机械工程材料概论

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1、材料成形技术基础（机械类各专业）杨沁1.概述采用适当方法，将原材料变成一定形状、尺寸及功能的毛坯或成品。性质：是技术性很强的专业技术基础课；是工程训练有关内容的深化和延续；是联系设计和制造的桥梁。内容：工程材料的成形方法和加工工艺，及对零件结构和材料的工艺性要求。特点：内容多、概念多、跳动大、理论推导少要求：定材料、定工艺、定结构学习经验：易学、易懂、易忘、难用原材料毛坯成形加工2.机械制造工艺过程机械加工、特种加工热处理、表面处理零件成品原材料：金属材料、非金属材料、复合材料毛坯成形加工：铸、锻、冲、焊等机械加工、特种加工：切削、磨削、特种加工热

2、处理、表面处理：材料的改性与处理检测与质量监控：保证质量的措施装配：零件的固定、连接、调整、检验和产品试验。装配3．材料成形中的基本要素及其流动材料、能量和信息三个基本要素的流动及其相互作用形成物质流、能量流和信息流,使毛坯和零件的成形得以实现(1)物质流质量不变过程:铸造、塑性成形、表面处理等质量减少过程:切削加工、热切割、板料冲裁等质量叠加过程:焊接、胶接和机械连接等(2)能量流各种能量的消耗和转化过程称为能量流(3)信息流形状信息流性能信息流将生产过程中的物质流、能量流和信息流系统化,即“机械制造技术系统”,具有“自动化、柔性化、高效化”的综

3、合效果特征(1)优化常规工艺(2)新型加工方法不断出现(3)高新技术与工艺紧密结合4．材料成形技术的发展趋势(1)重大技术装备主要依赖进口70%轿车工业设备、数控机床、纺织机械、胶印设备80%石油化工设备，85%集成电路芯片制造设备90%大型发电设备、95%光纤制造设备(2)缺乏总体设计、系统集成和系统服务的能力美国GE、IBM，德国SIEMENS，日本三菱重工，法国阿乐斯通，提供成套系统服务、解决方案(3)人才培养、使用模式与发达国家有一定差距5．我国制造业现状与地位第1章机械工程材料概论1.1金属材料的主要性能性能：金属材料在各种情况下的反映1

4、.1.1金属材料的力学性能金属材料的力学性能指材料在外力作用下表现出来的特性力学性能判据可通过相应的金属力学试验进行测定OPe•S•b••kl(=P/F0)(=l/L0)1、静拉伸试验——弹性、塑性和强度OPeSb••••kl(=P/F0)(=l/L0)=(L-L0)/L0100L’均匀变形非均匀变形OPeSb••••kl(=P/F0)(=l/L0)bse0.2%(0.2)结论1．弹性:即物体在外力作用下改变其形状和尺寸，当外力卸除后物体又回复到其原始形状和尺寸的特性。弹性极限:即金属材料不产生塑性变形时所能承

5、受的最大应力e＝Fe/S0Mpa2．刚度:即材料抵抗弹性变形的能力以弹性模量E来衡量E=σ/εMpa3．强度即金属抵抗永久变形和断裂的能力(1)屈服点：试样在试验过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长（变形）时的应力σs（σ0.2）=Fs/S0Mpa(2)抗拉强度：即试样拉断前承受的最大标称拉应力σb=Fb/S0零件选材的基本依据4．塑性即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力(1)伸长率：即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比(2)断面收缩率：即试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。良好的塑性是材料塑性加工的必要条件5．硬

6、度即材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力(1)布氏硬度试验：(2)洛氏硬度试验HBS（HBW)=0.102HRA（HRC）=100-(h2-h1)/0.002布氏硬度试验测定的硬度值较准确，但不能测薄片材料，也不宜测成品，主要用于较软的金属材料及半成品的硬度测定。洛氏硬度试验测量简便迅速，压痕小而不损伤工件表面，且可测薄试样和硬材料，常用于成品检验。布氏硬度值和洛氏硬度值之间可通过硬度换算表进行比较。通常可用1HRC=10HBS（HBW）估算布氏硬度HBS值和强度值有如下粗略换算关系碳素钢σb≈0.35HBS黄铜及青铜：σb≈0.4H

7、BS（冷变形）硬铝：σb≈0.37HBS灰铸铁：σb≈0.1HBS6．韧性金属在断裂前吸收变形能量的能力常用的韧性判据是冲击韧度akak=Ak/A=m（h1－h2）/A通常将ak值低的材料称为脆性材料，反之称为韧性材料冲击韧度一般仅作为选材的参考,但ak对材料的组织缺陷十分敏感，能够灵敏地反映出材料质量的变化1.1.2金属材料的物理、化学性能机械零件的用途不同，对材料的物理、化学性能要求也不同。金属材料的物理、化学性能对制造工艺也有影响。1.1.3金属材料的工艺性能金属材料对加工工艺的适应性称为工艺性能。1.2金属的晶体结构与结晶晶体内部的原子是按

8、一定的次序作有规则排列的，非晶体内部的原子则是作无规则排列的。1.2.1金属的晶体结构体心立方晶格有较好的塑性和较大的强度