工程材料及成形技術(shù)主講：江星瑩聯(lián)系方式：CellQ：40341178Email：fzujxy@序號評定條目評定標(biāo)準(zhǔn)（開課前公布）1出勤成績(8分)（1）每次課間簽到，全勤得8分；（2）缺勤1次，扣1分；（3）發(fā)現(xiàn)代簽扣4分；（4）無故曠課8次以上，取消本課程成績。2作業(yè)成績（12分）每次作業(yè)A或B得2分，C以下得1分，缺交0分，補(bǔ)交得1分，作業(yè)雷同者均以0分計。3實驗成績（10分）每個實驗A或B得5分，C得4分,D得3分，E得2分，缺席0分。4期末筆試成績（70分）依據(jù)卷面成績按70%折算。5獎勵分（5分）主動參與課堂討論并答對問題每次獎1分，最多獎勵5分；注：包括獎勵分在內(nèi)，期末總評成績封頂100分。第一章緒論課

程

內(nèi)

容金屬材料及其應(yīng)用金屬材料成形非金屬材料及其成形工程材料設(shè)計引：熱處理熱處理機(jī)械制造的一般生產(chǎn)過程：工程材料成形（半成品）精加工機(jī)械零件裝配使用一、材料制造物品所需的原料。經(jīng)過某種加工（開采、運(yùn)輸），具有一定的組分、結(jié)構(gòu)和性能，適用于一定用途的物質(zhì)。材料的利用和發(fā)展構(gòu)成了人類文明史的里程碑。材料、信息和能源是現(xiàn)代科技的三大支柱。二、工程材料及分類工程技術(shù)中應(yīng)用的材料，工程機(jī)械裝備的重要構(gòu)成。分類：金屬（鋼鐵、非鐵） 非金屬（塑料、陶瓷……）

復(fù)合材料尼龍齒輪鎂合金汽車輪轂三、成形技術(shù)通過一定工藝、手段使材料具備某種形狀，以便加工成裝備部件的方法。液態(tài)成形、塑性成形、連接成形……四、課程的學(xué)習(xí)要求能根據(jù)機(jī)器零件的形狀尺寸、使用條件和技術(shù)要求，合理選擇材料，確定科學(xué)的成形方法，擬定經(jīng)濟(jì)的制造工藝。例：齒輪……金屬材料及其應(yīng)用金屬材料的主要性能金屬材料的組織結(jié)構(gòu)鋼鐵材料的改性處理鋼鐵材料的應(yīng)用非鐵金屬材料及應(yīng)用第一篇第一章金屬材料的主要性能（1）使用性能：力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能（2）工藝性能：切削加工性能液態(tài)成形性能塑性成形性能焊接成形性能

材料的性能：使用性、工藝性第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能力學(xué)性能：金屬在外力作用下所表現(xiàn)出的性能。加載方式加載速度加熱環(huán)境強(qiáng)度硬度塑性韌性疲勞強(qiáng)度一、強(qiáng)度概念：外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力?？估瓘?qiáng)度——拉應(yīng)力抗壓強(qiáng)度——壓應(yīng)力抗彎強(qiáng)度——彎曲應(yīng)力抗扭強(qiáng)度——扭轉(zhuǎn)應(yīng)力抗剪強(qiáng)度——剪切應(yīng)力類型？疲勞強(qiáng)度——循環(huán)、交變應(yīng)力高溫強(qiáng)度——高溫環(huán)境低溫強(qiáng)度——低溫環(huán)境151、材料拉伸時的力學(xué)性能——靜力拉伸試驗（一）試驗條件及試驗儀器1、試驗條件：常溫(20℃)；靜載（極其緩慢地加載）；

2、試驗對象：標(biāo)準(zhǔn)試件——圓棒型、板件標(biāo)準(zhǔn)試樣。dh16標(biāo)準(zhǔn)試件：圓截面試件，長試樣短試樣標(biāo)準(zhǔn)試件：板試件長試樣短試樣17試驗設(shè)備：萬能試驗機(jī)

詳見國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料室溫拉伸試驗方法》（GB/T228）,該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了實驗方法和各項要求。18材料試驗機(jī)Anuniversaltestingmachine20測量變形的傳感器硬塑料的物性關(guān)系曲線21（二）低碳鋼試件的拉伸圖(P—

L圖)O1O2f1(f)s(MPa)200400e0.10.2OaE=tgac(ss下)(se)ab(ss上)B(sb)k冷作硬化線彈性階段屈服階段強(qiáng)化階段低碳鋼拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線頸縮階段d（三）低碳鋼試件的應(yīng)力--應(yīng)變曲線(

--

圖)23(1)低碳鋼拉伸的彈性階段(oa段)1、op--比例段:

p--比例極限2、pe--曲線段:

e--彈性極限ab24(2)低碳鋼拉伸的屈服(流動）階段(bd段)滑移線25２、卸載定律：１、

ｂ---強(qiáng)度極限３、冷作硬化：(3)低碳鋼拉伸的強(qiáng)化階段(dB段)點擊圖標(biāo)播放26卸載規(guī)律：試樣加載到超過屈服強(qiáng)度后卸載，卸載線平行OP；若再次加載，加載線沿卸載線上升，因此加載的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合虎克定律。冷作硬化：材料被預(yù)拉到強(qiáng)化階段，然后卸載，當(dāng)再次加載時，比例極限提高但使塑性降低的現(xiàn)象稱為冷作硬化。如經(jīng)冷拉處理的鋼筋271、延伸率:

2、截面收縮率：

3、脆性、塑性及相對性(4)低碳鋼拉伸的頸縮（斷裂）

階段(Bf段)屈服極限：抗拉強(qiáng)度：σe，E1）彈性階段2）屈服階段3）強(qiáng)化階段2、強(qiáng)度指標(biāo)屈服點σs和抗拉強(qiáng)度σb是反映材料強(qiáng)度的兩個性能指標(biāo)，也是拉伸試驗中需要測定的重要數(shù)據(jù)。σ0.2——對應(yīng)于試樣產(chǎn)生0.2%的塑性應(yīng)變時的應(yīng)力值為材料的屈服強(qiáng)度1）對塑性低的材料（如鑄鐵），沒有明顯的屈服點3、其他材料的屈服極限30

2）無明顯屈服現(xiàn)象的塑性材料

此類材料與低碳鋼共同之處是斷裂破壞前要經(jīng)歷大量塑性變形，不同之處是沒有明顯的屈服階段。

圖

規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度313)脆性材料在拉伸時的力學(xué)性能1)灰口鑄鐵拉伸時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，它只有一個強(qiáng)度指標(biāo)且抗拉強(qiáng)度較低；2)在斷裂破壞前，幾乎沒有塑性變形；

3)關(guān)系近似服從虎克定律，并以割線的斜率作為彈性模量。3、動載疲勞強(qiáng)度金屬材料抵抗循環(huán)、交變外力而不破壞的能力疲勞極限：材料經(jīng)N次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應(yīng)力值（σ-1）

σ-1——對稱彎曲疲勞強(qiáng)度4、高溫強(qiáng)度高溫短時工作——高溫瞬時強(qiáng)度高溫長期小應(yīng)力工作——高溫蠕變?nèi)渥儭侵冈诟邷亻L時間應(yīng)力作用下，即使所加應(yīng)力小于該溫度下的屈服強(qiáng)度，也會逐漸產(chǎn)生明顯的塑性變形的現(xiàn)象高溫長期外力作用——高溫持久強(qiáng)度二、塑性概念：金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力標(biāo)定：延伸率、斷面收縮率

＞5%——塑性材料如低合金鋼、碳素鋼和青銅等

＜5%——脆性材料如鑄鐵、混凝土、石料等n——長試樣和短試樣的標(biāo)志。延伸率與試樣尺寸有關(guān)，δ5＞δ10（δ）延伸率：斷面收縮率：三、硬度概念：材料抵抗局部塑性變形的能力標(biāo)定：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度壓頭材料淬火鋼球硬質(zhì)合金球符號HBSHBW適用范圍＜450450~6501、布氏硬度（HB）——根據(jù)壓痕直徑布氏硬度計標(biāo)注150HBS10/1000/30：10mm淬火鋼球在1000kgf載荷作用下，保持30s測得的布氏硬度為150200HBS：10mm淬火鋼球在3000kgf載荷作用下，保持10s測得的布氏硬度為200特點適用于硬度較低，對表面要求不大嚴(yán)格的件，如未經(jīng)淬火的鋼、鑄鐵、有色金屬或質(zhì)地輕軟的軸承合金試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)重復(fù)性強(qiáng)對不同材料需更換球體和改變載荷，壓痕的測量也較麻煩，因而用于自動檢測受到限制，不宜在成品在進(jìn)行試驗2、洛氏硬度（HR）

——根據(jù)壓痕深淺HR測量原理圖洛氏硬度計符號壓頭總載荷（kgf）表盤上刻度顏色應(yīng)用范圍應(yīng)用舉例HRA120°金剛石圓錐體60黑線60~85碳化物、硬質(zhì)合金、表面硬化工件HRBΦ1.588淬火鋼球100紅線25~100軟退火、正火鋼、有色金屬HRC120°金剛石圓錐體150黑線20~67淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼特點操作簡便迅速，硬度可在表盤上直接讀出；壓痕小，可在工件表面進(jìn)行試驗；采用不同標(biāo)尺可測定各種軟硬不同的金屬和厚薄不一的試樣的硬度，因而廣泛用于熱處理質(zhì)量的檢驗；用不同標(biāo)尺測得的硬度值之間沒有聯(lián)系，也不能直接進(jìn)行比較。3、維氏硬度（HV）

——根據(jù)壓痕的表面積壓頭：兩相對間夾角為136°的金剛石四棱錐體640HV30/20：30kgf載荷保持20s（10~15s不標(biāo)注），測得的維氏硬度值為640特點載荷可以任意選擇，而不存在布氏硬度那種P與D之間關(guān)系的約束；硬度統(tǒng)一，精確可靠；更好地測定薄件或薄層的硬度；測定麻煩，工作效率不如HR高，不宜成批生產(chǎn)的常規(guī)檢驗。常用硬度的比較單位壓頭載荷/kgf硬度范圍HBS鋼球≤3000≤450

HBW硬質(zhì)合金球≤3000450～650HRA金剛石圓錐6020～88HRB鋼球10020～100HRC金剛石圓錐15020～70HRD金剛石圓錐10040～77類別布氏硬度洛氏硬度HV金剛石棱錐5～120<1300維氏硬度應(yīng)用有色合金，退正火調(diào)質(zhì)鋼淬火、調(diào)質(zhì)鋼碳化物、硬質(zhì)合金有色合金，退正火鋼淬火、調(diào)質(zhì)鋼薄鋼板、表面硬化工件各種硬度工件常用硬度的換算硬度換算公式HB和HV：

HB≤400時，HB≈HV

HB＞400時，HB<HVHR和HB、HV:鋼材硬度換算σb≈3.4HB（HB=125~175）σb≈3.6HB

（HB＞175）HRC≈2HRA-104（HRC=20~60）HB≈10HRC （HRC=20~60）HB≈2HRB鋼材強(qiáng)度、硬度換算四、沖擊韌度概念：金屬材料抵抗沖擊載荷的能力。夏比沖擊試驗機(jī)示意圖沖擊試樣ak值低——脆性材料，斷裂時無明顯變形，金屬光澤，呈結(jié)晶狀ak值高——韌性材料

，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤Ak＝G(H-h)溫度

對沖

擊韌

度的

影響常見金屬力學(xué)性能元素符號AlCuMgNiFeTiPbSn抗拉強(qiáng)度σb/MPa80～110200～240200400～500250～330250～3001820伸長率δ/%

32～4045～5011.535～4025～5550～704540斷面收縮率ψ/%

70～9065～7512.560～7070～8576～889090布氏硬度/HB204036806510045五、物理性能元素符號AlCuMgNiFeTiPbSn密度，kg/m3×1032.708.941.748.97.864.5111.347.3熔點，℃6601083650145515391660327232相對導(dǎo)電率，%60953423163714導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)2.093.851.460.590.840.17—

—

六、化學(xué)性能金屬在常溫或高溫抵抗各種介質(zhì)化學(xué)作用的能力?？寡趸裕岱€(wěn)定性）：材料在加熱時抵抗氧化作用的能力。（