新版工程材料及机械制造基础

1、 工程材料及工程材料及 机械制造基础机械制造基础内容（简介）内容（简介） 本书共有17章，包括材料的种类与性能、材料的组织结构、金属热处理及材料改性、钢铁材料及其用途、非铁材料、机械零件的失效及选材、铸造、压力加工、焊接、非金属材料及复合材料成型方法、毛坯成形方法选择及质量控制、现代成形技术及发展趋势、切削加工基础知识、零件表面的加工方法、机械零件的结构工艺性、现代制造技术及发展趋势等。第第1 1章章 材料的种类与性能材料的种类与性能1.1 1.1 材料的种类材料的种类 图图1.2 1.2 材料的性能材料的性能1.2.1 1.2.1 静载时材料的力学性能静载时材料的力学性能 1.2.2 1.2

2、.2 其他载荷作用下材料的机械性能其他载荷作用下材料的机械性能1.2.3 1.2.3 材料的高温和低温性能材料的高温和低温性能 1.2.4 1.2.4 材料的物理性能材料的物理性能 1.2.5 1.2.5 材料的化学性能材料的化学性能 1.2.6 1.2.6 材料的工艺性能材料的工艺性能 1.2.1 1.2.1 静载时材料的力学性能静载时材料的力学性能 1.1. 强度：在外力作用下，材料抵抗变形强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。和断裂的能力。 拉伸试验演示拉伸试验演示 图图 (1) oe(1) oe段：直线、弹性变性段：直线、弹性变性(2)(2) eHeH段：曲线、弹性变形段：曲线

3、、弹性变形+ +塑性变形塑性变形(3)(3) L L段：水平线（略有波动）明显的段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。变，试样连续伸长。(4)(4) LmLm曲线：弹性变形曲线：弹性变形+ +均匀塑性变形均匀塑性变形(5) m m点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样产生拉伸力达到最大值，试样产生不均匀塑性变形不均匀塑性变形,试样试样即将断裂。即将断裂。(6) k k点：试样在缩颈处断裂。点：试样在缩颈处断裂。1.强度强度(

4、3) (3) 抗拉强度抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力匀变形的抗力。(2) (2) 下下屈服屈服强度强度当材料的内应力当材料的内应力 R Rm m 时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。R Rm m 常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。 符号：符号： F FeH eH 试样发生屈服而力首次下降前承受的最大试样发生屈服而力首次下降前承受的最大载荷，载荷， N N F FeL eL 材料产生屈服现象时的最小载荷，材料产生屈服现象时的最小载荷， N NR

5、ReLeL= F FeLeL/S/S0 0 （旧标准（旧标准s s）S0 ：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mmmm2 2） (1) (1) 弹性极限弹性极限R Re e= = F Fe e /S/S0 0弹性模量（刚度）弹性模量（刚度）E E= = R/R/ 上上屈服屈服强度强度R ReHeH= F FeH eH /S/S0 0R Rm m= F Fm m/S/S0 0 （旧标准（旧标准b b）1.强度强度 是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。1.1.断后伸长

6、率断后伸长率A A11.311.3 （旧标准旧标准1010 ），），A A5.655.65（写成（写成A A，旧标准旧标准5 5 ）2.2.断面收缩率断面收缩率Z Z （旧旧标准标准），）， 指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。A A=(=(L Lu u- -L L0 0)/L)/L0 0100%100%L L0 0: :试样原始标距（当试样原始标距（当L L0 0=10=10d d0 0时时, , A A11.3

7、 11.3 ；当当L L0 0=5=5d d0 0时时, , A A5.655.65 ）L Lu u: :拉断后的试拉断后的试样样标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。 Z Z =( =(S S0 0- -S Su u)/S)/S0 0100%100%S S0 0: :试件原横截面积。试件原横截面积。S Su u: :断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。 2. 2. 塑性塑性引言：引言：(1)(1)定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度

8、的指标，其物理含义与试验方法它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。有关。(2)(2)硬度的测试方法硬度的测试方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）维氏硬度）维氏硬度 （4 4）肖氏硬度）肖氏硬度3.3. (1)(1)布氏硬度试验布氏硬度试验（布氏硬度计） 原理原理: :用一定直径的硬质合金球体以相应的试验力压入待测材料表面，用一定直径的硬质合金球体以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。以计算硬

9、度的一种压痕硬度试验方法。(2)(2)布氏硬度值布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。表示。 如： 500HBW5/750/20 （7509.80665）(4)(4)测量范围测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等. .(3)(3)优缺点优缺点测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）; ;可测的硬可测的硬度值不高度值不高; ;不测试成品与薄件不测试成品与薄件; ;测量费时，效率低。测量费时，效率低。布氏硬度实验演示布氏硬度

10、实验演示 (1) (1)洛氏硬度试验洛氏硬度试验（洛氏硬度计） 原理原理: : 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。种压痕硬度试验。 (2)(2)洛氏硬度值洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。读出。如：如：50HRC50HRC (4)(4)测量范围测量范围 用于测量用于测量淬火钢、硬质合金淬火钢、硬质合金等材料等材料. .

11、(3)(3)优缺点优缺点试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速; ;压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件; ;数据不够准确，应数据不够准确，应测三点取平均值测三点取平均值; ;不应测组织不均匀材料，如铸铁。不应测组织不均匀材料，如铸铁。洛氏硬度实验演示洛氏硬度实验演示符号符号 试验力试验力 压头压头 测量范围测量范围 应用应用 （9.8N9.8N） （HRHR）HRA 60 HRA 60 金刚石圆锥金刚石圆锥 202088 88 碳化物硬质合金，淬火工具碳化物硬质合金，淬火工具 （67HRC67HRC） 钢，浅层表面硬化钢钢，浅层表面硬化钢HRB1001/16“即即25100软钢，铜

12、铝合金，可锻铸铁软钢，铜铝合金，可锻铸铁1.588钢球钢球（20HRC）HRC 150 HRC 150 金刚石圆锥金刚石圆锥2067淬火钢，调质钢，淬火钢，调质钢， 深层表面硬钢深层表面硬钢 (1) (1)维氏硬度试验维氏硬度试验 原理原理: :用夹角为用夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度）压入试样表面，测出压痕对角线长度d d。 (2)(2)维氏硬度值维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。如：如：640HV640HV。 (4)

13、(4)测量范围测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。 (3)(3)优缺点优缺点 测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）; ;可测成品与薄可测成品与薄件件; ;试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。1.1.3 1.1.3 1.2.2 1.2.2 其他载荷作用下材料的机械性能其他载荷作用下材料的机械性能1.1. 冲击韧度冲击韧度 冲击试验演示冲击试验演示 2.2. 断裂韧度断裂韧度 3.3. 疲劳强度疲劳强度 4. 4. 磨损：黏粒及磨粒磨损、腐蚀、接触磨损磨损：黏粒及磨粒磨损、腐蚀、接触磨损

14、1.2.3 1.2.3 材料的高温和低温性能材料的高温和低温性能1.1.高温性能：高温性能： 蠕变蠕变材料在长时间的恒温、恒压力材料在长时间的恒温、恒压力作用下，发生缓慢塑性变形的现象。作用下，发生缓慢塑性变形的现象。2.2.低温性能低温性能 1.2.4 1.2.4 材料的物理性能材料的物理性能1. 1. 密度密度2. 2. 熔点熔点3. 3. 热膨胀性热膨胀性4. 4. 磁性磁性5. 5. 导热性导热性6. 6. 导电性导电性 表表1.2.5 1.2.5 材料的化学性能材料的化学性能 化学性能化学性能: :材料在室温或高温时抵抗各种材料在室温或高温时抵抗各种 介质化学侵蚀的能力。介质化学侵蚀

15、的能力。1.1.金属腐蚀的基本过程：化学腐蚀和电化学金属腐蚀的基本过程：化学腐蚀和电化学 腐蚀。腐蚀。2.2.防止金属腐蚀途径防止金属腐蚀途径 第第 一一 章章 小小 结结 静载时静载时的力学性能的力学性能 使用性能：使用性能：力学性能力学性能 其他载荷下力学性能其他载荷下力学性能 物理性能物理性能 材料的性能材料的性能 化学性能化学性能 工艺性能：锻造性能工艺性能：锻造性能 铸造性能铸造性能 焊接性能焊接性能 切削性能等切削性能等 第第2 2章章 材料的组织结构材料的组织结构2.1 2.1 金属的晶体结构金属的晶体结构2.2 2.2 非金属材料的结构非金属材料的结构2.3 2.3 金属的结晶

16、与细晶强化金属的结晶与细晶强化2.4 2.4 材料的同素异构现象材料的同素异构现象2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图2.1 2.1 金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶2.1.1 2.1.1 金属的晶体结构金属的晶体结构 图图 体心立方结构体心立方结构常见的金属晶体结构有三种常见的金属晶体结构有三种 面心立方结构面心立方结构 密排六方结构密排六方结构 图图2.1.2 2.1.2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构 图图2.1.3 2.1.3 金属材料的结构特点金属材料的结构特点2.1.2 2.1.2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构 点缺陷点缺陷晶体缺陷有三种类型晶体缺陷有三种

17、类型 线缺陷线缺陷 面缺陷。面缺陷。1. 1. 点缺陷：空位和间隙原子点缺陷：空位和间隙原子 图图2. 2. 线缺陷：位错线缺陷：位错 图图3. 3. 面缺陷：晶界面缺陷：晶界 图图4. 4. 缺陷与性能的关系缺陷与性能的关系2.1.3 2.1.3 金属材料的结构特点金属材料的结构特点 合金合金: :是由两种或两种以上的金是由两种或两种以上的金属元素或者金属元素与非金属元属元素或者金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质素组成的具有金属特性的物质。 图图 常见的合金中存在的常见的合金中存在的相相固溶体固溶体金属间化合物金属间化合物 图图2.2 2.2 非金属材料的结构非金属材料的结构2.2

18、.1 2.2.1 陶瓷材料的结构特点陶瓷材料的结构特点1. 1. 陶瓷材料的键合类型陶瓷材料的键合类型2. 2. 陶瓷材料的组织陶瓷材料的组织 图图（1 1）晶体相）晶体相（2 2）玻璃相）玻璃相（3 3）气相：陶瓷组织中的气孔。）气相：陶瓷组织中的气孔。2.2.2 2.2.2 高分子材料的结构特点高分子材料的结构特点2.2.2 2.2.2 高分子材料的结构特点高分子材料的结构特点1. 1. 大分子链的形态大分子链的形态 图图2. 2. 大分子的聚集态结构大分子的聚集态结构 图图3. 3. 高聚物的物理、力学状态高聚物的物理、力学状态 图图4. 4. 高分子材料的老化高分子材料的老化2.3 2

19、.3 金属的结晶与细晶强化金属的结晶与细晶强化1. 1. 结晶过程结晶过程 图图2. 2. 结晶温度结晶温度 图图晶粒大小：金属晶粒的大小对其性晶粒大小：金属晶粒的大小对其性 能有很大的影响。在生产过程中常能有很大的影响。在生产过程中常采取细化晶粒的措施以改善力学性采取细化晶粒的措施以改善力学性能。能。（1 1） 增加冷却速度增加冷却速度（2 2） 变质处理变质处理2.4 2.4 材料的同素异构现象材料的同素异构现象2.4.1 2.4.1 晶体的同素异构晶体的同素异构 铁的同素异构转变。铁的同素异构转变。2.4.2 2.4.2 同分异构同分异构 化学成分相同，而组化学成分相同，而组 成原子排列

20、成不同的成原子排列成不同的 分子结构的现象。分子结构的现象。2.5 2.5 铁碳合金相图铁碳合金相图 2.5.1 2.5.1 二元合金相图二元合金相图相图的建立相图的建立 图图匀晶系：两组元在液态无限互溶的匀晶系：两组元在液态无限互溶的 合金系合金系匀晶相图：匀晶系的相图。匀晶相图：匀晶系的相图。图图共晶相图：共晶相图：共析相图共析相图 图图形成稳定化合物的相图形成稳定化合物的相图 图图2.5.2 Fe-Fe2.5.2 Fe-Fe3 3c c 相图相图相图分析相图分析 图图1.1. 组元组元2.2. 相相3.3. 点、线点、线4.4. 相区相区5. 5. 共晶体共晶体 2.5.2 Fe-Fe2

21、.5.2 Fe-Fe3 3c c 相图相图1. 1. 铁碳合金的基本相铁碳合金的基本相 图图 （1 1）铁素体）铁素体 （2 2）奥氏体）奥氏体 （3 3）渗碳体）渗碳体2. 2. 相图分析相图分析 表表 表表 珠光体珠光体 莱氏体莱氏体3. 3. 典型合金的结晶过程分析典型合金的结晶过程分析（1 1） 铁碳合金的分类铁碳合金的分类（2 2） 典型合金的结晶典型合金的结晶 1 1） 合金合金（共晶合金）的结晶过程（共晶合金）的结晶过程 图图 2 2） 合金合金（亚共晶合金）的结晶过程（亚共晶合金）的结晶过程 图图 3 3） 合金合金（过共晶合金）的结晶过程（过共晶合金）的结晶过程 4 4） 合

22、金合金的结晶过程的结晶过程 图图 图图 图图 图图 图图4. 4. 铁碳合金的成分、组织和铁碳合金的成分、组织和性能的变化规律性能的变化规律 （1）相的变化规律）相的变化规律（2）组织的变化组织的变化图图（3） 性能的变化性能的变化1）力学性能）力学性能2）工艺性能）工艺性能 小小 结结 陡峭光滑两山间陡峭光滑两山间 高低不同水平面高低不同水平面落水瀑布紧相连落水瀑布紧相连 逾越凌空双飞燕逾越凌空双飞燕第第 2 2 章章 小小 结结 材料的结构材料的结构、凝固凝固、变形变形与再结晶与再结晶 铁碳合金相图铁碳合金相图 单晶体单晶体 塑性变形塑性变形 多晶体多晶体 合金合金 对组织影响对组织影响

23、结晶结晶 金属的晶体结构金属的晶体结构 理想理想 体心体心 面心面心 密排六方密排六方 实际的多晶体结构实际的多晶体结构第第3 3章章 金属热处理及表面改性金属热处理及表面改性3.1钢的热处理原理钢的热处理原理3.2钢的普通热处理工艺钢的普通热处理工艺钢的退火与正火钢的退火与正火钢的淬火钢的淬火钢的回火钢的回火3.3钢的表面热处理钢的表面热处理3.4金属材料的表面改性金属材料的表面改性3.1 3.1 钢的热处理原理钢的热处理原理3.1.1钢在加热时钢在加热时的转变的转变1.奥氏体的形成奥氏体的形成图图2.影响奥氏体晶影响奥氏体晶粒尺寸的因素粒尺寸的因素3.1.2钢在冷却钢在冷却时的转变时的转变

24、3.1.2 3.1.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变1.共析钢等温转变曲线（共析钢等温转变曲线（TTT曲线）曲线）图图2.过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能图图图图图图图图图图3.影响影响C曲线的因素曲线的因素图图4.过冷奥氏体的连续冷却转变曲线过冷奥氏体的连续冷却转变曲线图图5.过冷奥氏体的等温冷却转变曲线在连续过冷奥氏体的等温冷却转变曲线在连续冷却中的应用冷却中的应用图图3.2 3.2 钢的普通热处理工艺钢的普通热处理工艺 3.2.1 3.2.1 钢的退火与正火钢的退火与正火1.工艺工艺2.应用应用退火退火1.完全退火完全退火2.等温退火等温退火3.球

25、化退火球化退火4.扩散退火扩散退火5.去应力退火去应力退火6.再结晶退火再结晶退火3.2.2 3.2.2 钢的淬火与回火钢的淬火与回火1.淬火淬火（1）淬火温度淬火温度图图(2)淬火冷却淬火冷却理想冷却速度理想冷却速度图图淬火冷却介质淬火冷却介质表表(3)淬透性与淬硬性淬透性与淬硬性淬透性的概念淬透性的概念：指钢在淬火时获得指钢在淬火时获得马氏体的能力。马氏体的能力。图图影响淬透性的因素影响淬透性的因素淬透性的实际意义淬透性的实际意义钢的淬火变形和开裂钢的淬火变形和开裂2.钢的回火钢的回火(1)低温回火低温回火(2)中温回火中温回火(3)高温回火高温回火3.3 3.3 钢的表面热处理钢的表面热

26、处理3.3.1表面淬火表面淬火图图表面淬火是将钢件表面进行快速加热，使表面淬火是将钢件表面进行快速加热，使其表面组织转变为奥氏体，然后快速冷却，其表面组织转变为奥氏体，然后快速冷却，表面层转变为马氏体表面层转变为马氏体的一种局部淬火方法。的一种局部淬火方法。1.电感应加热淬火电感应加热淬火2.火焰加热火焰加热3.激光加热激光加热3.3.2化学热处理化学热处理3.3.2化学热处理化学热处理根据渗入的元素不同，化学热处理根据渗入的元素不同，化学热处理分为以下四种：分为以下四种：图图1.渗碳渗碳2.渗氮渗氮3.碳氮共渗碳氮共渗4.渗硫渗硫3.4 3.4 金属材料的表面改性金属材料的表面改性1.钢铁的

27、氧化钢铁的氧化、磷化与镀层磷化与镀层钝化钝化（1）钢铁的氧化）钢铁的氧化（2）钢铁的磷化）钢铁的磷化2.非金属覆层非金属覆层表表第第 3 3 章章 小小 结结 普通热处理普通热处理 退火、正火退火、正火 淬火、回火淬火、回火 表面淬火表面淬火 热处理热处理 表面热处理表面热处理 化学热处理化学热处理 形变热处理形变热处理 其它热处理其它热处理 真空热处理真空热处理 激光热处理等激光热处理等 第第4 4章章 钢铁材料及其用途钢铁材料及其用途4.1碳钢与合金钢碳钢与合金钢4.2铸铁铸铁 4.1.1 4.1.1 碳钢碳钢1钢的分类钢的分类（1）按冶炼方法分类按冶炼方法分类（2）按质量分类按质量分类（

28、3）按用途分类按用途分类（4）按含碳量分类按含碳量分类2.碳钢的牌号碳钢的牌号表表（1）碳素结构钢碳素结构钢表表（2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢正常含锰量的优质碳素结构钢正常含锰量的优质碳素结构钢低碳火花低碳火花40钢火花钢火花较高含锰量的优质碳素结构钢较高含锰量的优质碳素结构钢表表（3）碳素工具钢碳素工具钢表表一般工程用铸造碳素钢一般工程用铸造碳素钢4.1.2 4.1.2 合金钢合金钢1.合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用(1)合金元素能提高钢的力学性能合金元素能提高钢的力学性能图图固溶强化铁素体固溶强化铁素体第二相强化第二相强化细晶强化细晶强化(2)合金元素能改善钢的热处理

29、工艺性能合金元素能改善钢的热处理工艺性能2.合金结构钢合金结构钢合金钢按用途可分为结构钢、工具钢和合金钢按用途可分为结构钢、工具钢和特殊钢三类。结构钢分为工程构件用钢、机特殊钢三类。结构钢分为工程构件用钢、机器零件用钢器零件用钢机器零件用钢机器零件用钢（1）合金调质钢）合金调质钢表表（2）表面硬化钢）表面硬化钢合金渗碳、渗氮钢合金渗碳、渗氮钢（3）合金弹簧钢）合金弹簧钢表表3.合金工具钢和特殊性能钢合金工具钢和特殊性能钢（1）合金工具钢）合金工具钢1）低合金工具钢）低合金工具钢表表2）高合金工具钢）高合金工具钢高速钢高速钢表表高铬模具钢高铬模具钢（2）特殊性能钢）特殊性能钢不锈钢不锈钢图图耐热

30、钢耐热钢耐磨钢耐磨钢第第 4章章 小小 结结 工程构件用钢工程构件用钢 合金结构钢合金结构钢 机械制造用钢：调质钢、机械制造用钢：调质钢、 渗碳钢、耐磨钢、超高渗碳钢、耐磨钢、超高 强度钢等强度钢等 合金钢合金钢按用途按用途 合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢 特殊性能钢：不锈钢、耐热钢特殊性能钢：不锈钢、耐热钢 4.2 4.2 铸铁铸铁4.2.1铸铁的成分和性能铸铁的成分和性能4.2.2铸铁石墨化及分类铸铁石墨化及分类1.白口铸铁白口铸铁2.灰铸铁灰铸铁（1）铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程影响石墨化的因素影响石墨化的因素图图（2）灰铸铁的组织和性能）灰铸铁

31、的组织和性能图图（3）灰铸铁的牌号和用途）灰铸铁的牌号和用途表表3.可锻铸铁可锻铸铁图图表表4.球墨铸铁球墨铸铁图图5.蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁是一种新型高强度铸铁，蠕墨铸铁是一种新型高强度铸铁，石墨呈蠕虫状石墨呈蠕虫状图图，短而厚。，短而厚。6.特殊性能铸铁特殊性能铸铁（1）耐磨铸铁耐磨铸铁（2）耐热铸铁耐热铸铁（3）耐蚀铸铁耐蚀铸铁第第 4 4 章章 小小 结结 碳素结构钢碳素结构钢 结构钢结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢 碳钢碳钢 工具钢工具钢金属材料金属材料 一般工程用铸造碳钢一般工程用铸造碳钢 铸铁铸铁 第第5 5章章 非铁材料非铁材料 5.1 5.1 非铁金属及其合金非铁金属及其

32、合金5.1.1铝及铝合金铝及铝合金图图1.形变铝合金形变铝合金(1)防锈铝合金防锈铝合金(2)硬铝合金硬铝合金(3)超硬铝合金超硬铝合金(4)锻铝合金锻铝合金2.铸造铝合金铸造铝合金2.铸造铝合金铸造铝合金(1)铝硅合金铝硅合金(2)铝钢合金铝钢合金(3)铝镁合金铝镁合金(4)铝锌合金铝锌合金表表续表续表5.1.2铜及铜合金铜及铜合金纯铜纯铜1.黄铜黄铜黄铜的分类和编号黄铜的分类和编号表表普通黄铜普通黄铜特殊黄铜特殊黄铜2.青铜青铜青铜的分类和编号青铜的分类和编号表表锡青铜锡青铜图图铝青铜铝青铜铍青铜铍青铜5.1.3钛及钛合金钛及钛合金纯钛性能纯钛性能钛有的合金及钛合金分类钛有的合金及钛合金分

33、类图图1.型钛合金型钛合金2.型钛合金型钛合金3.+型钛合金型钛合金有有 色色 金金 属属 及及 其其 合合 金金 小小 结结 小小 结结 防锈铝合金防锈铝合金 硬铝合金硬铝合金形变铝合金形变铝合金 超硬铝合金超硬铝合金 锻铝合金锻铝合金铝及铝合金铝及铝合金 铝硅合金铝硅合金 铝铜合金铝铜合金 铸造铝合金铸造铝合金 铝镁合金铝镁合金 铝锌合金铝锌合金 钛及钛合金钛及钛合金 铜及铜合金铜及铜合金 黄铜黄铜青铜青铜 锡青铜锡青铜 铝青铜铝青铜 铍青铜铍青铜 第第6 6章章 失效及选材失效及选材6.1零件失效零件失效6.1.1影响失效的基本因素影响失效的基本因素1.设计失误引起的失效设计失误引起的失

34、效2.材料引起的失效材料引起的失效（1）选材不当导致失效选材不当导致失效（2）材质与加工缺陷导致失效材质与加工缺陷导致失效3.工艺因素工艺因素4.安装使用不当引起失效安装使用不当引起失效6.1.2 6.1.2 失效形式失效形式1.1.变形失效变形失效2.2.断裂失效：包括以下几类塑性断断裂失效：包括以下几类塑性断裂失效、脆性断裂失效、疲劳断裂裂失效、脆性断裂失效、疲劳断裂和蠕变断裂失效。和蠕变断裂失效。3.3.腐蚀失效腐蚀失效4.4.磨损失效磨损失效6.2 选材的一般原则选材的一般原则6.2.1 6.2.1 使用性原则使用性原则1. 1. 零件服役条件与选材零件服役条件与选材2. 2. 失效分

35、析与选材失效分析与选材3. 3. 根据抗力指标选材需注意的问题根据抗力指标选材需注意的问题6.2.2 6.2.2 工艺性性原则工艺性性原则6.2.3 6.2.3 经济性性原则经济性性原则6.3 6.3 典型零件毛坯的选择典型零件毛坯的选择6.3.1轴杆类零件的毛坯选择轴杆类零件的毛坯选择6.3 6.3 典型零件毛坯的选择典型零件毛坯的选择6.3.1轴杆类零件的毛坯选择轴杆类零件的毛坯选择 6.3 6.3 典型零件毛坯的选择典型零件毛坯的选择6.3.1轴杆类零件的毛坯选择轴杆类零件的毛坯选择 6.3 6.3 典型零件毛坯的选择典型零件毛坯的选择6.3.3箱体机架类零件的毛坯选择箱体机架类零件的毛

36、坯选择 6.3.2盘套类零件的毛坯选择盘套类零件的毛坯选择 优点：成分、尺寸、形状、重量、成本优点：成分、尺寸、形状、重量、成本工工 艺艺 准准 备备造造 型型落落 砂砂合合 箱箱浇浇 注注造造 芯芯清清 理理检检 验验金属金属配砂、制模配砂、制模第第7 7章章 铸造铸造砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程整模造型整模造型7.1 7.1 液态金属成型理论基础液态金属成型理论基础7.1.1 7.1.1 液态合金的充型能力液态合金的充型能力1. 合金的流动性合金的流动性图图表表2. 影响液态合金流动性的因素影响液态合金流动性的因素（1）液态合金的成分液态合金的成分图图图图（2） 合金的物理性质合金

37、的物理性质（3）液态合金的温度液态合金的温度3.影响液态合金充型能力的因素影响液态合金充型能力的因素 （1）铸形条件（铸形条件（2）浇注条件）浇注条件（3）流动性）流动性7.1.2 7.1.2 铸造合金的收缩铸造合金的收缩1.收缩的概念收缩的概念合金在从液态冷却至室温的过程中，合金在从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩小的现象称为收缩。其体积或尺寸缩小的现象称为收缩。分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩 图图图图图图2.铸件中的缩孔和缩松铸件中的缩孔和缩松图图图图图图7.1.3 7.1.3 铸造内应力及铸件的铸造内应力及铸件的变形、裂纹变形、裂纹1.热应力热应力

38、图图2.机械应力机械应力3.铸件的变形及其防止铸件的变形及其防止图图图图图图4.铸件的裂纹及防止：铸件的裂纹及防止：如果铸造内如果铸造内应力超过合金的强度极限时，铸件应力超过合金的强度极限时，铸件便会产生裂纹。裂纹分热裂和冷裂。便会产生裂纹。裂纹分热裂和冷裂。7.2 7.2 砂型铸造砂型铸造7.2.1砂型铸造的生产过程及其特点砂型铸造的生产过程及其特点图图图图7.2.2砂型铸造工艺过程简介砂型铸造工艺过程简介1.造型造型表表表表图图2.熔炼与浇注熔炼与浇注3.落砂与清理落砂与清理7.2.3铸造工艺图铸造工艺图7.2.3 7.2.3 铸造工艺图铸造工艺图1.浇注位置的选择浇注位置的选择图图图图图

39、图图图2.铸型分型面的选择铸型分型面的选择图图图图3.主要工艺参数的确定主要工艺参数的确定图图图图图图表表4.铸造工艺图铸造工艺图7.3特种铸造特种铸造7.3.1熔模铸造熔模铸造1.工艺过程工艺过程2.熔模铸造的特点熔模铸造的特点及适用范围及适用范围7.3.2金属型铸造金属型铸造7.3.3压力铸造压力铸造7.3.4离心铸造离心铸造7.5 铸件结构设计铸件结构设计7.5.1铸造性能对铸件结构的要求铸造性能对铸件结构的要求1.铸件壁厚应合理铸件壁厚应合理表表2.铸件壁厚应均匀铸件壁厚应均匀图图3.铸件壁的连接应合理铸件壁的连接应合理图图图图图图图图4.铸件结构应能减少变形铸件结构应能减少变形图图5

40、.铸件结构应能减缓收缩受阻铸件结构应能减缓收缩受阻图图7.5.2 7.5.2 铸造工艺对铸件结构的要求铸造工艺对铸件结构的要求铸件结构应能简化铸造工艺，便于机械化铸件结构应能简化铸造工艺，便于机械化生产，提高铸件质量，降低废品率。生产，提高铸件质量，降低废品率。（1）铸件的外形设计应便于取模，尽量铸件的外形设计应便于取模，尽量避免外部凹结构，使分型面少而平直。避免外部凹结构，使分型面少而平直。图图图图图图（2）铸件内腔设计要合理、简单。铸件内腔设计要合理、简单。图图图图图图图图（3）结构斜度结构斜度图图第第7章章小小 结结 砂型铸造砂型铸造:铸造工艺图铸造工艺图 铸造铸造熔模铸造熔模铸造特种特

41、种铸造铸造金属型金属型铸造铸造压力压力铸造铸造离心铸造等离心铸造等 第第8 8章章 压力加工压力加工8.1压力加工理论基础压力加工理论基础表表8.2常用锻造方法常用锻造方法8.3板料冲压板料冲压8.4其他压力加工方法简介其他压力加工方法简介8.5锻件与冲压结构设计锻件与冲压结构设计8.1.1 8.1.1 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶1.1.金属的塑性变形的实质金属的塑性变形的实质（1 1）单晶体塑性变形：）单晶体塑性变形： 滑移：在切应力作用下，晶体的一部分滑移：在切应力作用下，晶体的一部分 沿一定晶面相对于另一部分进行滑动。沿一定晶面相对于另一部分进行滑动。 图图 图图 图图

42、 孪生：在切应力作用下晶体中一部分相对孪生：在切应力作用下晶体中一部分相对 于另一部分沿一定晶面、一定晶向作均匀的于另一部分沿一定晶面、一定晶向作均匀的移动。移动。 图图2-142-14 图图2-152-15 （2 2）多晶体的塑性变形）多晶体的塑性变形滑移滑移孪生孪生2. 2. 塑性变形对金属组织与性能的影响塑性变形对金属组织与性能的影响（1 1）晶粒沿变形方向伸长、性能趋于各向异性）晶粒沿变形方向伸长、性能趋于各向异性 图图 （2 2）位错密度增加，形成亚结构，产生加工硬化）位错密度增加，形成亚结构，产生加工硬化 图图 （3 3）织构现象的产生）织构现象的产生 图图 图图 （4 4）残余应

43、力）残余应力随着加热温度升高，变形金属相继发生随着加热温度升高，变形金属相继发生 1 1）回复）回复 图图 三个阶段三个阶段 2 2）再结晶）再结晶 3 3）晶粒长大）晶粒长大影响再结晶后晶粒尺寸的主要因素影响再结晶后晶粒尺寸的主要因素（1 1）热温度和保温时间）热温度和保温时间（2 2）变形程度对晶粒尺寸的影响）变形程度对晶粒尺寸的影响8.1. 2 8.1. 2 金属的纤维组织及锻造比金属的纤维组织及锻造比图图8.1.3 8.1.3 金属的可锻性及影响因素金属的可锻性及影响因素1.金属的本质金属的本质2.变形条件变形条件图图表表图图图图8.1.4 8.1.4 金属的变形规律金属的变形规律图图

44、8.2 8.2 常用锻造方法常用锻造方法8.2.1自由锻造自由锻造设备设备:空气锤空气锤蒸汽蒸汽-空气锤空气锤水压机水压机1.自由锻的基本工序自由锻的基本工序图图表表续表续表2. 2. 自由锻工艺规程的制订自由锻工艺规程的制订图图图图表表表表8.2.2模型锻造模型锻造8.2.2 8.2.2 模型锻造模型锻造锤上模锻锤上模锻图图表表图图图图图图图图表表2.曲柄压力机上模锻曲柄压力机上模锻图图3.平锻机上模锻平锻机上模锻图图图图4.磨擦压力机上模锻磨擦压力机上模锻图图图图5.胎模锻造胎模锻造6.精密模锻精密模锻图图8.2.3 8.2.3 锻造方法的选择锻造方法的选择锻件的成本由材料、模具、人员工资

45、、直接和间接锻件的成本由材料、模具、人员工资、直接和间接的管理费用、电热消费耗等。的管理费用、电热消费耗等。表表8.3 8.3 板料冲压板料冲压图图表表续表续表续表续表18.3.1 8.3.1 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序1.冲裁冲裁图图图图图图图图图图2.弯曲弯曲图图图图图图图图3.拉伸拉伸图图8.3.2 8.3.2 冲压模具冲压模具图图图图8.5 8.5 锻件与冲压结构设计锻件与冲压结构设计8.5.1自由锻件的设计原则自由锻件的设计原则表表8.5.2模锻件的设计原则模锻件的设计原则8.5.3冲压件结构设计冲压件结构设计1.冲压件的材料选择冲压件的材料选择2.冲压件的形状冲压件的形状

46、图图图图图图3.冲压件的尺寸冲压件的尺寸第第8章章小小 结结 第9章 焊 接焊接是利用局部加热或加压等手段，使分离的两部分金属，通过原子 扩散与结合而形成永久性连接的工艺方法。 图 图 9.1 焊接工程理论基础9.2 常用焊接方法9.3 常用金属材料的焊接9.4 焊接结构设计9.1 焊接工程理论基础9.1 焊接工程理论基础9.1.1焊接电弧与弧焊机焊接电弧与弧焊机1.焊接电弧焊接电弧图图图图图图2.焊接电源焊接电源9.1.2焊接冶金近程与焊条焊接冶金近程与焊条1.焊接冶金特点焊接冶金特点2.焊条焊条表表表表9.1.3 9.1.3 焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能1. 焊缝金属 2.焊接

47、热影响区图图图图9.1.4 焊接应力与变形产生原因 和防止措施图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图9.2 9.2 常用焊接方法常用焊接方法9.2.1电弧焊电弧焊1.手工电弧焊手工电弧焊图图图图2.埋弧自动焊埋弧自动焊图图图图图图图图3.气体保护焊气体保护焊图图图图9.2.2其他常用焊接方法其他常用焊接方法9.2.2 其他常用焊接方法1. 电阻焊 图 图 图 图 钎焊 图 图 2. 电渣焊 图 图 9.3 常用金属材料的焊接9.3.1 金属材料的焊接性 焊接性的概念9.3.2 铸铁的焊补1.铸铁的焊接性2.铸铁的焊补方法：热焊和冷焊9.3.3 有色金属的焊接1.铜及其合金的焊接铜及其

48、合金的焊接2.铝及其合金的焊接铝及其合金的焊接9.3.4 难熔金属及其合金的焊接图图9.4 9.4 焊接结构设计焊接结构设计9.4.1焊接结构材料的选择焊接结构材料的选择9.4.2焊接方法的选择焊接方法的选择表表9.4.3焊接接头形式的设计焊接接头形式的设计图图图图9.4.4焊缝的布置焊缝的布置图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图第第9章章小小 结结气焊气焊电弧焊电弧焊 熔化焊熔化焊电渣焊电渣焊激光焊等激光焊等 焊接焊接压力焊压力焊摩擦焊摩擦焊电阻焊电阻焊扩散焊等扩散焊等 钎钎焊焊软钎焊软钎焊 硬钎焊硬钎焊第第11 11章章 毛坯成形方法选择毛坯成形方法选择 及结构设计及结构设计11.1

49、11.1 毛坯成形方法选择毛坯成形方法选择1.轴杆类零件毛坯轴杆类零件毛坯表表图图2.机架箱体类零件毛坯机架箱体类零件毛坯3.盘套类零件毛坯盘套类零件毛坯11.1.1 11.1.1 毛坯的分类毛坯的分类1.功能性原则功能性原则2.经济性原则经济性原则3.可行性原则可行性原则图图11.1.2 11.1.2 毛坯成形方法选择原则毛坯成形方法选择原则11. 2 11. 2 毛坯成形质量及其控制毛坯成形质量及其控制第第13 13章切削加工基础知识章切削加工基础知识分类分类: :切削加工可分为机械加工和钳工两部分。特点特点: :（1）尺寸公差等级可达ITl2IT3，甚至更高。（2）切削加工对于零件的形状

50、和尺寸一般不受 限制。（3）在常规条件下，切削加工的生产率一般高 于其他加工方法。（4）刀具和工件必须具有一定的强度和刚度， 同时刀具材料的硬度必须大于工件材料的 硬度。13.13.1 1切削加工的分类与特点切削加工的分类与特点13.2 13.2 切削运动与切削要素切削运动与切削要素13.2.1切削运动切削运动图图13.2.2切削要素切削要素图图（1）切削用量切削用量（2）切削层几何参数切削层几何参数13.2.3切削加工阶段的划分切削加工阶段的划分13.13. 3 3 刀具材料与刀具构造刀具材料与刀具构造13.3.113.3.1 刀具材料刀具材料1.刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能2.

51、刀具材料刀具材料表表13.3.2 13.3.2 刀具结构刀具结构1.车刀的结构形式及组成：车刀的结构形式及组成：13.3.2 13.3.2 刀具结构刀具结构2.车刀的标注角度车刀的标注角度及及作作用用图图图图图图图图图图图图3.车刀的工作角度车刀的工作角度图图图图图图图图13.413.4刀具切削过程及其物理现象刀具切削过程及其物理现象1.切屑形成过程切屑形成过程2.切屑类型：带状、节状、崩碎切屑切屑类型：带状、节状、崩碎切屑图图13.4.2 13.4.2 积屑瘤和表面变形强化积屑瘤和表面变形强化1积屑瘤：积屑瘤：表面变形强化和表面变形强化和残余应力残余应力图图13.4.113.4.1 切削过程

52、及切屑类型切削过程及切屑类型13.4. 3 13.4. 3 切削力和切削功率切削力和切削功率 1.切削力切削力图图2.切削功率切削功率1.切削热切削热图图2.切削温度切削温度3.切削液切削液1.刀具的磨损刀具的磨损图图图图2.刀具的耐用度刀具的耐用度13.4.4 13.4.4 切削热和切削温度切削热和切削温度13.4.5 13.4.5 刀具的磨损和耐用度刀具的磨损和耐用度13.5 13.5 加工质量和生产率加工质量和生产率13.5.1 13.5.1 加工质量加工质量 包括加工精度和表面质量两个方面包括加工精度和表面质量两个方面表表表表13.5.213.5.2 生产率生产率13.6.1 13.6

53、.1 刀具角度及耐用度的选择刀具角度及耐用度的选择 1.刀具角度的选择刀具角度的选择 图图图图图图2.刀具耐用度的选择刀具耐用度的选择 13.6 13.6 切削条件的合理选择切削条件的合理选择13.6.2 13.6.2 切削用量的选择切削用量的选择图图13.6.3 13.6.3 切削液的选择切削液的选择13.6.4 13.6.4 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 1. 工件材料切削加工性的概念工件材料切削加工性的概念表表 2.改善工件材料切削加工性的途径改善工件材料切削加工性的途径13.7.1 机床的分类与型号 机床的型号 图 13.7. 2 机床的机械传动1. 机床上常用的传动副及传

54、动关系 表 表 续表13.7 13.7 金属切削机床的基础知识金属切削机床的基础知识2. 机床上常见的传动机构 图 (1) 变速机构变速机构表表(2) 换向机构换向机构图图表表 3. 3. 机床传动链及其传动比机床传动链及其传动比 图图 (1) 主运动传动主运动传动图图图图(2)进给运动传动进给运动传动13.7. 3 13.7. 3 机床的自动化机床的自动化 1.单一产品大批量生产的自动化单一产品大批量生产的自动化 1) 自动机床和半自动机床自动机床和半自动机床图图 2) 组合机床组合机床图图 3) 自动生产线自动生产线图图 2.多品种小批量生产的自动化多品种小批量生产的自动化第第 13 13

55、 章章 小小 结结 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 刀具材料与刀具构造刀具材料与刀具构造 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能 常用的刀具材料常用的刀具材料 切屑：带状、节状、崩切屑碎切屑：带状、节状、崩切屑碎 金属切削过程及物理现象金属切削过程及物理现象 积屑瘤积屑瘤 已加工表面的加工硬化已加工表面的加工硬化 切削力和切削功率切削力和切削功率 切削加工技术的经济性切削加工技术的经济性 加工质量加工质量 生产率生产率 经济性经济性 第 13 章 小 结 续机床的分类和型号机床的分类和型号机床的机械传动机床的机械传动 机床上常用的传动副及传动关系机床上常用的传动副及传动关系 机床传动链

56、及其传动比机床传动链及其传动比 机床的液压传动机床的液压传动液压传动系统的工作原理、组成液压传动系统的工作原理、组成 在机床中的应用在机床中的应用第第14 14章章 零件表面的加工方法零件表面的加工方法 14.2 14.2 特种加工方法特种加工方法14.3 14.3 零件表面加工方法选择零件表面加工方法选择14.1 14.1 切削加工方法切削加工方法14.1.1 14.1.1 车削加工车削加工车床的装夹方法车床的装夹方法1. 1. 车圆锥面车圆锥面2. 2. 车成形面车成形面车锥面方法车锥面方法14.1 14.1 切削加工方法切削加工方法3.车螺纹车螺纹车削加工的特点车削加工的特点其它车床其它

57、车床 1 1）六角车床）六角车床 2 2）立式车床）立式车床图图 图图 14.1.2 14.1.2 钻削与镗削加工钻削与镗削加工1. 1. 钻削加工钻削加工图图 图图 图图 图图 图图 图图 图图 图图 图图 锪孔锪孔钻扩饺钻扩饺工件装夹工件装夹图图 2. 2. 镗削加工镗削加工(1) (1) 镗床及镗削运动镗床及镗削运动(2) (2) 镗刀镗刀(3) (3) 卧式镗床的主要工作卧式镗床的主要工作(4) (4) 镗削的工艺特点及应用镗削的工艺特点及应用图图 图图 图图 图图 图图 图图 14.1.2 14.1.2 钻削与镗削加工钻削与镗削加工14.1.3 14.1.3 刨削、插削与拉削加工刨削

58、、插削与拉削加工1. 1. 刨削加工刨削加工(1) (1) 刨床及刨削运动刨床及刨削运动(2) (2) 刨床的主要工作刨床的主要工作(3) (3) 刨削的工艺特点及应用刨削的工艺特点及应用插削加工插削加工图图 图图 表表 图图 2. 2. 拉削加工拉削加工(1) (1) 拉床与拉刀拉床与拉刀(2) (2) 拉削方法拉削方法(3) (3) 拉削的工艺特点及应用拉削的工艺特点及应用图图 图图 图图 图图 图图 图图 范围广范围广 精度高精度高 生产率高生产率高 结构简单结构简单 寿命长寿命长14.1.3 14.1.3 刨削、插削与拉削加工刨削、插削与拉削加工14.1.4 14.1.4 铣削加工铣削

59、加工1. 1. 铣削过程铣削过程(1) (1) 铣削要素铣削要素(2) (2) 铣削力铣削力(3) (3) 铣削方式铣削方式2 2. . 铣削加工的工艺特点及应用铣削加工的工艺特点及应用(1) (1) 铣削的工艺特点铣削的工艺特点(2) (2) 铣削加工的应用铣削加工的应用图图图图图图图图图图图图 图图 图图 f f a ap p a aw w 端铣端铣 周铣周铣( (顺铣顺铣 逆铣逆铣) ) 高高 好好 振动振动2. 2. 磨削的工艺特点磨削的工艺特点1. 1. 磨削过程磨削过程精度高精度高 F Fy y大大 温度高温度高 自锐性自锐性14.1.5 14.1.5 磨削加工磨削加工3 3）平面

60、磨削）平面磨削图图 3. 3. 普通磨削方法普通磨削方法1 1）外圆磨削）外圆磨削2 2）内圆磨削）内圆磨削图图 图图 图图 14.1.5 14.1.5 磨削加工磨削加工14.1.6 14.1.6 精整加工精整加工1 1. 研磨研磨（1 1）加工原理）加工原理（2 2）研磨的）研磨的 特点及应用特点及应用14.1.6 14.1.6 精整加工精整加工图图 2 2. 珩磨珩磨（1 1）加工原理）加工原理（2 2）珩磨的特）珩磨的特 点及应用点及应用14.1.6 14.1.6 精整加工精整加工3. 3. 超级光磨超级光磨4. 4. 抛光抛光1. 1. 加工原理加工原理2. 2. 工艺特点及应用工艺特