工程材料及成形工艺基础教学大纲

第一篇：工程材料及成形工艺基础教学大纲

第1章 材料的种类与性能 1.材料的种类 2.材料的性能

本章重点：金属材料的力学性能 本章难点：应力应变曲线 第2章 材料的组织与结构 1.金属的晶体结构与结晶 2.实际金属组织及其缺陷 3.匀晶 共晶及其它相图 4.铁碳合金相图 5.相图与性能的关系 本章重点：铁碳合金相图；

本章难点：铁碳合金结晶过程；铁碳合金相图的应用； 第3章 铁合金材料的金属热处理及材料改性 1.钢的热处理原理 2.钢在加热时组织的变化 3.钢在冷却时组织的变化 4.钢的普通热处理 5.钢的表面热处理 6.铸铁的热处理

本章重点：钢的热处理原理及普通热处理工艺 本章难点：钢在加热、冷却时的组织转变与规律 第4章 铁合金材料 1.碳钢 2.合金钢 3.铸铁

本章重点：常用钢铁材料的牌号、化学成分及合金元素的作用、性能及应用 本章难点：合金元素在钢中的作用及各类钢铁材料的热处理特点及应用范围。第5章 非铁合金材料

1.铝及铝合金 2.钛及钛合金 3.镁及其合金 4.铜及铝合金 3.镍及其合金

本章重点：常用有色金属及其合金牌号、性能及应用 本章难点：合金元素对非铁合金材料的影响 第6章 非金属材料及其改进 1.非金属材料分类和特点 2.非金属材料改性及其强化 3.非金属材料在航空航天上应用 本章重点：常用非金属材料

本章重点：常用非金属材料及复合材料性能 第7章 复合材料 1.常用复合材料 2.复合材料的特点和性能 3.复合材料在航空航天上应用 本章重点：常用复合材料性能 本章难点：复合材料性能 第8章 功能材料 1.功能材料分类和特点 2.常用功能材料 本章重点：常用功能材料 本章难点：功能材料的应用 第9章 机械零件失效及选材原则 1.机械零件失效及分析 2.选材的一般原则 3.选材的实际过程

本章重点：机械零件选材一般原则 本章难点：选材的实际过程

第10章 铸造工艺基础 1． 铸造生理论基础

铸造的工艺原理、特点、分类和应用等。2． 铸造成形工艺

砂型铸造（手工造型，机器造型）；

特种铸造（熔模铸造，金属型铸造，压力铸造，离心铸造，其他特种铸造方法）；铸铁件的生产，铸钢件与非铁合金铸件的生产； 3． 现代铸造技术简介

本章重点：砂型铸造和特种铸造，铸件的结构工艺性

本章难点：分型面与浇注位置选择及相互关系，合金性能对铸件结构工艺性的影响 第11章 锻压工艺基础 1． 压力加工理论基础

塑性成形加工的原理、特点、分类和应用等； 2．锻造及其工艺基础

自由锻（自由锻的特点及应用，自由锻工序等）；

模锻与胎模锻（模锻的特点及应用，锤上模锻，压力机上模锻简述，胎模锻）； 自由锻工艺设计，模锻工艺设计； 3.冲压及其工艺基础

板料冲压（冲裁，弯曲，拉深，其他板料成形工艺）； 4． 现代压力加工技术的发展动向

本章重点：锻造方法与工艺，锻压件的结构工艺性 本章难点：自由锻和模锻工艺设计 第12章 焊接工艺基础 1． 焊接生产概论

2． 焊接的工艺原理、特点、分类和应用等

熔焊（焊条电弧焊，埋弧焊，气体保护电弧焊，电渣焊等）；压焊（电阻焊，摩擦焊，扩散焊等）；钎焊（软钎焊，硬钎焊）； 3.常用金属的焊接

金属的焊接性（金属焊接性的概念，金属焊接性的评定）； 钢的焊接（碳素钢的焊接，低合金结构钢的焊接，不锈钢的焊接）；

铸铁及非铁金属的焊接； 4.现代焊接技术与发展趋势 焊接结构与工艺设计实例；

本章重点：熔焊方法，焊接结构工艺设计 本章难点：焊接应力与变形

第13章 非金属材料及复合材料成形方法简介 1． 高分子材料的成形

高分子材料成形工艺原理与特点；

塑料制品成形工艺（注射成形，挤出成形，压制成形等）； 2． 陶瓷材料的成形

陶瓷材料成形工艺原理与特点； 陶瓷材料成形方法； 陶瓷制品的烧结； 3．复合材料的成形

复合材料成形工艺原理与特点； 复合材料成形工艺

本章重点：塑料成形,陶瓷成形，复合材料成形基本原理 本章难点：复合材料成形工艺

三、实践环节

实验一 钢的热处理及硬度测定

1、碳钢的热处理操作；

2、碳钢热处理后的组织观察、热处理前、后硬度对照测试 实验二 金属材料的硬度测定

第二篇：工程材料及成形工艺基础试题

工程材料及热成型工艺复习题习题一 填空题 1．工程材料按成分特点可分为金属材料、、；金属材料又可分为和两类；非金属材料主要有、；复合材料是指。

2．炼铁的主要设备是炉，炼钢炉主要有转炉和，转炉主要用于冶炼钢。3．钢材的主要品种有钢板、、、等，钢板是采用方法生产的，其种类有厚板、中板、薄板，它们的厚度分别为、、。

4．金属材料的力学性能主要包括强度、、、等；强度的主要判据有和，强度和可以用拉伸试验来测定；测量方法简便、不破坏试样，并且能综合反映其它性能，在生产中最常用。5．铜、铝、铁、铅、钨、锡这六个金属，按密度由高至低排列为，按熔点由高至低排列为。6．晶体是指，晶体结构可用晶格来描述，常见金属晶格有、和；金属Cu、Al、γ-Fe等金属的晶格类型为，α-Fe、β-Ti、Cr、W等金属的晶格类型为。

7．合金是的物质，合金相结构主要有和；其中常作为合金的基体相，少量、弥散分布时可强化合金，常作为强化相。

8．实际金属的结晶温度总是低于结晶温度，这种现象称为过冷现象，一般情况下金属的冷却速度越快，过冷度越，结晶后的晶粒越，金属的强度越，塑性和韧性越。选择题

1．三种材料的硬度如下，其中硬度最高的是（C），硬度最低的是（B）

(a)40HRC

(b)250HBS（c）800HV

2．在设计机械零件时，一般用（AB）作为设计的主要依据。（a）σb

(b)σs

(c)σ-1

(d)δ

3．硬度在235~255HBS的成品轴，抽检性能时应采用（B）。（a）HBS

(b)HRC

(c)HRB

4．高温下的铁冷却过程中，在1394℃由γ-Fe转变为α-Fe时，其体积会（A）。（a）膨胀

(b)缩小

(c)不变

金属的晶粒大小对力学性能有何影响？生产中有哪些细化晶粒的措施？

答：在室温下，一般情况是晶粒越细，其强度、硬度越高，韧性、塑性越好，这种现象称为细化晶粒。措施：（1）.增加过冷度；（2）.变质处理；（3）.附加振动。习题二

一、填空题

1、铁碳合金的主要力学性能与碳的质量分数之间的关系规律是：当wc﹤0.9%时，随着碳质量分数的增加，其、增加，而、降低；当wc>0.9%时，其、、降低，而增加。

2、铁碳合金在室温下平衡组织组成物的基本相是和，随着碳的质量分数的增加，相的相对量增多，相的相对量却减少。

3、珠光体是一种复相组织，它由和按一定比例组成。珠光体用符号表示。

4、铁碳合金中，共析钢的wc=

%,室温平衡组织为；亚共析钢的wc=

%，室温平衡组织为；过共析钢的wc=

%,室温平衡组织为。

5、铁碳合金结晶过程中，从液体中析出的渗碳体称为渗碳体；从奥氏体中析出的渗碳体称为渗碳体；从铁素体中析出的渗碳体称为渗碳体。

二、选择题

1、下面所的列组织中，脆性最大的是（d）；塑性最好的是（a）。(a)F

(b)P

(c)A

(d)Fe3C

2、在平衡状态下，下列钢的牌号中强度最高的是（c）,塑性最好的是（c）。(a)45 钢

(b)65钢

(c)08F钢

(d)T10钢。

3、钢牌号Q235A中的235表示的是（b）

（a）抗拉强度值

(b)屈服点最低值

(c)疲劳强度值

(d)布氏硬度值。

4、下列叙述错误的是（b）。

（a）碳在γ-Fe中的间隙式固溶体称为奥氏体

(b)铁素体在室温下的最大溶解度是0.0218%

(c)奥氏体在727℃以上具有良好的塑性

(d)奥氏体的溶碳能力比铁素体强

5、将下列组织按其所能达到的最高碳的质量分数从大到小排列，正确的顺序是（c）（1）P（2）F（3）Fe3C（4）Ld'

(5)A（a）1、2、3、4、5（b)3、4、1、5、2（c）3、4、5、1、2(d)2、3、4、5、1

三、简答题

1、何谓纯铁的同素异晶转变，它有什么重要意义？ 答：同一种金属在固态下随温度的变化由一种晶格类型转变为另外一种晶格类型的转变过程称为金属的同素异构转变。它是钢和铸铁进行热处理，从而改变其组织和性能的依据，也是钢铁材料性能多样、用途广泛的主要原因之一。

3、试画出简化的Fe-Fe3C相图，并说明图中点，线的意义，并填出各相区的相和组织组成物。

4、简述非合金钢含碳量、显微组织与力学性能的关系。

5、何谓共析反应和共晶反应？分别写出转变表达式。

答：由特定成分的单相固态合金，在恒定温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相反应。共晶反应是指在一定的温度下，一定成分的液体同时结晶出两种一定成分的固相的反应。6习题三

一、填空题

1、钢的整体热处理主要有、、和。

2、马氏体的硬度主要取决于。

3、常用的退火工艺方法有、和。

4、常用的淬火冷却介质有、、。

5、常用的淬火方法有、、和。

6、常见的热处理缺陷有、、和。

7、常用回火方法有、和；其回火温度范围分别是、和。

8、化学热处理通常都由、和三个基本过程组成。

9、常用的热喷涂方法有、、和等。

10、工业上常采用的加工硬化方法有、、和 等。

二、选择填空：

1、在实际加热时，45钢完全奥氏体化的温度在 B

以上。A、Ac1

B、Ac3

C、AcCm

2、在实际加热时，T12钢中珠光体向奥氏体转变的开始温度是

A

。A、Ac1

B、Ac3

C、AcCm

4、奥氏体形成以后，随着加热温度的升高，则其晶粒

A

。A、自发长大

B、基本保持不变

C、越来越细小

5、我们把在A1温度以下暂时存在的奥氏体称为

B

奥氏体。A、残余

B、过冷

C、过热

10、为了改善T12钢的切削加工性能，一般应采用

B

。A、完全退火

B、球化退火

C、正火

11、亚共析钢的淬火加热温度一般确定为

B

以上30℃~50℃。

A、Ac1

B、Ac3

C、AcCm

13、淬火钢回火时，温度越高，则其硬度

B

。A、越高

B、越低

C、保持不变

14、感应淬火时，电流频率越高，则获得的硬化层深度

B

。A、越深

B、越浅

C、基本相同

三、问答题

1、何谓热处理？热处理加热保温的主要目的是什么？

答：就是采用适当的方式对金属材料或工件按一定工艺进行加热、保温盒冷却，以获得预期的组织结构和性能的工艺。热处理的种类很多，根据目的、加热和冷却方法的不同，可以分为整体热处理、表面热处理、化学热处理以及其他热处理方法。何为退火，退火的目的？常用的退火工艺方法有哪些、2、何谓退火？退火的目的是什么？常用退火工艺方法有哪些？

答：退火是将工件加热到某一适当温度，保温一定时间后再缓慢冷却的工艺过程，称退火。退火的目的是：降低硬度，改善钢的成形和切削加工的性能，均匀钢的化学成分和组织，消除内应力。方法：完全退火、球化退火、去应力退火、不完全退火、扩散退火。

5、何谓正火？正火与退火如何选用? 答：正火是将工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。见p52.6、何谓淬火？淬火的主要目的是什么? 答：是将工件加热答A3或A1点以上某一温度保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。淬火目的就是为了获得马氏体或下贝氏体组织，以便在随后不同温度回火获得我们所需要的性能。

7、何谓钢的淬透性？影响淬透性的主要因素是什么？

答：淬透性是规定条件下，钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。.因素：1钢的含碳量;

2.钢中Cr,Si,B等能提高淬透性的合金元素的含量.9、何谓回火？回火的主要目的是什么？

答:回火是将淬火后的工件加热到Ac1以下的某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。目的：减少或消除淬火应力，稳定组织，稳定尺寸，降低淬火钢的脆性，获得所需要的力学性能。

10、简述感应淬火的目的、特点及其应用范围。习题四

1．什么叫合金钢？常加入的合金元素有哪些？ 答：合金钢指合金元素的种类和含量高于国标规定范围的钢。合金钢里经常加入的合金元素有 Mo、Si、Ni、Cr、Mn、W、V、Ti、Al 等 2．说明合金钢的牌号表示的基本方法。习题五

什么叫铸铁的石墨化?影响铸铁石墨化的因素有那些，如何影响？ 答：铸铁中碳以石墨形态析出的过程叫做铸铁的石墨化；化学成分的影响、冷却速度的影响；C和Si对铸铁的石墨化起决定性作用，C是形成石墨化的基础，增大铸铁的C的浓度有利于形成石墨；Si含量越高，石墨化进行的越充分；S是强烈阻碍石墨化的元素；Mn也是阻碍石墨化的元素；P是微弱促进石墨化的元素；（2）冷却速度越慢，越有利于石墨化，冷速越大，则容易形成白口。

12.球墨铸铁是如何获得的？常用的球化剂有哪些？与灰铸铁及钢相比，球墨铸铁在 性能上有哪些特点？

答：球墨铸铁是通过铁液的球化获得的；常用的球化剂有镁、稀土元素和稀土镁合金三种；球墨铸铁的强度、塑性与韧性大大优于灰铸铁，具有良好的减震性、减摩性、切屑加工性及低的缺口敏感性等。习题九 填空题

1．铸造可分为和两大类；铸造具有和成本低廉等优点，但铸件的组织，性能；因此，铸造常用于制造形状或在应力下工作的零件或毛坯。

2．金属液的流动性，收缩率，则铸造性能好，若金属的流动性差，铸件易出现等的铸造缺陷，若收缩率大，则易出现的铸造缺陷。常用铸造合金中，灰铸铁的铸造性能，而铸钢的铸造性能。

3．铸型的型腔用于形成铸件的外形，而主要形成铸件的内腔和孔，4．一般铸件浇注时，其上部质量较，而下部的质量较，因此在确定浇注位置时，应尽量将铸件的朝下、朝上。

5．冒口的主要作用是，一般冒口应设置在铸件的部位。

6．设计铸件时，铸件的壁厚应尽量，并且壁厚不宜太厚或太薄，若壁厚太小，则铸件易出现的缺陷，若壁厚太大，则铸件的。选择题

1．在型腔的表面涮一层石墨涂料可提高其耐火性，从而防止铸件产生（c）。(a)气孔

(b)缩孔

(c)粘砂（d）裂纹

2．单件或小批生产的灰铸铁件直径小于（c）mm的孔通常不必铸出。(a)10

(b20

(c)30

（d）50 3．制造双金属滑动轴承时，内衬轴承合金通常是采用（c）铸造方法镶铸在钢制轴瓦上的。

(a)压力铸造

(b)熔模铸造

(c)离心铸造（d）砂型铸造 4．在工艺参数相同的情况下，（b）的铸件，内部晶粒细小，力学性能好。(a)陶瓷型铸造

(b)金属型铸造

(c)砂型铸造（d）实型铸造 5．铸造中的CAE指的是（c）。

(a)计算机辅助设计

(b)计算机辅助制造

(c)计算机辅助工程（数值模拟）型砂的种类有哪些？目前铸造生产线上造型主要采用哪些型砂？ 按题图9-39中所标的次序填出各部分的名称。名词解释

①强度：材料在力的作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。

②硬度：硬度是材料抵抗局部变型，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量金属软硬的依据。

③组元：组成合金最基本的、独立的单元称为组元。④相：合金中成分、结构、性能相同的区域称为合金的一种“相”。

⑤共晶转变：在一定的温度下,一定成分的液体同时结晶出两种一定成分的固相的反应 ⑥奥氏体：奥氏体是碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，用符号“A”表示，呈面心立方晶格。⑦铁素体：铁素体是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体，用符号“F”表示，呈体心立方晶格。⑧珠光体：珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，“P”.⑨莱氏体：莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，“Ld”。⑩同素异构转变：金属在固态下晶格随温度发生改变的现象。

⑾贝氏体：在含碳量过饱和α的基体上弥散分布着细小的碳化物亚稳组织。

⑿马氏体：马氏体（M）是碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。

⒀过冷奥氏体：在A1温度一下暂时存在的奥氏体称为过冷奥氏体。

⒁残余奥氏体：奥氏体在冷却过程中发生相变后在环境温度下残存的奥氏体。⒂VC（马氏体临界转变速率）：

⒃淬透性：在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。⒄碳化物形成原素：

⒅回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。⒆红硬性：是指材料在经过一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力。⒇二次硬化：淬火钢在回火的某个阶段硬度不下降反而升高的现象。

21.第一类回火脆性：淬火钢在250度到350度回火是，冲击韧度明显下降，出现脆性。22.石墨化：铸铁中碳以石墨形态析出的过程叫做铸铁的石墨化。

23.变质处理：在浇注前向铁液中加入少量孕育剂，形成大量高度弥散的难溶质点，成为石墨的结晶核心，以促进石墨的形核从而得到细珠光体基体和细小均匀分布的片状石墨。24.流动性：是指金属液本身的流动能力。

25.收缩性：收缩是铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减，包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。26.造型：制造砂型的过程称为造型。27.造芯：

28.特种铸造：特种铸造师与砂型铸造不同的其他铸造方法的总称。

29.冷变形强化：在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的强度和硬度都有所提高，但塑性有所下降，这个现象称为冷变形强化。

30.再结晶：当加热温度进一步提高时，塑性变形后的金属将以某些质点为核心，变形前的晶格结构，重新生核长大，变为细小、均匀的等轴晶粒。

31.可段性：材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力叫金属的可段性。

32.锻造流线：锻造流线也称流纹，在锻造时,金属的脆性杂质被打碎 ,顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布 , 这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性。

33.锻造比：造时变形程度的一种表示方法。通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来表示。

34.合金：合金，是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质

35.塑性：塑性是材料断裂前发生不可逆永久变形的能力。36.韧性：韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力。制作人：过儿

考试期间请不要直呼我的名字——潮潮，请叫我过儿

第三篇：塑性成形工艺及模具设计课程教案

精编资料

自由锻工艺过程设计方法.2,模具形状对金属塑性变形和流动的影响.3,课堂进行一简单锻件的自由锻工艺过程设计.六,所需学时2学时第八次讲课...工艺

《塑性成形工艺及模具设计》课程教案之二《锻造工艺学》辅导教案

关 小 军

材料科学与工程学院 材料加工工程系

第一次讲课

一、讲授内容

第一章

绪论

一、锻造工艺学及其性质

二、锻造生产的特点及其在国民经济中的作用

三、我国锻造生产的历史，现状及发展趋势

四、锻造生产方法的分类及工艺流程

五、课程的任务。

第二章

锻造用原材料及下料方法 第一节

锻造用钢锭及型材

一、钢锭及其冶炼.二、钢锭的结构

三、钢锭的内部缺陷

四、型材及其常见缺陷

第二节

下料方法

一、剪切法

二、锯切法

三、砂轮片切割法

四、折断法

五、气割法

六、其它下料方法

二、难点

1、钢锭和型材的缺陷产生原因及其危害。

2、各种下料方法的原理。

三、基本概念

偏析、夹杂、缩孔、疏松、溅疤、划痕、折迭、粗晶环

四、思考题

1、试阐述镇静钢锭的结构及其主要缺陷的产生部位。

2、钢锭常见缺陷有哪些？它们产生的原因和危害性是什么？

3、常见的型材缺陷有哪些？它们产生的原因和危害性是什么？

4、锻造用型材常采用哪些方法下料？各自有何特点？

5、铸锭作为锻造坯料时如何下料？

五、要求重点掌握的知识点

1、钢锭结构及其常见内部缺陷。

2、型材及其常见缺陷。

3、常用下料方法及其选择原则。

六、所需学时

2小时

第二次讲课

一、讲授内容

第三章

锻造的热规范 第—节

金属的锻前加热

一、加热的目的二、加热方法

第二节

金属加热时产生的缺陷及防止措施

一、氧化

二、脱碳

三、过热

四、过烧

五、裂纹

第三节

锻造温度范围的确定

一、始锻温度的确定

二、终锻温度的确定

第四节

金属的加热规范

一、加热规范制定的原则及方法

二、钢锭的加热规范

三、中、小型钢坯的加热规范

二、难点

1、氧化和脱碳的共性和异性。

2、过热和过烧的相关性及其区别

3、加热过程温度应力、组织应力和残余应力的产生机理及其应力分析。

4、始锻温度和终锻温度正确选择的必要性。

5、加热速度的影响因素及其影响规律。

三、基本概念

加热规范、氧化、脱碳、过热、过烧、过热温度、过烧温度、始锻温度、终锻温度、锻造温度范围、金属加热规范、最大可能的加热温度、允许的加热温度、温度头、均热保温、最小保温时间、最大保温时间

四、思考题

1、试说明锻前加热的目的和方法。

2、氧化和脱碳有哪些共性和异性？

3、氧化和脱碳可产生哪些危害？如何防止？

4、过烧和过热有哪些危害? 如何防止？

5、导致裂纹产生的内应力有几种？清阐述它们相应的应力状态。

6、通常圆柱形坯料产生加热裂纹的危险位置在何处？原因何在？如何防止？

7、锻造温度范围的确定原则和基本方法是什么？

8、怎样确定碳钢的始锻和终锻温度？它们受到哪些因素的影响？

9、为什么要制定合理的加热规范？加热规范包括哪些内容？其核心问题是什么？

10、两种不同概念的加热速度实质上反映了什么因素的影响？

11、选择加热速度的原则是什么？提高加热速度的措施有哪些？

12、均热保温的目的是什么？

13、冷锭和热锭的加热规范各有什么特点？为什么？、五、要求重点掌握的知识点

1、锻前加热的目的和方法。

2、加热金属的常见缺陷及其危害。

3、金属加热过程中缺陷的产生原因和防止措施。

4、加热规范的内容、制定原则和方法。

六、所需学时

2学时

第三次讲课

一、讲授内容

第三章

锻造的热规范 第五节

少无氧化加热

一、快速加热

二、介质保护加热

三、少无氧化火焰加热

第六节

金属的锻后冷却

一、锻后冷却常见缺陷产生的原因和防止措施

二、锻件的冷却方法

三、锻件的冷却规范

第七节

锻件的热处理

一、中、小锻件热处理

二、大型锻件热处理

二、难点

1、少无氧化火焰加热法的工作原理。

2、冷却过程温度应力、组织应力和残余应力的产生机理及其应力分析。

3、冷却速度的影响因素及其影响规律。

三、基本概念

冷却规范、白点、网状碳化物

四、思考题

1、少无氧化加热主要有哪几种方法？其中火焰加热法的基本工作原理是什么？

2、金属断后冷却常见缺陷有哪些？各自产生原因是什么？

3、为什么硬钢锻后冷却易产生表面纵向裂纹？

4、金属锻后冷却规范一般包括哪些内容？

5、锻件热处理的目的是什么？

6、中小锻件通常采用哪些热处理？各自作用是什么？

7、通常大锻件采用哪些热处理？各自作用是什么？

五、要求重点掌握的知识点

1、少无氧化加热方法及其工作原理。

2、金属锻后冷却常见缺陷及其危害。

3、金属锻后冷却中缺陷的产生原因和防止措施。

4、冷却规范的内容、制定原则和方法。

5、常用的锻件热处理方法。

六、所需学时

2学时

第四次讲课

一、讲授内容

第四章

自由锻主要工序分析 第—节

概述

一、影响金属塑性变形流动的几个基本因素

二、局部加载时沿加载方向的应力分布规律

三、金属塑性变形的不均匀性

四、塑性变形时金属的流动方向

第二节

镦粗

一、镦粗工序的主要质量问题和变形流动特点

二、镦粗时的注意事项

第三节

拔长

—、矩形截面坯料的拔长

二、圆截面坯料的拔长

三、空心件拔长

二、难点

1．金属塑性变形的基本规律和影响因素。2．在几种变形工序中金属流动规律的分析。

3．镦粗时金属流动特点及其缺陷产生机理（包括圆截面和矩形截面坯料）。4．拔长时金属流动特点及其缺陷产生机理（包括矩形截面、圆截面和空心截面坯料）。

三、基本概念

镦粗、拔长、镦粗比、锻造比、进料比（相对送进量）、相对压缩程度

四、思考题

1、导致金属塑性变形不均匀性的原因是什么？

2、镦粗和拔长各有哪些用途？

3、镦粗工序主要存在哪些质量问题？试分析它们产生的原因及其预防措施。

4、拔长工序主要存在哪些质量问题？试分析它们产生的原因及其预防措施。

5、为什么采用平砧小压缩量拔长圆截面坯料时效率低且质量差？应怎样解决？

6、空心件拔长时孔内壁和端面裂纹产生的原因是什么？应采取哪些措施加以解决？

五、要求重点掌握的知识点

1、金属塑性变形所遵循的基本规律和影响因素。

2、镦粗、拔长工序的金属受力分析。

2、镦粗、拔长工序的金属变形和流动特点。

3、镦粗、拔长时常见金属缺陷、产生机理及其预防措施。

六、所需学时

3学时

第五次讲课

一、讲授内容

第四章

自由锻主要工序分析

第四节

冲孔

一、冲孔的受力变形分析

二、冲孔的质量分析

第五节

扩孔

一、冲子

二、芯轴

三、辗压

第六节 弯曲

第七节 其它工序（补充内容）

一、错移

二、扭转

二、难点

1、冲孔时受力、变形和缺陷产生原因的分析。

2、扩孔时受力、变形和缺陷产生原因的分析。

3、弯曲时受力、变形和缺陷产生原因的分析。

三、基本概念

冲孔、走样、扩孔、弯曲

四、思考题

1、试阐述开式冲孔时金属变形和流动特点并画出相应的应力、应变图。

2、冲孔时易出现哪些质量问题？应采取什么措施解决？

3、试阐述冲子扩孔时金属变形和流动特点并画出相应的应力、应变图。

4、芯轴扩孔时金属主要沿切向流动的原因是什么？此时锻件尺寸变化特点是什么？应怎样防止壁厚不均？

5、辗压扩孔的工艺特点是什么？生产时易产生哪些质量缺陷？怎样防止？

6、弯曲时坯料易产生哪些缺陷？它们产生的原因是什么？

五、要求重点掌握的知识点

1、冲孔、扩孔、弯曲工序的应力、应变分析。

2、冲孔、扩孔、弯曲工序的金属变形和流动特点。

3、冲孔、扩孔、弯曲工序中常见的加工缺陷种类、产生原因及其预防措施。

六、所需学时

2学时

第六次讲课

一、讲授内容

第五章 自由锻工艺

第—节 自由锻件的分类

第二节 自由锻件变形方案的确定 第三节 自由锻工艺过程的制定

一、锻件图的制定

二、确定坯料的重量和尺寸

三、确定变形工艺和锻造比

四、确定锻造设备吨位

第四节

大型锻件锻造的特点（自学）—、钢锭冶金质量对锻件的影响

二、大型钢锭的加热特点

三、热锻变形对金属组织和性能的影响

四、大锻件变形工艺分析

二、难点

自由锻件变形方案的确定

三、基本概念

机械加工余量、锻造余块、试样余块、锻件工称尺寸、锻造比

四、思考题

1、自由锻工艺的特点及其主要用途是什么？不同材料自由锻面临的主要问题是什么？为什么？

2、试述自由锻件的分类及其采用的基本工序。

3、自由锻工艺过程的制定包括哪些内容？

4、锻造比对锻件组织和力学性能有哪些影响？其选择与锻件大小有何关系？

5、确定自由锻设备吨位有几种方法？为什么水压机锻造所依据的变形力能参数不同？

五、要求重点掌握的知识点

1、常见自由锻件的分类。

2、自由锻件变形方案的选择原则和实际应用。

3、考虑机械加工余量、锻造公差、锻造余块、试样余块等影响所绘制的锻件图。

4、坯料重量的计算方法。

5、变形工艺特别是工序顺序、工序尺寸、锻造比等的确定。

6、设备吨位的计算公式。

六、所需学时 1学时

第七次讲课与课堂练习

一、讲授内容

第五章 第三节

五、自由锻工艺过程制定举例 第六章

模锻成形工序分析

第一节 概述

二、难点

1、如何掌握自由锻工艺过程设计方法

3、所选择的自由锻过程中各工序尺寸的确定。

三、思考题

模具形状对金属变形和流动的主要影响表现在哪些方面？

五、要求重点掌握的知识点

1、自由锻工艺过程设计方法。

2、模具形状对金属塑性变形和流动的影响。

3、课堂进行一简单锻件的自由锻工艺过程设计。

六、所需学时

2学时

第八次讲课

一、讲授内容

第六章 模锻成形工序分析 第二节

开式模锻

一、开式模锻各阶段的应力应变分析

二、开式模锻时影响金属成形的主要因素 第三节

闭式模锻

一、闭式模锻的变形过程分析

二、坯料体积和模膛体积变化对锻件尺寸的影响

三、打击能量和模压力对成形质量的影响

四、各类锻压设备闭式模锻的特点

二、难点

1、开式模锻的应力应变分析。

2、闭式模锻的变形过程分析。

三、基本概念

开式模锻、闭式模锻、飞边槽

四、思考题

1、试分析开式模锻三变形阶段的应力应变状态及其成形特点。

2、开式模锻时影响金属成形主要有哪些因素？

3、飞边槽由几部分组成？它们各自的作用是什么？

4、桥口阻力与哪些因素有关？怎样依据模膛充满的难易程度或设备类型来确定桥口尺寸？

5、闭式模锻的优点是什么？它的正常生产条件及其用途是怎样的？

6、试述闭式模锻三变形阶段的变形情况。

7、闭式模锻模壁受力情况与锻件尺寸关系有何关系？

8、闭式模锻时坯料和体积的变化反映在锻件的哪些尺寸上？影响它们变化的因素有哪些？

五、要求重点掌握的知识点

1、开式模锻各阶段的应力应变图及其分析。

2、模膛尺寸和形状对金属成形的影响。

3、飞边槽的作用、类型及其选择。

4、终锻前坯料尺寸和形状对金属成形的影响。

5、坯料自身性质不均对金属成形的影响。

6、设备工作速度对金属成形的影响。

7、闭式模锻的变形过程分析。

8、坯料体积、模膛体积、打击能量和模压力变化对闭式模锻成形质量的影响。

六、所需学时

2学时

第九次讲课

一、讲授内容

第六章

模锻成形工序分析 第四节 挤压

一、挤压的应力应变分析

二、挤压时筒内金属的变形流动

三、关于“死区”的应力应变分析

四、挤压时常见缺陷的分析

五、径向挤压 第五节

顶镦

一、顶镦

二、电热镦粗

三、在带有导向的模具中镦粗

二、难点

1、挤压的应力应变分析

2、挤压筒内金属的变形流动特点、规律及其影响因素。

3、关于“死区”的应力应变分析及其对成形质量的不良影响。

4、常见挤压缺陷及其预防措施。

5、径向挤压的变形分析及其张力计算。

6、两种顶镦情况模具设计原则。

三、基本概念

挤压、正挤压、反挤压、挤压比、径向挤压、张模力、顶镦

四、思考题

1、试进行挤压过程的应力-应变分析并阐明轴向应力突变的原因。

2、平底凹模正挤压时金属在挤压筒内的流动主要有哪三种情形？为什么？

3、平底凹模正挤压时Α区最小主应力σ3的数值受到哪三种因素的影响？它们的影响规律是怎样的？

4、试讨论在各种不同的具体条件下平底凹模内正挤时所出现的金属变形和流动情况。

5、“死区”产生的原因是什么？一般“死区”存在哪两种变形情况？

6、“死区”容易产生哪些缺陷？怎样防止？

7、挤压时常存在哪些缺陷？可采取什么措施防止？

8、径向挤压变形过程的主要特征是什么？张模力与何因素有关？

9、挤压缩孔产生的原因是什么？挤压制品裂纹的产生与哪些因素有关？

五、要求重点掌握的知识点

1、挤压的应力应变分析

2、挤压筒内金属的变形流动特点、规律及其影响因素。

3、“死区”产生原因、应力应变分析及其对成形质量的不良影响。

4、常见挤压缺陷的形成原因及其预防措施。

5、径向挤压的用途、变形分析及其张模力计算。

6、顶镦用途及其模具设计原则。

六、所需学时

2学时

第十次讲课

一、讲授内容

第七章 模锻工艺

第一节 常用模锻设备及其工艺特点（自学）

一、模锻锤

二、热模锻压力机

三、螺旋压力机

四、平锻机

第二节 模锻工艺及模锻件分类

一、长轴类锻件

二、短轴类(圆饼类)锻件

三、顶镦类锻件

四、复合类型锻件

第三节 模锻件图设计

一、锤上模锻锻件图设计

二、热模锻压力机上模锻件图设计特点

三、螺旋压力机上模锻件图设计特点

四、平锻机上模锻件图设计特点

二、难点

1、鉴于《塑性成形设备》课程的讲授在本课程之后，因此，“常用模锻设备及其工艺特点”的知识理解较为困难，建议作为一般了解的知识由学生自学。

2、不同模锻设备上模锻件图的设计特点比较。

3、分模面和冲孔连皮的确定。

4、顶镦的三规则。

三、基本概念

分模面、锻件形状复杂系数、模锻斜度、冲孔连皮

四、思考题

1、简述各类模锻件所采用的主要变形工布。

2、模锻件的冷、热锻件图的作用各是什么？其锻件图设计内容与自由锻件相比有何不同？

3、锤上模锻选择分模位置的最基本原则是什么？

4、为什么模锻件的正偏差大于负偏差？它的机械加工余量和公差怎样选择和确定？

5、模锻斜度和圆角半径的作用是什么？为什么它们应选择合适值？

6、锤上模锻时有几种形式的冲孔连皮？为什么要选择厚度合适的冲孔连皮？

7、试比较各类模锻设备上模锻件图设计特点。

五、要求重点掌握的知识点

1、模锻工艺和模锻件的分类原则及其主要类别。

2、模锻件图设计的主要内容和方法。

3、各类模锻设备上模锻件图设计特点，特别是分模面、机械加工和锻造公差、模锻斜度等的选择原则。

4、冲孔连皮的作用、类型及其选择。

5、顶镦三规则的正确应用。

六、所需学时

3学时

第十一次讲课

一、讲授内容

第七章 模锻工艺

第四节 模锻工艺过程制定的内容和模锻工艺方案选择

一、模锻工艺过程制定的内容

二、模锻工艺方案选择 第五节 模锻变形工步的确定

一、长轴类锻件制坯工步选择

二、难点

1、计算毛坯的设计、简化和计算毛坯图绘制。

2、金属流动繁重系数及其在制坯工步选择中的作用。

三、基本概念

模锻工艺过程、计算毛坯图、金属流动繁重系数

四、思考题

1、模锻工艺过程主要有哪些工序组成？它的制定包括哪些内容且较自由锻工艺过程相比有什么变化？

2、模锻工艺方案选择主要涉及哪些方面？基本原则是什么？

3、试述计算毛坯图的内容及其在制坯工步中的作用。

4、长轴类锻件通常采用的主要制坯工步有哪些？如何确定？

5、金属流动繁重系数是如何反映制坯工作量的大小？它在制坯工步选择中有何作用？

五、要求重点掌握的知识点

1、模锻工艺过程与自由锻工艺过程的异同点。

2、计算毛坯的有关计算及其相应图的绘制。

3、复杂计算毛坯的简化。

4、应用金属流动繁重系数选择长轴类锻件的制坯工步。

六、所需学时：

2学时

第十二次讲课

一、讲授内容

第七章 模锻工艺

第五节 模锻变形工步的确定

二、短轴类锻件制坯工步选择

三、顶镦类锻件变形工步确定

二、难点

1、短轴类锻件的制坯工步选择原则。

2、确定粗大部分杆类锻件变形工步的有关计算和原则。

3、在聚集工步设计时有关注意事项。

三、基本概念

成形镦粗（预成性）、滚压、局部镦粗（聚集）、顶镦规则

四、思考题

1、短轴类锻件通常采用的主要制坯工步有哪些？经坯料镦粗后的制坯尺寸确定原则是什么？

2、在热模锻压力机上可采用何种短轴类锻件制坯工步？原因何在？

3、顶镦类锻件通常采用的主要制坯工步有哪些？

4、试比较分别在凸模内或凹模内聚集的优缺点。

5、为什么要确定冲孔芯料的合理厚度？正确的设计原则是什么？

6、试比较在透孔和不透孔锻件中分别采用平冲头和尖冲头进行冲孔成形的优缺点。

五、要求重点掌握的知识点

1、短轴类锻件主要制坯工步。

2、短轴类锻件坯料镦粗后的制坯尺寸确定原则。

3、在热模锻压力机上和螺旋压力机上短轴类锻件制坯工步的特点。

4、顶镦类锻件主要制坯工步。

5、不同模式聚集工步的特点。

6、冲孔芯料的设计原则、冲孔成形工步以及冲头的选择。

7、几种不同情况的管类锻件局部顶镦变形。

六、所需学时：

2学时

第十三次讲课

一、讲授内容

第七章 模锻工艺

第六节 坯料尺寸的确定

一、长轴类锻件

二、短轴类锻件

三、顶镦类锻件

第七节 设备吨位的确定

一、模锻锤吨位的确定

二、热模锻压力机吨位的确定

三、螺旋压力机吨位的确定

四、平锻机吨位的确定

二、难点

1、不同类型锻件的坯料制定方法。

2、顶镦类锻件计算毛坯图及坯料直径确定原则。

三、思考题

1、试比较模锻坯料尺寸与自由锻坯料尺寸确定的异同点。

2、试阐述长轴类模锻件坯料尺寸确定的一般步骤。

3、试阐述短轴类模锻件坯料尺寸确定的一般步骤。

4、试阐述顶镦类锻件的坯料选择原则及其机理。

5、带孔锻件坯料直径确定的原则是什么？

6、模锻设备吨位有哪几种方法？

四、要求重点掌握的知识点

1、长轴类、短轴类和顶镦类模锻件坯料尺寸确定的一般步骤。

2、顶镦类锻件计算毛坯图。

3、带孔锻件坯料直径确定原则。

4、各类模锻设备吨位计算公式的正确使用。

五、所需学时：

2学时

第十四次讲课

一、讲授内容

第八章 锻模设计

第—节 锤用锻模

一、模锻模膛设计

二、制坯模膛设计

三、锻模结构设计

二、难点

1、预锻模膛、终锻模膛的结构及其设计。

2、终锻时锻件缺陷产生原因的分析。

三、基本概念

终锻模膛、预锻模膛、钳口、折迭

四、思考题

1、锻模设计包括哪些内容？常用的模锻工步有哪些？

2、终锻模膛设计包括哪些主要内容？

3、热锻件图与锻件图有何差异？绘制时应注意哪些问题？

4、试述飞边槽的组成及其常见结构型式。

5、试述钳口的作用及其常见结构型式。

6、预锻模膛的采用原因及其作用什么？它所引起的不利影响是什么？

7、终锻时产生折迭和充不满的原因分别是什么？应采取什么措施加以抑制？

8、为什么锤上模锻高肋件时要采用预锻？设计该模膛的主要出发点是什么？通常在设计中应采取哪些方法？

9、什么情况下终锻和预锻模膛的设计基本相同？此时两者之间还存在哪些差异？

五、要求重点掌握的知识点

1、锻模设计的内容和常用的模锻工步。

2、终锻模膛和预锻模膛设计的内容和方法。

3、热锻件图绘制。

4、飞边槽和钳口的选择。

5、终锻时锻件缺陷产生的原因和防止措施。

6、采用预锻模膛的必要性及其设计原则。

六、所需学时：

2学时

第十五次讲课

一、讲授内容

第八章 锻模设计

第—节 锤用锻模

二、制坯模膛设计

三、锻模结构设计

二、难点

1、滚压模膛的设计原则和公式。

2、拔长模膛的设计原则和公式。

3、模膛的布排要点。

4、平衡锁扣及其对应的模膛中心位置确定。

5、错移力的平衡和导向。

三、基本概念

滚压工步、成形工步、锁扣、锻模中心、模膛中心、模块中心、错移力

四、思考题

1、制坯工步主要采用哪几种模膛？这些模膛的作用是什么？

2、滚压模膛有几种结构形式？它们的设计原则如何？

3、拔长模膛有几种分类原则？其设计内容及其相应方法是什么？

4、弯曲模膛和成形模膛的设计要点分别是什么？

5、试述镦粗台和压扁台的作用、设计方法及其在模块上的位置。

6、试述切断模膛在模块上的位置和设计方法。

7、锻模结构设计应着重解决哪些问题？什么情况下锻模中心和模膛中心重合？

8、终锻和预锻模膛布排设计的中心任务是什么？

9、锻模中心和模膛中心不重合时会产生哪些不良后果？

10、为什么要确定带平衡锁扣模膛的中心位置？一般中心位置有几种情况？

11、错移力产生的原因是什么？应从哪两方面考虑减小它的不良影响？

12、欲减小错移力的影响模具结构设计中主要采用哪些方法？

13、模具的主要破坏形式有哪些？各自产生的原因是怎样的？

14、试比较平衡锁扣和导向锁扣的异同点。

五、要求重点掌握的知识点

1、模锻时常用的制坯工步及其确定原则。

2、制坯工步采用的模膛及其作用。

3、各种制坯模膛的结构类型、设计内容、设计原则和相关公式。

4、锻模结构设计的目的和任务。

5、终锻和预锻模膛布排设计的中心任务。

7、各种制坯模膛在模快上的位置选择。

8、锻模中心和模膛中心的重合问题。

9、平衡锁扣的类型及其在锻模结构中的作用。

10、错移力产生的原因、危害及其消除措施。

11、模具破坏的主要形式及其产生原因。

12、基于强度考虑的锻模有关尺寸设计。

13、模块尺寸设计。

六、所需学时

3学时

第十六次讲课

一、讲授内容

第八章 锻模设计

第二节 热模锻压力机用锻模

一、模膛设计特点

二、锻模结构特点

第三节 螺旋压力机用锻模

一、锻模设计特点

二、锻模结构特点

第四节平锻机用锻模（自学）

一、平锻模的固定及固定空间

二、平锻模结构设计特点

三、模膛设计

二、难点

1、热模锻压力机预锻模膛的设计要点。

2、热模锻压力机的锻模闭合高度。

3、螺旋压力机锻模设计特点。

三、基本概念

模具闭合高度、压力机最小闭合高度

四、思考题

1、热模锻压力机要采用哪些变形工步？其预锻和终端模膛设计与锤上模锻相比有哪些特点？

2、热模锻压力机的锻模结构有什么特点？

3、螺旋压力机的锻模设计与锤上模锻相比有哪些特点？其锻模模块有哪几种紧固形式？

4、螺旋压力机锻模的导向装置有几种类型？各自用途如何？

5、平锻机模具分为哪三个部分？它由几个分模面？其结构设计特点如何？

6、平锻机模具固定空间最重要的参数是什么？依据何在？

五、要求重点掌握的知识点

1、热模锻压力机采用的变形工步及其锻模设计特点。

2、热模锻压力机的锻模结构特点。

3、螺旋压力机采用的变形工步及其锻模设计特点。

4、螺旋压力机的锻模结构特点。

六、所需学时

2学时

第十七次讲课

一、讲授内容

第八章 锻模设计

第五节 自由锻锤上模锻与胎模锻锻模

一、胎模锻锻模

二、固定模模锻锻模 第六节 锻模材料

一、锤锻模用材料

二、摩擦压力机锻模用材料

三、热模锻压力机锻模用材料

四、平锻机锻模用材料 五，液压机锻模用材料 第七节 锻模设计实例

一、锻件图设计

二、计算锻件的主要参数

三、锻锤吨位的确定

四、确定飞边槽的型式和尺寸 五，终锻模膛设计

六、预锻模膛设计

七、绘制计算毛坯图

八、制坯工步选择

九、确定坯料尺寸

十、制坯模膛设计

十一、锻模结构设计

十二、连杆模锻工艺流程

二、难点

1、热锻模具材料的基本性能。

2、模膛设计时考虑实际生产经验对有关设计计算尺寸的修改和形状的简化。

三、思考题

1、胎模锻与自由镦相比有哪些优点？其锻模按用途分为哪三大类？

2、固定胎模锻在模锻时上、下模块为什么易错移？应采取哪些措施加以防止？

3、热锻模具材料应具备哪些基本性能？

4、各类锻压设备可共同采用哪两种热锻模具材料？其道理是什么？

四、要求重点掌握的知识点

1、胎模锻特点、种类及其用途。

2、固定胎模结构及其安装。

3、热锻模具材料的基本性能。

4、常用热锻模具材料及其选用原则。

5、初步了解和掌握锻模及其工艺设计的全过程。

五、所需学时

2学时

第十八次讲课

一、讲授内容

第九章 模锻的后续工序

第一节 切边、冲孔及其模具设计

一、切边和冲孔的基本方式及模具类型

二、切边模

三、冲孔模和切边冲孔复合模 四，切边力和冲孔力的计算

第二节 精压和校正的应用及模具设计

一、精压

二、校正

第三节 模锻件的表面清理

二、难点

1、切边模和冲孔模中凸凹模的作用特点。

2、切边模模具闭合高度及其与凸模高度的关系。

3、切边冲孔复合模设计。

三、基本概念

简单模、连续模、复合模、精压、切边模具闭合高度、压力机最大封闭高度、压力机最小封闭高度

四、思考题

1、试比较切边模和冲孔模中凸、凹模的作用。

2、试比较热切（冲）和冷切（冲）两种工作方式的特点。

3、切边模有哪几部分组成？它有几种类型？

4、切边凹模有哪几种刃口？它们各自用途是怎样的？

5、为什么要合理确定切边模凸、凹模之间的间隙？

6、切边模具闭合高度及其凸模高度怎样确定？

7、精压工序的目的是什么？试阐述它的分类和变形特点。

8、校正工序的目的是什么？试阐述它的分类和用途。

9、试阐述表面清理工序的目的和方法。

五、要求重点掌握的知识点

1、切边模和冲孔模的组成部分及其作用和设计方法。

2、精压工序的目的、分类和变形特点。

3、校正工序的目的、分类和确定原则。

4、表面清理工序的目的和方法。

六、所需学时

2学时

参考资料：

1、吕 炎.《锻造工艺学》.机械工业出版社, 1995年

2、张志文.《锻造工艺学》.机械工业出版社, 1983年

3、汪大年.《塑性成性原理》.机械工业出版社, 1987年

4、李培武, 杨文成.《塑性成形设备》.机械工业出版社, 1994年

5、崔忠圻.《金属学与热处理》.机械工业出版社, 1994年 所需总学时： 38学时

所授课程的重点、难点、要点、基本概念、基本要求和有关教学参考资料、辅助资料，课程进度和学时分配等等。

第四篇：工程材料与成形技术基础实验报告

实验

一、金属材料的硬度实验

一、实验类型

验证性

二、实验目的

1、了解硬度测定的基本原理及应用范围。

2、了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。

三、实验仪器与设备

1、HB-3000型布氏硬度试验机；

2、H-100型洛低硬度试验机；

3、读数放大鏡；

四、实验内容：

金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外，硬度与其它机械性能（如强调指标b及塑性指标和）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。

硬度的试验方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。

压入法硬度试验的主要特点是：

（1）试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。

（2）金属的硬度与强调指标之间存在如下近似关系。

bKHB

（3）硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。

（4）硬度测定后由于仅在金属表面局部体系内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。（5）设备简单，操作迅速方便。

布氏硬度（HB）：

（一）布氏硬度试验的基本原理

布氏硬度试验是施加一定大小的载荷P,将直径为D的钢球压入被测金属表面（如图1-1所示）保持一定时间，然后卸除载荷，根据钢球在金属表面上所压出的凹痕面积F凹求出平均应力值，以此作为硬度值的计量指标，并用符号HB表示。

其计算公式如下：

HBP/F凹

根据压痕面积和球面之比等于压痕深度h和钢球直径之比的几何关系，可知压痕部分的球面积为：

F凹Dh

（1-2）

由于测量压痕直径d要比测定压痕深度h容易，故可将（1-2）式中h改换为d来表示，这可根据图1-1（b）中Oab的关系求出：

12Dh12(D2)(2d2)2

h(DDd)2

2（1-3）

将式（1-2）和（1-3）代入式（1-1）即得：

HBPDh2PD(DDd)22

（1-4）

式中只有d是变数，故只需测出压痕直径d，根据已知D和P值就可计算出HB值。在实际测量时，可由测出之压痕直径d直接查表得到HB值。

（三）布氏硬度试验机的结构和操作

1、HB-3000型布氏硬度试验机的外形结构如图1-2所示。其主要部件及作用如下。

（1）机体与工作台：硬度机有铸铁机体，在机体前台面上安装了丝杠座，其中装有丝杠，丝杠上装立柱和工作台，可上下移动。

（2）杠杆机构：杠杆系统通过电动机可将载荷自动加在试样上。（3）压轴部分：用以保证工作时试样与压头中心对准。

（4）减速器部分：带动曲柄及曲柄连杆，在电机转动及反转时，将载荷加到压轴上或从压轴上卸除。（5）换向开关系统：是控制电机回转方向的装置，使加、卸载荷自动进行。

2、操作程序：

（1）将试样放在工作台上，顺时针转动手轮，使压头压向试样表面直至手轮对下面螺母产生相对运动为止。

（2）按动加载按钮，启动电动机，即开始加载荷。此时因紧压螺钉已拧松，圆盘并不转动，当红色指示灯闪亮时，迅速拧紧紧压螺钉，使圆盘转动。达到所要求的持续时间后，转动即自动停止。

（3）逆时针转动手轮降下工作台，取下试样用读数显微镜测出压痕直径d值，以此值查表即得HB值。洛氏硬度（HR）：

（一）洛氏硬度试验的基本原理

洛氏硬度同布氏硬度一样也属于压入硬度法，但它不是测定压痕面积，而是根据压痕深度来确定硬度值指标。

洛氏硬度测定时，需要先后两次施加载荷（预载荷和主载荷），预加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好，以保证测量结果准确。0-0位置为未加载荷时的压头位置，此时压入深度为h1,2-2位置为加上主载荷后的位置，此时压入深度为h2，h2包括由加载所引起的弹性变形和塑性变形，此时压头的实际压入深度为h3。洛氏硬度就是以主载荷所引起的残余压入深度（h=h3-h1）来表示。洛氏硬度的试验规范：

洛氏硬度值的计算公式如下： HRK(h3h1)0.002

（三）洛氏硬度试验机的结构和操作

1、H-100型杠杆式洛氏硬度试验机的结构如图1-4所示，其主要部分及作用如下：

（1）机体及工作台：试验机有坚固的铸铁机体，在机体前面安装有不同形状的工作台，通过手轮的转动，借助螺杆的上下移动而使工作台上升或下降。

（2）加载机构：由加载杠杆（横杆）及挂重架（纵杆）等组成，通过杠杆系统将载荷传至压头而压入试样，借扇形齿轮的转动可完成加载和卸载任务。

（3）千分表指示盘：通过刻度盘指示各种不同的硬度值（如图1-5所示）。

2、操作规程如下：

（1）根据试样预期硬度按表1-2确定压头和载荷，并装入试验机。

（2）将符合要求的试样放置在试样台上，顺时针转动手轮，使试样与压头缓慢接触，直至表盘小指针指到“0”为止，此时即已预加载荷10kgf。然后将表盘大指针调整至零点（HRA、HRC零点为0，HRB零点为30）。此时压头位置即为图1-3中的1-1位置。

（3）按动按钮，平稳地加上主载荷。当表盘中大指针反向旋转若干格并停止时，持续8~4秒（此时压头位置为图1-3中的2-2位置），再顺时针旋转摇柄，直至自锁为止，即卸除主载荷。此时大指针退回若干格，这说明弹性变形得到恢复，指针所指位置反映了压痕的实际深度（此时压头位置相当于图1-3中的3-3位置）。由表盘上可直接读出洛氏硬度值，HRA、HRC读外圈黑刻度，HRB读内圈红刻度。

（4）逆时针旋转手轮，取出试样，测试完毕。

五、实验方法与步骤

1、分成两大组，分别进行布氏和洛氏硬度试验，并相互轮换。

2、在进行试验操作前必须事先阅读并弄清布氏和洛低硬度试验机的结构及注意事项。

3、按照规定的操作顺序测定试样的硬度值（HB和HRC）。

4、注意事项

1）试样两端要平行，表面应平整，若有油污或氧化皮，可用砂纸打磨，以免影响测试。2）圆柱形试样应放在带有“V”型槽的工作台上操作，以防试样滚动。3）加载时应细心操作，以免损坏压头。

4）加预载荷（10kgf）时若发现阻力太大，应停止加载，立即报告，检查原因。5）测完硬度值，卸掉载荷后，必须使压头完全离开试样后再取下试样。

6）金刚钻压头系贵重物件，质硬而脆，使用时要小心谨慎，严禁与试样或其它物件碰撞。

7）应根据硬度试验机使用范围，按规定合理选用不同的载荷和压头，超过使用范围将不能获得准确的硬度值。

实验二 金属相图的观察

一.实验类型

验证性

二.实验目的

了解金属相图在显微镜下的图形

三.实验内容 1．试样制备

要在金相显微镜下对金属的组织进行观察和摄影，必须制备平整、光亮、清洁、无划痕、并用适当的方法显示出真实组织的试样

(1)手工磨样

试样在金相砂纸上由粗到细磨制。磨样时用力均匀，待磨面上旧磨痕消失，新磨痕均匀一致时就更换细一号的砂纸，并且试样转90o再磨。一般磨制到4号（粒度800）砂纸即可。

(2)抛光

本实验采用机械抛光的方法。PG－2金相制样抛光机

在专用的抛光机上进行，抛光织物（如呢料、金丝绒等）固定在抛光盘上，洒以抛光粉悬浮液，试样轻压于旋转的抛光盘上。靠嵌于抛光织物中的抛光粉的磨削作用和滚压作用，得到平整、光亮无划痕的磨面。

(3)化学浸蚀

试样在浸蚀剂作用下，组织中电位低的部分为阳极，电位高的部分为阴极，低电位处于溶解较快而呈现凹陷从而显示出组织特征。碳钢常用3~4%硝酸酒精溶液浸蚀。

2．观察金相显微组织

制好的试样放在显微镜下观察。使用显微镜时，动作轻、速度慢，由低倍到高倍进行观察，结合试样热处理工艺，观察与分析组织。

选择能说明组织特征的典型视场，确定合适的放大倍数及图象采集。

第五篇：材料工程基础教学大纲

《材料工程基础》课程教学大纲

制定依据：本大纲根据2014版本科人才培养方案制定 课程编号：I0220024 学时数：64 学分数：4 适用专业：无机非金属材料工程

先修课程：大学物理、高等数学、工程力学 考核方式：考试

一、课程的性质和任务

材料工程基础课程是无机非金属材料工程专业的一门重要的学科基础课。围绕材料生产过程主要涉及到的工程理论，本课程主要介绍与之相关的基本理论和基础研究方法。通过本课程的学习，要使学生获得工程流体力学、传热与传质基础等方面的基本概念、基本理论和基本运算技能；掌握材料生产过程中相关的工程理论基本知识，具备一定的工程研究能力。

在传授知识的同时，要通过各个教学环节逐步培养学生具有思维能力、自学能力、独立分析问题和解决问题的能力，还要特别注意培养学生工程研究能力和综合运用所学知识去分析和解决问题的能力。

本门课程要求学生重点掌握如下知识：

1.正确理解下列基本概念和它们之间的内在联系：

粘滞性，静压强，连续性方程的物理意义，能量方程的物理意义，流动的状态，流动阻力，传导传热，对流传热，辐射传热，导温系数，热阻，角系数，热流量，质量传递，量纲，相似准数，过剩空气系数，燃烧值，湿空气的各状态参数。

2.正确理解下列基本定理和公式并能正确运用：

质量守恒定理，能量守恒定律，牛顿冷却定律，辐射换热的基本定理，相似三定理，量纲和谐原理。

3.牢固掌握下列公式：

牛顿粘性定律，流体静力学基本方程，连续性方程，Bernoulli方程，傅立叶（Fourier）定律，牛顿冷却定律，物体间的辐射传热，燃料组成的换算，空气量的计算，烟气量计算。

4.熟练运用下列法则和方法：

湿空气状态变化过程的特点、干燥过程的描述，量纲分析法、方程分析法，物料平衡法则，热量平衡法则。

5.会运用流体流动的基本规律、热量传递基本规律和工程研究基本方法解一些简单的工程问题。

二、教学内容与要求

理论教学（学时：64）流体力学基础（8学时）

（一）教学内容 1.1 流体力学概述 1.1.1 流体的概念 1.1.2 流体力学的研究内容 1.1.3 流体力学研究的意义 1.1.4 流体力学的研究方法 1.1.5 单位与量纲 1.2 流体的性质

1.2.1 流体的基本物理性质

1.2.2 流体的连续性——连续介质模型 1.2.3 流体的可压缩性与热膨胀性 1.2.4 流体的传递性质

1.2.5 流体的状态参数与状态方程 1.2.6 作用在流体上的力 1.3 流体运动的微分方程

1.3.1 质量守恒定律——连续性方程

1.3.2 动量定理——运动方程(纳维一斯托克斯方程)1.3.3 能量守恒定律——能量方程 1.3.4 定解条件

1.3.5 相似理论和量纲分析 1.3.6 三种传递过程的类比分析 1.4 流体静力学

1.4.1 重力场中静止流体中的压强分布 1.4.2 非惯性系中均质流体的相对平衡 1.5 理想流体流动 1.5.1 欧拉方程 1.5.2 流体的旋度 1.5.3 流函数

1.5.4 不可压缩理想流体圆柱绕流 1.6 不可压缩粘性流体的流动 1.6.1 层流与湍流 1.6.2 边界层理论简介

1.6.3 不可压缩粘性流体的层流运动 1.6.4 湍流运动的雷诺方程组 1.6.5 混合长理论 1.6.6 光滑管中的湍流流动 1.6.7 粗糙管中的湍流流动 1.7 流体流动的伯努利方程式 1.7.1 流体沿流线流动的伯努利方程式 1.7.2 流体沿管道流动的伯努利方程式 1.7.3 流体流动的阻力 1.7.4 伯努利方程式的应用 1.8 气体动力学基础

1.8.1 可压缩气流的一些基本概念 1.8.2 理想气体一元恒定流动的基本方程 1.8.3 气体在管道中的运动 1.9 离心式风机

1.9.1 离心式风机的基本结构和工作原理 1.9.2 离心式风机的性能参数与性能曲线 1.9.3 离心式风机性能参数的换算 1.9.4 离心式风机的工作点及流量调节 1.9.5 离心式风机的并联和串联操作 1.9.6 离心式风机的选择

（二）教学要求

（1）了解流体的基本物理属性和流体的输送设备。

（2）掌握流体静力学、流体动力学、流体流动及流动阻力的基本概念、特性和工程应用。

两相运动现象（4学时）

（一）教学内容 2.1 绪论

2.2 两相与多相流的专用术语和基本特性参数 2.3 粒子一流体的相互作用 2.3.1 单粒子在流体中的受力分析 2.3.2 单粒子的运动方程 2.3.3 粒子云与流体的相互作用 2.4 连续相方程

2.4.1 流场的统计平均方法 2.4.2 边界粒子的影响 2.4.3 准一维两相流的守恒方程 2.5 流体一固体两相流的数值模拟

2.5.1 不可压缩流体流动过程数值求解的困难及解决的办法 2.5.2 原始变量法求解管道内准一维流动问题举例 2.5.3 湍流流动数值模拟的主要方法 2.5.4 数值模拟的基本程序

（二）教学要求

（1）了解两相与多相流的专用术语和基本特性参数。

（2）了解粒子-流体的相互作用、连续相方程、流体-固体两相流的数值模拟。

传热学基础（12学时）

（一）教学内容 3.1 概述

3.1.1 传热及其应用

3.1.2 热量传递的基本方式与热流速率方程 3.1.3 传热热阻 3.2 传导传热 3.2.1 导热的基本概念 3.2.2 导热微分方程与定解条件 3.2.3 稳定态导热的分析与计算 3.2.4 非稳定态导热 3.3 对流换热 3.3.1 对流换热概述

3.3.2 对流换热过程的数学描述 3.3.3 强制流动时的对流换热 3.3.4 自然对流时的对流换热 3.3.5 流体有相变时的对流换热 3.4 辐射换热

3.4.1 热辐射的基本概念 3.4.2 黑体辐射定律 3.4.3 实际物体和灰体的辐射 3.4.4 角系数

3.4.5 两个灰体之间的辐射换热

3.4.6 多个灰体表面组成封闭系统时的辐射传热 3.4.7 辐射换热的强化与削弱 3.4.8 气体辐射 3.5 传热过程与换热器 3.5.1 传热过程与复合传热 3.5.2 换热器

（二）教学要求

（1）了解传导传热、对流传热、辐射传热、综合传热等基本概念。

（2）掌握温度梯度、热流量的概念，平壁导热、园筒壁导热的计算，影响对流换热的主要因素及对流换热过程的描述，发射率、角系数的概念，物体之间的辐射传热，强化和削弱传热过程的方法。

质量传递基础（16学时）

（一）教学内容 4.1 传质基本概念 4.1.1 浓度 4.1.2 分数表示法 4.1.3 速度 4.2 分子扩散传质 4.2.1 斐克(Fick)定律 4.2.2 分子扩散系数 4.2.3 流体中的分子扩散 4.2.4 固体中的分子扩散 4.2.5 非稳态扩散 4.3 对流传质

4.3.1 浓度边界层与对流传质系数 4.3.2 对流传质准数方程 4.4 传质与化学反应

4.4.1 非均匀化学反应与扩散传质 4.4.2 均匀化学反应与扩散传质 4.4.3 球形颗粒的缩核反应与传质

（二）教学要求

（1）了解传质基本概念、分子扩散传质、传质与化学反应。

（2）掌握对流传质中的浓度边界层与对流传质系数、对流传质准数方程。

物料干燥（12学时）

（一）教学内容 5.1 概述

5.1.1 固体物料的去湿方法 5.1.2 物料的干燥方法 5.2 干燥静力学 5.2.1 湿空气的性质 5.2.2 湿空气状态的变化过程 5.2.3 水分在气一固两相间的平衡 5.3 干燥速率和干燥过程 5.3.1 恒定干燥条件下的干燥速率 5.3.2 影响干燥速率的因素 5.3.3 间歇干燥过程的干燥时间计算 5.3.4 连续干燥过程 5.4 干燥技术 5.4.1 对流干燥 5.4.2 传导干燥 5.4.3 辐射干燥 5.4.4 场干燥技术

（二）教学要求

（1）了解固体物料的去湿方法、物料的干燥方法、湿空气状态的变化过程、水分在气-固两相间的平衡。

（2）掌握对流干燥、传导干燥、辐射干燥、场干燥技术。

（3）理解恒定干燥条件下的干燥速率、影响干燥速率的因素、间歇干燥过程的干燥时间计算、连续干燥过程。

燃料及其燃烧（12学时）

（一）教学内容 6 燃料及其燃烧 6.1 燃料的种类及其组成 6.1.1 燃料的种类

6.1.2 固体燃料和燃料油的组成 6.1.3 气体燃料 6.2 燃料的性质 6.2.1 燃料的发热量 6.2.2 煤的特性 6.2.3 燃料油特性 6.2.4 气体燃料特性 6.3 燃烧计算

6.3.1 燃料燃烧所需空气量的计算 6.3.2 烟气量及烟气组成计算

6.3.3 生产中烟气量、空气量及过剩空气系数的计算 6.3.4 燃烧温度计算

6.3.5 影响理论燃烧温度的各因素 6.4 燃料的燃烧理论及过程 6.4.1 燃烧理论

6.4.2 不同燃料的燃烧过程 6.5 洁净燃烧技术 6.5.1 燃烧污染与防治 6.5.2 材料生产中的燃烧新技术

（二）教学要求

（1）了解不同种类燃料的性质及其组成、洁净燃烧技术。

（2）理解燃烧理论及工程，掌握燃烧计算：包括燃料燃烧所需空气量的计算、烟气量及烟气组成计算、生产中烟气量、空气量及过剩空气系数的计算、燃烧温度计算及影响理论燃烧温度的各因素。

三、考核要求

材料工程基础课程的考核以平时考核和期末考试相结合，平时考核包括出勤、作业和课堂表现等确定学生平时成绩，平时考试成绩占30%，卷面成绩占70%。

四、参考教材及其它参考资料

1、参考教材：

《材料工程基础》，徐德龙，谢峻林主编，武汉理工大学出版社，2008年第1版

2、其它参考资料：

[1]《硅酸盐工业热工基础》，孙晋涛主编，武汉理工大学出版社，2006年第1版 [2]《工程流体力学》，莫乃榕主编，华中科技大学出版社，2011年第2版 [3]《工程材料》，朱张校主编，清华大学出版社，2011年第5版

[4]《材料工程基础》，谢希文，过梅丽主编，北京航空航天大学出版社，2011年第1版

执笔人：侯伟 教研室主任签字： 院长（部主任）签字：

2014年07月01日