工程材料与成型技术
工程材料与成型技术是一门研究各种材料的物理、化学和力学性质，以及各种成型技术的原理和应用的学科。它的目的是为工程设计
和制造提供材料和加工方法的理论基础和实践指导。
工程材料的分类包括金属材料、非金属材料、复合材料和智能材
料等。其中，金属材料具有良好的导电性、热导性和机械强度，广泛
应用于建筑、机械制造和航空航天等领域。非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷和玻璃等，具有较好的隔热、耐腐蚀、耐磨损等性能，广泛
应用于化工、电子、医疗等领域。复合材料是多种材料的组合，具有
高强度、高刚性和轻量化的特点，被广泛应用于航空航天、汽车、体
育器材等领域。智能材料是指能对外界刺激做出反应的材料，包括形
状记忆合金、超导体、压电材料和光电材料等，被广泛应用于电子、
信息等领域。
成型技术是根据材料的性质和加工要求，采用适当的加工方法将
材料加工成所需形状的技术。主要包括铸造、锻造、冲压、挤压、注
塑和热处理等。其中，铸造是最古老的加工方法，适用于大批量生产
各种形状的金属铸件；锻造是将金属材料加热至一定温度后进行压制、挤压或拉伸等加工方法；冲压是将金属材料在模具中通过冲击力和压
力加工成所需形状的方法，适用于大批量生产各种形状的板材件和异
型件；挤压是将金属材料加热至一定温度后，在特定的模具上施加压
力挤出成形的方法，可连续生产各种不同形状的杆条、管材等；注塑
是将塑料加热至液态后，通过注射机将其注入模具中，冷却后得到所
需形状的塑料制品；热处理是通过加热、保温和冷却等工艺，改变材
料的组织和性能，使其符合要求的工作条件。
工程材料与成型技术的发展，不仅推动了工业技术的进步，也改
善了人们的生活质量。
一.单选题（共20题,52.0分） 1 ? A强度高,塑性也高些 ? B强度低,但塑性高些 ? C强度低,塑性也低些 ? D强度高,但塑性低些 正确答案：D 2 如果钢件有严重的碳化物网,应先进行_____________消除碳化物,然后再球化退火。 ? A去应力退火 ? B正火 ? C完全退火 ? D淬火 正确答案：B 3 弹簧的热处理工艺为_____________ 。 ? A淬火+中温回火
? B淬火+低温回火 ? C淬火+高温回火 正确答案：A 4 亚共析钢的正常淬火加热温度是_____________。 ? A Acm十(30-50℃) ? B Ac3十(30-50℃) ? C Ac1十(30-50℃) ? D Ac1一(30-50℃) 正确答案：B 5 45钢经过调质处理后得到的组织_________. ? A回火M ? B回火T ? C回火S ? D S 正确答案：C 6 GCr15是一种滚动轴承钢,其_________。
? A碳的含量为1%,Cr的含量为15% ? B碳的含量为0.1%,Cr的含量为15% ? C碳的含量为1%,Cr的含量为1.5% ? D碳的含量为0.1%,Cr的含量为1.5% 正确答案：C 7 金属型铸造主要适用于浇注的材料是_________。 ? A铸铁 ? B有色金属 ? C铸钢 正确答案：B 8 下列哪种铸造方法生产的铸件不能进行热处理,也不适合在高温下使用_________。 ? A金属型铸造 ? B压力铸造 ? C熔模铸造 正确答案：B 9
在冲裁过程中,能保证凸模与凹模之间间隙均匀,保证模具各部分保持良好的运动状态作用的零件是_________ 。。 ? A定位板 ? B卸料板 ? C导柱 ? D上模座板 正确答案：C 10 在测量薄片工件的硬度时,常用的硬度测试方法的表示符号是____________________。 ? A HB ? B HR ? C HV ? D HS 正确答案：C 11 过冷度越大,则____________________。 ? A N增大,所以晶粒细小 ? B N增大,所以晶粒粗大 ? C N减少,所以晶粒细小
工程材料与成型技术基础课程设计 1.课程概述 工程材料与成型技术基础是材料科学与工程专业的重要基础课程之一，主要涉 及钢铁、有色金属、非金属材料及其成型技术的基本知识。该课程是材料科学与工程专业前期基础课程之一，其内容涉及了材料的基本性能与加工成型中的物理、化学、机械等多方面知识，是培养材料学及相关工程领域专业技能和实践能力的重要基础。 2.课程目标 本课程的主要目标是： - 掌握工程材料的分类、特性及其应用； - 熟悉材料 成型加工的基本理论、工艺及方法； - 能够对材料进行检测和分析，判断其质量 及性能； - 了解工程材料的环保与可持续性发展； 3.课程内容与方法 3.1 课程内容 本课程主要涉及以下内容： 1. 工程材料的分类和特性 2. 工程材料的应用 3. 材料结构与性能 4. 材料成型加工基础理论、工艺和方法 5. 常见的材料检测方法6. 工程材料的环保与可持续性发展 3.2 课程方法 本课程采用几种教学方法: 1. 理论教学：讲授工程材料的分类、特性及其应用、材料成型加工基础理论、工艺和方法等相关知识。 2. 实验课：通过实验，让学生对材料成型加工、材料检测、环保与可持续性发展等方面的知识进行具体的操作。 3. 课程设计：通过对材料成型加工、材料检测、环保与可持续性发展方面的综合设计，提高学生的实践能力和解决问题的能力。
4.课程评估 本课程的教学评估将考虑以下几个方面： - 平时表现：包括课堂讨论及互动、作业完成情况等。 - 实验与课程设计：实验和课程设计的实施情况及结果。 - 学习成果考核：开展主题考核或综合性考核，考验学生掌握的理论与实践的综合能力。 5.小结 通过本课程的学习，学生应对工程材料的分类、特性及应用、材料成型加工基 础理论、工艺及方法等有较深刻的理解掌握，同时也能了解工程材料的环保与可持续性发展方面的基本知识。培养学生对材料科学和工程领域的兴趣，为后续专业课和实践提供坚实的基础。
工程材料与成型技术 工程材料与成型技术是一门研究各种材料的物理、化学和力学性质，以及各种成型技术的原理和应用的学科。它的目的是为工程设计 和制造提供材料和加工方法的理论基础和实践指导。 工程材料的分类包括金属材料、非金属材料、复合材料和智能材 料等。其中，金属材料具有良好的导电性、热导性和机械强度，广泛 应用于建筑、机械制造和航空航天等领域。非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷和玻璃等，具有较好的隔热、耐腐蚀、耐磨损等性能，广泛 应用于化工、电子、医疗等领域。复合材料是多种材料的组合，具有 高强度、高刚性和轻量化的特点，被广泛应用于航空航天、汽车、体 育器材等领域。智能材料是指能对外界刺激做出反应的材料，包括形 状记忆合金、超导体、压电材料和光电材料等，被广泛应用于电子、 信息等领域。 成型技术是根据材料的性质和加工要求，采用适当的加工方法将 材料加工成所需形状的技术。主要包括铸造、锻造、冲压、挤压、注 塑和热处理等。其中，铸造是最古老的加工方法，适用于大批量生产 各种形状的金属铸件；锻造是将金属材料加热至一定温度后进行压制、挤压或拉伸等加工方法；冲压是将金属材料在模具中通过冲击力和压 力加工成所需形状的方法，适用于大批量生产各种形状的板材件和异 型件；挤压是将金属材料加热至一定温度后，在特定的模具上施加压 力挤出成形的方法，可连续生产各种不同形状的杆条、管材等；注塑 是将塑料加热至液态后，通过注射机将其注入模具中，冷却后得到所 需形状的塑料制品；热处理是通过加热、保温和冷却等工艺，改变材 料的组织和性能，使其符合要求的工作条件。 工程材料与成型技术的发展，不仅推动了工业技术的进步，也改 善了人们的生活质量。
工程材料及成形技术基础论文 摘要： 本文主要介绍了工程材料及成形技术的基础知识。工程材料是指在工程领域中使用的物质的总称，其种类繁多，可以分为金属材料、非金属材料和高分子材料等。而成形技术是指将工程材料加工成所需形状和尺寸的过程，其中包括热加工和冷加工等不同的加工方式。本文重点介绍了材料的力学性能、金属材料的结构与组织以及常见的成形技术。 关键词：工程材料、成形技术、力学性能、材料结构与组织 一、引言 工程材料是指在工程领域中使用的物质，其种类繁多、性能各异。工程材料的选择和使用涉及到材料的力学性能、物理性能、化学性能等多个方面。而成形技术则是将材料加工成所需形状和尺寸的过程，也是工程中不可或缺的部分。本文将重点介绍工程材料的力学性能、金属材料的结构与组织以及常见的成形技术。 二、工程材料的力学性能 工程材料的力学性能主要包括强度、韧性、硬度、塑性等。强度是指材料抵抗外力的能力，可以通过拉伸试验、压缩试验等手段进行测试。韧性是指材料抵抗断裂的能力，可以通过冲击试验等来评估。硬度是指材料表面抵抗划痕的能力，可以通过洛氏硬度试验等进行测定。塑性是指材料在受力下发生塑性变形的能力，可以通过拉伸试验等进行评估。 三、金属材料的结构与组织
金属材料的结构与组织是其力学性能的重要影响因素。金属材料的结 构可以分为晶体结构和非晶体结构。晶体结构是指金属内部的原子排列有序、有规则，具有晶粒界的特点。非晶体结构是指金属内部的原子排列无序、无规则，没有晶粒界。金属材料的组织可以分为均匀组织、非均匀组 织和枝晶组织等。均匀组织是指金属中的晶粒大小均匀、分布均匀。非均 匀组织是指金属中的晶粒大小不均、分布不均。枝晶组织是指金属在凝固 过程中形成的一种特殊组织。 四、常见的成形技术 常见的成形技术包括热加工和冷加工等。热加工是指将材料加热至一 定温度后进行成形的过程。常见的热加工方法有锻造、轧制、挤压等。锻 造是将金属材料加热至一定温度后施加外力进行成形的过程，可以得到所 需形状和尺寸的工件。轧制是将金属材料通过辊轧机进行塑性变形的过程，可以得到所需厚度和宽度的板材。挤压是将金属材料通过挤压机进行塑性 变形的过程，可以得到所需形状和尺寸的管材。冷加工是指将材料在常温 下进行成形的过程。常见的冷加工方法有拉伸、压缩、弯曲等。拉伸是将 材料用力拉伸成所需形状和尺寸的过程，常用于制作丝线和带材。压缩是 将材料用力进行压缩成所需形状和尺寸的过程，常用于制作压力容器和汽 车零部件。弯曲是将材料用力进行弯曲成所需形状和尺寸的过程，常用于 制作管道和构件。 总结： 本文从工程材料的力学性能、金属材料的结构与组织以及常见的成形 技术等方面进行了基础知识的介绍。工程材料和成形技术在工程领域中具 有重要的应用价值，对于工程师和技术人员来说具有指导意义。未来，随
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. 11.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。 12.冲击韧性：在冲击试验中，试样上单位面积所吸收的能量。 13.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。 14.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。
熔点。 16.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。
一、二元相图的建立 合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析，相图是用来表示合金系中各金在缓冷条件下结晶过程的简明图解，又称状态图或平衡图。 合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。 多数情况下组元是指组成合金的元素。但对于既不发生分解、又不发生任何反应的合物也可看作组元，如Fe-C合金中的Fe3C。 相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区L ，固相线以下为α固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区(L+ α）。 （3) 枝晶偏析 合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶体.但实际冷速较快,结晶时固相中的原子来不及扩散，使先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素（如Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素，如Cu-Ni合金中的Cu）。
在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。与冷速有关而且与液固相线的间距有关.冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。 生产上常将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间保温,以使原子充分扩散、成分均匀,消除枝晶偏析,这种热处理工艺称作扩散退火. 2、二元共晶相图 当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶,并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶相图。以Pb-Sn 相图为例进行分析.
（1) 相图分析 ①相：相图中有L、α、β三种相,α是溶质Sn在Pb中的固溶体,β是溶质Pb在Sn中的固溶体。 ②相区：相图中有三个单相区：L、α、β；三个两相区：L+α、L+β、α+ β。
课程名称：工程材料及成形技术基础 总学时： 64/48学时 (理论学时56/40) 适用专业：机械设计制造及其自动化、机械电子工程/汽车服务工程 一、课程的性质与任务 《工程材料及成型技术基础》是研究机械零件的材料、性能及成形方法的综合性课程，是高等工科师范院校机械工程专业必修的专业基础课，其内容包括工程材料和成形技术基础两部分。 本课程是在修完高等数学、大学物理（含实验）和机械制图等课程的基础上开设的。其任务是使学生掌握工程材料及成形技术的基本知识，为后继学习机械设计、模具制造工艺、先进制造技术和毕业设计等课程，培养专业核心能力；为今后从事职业学校机械类专业相关课程的教学，奠定必要的专业基础。 本课程教学开设了实验教学。通过实验教学，在巩固和验证课程的基本理论知识的同时，拓展学生的创新思维，着重培养学生实践动手能力和创新能力。 二、课程教学基本要求 1、获得有关材料学的基本理论与工程材料的一般知识，掌握常用工程材料的成分、热加工工艺与组织、性能及应用之间的相互关系，熟悉常用工程材料的种类、牌号与特点，使学生具备合理选用工程材料、热处理方法、妥善安排热处理工艺路线的基本能力。 2、初步掌握工程材料主要成形方法的基本原理与工艺特点，获得具有初步选择常用工程材料、成形方法的能力和进行工艺分析的能力。 3、具有综合运用工艺知识，初步分析零件结构工艺性的能力。 4、初步了解新材料、新技术、新工艺的特点和应用。 四、本课程的教学内容 绪论 一、材料科学的发展与地位：材料科学的发展通常是和人类文明联系在一起的。 古代文明：人类的发展史上，最先使用的工具是石器；新石器时代(公元前6000年～公元前5000年)烧制成陶器；东汉时期发明了瓷器；到了西汉时期, 炼铁技术又有了很大的提高，采用煤作为炼铁的燃料，这要比欧洲早1700多年。在河南巩县汉代冶铁遗址中，发掘出20
第一章工程材料 1）固体材料的主要性能包括力学性能、物理性能、化学性能、工艺性能 力学性能包括弹性、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、蠕变和磨损 2）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 最常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度 固态物质按原子的聚集状态分为晶体和非晶体 常见的晶格类型:体心立方格，面心立方格，密排六方晶格 3）晶格缺陷:点缺陷，面缺陷，线缺陷 4）细化液态金属结晶晶粒的方法:增加过冷度，变质处理，附加振动 5）合金:由两种或两种以上的金属或金属与非金属组成的具有金属性质的物质 组元:组成合金的最基本、最独立的物质 二元合金:由两种组元组成的合金 相:合金中成分相同、结构相同，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分 组织:一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体 6）固态合金中的相可分为固溶体和金属化合物 固溶体分为间隙固溶体和置换固溶体 7）固溶强化: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现象 弥散强化: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 8）铁碳合金的基本相有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体和低温莱氏体 9）铸铁的类型
铸铁分为一般工程应用铸铁和特殊性能铸铁 一般工程性能铸铁按石墨形貌不同分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁 10）影响石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 11）钢的热处理: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 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（形变热处理等） 12）铁碳合金相图（分析题）P32 第二章铸造成形 1）铸件的生产工艺方法 按充型条件不同分为重力铸造、压力铸造、离心铸造 按形成铸件的铸型分为砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、消失模铸造、磁型铸造等 2）影响金属充型能力的因素和原因 ①合金的流动性②浇注温度③充型能力④铸型中的气体⑤铸型的传热系数⑥铸型温度⑦浇注系统的结构⑧铸件的折算厚度⑨铸件复杂程度 影响原因①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，易于对铸件补缩 ②浇注温度越高，充型能力越强 ③压力越大，充型能力越强，但压力过大或充型速度过高会发生喷射、飞溅和冷隔④铸型中的气体能产生气膜，减少摩擦阻力 ⑤传热系数越大，铸型的激冷能力越强，金属液于其中保持液态的时间越短，充型能力下降
第一章工程材料 常见的工程材料按组成可以进行如下分类： 1.金属材料 金属材料具有良好的力学性能、物理性能、化学性能以及工艺性能，是目前应用最广泛的材料。 2.高分子材料 高分子材料的原料丰富，成本低，加工方便。 3.无机非金属材料 无机非金属材料具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性以及高的硬度和良好的耐压性。 4.复合材料 复合材料既有组成材料的特性，又具有组成后的新特性，且它的力学性能和功能可以根据使用需要进行设计、制造。 5.功能材料 功能材料是一种具有某种特殊物理性能、化学性能、生物性能以及某些功能之间可以相互转化的材料，是材料高性能化、功能化和复合化的产物。 一、使用性能 使用性能是指在服役条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，其中包括材料的力学性能、物理性能、化学性能等。对绝大多数工程材料来说，其力学性能是最重要的使用性能。 1.静载时材料的力学性能包括强度、塑性和硬度。 2.其它载荷作用下的力学性能包括冲击韧性、断裂韧性、疲劳强度、磨损。 二、工艺性能 工艺性能是指材料的可加工性。其中包括锻造性能、铸造性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性等。 一、金属的晶体结构 固体物质按其原子（或分子）的聚集状态分为晶体和非晶体两大类。 1.晶体是原子（或分子）在三维空间作有规律的周期性重复排列的固体，它具有固定的熔点、规则的几何外形和各向异性的特性。 2.非晶体是由原子（或分子）无规则地堆砌而形成的，它没有固定的熔点，且各向同性。 绝大多数金属都具有比较简单的晶体结构，其中最常见的金属晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方结构晶格3种类型。 二、金属的实际晶体结构 在实际金属中存在着晶体缺陷，这些缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷3种类型。 三、金属材料的结构特点 1.金属材料主要由金属晶体组成，对纯金属而言，其结构主要指晶体结构的类型，以及这些晶体的显微组织形态和缺陷状态。 2.机械工业中使用的金属材料主要是合金。合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的、具有金属特性的物质。常见的合金中存在的相可以归纳为两大类：固溶体和金属化合物。
工程材料与成形技术基础 一、工程材料的定义和分类 1.1 工程材料的定义 工程材料是指在各种工程项目中使用的各种物质，包括金属、非金属、有机材料等。 1.2 工程材料的分类 工程材料可以根据其组成、用途、特性等不同方面进行分类。常见的工程材料分类包括： 1. 金属材料 2. 粘土材料 3. 混凝土材料 4. 高分子材料 5. 玻璃材料 6. 陶瓷材料 7. 复合材料 二、工程材料的性能与选用 2.1 力学性能 工程材料的力学性能包括强度、刚度、韧性、硬度等指标，这些指标对于工程结构的安全性和可靠性至关重要。 2.2 耐久性 工程材料的耐久性是指其在不同环境下长期使用的能力，包括耐热性、耐寒性、耐腐蚀性等。 2.3 加工性能 工程材料的加工性能包括可塑性、可焊性、可锻性等指标，这些指标影响着工程材料的成形过程和成形性能。
三、工程材料的成形技术 3.1 塑性成形技术 塑性成形技术是指通过对工程材料的塑性变形来实现其形状的改变，常见的塑性成形技术包括挤压、拉伸、冲压、滚压等。 3.2 焊接技术 焊接技术是将两个或多个工程材料通过加热或加压的方式连接在一起，常见的焊接技术包括电弧焊、气体焊、激光焊等。 3.3 铸造技术 铸造技术是将熔化的工程材料倒入铸型中，通过凝固形成所需的形状，常见的铸造技术包括砂型铸造、压力铸造、熔模铸造等。 3.4 热处理技术 热处理技术是通过对工程材料的加热或冷却处理来改变其组织和性能，常见的热处理技术包括淬火、回火、退火等。 四、工程材料与成形技术的应用 4.1 汽车制造 工程材料与成形技术在汽车制造中起着重要作用，如汽车车身的制造和焊接、发动机零件的铸造等。 4.2 建筑工程 工程材料与成形技术在建筑工程中广泛应用，如混凝土构件的浇筑、钢结构的焊接、玻璃幕墙的制作等。
工程材料与成型技术课程设计 1. 简介 工程材料与成型技术课程是材料科学与工程学科的重要基础课程，本课程教学目标旨在让学生了解工程材料的物理、化学与力学性质，掌握工程材料的选材原则和性能表征方法，并且能够运用成型技术对工程材料进行加工和制造。本次课程设计旨在通过实际案例，让学生深入了解课程知识，掌握实际工程应用技能，达到知行合一的效果。 2. 设计方案 本次课程设计分为三个部分：材料选用和成型工艺设计；实际成型加工；对加工后零件进行性能测试分析。课程设计案例基于冲压成型过程，在冲压过程中选择适合的工程材料、钣金件成型方案，通过人工和机器工具进行成型加工，然后对加工后的零件进行力学性能测试和形貌分析以及环保和经济性评价等。 3. 课程设计内容 3.1 材料选用和成型工艺设计 在材料选用方面，主要考虑工程应用环境和工程材料的性质，包括机械性能、物理性能和化学性质等，为材料的选用提供指导方向。在成型工艺设计方面，选取适合的成型工艺进行零件成型，包括模具设计、工艺参数选定等，以保证产品的制造质量和经济性。 3.2 实际成型加工 根据课程设计案例，选取适合的钣金件冲压方案，设计冲压模具并制造，在成型加工过程中保证加工质量，如表面质量，尺寸精度等方面。同时，进行机器工具和手工工具的操作演示，使学生能够熟练掌握冲压加工技术，提高实践操作能力。
3.3 对加工后零件进行性能测试分析 对成型加工后的钣金件进行力学性能测试，如拉伸试验、屈服强度测试、冲击 试验等。通过对成型加工后零件的形貌和性能进行分析，深入了解工程材料的应用和成型加工技术的实际应用价值。不仅能提高学生对工程材料和冲压成型加工技术的理论掌握水平，也能培养学生综合分析问题和解决问题的能力。 4. 教学评价 本次课程设计，通过对冲压成型加工工艺的实际操作，运用工程材料知识，让 学生对工程材料和成型加工技术有了更加深刻的认识。平时成绩占40%，考核形式 包括平时表现和实际操作质量，期末成绩占60%，考核形式为实际操作成品的质量、性能测试结果和综合分析报告等。通过与工程实际应用结合的课程设计案例，提升学生的实践能力和应用水平，为工程应用专业的培养奠定良好基础。
机械工程中的材料成型与加工技术研究 引言： 机械工程是一个综合性的学科，旨在研究和开发各种机械设备和工具，以满足 人类的各种需求。而机械工程中的材料成型与加工技术则是机械工程中不可或缺的一部分。本文将探讨材料成型与加工技术在机械工程中的重要性以及其不断发展的研究成果。 一、材料成型技术在机械制造中的应用 材料成型技术在机械制造中起着至关重要的作用。通过材料成型技术，可以将 原始材料转变为所需形状和尺寸的零件和组件。这样，机械工程师可以根据设计要求制造出精确和符合功能要求的机械设备。常见的材料成型技术包括锻造、铸造、压力加工、注塑成型等。这些技术有助于提高产品的质量和生产效率。 锻造是一种常见的材料成型技术，通过对金属材料进行加热和塑性变形，使其 在压力的作用下形成所需形状的零件。锻造技术广泛应用于制造汽车零件、航空航天器件和工业机械。相比于其他加工技术，锻造能够提供更高的材料强度和耐久性。 铸造是另一种常见的材料成型技术，通过将熔融金属或合金注入到模具中，使 其冷却凝固并形成所需形状的零件。铸造技术被广泛应用于生产复杂形状的部件，比如汽车发动机缸体和航空发动机叶片。铸造技术不仅能够提高产品的生产效率，还能够减少材料浪费和成本。 二、材料加工技术的创新与发展 随着科技的不断进步，材料加工技术也在不断创新与发展。机械工程师和研究 人员通过引入新的材料、改进工艺和探索新的加工方法，不断提高产品的质量和性能。
一项最近的研究成果是采用激光切割技术进行材料加工。激光切割具有精确、快速和无接触的特点，可以实现对金属和非金属材料的高精度切割。这项技术在汽车制造、航空航天和电子工业等领域得到广泛应用。通过激光切割技术，可以实现对复杂形状的零件的高效加工，同时降低材料浪费和能源消耗。 另一个令人振奋的研究成果是采用可再生材料进行材料成型与加工。随着环境保护意识的增强，可再生材料成为了替代传统材料的热点。这些可再生材料可以通过农业废弃物、纤维素和海洋生物等可再生资源进行生产。这不仅有助于减少对有限资源的依赖，还能够降低环境污染。通过研究和开发可再生材料的成型与加工技术，机械工程师可以为可持续发展做出贡献。 三、材料成型与加工技术的挑战与解决方案 尽管材料成型与加工技术不断创新与发展，但仍面临一些挑战。一个主要的挑战是如何提高工艺的效率和准确性。传统的成型与加工技术可能需要多道工序和复杂的设备，导致生产周期长且成本高。为了解决这一问题，研究人员正在探索新的高效化生产工艺和智能化的加工设备。例如，引入自动化技术和人工智能，可以实现对生产过程的自动化控制和优化。 此外，材料成型与加工技术还需要面对材料特性的挑战。不同材料的特性差异很大，如何根据不同材料的特性选择合适的加工工艺仍是一个难题。为了克服这个挑战，研究人员正在开发新的材料测试和表征方法，并建立材料特性与加工工艺之间的关联模型。 结论： 材料成型与加工技术是机械工程中不可或缺的一部分。通过材料成型与加工技术，机械工程师可以制造出精确和符合功能要求的机械设备。不断创新和发展的材料成型与加工技术将进一步改善产品的质量和性能，并为可持续发展做出贡献。然而，这一领域仍面临一些挑战，包括提高工艺效率和准确性，以及克服材料特性的
工程材料及成形技术基础课程-----------------------作者：
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课程名称：工程材料及成形技术基础 总学时： 64/48学时 (理论学时56/40) 适用专业：机械设计制造及其自动化、机械电子工程/汽车服务工程 一、课程的性质与任务 《工程材料及成型技术基础》是研究机械零件的材料、性能及成形方法的综合性课程，是高等工科师范院校机械工程专业必修的专业基础课，其内容包括工程材料和成形技术基础两部分。 本课程是在修完高等数学、大学物理（含实验）和机械制图等课程的基础上开设的。其任务是使学生掌握工程材料及成形技术的基本知识，为后继学习机械设计、模具制造工艺、先进制造技术和毕业设计等课程，培养专业核心能力；为今后从事职业学校机械类专业相关课程的教学，奠定必要的专业基础。 本课程教学开设了实验教学。通过实验教学，在巩固和验证课程的基本理论知识的同时，拓展学生的创新思维，着重培养学生实践动手能力和创新能力。 二、课程教学基本要求 1、获得有关材料学的基本理论与工程材料的一般知识，掌握常用工程材料的成分、热加工工艺与组织、性能及应用之间的相互关系，熟悉常用工程材料的种类、牌号与特点，使学生具备合理选用工程材料、热处理方法、妥善安排热处理工艺路线的基本能力。 2、初步掌握工程材料主要成形方法的基本原理与工艺特点，获得具有初步选择常用工程材料、成形方法的能力和进行工艺分析的能力。 3、具有综合运用工艺知识，初步分析零件结构工艺性的能力。 4、初步了解新材料、新技术、新工艺的特点和应用。 四、本课程的教学内容 绪论 一、材料科学的发展与地位：材料科学的发展通常是和人类文明联系在一起的。 古代文明：人类的发展史上，最先使用的工具是石器；新石器时代(公元前6000年～公元前5000年)烧制成陶器；东汉时期发明了瓷器；到了西汉时期, 炼铁技术又有了很大的提高，采用煤作为炼铁的燃料，这要比欧洲早1700多年。在河南巩县汉代冶铁遗址中，发
第一章 2.图1-79为五种材料的应力-应变曲线：①45钢，②铝青铜，③35钢，④硬铝，⑤纯铜。试问： （1）当外加应力为300MPa时，各材料处于什么状态？ （2）有一用35钢制作的杆，使用中发现弹性弯曲较大，如改用45钢制作该杆，能否减少弹性变形？ （3）有一用35钢制作的杆，使用中发现塑性变形较大，如改用45钢制作该杆，能否减少塑性变形？ 答：（1）①45钢：弹性变形②铝青铜：塑性变形③35钢：屈服状态④硬铝：塑性变形⑤纯铜：断裂。 （2）不能，弹性变形与弹性模量E有关，由E=σ/ε可以看出在同样的条件下45钢的弹性模量要大，所以不能减少弹性变形。 （3）能，当35钢处于塑性变形阶段时，45钢可能处在弹性或塑性变形之间，且无论处于何种阶段，45钢变形长度明显低于35钢，所以能减少塑性变形。 4．下列符号表示的力学性能指标的名称和含义是什么？ σb 、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk、HRC、HBS、HBW 答：σb抗拉强度，是试样保持最大均匀塑性的极限应力。 σs屈服强度，表示材料在外力作用下开始产生塑性变形时的最低应力。 σ0.2条件屈服强度，作为屈服强度的指标。 σ-1疲劳强度，材料循环次数N次后达到无穷大时仍不发生疲劳断裂的交变应力值。 δ伸长率，材料拉断后增加的变形长度与原长的比率。 HRC洛氏硬度，表示用金刚石圆锥为压头测定的硬度值。 HBS布氏硬度，表示用淬硬钢球为压头测定的硬度值。 HBW布氏硬度，表示用硬质合金为压头测定的硬度值。 8．什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？ 答：形成固溶体使金属强度和硬度提高，塑性和韧性略有下降的现象称为固溶强化。 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。 9．将20kg纯铜与30kg纯镍熔化后缓慢冷却到如图1-80所示温度T1，求此时： （1）两相的成分；（2）两相的重量比；（3）各相的相对重量（4）各相的重量。
机械工程材料与成型技术 工程材料：金属材料有机高分子材料陶瓷材料复合材料。 过冷现象：实际结晶过程只有在理论结晶温度以下才能进行的现象。 过冷度：实际结晶温度Tn与理论结晶温度To之间的温度差。 退火：是将钢加热到Ac3以上的一定温度，或Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后随炉温冷却，或将工件埋入石灰等冷却能力弱的介质中缓慢冷却到600ºC以下，在空气中冷却至室温的热处理工艺。 正火：是把钢件加热到Ac3以上的一定温度，经适当保温，使钢全部奥氏体化后再空气中冷却，得到较细珠光体组织的热处理工艺。 淬火：是将工件加热到Ac3或Ac1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贝氏体组织的热处理工艺。 回火：将淬火零件重新加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间后冷却到室温的工艺。（8分)细化铸态金属晶粒措施：1)增大金属的过冷度2)变质处理3）振动4）电磁搅拌 铸铁的性能特点：1）优良的铸造能力2）良好的切削加工性3)较好的耐磨性和减震性4）较低的缺口敏感性 浇注位置的确定：1）主见的重要加工面应朝下2）铸件的大平面应朝下3）将面积较大的薄壁部分至于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置4）对容易产生的缩孔的铸件，使厚的部分放在铸型分型面附近的上部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安置冒口，使之实现自下而上的定向凝固。 分型的选择：1）简化工艺原则2）方便操作原则3）保证精度原则 砂型铸造工艺对铸件结构的要求：1）铸件具有最少的分型面且分型面尽量平直；避免铸件外形侧凹凸台和筋条结构应便于起模；铸件应有合适的结构斜度；2）空腔：尽量不用或少用型芯；便于型芯 固定，排气和清理。 （12分）合金铸造性能对铸件结构的要求：1）铸件的壁厚应合理均匀2）壁的转角处应有结构圆角；应避免壁的交叉和锐角连接；壁厚与薄壁间的连接应铸件过渡；3）筋的分置受力尺寸应合理4）铸件结构应能自由收缩和采用对称结构有利于减小应力和防止变形5）铸件结构应符合合金的凝固原则和合理增设补缩通道结构有利于防止缩孔和缩松6）铸件结构应尽量避免过大水平面。 自由锻件结构工艺：1）锻件下应避免锥面和斜面结构2）锻件上应尽量避免加强筋凸台工字形截面或空间曲面3）锻件结构应避免截面尺寸的急剧变化。 (10分)分模面的选择原则：1）确保锻件容易从模膛中取出2)按选定的分模面制成锻模面后，应使上下两模面的模膛轮廓一致3）把分模面选在能使模膛深度为最浅的位置4）选定的分模面应使零件上所加的敷料为最少5）是分模面为一平面，便于加工制造。 模锻件的结构工艺性：1)必须具有一个合理的分模面2）尺寸精度高，表面粗糙度较低，零件上只有与其他机件配合的表面才需进行机械加工，其余表面均可设计为非加工表面3）零件外形应力要求简单平直和对称4）尽量避免深孔结构和多孔结构5）可采用煅——焊组合工艺，以减少敷料。 (12分)预防和减少焊接应力与变形的措施：1）焊前预热，焊后缓冷2）采用合理的焊接顺序和方面3）合理地选择焊接方法和焊接工艺参数4）反变形法5）采用刚性固定发6）焊后及时消除应力。 （考）焊缝的布置：1)焊缝布置应便于焊缝操作2）焊缝应尽量分散布置3）焊缝的位置应尽可能对称布置4）尽量减小焊缝数量5）焊缝尽可能避免焊缝应力和应力集中的位置6）
一、填空 1、屈服强度是表示金属材料抵抗微量塑性变形的能力。 3、α —Fe的晶格类型为体心立方晶格。 4、γ —Fe的晶格类型为面心立方晶格。 5、随着固溶体中溶质原子含量增加，固溶体的强度、硬度__升高__。 6、金属的结晶包括形核和长大两个基本过程。 7、金属的实际结晶温度___低于_其理论结晶温度，这种想象称为过冷。 8、理论结晶温度与实际结晶温度之差△T称为___过冷度___。 9、金属结晶时，冷却速度越快，则晶粒越__细小__。 10、铁素体的力学性能特点是塑性、韧性好。 11、渗碳体的力学性能特点是硬度高、脆性大。 12、碳溶解在_γ -Fe__中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。 13、碳溶解在_α -Fe__中所形成的间隙固溶体称为铁素体。 14、珠光体的本质是铁素体和渗碳体的机械混合物。 15、共析钢的室温平衡组织为 P（或珠光体）。 共析钢的退火组织为 P（或珠光体）。 16、亚共析钢的含碳量越高，其室温平衡组织中的珠光体量越多。 17、在室温平衡状态下，碳钢随着其含碳量的增加，韧、塑性下降。 19、在铁碳合金的室温平衡组织中，渗碳体相的含量是随着含碳量增加而增加。 20、在退火态的20钢、45钢、T8钢、T13钢中，δ 和α K值最高的是 20 钢。 21、共析钢加热到奥氏体状态，冷却后获得的组织取决于钢的_冷却速度__。 22、共析钢过冷奥氏体在（A1～680）℃温度区间等温转变的产物是珠光体(或P) 。 23、共析钢过冷奥氏体在680～600℃温度区间等温转变的产物是索氏体（细珠光体）。 24、共析钢过冷奥氏体在（600～550）℃温度区间等温转变的产物是托氏体(或极细珠光 体)。 25、共析钢过冷奥氏体在550～350℃温度区间等温转变的产物是B 上（或上贝氏体）。 26、共析钢过冷奥氏体在（350～230）℃温度区间等温转变的产物是下贝氏体(或B 下)。 27、亚共析钢的正常淬火温度范围是 Ac3 + 30～50℃ 。
中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 _、课程介绍 1. 课程描述： 本课程是机械类专业的技术基础课，为机械设讣、机械制造工艺学等机械类专业课程提供工程材料及其成型技术等方面的基本知识。本课程的主要内容如下： （1）常用材料的成分、组织性能与成型工艺之间的关系及其用途。 （2）金属材料热处理（如：退火、正火、淬火、回火）和零件表面热处理的工艺特点及应用。 （3）常用工程材料的种类、牌号、性能及用途。 （4）常用工程材料成型工艺的种类、特点及其应用。 （5）典型机械零件材料及成型工艺的选用。 本课程学生应掌握材料与成型技术的基本原理、基本知识和工程应用的能力，了解工业产品的设讣、选材、加工三者之间的关系。为后续专业课学习和毕业后从事机械设计•和制造方面的工作打下一定的工程材料选择和应用的基础。 2. 设讣思路： 本课程以工程材料及其成型工艺为研究对象，用绕机械零部件设计和制造中的选材和成型两个主要环节，讲授工程材料及其成型工艺的基本知识，并将其应用到机械零部件的设讣和加工工艺中。实践环节以金属材料的硬度实验、铁碳合金平衡组织的金相分析实验、碳钢的热处理实验为主。通过学习本课程，使机械专业大学生了解工程材料的一般知识，了解常用材料的成分、组织性能与成型工艺之间的关系，培养学生具有使用和选择工程材料及成型工艺的能力，掌握制造金属零件基本成型工艺的基本知识。 开课依据：对毕业要求的能力支撑矩阵。 本课程是培养本科生从事机械设计和机械制造等领域丄作的专业基础课程，为达
成机械设计制造及其自动化专业毕业生能力矩阵1.4、1.6、2.1、2.2、2.3、2.5项要求见下 课程内容包括五个模块：工程材料的基础知识（工程材料的结构与性能、金属材料的凝固与固态相变）、金属材料热处理、金属材料、丄程材料的成型工艺、典型零件的材料及成型工艺选择。 （1）工程材料的基础知识 本模块内容为本课程的理论基础，重点讲授两部分内容： 1）工程材料的结构与性能：从丄程材料的微观结构探索其宏观性能，主要讲授原子（或分子）的相互作用、晶体材料和非晶态材料的原子排列等，并介绍工程材料的性能，为在机械设计中选择材料打下基础。 2）金属材料的凝固与固态相变：讲授纯金属和合金的结晶和凝固原理、铁碳合金平衡态的相变基础；特别讲授钢在加热时和冷却时的转变规律，为后续金属材料的热处理打好基础。 本模块的课程内容以课堂讲授为主，辅助以电子教案、多媒体课件和课程实验，重点强调丄程材料的理论知识的学习。根据课程内容，该部分安排两次实验：金属材料的硬度实验和铁碳合金平衡组织的金相分析实验，通过实验加深对理论学习内容的理解。 （2）金属材料热处理 本模块主要内容为金属材料热处理的基本概念及其在机械设讣和制造中的应用。重点讲授钢的退火、正火、淬火和回火“四把火”的基本原理与应用；同时介绍钢的化学热处理和表面淬火以及钢的淬透性、固洛热处理与时效强化等内容。本模块的课程内容以课堂讲授为主，辅助以电子教案、多媒体课件和课程实验，使大学生掌握金属材料热处理的基本原理及其应用，并利用课程实验，加深对热处理概念的理解，在机械设计和制造中得到实践。 （3）金属材料 本模块内容主要以工业用钢为研究对象，車点讲授结构钢、工具钢、特殊性能钢和铸铁的特点及其应用；介绍铝及其合金、铜及其合金、轴承合金的特点及其应用。本模块的
工程材料及成型技术课程 （Engineering Material and Processing） （36学时，工业工程专业适用） 一、简要说明 《工程材料及成型技术》是工业工程专业的必修课，36学时，2学分。 二、课程的性质，地位和任务 《工程材料及成型技术》是研究工程材料及其成形技术的综合性课程，是机械类、工业工程专业必修的技术基础课。 本课程包括工程材料及其选择、材料成形技术及其选择两大部分，使学生通过本课程的学习，达到以下目的： 1．获得工程材料性能及其改性和成型工艺的基本知识； 2．掌握工程材料及其主要成形方法的基本原理和工艺特点，具有合理选择零件材料，零件、毛坯成形方法以及工艺分析的初步能力； 3．具有应用工艺知识考虑零件结构设计工艺性的初步能力； 4．了解现代材料及其成形的新技术和发展方向。 为其它相关课程的学习和将来从事机械制造工作奠定基础。 三、教学基本要求和方法 本课程是一门密切联系工业生产实践的综合性技术基础课，课堂教学之前应具有一定的生产实践知识，因此学习本课程之前或在学习过程中应到机械制造厂进行一次多工种的金工实习，对于主要工种（如铸造、锻压、焊接、热处理、切削加工等）的基本操作应作全面了解和动手实践，以获得零件加工的感性知识。 在学习本课程之前，应先修完工程图学，工程力学，并完成金工实习，可与机械加工技术、机械原理、互换性原理等课程并行开课。 四、授课教材与主要参考书 教材： 材料及热加工，陈培里等，高等教育出版社，2006.8 参考书： 1．工程材料及成型技术基础，吕广庶，张远明主编，高教出版社，2001.8 2．热加工工艺基础张万昌主编，清华大学出版社， 3．材料科学与工程导论王高潮主编，机械工业出版社，2006 4．机械工程材料，沈莲主编，机械工业出版社，2003。 四、学分和学时分配 《工程材料及热处理》36学时，2学分，学时分配如下表。