工程材料 與機(jī)械制造基礎(chǔ),適用于交通運(yùn)輸類,總學(xué)時(shí)數(shù)：40學(xué)時(shí) 周學(xué)時(shí)數(shù)：3 學(xué)時(shí) 理論課時(shí)：36學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)課時(shí)：4 學(xué)時(shí) 機(jī)動(dòng)課時(shí)：2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：2 個(gè),教 學(xué) 安 排,1 遵守作息時(shí)間 2 遵守課堂紀(jì)律 3 有事請(qǐng)假 4 按時(shí)、保質(zhì)交作業(yè) 5 按時(shí)參加實(shí)驗(yàn)課,要 求,緒論 第01章 材料的種類與性能 第02章 材料的組織結(jié)構(gòu) 第03章 金屬熱處理及表面改性 第04章 鋼材材料及其用途 第05章 非鐵材料 第06章 鑄造 第07章 壓力加工 第08章 焊接 第09章 切削加工基礎(chǔ)知識(shí) 第10章 零件表面的加工方法 第11章 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性 第12章 現(xiàn)代制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì),教 學(xué) 內(nèi) 容,一、課程性質(zhì)、目的及任務(wù) 本課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)課。 本課程是研究工程材料的性質(zhì)、應(yīng)用及金屬冷、熱加工工藝的一門綜合性課程。,緒 論,本課程的主要任務(wù)：使學(xué)生獲得機(jī)械工程常用材料和非金屬材料的基礎(chǔ)知識(shí)，能正確選擇金屬材料及熱處理方法；學(xué)習(xí)機(jī)械零件常用加工的基礎(chǔ)理論和方法。,本課程重點(diǎn)介紹金屬材料的成分、組織及性能之間的關(guān)系，重點(diǎn)介紹各種加工方法的實(shí)質(zhì)、特點(diǎn)和應(yīng)用。,緒 論,二、課程教學(xué)基本要求 掌握鋼鐵的成分、組織和性能之間的關(guān)系；掌握常用工程材料的牌號(hào)、性能及應(yīng)用；了解常用鋼材熱處理的基本理論和工藝方法；初步具有選擇工程材料和熱處理方法的能力。掌握選擇毛坯和零件毛坯的結(jié)構(gòu)工藝性；了解常用加工工藝的基本理論；了解常用加工工藝的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍；具有初步制定簡(jiǎn)單零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程的能力。,黃河鎮(zhèn)河大鐵牛(唐開(kāi)元12年鑄),青銅器,石斧,三、工具、機(jī)械設(shè)備的產(chǎn)生及發(fā)展 文化傳承與發(fā)展、戰(zhàn)爭(zhēng) 物質(zhì)生活、精神生活需要 科學(xué)研究需要,尼龍齒輪,電纜,滾動(dòng)軸承,人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)和生活實(shí)踐中創(chuàng)造和發(fā)展了機(jī)械，其目的是為了減輕或替代人的勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。,搗米機(jī),東漢時(shí)用水排以鼓風(fēng)煉鐵,東漢張衡第一臺(tái)地震儀,“神舟”五號(hào)飛行成功,超7隱形戰(zhàn)斗機(jī),搗米機(jī),車床,波音787,產(chǎn)生不同的加工工藝和方法。,表面加工方法,產(chǎn)生不同的加工工藝和方法。,鑄造,熱處理,壓力加工,焊接,第1章 材料的種類與性能,1-1 材料的種類,材料的種類,按用途分類,按領(lǐng)域分類,按成分分類,金屬材料,復(fù)合材料,非金屬材料,機(jī)械工程材料,信息工程材料,建筑工程材料,生物工程材料,結(jié)構(gòu)材料,工具材料,功能材料,工程材料,1-2 材料的性能,靜載荷下材料的力學(xué)性能,變載荷下材料的力學(xué)性能,材料性能,材料的高溫和低溫性能,材料的化學(xué)性能,在液氮溫度區(qū)獲（-196C以下）得超導(dǎo)電性的陶瓷材料,南極地區(qū)氣溫低，年平均氣溫可低達(dá)-57.5。曾記錄到全球地面的絕對(duì)最低氣溫達(dá)-88.3。,1-2 材料的性能,靜載荷下材料的力學(xué)性能,變載荷下材料的力學(xué)性能,強(qiáng) 度,塑 性,硬 度,沖擊韌性,斷裂韌度,疲勞強(qiáng)度,磨 損,1、靜載荷時(shí)材料的力學(xué)性能,（1）強(qiáng)度,載荷的形式,強(qiáng)度：所謂強(qiáng)度是指零件在外載荷作用下抵抗斷裂破壞或過(guò)大塑性變形的能力。,材料的強(qiáng)度用拉伸試驗(yàn)測(cè)定。,(a)原始試樣 （b)拉伸后試樣,圓形拉伸試樣,拉伸曲線,拉伸曲線、應(yīng)力-應(yīng)變曲線,拉伸曲線沒(méi)有考慮到試樣的尺寸誤差。,應(yīng)力：?jiǎn)挝粰M截面積上的拉力，即,應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量，即,彈性極限e和彈性模量E,e點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的彈性變形階段的最大應(yīng)力，稱為彈性極限，以e表示，單位MPa。,e,e,彈性變形：外載荷去掉后可以恢復(fù)的變形。,Fe對(duì)應(yīng)于e點(diǎn)的外力，N； S0試樣的原始截面積，mm2。,e,e,彈性極限e和彈性模量E,材料在彈性變形范圍內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱為彈性模量。,彈性模量表征材料產(chǎn)生彈性變形的難易程度。彈性模量在工程上又稱為剛度。,彈性極限e和彈性模量E,胡克定律,當(dāng)應(yīng)力在比例極限以內(nèi)時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即,=E,E為比例常數(shù)，稱為拉壓彈性模量。鋼的彈性模量E=2.06105MPa。, = /E,1GPa=1000MPa=1000 000KPa=1000 000 000Pa,1MPa=1N/mm2,1Pa=1N/m2,1MPa=1000 000Pa,屈服極限s,Fs對(duì)應(yīng)于s點(diǎn)的外力，N； S0試樣的原始截面積，mm2。,s點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值就是材料在外力作用下開(kāi)始發(fā)生塑性變形的最低應(yīng)力值，稱為屈服強(qiáng)度或屈服極限。,s,s,塑性變形:外載荷去掉后不能恢復(fù)的變形。,屈服極限s,對(duì)于沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的材料，取產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的變形應(yīng)力值為該材料的屈服極限，稱為名義屈服極限，用0.2表示。,強(qiáng)度極限b,Fb對(duì)應(yīng)于b點(diǎn)的外力，N； S0試樣的原始截面積，mm2。,試樣拉斷前所能承受的最大應(yīng)力值，即試樣所能承受的最大載荷除以原始截面積。,抗拉強(qiáng)度是材料抵抗斷裂的能力。,b,b,拉壓的強(qiáng)度條件,為了使零件有足夠的強(qiáng)度，零件在載荷作用下的最大應(yīng)力必須小于材料的極限應(yīng)力lim ，即 lim 。,塑性材料： lim=s,脆性材料： lim=b,變形階段,1)彈性階段,2)屈服階段,3)強(qiáng)化階段,4)縮頸階段,塑性材料，脆性材料。 塑性材料可能得不到強(qiáng)度極限b。隨著應(yīng)變的增加，名義應(yīng)力加速上升，其原因是這時(shí)試樣出現(xiàn)鼓形，且愈壓愈扁，承載面積愈來(lái)愈大。,壓縮,（2）塑性,斷裂前材料產(chǎn)生塑性變形的能力稱為塑性。用伸長(zhǎng)率和斷面收縮率 表示。,伸長(zhǎng)率：表示試樣斷裂時(shí)的相對(duì)伸長(zhǎng)量。,斷面率 ：表示試樣斷裂后的相對(duì)收縮量。,（2）塑性,塑性材料：伸長(zhǎng)率5%,脆性材料：伸長(zhǎng)率5%,（3）硬度,硬度是材料抵抗硬物壓入其表面的能力，或材料表面抵抗變形的能力。,硬度,布氏硬度,洛氏硬度,維氏硬度,HB,HR,HV,布氏硬度,壓頭為淬火鋼球時(shí)用HBS表示，壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)用HBW表示，單位為MPa。,一定直徑的球體(鋼球或硬質(zhì)合金球)在一定載荷作用下壓入試樣表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷，測(cè)量其壓痕直徑。布氏硬度值用球面壓痕單位表面積上所承受的平均壓力來(lái)表示。,洛氏硬度,根據(jù)壓頭和壓力的不同，洛氏硬度有HRC、HRB、HRA。,將金剛石壓頭(或鋼球壓頭), 在先后施加兩個(gè)載荷(預(yù)載荷F0和總載荷F)的作用下壓入金屬表面。總載荷F為預(yù)載荷F0和主載荷F1之和。卸去主載荷F1后, 測(cè)量其殘余壓入深度h, 用h與h0之差h來(lái)計(jì)算洛氏硬度值。h 越大, 表示材料硬度越低。,維氏硬度,將正四棱錐體的金剛石壓頭壓入試樣表面，再測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，根據(jù)所加壓力和對(duì)角線平均長(zhǎng)度查表得到硬度值，用HV表示。,2、其他載荷作用下的力學(xué)性能,（1）沖擊韌度,沖擊韌度是材料抵抗沖擊載荷的能力。,沖擊試樣,沖擊韌性的測(cè)定，常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。測(cè)得試樣沖擊吸收功,用符號(hào) Ak 表示。用沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積 S0 , 即得到材料的沖擊韌度 k。,許多機(jī)械零件和工具在工作中, 往往要受到?jīng)_擊載荷的作用, 如活塞銷、錘桿、沖模和鍛模等。,2、其他載荷作用下的力學(xué)性能,（2）斷裂韌度,斷裂韌度是材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，用KIc表示，單位MN/m3/2。,斷裂韌度,材料中存在的缺陷,夾雜物,氣 孔,微裂紋,裂紋擴(kuò)展的難易程度,裂紋,外力,2、其他載荷作用下的力學(xué)性能,（3）疲勞強(qiáng)度,交變載荷下工作,工作時(shí)承受的應(yīng)力小于屈服極限,零件的工作條件,2、其他載荷作用下的力學(xué)性能,（3）疲勞強(qiáng)度,疲勞是零件在交變載荷的作用下，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。,疲勞強(qiáng)度是用來(lái)表征材料抵抗疲勞能力的。,2、其他載荷作用下的力學(xué)性能,（4）磨損,黏著磨損,磨粒磨損,腐蝕磨損,磨損,3、材料的高溫和低溫性能,（1）高溫性能,材料在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫、恒應(yīng)力作用下，產(chǎn)生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象稱為蠕變。,3、材料的高溫和低溫性能,（2）低溫性能,隨著溫度的下降，多數(shù)材料會(huì)出現(xiàn)脆性增加的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生脆斷。,本章小結(jié),強(qiáng)度,塑性,硬度,彈性極限e,屈服極限s,強(qiáng)度極限b,伸長(zhǎng)率,斷面收縮率,布氏硬度HB,洛氏硬度HR,維氏硬度HV,靜載荷下的力學(xué)性能,本章小結(jié),沖擊韌度,斷裂韌度,磨損,黏著磨損,磨粒磨損,腐蝕磨損,動(dòng)載荷下的力學(xué)性能,疲勞強(qiáng)度,本章小結(jié),材料的高溫、低溫性能,材料的化學(xué)性能,P7 1，2，3，4,