工程材料及机械制造基础 PPT课件
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机械制造基础Ppt讲课文档
晶核形成的多少 单位时间内晶核的形成多，晶粒数量多， 最终形成许多细小的晶粒。
晶核的成长速度
速度越快，晶粒越粗。 过冷度增加，形核率与成长率增加，但形
核率远大于成长率，晶粒细。
第三十六页，共156页。
关注“过冷度”的原因是由于其与晶粒的 大小相关，而晶粒大小又与材料的强度、 硬度等机械性能相关。
面心立方——8个顶角和6个面的中心都 各有1个原子，晶胞实有原子数为4个， 致密度74％
有什么意义？同样材料有不同结构，密度
不同，结构转化时有体积变化。
第四十三页，共156页。
纯铁的晶体结构及其同素异晶 转变
纯铁的同素异晶转变
定义：随着温度的改 变，固态金属晶格由 一种转变为另一种晶 格的变化。
铁碳合金——以铁、碳为主要组成的合金。如 钢和铸铁都是以铁为基础的铁碳合金，其中铁 的含量占95％以上。
第二十五页，共156页。
第二章 铁碳合金
主要内容：
纯铁的晶体结构及其同素异晶转变
铁碳合金的基本组织 铁碳合金状态图
工业用钢简介 零件选材原则
第二十六页，共156页。
第一节 纯铁的晶体结构及其同素 异晶转变
对金属结晶过程的了解（液态转变为固态） 金属结晶过程所涉及的几个基本概念 过冷、过冷度、自发晶核、非自发晶核、
晶粒粗细（影响材料性能） 对纯铁晶体结构的了解 同素异晶的概念
第二十七页，共156页。
纯铁的晶体结构及其同素异晶转变
金属结晶的基本概念
定义：金属原子的聚集状态由无规则的液态，转 变为规则排列的固态晶体的过程，可用冷却曲线 来表达。
（2）卸载后依据压入深度h，由刻度盘上的 指针直接指示出HR值。
第十五页，共156页。
F
晶核的成长速度
速度越快，晶粒越粗。 过冷度增加，形核率与成长率增加，但形
核率远大于成长率，晶粒细。
第三十六页，共156页。
关注“过冷度”的原因是由于其与晶粒的 大小相关，而晶粒大小又与材料的强度、 硬度等机械性能相关。
面心立方——8个顶角和6个面的中心都 各有1个原子，晶胞实有原子数为4个， 致密度74％
有什么意义？同样材料有不同结构，密度
不同，结构转化时有体积变化。
第四十三页，共156页。
纯铁的晶体结构及其同素异晶 转变
纯铁的同素异晶转变
定义：随着温度的改 变，固态金属晶格由 一种转变为另一种晶 格的变化。
铁碳合金——以铁、碳为主要组成的合金。如 钢和铸铁都是以铁为基础的铁碳合金，其中铁 的含量占95％以上。
第二十五页，共156页。
第二章 铁碳合金
主要内容：
纯铁的晶体结构及其同素异晶转变
铁碳合金的基本组织 铁碳合金状态图
工业用钢简介 零件选材原则
第二十六页，共156页。
第一节 纯铁的晶体结构及其同素 异晶转变
对金属结晶过程的了解（液态转变为固态） 金属结晶过程所涉及的几个基本概念 过冷、过冷度、自发晶核、非自发晶核、
晶粒粗细（影响材料性能） 对纯铁晶体结构的了解 同素异晶的概念
第二十七页，共156页。
纯铁的晶体结构及其同素异晶转变
金属结晶的基本概念
定义：金属原子的聚集状态由无规则的液态，转 变为规则排列的固态晶体的过程，可用冷却曲线 来表达。
（2）卸载后依据压入深度h，由刻度盘上的 指针直接指示出HR值。
第十五页，共156页。
F
工程材料与机械制造基础52页PPT
包括： 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料
玻璃纤维增强高分子复合材料 25
现代航空发动机燃烧室 温度最高的材料就是通 过粉末冶金法制备的氧 化物粒子弥散强化的镍 基合金复合材料。很多 高级游艇、赛艇及体育 器械等是由碳纤维复合 材料制成的，它们具有 重量轻，弹性好，强度 高等优点。
光学显微镜
灰铸铁的显微组织
Pb-Sn共晶组织 13
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结构的认识 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
14
1932年发明了电子 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
31
工艺-组织-性能之间关系的例子
Steel with 0.4%C
32
三、材料的性能
使用性能：材料在使用过程
神
中所表现的性能。包括力学
舟 一
性能、物理性能和化学性能。
号
飞
工艺性能：材料在加工过程
船
中所表现的性能。包括铸造、
锻压、焊接、热处理和切削
性能等。
33
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称 为变形。
纪律 考试
要求: 关手机 不要在下面开小会 有问题举手
平时表现: 30% 期末考试: 70%
随机点名
答疑安排
5
主要内容
一、材料的发展及种类 二、课程的性质和任务 三、材料的性能
6
哥
一、材料发展及种类
伦 比
1、材料的发展
亚 号
航
2、材料的种类
天
飞
机
材料是指人类用以制造
工程材料及机械制造基础 PPT课件
21
二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
22
三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
23
思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
19
HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
5
1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
22
三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
23
思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
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HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
5
1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
《机械制造基础》教学课件—01工程材料
（2）冲击韧性的概念。冲击韧性是指金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，其值以冲击 韧度表示。冲击韧度越大，材料的韧性越好，在受到冲击时越不易断裂。
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。
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。
工程材料及机械制造基础
智能制造技术
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
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
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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
机械制造基础知识PPT课件
IT7~IT8 IT6~IT7
IT5
0.4~0.8 0.1~0.4
以亚泰老总黄来兴的一句话开始
现在的大学生都愿意在办公室画图，我们的主 要图纸都是购买或测绘的。
懂工艺的太少，我们是有图做不出来。
.
1
一 机械制造基础知识
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节 第十节
机械的生产过程和工艺过程
零件的工艺分析
ห้องสมุดไป่ตู้
(重点)
毛坯的选择
元件装夹和定位基准的选择（难点）
加工
（续） 结构工艺性好
同一宽度尺寸的退刀槽， 使用一把刀具即可加工
加工面减小，节省工时， 减少刀损耗且易保证平面 度要求
内壁孔出口处平整，钻孔 方便，易保证孔中心位置
将阶梯轴的两个键槽设计 在同一方向上，一次装夹 即可对两个键槽加工
.
23
第三节 毛坯的选择
选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其 制造精度。
产品品种基本固定，但数 量少，品种较多，需要周期性 地轮换生产，大多数工作地点 的加工对象是周期性的变换。
产品品种固定，每种产品数
量很大，大多数工作地点的加工
的对象固定不变。例如，汽车、
轴承制造等一般属于大量生产。
.
10
表1-4 各种生产类型工艺过程的主要特点
生产类型 工艺特征
工件的互换性
单件生产
.
3
二 工艺过程及其组成
1．工艺过程
把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相 对位置和物理、力学性能等，使其成为成品或半成品 的过程称为工艺过程。
工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造、 锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、 表面处理、装配等不同的工艺过程。
工程材料及机械制造基础培训课件-第一篇工程材料基础知识培训
第一节 材料的力学性能
1是材料在拉断前
0
承受最大载荷时的应力。
F
F0.2
s0.2
bs
e
σb (Rm)=Fb/S0 （MPa）
纯金属
b
k
脆性材料
它表征了材料在拉伸条件下 所能承受的最大应力。
0.2%
l
l l0
抗拉强度 — 脆性材料选材的强度计算主要依据。
工程材料及机械制造基础培训课件-第一篇工程材料基础知识培训
工程材料及机械制造基础培训课件-第一篇工程材料基础知识培训
F F F
120
0
h
第一节 材料的力学性能
19
σb 与HB的关系
低碳钢： σb≈3.6HB 高碳钢： σb≈3.4HB 调质合金钢： σb≈3.25HB
5．冲击韧性(Ak)
H1
材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。
AK = G（H1 – H2）（J） ak = AK /S （J/m2）
F
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第一节 材料的力学性能
11
d0 拉伸实验 l0 F
F Fb
s
F Fs
Fe e
b F S0
k
L
lk
dk
o
缩颈
l
l l0
拉伸曲线 应力—应变曲线
e — 弹性极限点 K — 断裂点
S — 屈服点
b — 极限载荷点
工程材料及机械制造基础培训课件-第一篇工程材料基础知识培训
• 金属的成分 • 合适的显微组织 • 加工路线
显微组织是决定性能的主要内因（本章的 工程意义）
工程材料及机械制造基础培训课件-第一篇工程材料基础知识培训
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MPa)
14
其中：PS —— 试样产生屈服现象时的载荷(N) Pb —— 试样在断裂前的最大载荷(N) F0 —— 试样原来的横截面积(mm2)
15
屈服强度和抗拉强度在设计机械和选择、 评定金属材料时有重要意义：
——金属材料不能在超过屈服极限的条件下工作，否 则，机件会塑性变形。
——金属材料不能在超过抗拉强度的条件下工作，否 则，机件会破坏。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
5
1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
工程材料及机械制造基础
朱世根 2014.2
1
绪论
一、课程的性质 本课程是一门综合性的技术基础课，主
要研究工程材料（主要是金属材料）的组 织、结构与性能，及其加工工艺的一门学 科。
*承前启后：既应用到以前基础课的知识，又为以后 专业课打基础。
*课程实践性强，理论上还很不成熟。
2
1、材 料
1.1 材料性能 * 不同的材料有不同的性能。 * 同种金属材料也具有不同的性能。为什么？
温时的脆性急剧增加)。
洛氏硬度 20-67 HRC。压头为金刚石 圆锥体。HRC≈1/10HBS
20
4、冲击韧性（材料抵抗冲击力的能力）
ak =AK/F (J/cm2)
其中： AK——冲断试样所需的冲击功（单位为J） F——试样断口处截面积（单位为cm2）
失 效 断 裂 塑性变形 磨 损
性能
σb ,ak
δ ,σS HB,HRC
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
21
二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
22
三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
23
思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
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HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
MPa，在Ф20mm的拉杆上分别承受以下 的拉力：F1=5×104N；F2=1×103N； F3=1.5×105N。试问会产生什么现象？
作业：
P22,(1),(2)
24
§2 铁碳合金和状态图
一、碳钢 碳钢——铁碳合金。C<2.11%，另外还 有少量Si、Mn、S、P等（称杂质）。
25
1、碳及杂质对碳钢性能的影响
冲击韧性、疲劳∆强L 度、断裂韧性等。
12
低碳钢的拉伸试验
P Pb Ps
∆L
13
1、强度（金属材料在外力作用下，抵抗塑 性变形或断裂的能力）
屈服强度 —金属发生屈服现象时的屈服极限，材
料在载荷保持不变而变形继续续增加。抵抗微量塑 性变形的应力
s Ps (MPa)
F0
抗拉强度—材料在断裂前能承受的最大应力
σ<σS
安全
σS <σ<σb 塑性变形
σb >σ
断裂
∴大多数量的零件设计的依据以σS。
16
2、弹性与塑性--金属材料在外力作用 下产生变形的性能
弹性--金属材料在外力作用下产生变形,外力去 除后恢复其原来形状的性能.所产生的随 外力消失而消失的变形,称为弹性变形. 弹性变形大小与外力成正比.
塑性--金属材料在外力作用下产生永久变形而不 至于引起破坏的性能. 外力去除后留下来 的这部分不可恢复的变形,称为塑性变形. 塑性变形大小与外力不成正比.
6
2、加工工艺
产品制造过程如下：
7
2、加工工艺
热加工：铸造、锻造、焊接等，（热处理） 冷加工：切削加工（机加工、钳工） 铸、锻、焊、切削加工—是以改变形状为主。 热处理 —是以改变性能为主。
8
二、内容 1、材料及热处理。 2、铸造、锻造、焊接、切削加工。
三、要求 1、了解常用金属材料的性能及选用。 2、了解各种成型方法的工艺特点。 3、 零件的结构工艺性。
9
四、学习方法 1、课堂上认真听讲 2、课堂后归纳总结 3、课堂外多查资料 要适当记忆、联系实际、反复运用
五、考核 重在平时小测验、作业、质疑、考试、上课提问。 注意避免：一听就懂、一放就忘、一做就错、 一考就砸
10
第一章 合金材料及热处理
§1 金属及合金的性能
11
一、金属材料的机械性能
力学性能 受外力作用时反映出来的性能 ——弹性、塑性、刚度、强度、硬度、
如：软、硬、变形、磨损等。 * 材料性能——成分——组织——热处理工艺
3
1、材 料
1.1 材料的重要性 * 科学和工业技术发展的基础。 * 反映人类社会文明程度的主要标志。 按制成工具的材料不同，可分为： ——石器时代 ——青铜器时代 ——铁器时代
4
1、材 料
1.1 材料的分类——按属性分：
黑色金属：钢、铁 ——金属材料
17
2、塑性（金属材料在外力作用下，产 生永久变形而不被破坏的性能）
（1）延伸率δ δ=(L1-L0)/L0×100%
（2）断面收缩率Ψ Ψ=(F0-F1)/F0 ×100% 工程上一般:
δ>5%的材料称为塑性材料，如低碳钢。 δ<5%的材料称为脆性材料，如铸铁。
18
3、硬度（金属材料抵抗硬物压入的能力）
14
其中：PS —— 试样产生屈服现象时的载荷(N) Pb —— 试样在断裂前的最大载荷(N) F0 —— 试样原来的横截面积(mm2)
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屈服强度和抗拉强度在设计机械和选择、 评定金属材料时有重要意义：
——金属材料不能在超过屈服极限的条件下工作，否 则，机件会塑性变形。
——金属材料不能在超过抗拉强度的条件下工作，否 则，机件会破坏。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
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1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
工程材料及机械制造基础
朱世根 2014.2
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绪论
一、课程的性质 本课程是一门综合性的技术基础课，主
要研究工程材料（主要是金属材料）的组 织、结构与性能，及其加工工艺的一门学 科。
*承前启后：既应用到以前基础课的知识，又为以后 专业课打基础。
*课程实践性强，理论上还很不成熟。
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1、材 料
1.1 材料性能 * 不同的材料有不同的性能。 * 同种金属材料也具有不同的性能。为什么？
温时的脆性急剧增加)。
洛氏硬度 20-67 HRC。压头为金刚石 圆锥体。HRC≈1/10HBS
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4、冲击韧性（材料抵抗冲击力的能力）
ak =AK/F (J/cm2)
其中： AK——冲断试样所需的冲击功（单位为J） F——试样断口处截面积（单位为cm2）
失 效 断 裂 塑性变形 磨 损
性能
σb ,ak
δ ,σS HB,HRC
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
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二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
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三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
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思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
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HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
MPa，在Ф20mm的拉杆上分别承受以下 的拉力：F1=5×104N；F2=1×103N； F3=1.5×105N。试问会产生什么现象？
作业：
P22,(1),(2)
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§2 铁碳合金和状态图
一、碳钢 碳钢——铁碳合金。C<2.11%，另外还 有少量Si、Mn、S、P等（称杂质）。
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1、碳及杂质对碳钢性能的影响
冲击韧性、疲劳∆强L 度、断裂韧性等。
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低碳钢的拉伸试验
P Pb Ps
∆L
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1、强度（金属材料在外力作用下，抵抗塑 性变形或断裂的能力）
屈服强度 —金属发生屈服现象时的屈服极限，材
料在载荷保持不变而变形继续续增加。抵抗微量塑 性变形的应力
s Ps (MPa)
F0
抗拉强度—材料在断裂前能承受的最大应力
σ<σS
安全
σS <σ<σb 塑性变形
σb >σ
断裂
∴大多数量的零件设计的依据以σS。
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2、弹性与塑性--金属材料在外力作用 下产生变形的性能
弹性--金属材料在外力作用下产生变形,外力去 除后恢复其原来形状的性能.所产生的随 外力消失而消失的变形,称为弹性变形. 弹性变形大小与外力成正比.
塑性--金属材料在外力作用下产生永久变形而不 至于引起破坏的性能. 外力去除后留下来 的这部分不可恢复的变形,称为塑性变形. 塑性变形大小与外力不成正比.
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2、加工工艺
产品制造过程如下：
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2、加工工艺
热加工：铸造、锻造、焊接等，（热处理） 冷加工：切削加工（机加工、钳工） 铸、锻、焊、切削加工—是以改变形状为主。 热处理 —是以改变性能为主。
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二、内容 1、材料及热处理。 2、铸造、锻造、焊接、切削加工。
三、要求 1、了解常用金属材料的性能及选用。 2、了解各种成型方法的工艺特点。 3、 零件的结构工艺性。
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四、学习方法 1、课堂上认真听讲 2、课堂后归纳总结 3、课堂外多查资料 要适当记忆、联系实际、反复运用
五、考核 重在平时小测验、作业、质疑、考试、上课提问。 注意避免：一听就懂、一放就忘、一做就错、 一考就砸
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第一章 合金材料及热处理
§1 金属及合金的性能
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一、金属材料的机械性能
力学性能 受外力作用时反映出来的性能 ——弹性、塑性、刚度、强度、硬度、
如：软、硬、变形、磨损等。 * 材料性能——成分——组织——热处理工艺
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1、材 料
1.1 材料的重要性 * 科学和工业技术发展的基础。 * 反映人类社会文明程度的主要标志。 按制成工具的材料不同，可分为： ——石器时代 ——青铜器时代 ——铁器时代
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1、材 料
1.1 材料的分类——按属性分：
黑色金属：钢、铁 ——金属材料
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2、塑性（金属材料在外力作用下，产 生永久变形而不被破坏的性能）
（1）延伸率δ δ=(L1-L0)/L0×100%
（2）断面收缩率Ψ Ψ=(F0-F1)/F0 ×100% 工程上一般:
δ>5%的材料称为塑性材料，如低碳钢。 δ<5%的材料称为脆性材料，如铸铁。
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3、硬度（金属材料抵抗硬物压入的能力）