工程材料与机械制造基础
工程材料及机械制造基础
工程材料 Steel and Cast Iron
2. 铁碳相图Phase Diagram of Fe-C
2.1 相变与相图
➢ 相变：合金加热或冷却中相与相发生转变 ➢ 相平衡：动态平衡 ➢ 相图：表达了不同成分和金相平衡关系
主要参考书 References
戴枝荣，?工程材料及机械制造根底 〔I〕——工程材料?，高等教育出版社， 1992
邓文英， ?金属工艺学〔上册〕?，高 等教育出版社，2000〔第四版〕
沈其文，?材料成型工艺根底?，华中理 工大学出版社，1999
第一ห้องสมุดไป่ตู้ 工程材料 Engineering Material
组织决定性能 组织的观察方法 金属键
工程材料 Structure and Properties of the Metal
1. 金属的晶体构造 Crystal Structure of the Metal
1.1 根本概念
晶体(Crystal)：原子在三维空间作有 规那么的、周期性排列
晶格(Crystal Lattice)：表示晶体中原 子排列形式的空间格子
工程材料 Basic Knowledge
二、 常用工程材料
1. 金属 metal 不透光、导电导热、有光泽、延展性好 优异的力学性能和工艺性能
钢铁材料 iron and steel 有色金属 nonferrous metal
工程材料 Basic Knowledge
1.1 铝及其合金 纯铝：电工材料
2.4 纯铁的凝固冷却过程
工程材料与机械制造基础第二版课后练习题含答案
工程材料与机械制造基础第二版课后练习题含答案第一章金属材料选择题1.金属的基本结构单位是（）。
A. 原子 B. 分子 C. 离子 D. 高分子2.金属的导电性好，是因为（）。
A. 金属原子共用周围电子形成了一个电子云 B. 金属原子之间的原子序数很大 C. 金属原子之间的距离很远D. 金属原子的原子半径很大3.现代材料科学的研究表明，金属的显微结构主要包括（）两种结构。
A. 晶体和非晶体B. 多晶和单晶C. 非晶体和薄层结构D. 单晶和二晶轴4.在常温下铁、钨属于（）。
A. 非晶态材料 B. 晶态材料 C. 二相材料 D. 单晶体材料5.劈铅试验所测试的是材料（）。
A. 塑性 B. 韧性 C. 硬度 D. 强度简答题1.什么是金属材料？金属材料具有哪些特点？2.金属的结晶状态有哪些？请简述它们的特点。
3.介绍一下金属断裂的过程。
4.解释一下热处理和强化的含义。
答案选择题：1. A 2. A 3. B 4. B 5. D简答题：1.金属材料是一类以金属元素为主要组成成分的工程材料，具有一系列特点，如：密度大，强度高，塑性良好，导电导热性好等。
同时，也具有一些不足之处，如：易受腐蚀，疲劳寿命相对较短等。
2.金属的结晶状态主要有三种，分别为单晶、多晶以及非晶态。
单晶指的是具有完整晶格结构的材料，其具有优异的物理性能，但制造成本较高。
而多晶则指晶粒较小、有多个晶粒构成的材料。
这类材料具有低成本、高韧性等特点。
非晶态指材料的内部没有固定的原子排列方式，呈无序状态。
这类材料具有高强度、低应力腐蚀等特点。
3.金属断裂的过程主要包括两个阶段，分别为起始裂纹形成阶段和扩展裂纹阶段。
在起始裂纹形成阶段，由于外力作用，材料内部会出现微小的损伤，如缺陷、气孔等，这些损伤会在外力作用下产生应力集中。
当应力集中超过材料强度极限时，就会出现一条裂纹。
在扩展裂纹阶段，裂纹会不断扩大，细微损伤逐渐聚集，最终导致材料破裂。
工程材料及机械制造基础
工程材料及机械制造基础工程材料及机械制造基础随着工业化进程的加快，机械制造产业成为了产业结构调整和经济转型的重要部分。
而机械制造又离不开工程材料的选用和应用，因此，熟悉工程材料及机械制造基础知识，对机械制造从业者至关重要。
一、工程材料1. 金属材料金属材料是指以金属元素或其合金为主要成分和基体组成的材料。
金属材料具有导电性好、热导率高、强度高、耐磨损、耐腐蚀等特点，因此在机械制造中被广泛应用。
常用金属材料有钢、铜、铝、镁、锌等。
2. 非金属材料非金属材料是指一类不含金属或含金属量较低的材料。
常用的有陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
其中，陶瓷材料通常用于高温炉具和电子产品；高分子材料适用于制作塑料制品、橡胶制品和纺织品等；复合材料在航空、航天、汽车等领域有广泛应用。
二、机械制造基础1. 机械制造方法常见的机械制造方法有车、铣、钻、刨、磨、冲压、焊接、锻造等。
各种机械制造方法的应用根据具体工艺之间的关系进行设计和选择。
2. 机械制造技术机械制造技术是指制造加工过程中使用的各种技术和方法，包括材料加工技术、生产加工技术、制造技术等。
其中，材料加工技术包括金属材料的锻造、挤压、模锻等方法，非金属材料的成型、压缩、挤压、拉伸等方法；生产加工技术包括车床加工、铣床加工、磨床加工等；制造技术则包括设计、加工、质量控制等。
3. 机械制造质量控制机械制造质量控制是保证机械制造品质的关键要素。
质量控制主要通过检测、检验等方式实现。
检测是检查组件、零件尺寸、外形、材料、硬度等，以记录分析；检验是通过材料检验、件检验、总体检验等方式，按照规定质量要求，分析原因，以实现优质机械制造。
三、结语工程材料和机械制造基础是机械制造产业不可或缺的组成部分，掌握了这些基础知识，能够实现从材料的选择、到机械制造过程中的技术选择、生产、质量控制，以及最终出厂的检查等各个环节的全掌控。
因此，各个从业者在实践中深入理解和应用这些知识，是非常必要的。
工程材料与机械制造基础课程学习要点
《工程材料与机械制造基础》课程（工程材料及成形部分）学习要点教材：《现代工程材料成形与机械制造基础》（上册）孙康宁、张景德主编，高等教育出版社，第2版工程材料与机械制造基础（课程）是一门重要的工科大平台课，是工科各专业了解本专业以外工程知识的主要来源。
由于涉及知识面宽，基本概念多，各部分内容联系相对松散，有些同学学习初期感觉有一定的难度，为此建议同学们学习时注意掌握以下基本概念、基本要求和知识要点，并深入理解各部分之间的联系，包括材料与成形工艺之间的联系，成分、结构、性能、工艺之间的联系，各成形工艺之间的联系等等。
第一章绪论材料制造材料的发展趋势制造技术发展趋势第二章材料的力学性能基本概念力学性能:强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧性、疲劳强度及其衡量指标材料学基础:材料结构（晶体、非晶体）性能、成分、工艺与结构之间关系晶体点阵、晶胞、晶格常数体心立方晶体结构(bcc)面心立方晶体结构(fcc)密排六方晶体结构(hcp)晶体缺陷结晶：过冷度同素异构转变合金的相与相结构、组织相结构：固溶体、金属化合物铁碳合金的相结构：固溶体（铁素体、奥氏体），金属化合物:（渗碳体）组织（机械混合物）：珠光体、莱氏体冷却曲线！相图！！（点线面、用途）会画会填图，会分析，要背过。
共析钢、亚共析钢、过共析钢共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁工程材料的分类、编号及用途：钢铁、有色金属选材的基本原则第三章热处理与表面工程技术材料改性、目的、方法；什么是热处理？分析共析钢在加热和冷却时的组织及性能转变；最常用的热处理工艺（退火、正火、淬火、回火）特点及选用。
什么是马氏体？什么是过冷奥氏体？什么是表面淬火与化学热处理,工艺特点？淬火后材料强度硬度一定会增强吗？玻璃钢化机理是什么?什么是表面工程技术，主要技术分类？常见表面工程技术有哪些？第四章液态成形弄懂以下基本概念及基础知识:什么是液态成形？液态成形的特点？何为金属铸造(砂型铸造, 特种铸造)？一、砂型铸造(弄清楚零件、铸件、毛坯、木模、混砂、芯子、造型、型腔、分型面、合箱、浇注、清砂之间的关系)1. 充型能力流动性螺旋试样影响流动性因素: 成分浇注条件(温度压力) 铸型特性(铸型材料结构)2. 凝固逐层凝固体积凝固中间凝固影响凝固因素: 合金成分、组织、冷却方式（温度梯度）3 合金收缩性液态收缩凝固收缩固态收缩影响因素：成分、温度、铸型条件等收缩造成缺陷：（1）缩孔缩松顺序凝固冒口冷铁逐层凝固体积凝固（2）铸造应力、变形和裂纹热应力、机械应力，同时凝固原则（3）合金的吸气性及气孔、析出性气孔、侵入性气孔、反应性气孔4．常用铸造合金的铸造性能特点（铸铁铸钢有色金属）5.砂型铸造常见缺陷（缩孔缩松浇不足冷隔应力变形气孔等）二、特种铸造1．金属型铸造工艺特点2．溶模铸造及工艺特点3．压力铸造及工艺特点4．低压铸造及工艺特点5．离心铸造及工艺特点6．消失模铸造及工艺特点铸造方法选择三、铸件结构工艺性（要求：根据图纸会判断结构设计是否合理！）1．铸件结构应利于避免或减少铸件缺陷2．铸件结构应利于简化铸造工艺3．铸件结构要便于后续加工第五章塑性成形技术1.弄懂以下基本概念及基础知识:什么是塑性成形,基本要素是什么？与液态成形相比有何不同?常见塑性成形方法: 锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔压力加工（挤压、轧制、拉拔）: 靠孔型获得所需截面型材塑性变形的机制(晶内变形+晶间变形)晶内变形(滑移+孪生) 晶间变形(滑移+转动)（1）变形引起的性能变化及相关概念:加工硬化: 强度、硬度提高，但塑性、韧性下降回复（及特点）: T回=(0.25-0.3)T熔（K）再结晶（及特点）: T再=0.4T熔(K)冷变形、热变形、温变形（2）变形引起的组织变化及相关概念:晶粒细化、锻造流线(锻造纤维组织)、变形程度、锻造比变形程度、锻造比、锻造流线关系(锻造比衡量变形程度大小,变形程度越大,锻造流线越显著)锻造流线对性能的影响，锻造流线如何利用？（3）最小阻力定律及应用体积不变条件（定律）及应用（4）材料的塑性成形性（可锻性）衡量可锻性指标：变形抗力、塑性影响因素：成分、组织、温度、变形速度、应力状态2．金属塑性成形方法基本概念与基础知识锻造？自由锻？模锻？板料冲压？冲裁？落料？冲孔？变形工序？拉伸？弯曲？翻边？胀型？（1）自由锻基本工序：镦粗、拔长、冲孔各有何特点？自由锻工艺规程：锻件图（加工余量、锻造公差、余块）、锻造成形工艺方案、计算毛坯重量和尺寸、确定锻造温度范围、制订自由锻工艺规程卡。
工程材料与机械制造基础第二版答案
工程材料与机械制造基础第二版答案第一章：工程材料的概述1.定义：工程材料是指用于制造各种工程产品和构件的原料，包括金属材料、非金属材料和合成材料。
2.金属材料分类：金属材料按照基本组织可分为晶体、多晶体和非晶体。
按照化学成分可分为金属元素和合金。
按照制备方式可分为熔炼和粉末冶金方法。
3.非金属材料分类：非金属材料包括陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
陶瓷材料可分为无机非金属材料和有机非金属材料。
高分子材料是由高分子化合物制成的材料。
复合材料由两种或以上的基础材料组成。
4.合成材料分类：合成材料指人工合成的新材料，包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料和高分子基复合材料。
第二章：金属材料的组织和性能1.金属的晶体结构：金属的晶体结构可分为体心立方结构、面心立方结构和六方最密堆积结构。
2.晶体缺陷：晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括金属原子的不可替代缺陷和可替代缺陷。
线缺陷包括位错和抱线。
3.金属的力学性能：金属的力学性能包括强度、硬度、韧性、可塑性和延展性等。
4.金属的热学性能：金属的热学性能包括热膨胀系数、热导率和比热容等。
第三章：金属材料的制备与加工1.金属的提炼和精炼：金属的提炼过程包括冶炼和精炼。
冶炼是将矿石中的金属氧化物还原为金属的过程。
精炼是去除金属中的杂质，提高金属纯度的过程。
2.金属的凝固：金属的凝固过程包括液相凝固、凝固过程中的晶体生长和固相变形。
3.金属的成形加工：金属的成形加工包括锻造、压力加工、热处理和冷加工等。
4.金属的热处理：金属的热处理包括退火、淬火、回火和时效等。
第四章：非金属材料的组织和性能1.陶瓷材料的组织和性能：陶瓷材料的组织包括晶体和非晶体结构，性能包括强度、硬度和热稳定性等。
2.高分子材料的组织和性能：高分子材料的组织包括聚合物链和结晶结构，性能包括高分子材料的强度、弹性和耐热性等。
3.复合材料的组织和性能：复合材料的组织包括增强相和基体相，性能包括强度、刚度和耐热性等。
工程材料及机械制造基础习题及答案.
第一章材料的种类与性能1．强度：强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
2．屈服强度：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。
3．弹性极限：产生的变形是可以恢复的变形的点对应的弹性变形阶段最大应力称为弹性极限。
4．弹性模量：材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量。
5．抗拉强度：抗拉强度是试样拉断前所能承受的最大应力值。
6．塑性：断裂前材料产生的塑性变形的能力称为塑性。
7．硬度：硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力。
8．冲击韧度：冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。
9．断裂韧度：断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。
10．疲劳强度：疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳的能力。
11．黏着磨损：黏着磨损又称咬合磨损，其实质是接触面在接触压力作用下局部发生黏着，在相对运动时黏着处又分离，使接触面上有小颗粒被拉拽出来，反复进行造成黏着磨损。
12．磨粒磨损：磨粒磨损是当摩擦副一方的硬度比另一方大的多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子是所产生的磨损。
13．腐蚀磨损：腐蚀磨损是由于外界环境引起金属表面的腐蚀物剥落，与金属表面之间的机械磨损相结合而出现的磨损。
14．功能材料：是具有某种特殊的物理性能，化学性能，生物性能以及某些功能之间可以相互转化的材料。
15．使用性能：是指在正常使用条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，包括材料的力学性能，物理性能，化学性能等。
16．工艺性能：是指材料的可加工性，包括可锻性，铸造性能，焊接性，热处理性能及切削加工性。
17．交变载荷：大小，方向随时间呈周期性变化的载荷作用。
18．疲劳：是机械零件在循环或交变载荷作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象。
20．蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。
21．脆断：在拉应力状态下没有出现塑性变形而突然发生脆性断裂的现象。
22．应力松弛：是指承受弹性应变的零件在工作过程中总变形量保持不变，但随时间的延长，工作应力自行逐渐衰减的现象。
工程材料与机械制造基础课后习题答案
⼯程材料与机械制造基础课后习题答案《⼯程材料及机械制造基础》习题答案齐乐华主编第⼀章材料的种类与性能（P7）１、⾦属材料的使⽤性能包括哪些？⼒学性能、物理性能、化学性能等。
２、什么是⾦属的⼒学性能？它包括那些主要⼒学指标？⾦属材料的⼒学性能：⾦属材料在外⼒作⽤下所表现出来的与弹性和⾮弹性反应相关或涉及⼒与应变关系的性能。
主要包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性等。
３、⼀根直径10mm的钢棒，在拉伸断裂时直径变为8.5mm，此钢的抗拉强度为450Mpa，问此棒能承受的最⼤载荷为多少？断⾯收缩率是多少？F=35325N ψ=27.75%４、简述洛⽒硬度的测试原理。
以压头压⼊⾦属材料的压痕深度来表征材料的硬度。
5、什么是蠕变和应⼒松弛？蠕变：⾦属在长时间恒温、恒应⼒作⽤下，发⽣缓慢塑性变形的现象。
应⼒松弛：承受弹性变形的零件，在⼯作过程中总变形量不变，但随时间的延长，⼯作应⼒逐渐衰减的现象。
6、⾦属腐蚀的⽅式主要有哪⼏种？⾦属防腐的⽅法有哪些？主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。
防腐⽅法：1）改变⾦属的化学成分；2）通过覆盖法将⾦属同腐蚀介质隔离；3）改善腐蚀环境；4）阴极保护法。
第⼆章材料的组织结构（P26）1、简述⾦属三种典型结构的特点。
体⼼⽴⽅晶格：晶格属于⽴⽅晶系，在晶胞的中⼼和每个顶⾓各有⼀个原⼦。
每个体⼼⽴⽅晶格的原⼦数为：2个。
塑性较好。
⾯⼼⽴⽅晶格：晶格属于⽴⽅晶系，在晶胞的8个顶⾓和6个⾯的中⼼各有⼀个原⼦。
每个⾯⼼⽴⽅晶格的原⼦数为：4个。
塑性优于体⼼⽴⽅晶格的⾦属。
密排六⽅晶格：晶格属于六⽅棱柱体，在六棱柱晶胞的12个项⾓上各有⼀个原⼦，两个端⾯的中⼼各有⼀个原⼦，晶胞内部有三个原⼦。
每个密排六⽅晶胞原⼦数为：6个，较脆2、⾦属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？存在点缺陷、线缺陷和⾯缺陷。
使⾦属抵抗塑性变形的能⼒提⾼，从⽽使⾦属强度、硬度提⾼，但防腐蚀能⼒下降。
3、合⾦元素在⾦属中存在的形式有哪⼏种？各具备什么特性？存在的形式有固溶体和⾦属化合物两种。
工程材料及机械制造基础
工程材料及机械制造基础工程材料及机械制造基础是机械制造领域的核心知识，它包括了工程材料的基础知识以及机械制造方面的相关技术。
工程材料的选择和机械制造的工艺直接影响着机械产品的质量和性能。
因此，掌握工程材料及机械制造基础知识对于机械相关专业的学生来说至关重要。
本文将介绍工程材料及机械制造基础的一些重要知识点，供读者参考和学习。
一、工程材料工程材料是指在机械制造、建筑、化工、航空航天等工程领域中使用的材料。
工程材料的种类很多，涵盖了金属材料、非金属材料和复合材料等多种类型。
其中，金属材料是最常用的一种工程材料，由于其在强度、重量比等方面的优势，在机械制造行业中被广泛应用。
1. 金属材料金属材料是机械制造中最基础、最重要的材料之一。
金属材料的强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能决定了机械产品的使用寿命和性能。
常用的金属材料有铁、钢、铜、铝、锌、镁、钛等。
其中，铁和钢是最常用的材料，它们在制造汽车、火车、船舶、建筑等方面有着广泛的应用。
2. 非金属材料非金属材料是指不包含金属元素的材料，如陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等。
这些材料常被用于制造密封件、冷却系统、耐高温、耐低温、耐腐蚀等零部件。
非金属材料通常具有轻便、耐磨、耐腐蚀等特点。
3. 复合材料复合材料是由两种或两种以上材料组合而成的材料，具有单一材料所不具备的性能。
复合材料常用于制造高强度、高硬度、高温耐性、耐腐蚀、轻便等零部件。
常见的复合材料有碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料等。
二、机械制造机械制造是制造机器和设备的生产过程，它包括了机械零部件的加工技术、机械产品的设计和制造等方面。
机械制造在现代工业中发挥着至关重要的作用。
下面将介绍机械制造中的一些常见工艺和技术。
1. 压力加工压力加工是指通过施加力量使材料发生形变和变形的加工过程，包括了锻造、拉伸、挤压、压缩等多种工艺。
压力加工能够提高材料的韧性和强度，契合精度提高，可用于制造齿轮、轴等机械零部件。
2. 切削加工切削加工是指通过旋转或移动刀具来削除工件材料的加工工艺。
工程材料及机械制造基础
智能制造技术是一种融 合了信息技术、自动化 技术和制造技术的综合 制造模式，旨在提高生 产效率和降低成本。
05
工程材料与机械制造的应 用
航空航天领域的应用
航空航天领域对材料和机械制造的要求极高，需要具备轻质、高强度、耐高温等特 点。
钛合金、铝合金、复合材料等工程材料在航空航天领域广泛应用，用于制造飞机机 身、机翼、发动机等关键部件。
船舶工业领域的应用
船舶工业对材料和机械制造的要 求较高，需要具备耐腐蚀、高强
度、耐磨等特点。
高强度钢、铝合金、铜合金等工 程材料在船舶工业中广泛应用， 用于制造船体、推进器、锚链等
部件。
先进的机械制造技术如数控机床 加工、热处理等在船舶工业中也 得到广泛应用，提高了船舶的性
能和安全性。
06
工程材料与机械制造的未 来发展
绿色制造与可持续发展
资源高效利用
优化生产过程，降低能耗和原材料消耗，提高资源利 用效率。
环保生产
减少生产过程中的废弃物排放，降低对环境的负面影 响，如采用清洁能源、绿色工艺等。
循环经济
实现产品的全生命周期管理，推动废旧产品的回收和 再利用，以减少对自然资源的依赖。
THANKS
感谢观看
锻造
通过施加外力使金属坯料变形，制成所需形状和性能的工艺。
焊接
通过熔融金属或其填充材料，将分离的金属连接在一起的工艺。
03
非金属材料
高分子材料
高分子材料分类
01
高分子材料主要分为塑料、橡胶、纤维等，具有质量轻、绝缘
性好、耐腐蚀等特点。
高分子材料性能
02
高分子材料具有较高的弹性模量、良好的耐磨性、耐腐蚀性和
工程材料及机械制造基础教材
工程材料及机械制造基础教材《工程材料与机械制造基础》是一本综合性的教材，主要分为三篇。
第一篇为工程材料，主要介绍了金属材料的主要性能、金属的晶体结构与结晶、铁碳合金、钢的热处理以及常用金属材料等内容。
其中，着重讲述了钢铁材料和热处理的内容。
第二篇为热成形工艺基础，主要介绍铸造成形、锻压成形、焊接成形等内容。
此外，还系统阐述各种热加工工艺方法、特点、规律、应用与结构工艺性等内容。
第三篇为冷成形工艺基础，主要介绍金属切削的基础知识、常用加工方法综述、典型表面加工分析等内容。
本篇综合介绍了各种机加工方法、特点、应用等内容。
第四篇：机械制造工艺与装备这一部分主要介绍了机械制造的基本工艺，包括切削工具、夹具、量具和机床等基础知识。
同时，还会涉及到现代制造技术，如数控加工、柔性制造系统、计算机辅助制造等。
第五篇：工程材料的应用与选择这一部分将从工程应用的角度，介绍如何根据实际需要选择和使用工程材料。
包括材料的选用原则、材料性能与成本的综合考虑、材料的可加工性、耐腐蚀性、耐磨性等方面的内容。
第六篇：质量控制与检测这一部分将介绍质量控制的基本原理和方法，包括统计过程控制、抽样检验等。
同时，还将介绍常用的检测技术和方法，如无损检测、硬度测试、金相分析等。
附录：实验指导与习题这一部分将提供一系列的实验指导和习题，帮助学生巩固和应用所学知识。
实验指导部分将详细介绍实验的步骤、方法和注意事项；习题部分则将涵盖教材中的各个知识点，供学生练习和巩固。
《工程材料与机械制造基础》可以满足教学计划60~90课时的教学需要，可作为高等学校机电类应用型本科教学用书，也可作为高职高专、夜大等学生的教材，并可供工程技术人员参考。
总的来说，《工程材料与机械制造基础》是一本综合性的教材，旨在为学生提供全面的工程材料和机械制造基础知识。
通过学习和实践，学生可以掌握基本的工程材料和机械制造技术，为未来的学习和工作打下坚实的基础。
工程材料与机械制造基础讲稿
工程材料与机械制造基础讲稿1. 引言工程材料是指在机械制造和工程领域中所使用的各种材料。
它们具有一些特定的物理和化学性质，能够满足不同工程应用的要求。
机械制造是指通过机械设备和工具对材料进行加工和制造的过程。
机械制造与工程材料密切相关，合理选择和使用工程材料对机械制造具有重要的影响。
2. 常用工程材料2.1 金属材料金属材料是指由金属元素组成的材料。
金属材料具有良好的导电性和热传导性，因此在电子、电器、汽车、航空航天等领域广泛应用。
常见的金属材料包括钢铁、铜、铝等。
不同金属材料具有不同的物理和机械性质，例如钢铁具有高强度和硬度，铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性。
2.2 非金属材料非金属材料是指不包含金属元素的材料。
非金属材料具有一些特殊的性质，例如绝缘性能、高耐热性等。
常见的非金属材料包括塑料、陶瓷和复合材料等。
塑料具有良好的可塑性和绝缘性能，广泛应用于包装、建筑和电子等行业。
陶瓷具有高强度、高硬度和高耐热性，常用于制作耐磨、耐高温的零部件。
复合材料由多种材料的组合构成，具有优秀的综合性能，例如碳纤维复合材料在航空航天和汽车领域有广泛应用。
3. 工程材料的选择原则3.1 强度和刚度在机械制造中，通常会对材料的强度和刚度有要求。
强度是材料抵抗变形和破坏的能力，刚度是材料抵抗变形的能力。
因此，在选择工程材料时，需要考虑工件所承受的载荷和应力情况，选择具有足够强度和刚度的材料。
3.2 密度和重量对于一些重量敏感的应用，例如汽车和航空器，需要选择密度较低的材料，以减轻整体重量。
同时，还需要考虑材料的强度和刚度，确保结构的安全性。
铝是一种密度较低且强度较高的材料，因此在航空航天领域有广泛应用。
3.3 耐腐蚀性某些工程材料需要具有良好的耐腐蚀性能，以应对恶劣的工作环境。
例如，在化工行业和海洋工程中，常使用具有良好耐腐蚀性的材料，例如不锈钢和镍基合金。
3.4 温度稳定性在一些高温或低温应用中，工程材料需要具有良好的温度稳定性。
工程材料及机械制造基础
工程材料及机械制造基础工程材料及机械制造基础是机械工程领域中非常重要的一门课程，它涉及到了材料科学、机械制造工艺和机械设计等多个方面的知识。
在现代工程领域，材料的选择和机械制造工艺的应用对产品的质量和性能有着至关重要的影响。
因此，深入了解工程材料及机械制造基础的知识，对于从事机械工程相关工作的人员来说至关重要。
首先，工程材料及机械制造基础课程涉及到了材料的基本性质和分类。
在工程领域中，材料的选择对产品的性能有着直接的影响。
不同的材料具有不同的物理性质、化学性质和力学性质，因此在实际工程中需要根据产品的具体要求来选择合适的材料。
对于工程师来说，了解材料的基本性质和分类，可以帮助他们更好地选择和应用材料，从而提高产品的质量和性能。
其次，工程材料及机械制造基础课程还涉及到了机械制造工艺的基本原理和方法。
机械制造工艺是指将原材料加工成零部件或产品的过程，它涉及到了多种加工方法和工艺流程。
在实际工程中，选择合适的机械制造工艺可以提高生产效率、降低成本，并且可以保证产品的质量。
因此，了解机械制造工艺的基本原理和方法，对于工程师来说是非常重要的。
最后，工程材料及机械制造基础课程还包括了机械设计的基本原理和方法。
机械设计是指根据产品的功能要求和工作条件，设计出合理的产品结构和零部件。
在机械设计过程中，需要考虑材料的选择、结构的合理性、零部件的加工工艺等多个方面的因素。
因此，对于从事机械设计工作的人员来说，深入了解机械设计的基本原理和方法是非常重要的。
总之，工程材料及机械制造基础是机械工程领域中非常重要的一门课程，它涉及到了材料科学、机械制造工艺和机械设计等多个方面的知识。
深入了解工程材料及机械制造基础的知识，对于从事机械工程相关工作的人员来说是非常重要的。
希望通过学习这门课程，可以更好地应用材料、工艺和设计的知识，提高产品的质量和性能。
工程材料与机械制造基础知识
工程材料与机械制造基础知识第一章金属材料的力学性能1、在测定强度上σs与σ0.2有什么不一致？答：σs用于测定有明显屈服现象的材料，σ0.2用于测定无明显屈服现象的材料。
2、什么是应力？什么是应变？它们的符号与单位各是什么？答：试样单位截面上的拉力称之应力，用符号σ表示，单位是MPa。
试样单位长度上的伸长量称之应变，用符号ε表示，应变没有单位。
3、画出低碳钢拉伸曲线图，并指出缩颈现象发生在拉伸图上哪一点？断裂发生在哪一点？若没有出现缩颈现象，是否表示试样没有发生塑性变形？答：若没有出现缩颈现象，试样并不是没有发生塑形性变，而是没有产生明显的塑性变形。
4、将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？如何推断它的变形性质？答：将钟表发条拉直是弹性变形，由于当时钟停止时，钟表发条恢复了原状，故属弹性变形。
5、在机械设计时使用哪两种强度指标？为什么？答：（1）屈服强度。
由于大多数机械零件产生塑性变形时即告失效。
（2）抗拉强度。
由于它的数据易准确测定，也容易在手册中查到，用于通常对塑性变形要求不严格的零件。
6、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料？使用何种材料为宜？材料的E值愈大，其塑性愈差，这种说法是否正确？为什么？答：应根据弹性模量选择材料。
要求刚度好的零件，应选用弹性模量大的金属材料。
金属材料弹性模量的大小，要紧取决于原子间结合力（键力）的强弱，与其内部组织关系不大，而材料的塑性是指其承受永久变形而不被破坏的能力，与其内部组织有密切关系。
两者无直接关系。
故题中说法不对。
7、常用的硬度测定方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？答：工业上常用的硬度测定方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。
其应用范围：布氏硬度法应用于硬度值HB小于450的毛坯材料。
洛氏硬度法应用于通常淬火件、调质件。
维氏硬度法应用于薄板、淬硬表层。
使用不一致方法测定出的硬度值不能直接比较，但能够通过经验公式换算成同一硬度后，再进行比较。
工程材料及机械制造基础
6个
0.5a
74%
12
单晶体的各向异性
单晶体——内部晶格方位完全一致的晶体 单晶体各向异性——单晶体在各个晶向上具有不同的 物理、化学和机械性能 原因：不同方位（位向）上原子间距不同
表3-1 单晶体和多晶体弹性模量数据对比
单晶E(MN/m2)
Max
Min
多晶E(MN/m2)
Cu 1.91×104 6.67×103 1.20×104
塑性很好。 密排六方晶格—— Mg、Zn等
由于排列方式不同，原子间的距离不同，作用力也不同， 故呈现的性能也不同。（如体心立方晶格强度大、塑性好， 面心立方晶格塑性好。）
常见的三种金属晶格
(1)体心立方 (b.c.c) Body-center cubic lattice
常见金属 α-Fe, Cr, Mo, W, V 等
过冷 —— 液态金属冷却到理论结晶温度 以下才开始结晶的现象。
过冷度
△T=T0－Tn
问：一种金属的熔点恒定吗？过冷度恒定吗？
晶粒 Crystal Grain
晶界 Crystal Boundary
晶粒—— 每个晶核长成的晶体。晶体缺陷按几何形状分为 点缺陷（晶格空位、间隙原子、置换原子）。
问:从Q235、45、T8A三种钢的牌号上判断其含S、 P量的大小？
二、金属的晶体结构和结晶过程
一切固体物质按其原子排列的特征可分为晶 体和非晶体： 晶体—— 原子规则排列的物体。如食盐、金刚 石、石墨、合金等。 非晶体—— 原子不具有规则排列的物体。如塑 料、玻璃、沥青等。
晶体和非晶体的内部结构不同，两者的性 能也不同。晶体通常具有一定的凝固点和熔点, 非晶体则没有;晶体具有各向异性,非晶体则各向 同性。
- 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)。
第一章材料的种类与性能1.2 材料的性能1 使用性能：在正常使用的条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，其中包括材料的力学性能（机械性能）、物理性能、化学性能等。
2 静载时材料的力学性能强度：强度是指材料在外力的作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
弹性极限：在弹性变形范围内所对应的弹性阶段的最大应力，称为弹性极限。
弹性模量：表示材料产生弹性变形的难易程度。
屈服强度：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。
抗拉强度：试样拉断前所能承受的最大应力值。
塑性：断裂前材料产生塑性变形的能力。
伸长率：试样断裂时的相对伸长量。
断面收缩率：试样断裂后截面的相对收缩量。
硬度：材料抵抗硬物压入其表面的能力。
布氏硬度：压痕面积大，不受微小不均匀硬度的影响，实验数据稳定，重复性好。
但不适用于成品零件和薄壁零件的硬度检测。
洛氏硬度：将一个标准压头压入式样表面，再根据压痕的深度来确定式样的硬度。
操作迅速、简便，压痕面积小，适用于成品检验，但由于接触面积小，当硬度不均匀时，数值波动较大。
需要多打几个点。
取其平均值。
维氏硬度：将四棱锥体的金刚石压入式样表面，再测量压痕对角线长度，再根据所加压力和对角线平均长度查表得到硬度值。
测量精度、硬度测量范围大，尤其能很好的测量薄试样的硬度。
其他载荷作用下的力学性能冲击韧度：材料抵抗冲击载荷的能力。
断裂能力：材料抵抗裂纹裂纹扩展的能力。
疲劳强度磨损：机器运转时，任何零件在接触状态下的相对运动都会产生摩擦。
导致零件磨损，最后失效。
第二章材料的组织结构晶胞：晶体是周期性重复排列的，通常取出晶格中的一个基本单元来描述晶体构造。
晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。
直线的交点（原子中心）称结点。
由结点形成的空间点的阵列称空间点阵。
体心立方晶格：体心立方晶格的晶胞如图所示，在立方体的8个顶角上和立方体中心各有1个原子。
面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞如图所示，在立方体的8个顶角上和6个面的中心各有1个原子。
密排六方晶格：密排六方晶格的晶胞如图所示，在六棱柱的上、下六角形面的顶角上和面的中心各有1个原子，在六棱柱体中间还有3个原子。
具有这种晶格的金属有镁、锌、镉和铍等。
晶粒：实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶体称为晶粒晶界：晶粒之间的交界面。
晶粒越细小，晶界面积越大。
多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。
晶体缺陷：在晶体内部及边界存在偏离晶体完整性的微观区域，称为晶体缺陷称晶体缺陷。
点缺陷：空间三维尺寸都很小的缺陷。
空位：晶格中某些缺排原子的空结点。
间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。
可以是基体金属原子，也可以是外来原子。
置换原子：取代原来原子位置的外来原子称置换原子。
晶格畸变：点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。
从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
线缺陷—晶体中的位错位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。
分刃型位错和螺型位错。
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。
面缺陷—晶界晶界是不同位向晶粒的过度部位。
晶体缺陷的影响：一般情况下，晶体缺陷的存在可以提高金属的强度，而且晶体缺陷常常降低金属的耐腐蚀性能，可以通过腐蚀观察金属的各种缺陷。
合金：合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。
固溶体合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称固溶体。
与固溶体晶体结构相同的元素称溶剂。
其它元素称溶质。
固溶体的性能随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性下降—称作固溶强化。
金属化合物合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。
合金中出现金属化合物,可提高其强度、硬度和耐磨性，但降低塑性。
结晶：金属从液态变为固态的过程。
细晶强化：金属的强度、塑性和韧性都随晶粒的细化而提高，称为细晶强化。
细晶强化的方法增加液态金属结晶时的过冷度变质处理附加振动。
重结晶：金属的同素异晶转变是金属从一种晶格类型的固态转变为另一种晶格类型固态的转变。
共晶反应：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作共晶转变或共晶反应.奥氏体：是碳在γ—Fe中形成的间隙固溶体，用A或γ表示。
由于γ—Fe为面心立方结构，γ–Fe的溶碳能力较强，在727℃时碳的溶解度为0.77%，随着温度的升高，溶解度增大，到1148℃时达到最大2.11%，固溶强化效果较明显。
渗碳体：铁与碳形成的金属化合物称为渗碳体，用符号Fe3C表示。
渗碳体的溶解度为6.69%，熔点为1227℃，不发生同素异构转变，硬度很高，而塑性、韧性极差。
不能单独使用，但是碳钢中的主要强化相。
一次渗碳体Fe3CI（由液体中直接结晶生成，以带状分布）；二次渗碳体Fe3CII（由奥氏体中析出，呈网状分布）；三次渗碳体Fe3CIII（由铁素体中析出，呈断续片状分布）；珠光体：是铁素体与渗碳体的机械混合物，用P表示。
珠光体是共析反应的产物，其碳的质量分数为0.77％。
由于渗碳体在混合物中起强化作用，因此珠光体具有良好的力学性能。
莱氏体：是奥氏体和渗碳体的机械混合物，用Ld表示。
莱氏体是共晶反应的产物，其碳的质量分数为4.3％。
高温莱氏体冷却到727℃以下时，将转变为珠光体和渗碳体的机械混合物，称为低温莱氏体。
由于莱氏体中含渗碳体较多，其力学性能与渗碳体相近，属脆性组织。
相区由前面Fe-Fe3C相图可以看出，全图中有四个单相图区：液相区（L）、奥氏体相区（A）、铁素体相区（F）和渗碳体相区（指DFK线）；五个两相：L+A区、L+ Fe3CI区、A+F区、A+Fe3C 和F+Fe3C区。
每个两相区都与相应的两个单相区相邻；两条三相共存线，即共晶线ECF，L、A和Fe3C三相共存，共析线PSK，A、F和Fe3C三相共存。
在简化Fe-Fe3C相图的十个特性点中，有五个个特别重要且具有特殊意义的点，即“C”点、“S”点、“E”点、“P”点和“Q”点。
“C”点为共晶点，在该点将要发生由一定成分的液相同时生成两个不同成分固相的转变，称为共晶转变。
此时的液相成分为共晶点成份（wc =4.3%），转变温度为共晶点温度（1148℃），转变出的两种固相分别为A（wc=2.11%）和共晶Fe3C（wc=6.69%），他们所组成的机械混合物（A+Fe3C）称为共晶莱氏体，用符号“Ld”表示。
AC线：为液体向奥氏体转变的开始线。
wc＜4.3%铁碳合金在此线之上为均匀液相，冷却至该线时，液体中开始结晶出固相奥氏体，即：L→A。
CD线：为液体向渗碳体转变的开始线。
wc＞4.3%-6.69%之间的铁碳合金在此线之上为均匀液相，冷却至该线时，液体中开始结晶出渗碳体，称为一次渗碳体，用“Fe3CI”表示。
即：L →Fe3CI。
ACD线统称为液相线，在此线之上合金全部处于液相状态，用符号“L”表示。
AE线：为液体向奥氏体转变的终了线。
wc ＜2.11%的液体合金冷至此线，全部转变为单相奥氏体组织。
ECF水平线：为共晶线。
碳质量分数wc＞2.11%-6.69%之间的液态合金冷至此线时，将在恒温（1148℃）下发生共晶转变，形成高温莱氏体。
AECF线统称为固相线，液体合金冷却此线全部结晶为固体，此线以下均为固相区。
ES线：又称Acm线，是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线。
1148℃时奥氏体溶碳量最大为wc =2.11%，随着温度的降低，奥氏体的溶碳量逐渐减小，当温度降至727时，溶碳量减小至wc =0.77%。
因此，凡是wc＞0.77%的铁碳合金，当温度由1148℃降至727℃时，均会从奥氏体中沿晶界析出渗碳体，称为二次渗碳体，用“Fe3CII”表示。
即：A→ Fe3CII。
GS线：又称A3线，是wc ＜0.77%的铁碳合金固态冷却时，奥氏体向铁素体转变的开始线。
随着温度的下降，转变出的铁素体量不断增多，剩余奥氏体的碳质量分数不断升高。
GP线：奥氏体向铁素体转变的终了线。
wc ＜0.0218%的铁碳合金冷至此线时，奥氏体全部转变为单相铁素体组织。
PSK水平线：为共析线，又称A1线。
wc ＞0.0218%的铁碳合金中的奥氏体冷却至此线时，将在恒温下发生共析转变，转变出珠光体组织。
PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线。
727℃时铁素体溶碳量最大为0.0218%，随着温度的降低，溶碳量不断减小，当温度降至室温时，溶碳量降至0.0008%。
因此，wc ＞0.0218%的铁碳合金，从727℃降至室温时，均会由铁素体析出渗碳体，称为三次渗碳体，用“Fe3CIII”表示。
由于Fe3C III数量极少，故一般在讨论中均忽略不计。
第三章金属热处理及表面改性钢的热处理是将钢在固态状态下进行不同温度的加热、保温和冷却的工艺方法，促使其内部组织结构发生变化，从而达到提高零件的力学性能和改善其工艺性能的目的。
将加热时的临界温度标为Ac1、Ac3、Accm；冷却时标为Ar1、Ar3、Arcm。
钢在加热时的组织转变钢热处理加热的目的是获得部分或全部奥氏体，组织向奥氏体转变的过程称奥氏体化。
奥氏体的形成过程①共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化，过程如下图。
②亚共析钢奥氏体化：加热至Ac1以上时：P → A，组织部分奥氏体化；加热至Ac3以上时：F →A，组织全部奥氏体化。
②过共析钢奥氏体化：加热至Ac1以上时：P → A，组织部分奥氏体化；加热至Accm以上时：Fe3C → A，组织全部奥氏体化。
①高温转变产物转变温度范围为A1～550℃，获片状珠光体型组织。
②中温转变产物转变温度范围为550℃～MS，此温度下转变获贝氏体型组织。
贝氏体型组织是由过饱和的铁素体和碳化物组成的，分上贝氏体和下贝氏体。
550～350℃范围内形成的贝氏体称为上贝氏体；350～MS范围内形成的贝氏体称为下贝氏体。
③低温转变产物在230℃过冷奥氏体开始转变成马氏体。
过冷奥氏体冷却到230℃以下时，过冷奥氏体会迅速转变成马氏体组织，转变速度极快。
未转变的奥氏体称为残余奥氏体，用Ar表示。
低温产物：马氏体＋残余奥氏体（1）退火将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。
① 完全退火完全退火又称重结晶退火，是把钢加热至Ac3以上30 ℃～50 ℃，保温一定时间后缓慢冷却(随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却)，以获得接近平衡组织的热处理工艺。
完全退火一般用于亚共析钢。
目的：组织均匀化和细化、降低硬度，改善切削加工性能、消除内应力。
②不完全退火将钢加热到Ac1线以上20-30°C，经适当保温后缓慢冷却。