过振动，可使柱状树枝晶破碎，增大晶粒游离倾向，达到细化晶粒的目的。
振动方式主要有机械振动、超声振动和电磁振动。
(3)优化焊接工艺参数第二章材料凝固理论8.何为凝固宏观意义：物质从液态转变成固态的过程；微观意义：激烈运动的液体原子回复到规则排列的过程。
9.凝固需注意的问题（1）体积改变（2）外形改变（3）熵值改变（4）结构改变10.过程自发进行的判据1）自由能最低原理即等温等容条件下，体系的自由能永不增大，自发过程的方向力图减小体系的自由能，平衡条件下体系的自由能最小。
工程材料及其成形技术基础(1-5章)ppt课件
.
绪论
1 本课程的性质
本课程是研究材料及其成形方法的技术基础课。它是 机械类及近机类各专业必修的一门课程。
2 学习目的
(1)获得常用工程材料及各类成形方法和加工工艺知 识，能合理地选材、正确地制定材料的加工程序。
(2)初步了解与本科程有关的新技术、新材料和新 工艺，为学习其它相关课程及以后从事机械设计和加 工制造方面的工作奠定必要的理论基础。
化学
金属材料
合金钢
成分
轻有色金属
分类
有色金属 重有色金属
机
塑料
稀有金属
械
有机高分子材料 合成橡胶
工
合成纤维
程
有机胶粘剂及涂料
材
陶瓷材料
硅酸盐材料
料
新型陶瓷
复合材料
非金属基复合材料 金属基复合材料 .
机械 工程 材料
功能分类
结构材料：用于制造实现运动和传递动力的零件 功能材料：用于制造实现其他功能的零件的材料
S0——试样原始横截面积（mm2 ）。
.
4 塑性
即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。 常用的塑性判据是伸长率和断面收缩率。
.
（1）伸长率 即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
δ=(L1 - L0)/ L0 ×100%
式中ห้องสมุดไป่ตู้
δ——伸长率（%）； L1——试样拉断后标距（mm)； L0 ——试样原始标距（mm)。
σs=Fs/S0
式中
σs——屈服点（ MPa ）； Fs——试样开始产生屈服现象时的（N）； S0——试样原始横.截面积（ mm2）。
(2) 抗拉强度：即试样拉断前承受的最大标称拉应力。
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第一章 工程材料的结构与性能
1.4.2固溶体
溶剂原子
溶质原子
置换固溶体
间隙固溶体
置换固溶体中，溶质原子在溶剂晶格中的分布是任意的、无 规律的。如果溶质原子在溶剂晶格中的溶解度有一定限度，则 称有限互溶，形成有限置换固溶体；如果合金组元可以以任何 比例相互溶解，如Cu-Ni 合金，这叫无限互溶，形成无限置换 固溶体。 间隙固溶体是由一些原子半径小于1Å 的非金属元素，如:H、 O、C、B、N，溶入过渡族金属而形成，且只有当溶质原子直 径与溶剂原子直径的比值小于0.59时，才能形成间隙固溶体。 溶剂晶格的间隙是有限的，因此间隙固溶体只能是有限固溶体。
第一章 工程材料的结构与性能
1.强度
1)静载时的强度 (1) 弹性和刚度 (2) 屈服点σs (3) 抗拉强度σb 2)变载时的强度 3)高温强度
第一章 工程材料的结构与性能
2.塑性
材料在外力的作用下,产生塑性变形而不断裂的性能称 为塑性。其大小用伸长率和断面收缩率来表示。
L1 L0 100% L0
晶粒 晶界
单晶体
多晶体
第一章 工程材料的结构与性能
2).晶体缺陷种类
第一章 工程材料的结构与性能
点缺陷
第一章 工程材料的结构与性能
线缺陷
第一章 工程材料的结构与性能
面缺陷
第一章 工程材料的结构与性能
晶体缺陷的影响
晶格缺陷对金属的许多性能有极重要的影响， 与晶体的凝固、固态相变、扩散等过程都有重大关 系，特别是对塑性变形、强度和断裂等起着决定性 的作用。 如：晶体缺陷的出现,将使其周围的晶格产生畸 变,而晶格畸变使材料的强度、硬度等力学性能和电 阻率、耐蚀性等物理及化学性能发生改变。
57
由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元 素组成的具有金属性质的物质，称为合金。组成合金的元 素叫做组元。由两种组元组成的合金，称为二元合金。 在物质中，凡是成分相同，结构相同，并与其他部分 以界面分开的均匀组成部分，称为相。合金结晶后可以是 一种相，也可以是由若干种相所组成。 一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体称为 组织。相的相对数量、形状、尺寸和分布的不同，形成了 不同的组织，不同的组织使合金具有不同的力学性能。 固态合金中的相，按其晶格结构的基本属性来分，可 以分为固溶体和化合物两类。
1.5.2高聚物的聚集态结构
第一章 工程材料的结构与性能
1.5.1大分子链的结构
大分子链的结构包括大分子结构单元的化学组成、键接 方式、空间构型等。 1)结构单元的化学组成：由C、H、N、O、Si等元素构成。 其中碳原子之间以共价键结合的碳链高分子是最重要的高聚 物。 2)结构单元的键接方式和链的构型（头_尾连接、头_头 连接、尾_尾连接等连接方式；空间构型有全同立构、间同 立构和无规立构 3)大分子链的形态： （大分子链的几何形态、大分子 链的构象及柔顺性）
第一章 工程材料的结构与性能
晶面指数的确定方法
在点阵中设置参考坐标系，方法与确定晶 向指数时相同，但不能将坐标原点选在待 确定指数的晶面上； 以点阵基矢的长度为单位，量出待定晶面 在各坐标轴上的截距； -Y 取三个截距的倒数，并以最小 公倍数乘这三个倒数，得到三个 最小的整数h、k、l; 将求得的h、 k、 l用圆括号括 X 起来，（hkl)即为该晶面的晶面 指数。 Z
A0 A1 100% A0
第一章 工程材料的结构与性能
3.硬度
布氏硬度原理
洛氏硬度原理
维氏硬度原理
第一章 工程材料的结构与性能
布氏硬度
第一章 工程材料的结构与性能
硬度
布氏硬度用HB表示:当试验压力的单位为kgf时
F F 2F HB F凹 Dh D( D D 2 d 2 )
第一章 工程材料的结构与性能
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(1)体心立方晶格结构
第一章 工程材料的结构与性能
(2)面心立方晶格结构
41
第一章 工程材料的结构与性能
42
(3)密排六方晶格结构。
动画15 密排六方晶胞
第一章 工程材料的结构与性能
3).晶面和晶向的表示方法
晶面和晶向的表示方法分别采用晶面指数 (hkl)和晶向指数[uvw]形式（以立方晶系为例）。 晶面 晶向指数[uvw] 的确定方法是： Z 以晶胞的某一阵点为原点，三个基矢 为坐标轴，并以点阵基矢的长度作为三个 坐标的单位长度； 过原点作一直线OP，使其平行于待 Y 标志的晶向AB,这一直线必定会通过某些 X 阵点； 在直线OP上选取距原点O最近的一个阵点P，确定P点 的坐标值； 将此值乘以最小公倍数化为最小整数u、v、w,加上方括 号，[uvw]即为AB的晶向指数。
第一章 工程材料的结构与性能
大分子链的几何形态
线型
带有支链
体型
第一章 工程材料的结构与性能
单键内旋转示意图
第一章 工程材料的结构与性能
1.5.2高聚物的聚集态结构
第一章 工程材料的结构与性能
1.6陶瓷的结构
陶瓷的基本相结构主要有:晶相、玻璃相、气相等。其组 织示意图见下图 陶瓷的性能主要取决于晶相。陶瓷中的晶相主要有硅酸盐 、氧化物、非氧化物。
1.2.1理想晶体结构
晶体、非晶体
晶格、点阵、晶胞、晶面、晶向
第一章 工程材料的结构与性能
39
常见的晶格类型
根据晶胞的三条棱边是否
相等、三个夹角是否相等以及 是否为直角，晶体学将所有晶
体分为7个晶系，14种空间点阵。
称作布喇菲空间点阵 常见的三种金属晶格类型有： 体心立方晶格。 面心立方晶格。 密排六方晶格。
第一章 工程材料的结构与性能
1.1材料原子的相互作用
离子键
共价键
金属键
分子键
原子结合键类型
第一章 工程材料的结构与性能
1.2晶体材料的原子排列 1.2.1理想晶体结构 1).晶格 2).常见的金属晶体结构 3).晶面和晶向的表示方法 1.2.2实际晶体结构 1).单晶体与多晶体 2).晶体缺陷
第一章 工程材料的结构与性能
第一章 工程材料的结构与性能
6.耐磨性和粘弹性
粘弹性 耐磨性
•蠕变 •应力松弛 •滞后与内耗
第一章 工程材料的结构与性能
1.7.2工程材料的物理性能材料
1.电性能 1)导电性能 2)介电性能(材料在电场中的极化；介电常数和介电
强度；压电现象和电致伸缩现象；电铁效应） 3)磁性能（磁导率、磁化强度；抗磁性、顺磁性、铁 磁性、反铁磁性、亚铁磁性；磁畴结构）。。。。（加强） 4)光学性能（连续光谱和特征谱线、材料与光子的交 互作用） 5)热性能（热容、热膨胀系数、 热导率）
第一章 工程材料的结构与性能
传统陶瓷 由粘土、 石英、长石等成分 组成，以天然为主。 现代陶瓷 由 Al3O2、SiC、Si3N4等 成分组成，以合成 为主。
第一章 工程材料的结构与性能
1.7工程材料的性能
1.7.1工程材料的力学性能 1. 强度 2. 塑性 3. 硬度 4. 冲击韧性 5. 断裂韧性 6. 耐磨性 7.粘弹性 1.7.2工程材料的物理性能 1.7.3工程材料的化学性能 1.7.4工程材料的工艺性能
第一章 工程材料的结构与性能
工程材料及成形 技术基础
第一章 工程材料的结构与性能
绪论
材料与成形技术的经济地位
材料的发展史 材料的分类
本课程在人才培养中的地位和作用
本课程的内容和要求
第一章 工程材料的结构与性能
材料的分类
按化学成分分类 金属（黑色金属、有色金属） 非金属 无机非金属（传统硅酸盐（水泥、玻璃、陶瓷、耐火材 料） 现代陶瓷（氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、 碳化物陶瓷、硼化物陶瓷） 有机非金属（塑料、橡胶、纤维、胶沾剂） 按用途分类 结构材料（利用其力学性能） 功能材料（利用光学、电学、声学、磁学、化学、物理、生物 化学等特性完成特定功能） 按状态分类 单晶体、多晶体、非晶体
Ak=G(H-h) Ak k A0
J J/cm2
a
第一章 工程材料的结构与性能
5.断裂韧性
K1 Y a
Mpa.m1/2
研究表明，低应力脆断总是由材料中宏观裂纹的扩展引
起的。这种裂纹可能是气孔、缩松、夹杂物等冶金缺陷，也
可能是在加工和使用过程中形成，因而是难以避免的。材料 在外力作用下，其中裂纹长度达到某一临界尺寸时，会突然 失稳扩展，导致构件断裂。断裂韧度便是指材料抵抗裂纹失 稳扩展即抵抗低应力脆断的能力。
第一章 工程材料的结构与性能
(326)
X
Y
-Z
第一章 工程材料的结构与性能
单晶体的各向异性
单晶体中不同晶面和晶向上的原子排列方式和 密度不同，因而，在不同的晶面和晶向上的各种性 能也不同，这种现象称为各向异性。
第一章 工程材料的结构与性能
1.2.2实际晶体结构
1.多晶体与亚结构 实际金属晶体内部包含了许多颗粒状的小晶体，每个 小晶体内部晶格位向一致，而各小晶体之间晶格位向不同。 小晶体称为“晶粒”，晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”。 在晶界上原子排列是不规则的。这种由多晶粒构成的晶体结 构称为“多晶体”，多晶体呈现各向同性。
比容C=摩尔热容/摩尔质量
线胀系数l=1T
第一章 工程材料的结构与性能
1.7.3工程材料的化学性能
•抗氧化性 •抗腐蚀性
电解液
Fe H2
F Fe3C (+) (-) (+) (-) (+)
Fe-Cu电池
珠光体腐蚀
第一章 工程材料的结构与性能
本章小结Biblioteka 本章中介绍本课程的性质和任务。介绍了工程 材料（含金属材料、高分子材料、陶瓷材料等）的 结构和性能。重点介绍了金属材料的结构；材料的 力学性能的内容和测试方法。