1、工程材料与成型技术基础任课教师：刘淑晶机械基础教研室,教 材机械制造基础（上册）工程材料及热加工工艺基础，北京大学出版社，侯书林主编，2006年第1版,参考书目： 机械工程材料，崔占全 、邱平善主编，2000年3月第1版 机械工程材料基础，张继世主编， 2000年4月第1版 工程材料与热加工技术，程晓宇主编，2006年2月第1版 工程材料与成形技术基础，鞠鲁粤主编，2004年12月第1版,我的要求,1、考核方式:考试成绩平时成绩 （包括：平时作业、考勤、课堂纪律等）2、课堂纪律课堂应当记笔记.杜绝交头接耳，杜绝课堂上吃东西，随机点名三次不到者取消考试资格。3、课后作业独立完成,按时交作业.全部
2、批改,记录在案。,我希望：你能喜欢我的课。,我希望：你能勇于回答我的问题。,我希望：你能通过我的课程提高实践能力， 创新能力、工程素质。,我 的 希 望,是否想学好本课程？,为了应付考试？记录老师讲课重点（经常提到） 为了工作需要？认真读懂教材和参考书 为了扩大知识面？ 广泛涉及课外书籍、勤于思考,本课程的内容,材料的应用,毛坯成形工艺,材料成分,材料组织,材料性能,铸造,锻造,焊接,相互关系,绪 论,石器时代（Stone Age),石斧,材料科学与成形技术的发展,绪 论,绪 论,材料科学与成形技术的发展,青铜器时代 （Bronze Age),司母戊鼎 （河南安阳晚商遗址）,绪 论,湖北江陵楚
3、墓出土越王勾践宝剑,绪 论,铁器时代（Iron Age),绪 论,课程性质及特点 是一门专业技术基础课，综合性、实践性较强。 传统知识与现代知识的结合。 课程的任务： 从机械工程的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，了解材料的成分，加工工艺、组织、结构与性能之间的关系；介绍常用机械工程材料及其应用等基本知识。 学习目的 通过学习，在掌握机械工程材料的基本理论及基本知识的基础上，具备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理选材及制订零件工艺路线的初步能力。,绪 论,学习方法 学习本课程要紧紧抓住“材料的化学成分一加工工艺组织、结构一性能应用”之间的相互关系及其变化规律这个“纲”。
4、 本课程的各个部分、各章内容都是以上述“纲”为主线索而展开的。希望学生在开始学习本课程就应充分认识到此点，并在学习过程中，始终牢牢把握住这个“纲”。,第一章 材料的种类与性能,内容 1.1 材料的种类 1.2 材料的性能,材料科学的地位 材料、能源、信息合称为现代社会的三大支柱，而能源和信息的发展，在一定程度上又依赖于材料的进步。许多国家都把材料科学作为重点发展学科之一。 材料分类： 按材料用途分：建筑材料、电工材料、结构材料。 按物质结构分：金属材料、有机高分子材料、陶瓷及复合材料。 按结晶状态分：单晶体材料、多晶体材料、非晶体材料等。 本书所讲主要是机械工程上所用的结构材料。,工程材料的分
5、类,金属材料,复合材料,材料中原子之间的键合特点,陶瓷材料,高分子材料,金属材料是以过渡族金属为基础的纯金属及其合金。有良好的力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能。 金属材料分为两大类：黑色金属和有色金属。,材料的分类,金属材料,复合材料,材料中原子之间的键合特点,陶瓷材料,高分子材料,指以天然硅酸盐或人工合成化合物为原料，经粉碎、配制、成形和高温烧结而成的无机非金属材料。具有很高的强度和硬度，较低的导电、导热性，延性、成型性及耐冲击性都很差。极好的耐高温和耐腐蚀特性,还有一些独特的光学、电学。,工程材料的分类,金属材料,复合材料,材料中原子之间的键合特点,陶瓷材料,高分子材料,非金属原子共
6、有电子而构成大分子材料称为高分子材料。每个大分子由许多结构相同的单元相互连接而成，因此高分子材料又称为聚合物。它具有较高的强度、良好的塑性、较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。,材料的分类,金属材料,复合材料,材料中原子之间的键合特点,陶瓷材料,高分子材料,复合材料是由两种或两种以上材料组成的，其性能是它的组成材料所不具备的。复合材料可能具有非同寻常的刚度、强度、高温性能和耐蚀性。,性能,使用性能,工艺性能,指材料在使用过程中所表现出来的性能。,力学性能,物理性能,化学性能,强度、硬度、塑性、韧性、蠕变和疲劳,熔点、密度以及电、磁、光和热,耐腐蚀、抗氧化性,性能,使用性能,工艺性能,铸造
7、,塑性加工,焊接,液固；流动性,指材料的对各种加工工艺的适应能力 。,热处理,粉末冶金,机械加工,性能,使用性能,工艺性能,铸造,塑性加工,焊接,液固；流动性,锻、拉、挤、轧、弯 ；延展性 ；变形抗力、变形开裂倾向,热处理,粉末冶金,机械加工,性能,使用性能,工艺性能,铸造,塑性加工,焊接,液固；流动性,锻、拉、挤、轧、弯 ；延展性 ；变形抗力、变形开裂倾向,可焊性,热处理,机械加工,性能,使用性能,工艺性能,铸造,塑性加工,焊接,液固；流动性,锻、拉、挤、轧、弯 ；延展性 ；变形抗力、变形开裂倾向,可焊性,热处理,机械加工,热诱发组织转变；,切削加工;硬度,力学性能指材料在外力（载荷）作用时
8、表现出来的性能。 指标：强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。,静载时材料的力学性能,1 强度在外力作用下，材料抵抗变形或断裂的能力。根据外力的作用方式不同，材料的强度分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度。一般多以抗拉强度作为基本的强度指标，简称为强度。,材料的强度用拉伸试验测定,(a)拉伸 （b)压缩 （c)弯曲 （d)剪切 （e)扭转 载荷的形式,静拉伸试验,拉伸试验机,标准拉伸试样,拉伸曲线,金属材料的强度指标根据其变形特点分下列几个： 弹性极限（e） 表示材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力，是弹性零件的设计依据。 屈服点（ s） 表示金属开始发生明显塑性变形的抗力，铸铁等材
9、料没有明显的屈服现象，则用条件屈服点（ 0.2 ）来表示：产生0.2%残余应变时的应力值。 强度极限(抗拉强度b ) 表示金属受拉时所能承受的最大应力。,拉伸试样的颈缩现象,弹性和刚度 弹性模量E在弹性变形范围内，应力和应变的比值成为弹性模量。E是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。 刚度表征材料弹性变形抗力的大小。 弹性模量E主要决定于材料本身，是金属材料最稳定的性能之一。,2 塑性 材料在外力作用下产生永久变形而不致引起断裂的能力称为塑性, 用伸长率和断面收缩率来表示。 伸长率（） 在拉伸试验中, 试样拉断后, 标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。 断面收缩率（） 试样拉断后, 缩颈处
10、截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比称为断面收缩率。,2 塑性L1试样拉断后的长度 L0试样原始长度F1试样拉断处的横截面积 F0试样原始截面积 、愈大，表示材料的塑性愈好。 5%的材料称塑性材料， 5%的材料称脆性材料。 塑性存在的意义 金属材料具有一定的塑性才能顺利承受各种变形加工。 材料具有一定的塑性，可以提高零件使用的可靠性，防止突然断裂。,2 硬度材料抵抗更硬物体压入的能力称为硬度。 常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度等。,(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ),(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ),压头：淬火钢球 HBS,适用范围
11、:,450HB,压头：硬质合金球 HBW,适用范围:,450650HB,(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ),符号HBS之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。 如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。,(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ),适用范围： 适用于测量退火钢、正火钢及常见的铸铁和有色金属等较软材料。布氏硬度试验的压痕面积较大，测试结果的重复性较好，但操作较繁琐。,(2)洛氏硬度 HR ( Ro
12、ckwll hardness ),压头：120度金刚石圆锥,淬火钢球,采用锥型压头压入被测材料，根据压痕的深度来度量材料的软硬。 压痕愈深，硬度愈低。 洛氏硬度用HR表示。 按压头和载荷的不同，洛氏硬度分为HRA、HRB、HRC三种。,洛氏硬度符合、试验条件和应用举例,(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness ),适用范围：,洛氏硬度试验的测试方便，操作简捷； 试验压痕较小，可测量成品件； 测试硬度值范围宽。 由于压痕较小，测试值的重复性差。,测量原理与布氏硬度基本相同，只是压头用锥面夹角为136的金刚石正四棱锥体 维氏硬度用HV表示 载荷小，压痕浅 适用于测定零件表面的薄硬
13、化层、镀层及薄片材料的硬度。 载荷可调范围大，对软、硬材料均适用。,(3)维氏硬度 HV,洛氏硬度测试录像,动载的两种主要形式：冲击载荷和交变载荷 冲击韧性aKU ( Notch Toughness ): 材料抵抗冲击载荷的能力 材料的冲击韧性用一次冲击试验测定,动载时材料的力学性能,冲击试样,冲击试验机,冲击试样和冲击试验示意图,冲击韧性aKU ( Notch Toughness ): 冲击韧性aKU的计算影响aKU大小的因素：材料本身，环境温度，试样大小，缺口形状等。,交变应力指零件所受应力的大小和方向随时间作周期性变化。, a,疲劳强度,疲劳强度,疲劳强度 定义：在一定的循环次数下不发生断裂的最大应力。 一般规定钢铁材料的循环次数为107，有色金属为108。,疲劳强度( Fatigue Strength ): 材料发生疲劳断裂的原因： 材料内部缺陷 加工产生的磨痕、刀痕 零件局部应力集中产生的裂纹 措施： 合理设计结构、降低零件表面粗糙度值、表面加工硬化等,
