工程材料与材料成型基础讲稿 机械制造工艺过程 铸锻焊 机械加工 装配 金属材料 → 毛坯 → 零件 → 机器 热处理 热处理 本课程分为两部分： 1、工程材料（40学时） 2、热加工工艺基础（铸造、锻压和焊接——30学时） 工程材料 绪论 材料是一切事物的物质基础，一种新技术的实现，往往需要新材料的支持。材料、能源、信息、生物工程是现代文明的四大支柱 工程材料的分类 按组成特点分：金属材料，有机高分子材料，无机非金属材料，复合材料； 按使用性能分：结构材料，功能材料； 按使用领域分：信息材料，能源材料，建筑材料，机械工程材料，生物材料。 二、材料技术的发展趋势 第一，从均质材料向复合材料发展。 第二，由结构材料为方往向功能材料、多功能材料并重的方向发展。 第三，材料结构的尺度向越来越小的方向发展。 第四，由被动性材料向具有主动性的智能材料方向发展。 第五，通过仿生途径来发展新材料。 三、金属材料在近代工业中的地位 金属材料在工农业生产中占极其重要的地位（90%以上）。在日常生活中得到广泛应用。其原因： 来源广泛； 优良的使用性能和工艺性能； 3．通过热处理可使金属的性能显著提高。 四、本课程的任务 1、熟悉成分、组织、性能之间的基本规律； 2、合理选用常用工程材料； 3、确定热处理方法及其工序位置； 4、了解新材料、新技术、新工艺。 五、材料应用举例（螺纹钢、标准件、刀具、摩托车发动机零件、冷冲压件等） 第 一 章 金属的力学性能 工程材料的性能可分为： 1.使用性能 —— 力学性能，物理性能，化学性能 （在正常工作条件下，材料应具备的性能） 2.工艺性能 ——铸造性，锻造性，焊接性，切削加工性，热处理性 （材料在加工制造中表现出的制造难易程度） 常用的力学性能有：强度，塑性，硬度，冲击韧度，疲劳极限，弹性，刚度 第一节 强度与塑性 一、静拉伸试验 应力-应变曲线（σ-ε曲线） σ= F/A0 (MPa) ε=△L/ L0 （%） A0——试样原始截面积(mm2) L0——试样标距长度 从σ-ε曲线中可以得到两个重要的力学性能指标：强度，塑性。 二、强度 比例极限：外力与变形成正比时的最大应力 σp = Fp/So 弹性极限：保持纯弹性变形的最大应力 σe = Fe/So 屈服强度：产生屈服时的应力（屈服点） σs = Fs/So 用于有明显屈服现象的材料 条件屈服强度： 产生0.2%残余伸长率时的应力 σr0.2 抗拉强度：断裂前最大载荷时的应力（强度极限） σb = Fb/So 强度—— 材料抵抗变形和破坏的能力 三、塑性 断后伸长率（延伸率） δ = [( Lk - L0 )/ L0 ]╳100% 断面收缩率 ψ = [( A0 - Ak )/A0 ] ╳100% δ和ψ越大，材料的塑性越好 塑性—— 产生塑性变形而不断裂的能力 塑性对材料的意义： 1、提高安全性 2、便于压力加工成型 第二节 硬 度 硬度是材料抵抗局部变形的能力。硬度是综合性能指标，硬度测量简便迅速，不破坏零件。 一、布氏硬度 原理： HBS（HBW） = F/A = 2F/πD[D - (D2-d2)1/2] （不写单位：kgf/mm2） ?采用淬火钢球时，记为 HBS ?采用硬质合金钢球时，记为 HBW ?当F的单位取N时，加系数0.102 布氏硬度特点： 优点：测量数值稳定，准确 缺点：操作慢，不适用批量生产和薄形件 应用：铸铁，有色金属；退火、正火、调质处理钢 当HBS<450时有效（HBW450-650） 二、洛氏硬度 原理： HR = (k-h) / 0.002 （不写单位） ?对金刚石圆锥压头 k = 0.2 mm ?对钢球压头 k = 0.26 mm 洛氏硬度特点： 优点：操作简便，压痕小，用于成品和薄形件 缺点：测量数值分散 应用：淬火钢，调质钢批生产零件 当HRC20-67时有效 洛氏硬度分类： 第三节 韧性与疲劳强度 一、韧性 冲击韧度：反应了材料抵抗冲击载荷的能力 αk = Ak/A （J/cm2） Ak —— 冲击功 A —— 试样缺口处截面积 冲击韧度对材料的意义： αk 对材料内部缺陷很敏感（可用来鉴定材料的 冶金质量、热加工质量） αk 随温度降低而下降，可用来评定材料的冷脆现象 二、疲劳强度 交变应力：大小、方向随时间周期性变化的应力。 重复应力：方向不随时间变化。 疲劳现象：材料在交变载荷长期作用下， 无明显塑性变形就断裂。 疲劳曲线 疲劳极限 —— 材料经无限多次应力循环而不断裂的最大应力。它表 示材料抵抗疲劳断裂的能力。（纯弯曲疲劳极限用σ-1表示）