【学习课件】第一章工程材料基础.图
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第1章 工程材料
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1.1 金属材料的力学性能
3.维氏硬度及显微硬度 1)维氏硬度试验原理 维氏硬度的试验原理与布氏硬度的相同.也是根据压痕单位面 积所承受的载荷来计算硬度值。所不同的是.维氏硬度试验的 压头不是球体.而是两相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚 石. 压头在载荷F(kg)的作用下.保持一定时间后卸除载荷.将 在试样表面压出一个正四棱锥形的压痕.测量出试样表面压痕 对角线长度d(mm)用以计算硬度值。维氏硬度和压痕表面 积除载荷的商成比例.
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1.1 金属材料的力学性能
2)应用及优缺点 布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头.因而所得压痕面积 较大。压痕面积大的一个优点是其硬度值能反映金属材料在 较大范围内各组成相的平均性能.而不受个别组成相及微小不 均匀性的影响。因此.布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、 轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度。压痕 较大的另一个优点是试验数据稳定.重复性好。布氏硬度试验 的缺点是对不同金属材料需要更换不同直径的压头和改变载 荷.压痕直径的测量也较麻烦.因而用于自动检测时受到限制; 当压痕较大时不宜在成品上进行试验。
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1.1 金属材料的力学性能
1.1.4冲击韧性与疲劳强度
1.冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。 1)冲击试验的原理 冲击韧性通常采用摆锤式冲击试验机测定。测定时一般是将 带缺日的标准冲击试样放在试验机上.然后用摆锤将其一次冲 断.并以试样缺口处单位截面积上所吸收的冲击功表示其冲击 韧性。
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1.1 金属材料的力学性能
4.里氏硬度 里氏硬度是一种动载荷试验方法。其基本原理是用规定质量 的冲击体(碳化钨球冲头)在弹力作用下以一定速度冲击试样 表面.用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度vR与冲击、速 度vA的比值计算硬度值。 里氏硬度试验法有其独特的优点.它主要用于大型金属产品及 部件的硬度检验.特别适用于其他硬度计难以胜任的、不易移 动的大型工件和不易拆卸的大型部件及构件的硬度检验。其 缺点是试验结果的准确性受人为因索影响较大.硬度测量精度 较低。
1.1 金属材料的力学性能
3.维氏硬度及显微硬度 1)维氏硬度试验原理 维氏硬度的试验原理与布氏硬度的相同.也是根据压痕单位面 积所承受的载荷来计算硬度值。所不同的是.维氏硬度试验的 压头不是球体.而是两相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚 石. 压头在载荷F(kg)的作用下.保持一定时间后卸除载荷.将 在试样表面压出一个正四棱锥形的压痕.测量出试样表面压痕 对角线长度d(mm)用以计算硬度值。维氏硬度和压痕表面 积除载荷的商成比例.
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1.1 金属材料的力学性能
2)应用及优缺点 布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头.因而所得压痕面积 较大。压痕面积大的一个优点是其硬度值能反映金属材料在 较大范围内各组成相的平均性能.而不受个别组成相及微小不 均匀性的影响。因此.布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、 轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度。压痕 较大的另一个优点是试验数据稳定.重复性好。布氏硬度试验 的缺点是对不同金属材料需要更换不同直径的压头和改变载 荷.压痕直径的测量也较麻烦.因而用于自动检测时受到限制; 当压痕较大时不宜在成品上进行试验。
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1.1 金属材料的力学性能
1.1.4冲击韧性与疲劳强度
1.冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。 1)冲击试验的原理 冲击韧性通常采用摆锤式冲击试验机测定。测定时一般是将 带缺日的标准冲击试样放在试验机上.然后用摆锤将其一次冲 断.并以试样缺口处单位截面积上所吸收的冲击功表示其冲击 韧性。
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1.1 金属材料的力学性能
4.里氏硬度 里氏硬度是一种动载荷试验方法。其基本原理是用规定质量 的冲击体(碳化钨球冲头)在弹力作用下以一定速度冲击试样 表面.用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度vR与冲击、速 度vA的比值计算硬度值。 里氏硬度试验法有其独特的优点.它主要用于大型金属产品及 部件的硬度检验.特别适用于其他硬度计难以胜任的、不易移 动的大型工件和不易拆卸的大型部件及构件的硬度检验。其 缺点是试验结果的准确性受人为因索影响较大.硬度测量精度 较低。
材料工程基础第一章精品PPT课件
红色 黑色 黄褐色 淡黄色
赤铁矿
菱 铁 矿
磁铁矿
褐 铁 矿
一、生铁冶炼
对铁矿石的要求：
1、炼铁的原料
含铁量愈高愈好；30~70%，贫矿：Fe%＜45%
富矿：Fe%＞45%
还原性好；
粒度适中；通常为10~25mm
脉石成分中碱性氧化物含量高；
杂质含量少；S% ＜0.15%，P% ＜0.4%，As% ＜0.1%
要求：
含碳量高； 有害杂质硫、磷及水分、灰分、挥发分的含量低； 在常温及高温下要有足够的机械强度； 气孔率要大，粒度要均匀
常用的燃料：
焦炭 喷吹用燃料：10~30%，有的达40~50%，包括气体燃料（天然气、焦炉 煤气等）、液体燃料（重油、柴油、焦油）、固体燃料（无烟煤粉）
2、高炉设备及工艺过程
金属材料的制备与加工工艺
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章
金属材料的制备－冶金 铸造 金属的压力加工 金属的焊接 金属材料热处理
第一章 金属材料的制备－冶金
第一节 冶金工艺概述 第二节 钢铁冶炼 第三节 有色金属冶炼
第一节 冶金工艺概述
冶金是基于矿产资源的开发利用和金属材料生产加 工过程的工程技术。
➢ 工艺过程：
浸取
固液 分离
溶液 净化
金属或化 合物提取
第一节 冶金工艺概述
电冶金
➢ 定义：利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精
炼金属的冶金过程。
➢ 工艺分类：
电热冶金 ：直接用电加热生产金属的一种冶金方法。包
括电弧熔炼、电阻熔炼、等离子熔炼和感应熔炼等。
电化学冶金：利用电化学反应，使金属从含金属盐类的水 溶液或熔体中析出的冶金方法。包括水溶液电解和熔盐电 解
工程材料基础课件
γ=σmin/σmax
式中σmin --循环应力中数值最小的应力； σmax --循环应力中数值最大的应力。 试 样 承 受 不 同 的 应 力 幅 σa[σa=(σmax-
σmin )/2]与循环断裂周次N之间的关系曲线， 称疲劳曲线，如图1-7所示。
五、硬度
硬度(Hardness)是指更硬的 外来物体作用于固体材料上时， 固体材料抵抗塑性变形、压入或 压痕的能力。
第2节 金属材料的结构
一、 金属的晶体结构
1）晶体。 其内部原子在空间作有规则的排列，如食盐、 金刚石等；纯金属及合金均属于晶体。
（二）抗折（弯）强度
图1-4(a) ，1-4(b)分别为三点、四点弯曲加 载示意图
其中三点弯曲抗折强度计算公式为：
3PL
f
2bh2
式中，P为断裂载荷（N），L为下支点间跨距 （mm），b为试样的宽度（mm），h为试样 的厚度（mm）。强度单位为MPa。
二、塑性
工程材料的塑性(plasticity)是指工程材料在外 力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。对应 拉伸变形，通常用两种方式来表示，即伸长率 （δ ）和断面收缩率(Ψ )。
1、金属材料抗拉强度 图1-2a为低碳钢的拉伸曲线。 图1-2b为不同金属材料的应力－应变拉伸曲线图。
抗拉强度是表示材料在拉伸过程中单位面积所能承受的
最大拉伸力 σb=Pb/A0
，
用
σb
（
单
位
MPa
）
表
示
，
计
算
方
法
为
：
式中：Pb——试样拉伸时的最大拉力（N）
A0——试样的原始载面积（m2） 屈服强度是工程材料在外力作用下开始产生屈服时单位 面积所能承受的最大拉伸力。用σs表示，计算方法为： σs=Ps/A0 式中：Ps ——试样产生屈服现象时的对应载荷（N）。 2、高分子材料抗张（拉）强度 图1-3为高分子聚合物在不同温度范围时的拉伸曲线。
式中σmin --循环应力中数值最小的应力； σmax --循环应力中数值最大的应力。 试 样 承 受 不 同 的 应 力 幅 σa[σa=(σmax-
σmin )/2]与循环断裂周次N之间的关系曲线， 称疲劳曲线，如图1-7所示。
五、硬度
硬度(Hardness)是指更硬的 外来物体作用于固体材料上时， 固体材料抵抗塑性变形、压入或 压痕的能力。
第2节 金属材料的结构
一、 金属的晶体结构
1）晶体。 其内部原子在空间作有规则的排列，如食盐、 金刚石等；纯金属及合金均属于晶体。
（二）抗折（弯）强度
图1-4(a) ，1-4(b)分别为三点、四点弯曲加 载示意图
其中三点弯曲抗折强度计算公式为：
3PL
f
2bh2
式中，P为断裂载荷（N），L为下支点间跨距 （mm），b为试样的宽度（mm），h为试样 的厚度（mm）。强度单位为MPa。
二、塑性
工程材料的塑性(plasticity)是指工程材料在外 力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。对应 拉伸变形，通常用两种方式来表示，即伸长率 （δ ）和断面收缩率(Ψ )。
1、金属材料抗拉强度 图1-2a为低碳钢的拉伸曲线。 图1-2b为不同金属材料的应力－应变拉伸曲线图。
抗拉强度是表示材料在拉伸过程中单位面积所能承受的
最大拉伸力 σb=Pb/A0
，
用
σb
（
单
位
MPa
）
表
示
，
计
算
方
法
为
：
式中：Pb——试样拉伸时的最大拉力（N）
A0——试样的原始载面积（m2） 屈服强度是工程材料在外力作用下开始产生屈服时单位 面积所能承受的最大拉伸力。用σs表示，计算方法为： σs=Ps/A0 式中：Ps ——试样产生屈服现象时的对应载荷（N）。 2、高分子材料抗张（拉）强度 图1-3为高分子聚合物在不同温度范围时的拉伸曲线。
第1章 工程材料基础
0 6）晶格常数。 晶胞中各棱边的长度，单位为A1A 1010 m 0
7）金属中常见的晶体结构 体心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八 个角上和立方体的中心各有一个原子，如图1-2a。其原 子个数为：1 / 8 8 1 2 ，如铬、钠等。
图1-2a 体心立方晶格
面心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八个 角上和立方体的六个面的中心各有一个原子，如图1-2b。 其原子个数为： 1 / 8 8 1 / 2 6 4，如铝，铜等。
图1-2b ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ心立方晶格
密排六方晶格：晶胞是一个正六方柱体，在六方柱体 的十二个角上和上、下底面的中心各有一个原子，在上、 下底面之间还均匀分布着三个原子如图1-2c。其原子个数 1 / 6 12 1 / 2 2 3 6 ，如镁、锌等。 为：
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。
图1-7 结晶过程示意图
5）单晶体。 结晶后，每个晶核长成为一个晶体，称为 单晶体。
6）多晶体。 由许多外形不规则、大小不等、排列位向 不同的小颗粒晶体组成。在多晶体中，这些小颗粒晶体 叫晶粒；晶粒与晶粒之间的界面叫晶界。晶粒的大小影 响材料的力学、物理、化学性能，一般情况下，晶粒越 细，强度和硬度越高，塑性和韧性越好。因为晶粒越细 小，晶界就多，晶界处的晶体排列极不规则，界面犬牙 交错，互相咬合，因而加强了金属之间的结合力。 7 ）细晶强化。 用细化晶粒的方法来提高金属材料的力 学性能。金属凝固后的晶粒大小与凝固过程中形核的多 少和晶核长大速度有关，晶核越多，长大速度越慢，晶 粒越细。而过冷度越大，产生的晶核越多，晶核多，每 个晶核长大受到制约，形成的晶粒就越细小。
工程材料及其成形技术基础(1-5章)ppt课件
工程材料及其成形技术基础
.
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。
.
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。
第一章常用工程材料基础PPT课件
与化学成分和热处理状态有关。
控制晶粒细小的措施： 1）增加过冷度，即快速冷却； 2）加入合金元素，进行变质处理； 或选用含有合金元素的材料； 3）结晶时，进行振动操作。
化学工业出9版社
1.3铁碳合金
1.3.1铁碳合金的基本组织及性能 1.铁素体（F） 碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，体心立方晶格。 一般在低于T≥727℃时出现； Wcmax＝0.218﹪，它溶解碳的能力很低，其特点是强度、
名义屈服极限σ0.2 :即没有明显屈服变形的材料产生0.2﹪的 塑性应变时的应力，适用于脆性材料。
抗拉极限σb ： 材料断裂时的应力值，适用于脆性材料。
抗弯强度σbb 和抗压强度σbc、σ0.2c等。
化学工业出3版社
1.1金属材料的机械性能
1.1.2塑性 它是指材料在静载荷作用下，产生塑性变形而不发生破
数字+HRC，数字+HRB，数字+HRA。
（3）维氏硬度：适合于测量表面处理层的硬度——薄层。 用数字+HV表示。
化学工业出5版社
1.1金属材料的力学性能
1.1.4冲击韧度 韧性是指材料抵抗冲击载荷的能力。 用ɑKV表示，单位J/㎝2。它主要取决于材料强度和塑性的
综合性能指标。 模具行业中还有用断裂挠度f和断裂韧度Kic等表示。
1.1.5材料的工艺性能 1.铸造性能 2.锻造性能 3.切削加工工艺性能 4.焊接性能 5.热处理性能
化学工业出6版社
1.2晶体的结构与结晶
1.2.1晶体的结构 1.2.1.1晶体结构的基本概念
1.晶体与非晶体 2.晶格与晶胞 1.2.1.2金属的晶体结构（与金属元素组成及温度有关） （1）体心立方晶格（α-Fe） 晶胞是一个立方体，各顶点 有一个原子、立方体中心有一个原子，即2个原子。 一般出现在低于727℃时。 （2）面心立方晶格（ｒ-Fe） 晶胞是一个立方体，各顶点 有一个原子、立方体各面中心各有一个原子，即4个原子。 一般出现在高于727℃时，比体心立方晶格尺寸大，且紧密。 （3）密排六方晶格 晶胞是一个正六方柱体，各顶点有一个 原子，上、下底面中心各有一个原子，在上下底面之间还有三 个原子，即6个原子。（硬而脆）
控制晶粒细小的措施： 1）增加过冷度，即快速冷却； 2）加入合金元素，进行变质处理； 或选用含有合金元素的材料； 3）结晶时，进行振动操作。
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1.3铁碳合金
1.3.1铁碳合金的基本组织及性能 1.铁素体（F） 碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，体心立方晶格。 一般在低于T≥727℃时出现； Wcmax＝0.218﹪，它溶解碳的能力很低，其特点是强度、
名义屈服极限σ0.2 :即没有明显屈服变形的材料产生0.2﹪的 塑性应变时的应力，适用于脆性材料。
抗拉极限σb ： 材料断裂时的应力值，适用于脆性材料。
抗弯强度σbb 和抗压强度σbc、σ0.2c等。
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1.1金属材料的机械性能
1.1.2塑性 它是指材料在静载荷作用下，产生塑性变形而不发生破
数字+HRC，数字+HRB，数字+HRA。
（3）维氏硬度：适合于测量表面处理层的硬度——薄层。 用数字+HV表示。
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1.1金属材料的力学性能
1.1.4冲击韧度 韧性是指材料抵抗冲击载荷的能力。 用ɑKV表示，单位J/㎝2。它主要取决于材料强度和塑性的
综合性能指标。 模具行业中还有用断裂挠度f和断裂韧度Kic等表示。
1.1.5材料的工艺性能 1.铸造性能 2.锻造性能 3.切削加工工艺性能 4.焊接性能 5.热处理性能
化学工业出6版社
1.2晶体的结构与结晶
1.2.1晶体的结构 1.2.1.1晶体结构的基本概念
1.晶体与非晶体 2.晶格与晶胞 1.2.1.2金属的晶体结构（与金属元素组成及温度有关） （1）体心立方晶格（α-Fe） 晶胞是一个立方体，各顶点 有一个原子、立方体中心有一个原子，即2个原子。 一般出现在低于727℃时。 （2）面心立方晶格（ｒ-Fe） 晶胞是一个立方体，各顶点 有一个原子、立方体各面中心各有一个原子，即4个原子。 一般出现在高于727℃时，比体心立方晶格尺寸大，且紧密。 （3）密排六方晶格 晶胞是一个正六方柱体，各顶点有一个 原子，上、下底面中心各有一个原子，在上下底面之间还有三 个原子，即6个原子。（硬而脆）