1、1机械制造基础课程设计 机械制造基础教案第 1 章工程材料基础导读：就爱阅读网友为您分享以下“机械制造基础教案第 1 章工程材料基础”资讯，希望对您有所帮助，感谢您对 的支持!机械制造基础授课时间 授课方式 （请打） 第 周 星期 第课程教案节 课次 课时 安排 8 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他授课题目（教学章、节或主题） ： 概述、第一章 工程材料基础 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次） ： 了解本课程的性质和任务； 熟悉机械制造技术的种类； 掌握金属材料的力学性能。 教学重点及难点： 重点：金属材料的性能、铁碳合金相图、钢的热处理。 难点：铁碳合金相图 教 学 基 本 内
2、 容 一、 机械的定义： 机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置。 像筷子、扫帚以及镊子一类的物品都可以被称为机械，他们是简单机械。而 复杂机械就是由两种或2两种以上的简单机械构成。我们通常把这些比较复杂的机 械叫做机器（小学五年级下册科学教科书） 。 简单定义：各种机器与器械，统称为机械。 机械制造 定义：机械制造就是将原材料转变为机械成品的各种劳动的总和。 机械制造基础 介绍机械制造的材料、工艺方法的课程 机械的发展历史 从原始人制造石器工具，到奴隶社会、封建社会的手工业发展，再到工业革 命时期蒸汽机的运用带来的机械化生产，再到如今计算机的出现和运用。 人类社会的发展史，文明的发展史
3、，实际上就是机械的发展史。 机械制造技术的历史 机械制造技术的种类：铸造、锻压、焊接、切削加工、特种加工 机械制造的材料包括金属材料和非金属材料。金属材料因其具有良好的使用性 能(包括力学性能、物理性能、化学性能)和工艺性能，成为机器零件最常用的 材料。 方法及手段3课程教案（续）教 学 基 本 内 容 方法及手段第一章材料的主要性能是指: （1）力学性能 1.使用性能 （2）物理性能 （3）化学性能 2.工艺性能 加工成形的性能 第一节 力学性能工程材料基础材料的力学性能材料在外力作用下所表现出的特性。一、外力作用下材料的变形与失效 作用在机件上的外力 载荷 静载荷 动载荷 FF F F =
4、 F /S1.两种基本变形 （1）弹性变形：F = FF F S S（ MPa）材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消 失而消失的变形，称为弹性变形。 （2）塑性变形: 材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。 2变形的三个阶段 弹性变形 塑性变形 断裂 （3）过量弹性变形 3. 常见的几种失效形式 （1）断裂 （2）塑性变形 （4）磨损 （5）腐蚀 二、材料的力学性能4拉伸实验 d0Fl0FLdk 缩颈 lkFFS0Fbs ebFsFekol 应力ll0拉伸曲线 e 弹性极限点 K 断裂点应变曲线 S 屈服点 b 极限载荷点 1强度： 材料在外力作
5、用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 （1） 屈服强度（ S） 指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。S =Fs/S0（MPa）它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。 当材料单位面积上所受的应力 e s 时，只产生微量的塑性变形。当 s 时，材料将产生明显的塑性变形。 条件屈服强度 : 0.2=F 0.2/S0 （MPa） 屈服强度 是塑性材料选材和评定的依据。5F F s0.2 S0 F 0 .2b s e100% 0.2%l kl（2）抗拉强度（ b ） l0 抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。b =Fb/S0（MPa）它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。 抗拉强度 是脆性
6、材料选材的依据。 2. 塑性 材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。 常用 和 作为衡量塑性的指标。 伸长率：lk l0 100% l0 断面收缩率：s0 sk 100% s0 良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。 3刚度（E） 材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。 在弹性变形阶段： E F l 所以： E E 材料抵抗弹性变形的能力越大。4硬度 是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。 (1)布氏硬度（HB） ： 6HB 压入载荷（N） 压痕的表面积（ m m）2F2FD 0.102d2 D (1 1 ) D 布氏硬度适用 HB450 (2)洛氏硬度（HRC） 洛氏硬
7、度一般用于 HB450 洛氏硬度与布氏硬度之间约为 1：10 的关系 同时硬度与强度之间也有一定的关系： 低碳钢： b3.6HB 高碳钢： b3.6HB 调质合金钢： b3.6HB 5冲击韧性 材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。F1200AK = G（H1 - H2） （J） ak = AK /S （J/m2） H1H2 在冲击载荷下工作的零件， 很少是受大能量一次冲击而破 坏的；往往是受小能量多次重 复冲击而破坏的。 6疲劳强度材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。 受交变载荷作用的零件，在其所受应力远远低于该材料的屈服强度时，会发生突 然的断裂。而且是脆性断裂。 据统计，约
8、 80%的机件失效为疲劳破坏。n0 循环基数 钢：n0 1077有色金属：n0 108 1 三、力学性能与失效形式的关系 力学性能 强度 失效形式 n0ns b 断裂 塑性变形 过量弹变 磨损塑性 刚度 硬度 韧性 疲劳强度第二节材料的物理、化学及工艺性能一、材料的物理性能 比重、密度、熔点、导电性、导热性、磁性、热膨胀系数。 二、材料的化学性能 耐酸性、耐碱性、抗氧化性。 三、材料的工艺性能：加工性能第二章金属及合金的结晶 金属的晶体结构第一节晶体：原子作有序排列；有固定的熔点；各向异性。 非晶体：原子作无序排列；没有固定的熔点；各向同性。 所有的金属和合金都是晶体。 晶格原子排列形成的空间
9、格子 晶胞组成晶胞最基 本的 单元金属8的典型晶体结构 体心立方晶格：Cr、Mo、W、V 、 -Fe、 -Fe 面心立方晶格： Cu、Ni、Ag、Au 密排六方晶格：Mg 、 Be、Zn、 -Ti、 -Cr 第二节金属的结晶过程温度 过冷度一、金属的结晶过程 1金属结晶的过冷现象T T0 Tn2金属的结晶过程 结晶 形核 长大 T0 Tn 冷却曲线 T 自发形核 非自发形核 金属是由许多大小、形状、晶格排 相同的晶粒所组成的多晶体。时间列方向均不一般金属的晶粒越细小，其力学性 3细化晶粒的方法 1）变质处理 2）增大过冷度 3）机械的振动和搅拌 4）热处理 5）压力加工再结晶能越好。二、金属的
10、同素异晶转变 同素异晶转变 在固态下，随着温度的变化，金属的晶体结构从一种晶格 类型转变为另一种晶格类型的过程。9Fe、Sn、Ti 、Mn 温 1538 1394 912 L Fe Fe 度 1538 体心 Fe Fe1394 Fe 面心 912 体心 时间一种金属能以几种晶格类型存 在的性质 称为同素异晶性。 Fe 第三节 合金的结构合金 以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，所形成的具有金属特性的 物质。 合金是由两种以上的元素组成的。 固态合金的结构是由组元在结晶时彼此之间所起的作用所决定的。 固溶体 合金的结构 金属化合物 机械混合物 一、固溶体 溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格
11、类型的金属晶体。 据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同 置换固溶体 固溶体 间隙固溶体溶质原子 溶剂原子溶质原子 溶剂原子10固溶体的性能特点： 具有良好的塑性和韧性，强度、硬度较低。 F： b = 250MPa = 4550% HB = 80 二、金属化合物 合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质。 金属化合物各元素之间呈整数比关系。如： Fe3C、WC、TiC 等金属化合物的性能特点： 脆性大、硬度高；强度低；塑性、韧性差；高的熔点。Fe3C：HB=800； b =30MPa ； 0% 三、机械混合物 合金的组成在固态下既不互相溶解又不形成化合物，而是按一定的重量比
12、混 合而成的新物质。 机械混合物既可以是纯金属、固溶体或金属化合物各自的混合物，也可以是 它们之间的混合物。 性能特点： 性能介于各组成物的性能之间。一般具有良好的综合力学性能。 P： b = 750MPa =25% HB = 180-200 F： b = 250MPa = 4550% HB = 80 Fe3C：HB=800； b =30MPa ； 0%第三章 第一节铁碳合金铁碳合金的基本组织一、铁素体（F） 铁素体 碳（C）溶入 -Fe 中所形成的固溶体。 727 0.02%C 力学性能： b = 250MPa = 4550% HB = 80 二、奥氏体（A） 奥氏体 碳（C ）溶入 -Fe 中所形成的固溶体。 1147 2.06%C 、727 0.77% 力学性能： b = 250 350MPa = 4045% HB = 160200 三、渗碳体（Fe3C ）
