工程材料与材料成型基础讲稿

第一篇：工程材料与材料成型基础讲稿

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

一、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： 1．来源广泛；

2．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（ζ-ε曲线）ζ= F/A0(MPa)ε=△L/ L0（%）A0——试样原始截面积(mm2)L0——试样标距长度

从ζ-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

ζp = Fp/So 弹性极限：保持纯弹性变形的最大应力

ζe = Fe/So 屈服强度：产生屈服时的应力（屈服点）

ζs = 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

ζr0.2 抗拉强度：断裂前最大载荷时的应力（强度极限）

ζb = 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 = [(LkAk)/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：

1.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）

2.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ζ-1表示）

第二篇：工程材料与成型技术基础复习总结

工程材料与成型技术基础 1.材料强度是指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力。2.工程上常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。3.弹性模量即引起单位弹性变形所需的应力。4.载荷超过弹性极限后，若卸载，试样的变形不能全部消失，将保留一部分残余成形，这种不恢复的参与变形，成为塑性变形。5.产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。6.抗拉强度是试样保持最大均匀塑性变形的极限应力，即材料被拉断前的最大承载能力。7.发生塑性变形而力不增加时的应力称为屈服强度。8.硬度是指金属材料表面抵抗其他硬物体压入的能力，是衡量金属材料软硬程度的指标。9.硬度是检验材料性能是否合格的基本依据之一。10.应用范围 具有粗大晶粒或组成相得金属材料的硬度 用于淬火钢、退火钢、铝合金等硬度稍软的金属 维氏硬度 测试原理 测量表面压痕，即测量面积，损害较大 测试件深度，即压痕深度增量 硬度分类 布氏硬度 洛氏硬度 测试小件，检验氧化、氮化、单个晶粒微粒 渗碳、镀层等工艺处理效果 11.12.13.14.布氏硬度最硬，洛氏硬度小于布氏硬度，维氏硬度小于前面两种硬度。冲击韧性：在冲击试验中，试样上单位面积所吸收的能量。当交变载荷的值远远低于其屈服强度是发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。疲劳度是指材料在无限多次的交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力。15.16.原子在空间呈规则排列的固体物质称为晶体，晶体具有固定的熔点。晶格：表示金属内部原子排列规律的抽象的空间格子。晶面：晶格中各种方位的原子面。晶胞：构成晶格的最基本几何单元。17.体心立方晶格:α-Fe、鉻（Cr）、钼（Mo）、钨（W）。面心立方晶格：铝（Al）、铜（Cu）、银（Ag）、镍(Ni)、金（Au）。密排六方晶格：镁（Mg）、锌（Zn）、铍（Be）、镉（Cd）。18.点缺陷是指长、宽、高三个方向上尺寸都很小的缺陷，如：间隙原子、置换原子、空位。19.线缺陷是指在一个方向上尺寸较大，而在另外两个方向上尺寸很小的缺陷，呈线状分布，其具体形式是各种类型的位错。20.面缺陷是指在两个方向上尺寸较大，而在另一个方向上尺寸很小的缺陷，如晶界和亚晶界。21.原子从一种聚集状态转变成另一种规则排列的过程，称为结晶。结晶过程由形成晶核和晶核长大两个阶段组成。22.纯结晶是在恒温下进行的。23.实际结晶温度Tn低于理论结晶温度Tm的现象，称为过冷，其差值称为过冷度ΔT,即ΔT=Tm﹣Tn。24.同一液态金属，冷却速度愈大，过冷度也愈大。25.浇注时，向液态金属中加入一些高熔点、溶解度的金属或合金，当其结构与液态金属的晶体结构相似时使形核率大大提高，获得均匀细小的晶粒。这种方法称为变质处理。26.液态金属结晶后获得具有一定晶格结构的晶体，高温状态下的晶体，在冷却过程中晶格结构法发生改变的现象，称为同素异构转变，又称重结晶。27.一种金属具有两种或两种以上的晶体结构，称为同素异构性。28.当溶质原子溶入溶剂晶格，使溶剂晶格发生畸变，导致固溶体强度、硬度提高，塑性和韧性略有下降的下降，称为固溶强化。29.金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，使合金的强度、硬度、耐热性和耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。30.杠杆定律→大题(P26)。31.相图分析→大题(P32)。32.铁碳合金的分类 合金的种类 碳的质量分数 室温组织 碳钢 工业纯铁 亚共析钢 钢 共析过共析钢 亚共晶铸铁 铸铁 白口铸铁 亚共晶晶铸铁 0.0218-﹤0.77 0.0218 0.77 0.77-2.11 2.11-4.3 4.3 4,3-6.69 P 综合F P+F P+FeCⅡ P+FeCⅡ+Ld’ Ld FeCⅠ+Ld’ 力学性能 软 塑性、韧性好 力学性能好 硬度大 硬而脆 33.碳钢是指碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金。34.碳钢的分类 分类方法 钢种 低碳钢 质量分数 wc≦0.25% 特点 强度低、塑性和焊接性好 强度较高、但塑性和焊接性差 塑性和焊接性差，强度和硬度高 按碳的质量分数 中碳钢 wc=0.025%-0.6% 高碳钢 wc﹥0.6% 35.铸铁是应用广泛的一种铁碳合金，其wc﹥2.11%.36.按照石墨形貌的不同，这一类铸铁可以分为灰铸铁（片状石墨）、可锻铸铁（团絮状石墨）、球墨铸铁（球状石墨）和蠕墨铸铁（蠕虫状石墨）四种。37.钢的热处理是将固态钢采用适当的方式进行加热、保温、和冷却，以获得所需组织结构与性能的一种工艺。38.热处理的特点是改变零件内部组织，不改变其形状与尺寸，消除毛坯缺陷，改善毛坯切削性能，改善零件的力学性能。即改善工艺性能和力学性能。39.热处理分为普通热处理（退火、正火、淬火和回火）、表面热处理（表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗）及特殊热处理（形变热处理）。40.不是所有材料都能进行热处理强化，满足条件：①有固态相变②经冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态③表面能被活性介质的原子渗入从而改变化学成分。41.退火作用是为了降低硬度，提高塑性改善切削性能。42.淬火的作用：获得高硬度的马氏体。43.奥氏体化：将钢加热至临界点以上使形成奥氏体的金属热处理过程，珠光体向奥氏体转变。44.奥氏体化是钢组织转变的基本条件。45.应用等温转变曲线分析奥氏体化在连续冷却中的转变（P53)46.球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。热处理后的组织为珠状珠光体，应用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。目的：降低硬度、改善切削加工性，改善热处理工艺性能，为淬火做组织准备。47.正火，又称常化，是将工件加热至727到912摄氏度之间以上40~60min，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。应用于亚共析钢，铁素体和索氏体、亚共析钢，索氏体、过共析钢，索氏体和二次渗碳体。目的：对于低碳钢、低碳低合金钢，细化晶粒，提高硬度，改善切削加工性，对于共析钢，消除二次网状渗碳体，有利于球化退火的进行。48.钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，再以大于临界冷却速度快速冷却，从而发生马氏体转变的热处理工艺。淬火钢得到的组织主要是马氏体（或下贝氏体），此外还有少残余奥氏体及未溶的第二相。目的：提高钢的硬度和耐磨性。49.回火是将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温，然后冷却的热处理工艺。50.低温回火的组织为回火马氏体，它有饱和的α相和与其共格的ε-Fe2.4C组成，低温回火的目的是保持淬火马氏体的高硬度和高耐磨性，降低淬火应力和脆性，用于各种高碳钢的道具、量具、冷冲模具、滚动轴承和渗碳工件。51.中温回火后的组织为回火托氏体，它有尚未发生的再结晶的针状铁素体和弥散分布的极细小的片状或粒状渗碳体组成，目的是为了获得高的屈强比、高的弹性极限、高的韧性，用于各种弹簧、锻模。52.高温回火的组织为回火索氏体，它有已再结晶的铁素体和均匀分布的细粒状渗碳体组成，失去了原来淬火马氏体的片状或板条状形态，呈现多边形颗粒状，同时渗碳体聚集长大。目的：获得综合力学力学性能，在保持较高强度的同时，具有较好的塑性和韧性，适用于处理传递运动和力的重要零件，如：传动轴、齿轮。53.淬火后高温回火的热处理称为调质。54.产生回火脆性：淬火合金钢在某一温度范围内回火时，出现冲击韧性剧烈下降的现象，称为回火脆性。在350℃附近回火，碳钢的和合金钢都会出现冲击韧性下降，产生脆化现象，这种回火脆性称为第Ⅰ类回火脆性。它与回火的冷却方式无关，且无法消除，因此一般不在250-400℃温度范围内回火。淬火合金钢在450-650℃回火时出现的回火脆性，称为第Ⅱ类回火脆性。它与杂质在奥氏体晶界上的偏析有关，消除第Ⅱ类回火脆性的方法：回火后快速冷却，使杂质来不及在晶界上偏析。（简答题）55.液态金属充型铸造，获得尺寸精确，轮廓清晰的铸件，取决于充型能力。在液态金属充型过程中，一般伴随结晶现象，若充型能力不足，在型腔被填满之前形成晶粒将充型的通道堵塞，金属液态迫使停止流动，于是铸件将产生不足或冷隔等缺陷。56.充型能力取决于金属液本身的流动能力。57.影响充型能力的因素和原因 序号 影响因素 定义 液态金属本身的流动能力 1 合金的流动性 影响原因 流动性好，易于浇出轮廓清晰、薄而复杂的铸件，有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；易于对铸件的收缩进行补缩。2 浇注温度 浇注时金属液的温度 金属液体在流动方向上所受的压力 3 充型压力 浇注温度愈高，充型能力俞强。压力愈大，充型能力俞强，但压力过大或充型速度过高会发生喷射、飞溅和冷隔现象。4 铸型中的气体 浇注时因铸型发气而形成在铸型内能在金属液与铸型间产生气的气体 膜，减小摩擦阻力，但发气太大，铸型的排气能力又小时，铸型中的压力增大，阻碍金属液的流动 铸型从其中的金属吸取并向外传输5 铸型的传热 热量的能力 传热系数愈大，铸型的激冷能力就俞强，金属液于其中保持液态的时间就愈短，充型能力下降。6 铸型系数温度 铸型在浇注时的温度 温度愈高，液态金属与铸型的温差就愈小，充型能力愈强。7 浇注系统结构 各浇道的结构复杂情况 结构愈复杂，流动阻力愈大，充型能力愈差。8 铸件的折算厚度 铸件体积与表面积之比 折算厚度大，散热慢，充型能力好。9 铸件的复杂程度 铸件结构复杂程度 结构复杂，流动阻力大，铸型充填困难。58.铸件的凝固方式分为三种类型：逐层凝固方式、体积凝固（糊状凝固）方式和中间凝固方式。59.铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩。收缩是铸件许多缺陷产生的基本原因。60.金属从浇注温度冷却到室温经过三个收缩阶段：⑴液态收缩：金属在液体状态时的收缩，其原因是由于气体排出，空穴减少，原子间间距减小。⑵凝固收缩：金属在凝固过程中的收缩，其原因是由于空穴减少，原子间间距减小。液态收缩和凝固收缩又称为体积收缩，是缩孔或缩松形成的基本原因。⑶固态收缩：金属在固态过程中的收缩，其原因在于空穴减少，原子间间距减少。固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化，古称尺寸收缩线收缩。线收缩对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。61.在常用合金中，钢的收缩率最大，灰铸铁收缩率最小。62.铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，大而集中的称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。结晶间隔大的合金，易产生缩松，纯金属共晶成分的合金，易形成集中的缩孔。63.金属材料经冷塑性变形后，随变形度的增加，其强度、硬度提高，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。64.晶体只有在切应力的作用下才会发生塑性变形。65.金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形加工，此时产生加工硬化。金属在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热变形加工。66.热变形加工可使金属中的气孔和疏松焊合，并改善夹杂物，碳化物的形态、大小和分布，提高钢的强度、塑性及冲击韧度。67.热变形时铸锭中的非金属夹杂物沿变形方向被拉长为纤维组织（热加工流线）。68.自由锻用于单件、小批量锻件的生产以及大型锻件的产生。69.自由锻相比模锻具有以下特点：模锻件形状和尺寸精度高，表面质量好，加工余量小，节省金属材料;生产率高;操作简单，易于实现自动化;模锻设备要求较高，吨位要求大，锻模结构复杂，成本高，生产准备周期较长。70.模锻适用于中、小型锻件的成批及大量生产。71.板料冲压是利用冲模在压力机上对材料施加压力，使材料产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的加工方法。板料冲压通常在室温下进行，故又称冷冲压。72.弯曲件在弯曲变形后，会伴随一些弹性恢复从而造成工件弯曲角度、弯曲半径与模具的形状、尺寸不一致的现象称为弯曲件的回弹现象。73.焊接方法：熔化焊、压力焊和钎焊。74.电阻焊是利用接触电阻热将接头加热到塑性或熔化状态，再通过电极施加压力，形成原子间结合的焊接方法。75.钎焊分为两类：硬钎焊和软钎焊。硬钎焊的特点是所用钎料的熔化温度高于450℃，接头的强度大，用于受力较大、温度较高的场合。所用的钎料多为铜基、银基。钎料熔化温度低于450℃的钎焊是软钎焊。软钎焊常用锡铅钎料，适用于受力不大，工作温度低的场合。76.焊接残余应力变形产生的原因：结构件在焊接以后2产生变形，内部易产生残余应力。焊接残余应力会增加结构工作的应力，降低结构的承载能力。焊接时，焊缝被加热，焊缝区应膨胀，但由于焊缝区域周围的金属未被加热和膨胀，所以该部分的金属制约了焊缝区受热的自由膨胀，焊缝产生塑性变形并缩短。焊缝冷却后，焊缝区域比周围区域短，但是焊缝周围区域并没有缩短，从而阻碍焊缝区域的自由收缩，产生焊接以后工件的变形与应力。77.低碳钢的焊接：焊接性良好，焊接时没有淬硬、冷裂倾向。78.铸铁的焊接：铸铁碳含量高，塑性低，焊接性差。铸铁焊接容易产生裂纹。79.焊接时，为什么对焊接区进行保护？有哪些保护措施？ 答：防止空气进入熔池，减少焊缝金属中的氧、氮含量、氧含量增加，焊缝的强度、硬度、塑性、韧性下降。氮含量增加，会使焊缝中产生气孔。保护措施：⑴造气保护：焊条药皮或焊剂在高温下回产生气体，在焊接区周围形成一层保护气体，隔绝空气，使弧柱和熔池受到保护。如氩弧焊。⑵造渣保护，焊条药皮或焊剂熔化后产生熔渣，在熔池表面形成一层熔渣，与空气隔绝。如埋弧焊。⑶气-渣联合保护，在焊接区周围同时形成保护气体和熔渣，对焊接区进行保护。如焊条电弧焊。⑷渗合金，通过药皮、焊剂或焊条、焊丝向金属池渗合金，添加硅、锰等有益元素，以弥补其烧损，并进行脱氧、脱硫、脱磷，从而保证和调整焊缝的化学成分。80.热塑性塑料:其分子结构主要为线型或支链线型分子结构，工艺特点是受热软化、熔融、具有可塑性，冷却后坚硬；再受热又可软化，可重复使用而其基本性能不变；可溶解在一定的溶剂中。成形工艺简便、形式多种多样，生产效率高，可直接注射、挤压、吹塑成型，如聚乙烯、聚丙烯。81.热固性材料：具有体型分子结构，热固性塑料一次成形后，质地坚硬、性质稳定，不再溶于溶剂中，受热不变形，不软化，不能回收。成形工艺复杂，大多只能采用模压或层压法，生产效率低，如酚醛塑料、环氧塑料。82.陶瓷材料具有高强度、高模量、高硬度以及高耐温、耐腐蚀等优良性能。但特有的脆性、抗热振性能差等缺陷。83.碳/碳复合材料具有碳和石墨材料特有的优点如低密度，优异热性能如耐烧蚀性、抗热震性、高导热性和低膨胀系数。同时还具有复合材料的高强度、高弹性模量。84.纳米材料的特性：量子尺寸效应、表面效应、纳米材料的体积效应、量子隧道效应。85.毛坯选择的原则：⑴工艺性原则⑵适应性原则⑶生产条件兼顾原则⑷经济性原则⑸可持续性发展原则。制作人：罗爽 绝无雷同 翻者必究

第三篇：材料成型基础课程设计教学大纲

材料成型基础课程设计教学大纲

课程名称：材料成型基础课程设计 学 分：2 总 学 时：2 周

适用专业：机械工程及自动化 先修课程：材料成型基础

一、课程的性质、目的与任务：

课程设计是学完材料成型技术基础课及有关机类课程后，所进行的实践教学环节。主要目的在于提高学生的工程实践能力和综合运用专业知识的能力。它要求学生对具体机械零件的制造过程进行综合的工艺设计。

其目的在于：

1、培养学生运用机械制造基础理论和实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计简单零件的工艺图和工艺规程的能力。

2、通过综合工艺设计对机械制造的全过程有完整的了解。尤其是各工序，毛坯（如铸、锻、焊）制造、热处理及机械加工之间联系和影响。

3、培养学生熟悉运用有关手册，标准图表的技术资料的能力。

4、进一步培养学生识图、计算机绘图、运算和编写技术文件的基本技能。任务： 铸造：

1．铸造工艺草图 1张

2．铸造工艺图 1张 3．铸件图 1张 4．铸造工艺卡 1份 5．热处理工艺卡片 1份 6．工艺设计说明书 1份

锻造：

1．锻件草图 1张

2．锻件图 1张

3．锻造工艺卡 1份

4．热处理工艺卡片 1份

5．工艺设计说明书

1份

焊接：

1．焊接工艺草图 1张 2．焊接工艺图 1张 3．补绘部件图 1张

4．焊接工艺卡片 1份 5．装配工艺过程卡片 1份 6．热处理工艺卡片 1份 7．工艺设计说明书 1份

二、教学基本要求：

1、工艺图或毛坯图的绘制，除用计算机绘制外，还要用手工按比例绘制草图；

2、工艺图和毛坯均采用A4纸打印；

3、所编工艺应有热处理部分和机械加工校核；

4、学生除在机房上机使用“材料成型技术基础计算机辅助课程设计”软件进行设计外，还需要查阅有关手册等参考资料在教室进行设计。

三、教学内容：

1、铸造

1）铸造结构工艺性分析； 2）工艺方案的确定 a、铸造方法的选择

b、造型及制芯方法的选择 c、浇注位置的选择 d、分型面的选择

e、砂箱中铸件的数量及其排列； 3）工艺参数的选择 a、加工余量的确定 b、起模斜度的确定 c、铸造圆角 d、收缩率 e、其它参数 4）型芯设计、5）浇注系统的设计 6）冒口系统的设计

7）绘制铸造工艺图（手工按比例绘制和计算机绘制）8）绘制铸件图

9）填写铸造工艺卡

10）编写课程设计说明书

2、锻造

1）结构工艺性分析 2）锻造缺陷及措施 3）绘制锻件图

4）确定毛坯的重量如尺寸

5）确定变形过程锻造温度范围和锻造设备 6）填写锻造工艺卡

7）编写课程设计说明书

3、焊接

1）工艺性分析 2）选择焊接方法

3）选择焊接接头（列表）4）选择焊接材料及工艺参数 5）补绘焊接部件图 6）填写装焊过程卡 7）填写焊接工艺卡（每一种接头一个焊接工艺卡）8）焊接设备及参数选择

9）编写课程设计说明书

4、热处理

1）热处理安排原则及工序安排（如预先热处理和最终热处理的安排）2）确定热处理位置（确定工艺路线中热处理的位置）3）确定热处理方法，查询热处理代号 4）热处理缺陷分析 5）确定热处理参数

6）绘制热处理工艺曲线 7）选择热处理设备与工具 8）填写热处理工艺卡 9）编写课程设计说明书

四、教学参考书：

1.胡城立、朱敏主编.材料成型基础.武汉：武汉理工大学出版社，2001 2.丁殿忠.金属工艺学课程设计.北京：机械工业出版社

3.沈其文主编.材料成型工艺基础.武汉：华中理工大学出版社.1999 4.王俊昌、王荣声主编.工程材料及机械制造基础Ⅱ.北京：机械工业出版社.1998 5.李弘英等.铸造工艺设计.北京：机械工业出版社，2005，2 6.李魁盛主编.铸造工艺设计基础.北京：机械工业出版社.1981 7.张志文．锻造工艺学[M].北京：机械工业出版社,1990.8.任福东主编.热加工工艺基础.北京：机械工业出版社.1997 9.姜奎华主编.冲压工艺与模具设计.北京：机械工业出版社.1997

五、说明：

学生在完成规定的设计任务并经指导老师签字后，在规定的日期进行答辩。1）根据设计的工艺文件、图样和说明书质量； 2）答辩时回答问题的情况；

3）平时的工作态度、独立工作能力；

这三方面的表现，来综合评定学生的成绩。设计成绩记为优、良、中、及格和不及格。

第四篇：机械工程材料及成型技术基础

《机械工程材料及成型技术基础》

班级：机自144 姓名：董

浩 学号：201406024407

金属材料在机械行业中的应用

一、金属材料的特性

1、机械性能

1.1强度

这是表征材料在外力作用下抵抗变形和破坏的最大能力，可分为抗拉强度极限（σb）、抗弯强度极限（σbb）、抗压强度极限（σbc）等。由于金属材料在外力作用下从变形到破坏有一定的规律可循，因而通常采用拉伸试验进行测定，即把金属材料制成一定规格的试样，在拉伸试验机上进行拉伸，直至试样断裂。

1.2塑性

金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的最大能力称为塑性，通常以拉伸试验时的试样标距长度延伸率δ（%）和试样断面收缩率ψ（%）表示。

1.3硬度

金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的能力成为硬度，或者说是材料对局部塑性变形的抵抗力。根据硬度的测定方法，主要可以分为：布氏硬度和洛氏硬度。

1.4韧性

金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力成为韧性。

2、化学性能

金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。在实际应用中主要考虑金属的抗蚀性、抗氧化性（又称作氧化抗力，这是特别指金属在高温时对氧化作用的抵抗能力或者说稳定性），以及不同金属之间、金属与非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等等。在金属的化学性能中，特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。

3、物理性能

3.1密度

ρ=P/V 单位克/立方厘米或吨/立方米，式中P为重量，V为体积。在实际应用中，除了根据密度计算金属零件的重量外，很重要的一点是考虑金属的比强度（强度σb与密度ρ之比）来帮助选材，以及与无损检测相关的声学检测中的声阻抗（密度ρ与声速C的乘积）和射线检测中密度不同的物质对射线能量有不同的吸收能力等等。3.2熔点

金属由固态转变成液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温性能有很大关系。3.3热膨胀性

随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数衡量，亦即温度变化1℃时，材料长度的增减量与其0℃时的长度之比。热膨胀性与材料的比热有关。

在实际应用中还要考虑比容材料受温度等外界影响时，单位重量的（材料其容积的增减，即容积与质量之比），特别是对于在高温环境下工作，或者在冷、热交替环境中工作的金属零件，必须考虑其膨胀性能的影响。

3.4磁性

能吸引铁磁性物体的性质即为磁性，它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感应强度、矫顽磁力等参数上，从而可以把金属材料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。3.5电学性能

主要考虑其电导率，在电磁无损检测中对其电阻率和涡流损耗等都有影响。

4、工艺性能

4.1切削加工性能：

反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。

4.2可锻性：

反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。

4.3可铸性：

反应金属材料融化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等等。

4.4可焊性：

反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。

二、金属材料的发展前景

金属制品行业包括结构性金属制品制造、金属工具制造、集装箱及金属包装容器制造、不锈钢及类似日用金属制品制造，船舶及海洋工程制造等。随着社会的进步和科技的发展，金属制品在工业、农业以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛，也给社会创造越来越大的价值。

金属制品行业在发展过程中也遇到一些困难，例如技术单一，技术水平偏低，缺乏先进的设备，人才短缺等，制约了金属制品行业的发展。为此，可以采取提高企业技术水平，引进先进技术设备，培养适用人才等提高中国金属制品业的发展。

三、学习体会

老师将同学们分成十组，让每个同学动手制作PPT，上台演讲，使每个人都融入到课堂中。采用学生先讲，老师再补充的方法，让我们更加清楚的认识这门课。

多媒体教学打破了传统的教学格局，极大地调动了教师与学生的双边积极性。因其具有声音、图像和动画等功能，课堂教学气氛活跃，学生容易按老师的教学思维去回答问题，教师也容易按正常的规律从事教学活动，师生双方的潜能都得到应有的发挥，特别是调动了学生的内在学习动力，学生学习兴趣得到培养，同时也有利于素质教育的开展。但需要注意的是，在机械工程材料教学中，不是每堂课都需要在多媒体教室讲解，在确定教学内容时应注意一个问题，就是如何最大限度地发挥多媒体优势，就是说要让多媒体为教学内容雪中送炭，而不能画蛇添足。

教师要运用自己的知识和经验，理解和把握教材，有计划地组织学生走出校园，走进社会，下车间参观锻炼，多接触各种材料，了解金属材料加工工艺，掌握改善材料的力学性能的方法等，让学生在各个实践环节训练，通过这些实训，充分调动学生的主动性，提高学生运用知识和基本技能分析、解决实际问题的能力，开阔学生的视野，掌握更多的操作技能，使他们认识到机械工程材料知识的价值。

机械工程材料是一门实用型学科，其中每个理论都与生产实际密切相关，每种材料也都有特定的应用范围。因此，在教学过程中，教师针对学生的工种和状况，深入挖掘教材内容，将抽象的理论有意识地与生产实践相结合，有目的地设计兴奋点，让课本内容更贴近生产，并通过工作中的实例加以说明。

通过学习机械工程材料及成型技术基础这门课，让我们对金属材料、高分子材料、新型材料陶瓷材料、有色金属有了更深的认识，初步掌握了金属热处理技术、焊接技术、铸造技术、金属材料成型基本原理、金属材料的力学性能。

由于我们组的大课题是金属材料成型基本原理，所以我对这节的印象更加深刻。自己动手找材料制作课件，让我对其中的每个问题都有了深刻理解。如利用机械外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者互相抵消，称为机械矫正法；利用火焰对焊件局部进行加热。高温处的金属材料受热膨胀后，受到构件本身的刚性制约，产生局部的压缩塑性变形，当焊件冷却后发生收缩抵消了焊后在该部位的伸长变形，从而达到矫正目的称为火焰矫正法：常用的金属加工机器有车床、铣床、刨床、冲床、等等。

虽然课程结束了，但是身为机械专业学生的我们应该在接下来的时间里不断补充自己有关机械材料方面的知识。

第五篇：《机械设计基础》教学大纲-材料成型36-0910

《机械设计基础》 课程教学大纲 Basis of Mechanical Designing

课程编号: 12512007 学 时 数:36 执 笔 人:龚建春

适用专业: 材料成型及控制工程（本科）学 分 数: 2.5

编写日期:2009年10月

一、课程的性质和目的

本门课程属于材料成型及控制工程专业学生必修的一门专业基础课，是培养学生了解和掌握机械基础知识、具备机械设计初步能力的重要课程。通过本课程的教学，学生应能明确机械设计在经济建设中的重要作用和在机器设计中的重要地位，熟悉常用机构、通用机械零件，初步具备机械设计、分析机械零件失效的原因和提出改进措施的能力。

二、课程教学环节的基本要求 课堂讲授：

本课程以课堂讲授为主要的教学形式。根据教育发展的趋势和教学教改的要求，要积极开展电化教学，充分利用演示、幻灯、投影、CAI等现代化教学手段，提高教学效果和课堂效率。作业方面：

作业习题内容要多样化，要有典型性、代表性，要能达到巩固理论，掌握基本计算方法，提高分析和解决问题的能力、熟悉标准、规范的作用。学生必须独立按时完成作业，除教材外，教师应给学生指定相关参考书，以拓宽学生知识面。考试环节：

本课程为考查课，考试形式以卷面考试为主，有条件可采用其他的合理形式。

三、课程的教学内容和学时分配 绪论（1学时）教学内容：

1、课程的性质和任务、研究的对象和内容；

2、本课程在教学中的地位；

3、机械、机器、机构、构件及零件（部件）的基本概念；

4、机械设计的基本要求和一般过程。教学要求：

了解本课程的性质、特点、机器设计的基本要求和一般过程。

第一章平面机构的构成分析（3学时）教学内容：

1、运动副及其分类；

2、平面机构运动简图；

3、平面机构自由度的计算； 教学要求：

掌握运动副的分类及平面机构自由度的计算；了解机构运动简图的绘制方法；

重点: 运动副的分类及平面机构自由度的计算

难点：平面机构自由度的计算---虚约束、复合铰链等。

第二章平面连杆机构（4学时）

教学内容：

1、铰链四杆机构的基本形式和特性；

2、铰链四杆机构的曲柄存在条件； 教学要求：

1、了解四杆机构的类型和演化；

2、掌握有关四杆机构的基本知识； 重点：

有关四杆机构的基本知识。

第三章 凸轮机构（4学时）教学内容：

1、凸轮机构的应用和类型；

2、从动件的常用运动规律；

3、图解法设计凸轮轮廓；

4、解析法设计凸轮轮廓； *

5、设计凸轮机构应注意的问题。教学要求：

1、了解凸轮机构的类型和特点；

2、掌握凸轮轮廓线的作图法设计；

3、了解解析法设计原理；

4、理解从动件常用运动规律及其选择原则。重点：

1、凸轮机构的应用和类型；

2、从动件的常用运动规律 难点：

从动件的常用运动规律行程（摆角）--时间（转角）图的绘制。备注：* 者为选学内容，选学需多加2学时

第四章 齿轮机构（8学时）教学内容：

1、齿轮机构的特点和类型；

2、齿廓啮合基本定律；

3、渐开线齿廓；

4、齿轮各部分名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸；

5、渐开线标准齿轮的啮合；

6、渐开线齿轮的切齿原理；

7、轮齿的失效形式；

8、直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷；

9、直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算和齿根弯曲疲劳强度计算；

10、蜗杆传动的特点和类型；

11、蜗杆传动的主要参数和几何尺寸；

12、蜗杆传动的失效形式、材料和结构；

13、蜗杆传动的受力分析； 教学要求：

1、掌握直齿圆柱齿轮传动的啮合特性及尺寸计算；

2、理解齿廓啮合基本定律及斜齿轮机构的特点；

3、掌握直齿圆柱齿轮强度计算过程及各基本参数选择的基本要求。

4、掌握蜗杆传动的受力分析方法。重点：蜗杆传动的受力分析方法

第五章 轮系（2学时）教学内容：

1、轮系的类型；

2、定轴轮系及其传动比；

3、周转轮系及混合轮系简述。教学要求：

1、了解轮系的功用；

2、掌握定轴轮系传动比的计算方法。重点：

1、轮系的应用和分类；

2、定轴轮系的传动比。

第六章 联接（2学时）教学内容：

1、可拆联接和不可拆联接概述；

2、螺纹联接的防松；

3、普通平键联接的选用及校核。教学要求：

1、了解螺纹联接的类型和特点；

2、掌握键联接的类型及选择计算； 重点：

单个螺栓的强度计算。

键的类型和特点、尺寸选择和强度校核方法。

第九章 带传动（2学时）教学内容：

1、带传动的类型和应用；

2、带传动的受力分析；

3、带传动的弹性滑动和传动比；

4、V带轮的结构； 教学要求：

1、了解带传动的特点及使用场合；

2、理解带传动弹性滑动特性，带传动的受力分析和运动分析； 重点：

带传动的工作原理和理论基础（带传动的几何关系，带传动的力分析、应力分析，带的弹性滑动和打滑，带传动的最大有效圆周力，带传动的失效分析）。难点：

带传动弹性滑动特性；

第十二章 轴（4学时）教学内容：

1、轴的功用和类型；

2、轴的材料；

3、轴的结构设计；

4、轴的强度计算。教学要求：

1、掌握轴的结构设计原则；

2、理解轴的强度计算方法。

重点：阶梯轴的结构设计和强度校核。难点：轴的强度计算。

第十三章 轴承（6学时）教学内容：

1、滑动轴承的结构形式和轴瓦及轴承衬材料；

2、非液体摩擦滑动轴承的计算；

3、滚动轴承的基本类型和特点；

4、滚动轴承的代号；

5、滚动轴承的失效形式剂选择计算；

6、滚动轴承的润滑和密封； 教学要求：

1、理解滑动轴承的特点和适用场合；

2、掌握非液体摩擦滑动轴承的计算方法；

3、握滚动轴承的类型、代号及尺寸选择计算；

4、理解轴承寿命计算方法；

5、理解轴承装置的设计方法。重点：

1、轴瓦的材料及其选用，非液体摩擦滑动轴承的设计方法。

2、滚动轴承尺寸的选择；

3、滚动轴承寿命计算方法。 难点：

向心推力轴承（30000，70000）的受力分析。

四、本课程与其它课程的联系与分工

本课程的先修课程是：《机械制图》；《工程力学》；《AutoCAD》；《公差及技术测量》等。后续课程有《材料加工CAD/CAM》、《液压成型工艺设备及设计》等。

五、建议教材及教学参考书 教材：

范顺成主编.《机械设计基础》（第三版）.1998.机械工业出版社.参考书目：

[1] 杨可贞主编.《机械设计基础》（第四版）.1998..高等教育出版社.[2] 邱宣怀主编.《机械设计》（第四版）.1997.高等教育出版社.[3] 濮良贵主编.《机械设计》（第五版）.1997.高等教育出版社.[4] 孙 桓主编.《机械原理》（第四版）.1997.高等教育出版社.[5] 龚桂义主编.《机械设计课程设计指导书》（第三版）.1997.高等教育出版社.[6].龚桂义主编.《机械设计课程设计图册》（第三版）.1997.高等教育出版社.