机械制造基础工程材料及热加工工艺基础绝密
工程教育专业认证标准(试行)
工程教育专业认证标准（试行）（2009年4月）1. 总则（1）本标准适用于普通高等学校工程教育本科专业认证。
（2）本标准提供工程教育本科培养层次的基本质量要求。
（3）本标准由通用标准和专业补充标准组成。
2. 通用标准2.1 专业目标2.1.1 专业设置专业设置适应国家和地区、行业经济建设的需要, 适应科技进步和社会发展的需要, 符合学校自身条件和发展规划, 有明确的服务面向和人才需求。
申请认证或重新认证的专业必须具有:1. 明确充分的专业设置依据和论证, 有相应学科作依托, 专业口径、布局符合学校的定位。
2．明确的、可衡量、公开的人才培养目标。
根据经济建设和社会发展的需要、自身条件和发展潜力, 确定在一定时期内培养人才的层次、类型和人才的主要服务面向。
3. 至少已有3届毕业生。
2.1.2 毕业生能力专业必须证明所培养的毕业生达到如下知识、能力与素质的基本要求:1. 具有较好的人文社会科学素养、较强的社会责任感和良好的工程职业道德；2. 具有从事工程工作所需的相关数学、自然科学知识以及一定的经济管理知识；3．掌握扎实的工程基础知识和本专业的基本理论知识, 了解本专业的前沿发展现状和趋势；4. 具有综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决工程问题的基本能力；5. 掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；6. 具有创新意识和对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力；7．了解与本专业相关的职业和行业的生产、设计、研究与开发的法律、法规, 熟悉环境保护和可持续发展等方面的方针、政策和法津、法规, 能正确认识工程对于客观世界和社会的影响；8. 具有一定的组织管理能力、较强的表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力；9. 具有适应发展的能力以及对终身学习的正确认识和学习能力；10. 具有国际视野和跨文化的交流、竞争与合作能力。
2.2 课程体系2.2.1 课程设置课程设置要服务于专业培养目标、满足预期的毕业生能力要求。
热加工工艺基础
热加工工艺基础机械制造基础-Ⅱ
机电工程学院
金工学部
课程概论
机械制造基础Ⅰ--工程材料
Ⅱ--热加工工艺基础Ⅲ--机械加工工艺基础
课程概论
机械制造基础Ⅰ--工程材料
Ⅱ--热加工工艺基础Ⅲ--机械加工工艺基础
课程概论
机械制造基础Ⅰ--工程材料
Ⅱ--热加工工艺基础Ⅲ--机械加工工艺基础
课程概论
热加工工艺基础铸造
压力加工焊接
课程的性质和任务
《热加工工艺基础》是机械类、近机械类各专业学生必修的一门专
业技术基础课.
本课程的任务是:使学生获得有关热加工工艺和设备、毛坯质量控制、毛坯结构工艺性、毛坯选择等方面
的专业基础知识.
本课程与相关课程的关系
本课程应安排在金工实习及工程材料课程之后进行,即学生应具有材料的机械性能和金属加工工艺方面的基本知识.为后续课程和毕业设计等打好有关毛坯制造工艺方面的基础.
课程的基本教学要求
本课程重点阐述毛坯制造的基础理论知识和常见的生产方法,通过典型零件、典型工艺的分析,力求使理论和实际、原理与工艺密切结合,使学生具有根据零件的材料、结构等特征选择毛坯制造方案的能力.
教材及主要参考书一.教材:
《热加工工艺基础》
主编王志海
出版社武汉工业大学出版社
教材及主要参考书二.参考书:
《金属工艺学》
主编邓文英
出版社高等教育出版社 《金属工艺学》
主编王允禧
出版社高等教育出版社
课程的教学安排
课堂理论授课22学时;
课堂理论讨论及习题课6学时; 实验教学2学时.。
工程材料及机械制造基础复习(热加工工艺基础)
工程材料及机械制造基础复习（Ⅱ）——热加工工艺基础铸造1．1 铸造工艺基础(1)液态金属的充型能力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，称为液态金属充填铸型的能力。
充型能力好，易获得形状完整、尺寸准确、轮廓清晰的铸件，有利于排气和排渣，有利于补缩。
充型能力不好，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔、渣孔等缺陷。
影响液态金属充型能力的因素是：1)合金的流动性液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性，即合金本身的流动能力。
流动性的好坏用螺旋线长度来表示。
螺旋线长度越长，流动性越好；反之，则流动性越差。
共晶成分的合金流动性最好，离共晶成分越远，流动性越差。
2)浇注条件①浇注温度：浇注温度越高，则充型能力越好。
因为浇注温度高，金属液的黏度低，同时，因金属液含热量多，能保持液态的时间长，由于过热的金属液传给铸型的热量多，在结晶温度区间的降温速度缓慢。
但在实际生产中，常用“高温出炉，低温浇注”的原则，因为浇注温度越高，金属收缩量增加，吸气增多，氧化也严重，铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔等缺陷。
②充型压头。
③浇注系统的结构。
3)铸型填充条件：包括铸型材料、铸型温度和铸型中的气体等。
(2)合金的收缩1)基本概念铸件在冷却、凝固过程中，其体积和尺寸减少的现象叫做收缩。
铸造合金从浇注温度冷到室温的收缩过程包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个互相联系的阶段。
总收缩；液态收缩+凝固收缩+固态收缩∨↓体积变化尺寸变化↓↓产生缩孔、缩松的基本原因产生应力、变形、裂纹的基本原因影响收缩的因素是：①化学成分：凡是促进石墨化的元素增加，收缩减少，否则收缩率增大。
②浇注温度：T浇↑→过热度↑→液态收缩↑→总收缩↑。
③铸件结构与铸型条件。
2)缩孔、缩松的形成与防止3)铸造内应力的产生及防止铸造内应力按产生原因的不同可分热应力和收缩应力两种。
热应力是由于铸件各部分冷却速度不同，以致在同一时间内铸件各部分收缩不一致，在铸件内部产生了互相制约的内应力，铸件的厚大部分(或心部)受拉应力，薄的部分(或外部)受压应力。
机械工程材料及热加工基础资料
《机械工程材料及热加工基础》第一章金属的性能1.强度：金属材料在静载荷（大小和方向不变或逐渐变化的载荷）作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。
2.塑性：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。
3.硬度：金属材料表面抵抗其他更硬物体压入的能力。
4.韧性：冲击载荷（以较高速度作用于零件上的载荷）作用下，金属在断裂前吸收变形能量的能力。
5.疲劳：材料在循环应力（大小、方向随时间发生周期性变化的载荷）和应变作用下，在一处或几次产生局部永久性累计损伤，经一定循环次数产生裂纹或发生断裂的过程。
疲劳极限用σ-1表示。
6.屈服点（屈服强度）σs：材料在实验过程中，载荷不增加（保持恒定）试样仍能继续伸长时代应力。
σs﹦试样发生屈服时代载荷/试样原始横截面积。
[不是所有的金属在拉伸试验中都会出现显著的屈服现象]7.抗拉强度σb=试样拉断前所承受的最大载荷/试样原始横截面积。
8.伸长率δ，数值上准确地反映材料的塑性变形。
9.断面收缩率ψ：缩颈处横截面积德最大缩减量与原始横截面积的百分数。
10.硬度的测定：①布氏硬度（压入法）：HBS（压头分淬火钢球）和HBW（压头硬质合金）②洛氏硬度HR(测定淬火钢件的硬度用此方法)③维氏硬度HV。
第二章金属的结构与结晶1.晶体:指其组成微粒（原子、分子或离子）按一定次序作有规律重复排列的物质。
2.晶格：描述原子在晶体中排列方式的空间格架。
3.晶胞：晶格中一个能完整反映晶格特征的最小几何单元。
4.金属晶体结构：体心立方结构；面心立方结构；密排立方结构。
5.晶体缺陷：点缺陷（原子的热震动引起晶格畸变），使材料的强度、硬度提高；线缺陷（主要指位错），起到强化金属的目的；面缺陷（晶界、亚晶界引起），阻碍金属的塑性变形发生。
6.细化晶粒度方法：增加过冷度；变质处理（加入难溶物）；附加震动。
7.金属的铸态组织：表面细晶粒区，柱状晶粒区，中心等轴晶粒区（穿晶）。
8.铸锭的缺陷：缩孔及缩松，气孔及裂纹，偏析，非金属夹杂物。
机械制造基础第一章
五、合金铸造性能 (xìngnéng)的概念
热加工工艺基础__铸造
合金的 铸造
(zhùzào) 性能
流动性 凝固温度范围
凝固特性
收缩性
吸气性
第三十八页，共115页。
热加工工艺基础__铸造
第三节 砂型（芯）制造
用型砂紧实成型的铸造方法。
木模
合金的熔化
型砂 (xíng
模样造型(zàoxíng)
shā) 芯配砂制 配制
用型砂制成铸型（砂型），然后注 满液体金属并冷却成形的方法。
以异径管 为例介绍铸 件的大致生 产 (shēngchǎ n)过程
第六页，共115页。
热加工工艺基础__铸造
型砂配制 造型(zàoxíng) 砂型干燥 工装准备 炉料准备 合金冶炼 芯砂配制 造芯 型芯干燥
合型浇注凝固冷却
落砂清理(qīnglǐ)铸件检验 入库 工艺三大块：冶炼(yěliàn)、造型（芯）和浇注
流动性就越差，见图b。
图1-4 不同结第十晶六页特，共1征15页。的合金的流动性
热加工工艺基础__铸造
铁碳合金的流动性与相图(xiānɡ tú)的关系 见下图： 纯铁和共晶铸铁的流动性最好，亚 共晶铸铁和碳素钢随凝固温度范围的增加， 其流动性变差。
铁碳合金的流动性与相图(xiānɡ tú)的关系
第十七页，共115页。
1.铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩 松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲
击韧度低于同种材料的锻件。
2.铸件质量不够稳定。
第四页，共115页。
热加工工艺基础__铸造
图1-2 铸造 (zhùzào)产品
第五页，共115页。
热加工工艺基础__铸造
机械制造基础工程材料及热加工工艺基础绝密
绝对最全！！！！！！！工程材料与热加工拒绝盗版！第1章材料的力学性能一、选择题1．金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力称为__C____。
A. 塑性B. 硬度C. 强度D. 弹性2．在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是___C___。
A. HBSB. HRCC. HVD. HBW3．做疲劳试验时，试样承受的载荷为__B_____。
A. 静载荷B. 交变载荷C. 冲击载荷D. 动载荷二、填空题1．金属塑性的指标主要有断后伸长率和断面收缩率两种。
2．金属的性能包括物理性能、化学性能、工艺性能和力学性能。
3．常用测定硬度的方法有压入法、刻划法和回跳法测试法。
4．材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理性等。
5．零件的疲劳失效过程可分为疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩展、瞬时断裂三个阶段。
三、判断题1．用布氏硬度测试法测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。
( √)2．材料的断裂韧度大于材料的应力场强度因子的，材料的宏观裂纹就会扩展而导致材料的断裂。
( ×)四、概念及思考题1．硬度，硬度的表示方法。
答：（1）硬度：材料在表面局部体积内抵抗变形（特别是塑性变形）、压痕或刻痕的能力；（2）硬度的表示方法：①布氏硬度：HBS(钢头：淬火钢球)或HBW （钢头：硬质合金球）②洛氏硬度：HR ③维氏硬度:HV2．韧性，冲击韧性。
3．疲劳断裂4．提高疲劳强度的途径。
第2章金属的晶体结构与结晶一、名词解释晶体：是指原子（离子、分子）在三维空间有规则地周期性重复排列的物体；晶格：是指原子（离子、分子）在空间无规则排列的物体；晶胞：通常只从晶格中选取一个能完全反应晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子的排列规律，这个最小的几何单元成为晶胞；晶粒：多晶体中每个外形不规则的小晶体；晶界：晶粒与晶粒间的界面；共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的过程；结晶：原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程。
机械制造基础_第一章工程材料基础
1.1.3 金属的结晶
金属就是由一种金属元素所组成，比如，铜，铝，铁，锌等
1）结晶。 指金属的原子由近程有序状态（液态）转变成 长程有序状态（晶态）的过程。 2）纯金属结晶的冷却曲线。 金属液非常缓慢的冷却时， 记录温度随时间而变化的曲线，如图1-6所示。出现水平 线段的原因是结晶时放出大量的结晶潜热，补偿了金属向 周围散失的热量。 3）过冷。 在实际结晶过程中，金属 液只有冷却到理论结晶温度（熔点） 以下的某个温度时才结晶的现象。理 论结晶温度 T 0 和实际结晶温度 T n 之间 的温度差 T 叫过冷度，它与冷却速 度有关，冷却越快，过冷度越大。
高分子和陶瓷材料的某些力学性能不如金属， 但具有金属材料不具备的某些特性，如耐腐蚀、电 绝缘、隔音、减震、耐高温、质轻、来源丰富、价 廉、成形加工容易等优点，近年发展较快。
材料性能的决定因素：化学成分、内部组织和 状态。其中“化学成分”是改变性能的基础，“处 理”是改变性能的手段，“组织”是性能变化的根 据。
细晶强化的基本原理： 增加形核速度，抑制长大速度
第2节 工程材料的性能
1.2.1 金属材料的性能
为了合理地使用和加工金属材料，必须了解其使 用性能和工艺性能。
使用性能：指各个零件或构件在正常工作时金属 材料应具备的性能，它决定了金属材料的应用范围、 使用的可靠性和寿命。包括力学性能、物理性能、化 学性能。
图1-6 冷却曲线
4）结晶过程。 晶体形核和成长过程。如图1-7所示，在 液体金属开始结晶时，在液体中某些区域形成一些有规则 排列的原子团，成为结晶的核心，即晶核 （形核过程）。 然后原子按一定规律向这些晶核聚集，而不断长大，形成 晶粒（成长过程）。在晶体长大的同时，新的晶核又继续 产生并长大。当全部长大的晶体都互相接触，液态金属完 全消失，结晶完成。由于各个晶粒成长时的方向不一，大 小不等，在晶粒和晶粒之间形成界面，称为晶界。
《机械制造基础》课程教学大纲
《机械制造基础》课程教学大纲课程类别：专业基础课适用专业：机电一体化适用层次：高起专适用教育形式：网络教育/成人教育考核形式：考试所属学院：制造科学与工程学院先修课程：《画法几何与机械制图》、《机械制造工艺学》、《工程材料》、《计算机文化基础》、《机械设计基础》、《数控机床与编程》、《先进制造技术》、《特种加工》一、课程简介《机械制造基础》是机械工程学科的一门专业课程，它系统地介绍了机械制造生产过程及主要工艺方法，分析了制造新工艺、新技术、新材料及其发展趋势。
为学习者解决机械制造方面的实际问题提供了理论基础。
本课程学习需要掌握的前续知识主要包括工程材料学、机械制图和机械制造工艺学等。
学习本课程对于开展机械设计和机械制造过程具有不可替代的功能和作用。
二、课程学习目标本课程主要进行机械产品的制造方法、生产工艺和加工质量控制的教育，帮助学生建立起正确的生产制造观念，培养学生运用新技术、新工艺和新方法去发现问题、分析问题和解决问题的能力。
三、课程主要内容和基本要求本课程将工程材料、金属材料热加工工艺和机械制造工艺等多方面的理论基础知识和实践知识有机结合，形成完整的教学训练系统。
主要内容分为以下几个模块：模块一：机械制造概述具体包括机械的概念、机械制造的一般过程、机械制造的基本环节和现代制造技术等内容。
主要介绍机械的定义、机械产品分类、自动化制造系统、零件的生产过程和装配过程、机械加工方法和数控技术等相关概念。
一方面让初学者对机械制造有一个初步的认识，另一方面也为后续课程的学习奠定基础。
要求掌握机械产品的分类、自动化制造系统、零件的生产过程和现代加工技术，熟悉机械产品加工方法，了解CAD/CAM/CAPP/CAE/PDM技术。
模块二：材料的力学性能及选用具体包括金属材料的力学性能、铁碳合金金相图、钢的热处理、常用金属材料和非金属材料的选用等内容。
本部分是机械产品生产制造应当掌握的基本知识，是机械加工的基础之一。
《机械制造基础》教学课件—01工程材料
冲击试验是将被测的金属材料制成一定形状和尺寸的试样，将冲击试样安放在冲击试验机上， 把重量为G的摆锤提到高度h1后，使摆锤自由下落，冲断试样后，摆至高度h2，其位能的变化 值即为摆锤对试样所做的冲击功。
5．扭转
扭转的物体受到一对大小相等、方向相反、作用面垂直于轴心线的外力偶的作用。转 动汽车转向盘、攻丝都是扭转的实例。
在实际应用中，零件的受力情况都比较复杂，通常要同时承受多种力的作用。汽车 传动轴，在工作时要同时承受拉伸、弯曲和扭转等作用。这就要求该轴具有良好的 结构设计、较高的强度。
1.1.1 材料的常用机械性能
第一章 工程材料
• 理解金属材料的常用机械性能指标。 • 了解常用金属材料的种类和用途。 • 熟悉材料选用的基本原则。 • 熟悉热处理的目的和意义。 • 熟悉热处理的分类和用途。 • 熟悉常用热处理方法的工艺特点。
1.1 材料的机械性能
1.1.1 材料载荷的形式
1．拉伸 拉伸是物体最常见的一种受力形式。其特点为受力方向沿着物体轴线，且受力方向相 背离。桥式起重机上的钢丝绳在吊起重物时主要承受拉伸作用。 2．压缩 压缩与拉伸一样，受力方向沿着物体轴线，但是受力方向相对。大型零件的底座在工 作中都要承受自身重量带来的压力。万吨水压机就是通过压力来使工件成形的。
4．热处理的分类和应用
按照热处理在零件生产过程中的作用不同，热处理工艺还可分为预备热处理和最终热处理。
预备热处理是零件加工过程中的一道中间工序（也称为中间热处理），其目的是改善锻、铸毛坯件组织， 消除应力，为后续的机加工或进一步的热处理做准备。
工程材料及热加工工艺基础
工程材料及热加工工艺基础引言工程材料及热加工工艺是现代工程领域中至关重要的一部分。
了解材料的特性以及如何通过热加工工艺将材料加工成所需的形状和性能是工程师们必备的知识。
本文将介绍工程材料的分类以及常用的热加工工艺，帮助读者对这一重要领域有一个基础的了解。
工程材料的分类工程材料是指用于制造机械、结构件以及其他工程产品的材料。
根据其组成和性能，工程材料可以分为金属材料、聚合物材料和陶瓷材料。
金属材料金属材料是指有着优良导电性和导热性的材料，常见的金属材料包括铁、钢、铝、铜等。
金属材料通常具有良好的可塑性、可焊性和可加工性，使其成为工程中最常用的材料之一。
聚合物材料聚合物材料是一类由多个单体分子通过化学键结合而成的大分子化合物。
常见的聚合物材料包括塑料、橡胶等。
聚合物材料具有较低的密度和良好的绝缘性能，适用于制造轻型结构件和绝缘材料。
陶瓷材料陶瓷材料是一类由非金属元素通过化学键结合而成的材料，具有良好的耐高温、耐腐蚀和绝缘性能。
常见的陶瓷材料包括瓷器、砖瓦等，适用于制造耐火材料和陶瓷制品。
热加工工艺的分类热加工工艺是指通过加热和控制温度来改变材料的形状和性能的过程。
常见的热加工工艺包括锻造、热轧、热处理等。
锻造锻造是通过将金属材料加热至可锻温度，然后在压力的作用下使其发生塑性变形，从而改变材料的形状和性能的过程。
锻造可以分为冷锻和热锻两种方式，适用于制造各种型号和形状的金属零件。
热轧热轧是指将金属坯料加热至较高温度，然后通过辊轧机械将其压延成所需的板材、型材等形状的过程。
热轧可以提高材料的密度和机械性能，适用于制造高强度的金属制品。
热处理热处理是指将材料加热至一定温度，然后在控制的气氛或介质中冷却，以改变材料的组织结构和性能的过程。
常见的热处理工艺包括退火、淬火、回火等，可以提高材料的硬度、强度和韧性。
结论工程材料的选择和热加工工艺的应用对于确保工程产品的质量和性能至关重要。
通过了解工程材料的分类以及常用的热加工工艺，工程师们可以更好地选择合适的材料，并通过热加工工艺将其加工成所需的形状和性能。
工程材料及机械制造基础热加工工艺基础教学设计
工程材料及机械制造基础热加工工艺基础教学设计一、教学目标本次教学旨在让学生了解热加工工艺及其在工程材料及机械制造中的应用基础，学生应当能够：1.熟悉热加工工艺的基本概念及原理。
2.掌握金属热加工的基本方法、步骤及原理。
3.能够了解不同工艺条件下的金属组织变化规律。
4.可以熟练掌握对常用金属材料的热处理操作。
5.具备应用热处理工艺处理不同金属材料的能力。
二、教学内容1.热加工工艺概述：（1）热加工工艺的定义及作用；（2）热加工工艺的分类；（3）热加工过程中的物理、化学及热学特性。
2.金属热加工原理：（1）金属热加工的基本方法；（2）金属热加工的步骤及相关工艺参数；（3）热加工过程中的组织变化及其原理；（4）金属热处理原理及分类。
3.常用金属材料的热处理操作：（1）铁素体变换；（2）退火；（3）淬火；（4）调质；（5）正火；（6）淬火回火。
三、教学方法1.课堂讲授法：通过讲解，解释和演示的形式授课，使学生理解热加工工艺基础知识，明确热加工原理及相关操作。
2.实验教学法：通过模拟实验教学，让学生熟悉常用金属材料的热处理操作，掌握热处理过程中的关键参数及操作技巧。
3.案例分析法：通过案例分析，详细讲解实际热加工工程中遇到的问题及解决方法，增强学生的实际操作能力。
四、教学评估1.课堂测试：通过课堂测试了解学生对教学内容的掌握情况和理解程度。
2.实验测评：课后进行实验测评，了解学生的实际操作能力及掌握情况。
3.作业评估：教师布置与本次教学相关的练习和作业，通过作业批改了解学生的作业完成情况和学习成果。
本次教学的评估，将综合以上三个方面的评估结果，全面了解学生的学习情况及教学效果。
工程材料及热加工工艺基础课件
拉伸试样的颈缩现象
指标
塑性—断裂前材料发生不可逆永久变形的能力
断后延伸率 d (L-L0)/ L0 断面收缩率y (A0-A)/A0
d 和y越高 材料的塑性越好
说明：
① 用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真 实变形。
② 直径d0 相同时，l0，d。只有当l0/d0
为常数时，塑性值才有可比性。
当l0=10d0 时，伸长率用d 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用d5 表示。显然d5>
刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能 力。指标为弹性模量E。 E tg （MPa） 材料的E越大，刚度越大；
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐 降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等 对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积或改变截面形 状来提高零件的刚度。
二、强度与塑性
强度: 材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。
当承受拉力时，主要是屈服强度和抗拉强度。
屈服强度s：材料发生微量塑性变 形时的应力值。即在拉伸试验过程 中，载荷不增加，试样仍能继续伸 长时的应力。
条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服 点，国家标准规定以残余变形量为 0.2%时的应力值作为它的条件屈服 强度，以σ0.2来表示。 抗拉强度σb：试样在断裂前所能承受的最大应力，表示材 料抵抗断裂的能力。
▪金属基复合材料 ▪陶瓷基复合材料 ▪树脂基复合材料
Space
复合材料的应用领域
Commercial
Military
Helicopters
根据材料的性能分类
结构材料 是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构
不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材 料。这种材料通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、 桥梁、铁路等。是人们熟悉的机械制造材料、建筑材料，包 括结构钢、工具钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料 等传统的结构材料（一般结构材料）以及高温合金、结构陶 瓷等高级结构材料。
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基础课程，它涉及到材料科学、机械制造工艺、机械设计等多个方面的知识。
在工程实践中，材料的选择和机械制造工艺的应用直接影响着产品的质量和性能。
因此，深入理解工程材料及机械制造基础知识对于提高工程技术人员的综合素质和实际工作能力至关重要。
首先，工程材料是机械制造的基础。
材料的选择直接关系到产品的性能和成本。
在工程实践中，我们需要根据产品的使用环境、负荷条件、工作温度等因素来选择合适的材料。
比如，在高温高压环境下，我们通常会选择耐热、耐腐蚀的合金材料；而在一般机械零部件中，常用的材料有碳钢、合金钢、不锈钢等。
此外，材料的加工性能和可焊性也是选择材料时需要考虑的因素之一。
因此，工程材料的种类、性能、特点及应用是工程材料及机械制造基础课程中的重点内容。
其次，机械制造工艺是将原材料加工成零部件或成品的过程。
在机械制造中，我们需要掌握各种加工工艺，如铸造、锻造、焊接、切削加工等。
每种加工工艺都有其适用的材料和加工精度要求。
比如，对于需要承受大的冲击负荷的零部件，我们通常会选择锻造工艺来提高其强度和韧性；而对于需要高精度的零部件，则需要采用数控加工技术来保证其尺寸精度。
因此，机械制造工艺的选择和应用也是工程材料及机械制造基础课程的重要内容之一。
最后，机械设计是将选定的材料通过合适的机械制造工艺加工成产品的过程。
在机械设计中，我们需要考虑产品的结构、功能、使用性能等多个方面的因素。
同时，还需要考虑到材料的选择和加工工艺的应用。
因此，深入理解工程材料及机械制造基础知识对于提高机械设计师的设计水平和实际工作能力至关重要。
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基础课程。
通过学习这门课程，我们可以深入了解材料的种类、性能、特点及应用，掌握各种机械制造工艺的原理和应用，提高机械设计水平和实际工作能力，为工程实践提供坚实的基础。
希望大家能够认真学习这门课程，不断提高自己的综合素质和实际工作能力。
工程材料与热加工基础
工程材料与热加工基础
工程材料是指用于工程结构、机械零部件和设备制造的材料，它们的性能直接
影响着工程产品的质量和性能。
热加工是指利用热能对金属材料进行塑性变形的加工方法，包括锻造、轧制、挤压等。
工程材料与热加工基础是工程技术人员必须掌握的基础知识，下面将就工程材料和热加工的相关内容进行介绍。
首先，工程材料主要包括金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料是指主
要由金属元素组成的材料，具有良好的导热性、导电性和机械性能，常见的金属材料有铁、铝、铜、钛等。
非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等，它们具有轻质、耐腐蚀等特点。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有综合性能优异的特点。
其次，热加工是金属材料加工的重要方法之一。
锻造是利用铸锤或压力机对金
属材料进行塑性变形的加工方法，常用于生产大型零部件。
轧制是通过轧机对金属材料进行塑性变形，可以生产各种形状的材料。
挤压是将金属材料加热至一定温度后，通过挤压机对其进行塑性变形，常用于生产管材和型材。
最后，工程材料与热加工基础的学习对于工程技术人员来说至关重要。
掌握各
种材料的性能特点和适用范围，能够正确选择材料，保证产品的质量和性能。
同时，了解热加工的原理和方法，能够合理选择加工工艺，提高生产效率和产品质量。
总之，工程材料与热加工基础是工程技术人员必须掌握的基础知识，它涉及到
工程产品的质量和性能，对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。
希望通过本文的介绍，能够对读者有所帮助，增强对工程材料与热加工基础的理解和掌握。
《工程材料与热加工基础》机械工程材料与热加工课程概论PPT课件讲义
机械零件加工工艺
铸造
锻压 材
料
焊接
型材
毛
热处理零Biblioteka 坯件切削加工
粉末冶金
材料的发展
公元前1200年左右，人类进入了铁器时代，开始 使用的是铸铁，以后制钢工业迅速发展，称为
18世纪产业革命的重要内容和物质基础。
如图由于铁的熔点较 高（1538℃），其 出现时间较晚。左 图为伊朗出土的铁 制器皿。图为铁矿 石。铁矿在地球上 比铜矿要丰富的多。
教材与学时安排
• 教材 : 《工程材料与热加工基础》 • 主编：程晓宇 • 理论授课学时 : 58学时 • 实验学时 : 6学时
课程概论 钢铁材料
工程材料的分类
金属材料
非铁金属 高分子材料
陶瓷材料
非金属材 复合材料 料
课程概论
力学性能 使用性能 物理性能
化学性能
工程材料的性能 工艺性能
铸造性能 可锻性能 可焊性能 切削加工性能
课程教学要求的层次
• 本课程教学内容的要求分为: 掌握、熟悉、了解三个层次。
• 实验内容按: 分析、观察、掌握三个层次要求。
教学内容 ——理论教学
绪论 第一章 金属的力学性能 第二章 属的晶体结构与结晶 第三章 铁碳合金相图 第四章 钢的热处理 第五章 工业用钢 第六章 铸铁 第七章 非铁金属及其合金 第八章 非金属材料 第九章 铸造生产 第十章 锻压生产 第十二章 焊接 第十三章 零件毛坯的选择与材料的选用
零件的毛坯
• 铸造毛坯
• 熔炼金属，制造 铸型，并将熔融 金属浇入铸型， 凝固后获得一定 形状和性能铸件 的成形方法，称 为铸造。
• 锻造毛坯 零件的毛坯
• 锻压是对坯料施加外力，使其产 生塑性变形、改变尺寸、形状及 改善性能，用以制造机械零件、 工件或毛坯的成形加工方法。它 是锻造与冲压的总称，属于压力 加工的范畴。
工程材料及热加工工艺基础课件
高分子材料
共
以分子键和共价键为
价
键
主
塑性、耐蚀性、电绝
缘性、减振性好，密
度小
分
包括塑料、橡胶及合
子
成纤维等
键
高分子材料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造 工业和化学、交通运输、航空航天等工业中被广泛应用。
烯丙酰氯-苯 乙烯
复合材料
是把两种或两种以上不同性质或不同构造的材料 以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。
灰铸铁的显微组织
Pb-Sn共晶组织
1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于晶体衍射 分析，使人们对固体材料微观构造的认识从最初的假想到科 学的现实。
Si表面的重构图象
X-射线衍射仪
1932年创造了电子 显微镜，把人们带 到了微观世界的更 深层次〔10-7m〕
光镜下
电镜下
透射电子显微镜
扫描电子显微镜
高分子材料
纤维 橡胶 塑料
无机非金属材料
水泥 玻璃 耐火材料 陶瓷
复合材料
树脂基 金属基 陶瓷基
颗粒增强 纤维增强 晶须增强 编织构造增强
1、金属材料
黑色金属 有色金属—轻金属,重金属,贵金属,稀有金属
以金属键结合为主 良好的导电性、导热性、
延展性和金属光泽 用量最大、应用最广泛
无机非金属材料
塑料，橡胶 链与链 → 范德华力 硬度<金属 耐热性差，不具有导电能力
机械零件加工工艺
铸造
锻压 材
料
焊接
型材
粉末冶金
毛
热处理
零
坯
件
切削加工
3、金属键 金属原子 外层电子数较少
电离能很小
工程材料及热加工工艺基础教学大纲
《工程材料及热加工工艺基础》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号Z5903B001 课程名称工程材料及热加工工艺基础课程英文名称Basic Engineering Materials Termal Machining总学时数56授课学时50实践学时实验学时6习题课学时设计学时学分 3开课单位机电工程学院适用专业机械设计制造及自动化专业先修课程工程制图（Ⅰ）、工程训练（Ⅰ）、公差与技术测量课程类别专业主干课选用教材或参考资料教材：1. 工程材料及机械制造基础——工程材料（第二版）东南大学戴枝荣、张远明主编高等教育出版社2. 《金属工艺学》（上册、第五版）高等教育出版社邓文英主编参考书：1. 《机械制造基础》（上）清华大学出版社京玉海、罗丽萍主编2. 《机械制造基础学习指导与习题》重庆大学出版社京玉海主编本课程任务和目的本课程是一门实践性很强的技术基础课，其任务和目的是使学生获得常用工程材料及热加工工艺的基础知识，培养工艺实践的初步能力，为学习其他有关课程，并为以后从事涉及机械设计和加工制造方面的工作奠定必要的基础。
制订单位机电工程学院工程训练中心制订时间2008年课程组成员罗丽萍、京玉海、郑志强、郭烈恩、朱政强审核人批准人二、课程内容及基本要求㈠绪论1、了解机械制造的一般概念2、了解机械零件加工过程3、了解工程材料及热加工基础的任务、目的和要求4、了解课程的性质、特点和学习方法5、了解机械制造的发展趋势㈡工程材料1、工程材料概述⑴了解材料发展概况和工程材料的分类；⑵熟悉金属材料各项力学性能（强度、硬度、塑性、韧性等）的具体指标的物理意义及表示符号等；⒀一般了解金属材料的物理性能、化学性能、工艺性能的含义。
2、晶体结构与结晶⑴了解晶体的三大特点，熟悉三种常见金属晶体结构的分类、原子数、致密度、原子半径；⑵理解结晶的基本概念，清楚金属结晶的一般规律；⑶熟悉晶粒大小对金属性能的影响和控制晶粒大小的措施；⑷了解金属同素异晶转变的概念与结晶的区别，熟悉纯铁在不同温度下的晶体结构；⑸熟悉三种合金的结构，含分类、晶格类型特点及力学性能特点；⑹了解相图、相、合金及组元的概念。
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绝对最全！！！！！！！工程材料与热加工拒绝盗版！第1章材料的力学性能一、选择题1．金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力称为__C____。
A. 塑性B. 硬度C. 强度D. 弹性2．在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是___C___。
A. HBSB. HRCC. HVD. HBW3．做疲劳试验时，试样承受的载荷为__B_____。
A. 静载荷B. 交变载荷C. 冲击载荷D. 动载荷二、填空题1．金属塑性的指标主要有断后伸长率和断面收缩率两种。
2．金属的性能包括物理性能、化学性能、工艺性能和力学性能。
3．常用测定硬度的方法有压入法、刻划法和回跳法测试法。
4．材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理性等。
5．零件的疲劳失效过程可分为疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩展、瞬时断裂三个阶段。
三、判断题1．用布氏硬度测试法测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。
( √)2．材料的断裂韧度大于材料的应力场强度因子的，材料的宏观裂纹就会扩展而导致材料的断裂。
( ×)四、概念及思考题1．硬度，硬度的表示方法。
答：（1）硬度：材料在表面局部体积内抵抗变形（特别是塑性变形）、压痕或刻痕的能力；（2）硬度的表示方法：①布氏硬度：HBS(钢头：淬火钢球)或HBW （钢头：硬质合金球）②洛氏硬度：HR ③维氏硬度:HV2．韧性，冲击韧性。
3．疲劳断裂4．提高疲劳强度的途径。
第2章金属的晶体结构与结晶一、名词解释晶体：是指原子（离子、分子）在三维空间有规则地周期性重复排列的物体；晶格：是指原子（离子、分子）在空间无规则排列的物体；晶胞：通常只从晶格中选取一个能完全反应晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子的排列规律，这个最小的几何单元成为晶胞；晶粒：多晶体中每个外形不规则的小晶体；晶界：晶粒与晶粒间的界面；共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的过程；结晶：原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程。
二、问答题1．金属中常见的晶体结构有哪几种？答：（1）体心立方晶格（2）面心立方晶格（3）密排六方晶格2．实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型？答：（1）点缺陷（2）线缺陷(3)面缺陷3．固溶体的类型有哪几种?答：（1）间隙固溶体（2）置换固溶体4．纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的?答：（1）晶核的形成（2）晶核的长大5．何谓过冷现象和过冷度? 过冷度与冷却速度有何关系？答：（1）过冷现象：金属的实际结晶温度低于理论结晶温度；过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差；（2）结晶时冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度就越低。
6．晶粒大小对金属的力学性能有何影响? 细化晶粒的常用方法有哪几种?答：（1）一般情况下，晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好；（2）①增加过冷度②变质处理③振动或搅拌7．什么是共析转变？共晶转变与共析转变有何异同？答：（1）共析转变：在恒定的温度下，由一个特定成分的固相同时分解成两个成分和结构均不同的新固相的转变（2）①共晶反应母相是液相，而共析反应的是固相；②共析反应较共晶反应需要更大的过冷度：③共析反应常出现母相与子相的比容不同而产生容积的变化，从而引起大的内应力。
第3章铁碳合金状态图（重点熟悉铁碳合金状态图）一、名词解释1．同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象2.铁素体（F）：铁素体是碳在α-Fe中形成的间隙固溶体，体心立方晶格。
性能与纯铁相近，塑性、韧性好，强度、硬度低。
它在钢中一般呈块状或片状。
奥氏体（A）：奥氏体是碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。
因其晶格间隙尺寸较大，故碳在γ-Fe中的溶解度较大，有很好的塑性。
渗碳体（Fe3C）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。
渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。
在钢中以片状存在或网络状存在于晶界。
在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。
珠光体（P）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
铁素体和渗碳体呈层片状。
珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。
莱氏体（Ld）：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。
由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。
二、填空题1．珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物共析组织)。
2．莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物(共晶组织)。
3．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达2.11%，在727℃时碳的质量分数为0.77%。
4. 根据室温组织的不同，钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。
．共析钢的室温组织为珠光体；亚共析钢的室温组织为铁素体+珠光体；过共析钢的室温组织为珠光体+Fe3C。
Ⅱ6．碳的质量分数为0.77%的铁碳合金称为共析钢，其奥氏体冷却到S点(727℃)时会发生共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的混合物，称为珠光体。
7．奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为莱氏体，其碳的质量分数为6.69%。
8．亚共晶白口铸铁碳的质量分数为2.11%~4.3%，其室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld ‘。
9．过共晶白口铸铁碳的质量分数为4.3%~6.69%，其室温组织为Ld’+Fe3CⅠ。
10．过共析钢碳的质量分数为0.77%~2.11%，其室温组织为P+Fe3CⅡ。
11．亚共析钢碳的质量分数为0.0218%~0.77%，其室温组织为F+P。
三、选择题1．铁素体为____A____晶格，奥氏体为__B_____晶格。
A. 体心立方B. 面心立方C. 密排六方D. 复杂的2．Fe-Fe3C状态图上的ES线，用代号__B____表示，PSK线用代号__A___表示。
A. A1B. A cmC. A33．Fe-Fe3C状态图上的共析线是____C______，共晶线是____A_____。
A. ECF线B. ACD线C. PSK线四、判断题1．金属化合物的特性是硬而脆，莱氏体的性能也是硬而脆，故莱氏体属于金属化合物。
( ×)2．渗碳体中碳的质量分数为6.69%。
( √)3．Fe-Fe3C状态图中，A3温度是随碳的质量分数增加而上升的。
( ×)4．碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。
( ×)第4章钢的热处理（重点掌握C曲线中各区域和温度点的意义）1．何谓钢的热处理？常用的热处理工艺有哪些？答：（1）将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织与性能的工艺。
（2）①整体热处理：退火、正火、淬火和回火;②表面热处理:感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火；③化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等2．简述共析钢加热时奥氏体形成的过程。
答：共析钢加热时奥氏体的形成过程可分为以下4个阶段：①奥氏体晶核的形成②奥氏体的长大③残余渗碳体的溶解④奥氏体成分的均匀化3．为什么要控制奥氏体晶粒大小？如何控制奥氏体晶粒的大小？答：（1）奥氏体晶粒的大小将影响冷却形成后钢的组织和性能（2）①钢在加热过程中，加热温度和保温时间必须限制在一定的范围内，以获得更细小而均匀的奥氏体晶粒；②快速加热和短时间保温4．解释下列名词：•(1) 索氏体、托氏体、贝氏体、马氏体；索氏体：在650~600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。
托氏体：在600~550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。
贝氏体：在含碳量过饱和的α相基体上弥散分布的细小的碳化物亚稳组织；马氏体：奥氏体以大于νc的冷却速度冷却时，过冷奥氏体直接冷却到M s线以下，奥氏体就转变为了马氏体。
•(2) 过冷奥氏体、残余奥氏体；过冷奥氏体：当温度降到A1以下的时候，处于过冷状态的奥氏体残余奥氏体：M f转变结束后剩余的奥氏体。
••(3) 退火、正火、淬火、回火、表面淬火；退火：将钢加热到适当的温度后，保温一定的时间，然后缓慢冷却，以获得近似平衡组织的热处理工艺；正火：将工件加热到ACc3或ACcm以上30~50℃，保温一定时间后从炉中取出在空气中冷却的热处理工艺。
淬火：将钢加热到临界温度以上的适当温度，经保温后，以大于该钢的淬火临界冷却速度进行冷却，以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。
回火：将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。
表面淬火：通过对零件表面的快速加热，使其很快达到淬火温度，在热量尚未充分传到心部时立即进行淬火。
•(4)淬透性、淬硬性；淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。
淬硬性：钢在淬火后获得最高硬度的能力。
•5．珠光体类型组织有哪几种？它们的形成条件和性能方面有何特点？答：（1）三种。
分别是珠光体、索氏体和屈氏体。
（2）珠光体:是A1至650℃之间范围内等温转变所获得的粗层片状的渗碳体和铁素体构成的共析体；索氏体：是在650~600℃温度之间等温转变所得的层片较细的珠光体。
屈氏体：是在600~550℃温度范围内形等温转变所获得的更细的层片状珠光体。
珠光体片间距越小，相界面积越多，塑性变形的抗力越大，即强度、硬度越高，同时，塑性和韧性也有所改善。
6．简述贝氏体的性能特点。
答：上贝氏体：强度、硬度较高，较易引起脆断；下贝氏体：强度、硬度、塑性和韧性均高于上贝氏体，具有良好的综合力学性能7．生产中常用的退火方法有哪几种？各适用于什么场合？答：（1）生产上常用的退火操作有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火。
（2）①完全退火和等温退火用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材；有时也用于焊接结构。
②球化退火主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。
③扩散退火主要用于合金钢铸锭和铸件；④去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。
8．举例说明钢的淬透性、淬硬深度和淬硬性三者之间的区别。
9．回火的目的是什么？淬火钢在回火过程中显微组织发生哪些变化?答：（1）回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。
（2）①马氏体的分解（200℃以下）②残余奥氏体的转变（200~300℃）③碳化物的转变（300~450℃）④渗碳体的长大和铁素体的再结晶（450℃-A c1）10．什么叫回火脆性？生产中如何防止回火脆性?答：（1）回火脆性：在某些温度范围内回火时，钢的韧性不仅没有提高，反而显著下降的脆化现象；（2）第一类回火脆性不可避免，只能在第二回火脆性中采取措施防止，即提高钢的纯度；小截面工件回火后采用快冷（油冷或水冷）；大截面工件加入一定量的钨和钼。
11．以下说法是否正确。
(1) 钢的淬火冷却速度愈快，所获得的硬度愈高，淬透性也愈好。
（×）(2) 钢的合金元素越多，淬火后的硬度越高。