工程材料绪论和第一章

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 8/15/20221工程材料教 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8/15/20222工程材料参考书目：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8/15/20223工程材料我的要求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

2、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.全部批改,记录在案。 8/15/20224工程材料我希望： 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8/15/20225工程材料是否想学好本课程？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 8/15/20226工程材料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8/15/20227工程材料石器时代（S

3、tone Age)石斧材料科学与成形技术的发展 绪 论8/15/20228工程材料绪 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）8/15/20229工程材料绪 论湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑8/15/202210工程材料绪 论铁器时代（Iron Age)湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄中国古代铁器的金相组织8/15/202211工程材料绪 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

4、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。 8/15/202212工程材料绪 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”。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”。 8/15/202213工程材料第一章 材料的种类与性能内容1.1 材料的种类1.2 材料的性能8/15/2022

5、14工程材料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。8/15/202215工程材料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 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

6、和有色金属。 8/15/202216工程材料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。 8/15/202217工程材料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、

7、较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。 8/15/202218工程材料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。 8/15/202219工程材料8/15/202220工程材料8/15/202221工程材料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8/15/202222工程材料性能使用性能工艺性能 铸造 塑

8、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 8/15/202223工程材料8/15/202224工程材料8/15/202225工程材料8/15/202226工程材料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 8/15/202227工程材料8/15/202228工程材料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 8/15/202229工程材料性能使用性能工艺性能 铸造 塑性

9、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8/15/202230工程材料力学性能指材料在外力（载荷）作用时表现出来的性能。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8/15/202231工程材料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 8/15/2022

10、32工程材料 静拉伸试验 拉伸试验机标准拉伸试样标距 l8/15/202233工程材料8/15/202234工程材料8/15/202235工程材料拉伸曲线8/15/202236工程材料强化线弹性屈服缩颈8/15/202237工程材料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。8/15/202238工程材

11、料拉伸试样的颈缩现象8/15/202239工程材料8/15/202240工程材料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。8/15/202241工程材料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。 8/15/202242

12、工程材料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。8/15/202243工程材料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。8/15/202244工程材料(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度计 8/15/202245工程材料(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardne

13、ss )压头：淬火钢球 HBS 适用范围: 450HB压头：硬质合金球 HBW 适用范围:450650HB8/15/202246工程材料(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。8/15/202247工程材料(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

14、验的压痕面积较大，测试结果的重复性较好，但操作较繁琐。8/15/202248工程材料(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计压头：120度金刚石圆锥淬火钢球8/15/202249工程材料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。(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )8/15/202250工程材料洛氏硬度符合、试验条件和应用举例硬度符号 压头类型总压力/kgf 应用举例（被测材料）HRA120金刚石

15、圆锥60硬质合金、表面淬火钢、渗碳层HRB1/16寸淬火钢球100软钢、退火钢、铜合金HRC120金刚石圆锥150淬火钢件8/15/202251工程材料(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。8/15/202252工程材料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8/15/202253工程材料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8/15/202254工程材料冲击试样 8/15/202255工程材料冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图8/15/202256工程材料冲击韧性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。8/15/202257工程材料交变应力指零件所