工程材料及其成形技术基础培训教材PPT课件
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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。
塑料
稀有金属
械
有机高分子材料 合成橡胶
工
Байду номын сангаас
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
1.2 工程材料的特征
金属材料：具有良好的导电性、导热性、在具有较高的强度 的同时，具有良好的塑性成形性、铸造性、切削 加工和电加工性等加工性能；通过热处理及表面 改性可以大幅度(成倍）改变其性能；
60年代以后:由于航空、空间机械和动力机的发展对材料提出了更 苛刻的要求。如高温、高压、高的比强度和比模量。
20世纪后期：新材料特别是非金属人工合成材料如陶瓷材料、高
分子材料及复合材料快速发展。
第一章 零件对材料的性能要求
铸铁
黑色金属 碳钢
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
料统称为机械工程材料。
复合材料
机械 工程材料
非金属 材料
概述
材料的发展过程
沧州铁狮子
石器时代
青铜鼎
石斧
神
舟 飞
复合材料
船
铜器时代 铁器时代
概述
工程材料的发展过程
高功能化、超高性能化 复合轻量化、智能化
40-50年代:材料的发展主要围绕着机械制造业，因此，主要发展
以一般力学性能为主的金属材料
50-60年代:压力容器向高强度方向发展更快，发展了高强度低合 金钢
(3)《工程材料及应用》 周凤云主编，华中科技大学出版社。
(4)《材料成型技术基础》 胡亚民主编，重庆大学出版社。
(5)《热加工工艺基础》 任福东主编，机械工业出版社。
概述
工程材料：
用于机械、电子、建筑、 化工和航空航天 等领域的材 料统称为工程材料。
金属材料
机械工程材料：
用来制造各种机电产品的材
1.3.1 金属的力学性能
塑性 高温蠕变
刚度
金属的力学性能：材料在
外力作用下表现出来的特性， 疲劳强度 如弹性、塑性、强度、硬度和 韧性等。
金属 力学性能
表征和判定金属力学性能 所用的指标和依据称为金属力
低应力 脆断
学性能的判据。
弹性 强度
硬度 韧性
1 弹性：
即物体在外力作用下改 变其形状和尺寸，当外 力卸除后物体又回复到 原始形状和尺寸的特性。
弹性的判据可通过拉伸 试验来测定。
拉伸试验:即静拉伸力对试样 轴向拉伸,测量力和相应的伸 长,一般拉至断裂以测定其力
学性能的试验。
图1－1 拉伸曲线及拉伸试样
弹性极限：即金属材料不产生塑性 变形时所能承受的最大应力。拉伸曲 线p点对应的应力σp为弹性极限：
σp= Fp/So
式中
σp ——弹性极限（MPa）； Fp ——试样产生完全弹性变形时的 最大外力（N）； So ——试样原始横截面积（mm2）。
陶瓷材料：是无机非金属材料，是有一种或多种金属或非金属元素 形成的具有强离子键或共价键的化合物。
优点：熔点高、硬度高、化学稳定性高，弹性模量大，具有 耐高温、耐腐蚀、耐磨损、绝缘、热膨胀系数小；
缺点：但是抗压不抗拉，脆性大，不易加工成形；
复合材料：能充分发挥其组成材料的各自长处，同时在一定程度上 克服它们的弱点；
1.3 金属材料的主要性能
机械零件在使用过程中，要受到力学负荷诸如拉伸、压 缩、弯曲、扭转、剪切以及热负荷诸如高温蠕变、热应力产 生的热疲劳和环境介质的作用诸如腐蚀、摩擦损失，并且还 要传递力和能。
因此，作为构成机械零件的金属材料，应具备良好的力 学性能、物理性能、和化学性能以防止零件早期失效，同时 还要有良好的工艺性能 。
（2） 断面收缩率：即试样拉断后，缩颈处横截面积的最大 缩减量与原始的横截面积的百分比。
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。
如图1-2所示，拉伸曲线上b点对应的应力为抗拉强度。
式中
σb=Fb/S0 σb——抗拉强度（MPa）；
Fb——试样断裂前所能承受的最大拉（N）；
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
δ——伸长率（%）；
L1——试样拉断后标距（mm)； L0 ——试样原始标距（mm)。
绪论
3 本课程的主要内容
(1)常用的工程材料及其成形方法和加工工艺。 (2)各类成形方法对零件结构和材料的工艺性要求。
4 了解机械制造业总流程
绪论
5 主要知识框架
工程材料及 成形技术基础
工程材料
成形技术 基础
6 参考书
(1)《材料成形技术基础》 何红媛主编，东南大学出版社。
(2)《材料成型工艺基础》 沈其文主编，华中理工大学出版社。
图1－2 低碳钢拉伸曲线
2 刚度：即材料抵抗弹性变形的能力。
刚度的大小以弹性模量来衡量，弹性模量在拉伸
曲线上表现为oe段的斜率，即：
E=σ/ε
式中
E——弹性模量（MPa）；
σ——应力（MPa）；
ε——应变。
3 强度：即金属抵抗永久变形和断裂的能力。
（1）屈服点
屈服点：即试样在拉伸过程中力不断增加（保持恒定）仍 能继续伸长（变形）时的应力。在拉伸曲线上s点对应的 应力为屈服点。
有机高分子材料：密度小、强度低（比强度高，高于钢铁） 较高的弹性，良好的电绝缘性能，优良的 减摩、耐磨和自润滑性能，优良的耐腐蚀 性能（超过不锈钢），优良的透光性和隔 热、隔音性，加工性好，成本低，但是易老化。
注：老化作用：高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由 于受各种环境因素的作用而导致性能逐渐变坏，以致丧失使 用价值的现象。【轮胎发生的龟裂、玻璃纤维（起毛）】
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。
塑料
稀有金属
械
有机高分子材料 合成橡胶
工
Байду номын сангаас
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
1.2 工程材料的特征
金属材料：具有良好的导电性、导热性、在具有较高的强度 的同时，具有良好的塑性成形性、铸造性、切削 加工和电加工性等加工性能；通过热处理及表面 改性可以大幅度(成倍）改变其性能；
60年代以后:由于航空、空间机械和动力机的发展对材料提出了更 苛刻的要求。如高温、高压、高的比强度和比模量。
20世纪后期：新材料特别是非金属人工合成材料如陶瓷材料、高
分子材料及复合材料快速发展。
第一章 零件对材料的性能要求
铸铁
黑色金属 碳钢
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
料统称为机械工程材料。
复合材料
机械 工程材料
非金属 材料
概述
材料的发展过程
沧州铁狮子
石器时代
青铜鼎
石斧
神
舟 飞
复合材料
船
铜器时代 铁器时代
概述
工程材料的发展过程
高功能化、超高性能化 复合轻量化、智能化
40-50年代:材料的发展主要围绕着机械制造业，因此，主要发展
以一般力学性能为主的金属材料
50-60年代:压力容器向高强度方向发展更快，发展了高强度低合 金钢
(3)《工程材料及应用》 周凤云主编，华中科技大学出版社。
(4)《材料成型技术基础》 胡亚民主编，重庆大学出版社。
(5)《热加工工艺基础》 任福东主编，机械工业出版社。
概述
工程材料：
用于机械、电子、建筑、 化工和航空航天 等领域的材 料统称为工程材料。
金属材料
机械工程材料：
用来制造各种机电产品的材
1.3.1 金属的力学性能
塑性 高温蠕变
刚度
金属的力学性能：材料在
外力作用下表现出来的特性， 疲劳强度 如弹性、塑性、强度、硬度和 韧性等。
金属 力学性能
表征和判定金属力学性能 所用的指标和依据称为金属力
低应力 脆断
学性能的判据。
弹性 强度
硬度 韧性
1 弹性：
即物体在外力作用下改 变其形状和尺寸，当外 力卸除后物体又回复到 原始形状和尺寸的特性。
弹性的判据可通过拉伸 试验来测定。
拉伸试验:即静拉伸力对试样 轴向拉伸,测量力和相应的伸 长,一般拉至断裂以测定其力
学性能的试验。
图1－1 拉伸曲线及拉伸试样
弹性极限：即金属材料不产生塑性 变形时所能承受的最大应力。拉伸曲 线p点对应的应力σp为弹性极限：
σp= Fp/So
式中
σp ——弹性极限（MPa）； Fp ——试样产生完全弹性变形时的 最大外力（N）； So ——试样原始横截面积（mm2）。
陶瓷材料：是无机非金属材料，是有一种或多种金属或非金属元素 形成的具有强离子键或共价键的化合物。
优点：熔点高、硬度高、化学稳定性高，弹性模量大，具有 耐高温、耐腐蚀、耐磨损、绝缘、热膨胀系数小；
缺点：但是抗压不抗拉，脆性大，不易加工成形；
复合材料：能充分发挥其组成材料的各自长处，同时在一定程度上 克服它们的弱点；
1.3 金属材料的主要性能
机械零件在使用过程中，要受到力学负荷诸如拉伸、压 缩、弯曲、扭转、剪切以及热负荷诸如高温蠕变、热应力产 生的热疲劳和环境介质的作用诸如腐蚀、摩擦损失，并且还 要传递力和能。
因此，作为构成机械零件的金属材料，应具备良好的力 学性能、物理性能、和化学性能以防止零件早期失效，同时 还要有良好的工艺性能 。
（2） 断面收缩率：即试样拉断后，缩颈处横截面积的最大 缩减量与原始的横截面积的百分比。
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。
如图1-2所示，拉伸曲线上b点对应的应力为抗拉强度。
式中
σb=Fb/S0 σb——抗拉强度（MPa）；
Fb——试样断裂前所能承受的最大拉（N）；
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
δ——伸长率（%）；
L1——试样拉断后标距（mm)； L0 ——试样原始标距（mm)。
绪论
3 本课程的主要内容
(1)常用的工程材料及其成形方法和加工工艺。 (2)各类成形方法对零件结构和材料的工艺性要求。
4 了解机械制造业总流程
绪论
5 主要知识框架
工程材料及 成形技术基础
工程材料
成形技术 基础
6 参考书
(1)《材料成形技术基础》 何红媛主编，东南大学出版社。
(2)《材料成型工艺基础》 沈其文主编，华中理工大学出版社。
图1－2 低碳钢拉伸曲线
2 刚度：即材料抵抗弹性变形的能力。
刚度的大小以弹性模量来衡量，弹性模量在拉伸
曲线上表现为oe段的斜率，即：
E=σ/ε
式中
E——弹性模量（MPa）；
σ——应力（MPa）；
ε——应变。
3 强度：即金属抵抗永久变形和断裂的能力。
（1）屈服点
屈服点：即试样在拉伸过程中力不断增加（保持恒定）仍 能继续伸长（变形）时的应力。在拉伸曲线上s点对应的 应力为屈服点。
有机高分子材料：密度小、强度低（比强度高，高于钢铁） 较高的弹性，良好的电绝缘性能，优良的 减摩、耐磨和自润滑性能，优良的耐腐蚀 性能（超过不锈钢），优良的透光性和隔 热、隔音性，加工性好，成本低，但是易老化。
注：老化作用：高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由 于受各种环境因素的作用而导致性能逐渐变坏，以致丧失使 用价值的现象。【轮胎发生的龟裂、玻璃纤维（起毛）】