第一篇：工程材料與材料成型基礎講稿

工程材料與材料成型基礎講稿

機械制造工藝過程

鑄鍛焊 機械加工 裝配

金屬材料 → 毛坯 → 零件 → 機器

熱處理 熱處理

本課程分為兩部分：

1、工程材料（40學時）

2、熱加工工藝基礎（鑄造、鍛壓和焊接——30學時）

工程材料

緒論

材料是一切事物的物質基礎，一種新技術的實現(xiàn)，往往需要新材料的支持。材料、能源、信息、生物工程是現(xiàn)代文明的四大支柱

一、工程材料的分類

按組成特點分：金屬材料，有機高分子材料，無機非金屬材料，復合材料； 按使用性能分：結構材料，功能材料；

按使用領域分：信息材料，能源材料，建筑材料，機械工程材料，生物材料。

二、材料技術的發(fā)展趨勢

第一，從均質材料向復合材料發(fā)展。

第二，由結構材料為方往向功能材料、多功能材料并重的方向發(fā)展。第三，材料結構的尺度向越來越小的方向發(fā)展。

第四，由被動性材料向具有主動性的智能材料方向發(fā)展。第五，通過仿生途徑來發(fā)展新材料。

三、金屬材料在近代工業(yè)中的地位

金屬材料在工農業(yè)生產中占極其重要的地位（90%以上）。在日常生活中得到廣泛應用。其原因： 1．來源廣泛；

2．優(yōu)良的使用性能和工藝性能；

3．通過熱處理可使金屬的性能顯著提高。

四、本課程的任務

1、熟悉成分、組織、性能之間的基本規(guī)律；

2、合理選用常用工程材料；

3、確定熱處理方法及其工序位置；

4、了解新材料、新技術、新工藝。

五、材料應用舉例（螺紋鋼、標準件、刀具、摩托車發(fā)動機零件、冷沖壓件等）

第 一 章

金屬的力學性能

工程材料的性能可分為：

1.使用性能 —— 力學性能，物理性能，化學性能

（在正常工作條件下，材料應具備的性能）

2.工藝性能 ——鑄造性，鍛造性，焊接性，切削加工性，熱處理性

（材料在加工制造中表現(xiàn)出的制造難易程度）

常用的力學性能有：強度，塑性，硬度，沖擊韌度，疲勞極限，彈性，剛度

第一節(jié) 強度與塑性

一、靜拉伸試驗

應力-應變曲線（ζ-ε曲線）ζ= F/A0(MPa)ε=△L/ L0（%）A0——試樣原始截面積(mm2)L0——試樣標距長度

從ζ-ε曲線中可以得到兩個重要的力學性能指標：強度，塑性。

二、強度

比例極限：外力與變形成正比時的最大應力

ζp = Fp/So 彈性極限：保持純彈性變形的最大應力

ζe = Fe/So 屈服強度：產生屈服時的應力（屈服點）

ζs = Fs/So 用于有明顯屈服現(xiàn)象的材料 條件屈服強度： 產生0.2%殘余伸長率時的應力

ζr0.2 抗拉強度：斷裂前最大載荷時的應力（強度極限）

ζb = Fb/So 強度—— 材料抵抗變形和破壞的能力

三、塑性

斷后伸長率（延伸率）δ = [(LkAk)/A0 ] ╳100% δ和ψ越大，材料的塑性越好 塑性—— 產生塑性變形而不斷裂的能力 塑性對材料的意義：

1、提高安全性

2、便于壓力加工成型

第二節(jié) 硬 度

硬度是材料抵抗局部變形的能力。硬度是綜合性能指標，硬度測量簡便迅速，不破壞零件。

一、布氏硬度

原理： HBS（HBW）= F/A = 2F/πD[D-(D2-d2)1/2]（不寫單位：kgf/mm2）

?采用淬火鋼球時，記為 HBS ?采用硬質合金鋼球時，記為 HBW ?當F的單位取N時，加系數(shù)0.102

布氏硬度特點：

優(yōu)點：測量數(shù)值穩(wěn)定，準確

缺點：操作慢，不適用批量生產和薄形件

應用：鑄鐵，有色金屬；退火、正火、調質處理鋼

當HBS<450時有效（HBW450-650）

二、洛氏硬度

原理： HR =(k-h)/ 0.002（不寫單位）

?對金剛石圓錐壓頭 k = 0.2 mm ?對鋼球壓頭 k = 0.26 mm 洛氏硬度特點：

優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，用于成品和薄形件 缺點：測量數(shù)值分散

應用：淬火鋼，調質鋼批生產零件

當HRC20-67時有效

洛氏硬度分類：

第三節(jié)

韌性與疲勞強度

一、韌性

沖擊韌度：反應了材料抵抗沖擊載荷的能力 αk = Ak/A（J/cm2）Ak —— 沖擊功 A —— 試樣缺口處截面積

沖擊韌度對材料的意義：

1.αk 對材料內部缺陷很敏感（可用來鑒定材料的

冶金質量、熱加工質量）

2.αk 隨溫度降低而下降，可用來評定材料的冷脆現(xiàn)象

二、疲勞強度

交變應力：大小、方向隨時間周期性變化的應力。重復應力：方向不隨時間變化。

疲勞現(xiàn)象：材料在交變載荷長期作用下，無明顯塑性變形就斷裂。

疲勞曲線

疲勞極限 —— 材料經無限多次應力循環(huán)而不斷裂的最大應力。它表 示材料抵抗疲勞斷裂的能力。（純彎曲疲勞極限用ζ-1表示）

第二篇：工程材料與成型技術基礎復習總結

工程材料與成型技術基礎 1.材料強度是指材料在達到允許的變形程度或斷裂前所能承受的最大應力。2.工程上常用的強度指標有屈服強度和抗拉強度。3.彈性模量即引起單位彈性變形所需的應力。4.載荷超過彈性極限后，若卸載，試樣的變形不能全部消失，將保留一部分殘余成形，這種不恢復的參與變形，成為塑性變形。5.產生塑性變形而不斷裂的性能稱為塑性。6.抗拉強度是試樣保持最大均勻塑性變形的極限應力，即材料被拉斷前的最大承載能力。7.發(fā)生塑性變形而力不增加時的應力稱為屈服強度。8.硬度是指金屬材料表面抵抗其他硬物體壓入的能力，是衡量金屬材料軟硬程度的指標。9.硬度是檢驗材料性能是否合格的基本依據(jù)之一。10.應用范圍 具有粗大晶?；蚪M成相得金屬材料的硬度 用于淬火鋼、退火鋼、鋁合金等硬度稍軟的金屬 維氏硬度 測試原理 測量表面壓痕，即測量面積，損害較大 測試件深度，即壓痕深度增量 硬度分類 布氏硬度 洛氏硬度 測試小件，檢驗氧化、氮化、單個晶粒微粒 滲碳、鍍層等工藝處理效果 11.12.13.14.布氏硬度最硬，洛氏硬度小于布氏硬度，維氏硬度小于前面兩種硬度。沖擊韌性：在沖擊試驗中，試樣上單位面積所吸收的能量。當交變載荷的值遠遠低于其屈服強度是發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。疲勞度是指材料在無限多次的交變載荷作用而不會產生破壞的最大應力。15.16.原子在空間呈規(guī)則排列的固體物質稱為晶體，晶體具有固定的熔點。晶格：表示金屬內部原子排列規(guī)律的抽象的空間格子。晶面：晶格中各種方位的原子面。晶胞：構成晶格的最基本幾何單元。17.體心立方晶格:α-Fe、鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎢（W）。面心立方晶格：鋁（Al）、銅（Cu）、銀（Ag）、鎳(Ni)、金（Au）。密排六方晶格：鎂（Mg）、鋅（Zn）、鈹（Be）、鎘（Cd）。18.點缺陷是指長、寬、高三個方向上尺寸都很小的缺陷，如：間隙原子、置換原子、空位。19.線缺陷是指在一個方向上尺寸較大，而在另外兩個方向上尺寸很小的缺陷，呈線狀分布，其具體形式是各種類型的位錯。20.面缺陷是指在兩個方向上尺寸較大，而在另一個方向上尺寸很小的缺陷，如晶界和亞晶界。21.原子從一種聚集狀態(tài)轉變成另一種規(guī)則排列的過程，稱為結晶。結晶過程由形成晶核和晶核長大兩個階段組成。22.純結晶是在恒溫下進行的。23.實際結晶溫度Tn低于理論結晶溫度Tm的現(xiàn)象，稱為過冷，其差值稱為過冷度ΔT,即ΔT=Tm﹣Tn。24.同一液態(tài)金屬，冷卻速度愈大，過冷度也愈大。25.澆注時，向液態(tài)金屬中加入一些高熔點、溶解度的金屬或合金，當其結構與液態(tài)金屬的晶體結構相似時使形核率大大提高，獲得均勻細小的晶粒。這種方法稱為變質處理。26.液態(tài)金屬結晶后獲得具有一定晶格結構的晶體，高溫狀態(tài)下的晶體，在冷卻過程中晶格結構法發(fā)生改變的現(xiàn)象，稱為同素異構轉變，又稱重結晶。27.一種金屬具有兩種或兩種以上的晶體結構，稱為同素異構性。28.當溶質原子溶入溶劑晶格，使溶劑晶格發(fā)生畸變，導致固溶體強度、硬度提高，塑性和韌性略有下降的下降，稱為固溶強化。29.金屬化合物呈細小顆粒均勻分布在固溶體基體上時，使合金的強度、硬度、耐熱性和耐磨性明顯提高，這一現(xiàn)象稱為彌散強化。30.杠桿定律→大題(P26)。31.相圖分析→大題(P32)。32.鐵碳合金的分類 合金的種類 碳的質量分數(shù) 室溫組織 碳鋼 工業(yè)純鐵 亞共析鋼 鋼 共析過共析鋼 亞共晶鑄鐵 鑄鐵 白口鑄鐵 亞共晶晶鑄鐵 0.0218-﹤0.77 0.0218 0.77 0.77-2.11 2.11-4.3 4.3 4,3-6.69 P 綜合F P+F P+FeCⅡ P+FeCⅡ+Ld’ Ld FeCⅠ+Ld’ 力學性能 軟 塑性、韌性好 力學性能好 硬度大 硬而脆 33.碳鋼是指碳的質量分數(shù)小于2.11%的鐵碳合金。34.碳鋼的分類 分類方法 鋼種 低碳鋼 質量分數(shù) wc≦0.25% 特點 強度低、塑性和焊接性好 強度較高、但塑性和焊接性差 塑性和焊接性差，強度和硬度高 按碳的質量分數(shù) 中碳鋼 wc=0.025%-0.6% 高碳鋼 wc﹥0.6% 35.鑄鐵是應用廣泛的一種鐵碳合金，其wc﹥2.11%.36.按照石墨形貌的不同，這一類鑄鐵可以分為灰鑄鐵（片狀石墨）、可鍛鑄鐵（團絮狀石墨）、球墨鑄鐵（球狀石墨）和蠕墨鑄鐵（蠕蟲狀石墨）四種。37.鋼的熱處理是將固態(tài)鋼采用適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫、和冷卻，以獲得所需組織結構與性能的一種工藝。38.熱處理的特點是改變零件內部組織，不改變其形狀與尺寸，消除毛坯缺陷，改善毛坯切削性能，改善零件的力學性能。即改善工藝性能和力學性能。39.熱處理分為普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）、表面熱處理（表面淬火、滲碳、滲氮、碳氮共滲）及特殊熱處理（形變熱處理）。40.不是所有材料都能進行熱處理強化，滿足條件：①有固態(tài)相變②經冷加工使組織結構處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)③表面能被活性介質的原子滲入從而改變化學成分。41.退火作用是為了降低硬度，提高塑性改善切削性能。42.淬火的作用：獲得高硬度的馬氏體。43.奧氏體化：將鋼加熱至臨界點以上使形成奧氏體的金屬熱處理過程，珠光體向奧氏體轉變。44.奧氏體化是鋼組織轉變的基本條件。45.應用等溫轉變曲線分析奧氏體化在連續(xù)冷卻中的轉變（P53)46.球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。熱處理后的組織為珠狀珠光體，應用于共析鋼、過共析鋼和合金工具鋼。目的：降低硬度、改善切削加工性，改善熱處理工藝性能，為淬火做組織準備。47.正火，又稱?；?，是將工件加熱至727到912攝氏度之間以上40~60min，保溫一段時間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風冷卻的金屬熱處理工藝。應用于亞共析鋼，鐵素體和索氏體、亞共析鋼，索氏體、過共析鋼，索氏體和二次滲碳體。目的：對于低碳鋼、低碳低合金鋼，細化晶粒，提高硬度，改善切削加工性，對于共析鋼，消除二次網狀滲碳體，有利于球化退火的進行。48.鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，再以大于臨界冷卻速度快速冷卻，從而發(fā)生馬氏體轉變的熱處理工藝。淬火鋼得到的組織主要是馬氏體（或下貝氏體），此外還有少殘余奧氏體及未溶的第二相。目的：提高鋼的硬度和耐磨性。49.回火是將淬火鋼重新加熱到A1以下某一溫度，保溫，然后冷卻的熱處理工藝。50.低溫回火的組織為回火馬氏體，它有飽和的α相和與其共格的ε-Fe2.4C組成，低溫回火的目的是保持淬火馬氏體的高硬度和高耐磨性，降低淬火應力和脆性，用于各種高碳鋼的道具、量具、冷沖模具、滾動軸承和滲碳工件。51.中溫回火后的組織為回火托氏體，它有尚未發(fā)生的再結晶的針狀鐵素體和彌散分布的極細小的片狀或粒狀滲碳體組成，目的是為了獲得高的屈強比、高的彈性極限、高的韌性，用于各種彈簧、鍛模。52.高溫回火的組織為回火索氏體，它有已再結晶的鐵素體和均勻分布的細粒狀滲碳體組成，失去了原來淬火馬氏體的片狀或板條狀形態(tài)，呈現(xiàn)多邊形顆粒狀，同時滲碳體聚集長大。目的：獲得綜合力學力學性能，在保持較高強度的同時，具有較好的塑性和韌性，適用于處理傳遞運動和力的重要零件，如：傳動軸、齒輪。53.淬火后高溫回火的熱處理稱為調質。54.產生回火脆性：淬火合金鋼在某一溫度范圍內回火時，出現(xiàn)沖擊韌性劇烈下降的現(xiàn)象，稱為回火脆性。在350℃附近回火，碳鋼的和合金鋼都會出現(xiàn)沖擊韌性下降，產生脆化現(xiàn)象，這種回火脆性稱為第Ⅰ類回火脆性。它與回火的冷卻方式無關，且無法消除，因此一般不在250-400℃溫度范圍內回火。淬火合金鋼在450-650℃回火時出現(xiàn)的回火脆性，稱為第Ⅱ類回火脆性。它與雜質在奧氏體晶界上的偏析有關，消除第Ⅱ類回火脆性的方法：回火后快速冷卻，使雜質來不及在晶界上偏析。（簡答題）55.液態(tài)金屬充型鑄造，獲得尺寸精確，輪廓清晰的鑄件，取決于充型能力。在液態(tài)金屬充型過程中，一般伴隨結晶現(xiàn)象，若充型能力不足，在型腔被填滿之前形成晶粒將充型的通道堵塞，金屬液態(tài)迫使停止流動，于是鑄件將產生不足或冷隔等缺陷。56.充型能力取決于金屬液本身的流動能力。57.影響充型能力的因素和原因 序號 影響因素 定義 液態(tài)金屬本身的流動能力 1 合金的流動性 影響原因 流動性好，易于澆出輪廓清晰、薄而復雜的鑄件，有利于非金屬夾雜物和氣體的上浮和排除；易于對鑄件的收縮進行補縮。2 澆注溫度 澆注時金屬液的溫度 金屬液體在流動方向上所受的壓力 3 充型壓力 澆注溫度愈高，充型能力俞強。壓力愈大，充型能力俞強，但壓力過大或充型速度過高會發(fā)生噴射、飛濺和冷隔現(xiàn)象。4 鑄型中的氣體 澆注時因鑄型發(fā)氣而形成在鑄型內能在金屬液與鑄型間產生氣的氣體 膜，減小摩擦阻力，但發(fā)氣太大，鑄型的排氣能力又小時，鑄型中的壓力增大，阻礙金屬液的流動 鑄型從其中的金屬吸取并向外傳輸5 鑄型的傳熱 熱量的能力 傳熱系數(shù)愈大，鑄型的激冷能力就俞強，金屬液于其中保持液態(tài)的時間就愈短，充型能力下降。6 鑄型系數(shù)溫度 鑄型在澆注時的溫度 溫度愈高，液態(tài)金屬與鑄型的溫差就愈小，充型能力愈強。7 澆注系統(tǒng)結構 各澆道的結構復雜情況 結構愈復雜，流動阻力愈大，充型能力愈差。8 鑄件的折算厚度 鑄件體積與表面積之比 折算厚度大，散熱慢，充型能力好。9 鑄件的復雜程度 鑄件結構復雜程度 結構復雜，流動阻力大，鑄型充填困難。58.鑄件的凝固方式分為三種類型：逐層凝固方式、體積凝固（糊狀凝固）方式和中間凝固方式。59.鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮。收縮是鑄件許多缺陷產生的基本原因。60.金屬從澆注溫度冷卻到室溫經過三個收縮階段：⑴液態(tài)收縮：金屬在液體狀態(tài)時的收縮，其原因是由于氣體排出，空穴減少，原子間間距減小。⑵凝固收縮：金屬在凝固過程中的收縮，其原因是由于空穴減少，原子間間距減小。液態(tài)收縮和凝固收縮又稱為體積收縮，是縮孔或縮松形成的基本原因。⑶固態(tài)收縮：金屬在固態(tài)過程中的收縮，其原因在于空穴減少，原子間間距減少。固態(tài)收縮還引起鑄件外部尺寸的變化，古稱尺寸收縮線收縮。線收縮對鑄件形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應力、變形和裂紋等缺陷產生的基本原因。61.在常用合金中，鋼的收縮率最大，灰鑄鐵收縮率最小。62.鑄件凝固結束后常常在某些部位出現(xiàn)孔洞，大而集中的稱為縮孔，細小而分散的孔洞稱為縮松。結晶間隔大的合金，易產生縮松，純金屬共晶成分的合金，易形成集中的縮孔。63.金屬材料經冷塑性變形后，隨變形度的增加，其強度、硬度提高，塑性和韌性下降，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。64.晶體只有在切應力的作用下才會發(fā)生塑性變形。65.金屬在再結晶溫度以下進行的塑性變形稱為冷變形加工，此時產生加工硬化。金屬在再結晶溫度以上進行的塑性變形稱為熱變形加工。66.熱變形加工可使金屬中的氣孔和疏松焊合，并改善夾雜物，碳化物的形態(tài)、大小和分布，提高鋼的強度、塑性及沖擊韌度。67.熱變形時鑄錠中的非金屬夾雜物沿變形方向被拉長為纖維組織（熱加工流線）。68.自由鍛用于單件、小批量鍛件的生產以及大型鍛件的產生。69.自由鍛相比模鍛具有以下特點：模鍛件形狀和尺寸精度高，表面質量好，加工余量小，節(jié)省金屬材料;生產率高;操作簡單，易于實現(xiàn)自動化;模鍛設備要求較高，噸位要求大，鍛模結構復雜，成本高，生產準備周期較長。70.模鍛適用于中、小型鍛件的成批及大量生產。71.板料沖壓是利用沖模在壓力機上對材料施加壓力，使材料產生分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的加工方法。板料沖壓通常在室溫下進行，故又稱冷沖壓。72.彎曲件在彎曲變形后，會伴隨一些彈性恢復從而造成工件彎曲角度、彎曲半徑與模具的形狀、尺寸不一致的現(xiàn)象稱為彎曲件的回彈現(xiàn)象。73.焊接方法：熔化焊、壓力焊和釬焊。74.電阻焊是利用接觸電阻熱將接頭加熱到塑性或熔化狀態(tài)，再通過電極施加壓力，形成原子間結合的焊接方法。75.釬焊分為兩類：硬釬焊和軟釬焊。硬釬焊的特點是所用釬料的熔化溫度高于450℃，接頭的強度大，用于受力較大、溫度較高的場合。所用的釬料多為銅基、銀基。釬料熔化溫度低于450℃的釬焊是軟釬焊。軟釬焊常用錫鉛釬料，適用于受力不大，工作溫度低的場合。76.焊接殘余應力變形產生的原因：結構件在焊接以后2產生變形，內部易產生殘余應力。焊接殘余應力會增加結構工作的應力，降低結構的承載能力。焊接時，焊縫被加熱，焊縫區(qū)應膨脹，但由于焊縫區(qū)域周圍的金屬未被加熱和膨脹，所以該部分的金屬制約了焊縫區(qū)受熱的自由膨脹，焊縫產生塑性變形并縮短。焊縫冷卻后，焊縫區(qū)域比周圍區(qū)域短，但是焊縫周圍區(qū)域并沒有縮短，從而阻礙焊縫區(qū)域的自由收縮，產生焊接以后工件的變形與應力。77.低碳鋼的焊接：焊接性良好，焊接時沒有淬硬、冷裂傾向。78.鑄鐵的焊接：鑄鐵碳含量高，塑性低，焊接性差。鑄鐵焊接容易產生裂紋。79.焊接時，為什么對焊接區(qū)進行保護？有哪些保護措施？ 答：防止空氣進入熔池，減少焊縫金屬中的氧、氮含量、氧含量增加，焊縫的強度、硬度、塑性、韌性下降。氮含量增加，會使焊縫中產生氣孔。保護措施：⑴造氣保護：焊條藥皮或焊劑在高溫下回產生氣體，在焊接區(qū)周圍形成一層保護氣體，隔絕空氣，使弧柱和熔池受到保護。如氬弧焊。⑵造渣保護，焊條藥皮或焊劑熔化后產生熔渣，在熔池表面形成一層熔渣，與空氣隔絕。如埋弧焊。⑶氣-渣聯(lián)合保護，在焊接區(qū)周圍同時形成保護氣體和熔渣，對焊接區(qū)進行保護。如焊條電弧焊。⑷滲合金，通過藥皮、焊劑或焊條、焊絲向金屬池滲合金，添加硅、錳等有益元素，以彌補其燒損，并進行脫氧、脫硫、脫磷，從而保證和調整焊縫的化學成分。80.熱塑性塑料:其分子結構主要為線型或支鏈線型分子結構，工藝特點是受熱軟化、熔融、具有可塑性，冷卻后堅硬；再受熱又可軟化，可重復使用而其基本性能不變；可溶解在一定的溶劑中。成形工藝簡便、形式多種多樣，生產效率高，可直接注射、擠壓、吹塑成型，如聚乙烯、聚丙烯。81.熱固性材料：具有體型分子結構，熱固性塑料一次成形后，質地堅硬、性質穩(wěn)定，不再溶于溶劑中，受熱不變形，不軟化，不能回收。成形工藝復雜，大多只能采用模壓或層壓法，生產效率低，如酚醛塑料、環(huán)氧塑料。82.陶瓷材料具有高強度、高模量、高硬度以及高耐溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能。但特有的脆性、抗熱振性能差等缺陷。83.碳/碳復合材料具有碳和石墨材料特有的優(yōu)點如低密度，優(yōu)異熱性能如耐燒蝕性、抗熱震性、高導熱性和低膨脹系數(shù)。同時還具有復合材料的高強度、高彈性模量。84.納米材料的特性：量子尺寸效應、表面效應、納米材料的體積效應、量子隧道效應。85.毛坯選擇的原則：⑴工藝性原則⑵適應性原則⑶生產條件兼顧原則⑷經濟性原則⑸可持續(xù)性發(fā)展原則。制作人：羅爽 絕無雷同 翻者必究

第三篇：材料成型基礎課程設計教學大綱

材料成型基礎課程設計教學大綱

課程名稱：材料成型基礎課程設計 學 分：2 總 學 時：2 周

適用專業(yè)：機械工程及自動化 先修課程：材料成型基礎

一、課程的性質、目的與任務：

課程設計是學完材料成型技術基礎課及有關機類課程后，所進行的實踐教學環(huán)節(jié)。主要目的在于提高學生的工程實踐能力和綜合運用專業(yè)知識的能力。它要求學生對具體機械零件的制造過程進行綜合的工藝設計。

其目的在于：

1、培養(yǎng)學生運用機械制造基礎理論和實踐知識，獨立地分析和解決工藝問題，初步具備設計簡單零件的工藝圖和工藝規(guī)程的能力。

2、通過綜合工藝設計對機械制造的全過程有完整的了解。尤其是各工序，毛坯（如鑄、鍛、焊）制造、熱處理及機械加工之間聯(lián)系和影響。

3、培養(yǎng)學生熟悉運用有關手冊，標準圖表的技術資料的能力。

4、進一步培養(yǎng)學生識圖、計算機繪圖、運算和編寫技術文件的基本技能。任務： 鑄造：

1．鑄造工藝草圖 1張

2．鑄造工藝圖 1張 3．鑄件圖 1張 4．鑄造工藝卡 1份 5．熱處理工藝卡片 1份 6．工藝設計說明書 1份

鍛造：

1．鍛件草圖 1張

2．鍛件圖 1張

3．鍛造工藝卡 1份

4．熱處理工藝卡片 1份

5．工藝設計說明書

1份

焊接：

1．焊接工藝草圖 1張 2．焊接工藝圖 1張 3．補繪部件圖 1張

4．焊接工藝卡片 1份 5．裝配工藝過程卡片 1份 6．熱處理工藝卡片 1份 7．工藝設計說明書 1份

二、教學基本要求：

1、工藝圖或毛坯圖的繪制，除用計算機繪制外，還要用手工按比例繪制草圖；

2、工藝圖和毛坯均采用A4紙打??；

3、所編工藝應有熱處理部分和機械加工校核；

4、學生除在機房上機使用“材料成型技術基礎計算機輔助課程設計”軟件進行設計外，還需要查閱有關手冊等參考資料在教室進行設計。

三、教學內容：

1、鑄造

1）鑄造結構工藝性分析； 2）工藝方案的確定 a、鑄造方法的選擇

b、造型及制芯方法的選擇 c、澆注位置的選擇 d、分型面的選擇

e、砂箱中鑄件的數(shù)量及其排列； 3）工藝參數(shù)的選擇 a、加工余量的確定 b、起模斜度的確定 c、鑄造圓角 d、收縮率 e、其它參數(shù) 4）型芯設計、5）澆注系統(tǒng)的設計 6）冒口系統(tǒng)的設計

7）繪制鑄造工藝圖（手工按比例繪制和計算機繪制）8）繪制鑄件圖

9）填寫鑄造工藝卡

10）編寫課程設計說明書

2、鍛造

1）結構工藝性分析 2）鍛造缺陷及措施 3）繪制鍛件圖

4）確定毛坯的重量如尺寸

5）確定變形過程鍛造溫度范圍和鍛造設備 6）填寫鍛造工藝卡

7）編寫課程設計說明書

3、焊接

1）工藝性分析 2）選擇焊接方法

3）選擇焊接接頭（列表）4）選擇焊接材料及工藝參數(shù) 5）補繪焊接部件圖 6）填寫裝焊過程卡 7）填寫焊接工藝卡（每一種接頭一個焊接工藝卡）8）焊接設備及參數(shù)選擇

9）編寫課程設計說明書

4、熱處理

1）熱處理安排原則及工序安排（如預先熱處理和最終熱處理的安排）2）確定熱處理位置（確定工藝路線中熱處理的位置）3）確定熱處理方法，查詢熱處理代號 4）熱處理缺陷分析 5）確定熱處理參數(shù)

6）繪制熱處理工藝曲線 7）選擇熱處理設備與工具 8）填寫熱處理工藝卡 9）編寫課程設計說明書

四、教學參考書：

1.胡城立、朱敏主編.材料成型基礎.武漢：武漢理工大學出版社，2001 2.丁殿忠.金屬工藝學課程設計.北京：機械工業(yè)出版社

3.沈其文主編.材料成型工藝基礎.武漢：華中理工大學出版社.1999 4.王俊昌、王榮聲主編.工程材料及機械制造基礎Ⅱ.北京：機械工業(yè)出版社.1998 5.李弘英等.鑄造工藝設計.北京：機械工業(yè)出版社，2005，2 6.李魁盛主編.鑄造工藝設計基礎.北京：機械工業(yè)出版社.1981 7.張志文．鍛造工藝學[M].北京：機械工業(yè)出版社,1990.8.任福東主編.熱加工工藝基礎.北京：機械工業(yè)出版社.1997 9.姜奎華主編.沖壓工藝與模具設計.北京：機械工業(yè)出版社.1997

五、說明：

學生在完成規(guī)定的設計任務并經指導老師簽字后，在規(guī)定的日期進行答辯。1）根據(jù)設計的工藝文件、圖樣和說明書質量； 2）答辯時回答問題的情況；

3）平時的工作態(tài)度、獨立工作能力；

這三方面的表現(xiàn)，來綜合評定學生的成績。設計成績記為優(yōu)、良、中、及格和不及格。

第四篇：機械工程材料及成型技術基礎

《機械工程材料及成型技術基礎》

班級：機自144 姓名：董

浩 學號：201406024407

金屬材料在機械行業(yè)中的應用

一、金屬材料的特性

1、機械性能

1.1強度

這是表征材料在外力作用下抵抗變形和破壞的最大能力，可分為抗拉強度極限（σb）、抗彎強度極限（σbb）、抗壓強度極限（σbc）等。由于金屬材料在外力作用下從變形到破壞有一定的規(guī)律可循，因而通常采用拉伸試驗進行測定，即把金屬材料制成一定規(guī)格的試樣，在拉伸試驗機上進行拉伸，直至試樣斷裂。

1.2塑性

金屬材料在外力作用下產生永久變形而不破壞的最大能力稱為塑性，通常以拉伸試驗時的試樣標距長度延伸率δ（%）和試樣斷面收縮率ψ（%）表示。

1.3硬度

金屬材料抵抗其他更硬物體壓入表面的能力成為硬度，或者說是材料對局部塑性變形的抵抗力。根據(jù)硬度的測定方法，主要可以分為：布氏硬度和洛氏硬度。

1.4韌性

金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力成為韌性。

2、化學性能

金屬與其他物質引起化學反應的特性稱為金屬的化學性能。在實際應用中主要考慮金屬的抗蝕性、抗氧化性（又稱作氧化抗力，這是特別指金屬在高溫時對氧化作用的抵抗能力或者說穩(wěn)定性），以及不同金屬之間、金屬與非金屬之間形成的化合物對機械性能的影響等等。在金屬的化學性能中，特別是抗蝕性對金屬的腐蝕疲勞損傷有著重大的意義。

3、物理性能

3.1密度

ρ=P/V 單位克/立方厘米或噸/立方米，式中P為重量，V為體積。在實際應用中，除了根據(jù)密度計算金屬零件的重量外，很重要的一點是考慮金屬的比強度（強度σb與密度ρ之比）來幫助選材，以及與無損檢測相關的聲學檢測中的聲阻抗（密度ρ與聲速C的乘積）和射線檢測中密度不同的物質對射線能量有不同的吸收能力等等。3.2熔點

金屬由固態(tài)轉變成液態(tài)時的溫度，對金屬材料的熔煉、熱加工有直接影響，并與材料的高溫性能有很大關系。3.3熱膨脹性

隨著溫度變化，材料的體積也發(fā)生變化（膨脹或收縮）的現(xiàn)象稱為熱膨脹，多用線膨脹系數(shù)衡量，亦即溫度變化1℃時，材料長度的增減量與其0℃時的長度之比。熱膨脹性與材料的比熱有關。

在實際應用中還要考慮比容材料受溫度等外界影響時，單位重量的（材料其容積的增減，即容積與質量之比），特別是對于在高溫環(huán)境下工作，或者在冷、熱交替環(huán)境中工作的金屬零件，必須考慮其膨脹性能的影響。

3.4磁性

能吸引鐵磁性物體的性質即為磁性，它反映在導磁率、磁滯損耗、剩余磁感應強度、矯頑磁力等參數(shù)上，從而可以把金屬材料分成順磁與逆磁、軟磁與硬磁材料。3.5電學性能

主要考慮其電導率，在電磁無損檢測中對其電阻率和渦流損耗等都有影響。

4、工藝性能

4.1切削加工性能：

反映用切削工具（例如車削、銑削、刨削、磨削等）對金屬材料進行切削加工的難易程度。

4.2可鍛性：

反映金屬材料在壓力加工過程中成型的難易程度，例如將材料加熱到一定溫度時其塑性的高低（表現(xiàn)為塑性變形抗力的大小），允許熱壓力加工的溫度范圍大小，熱脹冷縮特性以及與顯微組織、機械性能有關的臨界變形的界限、熱變形時金屬的流動性、導熱性能等。

4.3可鑄性：

反應金屬材料融化澆鑄成為鑄件的難易程度，表現(xiàn)為熔化狀態(tài)時的流動性吸氣性、氧化性、熔點，鑄件顯微組織的均勻性、致密性，以及冷縮率等等。

4.4可焊性：

反映金屬材料在局部快速加熱，使結合部位迅速熔化或半熔化（需加壓），從而使結合部位牢固地結合在一起而成為整體的難易程度，表現(xiàn)為熔點、熔化時的吸氣性、氧化性、導熱性、熱脹冷縮特性、塑性以及與接縫部位和附近用材顯微組織的相關性、對機械性能的影響等。

二、金屬材料的發(fā)展前景

金屬制品行業(yè)包括結構性金屬制品制造、金屬工具制造、集裝箱及金屬包裝容器制造、不銹鋼及類似日用金屬制品制造，船舶及海洋工程制造等。隨著社會的進步和科技的發(fā)展，金屬制品在工業(yè)、農業(yè)以及人們的生活各個領域的運用越來越廣泛，也給社會創(chuàng)造越來越大的價值。

金屬制品行業(yè)在發(fā)展過程中也遇到一些困難，例如技術單一，技術水平偏低，缺乏先進的設備，人才短缺等，制約了金屬制品行業(yè)的發(fā)展。為此，可以采取提高企業(yè)技術水平，引進先進技術設備，培養(yǎng)適用人才等提高中國金屬制品業(yè)的發(fā)展。

三、學習體會

老師將同學們分成十組，讓每個同學動手制作PPT，上臺演講，使每個人都融入到課堂中。采用學生先講，老師再補充的方法，讓我們更加清楚的認識這門課。

多媒體教學打破了傳統(tǒng)的教學格局，極大地調動了教師與學生的雙邊積極性。因其具有聲音、圖像和動畫等功能，課堂教學氣氛活躍，學生容易按老師的教學思維去回答問題，教師也容易按正常的規(guī)律從事教學活動，師生雙方的潛能都得到應有的發(fā)揮，特別是調動了學生的內在學習動力，學生學習興趣得到培養(yǎng)，同時也有利于素質教育的開展。但需要注意的是，在機械工程材料教學中，不是每堂課都需要在多媒體教室講解，在確定教學內容時應注意一個問題，就是如何最大限度地發(fā)揮多媒體優(yōu)勢，就是說要讓多媒體為教學內容雪中送炭，而不能畫蛇添足。

教師要運用自己的知識和經驗，理解和把握教材，有計劃地組織學生走出校園，走進社會，下車間參觀鍛煉，多接觸各種材料，了解金屬材料加工工藝，掌握改善材料的力學性能的方法等，讓學生在各個實踐環(huán)節(jié)訓練，通過這些實訓，充分調動學生的主動性，提高學生運用知識和基本技能分析、解決實際問題的能力，開闊學生的視野，掌握更多的操作技能，使他們認識到機械工程材料知識的價值。

機械工程材料是一門實用型學科，其中每個理論都與生產實際密切相關，每種材料也都有特定的應用范圍。因此，在教學過程中，教師針對學生的工種和狀況，深入挖掘教材內容，將抽象的理論有意識地與生產實踐相結合，有目的地設計興奮點，讓課本內容更貼近生產，并通過工作中的實例加以說明。

通過學習機械工程材料及成型技術基礎這門課，讓我們對金屬材料、高分子材料、新型材料陶瓷材料、有色金屬有了更深的認識，初步掌握了金屬熱處理技術、焊接技術、鑄造技術、金屬材料成型基本原理、金屬材料的力學性能。

由于我們組的大課題是金屬材料成型基本原理，所以我對這節(jié)的印象更加深刻。自己動手找材料制作課件，讓我對其中的每個問題都有了深刻理解。如利用機械外力使構件產生與焊接變形方向相反的塑性變形，使兩者互相抵消，稱為機械矯正法；利用火焰對焊件局部進行加熱。高溫處的金屬材料受熱膨脹后，受到構件本身的剛性制約，產生局部的壓縮塑性變形，當焊件冷卻后發(fā)生收縮抵消了焊后在該部位的伸長變形，從而達到矯正目的稱為火焰矯正法：常用的金屬加工機器有車床、銑床、刨床、沖床、等等。

雖然課程結束了，但是身為機械專業(yè)學生的我們應該在接下來的時間里不斷補充自己有關機械材料方面的知識。

第五篇：《機械設計基礎》教學大綱-材料成型36-0910

《機械設計基礎》 課程教學大綱 Basis of Mechanical Designing

課程編號: 12512007 學 時 數(shù):36 執(zhí) 筆 人:龔建春

適用專業(yè): 材料成型及控制工程（本科）學 分 數(shù): 2.5

編寫日期:2009年10月

一、課程的性質和目的

本門課程屬于材料成型及控制工程專業(yè)學生必修的一門專業(yè)基礎課，是培養(yǎng)學生了解和掌握機械基礎知識、具備機械設計初步能力的重要課程。通過本課程的教學，學生應能明確機械設計在經濟建設中的重要作用和在機器設計中的重要地位，熟悉常用機構、通用機械零件，初步具備機械設計、分析機械零件失效的原因和提出改進措施的能力。

二、課程教學環(huán)節(jié)的基本要求 課堂講授：

本課程以課堂講授為主要的教學形式。根據(jù)教育發(fā)展的趨勢和教學教改的要求，要積極開展電化教學，充分利用演示、幻燈、投影、CAI等現(xiàn)代化教學手段，提高教學效果和課堂效率。作業(yè)方面：

作業(yè)習題內容要多樣化，要有典型性、代表性，要能達到鞏固理論，掌握基本計算方法，提高分析和解決問題的能力、熟悉標準、規(guī)范的作用。學生必須獨立按時完成作業(yè)，除教材外，教師應給學生指定相關參考書，以拓寬學生知識面?？荚嚟h(huán)節(jié)：

本課程為考查課，考試形式以卷面考試為主，有條件可采用其他的合理形式。

三、課程的教學內容和學時分配 緒論（1學時）教學內容：

1、課程的性質和任務、研究的對象和內容；

2、本課程在教學中的地位；

3、機械、機器、機構、構件及零件（部件）的基本概念；

4、機械設計的基本要求和一般過程。教學要求：

了解本課程的性質、特點、機器設計的基本要求和一般過程。

第一章平面機構的構成分析（3學時）教學內容：

1、運動副及其分類；

2、平面機構運動簡圖；

3、平面機構自由度的計算； 教學要求：

掌握運動副的分類及平面機構自由度的計算；了解機構運動簡圖的繪制方法；

重點: 運動副的分類及平面機構自由度的計算

難點：平面機構自由度的計算---虛約束、復合鉸鏈等。

第二章平面連桿機構（4學時）

教學內容：

1、鉸鏈四桿機構的基本形式和特性；

2、鉸鏈四桿機構的曲柄存在條件； 教學要求：

1、了解四桿機構的類型和演化；

2、掌握有關四桿機構的基本知識； 重點：

有關四桿機構的基本知識。

第三章 凸輪機構（4學時）教學內容：

1、凸輪機構的應用和類型；

2、從動件的常用運動規(guī)律；

3、圖解法設計凸輪輪廓；

4、解析法設計凸輪輪廓； *

5、設計凸輪機構應注意的問題。教學要求：

1、了解凸輪機構的類型和特點；

2、掌握凸輪輪廓線的作圖法設計；

3、了解解析法設計原理；

4、理解從動件常用運動規(guī)律及其選擇原則。重點：

1、凸輪機構的應用和類型；

2、從動件的常用運動規(guī)律 難點：

從動件的常用運動規(guī)律行程（擺角）--時間（轉角）圖的繪制。備注：* 者為選學內容，選學需多加2學時

第四章 齒輪機構（8學時）教學內容：

1、齒輪機構的特點和類型；

2、齒廓嚙合基本定律；

3、漸開線齒廓；

4、齒輪各部分名稱及漸開線標準齒輪的基本尺寸；

5、漸開線標準齒輪的嚙合；

6、漸開線齒輪的切齒原理；

7、輪齒的失效形式；

8、直齒圓柱齒輪傳動的作用力及計算載荷；

9、直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸強度計算和齒根彎曲疲勞強度計算；

10、蝸桿傳動的特點和類型；

11、蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸；

12、蝸桿傳動的失效形式、材料和結構；

13、蝸桿傳動的受力分析； 教學要求：

1、掌握直齒圓柱齒輪傳動的嚙合特性及尺寸計算；

2、理解齒廓嚙合基本定律及斜齒輪機構的特點；

3、掌握直齒圓柱齒輪強度計算過程及各基本參數(shù)選擇的基本要求。

4、掌握蝸桿傳動的受力分析方法。重點：蝸桿傳動的受力分析方法

第五章 輪系（2學時）教學內容：

1、輪系的類型；

2、定軸輪系及其傳動比；

3、周轉輪系及混合輪系簡述。教學要求：

1、了解輪系的功用；

2、掌握定軸輪系傳動比的計算方法。重點：

1、輪系的應用和分類；

2、定軸輪系的傳動比。

第六章 聯(lián)接（2學時）教學內容：

1、可拆聯(lián)接和不可拆聯(lián)接概述；

2、螺紋聯(lián)接的防松；

3、普通平鍵聯(lián)接的選用及校核。教學要求：

1、了解螺紋聯(lián)接的類型和特點；

2、掌握鍵聯(lián)接的類型及選擇計算； 重點：

單個螺栓的強度計算。

鍵的類型和特點、尺寸選擇和強度校核方法。

第九章 帶傳動（2學時）教學內容：

1、帶傳動的類型和應用；

2、帶傳動的受力分析；

3、帶傳動的彈性滑動和傳動比；

4、V帶輪的結構； 教學要求：

1、了解帶傳動的特點及使用場合；

2、理解帶傳動彈性滑動特性，帶傳動的受力分析和運動分析； 重點：

帶傳動的工作原理和理論基礎（帶傳動的幾何關系，帶傳動的力分析、應力分析，帶的彈性滑動和打滑，帶傳動的最大有效圓周力，帶傳動的失效分析）。難點：

帶傳動彈性滑動特性；

第十二章 軸（4學時）教學內容：

1、軸的功用和類型；

2、軸的材料；

3、軸的結構設計；

4、軸的強度計算。教學要求：

1、掌握軸的結構設計原則；

2、理解軸的強度計算方法。

重點：階梯軸的結構設計和強度校核。難點：軸的強度計算。

第十三章 軸承（6學時）教學內容：

1、滑動軸承的結構形式和軸瓦及軸承襯材料；

2、非液體摩擦滑動軸承的計算；

3、滾動軸承的基本類型和特點；

4、滾動軸承的代號；

5、滾動軸承的失效形式劑選擇計算；

6、滾動軸承的潤滑和密封； 教學要求：

1、理解滑動軸承的特點和適用場合；

2、掌握非液體摩擦滑動軸承的計算方法；

3、握滾動軸承的類型、代號及尺寸選擇計算；

4、理解軸承壽命計算方法；

5、理解軸承裝置的設計方法。重點：

1、軸瓦的材料及其選用，非液體摩擦滑動軸承的設計方法。

2、滾動軸承尺寸的選擇；

3、滾動軸承壽命計算方法。 難點：

向心推力軸承（30000，70000）的受力分析。

四、本課程與其它課程的聯(lián)系與分工

本課程的先修課程是：《機械制圖》；《工程力學》；《AutoCAD》；《公差及技術測量》等。后續(xù)課程有《材料加工CAD/CAM》、《液壓成型工藝設備及設計》等。

五、建議教材及教學參考書 教材：

范順成主編.《機械設計基礎》（第三版）.1998.機械工業(yè)出版社.參考書目：

[1] 楊可貞主編.《機械設計基礎》（第四版）.1998..高等教育出版社.[2] 邱宣懷主編.《機械設計》（第四版）.1997.高等教育出版社.[3] 濮良貴主編.《機械設計》（第五版）.1997.高等教育出版社.[4] 孫 桓主編.《機械原理》（第四版）.1997.高等教育出版社.[5] 龔桂義主編.《機械設計課程設計指導書》（第三版）.1997.高等教育出版社.[6].龔桂義主編.《機械設計課程設計圖冊》（第三版）.1997.高等教育出版社.