工程材料与成型工艺基础.doc

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1、工程材料与成型工艺基础一，基本概念1课程性质：研究金属（工程）材料加工工艺的技术基础课加工工艺加工方法热加工：铸，锻，焊，热处理冷加工：车，铳，刨，磨，光整加工等加工过程机器制造过程冶炼压力压力加工切削装配矿石铸锭型材毛坯零件机器加工焊接加工压力加工补充：铸锭毛坯铸造零件2,铸锭压力加工切削加工2课程内容从材料的选择和应用，毛坯成型甚至直接加工成零件，包括热处理，表面处理，各种成型新工艺在内综合性的技术基础课，它涵盖了工程材料及热加工工艺方面的内容。3课程作用打基础开拓知识面，适应新形势培养三选能力（选材料，选工艺，选结构）金属材

2、料的性能力学（机械）性能：强度，硬使用性能度，刚度，塑性,韧性物理性能：密度，熔点，热膨胀性，导热性，导电性化学性能：耐腐蚀性，耐高温铸造性能：流动性，收缩性能锻造性能：塑性，变形抗力工艺性能焊接性能热处理性能切削加工性二，金属材料的力学性能外加载荷：拉伸，压缩，歪曲，扭转，剪切，挠曲应变：伸长量除以原始长度应力：拉力除以原始截面积两种变形：弹性变形，塑性变形。特点：有力才有变形，去力见分晓。三个阶段；弹性变形阶段弹塑性变形阶段断裂阶段四种常见的失效形式断裂（轴）塑性变形（发动机气缸的螺钉）过量的弹性变形磨损（凸轮）材料的力学性能

3、指标——载荷作用下1强度：材料在外力作用下抵抗变形的断裂的能力抗拉强度，表征材料抵抗断裂的能力屈服强度，表征材料抵抗塑性变形的能力名义屈服强度，材料产生百分之零点二塑性变形所具有的应力值2塑性：材斜•在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力延伸率，试样拉断后的相对伸长量断面收缩率，试样断裂后截面的相对收缩量应用：锻造，静载荷作用下的零部件3弹性模量（刚度）材料受力时抵抗弹性变形的能力，表征材料产生弹性变形的难易程度4硬度（圆球体）材料抵抗硬物压入其表面的能力布氏硬度（HB）洛氏硬度(HRAHRBHRC)（圆锥体）维氏硬度，显微硬度H

4、V（四棱锥体）材料的力学性能指标——载荷作用5冲击韧性材料抵抗冲击载荷的能力6疲劳强度材料抵抗交变载荷能力材料经受无数次交变载荷而不破坏所承受的最大应力特点：抵抗能力：交变载荷；破坏形式：突然断裂7蠕变强度作用载荷不变时，材料变形量随时间延长而缓慢增加在给定温度，规定时间内，试样产生的蠕变量不超过规定值的时的最大应力失效形式与力学性能之间的关系断裂（抗拉强度，疲劳强度，塑性变形，冲击韧性）磨损（硬度）塑性变形（屈服强度）过量弹性变形（弹性模量）注意：强度，硬度,两者关系密切，一般硬度高，强度高,延伸率与冲击韧性两者关系密切，一般延

5、伸率高，韧性高三,1,金属材料的晶体构造金属的晶体结构与结晶晶体：原子呈有序排列非晶体：原子呈无序排列晶格：描述原子排列的空间格子晶胞：组成晶格的最基本单元晶格常数:晶胞的棱边长度<2>,常见金属晶格类型体心立方晶格面心立方晶格密排立方晶格<3>,实际金属存在基体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷<4>,金属的结晶（液态金属转换为固态金属的过程）（1）冷却曲线（热分析法）特点：门不变（结晶过程中，实际结晶温度是不变的）T1小于TM（实际结晶温度小于理论结晶温度，冷却速度越快，过冷度越大）（2）结晶过程晶粒：由单个晶核长成的晶体晶界：晶粒与晶粒

6、之间的交界面单晶体：由一颗晶粒所组成的晶体（采用特殊手段）多晶体：由多个大小，方位的晶粒所组成纯金属结晶过程的特点：在一定时间内完成过程：局部倒整体实质：形核加长大自发和非自发形核（3）铸态晶粒的大小与细化细晶强化的基本原理：增加形核率，抑制长大速度细晶强化的方法:增加过冷度（中，小型零件）提高冷却速度，实际结晶温度变低，显然形核率增加，长大速度抑制变质处理增加形核率震动，搅拌结晶抑制长大速度，提高形核率（4）同素异构的转变金属在固态下随温度不同而发生晶格类型的转变（图）纯铁同素异构转变曲线特点：转变发生于固态在一定温度下进行晶格

7、类型发生变化（和纯金属结晶过程一样）2,合金的晶体结构元：组成合金最基本，独立的物质称为组元，简称元相：合金中结构相同，成分和性能均以并由界面相互分开的组成部分（1）固溶体（单相）合金的组元在固态下能够相互溶解而形成单一，均匀的物质间隙固溶体溶质原子溶入溶剂晶格的间隙中置换固溶体溶质原子取代溶剂原子特点：晶格，与溶剂相同性能，产生固溶强化抗拉强度,硬度增强,塑性，冲击韧性变弱，晶格畸变越厉害，强化效果越好）例：a-Fe+C—F体心六方体心（2）金属化合物（单相）合金各组元按照一定整数比化合而成的固体物质特点：晶格，与各组元不同性能

8、，硬而脆（不同于各组元）一般熔点升高，硬度要加强，脆性升高，塑性降低例：Fe+C=Fe3C体心六方（3）机械混合物复杂各组元在固态下以混合的形式存在特点：晶格,保持各组元晶格类型性能：取决于各组元的性能和数量形式：固+固固+化固+元素化+化元素+化