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。
一、陶瓷材料结构特点
1.陶瓷材料的键合类型
陶瓷材料的结合键主要为离子键和共价键，但它通常不是单一的键合类型，而是两种或两种以上的混合键。
2.陶瓷材料的组织
陶瓷材料的组成结构很复杂，一般由晶体相、玻璃相和气相组成。
二、高分子材料结构特点
1.大分子链的形态
高聚物的结构形式按其大分子链的几何形状，可分为线型结构和体型结构两种。
2.大分子的聚集态结构
按照大分子几何排列是否有序，固态高聚物的结构分无定型和结晶型两种，结晶型高聚物的分子排列规整有序，无定型高聚物的分子排列杂乱不规则。
3.高聚物的物理、力学状态
温度不同，线型无定型高聚物可处于玻璃态、高弹态或黏流态。
4.高分子材料的老化
老化现象的实质是高分子材料的主要组分——大分子链的结构通过交联或降解发生变化。
一、晶体的同素异构
金属在固态下由于温度改变而发生晶格改变的现象称为同素异构转变。
二、同分异构
化学成分相同而分子结构中原子排列不同的现象称为同分异构。
铁碳合金相图是研究平衡状态下铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系及其变化规律的重要工具。
一、铁碳合金的基本组织
1.铁素体：强度、硬度不高，但具有良好的塑性和韧性。
2.奥氏体：硬度较低而塑性较高，易于塑性成形。
3.渗碳体：硬度很高而脆性极大，塑性和冲击韧性几乎等于零。
4.珠光体：是铁素体与渗碳体的机械混合物，具有良好的力学性能。
5.莱氏体：是奥氏体和渗碳体的机械混合物，力学性能与渗碳体相近。
二、铁碳合金相图的分析
1.相图中用字母标出的点都具有一定的特性，称为特性点。
2.相图中的各条线表示合金内部组织发生转变的界线，称为组织转变线。
三、铁碳合金的组织和性能的变化规律
1.相的变化规律
随着碳的质量分数的增加，铁素体的质量分数呈直线关系减少，而渗碳体的质量分数由零直线增加。
2.组织形态的变化
固溶体转变生成的单相铁素体为块状；共析体中的铁素体则主要呈交替片状。
3.力学性能的变化
随着碳的质量分数的增加，合金的硬度呈直线增高；强度提高一段后迅速下降；塑性和韧性不断降低。
一、表面淬火
通过快速加热，在零件表面很快达到淬火温度而内部还没有达到临界温度时迅速冷却，使零件表面获得马氏体组织而心部仍然保持塑性、韧性较好的原始组织的局部淬火方法。
表面淬火的加热方式有火焰加热、感应加热、电接触加热、电解液加热等多种。
二、化学热处理
将工件放在一定的活性介质中加热保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，从而改变表层的化学成分、组织和性能的工艺方法称为化学热处理。
钢的化学热处理以渗碳、渗氮和碳氮共渗最为常用。
一、钢铁氧化、磷化与镀层钝化
1.氧化处理
把钢铁工件放在沸腾的含浓碱和氧化剂（亚硝酸钠或硝酸钠）溶液中加热，使其表面形成一层厚约0.5～1.5μm的致密的氧化膜，既可以防止金属腐蚀和机械磨损，又可作为装饰性加工。
2.磷化处理
将钢铁零件浸入磷酸盐溶液中，其表面形成一层5～15μm厚的磷化膜。磷化膜为多孔膜层，它能使基体表层的吸附性、抗蚀性、减摩性得到改善。
3.钝化处理
钝化处理是指经阳极氧化或化学氧化等方法处理后的金属零件，由活泼状态转变为不活泼状态的过程。
二、电火花表面强化和喷丸表面强化技术
1.电火花表面强化
电火花表面强化是通过电火花放电的作用，把一种导电材料涂敷熔渗到另一种导电材料的表面，从而改变后者表面物理和化学性能的工艺方法。
2.喷丸表面强化
喷丸表面强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面，使表面产生强烈的塑性变形，从而获得一定厚度的强化层表面。
3.离子注入材料改性技术
离子注入是把工件（金属、合金、陶瓷等）放在离子注入机的真空靶室中，在几十至几百千伏的电压下，把所需元素的离子注入到工件表面的一种工艺。
一、碳钢
1.碳钢的分类
(1)按碳的质量分数分类
低碳钢：碳的质量分数小于0.25％；
中碳钢：碳的质量分数为0.25％～0.60％；
高碳钢：碳的质量分数大于0.60％。
(2)按用途分类
碳素结构钢和碳素工具钢。
2.碳钢的牌号
(1)碳素结构钢：由代表屈服强度的字母、屈服强度的数值、质量等级符号和脱氧方法符号
四个部分按顺序组成。
(2)优质碳素结构钢：采用两位数字表示，表示该钢号的平均碳的质量分数的百分数。
(3)碳素工具钢：其牌号由字母T和数字组成。T表示碳素工具钢，数字表示平均碳的质量分数的千分数。
二、合金钢
1.合金元素的作用：①提高钢的力学性能；②改善钢的热处理工艺性能；③能使钢获得特殊的性能。
2.合金结构钢的分类：①合金调质钢；②表面硬化钢；③合金弹簧钢。
3.合金工具钢和特殊性能钢
(1)合金工具钢：要求具有高的硬度和耐磨性以及足够的强度和韧性。主要用于制造刃具、模具、量具等工具。
(2)特殊性能钢：是指不锈钢、耐热钢、耐磨钢等具有特殊的物理和化学性能的钢。
一、铸铁的成分和性能
铸铁的抗拉强度、塑性和韧性虽然比钢差，又不能进行锻造，但是它却具有良好的铸造性、耐磨性、减振性等一系列优良性能，而且生产简便，价格低廉，所以在机械制造中得到广泛应用。
二、铸铁的分类
根据铸铁组织中石墨存在形态的差异，灰口铸铁又划分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁等。
1.白口铸铁：碳绝大部分以渗碳体的形式存在，断口呈银白色。
2.灰铸铁：碳大部分或全部以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色。
3.可锻铸铁：用碳、硅的质量分数较低的铁液浇注成白口铸铁件，再经过长时间的高温退火，使渗碳体分解成团絮状的石墨而制成。
4.球墨铸铁：在浇注前向铁液中加入适量的球化剂和孕育剂，使碳呈球状析出而制成。
5.蠕墨铸铁：一种新型高强度铸铁，石墨形状短、厚，端部圆滑呈蠕虫状。
一、铝及铝合金
纯铝熔点为660℃，面心立方晶格，无同素异构转变，并具有良好的导电、导热性，塑性好，但强度不高。不宜用来制作承力结构件，主要用来制造电线、电缆、强度要求不高的器皿、用具以及配制各种铝合金等。
铝合金按其加工方法可分为形变铝合金和铸造铝合金。
二、铜及铜合金
纯铜熔点为1083℃，面心立方结构，无同素异构转变，无磁性，具有良好的导电、导热性能，有较高的塑性和耐腐蚀性，但强度、硬度低，不能通过热处理强化。
铜合金按化学成分可分为黄铜、青铜和白铜三类。
三、钛及钛合金
纯钛熔点为1667℃，室温下为密排六方结构（晶格）。钛有同素异构转变，低于882.5℃为密排六方结构，称为α-Ti，高于882.5℃为体心立方结构，称为β-Ti。
钛合金按其退火组织可分为α型、β型、α+β型。
一、工程塑料
塑料是一种以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，通常可在加热、加压条件下塑制成形，故称为塑料。
塑料按照热性能分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。
二、橡胶
橡胶是优良的高弹性体材料，同时还具有良好的耐磨、隔音和绝缘等性能，是重要的工业原料之一。
三、胶黏剂
胶黏剂是以富含黏性的物质为基料，再加入各种添加剂后组成的。借助胶粘剂实现的连接称为胶接。胶接的优点是劳动强度低、工艺操作简单、生产率高，缺点是胶接强度低。
一、陶瓷材料的性能及分类
陶瓷材料通常具有强度高、硬度高、化学和热稳定性好，且耐高温、耐腐蚀等特点。由于陶瓷的键合特点，陶瓷材料还具有绝电、绝热的性能。
工业陶瓷可分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类。
二、常用特种陶瓷
1.氧化物陶瓷
常用的氧化物陶瓷包括：①氧化铝陶瓷；②氧化铍陶瓷；③氧化锆；④氧化镁/钙陶瓷；
⑤氧化钍/铀陶瓷。
2.碳化物陶瓷
最常见的碳化物陶瓷包括：①碳化硅陶瓷；②碳化硼陶瓷。
3.氮化物陶瓷
最常见的氮化物陶瓷包括：①氮化硅陶瓷；②氮化硼陶瓷。
4.硼化物陶瓷
一、复合材料的性能及分类
按基体材料不同，复合材料可分为非金属基复合材料和金属基复合材料两种。按其结构特点，复合材料又可分为纤维复合材料、层合复合材料、颗粒复合材料和骨架复合材料等。
复合材料和其他材料相比具有比强度和比模量高，抗疲劳性能和抗断裂性能好，减摩、耐磨、减振性能优良等特点。
二、常用复合材料
1.颗粒增强复合材料
应用较多的是：①碳化物基金属陶瓷；②氧化物基金属陶瓷。
2.纤维增强复合材料
常见的有：①玻璃纤维复合材料；②碳纤维增强复合材料；③其他纤维增强复合材料。
3.层合复合材料
一、超导材料
超导合金是超导材料中强度高、应力应变小、磁场强度低的超导体，广泛应用的有Nb-Zr 系和Ti-Nb系合金。
二、贮氢材料
贮氢合金正是靠其与氢起化学反应生成金属氢化物来贮氢的。目前，贮氢材料主要有镁系贮氢合金、稀土系合金和钛系贮氢合金。
三、形状记忆合金
具有形状记忆效应的金属称为形状记忆合金。已发现的形状记忆合金可以分为镍-钛系、铜系、铁系合金三大类。
四、非晶态合金
以极高速度使熔融的合金冷却，凝固后的合金结构呈玻璃态。它具有超耐蚀性、高磁导率、恒弹性、高强韧性、低热膨胀系数和磁致伸缩等许多优异性能。
五、磁性材料
磁性材料可分为软磁材料、硬磁材料、磁记录材料及一些特殊用途的磁性材料等。六、光纤材料
利用光导纤维进行远距离通信的效率非常高。同时，其通信容量大、质量轻、耐腐蚀、不怕电子干扰，而且保密性好、施工方便、成本低，可节约大量非铁金属。
七、压电材料
压电材料中研究得较早的是石英晶体，它的机电性能稳定，没有内耗。
八、生态金属材料
生态环境材料是指具有满意的使用性能和优良的环境协调性，或者是能够改善环境的材料。
九、纳米材料
凡是至少在一维方向上的线度在1～100nm之间的单元和由这种纳米单元作结构单元的材料均称为纳米材料。
一、影响失效的基本因素
1.设计因素：零件的结构形状、尺寸设计不合理易引起失效。
2.工艺因素：零件在焊接过程中的未焊透、偏析、冷热裂纹，锻造过程中的夹层、冷热裂纹等。
3.材质因素：选材不当，所选用的材料性能未达到使用要求，或材质较差。
4.安装使用不当：工件安装不良，操作失误、过载使用等。
二、失效形式
1.变形失效：包括弹性变形失效、塑性变形失效和蠕变变形失效。
2.断裂失效：包括延性断裂失效、脆性断裂失效、疲劳断裂和蠕变断裂失效四种形式。
3.腐蚀失效：金属与周围介质之间发生化学或电化学作用而造成的破坏。
4.磨损失效：相互接触并作相对运动的物体由于机械作用所造成的材料位移及分离的破坏形式。
一、使用性原则
1.受力状况：主要是载荷的类型和大小；载荷的形式以及载荷的特点。
2.环境状况：主要是温度特性以及介质情况。
3.特殊要求：主要是对导电性、磁性、热膨胀、密度、外观等的要求。
二、工艺性原则
1.铸造合金应有高的流动性，小的疏松、缩孔、偏析和吸气性倾向。
2.塑性加工材料应有高的塑性和低的变形抗力。
3.切削加工材料应有小的切削力，切屑处理容易，对刀具的磨损小等。
4.热处理要求材料过热敏感性小，氧化和脱碳倾向小，淬透性高，变形和开裂倾向小等。
三、经济性原则
在首先满足零件性能要求的前提下，选材应使总成本（包括材料和加工费用）尽可能低。
一、齿轮类零件的选材与工艺
1.齿轮的工作条件、失效方式及性能分析
2.齿轮的选材及热处理
二、轴类零件的选材与工艺
1.轴的工作条件、失效方式及性能要求
2.轴的选材及热处理
三、飞机起落架的选材与工艺
1.起落架的工作条件及性能要求
2.选材分析
3.工艺分析
第二章铸造成形
一、液态合金的充型能力
1.合金的流动性
液态合金具有良好的流动性，不仅易于获得形状复杂、轮廓清晰的薄壁铸件，而且有利于气体和夹杂物在凝固过程中向液面上浮和排出，有利于补缩。
合金流动性的大小通常用浇注螺旋形流动性试样的方法来测量。
2.影响合金流动性的因素
影响合金流动性的主要因素包括：①合金的成分；②合金的物理性质；③液态合金的温度。
3.液态合金的充型能力及影响因素
液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态合金的充型能力。影响液态合金充型能力的工艺因素主要有：①铸型条件；②浇注条件。
二、铸造合金的收缩
1.收缩的概念
合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩小的现象称为收缩。
液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却到室温要经历三个互相联系的收缩阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
2.铸件中的缩孔和缩松
在铸件凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，使铸件的最后凝固部位出现孔洞，其中容积较大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。
3.防止铸件产生缩孔的方法
在实际生产中，通常采用顺序凝固原则，并设法使分散的缩松转化为集中的缩孔，再使集中的缩孔转移到冒口中，最后将冒口去除，即可获得完好的铸件。
4.缩孔位置的确定
确定缩孔位置的常用方法有凝固等温线法、内切圆法和计算机凝固模拟法等。
三、铸造内应力及铸件的变形、裂纹
1.热应力
铸件在凝固和其后冷却过程中，因壁厚不均，各部分冷却速度不同，便会造成同一时刻各部分的收缩量不同，因此在铸件内彼此相互制约而产生应力。
2.机械应力
铸件收缩受到铸型、型芯及浇注系统的机械阻碍而产生的应力称为机械应力。
3.铸件的变形及其防止
如果铸件存在着内应力，则铸件处于一种不稳定状态。铸件厚的部分受拉应力，薄的部分受压应力。
为了防止铸件变形，设计时应使铸件各部分的壁厚尽可能均匀或形状对称。
4.铸件的裂纹及防止
如果铸造内应力超过合金的强度极限，则会产生裂纹。裂纹分为热裂和冷裂两种。
凡是能减少铸造内应力或降低合金脆性的因素都能防止冷裂的形成。
一、砂型铸造的生产过程及特点
砂型铸造适合于在各种生产条件下，生产各种合金的铸件。
二、砂型铸造工艺简介
砂型铸造工艺包括造型、熔炼与浇注、落砂与清理等工序。
三、铸造工艺图
1.浇注位置的选择
(1)应将铸件上质量要求高的表面或主要加工面，放在铸型的下面。
(2)对于一些需要补缩的铸件，应把截面较厚的部分放在铸型的上部或侧面。
(3)对于具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时尽量使薄壁立放或倾斜浇注。
(4)对于具有大平面的铸件，应将铸件的大平面放在铸型的下面。
2.铸型分型面的选择
(1)分型面应选在铸件的最大截面上，并力求采用平面。
(2)应尽量减少分型面的数量，并尽量做到只有一个分型面。
(3)应尽可能减少活块和型芯的数量，注意减小砂箱高度。
(4)尽量把铸件的大部分或全部放在一个砂箱内，并使铸件的重要加工面、工作面、加工基准面及主要型芯位于下型内。
3.主要工艺参数的确定
铸造工艺参数包括：①铸造收缩率；②机械加工余量；③起模斜度；④铸造圆角；⑤型芯头；⑥最小铸出孔及槽。
4.铸造工艺图
铸造工艺图是指导模样（芯盒）设计、生产准备、铸型制造和铸件检验的基本技术文件。
一、熔模铸造
熔模铸造是用蜡料制成模样，再在蜡模表面涂覆多层耐火材料，待硬化干燥后，将蜡模熔去，而获得具有与蜡模形状相应空腔的型壳，然后经焙烧后进行浇注而获得铸件的一种方法。
1.熔模铸造的工艺过程
熔模铸造的工艺过程包括：①压制蜡模；②结壳；③脱蜡；④焙烧；⑤造型和浇注。
2.熔模铸造的特点及应用范围
工艺过程较复杂，且不易控制；使用和消耗的材料较贵，因而适用于生产形状复杂、精度要求较高，或难以进行机械加工的小型零件。
二、金属型铸造
将金属液浇入用金属制成的铸型型腔中，以获得铸件的方法称为金属型铸造。
1.金属型铸造的工艺特点
根据分型面的位置不同，金属型的结构可分为整体式、垂直分型式、水平分型式和复合分型式。
2.金属型铸造的特点及应用范围
与砂型铸造比较，金属型铸造有如下特点：①实现了一型多铸；②铸件的力学性能高；
③铸件的精度较高；④金属型的制造成本高、周期长，铸型透气性差、无退让性，容易使铸件产生冷隔、浇不足、裂纹等铸造缺陷。
金属型铸造主要适用于大批量生产有色合金铸件。
三、压力铸造
在高压作用下，使液态或半固态金属以较高的速度填充铸型型腔，并在压力作用下凝固而获得铸件的方法称为压力铸造。
1.压力铸造的工艺过程
整个过程包括：①压型浇注；②压射；③开型顶件。
2.压力铸造的特点及应用范围
与砂型铸造相比，压力铸造有如下优点：①铸件的尺寸精度高；②铸件的强度和表面硬度高；③可压铸形状复杂的薄壁铸件；④压铸件中可嵌铸其它材料；⑤生产效率高。
压力铸造主要适用于低熔点的锌、铝、镁及铜等有色合金中小型铸件的大批量生产。
四、离心铸造
将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下填充铸型并凝固成形的铸造方法称为离心铸造。
与砂型铸造相比较，离心铸造有如下特点：①工艺过程简单；②铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，力学性能较好；③便于铸造双金属铸件。
五、其他铸造方法
1.反压铸造
2.挤压铸造
3.真空实型铸造
4.磁型铸造
5.气冲造型
六、铸造技术的发展趋势
1.实现绿色集约化铸造，保证可持续发展。
2.实现专业化铸造生产。
3.不断提高铸件的外观质量和内在质量，实现铸件的高性能化、精确化、轻质薄壁化。
4.加强计算机和机器人的应用，实现铸造生产的集成化、智能化、数字化、网络化和虚拟化。
一、铸铁件生产
1.灰铸铁
(1)灰铸铁件主要用砂型铸造，一般不需设置冒口和冷铁。
(2)灰铸铁的孕育处理:为了改善铸铁的组织，提高灰口铸铁的强度和其它性能。
2.球墨铸铁
(1)球墨铸铁含碳量高，接近共晶成分，其流动性与灰铸铁相近，可生产壁厚为3～4mm的铸件，常常增设冒口和冷铁，采用顺序凝固。
(2)球化处理和孕育处理
3.可锻铸铁
可锻铸铁的结晶温度范围较宽，故流动性差，在工艺设计时应特别注意冒口及冷铁的位置。
4.蠕墨铸铁
在充分蠕化条件下，蠕墨铸铁的铸造性能与灰铸铁相近。它具有比灰铸铁更好的流动性，可浇注复杂铸件及薄壁铸件。
二铸钢件生产
1.铸钢件的综合力学性能高于各类铸铁，与铸铁相比，不仅强度高，且具有优良的塑性和韧性。
2.目前在铸钢生产中应用最普遍的炼钢设备是三相电弧炉。近年来，感应电炉炼钢发展得很快。
3.遵循顺序凝固原则进行工艺设计，配置较大的冒口和冷铁来防止缩孔的产生。
4.铸钢主要用于一些形状复杂，用其他方法难以制造，而又要求有较高力学性能的零件。
一、铸造性能对铸件结构的要求
1.铸件壁厚应适当。
2.铸件壁厚应均匀。
3.铸件壁的连接应合理。
4.铸件结构应能够减少变形。
5.铸件结构应能够减缓收缩受阻。
二、铸造工艺对铸件结构的要求
1.铸件的外形设计应便于取模，尽量避免外部侧凹结构，并使分型面少而平直。
2.铸件内腔设计要合理、简单。
3.设计结构斜度。
第三章锻压成形
一、金属的塑性变形与再结晶
1.金属的塑性变形实质
金属受外力作用时，会在其内部产生应力，使金属发生相应的变形，当内应力超过材料的屈服极限时，在外力去除以后金属所保留的变形称为塑性变形。
(1)单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生两种方式进行。
(2)多晶体的塑性变形包括晶内变形和晶间变形。
2.塑性变形对金属组织与性能的影响
(1)组织变化：晶粒沿变形最大方向伸长；晶格发生畸变，产生内应力；晶粒之间产生碎晶。
(2)力学性能变化：金属的强度、硬度增高，塑性和韧性下降。这种现象称为加工硬化。
二、金属的纤维组织及锻造比
在热变形过程中，材料内部的夹杂物及其它非基体物质，沿塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维组织。
锻造比通常是用拔长时的变形程度来衡量。通常情况下，增加锻造比有利于改善金属的组织与性能，但其过大也无益。
三、金属的锻造性能及影响因素
金属的锻造性能是衡量材料压力加工难易程度的工艺性能。它包括塑性和变形抗力两个因素。塑性高，变形抗力小，则锻造性能好；反之，锻造性能差。
影响金属可锻性的因素：①化学成分；②组织结构；③变形温度；④变形速度；⑤应力状态。
一、自由锻造
自由锻指用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧之间，利用锤头的冲击力或上砧的静压力直接使坯料变形而获得锻件的方法。
1.自由锻的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移和扭转。
2.自由锻工艺规程制订：①绘制锻件图；②选择锻造工序；③确定坯料质量和尺寸；④选择合适的锻造设备。
二、模锻
模锻是金属在外力作用下产生塑性变形并充满模膛而获得锻件的方法。
1.锤上模锻
(1)锻模结构：由带有燕尾的上模和下模组成。
(2)锻模模膛分类：按其功用不同，分为制坯模膛和模锻模膛两大类。
(3)模锻件图的绘制:①选择分模面；②确定加工余量、公差、余块和连皮；③确定模锻斜度和圆角半径；④变形工步的选择。
2.曲柄压力机上模锻
曲柄压力机上模锻的主要优点：①变形力为静压力，坯料的变形速度较低；②锻造时滑块行程不变，坯料变形在一次行程内完成，生产率高；③滑块运动精度高，并设有上下顶出装置，能使锻件自动脱模，便于实现机械化和自动化。
3.平锻机上模锻
平锻机上模锻的优点：①坯料多是棒料和管材，可锻造出曲柄压力机所不能锻造的长杆类锻件，并能锻出通孔；②锻模有两个分模面，可以锻出其它设备上无法成形的、侧面带有凸台和凹槽的锻件。锻件无飞边、精度高。
4.摩擦压力机上模锻
摩擦压力机的行程速度介于模锻锤和曲柄压力机之间，滑块行程和打击能量均可自由调节，坯料在一个模膛内可以多次锤击，能完成镦粗、成形、弯曲、预锻等成形工序和校正、修整等后续工序。
5.胎模锻造
胎模锻造是在自由锻设备上使用胎模来生产模锻件的方法。
6.精密模锻
精密模锻是指在普通锻造设备上锻造高精度锻件的方法。其主要工艺特点是使用两套不同精度的锻模。先使用普通锻模锻造，留有0.1～1.2mm的精锻余量，然后切下飞边并进行酸洗，再使用高精度锻模，直接锻造出所要求的产品零件。
一、板料冲压的基本工序
1.分离工序：是使冲压件与板料沿所要求的轮廓线相分离的工序。如落料、冲孔、切断和修整等。
2.成形工序：是使板料产生塑性变形而不破裂的工序。如弯曲、拉深、成形和翻边等。
二、冲压模具
1.简单冲模：在冲床的一次冲程内只能完成一道工序。结构简单，成本低，但生产率较低。主要用于简单冲裁件的批量生产。
2.连续冲模：在冲床的一次冲程内，在模具的不同位置上可以同时完成两道以上的工序。生产率高，易于实现自动化，但结构复杂，成本也相应增高。适用于大批量生产精度要求不高的中、小型零件。
3.复合冲模：在冲床的一次冲程内，在模具的同一位置上可以同时完成两道以上的工序。生产率高，零件加工精度高，但模具制造复杂，成本高，适用于大批量生产。
一、超塑成形
1.超塑性模锻
2.超塑性无模拉拔
3.超塑性气压胀形
4.超塑性胀形与扩散连接复合工艺
二、粉末锻造
粉末锻造是将粉末烧结的预成形坯经加热后，在闭式锻模中锻造成零件的工艺方法。
三、回转成形
回转成形过程是局部变形的连续累积过程。
四、静液挤压
静液挤压是一种采用液体静压力对工件实施挤压的塑性成形方法。
五、压力加工技术的发展趋势
1.采用柔性成形工艺及发展锻压生产的柔性加工系统。
2.增加设备的柔性和发展低能耗成形技术。
3.实现精密塑性成形并与其它工艺交叉运用。
4.构建数字化塑性成形技术体系，注重数字化技术与传统加工方式相结合。
一、自由锻件的设计原则
自由锻件的设计应尽量避免锥面或斜面、加强筋或凸台等结构。
二、模锻件的设计原则
模锻件允许具有复杂的曲面，细小的花纹和文字，可以带筋和小凸台，但必须保证模锻件能从模膛中顺利取出。另外，模锻时金属的流动阻力比较大，设计时必须考虑使金属易于充满模膛。
三、冲压件的设计原则
1.冲压件的材料选择：应满足冲压基本工序对材料性能和表面质量的要求。
2.冲压件的形状：应力求简单、对称，以使模具受力均衡，材料变形均匀，便于保证冲压件质量。
3.冲压件的尺寸：冲压件的转角一般情况下应设计成圆角，圆角半径应大于冲压基本工序所允许的最小圆角半径；设计冲裁件要保证落料和冲孔所允许的最小尺寸、孔与孔和孔与零件边缘的距离；设计弯曲件时要注意弯曲件的直边长，孔与弯曲半径中心的最小距离；对于拉深件应注意拉深件的深度和拉深件凸缘尺寸等。
第四章焊接成形
一、焊接电弧与电弧焊机
1.焊接电弧
焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中产生的强烈、持久的气体放电现象。
2.焊接电源
(1)对焊接电源的要求：①具有一定的空载电压，—般为50～90V。②具有适当的短路电流，一般不超过工作电流的1.25～2倍。③电弧长度发生变化时，能保证电弧的稳定。电弧电压—般在16～36V范围内。
(2)常用焊接电源的类型:主要有交流弧焊机，直流弧焊机和交、直流两用弧焊机。
二、焊接冶金过程与焊条
1.焊接冶金特点：①冶金温度高；②冶金过程短；③冶金条件差。
2.焊条
(1)焊条的组成及作用：由金属焊芯和药皮两部分所组成。其主要作用是作为电极和填充金
属，用于引燃电弧和填充焊缝。
(2)焊条的分类与型号：焊条牌号是焊条行业统一的代号，焊条型号则是国家标准规定的代号。
三、焊接接头的组织与性能
焊接接头包括焊缝金属和焊接热影响区。
四、焊接应力与变形
1.焊接应力与变形的产生原因：在焊接过程中，对焊件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因。
2.焊接变形的基本形式：常见的焊接变形有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形5种形式。
3.减少和消除焊接应力与变形的措施：①预留收缩变形量；②反变形法；③刚性固定法；④合理选择焊接顺序，尽量使焊缝自由收缩；⑤锤击焊缝法；⑥加热减应区法；⑦焊前预热和焊后缓冷；⑧焊后去应力退火。
4.焊接变形的矫正方法：①机械矫正；②火焰加热矫正。
一、电弧焊
1.手工电弧焊
手工电弧焊利用电弧热局部熔化焊件，并用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。
手工电弧焊的优点是设备简单，应用灵活、方便，适用面广，可焊接各种焊接位置和直缝、环缝及各种曲线焊缝。尤其适用于操作不便的场合和短小焊缝的焊接。不适宜焊接钛等活泼金属、难熔金属及低熔点金属。
2.埋弧自动焊
埋弧自动焊是利用连续送进的焊丝在焊剂层下产生电弧而自动焊接的方法。
埋弧自动焊的生产率高，焊缝质量高且稳定，劳动条件好。可焊接中、厚钢板(6～60mm)的直焊缝或大直径环缝，平焊位置的对接、搭接和T字接头。还可以用于在基体金属表面堆焊耐磨、耐蚀合金。
3.气体保护焊
气体保护焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。常用焊接方法有氩弧焊和二氧化碳气体保护焊。
二、其他焊接方法
1.电阻焊
电阻焊是利用电流通过焊件接触面及邻近区域产生的电阻热，将接头接触处加热到塑性状态或局部熔化状态，在压力下形成牢固接头的焊接方法。
电阻焊生产率高，不用填充金属，不用保护，易于机械化自动化。但对焊件厚度和接头形式有一定限制。
2.钎焊
钎焊是用比焊件熔点低的金属作钎料，将焊件和钎料加热到适当温度，焊件不熔化，钎料熔化后填满接头间隙，并与焊件相互扩散，冷凝后将焊件连接起来的焊接方法。
3.电渣焊
电渣焊是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行熔化焊的方法。
4.摩擦焊
摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态时迅速顶锻的一种压力焊方法。
5.电子束焊
电子束焊是在真空环境中，从炽热阴极发射的电子被高压静电场加速，并经磁场聚集成高能量密度的电子束，以极高的速度轰击焊件表面，由于电子运动受阻而被制动，遂将动能转化为热能而使焊件瞬间熔化，从而形成牢固的接头。
6.等离子弧焊
等离子弧焊是利用压缩电弧(等离子弧)作热源的金属极气体保护焊。经强迫压缩后的电弧弧柱中的气体充分电离，形成高温、高能量的等离子弧，从而熔化金属并形成焊接接头。
7.激光焊
激光焊是以聚焦的激光束作为热源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。
8.爆炸焊
爆炸焊是利用炸药爆炸产生的巨大冲击力和热量造成焊件的迅速碰撞而实现连接的焊接方法。
9.扩散焊
扩散焊是在一定的温度和压力下使待焊表面相互接触，通过微观塑性变形，经较长时间的原子相互扩散而实现连接的焊接方法。
10.磁力脉冲焊
磁力脉冲焊是利用被焊工件之间脉冲磁场相互作用而产生冲击作用来实现金属之间的连接。
11.超声波焊
超声波焊是利用超声波的高频振荡能对焊件接头进行局部加热和表面清理，然后施加压力实现焊接的一种压力焊方法。
一、焊接结构材料的选择
在满足使用性能的前提下，应选用焊接性好的材料来制造焊接结构。
在满足焊接性能的条件下，应优先选用强度等级低的低合金结构钢。
二、焊接方法的选择
对于焊接性良好的低碳钢，可根据其板厚、生产率等确定具体的焊接方法。
焊接合金钢、不锈钢等重要工件，应采用氩弧焊以保证焊接质量；对于焊接稀有金属或高熔点金属的特殊构件，可采用等离子弧焊接、真空电子束焊等焊接方法。
三、焊接接头形式的设计
1.手工电弧焊接头形式的选择：包括对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头。
2.手工电弧焊坡口形式的选择：除搭接接头外，其余接头在焊件较厚时均需开坡口。
3.其他焊接方法接头形式
埋弧自动焊的接头形式与手工电弧焊的基本相同。因其电流较大，熔深较大，故板厚小于12mm时可不开坡口单面焊接；板厚小于24mm时不开坡口双面焊接。
电渣焊可采用对接、角接、T形接头焊接，不需开坡口。
点焊、缝焊多采用搭接接头。
四、焊缝的布置
1.焊缝布置应便于焊接操作。
2.焊缝布置应有利于减少焊接应力与变形。
3.焊缝布置应避开最大应力区和应力集中部位。
4.焊缝布置应避开或远离机械加工面。
5.便于焊接和检验。
第五章非金属材料成形
一、挤出成形
首先将粒状或粉状的热塑性塑料加入到挤出机料斗中，在旋转着的挤出机螺杆的作用下，塑料沿螺旋槽向前输送，料筒内的塑料由于料筒的传热以及塑料与料筒及螺杆之间的剪切和摩擦热，逐渐熔融呈粘流态，然后在挤压系统作用下，塑料熔体通过具有一定形状的挤出模具（机头）口而连续成形为所需断面形状的型材。
挤出成形加工的产品包括各种管材、棒材、板材、电线电缆外皮和中空容器等。
二、注射成形
注射成形是将颗粒或粉状塑料置于注射成形机料筒内加热至流动状态，由推杆（或螺旋杆）施加高压和较快速度，使已熔化的物料通过狭小的喷嘴注入闭合模具的模腔中，经冷却脱模，即可得到所需形状的塑料制品。
注射成形主要用于热塑性塑料和流动性较好的热固性塑料，可以成形几何形状非常复杂、尺寸要求高及带各种嵌件的塑料制品。
三、压延成形
压延成形将加热塑化的热塑性塑料通过两个以上相对旋转的滚筒间隙，而使其成为规定尺寸的连续片状材料的成形方法。
压延成形可以生产大型塑料制品，特别是平板类件，但此法难以生产形状复杂及带有金属嵌件的塑料制品。
一、干压成形
干压成形是将粉料装入钢模内，通过冲头对粉末施加压力，压制成具有一定形状和尺寸的压坯的成形方法。该方法一般适用于形状简单、尺寸较小的制品。
二、等静压成形
等静压成形是利用液体或橡胶等在各个方向传递压力相等的原理对坯体进行压制的。目前仍然只限于生产具有较高要求的电子元件及其他高性能材料。
三、注浆成形
注浆成形是指将陶瓷颗粒悬浮于液体中成为料浆，然后把料浆注入多孔模具中，通过模具的气孔把料浆中的液体吸出，而在模具内留下坯体。可制造形状复杂、大型薄壁制品。
四、热压成形
利用蜡类材料热熔冷固的特点，把粉料与熔化的蜡料黏合剂迅速搅合成具有流动性的料浆，在热压铸机中用压缩空气把热熔料浆注入金属模，冷却凝固后成形。可成形复杂制品，但坯体密度较低，生产周期长。
五、注射成形
将粉料与有机黏结剂混合后，加热混炼，制成粒状粉料，用注射成形机在130～300℃温度下注射入金属模具中，冷却后黏结剂固化，取出坯体，经过脱脂后按照常规工艺烧结。这种工艺成形简单，成本低，压坯密度均匀，适用于复杂零件的自动化大规模生产。
第六章快速成形
一、制备复合材料的通用方法
1.颗粒、晶须、短纤维增强复合材料的制备：①混合；②制坯；③成形。
2.纤维增强体增强复合材料的制备：①增强体预成形；②复合。
二、金属基复合材料成形方法
1.液态金属浸润法：包括①常压铸造法；②液体金属搅拌法；③真空加压铸造法；④挤压铸造法。
2.扩散黏结法
3.粉末冶金法
4.喷雾共沉积法
三、树脂基复合材料成形方法
1.热压罐成形
2.对模模压成形
3.热成形工艺
4.缠绕成形
5.拉挤成形
四、陶瓷基复合材料成形方法
1.浆体浸渗工艺
2.气-液反应工艺
3.化学气相渗透法
五、C/C复合材料成形方法
1.预成形体的成形工艺
2.C/C的致密化工艺
第七章零件的毛坯选择
一、毛坯分类
1.轴类零件：材料选择主要考虑强度，同时兼顾冲击韧性和表面耐磨性。通常以锻件作毛坯，常用材料为中碳钢或中碳合金调质钢。
2.机架箱体类零件：要求具有较好的刚性、减振性和耐磨性，因此多数情况下选用灰铸铁进行铸造成形。
3.盘套类零件：毛坯的生产方法不同，会造成它们在结构、性能、重量、体积和生产成本上存在很大差异。选择毛坯时可以根据其特点进行综合分析比较，选择合理的方案。
二、毛坯成形方法选择原则
1.功能性原则：所选毛坯材料的力学性能和工艺性能，应能满足零件使用性能的要求。
2.经济性原则：在满足使用要求的前提下，选择省工、省料、节约能源、成本低廉的方案。
3.可行性原则：根据零件形状或材料的工艺性能及实际生产条件选择成形方法。
一、常见毛坯成形缺陷及其预防措施
1.铸件常见缺陷及其预防措施：铸造缺陷的产生往往原因复杂，需经过工艺试验最终确定合理的工艺方案。常见缺陷有孔眼、表面缺陷、形状尺寸不合格和裂纹。
2.常见模锻件缺陷及其预防措施：模锻件的缺陷种类较多，原因比较复杂。分析其产生的原因，应从下料、锻造成形过程、锻模设计和制造合理性、锻件热处理以及清理等生产环节综合分析。常见缺陷有过热、过烧、脱碳、欠压、局部未充满、错差、冲裂和表面凹穴。
3.焊接件常见缺陷及其预防措施：焊接缺陷主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣和气孔等。焊接缺陷的存在直接影响焊接接头的质量和焊接结构的安全性，易产生应力集中造成焊件的脆性断裂，其中危害最大的是焊接裂纹和气孔。
二、毛坯成形质量的检验
1.外观质量检验：①尺寸和形状检验；②表面质量检验。
2.内部缺陷检验：主要有射线法和超声检测两种方法。
3.成分和显微组织检验
4.毛坯件力学性能检验
5.密封性检验：①水压试验；②气压试验。
一、快速成形技术的基本原理
快速成形的基本原理是由设计者首先在计算机上构造出所需产品的三维模型，用切片软件将其切成具有一定厚度（厚度越薄，零件精度越高）的二维平面（轮廓曲线），而后经过快速成形设备按此轮廓逐层叠加材料，直至形成三维产品。
二、激光立体光刻成形技术
1.基本原理：是将所设计零件的三维计算机成像数据，转换成一系列很薄的模样截面数据。然后在快速成形机上，用可控紫外线激光束，按计算机切片软件所得到的轮廓轨迹，对液态光敏树脂进行扫描固化，从而构成模样的一个薄截面轮廓。从零件的最底层截面开始，一次一层（一般为0.076～0.381mm），连续进行，直至三维立体模样制造而成。
2.主要特点：可以成形任意形状的复杂零件，成形精度高、仿真性强、材料利用率高、性能可靠、性价比高。比较适合产品外形评估、功能实验、快速制造电极和各种快速经济模具。
三、分层叠纸制造成形工艺
1.基本原理：是将薄膜材料逐层激光切割成所需形状，然后叠加在一起的造形方法。
2.主要特点：LOM成形速度快，成形材料便宜，成本低，无热应力、收缩、膨胀、翘曲等现象，形状与尺寸精度稳定。适用于航空、汽车等行业中体积较大的制件。
四、激光选择烧结成形技术
1.基本原理：是在一个充满氮气的惰性气体加工室中，先将一层很薄的可熔粉末沉淀到圆柱形容器底部的可以上、下移动的板上，按CAD数据控制二氧化碳激光束的运动轨迹，对可熔粉末材料进行扫描熔化，并调整激光束的强度对0.125～0.25mm厚的粉末进行烧结，从而形成模样的截面形状。
2.发展方向：用金属粉末和陶瓷粉末来直接制造工具、模具和铸造型壳。
五、熔丝沉积成形工艺
1.基本原理：使用一个外观非常像二维平面绘图仪的装置，只是笔头被一个挤压头代替，它可挤压出一束非常细的蜡状塑料或熔模铸造蜡料，并按二维切片薄层轨迹逐步堆积。
2.主要特点：用FDM工艺制模时，其模样上的突出部分无需支承材料，制出的模样表面光洁，尺寸精度高，且消除了因层间粘结不良而形成的层间台阶毛刺缺陷和分层问题。
一、快速铸造技术
快速铸造技术的基本原理是利用快速成形技术直接或间接地制造铸造用消失模、模样、模板、铸型、型芯或型壳等，然后结合传统铸造工艺，快捷地制造金属零件。
二、快速精密铸造技术
快速精密铸造技术是将快速成形技术与精密铸造工艺相结合，其工艺过程是用快速成形技术制得的原型代替熔模铸造中的蜡模，在其上涂挂耐火型壳，高温焙烧使树脂原型燃烧去除，最后进行造型浇注，从而实现缩短生产周期和降低成本之目的。
三、用快速成形技术实现快速精密铸造的主要方法
1.基于SLA原型快速制造零件
2.基于LOM原型快速制造零件
3.基于SLS原型生产金属零件
4.基于FDM原型生产金属零件
5.基于3DP工艺的型壳直接快速制造工艺
6.无模铸型快速制造工艺
一、高能率成形的特点
1.模具简单：仅用凹模就可以实现。
2.零件精度高，表面质量好。
3.可提高材料的塑性变形能力。
4.成本低。
二、高能率成形的类型
1.爆炸成形
爆炸成形是利用爆炸物质在爆炸瞬间释放出巨大的化学能对金属毛坯进行加工的一种高能率成形方法。
爆炸成形主要用于板材的拉深、胀形、校形等成形工艺。
2.电液成形
电液成形是利用液体中强电流脉冲放电所产生的强大冲击波对金属进行加工的一种高能率成形方法。它还只限于中小型零件的加工，可进行拉深、胀形、翻边、冲裁、校形等。
3.电磁成形
电磁成形是利用脉冲磁场对金属进行压力加工的高能率成形方法。适用于板材、管材的胀形、缩口、翻边、压印、剪切、装配、连接等，尤其适用于管子、管接头的连接装配。
一、半固态成形的概念
半固态成形是在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌或扰动、或改变金属的热状态、或加入晶粒细化剂、或进行快速凝固，即改变初生固相的形核和长大过程，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固液混合浆料，利用这种固液混合浆料直接进行加工成形。
二、半固态金属浆料的制备
半固态成形技术采用机械或电磁搅拌的方法，可以得到固体组分的颗粒大小在50～100μm范围内的半固态浆料。
三、半固态金属的成形与应用
1.流变铸造：是将金属液从液相到固相冷却过程中进行强烈搅动，在一定固相率下，直接将所获得的半固态金属浆液压铸或挤压成形。
2.触变成形：是将半固态金属原料首先制成锭料，生产时，将定量的锭坯重新加热至半固态然后再成形。
一、焊接机器人和智能化
1.焊接机器人的组成：主要包括机器人和焊接设备两部分。
2.焊接机器人的结构：主要有平行四边形结构和侧置式（摆式）结构两种形式。
二、提高焊接生产率
提高焊接生产率的途径有两个方面：①提高焊接熔敷率；②减少坡口截面及熔敷金属量。
材料成形加工技术将会出现如下新特征：
1.精密特征，成形精度向净成形（即近无余量成形）的方向发展。
2.优质特征，成形质量向近无缺陷的方向发展。
3.快速特征，成形过程的快速化。
4.复合特征，成形方法向复合方向发展。
5.绿色特征，成形加工生产向清洁生产方向发展。
6.信息化特征，与信息技术高度融合。
一、切削加工的分类与特点
切削加工是利用切削刀具从工件毛坯上切除多余的材料，以获得具有一定形状、尺寸、精度和表面粗糙度的零件的加工方法。
切削加工可分为机械加工和钳工两部分。机械加工是通过人工操纵机床来实现零件的加工；钳工一般是在钳工工作台上手持工具进行切削加工。
切削加工的主要特点为：①切削加工的尺寸公差等级可达ITl2～IT3，甚至更高；②切削加工对于零件的形状和尺寸一般不受限制，只要能在机床上实现装夹，大都可进行切削加工，且可实现常见型面，如外圆、内圆、锥面、平面、螺纹、齿形及空间曲面等的加工；③在常规条件下，切削加工的生产率一般高于其他加工方法；④刀具和工件必须具有一定的强度和刚度，同时刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度。
一、机床的切削运动
1.主运动：切下切屑所需要的最基本的运动。速度高、消耗机床功率多。主运动一般只有一个。
2.进给运动：多余材料不断被投入切削，从而加工出完整表面所需的运动。进给运动可以有一个或几个。
二、切削用量
1.切削速度：主运动的线速度。
2.进给量：单位时间内，刀具在进给方向上相对工件的位移量。
3.背吃刀量：通过切削刃上的选定点，垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度尺寸。
三、切削加工的阶段划分
加工工艺过程按加工性质和目的的不同可以划分为粗加工、半精加工、精加工、精密加工、超精密加工几个阶段。
一、刀具材料
1.刀具材料应该具备的性能：①高的硬度；②足够的强度和韧性；③高的耐磨性；④高的耐热性；⑤良好的工艺性和经济性。
2.刀具材料
目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢及硬质合金等。
二、刀具结构
1.车刀的结构形式及组成
车刀是由切削部分和夹持部分组成。切削部分又由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖组成。
2.车刀的标注角度
车刀的标注角度是指刀具图样上标注的角度。主要的标注角度有前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角。
3.刀具的工作角度
在实际切削过程中，一些条件的改变会致使刀具切削时的几何角度不等于上述标注的角度。刀具在切削过程中的实际切削角度，称为工作角度。
一、切削过程及切屑类型
1.切削形成过程：塑性金属的切削过程是挤压和切屑变形的过程，经历了弹性变形、塑性变形、挤裂和切离四个阶段。
2.切屑类型：包括①带状切屑；②节状切屑；③崩碎切屑。
二、积屑瘤和表面变形强化
1.积屑瘤
在切削铝合金、钢等塑性材料时，当切削速度不高而且形成带状切屑的情况下，常有一些来自工件或切屑的金属粘结在刀具前刀面靠近切削刃的附近，形成硬度很高（约为工件硬度的2～3倍）的楔块，称作积屑瘤。
2.表面变形强化和残余应力
在切削金属材料时，工件已加工表面表层的强度、硬度明显提高而塑性下降的现象称为表面变形强化。
残余应力是指在外力消失后，残留在工件材料内部而总体又保持平衡的内应力。
三、切削力和切削功率
1.切削力：切削加工时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力。
2.影响切削力的因素：①工件材料；②切削用量；③刀具角度；④切削液。
3.切削功率：三个切削分力消耗功率的总和。
四、切削热和切削温度
1.切削热：切削过程中，因变形和摩擦所消耗的功的绝大部分变成了热能，产生出大量的热。
2.切削温度：前刀面与切屑接触区域的平均温度。
五、刀具的磨损和耐用度
1.刀具的磨损：分为初期磨损、正常磨损、急剧磨损三个阶段。
2.刀具耐用度：指刀具由开始切削至磨钝为止实际进行切削的时间。
一、加工质量
1.加工精度：指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。
(1)尺寸精度：指零件实际加工的尺寸与设计给定的尺寸相符合的程度，它由尺寸公差控制。
(2)形状精度和位置精度:指零件表面实际形状和位置与理想形状和位置相符合的程度。
2.表面质量：指零件在加工后表面层的状况。包括表面粗糙度、表面层加工硬化的程度及表面残余应力的性质和大小。
二、生产率
切削加工生产率是指单位时间内生产合格零件的数量。
一、刀具角度及耐用度的选择
1.刀具角度的选择
(1)前角的选择：增大前角能够使车刀锋利，减小切削变形、切削力和切削热。但不宜过大。
(2)后角的选择：适当的后角可减小后刀面与工件之间的摩擦和减少后刀面的磨损。但不宜过大。
(3)主偏角的选择：减小主偏角可以使切削条件得到改善，刀具寿命提高，使切深抗力增大，还可以减小已加工表面残留面积的高度。
(4)副偏角的选择：适当的副偏角可减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦，
《工程材料及成型工艺》教学大纲 （Engineering Material and Forming Technology） 课程代码：31010280 学位课程/非学位课程：非学位课 学时/学分：60/4 适用专业：机械工程专业 课程简介： 《工程材料及成形工艺》是研究工程材料及其成形工艺方法的一门综合性专业技术基础课。本课程以材料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系为主线，重点介绍材料的本质，提出有关的理论和描述，说明材料结构是如何与其成分、加工工艺、性能以及行为相联系的。使学生获得常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性、成形方法的基本知识。 一、教学目标 1、知识水平教学目标 通过本课程的教学，使学生了解工程材料与热加工工艺技术在机械制造过程中的地位和作用，熟悉工程材料的种类、牌号、成分、性能、改性方法和用途；了解常用热加工工艺方法的基本知识。了解与本课程有关的新材料、新工艺、新技术及其发展趋势。 2、能力培养目标 通过本课程的教学，使学生具有现代机械制造过程的完整概念。能运用工程材料及改性的知识，正确选用零件材料和改性方法的初步能力；能综合运用热加工工艺知识，选用毛坯成形方法；初步具有运用工程材料与热加工工艺新技术、新工艺解决实际问题的能力。 3、素质培养目标 培养热爱科学、求真务实的学风和对机械技术工作的奉献精神。 二、教学重点与难点 1、教学重点： 铁碳合金相图、钢的热处理、工业用钢、铸造。 2、教学难点： 铁碳合金相图、钢的热处理、工业用钢、铸造。
三、教学方法与手段 采用启发式教学，调动学生学习的主观能动性，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，以“少而精”为原则，精选教学内容，使学生对机械制造的新材料、新工艺、新技术有所了解。 采用多媒体教学，充分利用课件中的影音文件和图片资料，增强直观性，加深理解。同时注重每个章节的小结，帮助学生将课程内容结构化，有助于记忆。 四、教学内容、学习目标与学时分配 教学内容教学目标课时分配 （60学时，其中实验8学时） 绪论了解0.5 1．金属材料的力学性能 1.5 1.1刚度、强度、塑性掌握 1 1.2冲击韧性掌握 1.3疲劳强度了解 0.5 1.4硬度理解 2．金属及合金的结构与结晶 4 2.1金属的结构与结晶理解 2 2.2合金的结构与相图掌握 2 3．铁碳合金相图 4 3.1铁碳合金的组元及基本相理解 1 3.2 Fe-Fe3C相图掌握 2.5 3.3含碳量对碳钢组织与性能的影响了解 0.5 4．钢的热处理 10 4.1钢在加热时的转变理解 1 4.2钢在冷却时的转变掌握 3 4.3钢的退火与正火掌握 1 4.4钢的淬火与回火掌握 2 4.5钢的淬透性与淬硬性理解 1 4.6钢的表面热处理掌握 2 5．工业用钢 6 5.1概述理解 2 5.2结构钢掌握 2 5.3工具钢掌握 1.5
教案 （理论课） 2010～2011学年第2学期 课程名称工程材料与成形技术基础教学系机械工程系 授课班级焊接091 主讲教师晏丽琴 职称讲师
培黎工程技术学院二○一一年二月 课程基本情况
系主任：年月日 目录 第一章绪论 第一节材料加工概述 一、材料加工概述 二、材料加工的基本要素和流程 第二节材料成形的一些基本问题和发展概况 一、凝固成形的基本问题和发展概况 二、塑性成形的基本问题和发展概况 三、焊接成形的基本问题和发展概况 四、表面成形的基本问题和发展概况 第三节本课程的性质和任务 绪论 学习思考问题 ·材料加工的基本要素和流程是什么？ ·材料成形存在的基本问题是什么? ·本课程的性质和基本任务是什么? 一、材料加工概述 任何机器或设备，都是由许许多多的零件装配而成的。这些零件所用材料有金属材料，也有非金属材料。零件或材料的加工方法多种多样，归纳起来有以下4类： (1)成形加工：用来改变材料的形状尺寸，或兼有改变材料的性能。主要有凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制和塑料成形等。 (2)切除加工：用于改变材料的形状尺寸，主要有车、铣、刨、钻、磨等传统的切削加工，以及直接利用电能、化学能、声能、光能进行的特殊加工，如电火花加：[、电解加工、超声加工和激光加工等。
(3)表面成形加工：用来改变零件的表面状态和(或)性能，如表面形变及淬火强化、化学热处理、表面涂(镀)层和气相沉积镀膜等。 (4)热处理加工：用来改变材料或零件的性能，如退火、正火、淬火和回火等。 根据零件的形状尺寸特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本等多种因素，选择零件的加工方法，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。零件制成后再经过检验、装配、调试，最终得到整机产品。 二、材料加工的基本要素和流程 材料加工方法的种类虽然繁多，但通过对每种材料加工方法的过程分析表明，它们都可以用建立在少数几个基本参数基础上的统一模式来描述。该模式便于对各种加工方法进行综合分析和横向比较。 任何一种材料的加工过程，都是为了达到材料的形状尺寸或性能的变化。而为了产生这种变化，必须具备三个基本要素：材料、能量和信息（图1.2）。因而材料的加工过程，可以用相关材料流程、能量流程和信息流程来描述。 三大流程： 1.材料流程 表征加工过程特点的类型； 要改变形状尺寸和性能的材料状态； 能够用来实现这种形状尺寸和性能变化的基本过程； 2.能量流程 包括机械过程的能量流程，热过程能量：电能、化学能、机械能 3.信息流程 形状信息、性能信息
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。
机械工程材料教案 机械工程材料教案 一、教案背景 机械工程材料是机械工程专业的一门重要基础课程，旨在培养学生对机械工程材料的理解和应用能力。本教案将以课程教学目标为导向，通过设计合理的教学内容和教学方法，帮助学生全面掌握机械工程材料的知识和技能。 二、教学目标 1. 掌握常见机械工程材料的基本性能和特点； 2. 理解机械工程材料的组织结构和相变规律； 3. 能够正确选择和应用机械工程材料； 4. 具备解决机械工程材料问题的能力。 三、教学内容 1. 机械工程材料的分类和特点 1.1 金属材料 1.1.1 铁及铁合金 1.1.2 非铁金属
1.2 非金属材料 1.2.1 陶瓷材料 1.2.2 高分子材料 1.2.3 复合材料 2. 机械工程材料的组织结构和相变规律 2.1 晶体结构和晶格缺陷 2.2 相图和相变规律 2.3 材料的力学性能和热处理 3. 机械工程材料的选择和应用 3.1 材料选择的基本原则 3.2 材料的加工性能和耐久性 3.3 材料的表面处理和防护 4. 机械工程材料问题的解决方法 4.1 材料失效分析和故障诊断 4.2 材料损伤修复和改良方法 4.3 材料性能测试和质量控制 四、教学方法
1. 理论讲授：通过课堂讲解，系统介绍机械工程材料的基本知识和理论。 2. 实验演示：利用实验室设备，展示机械工程材料的性能和特点，培养学生的实际操作能力。 3. 讨论研究：组织学生进行小组讨论，讨论机械工程材料的选择和应用，培养学生的分析和解决问题的能力。 4. 实践操作：通过实践操作，让学生亲自参与到机械工程材料的加工和测试过程中，提高他们的实际操作技能。 五、教学评价 1. 平时表现：包括课堂参与、作业完成情况等。 2. 实验报告：根据实验内容和要求，完成实验报告并进行评分。 3. 期末考试：对学生对机械工程材料知识的掌握情况进行考核。 六、教学资源 1. 实验设备：金相显微镜、拉伸试验机、冲击试验机等。 2. 网络资源：通过互联网查找相关资料，扩展学生的知识面。 七、教学进度安排 第一周：课程介绍、金属材料分类和特点
土木工程材料教案 教案标题：探索土木工程材料 教案目标： 1. 了解土木工程材料的基本概念和分类； 2. 掌握土木工程材料的性质、特点和应用领域； 3. 培养学生对土木工程材料的分析和评价能力； 4. 培养学生的实验设计和数据处理能力。 教案内容和步骤： 步骤一：引入（5分钟） 1. 引导学生思考土木工程中使用的材料有哪些，以及这些材料的重要性； 2. 提出问题，激发学生的兴趣：你认为哪种材料在土木工程中最重要？为什么？步骤二：概念讲解（15分钟） 1. 介绍土木工程材料的基本概念和分类，如金属材料、非金属材料、复合材料等； 2. 分别讲解各类材料的特点、性质和应用领域，例如钢材在桥梁建设中的重要性，混凝土在建筑中的应用等； 3. 引导学生思考不同材料的优缺点，以及在具体工程中如何选择合适的材料。 步骤三：案例分析（20分钟） 1. 提供几个土木工程实例，例如建筑、道路、水利等领域的项目； 2. 要求学生根据所学知识，分析并选择适合该项目的材料； 3. 学生进行小组讨论，分享各自的分析和选择结果； 4. 引导学生讨论不同选择的理由和可能的影响。
步骤四：实验设计（15分钟） 1. 分组让学生设计一个简单的土木工程材料实验，例如测试不同材料的强度、耐久性等； 2. 学生需要提出实验目的、材料和方法，并预测实验结果； 3. 引导学生思考实验过程中可能遇到的问题和解决方法。 步骤五：实验实施与数据处理（30分钟） 1. 学生按照实验设计进行实验，并记录实验数据； 2. 引导学生对实验结果进行分析和讨论，验证他们的预测； 3. 学生进行数据处理，绘制图表并得出结论； 4. 学生展示实验结果和结论，并进行交流与讨论。 步骤六：总结与拓展（10分钟） 1. 引导学生总结本节课所学的土木工程材料知识； 2. 提出拓展问题，激发学生进一步思考：未来的土木工程材料会有哪些发展趋势？ 教案评估： 1. 学生参与度：观察学生在课堂中的积极参与程度； 2. 小组讨论：评估学生在案例分析和实验设计中的合作能力； 3. 实验报告：评估学生对实验结果的分析和数据处理能力； 4. 课堂讨论：评估学生对土木工程材料知识的理解和应用能力。 教案拓展： 1. 邀请土木工程师或相关专业人士来校进行讲座，分享实际工程中的材料选择和应用经验；
《工程材料及成型技术基础》课程思政教学案例（一等奖）一、思政育人目标 （1）学习工程材料及材料成型基础知识和基本理论知识，掌握常用工程材料的种类、性能以及材料性能的改进方法，能够针对典型和常用零部件性能要求进行设计，培养务实求真的工作作风（2）掌握一般热处理工艺的设计原理、选用方法等的一般规律，具有制定热处理工艺的能力，具有解决工程技术问题的方案设计、实验设计与操作以及总结归纳等基本技能，树立以改革创新为核心的时代精神 （3）培养学生树立正确的设计思想，了解材料与成型工艺过程中的国家有关的经济、环境、法律、安全、健康、伦理等政策和制约因素，树立爱国、敬业、诚信、友善的社会主义核心价值观（4）培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握典型零件的选材方法，获得实验技能的基本训练，具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力，树立以实事求是为核心的职业道德精神 （5）了解新型功能材料的前沿和新发展动向，树立以爱国主义为核心的民族精神。 二、教学实施过程 1.情景分析 以下介绍针对第五章第三节中的“合金结构钢”的典型实施案例。在完成了有关于“合金结构钢”的基本知识的讲解后，设定了一
个生产情景：某汽车零部件生产商计划以40Cr 制造某内燃机的曲轴，并附其加工工艺路线。假定学生就是此项目的热处理工艺设计工程师，要求通过小组讨论，完成热处理设计。学生通过课堂小组讨论，给出认为切实可行的方案。与以上实施案例相似的教学内容在课程中还有很多，基本需要学生结合两到三章中的相关理论知识进行合理化分析和讨论，才能够得到合理的设计结果。通过分析讨论和教师总结，实现了对学生的分析设计能力的提升，并能够有效的培养学生的改革创新能力。 2. 先导案例 以下介绍针对第四章第一节“钢的热处理基础”的典型实施案例（相关课程微课资源见附件“认识热处理——中国先进热处理技术助力工程机械腾飞.mp4”）。第四章第一节主要讲解的是针对钢的热处理的基本理论知识。在课程引入的过程中，融入了一个实际案例，新一代“泵车之王”——86 米超高臂架泵车所用的 1800 兆帕高强钢板的热处理实例。在讲解了基础的热处理概念后，通过视频资源和教师讲解相结合的方式介绍了通过热处理使得普通钢板转变成超高强钢板的过程。 图 1 三一重工 86 米高强超长臂架泵车
《工程材料及成型技术》课程案例式教学 《工程材料及成型技术》课程是机械制造类专业的重要基础课程之一，本文结合案例式教学的教学模式，探讨如何提高该课程的教学质量和学生成绩。 一、案例式教学模式 案例式教学是一种以实际案例为教学材料，让学生通过案例分析、问题解决、讨论互动等方式学习、探讨、应用知识的教学模式。在《工程材料及成型技术》课程中，将该模式应用于教学，可以有效提高学生的学习兴趣和参与度，使学生更好地理解和掌握相关知识。 二、案例选取与分析 案例一：高速列车车轮的材料选择 一趟高速列车的轮子在高速运行中需要承受巨大的压力和磨损，选择合适的材料十分重要。学生可以根据列车速度、轮轴受力情况等因素，结合轮子的材料性能和经济成本等因素，分析选择哪种材料更为合适。 案例二：汽车车身钢板的选择 不同品牌、不同型号的汽车车身钢板之间有着巨大的差异，学生可以通过分析车身钢板的强度、韧性、耐腐蚀性等性能，结合汽车使用场景和车主需求，来分析不同汽车型号所选择的车身钢板的原因和差异。 案例三：电子设备散热材料的选择 电子设备在长时间运行中会产生大量热量，若不能及时散热，会影响设备性能和使用寿命。学生可以通过分析不同散热材料的导热性、耐热性、经济成本等因素，来分析选择哪种散热材料更为合适。 通过上述案例分析的展开，学生能够了解到实际工程中材料选择的重要性，掌握高速列车车轮材料、汽车车身钢板和电子设备散热材料的选择方法和过程。 在案例式教学实施过程中，需要结合实际案例，采用启发式问答、小组讨论、案例分析、课堂演示等多种教学方式，使学生在学习过程中积极参与，形成探究、思考、交流和讨论的学习氛围。 在启发式问答环节，教师通过提出案例相关问题激发学生的思考和探究，引导学生进行相关知识点的掌握和应用。在小组讨论环节，学生分组进行案例分析和讨论，在讨论过程中发现问题、解决问题，同时进行经验分享和交流。在案例分析环节，学生通过分析不
材料成形技术教学设计 1. 前言 材料成形技术是《材料成型工艺学》课程的核心内容，掌握这一领域的理论和实践技能对于材料工程师的职业生涯至关重要。本文档旨在为教师提供一份材料成形技术教学设计，以帮助学生更好地理解和掌握这一领域的知识。 2. 教学目标 本课程的教学目标是： •熟悉材料成形技术的基本概念和分类； •理解材料成形技术的原理、特点和应用； •掌握材料成形技术的基本操作和实验技能； •能够通过自主学习和实践，探索和创新材料成形技术。 3. 课程大纲 本课程的教学大纲如下： 3.1 材料成形技术的基本概念 •材料成形技术的定义和分类； •材料成形技术的历史和发展概述； •材料成形技术的应用领域和前景。 3.2 材料成形技术的原理和特点 •材料成形技术的物理、化学和力学基础； •材料成形技术的优缺点和特点； •材料成形技术的品质控制和实际应用。
3.3 材料成形技术的分类和工艺流程 •塑性成形技术和非塑性成形技术； •塑性成形技术的分类和特点； •铸造、焊接、制粉和表面处理等非塑性成形技术。 3.4 材料成形技术的基本操作和实验技能 •塑性成形技术的基本操作和实验技能； •非塑性成形技术的基本操作和实验技能； •材料成形技术的实验设计和分析。 3.5 材料成形技术的实验教学 •材料成形技术实验的设计和实施； •材料成形技术实验的数据收集和分析； •材料成形技术实验的报告和讨论。 4. 教学方法和手段 本课程采用如下教学方法和手段： 4.1 阅读教材和参考书 学生需要阅读教材和参考书，熟悉材料成型工艺的基本知识和概念。 4.2 视频和实验演示 学生可以观看相关视频和实验演示，了解材料成型技术的操作流程和实用技巧。 4.3 讨论和案例分析 学生可以在课堂上进行异口同声的讨论和案例分析，探讨材料成型技术的应用 和挑战。
工程材料学教学设计 一、教学目标 本文旨在介绍一种工程材料学教学设计，使学生能够掌握工程材料学的基本知识和理论，能够理解工程材料在工程实践中的应用情况，从而提高学生的实践能力和创新能力。 二、教学内容 2.1 工程材料学基础知识 •工程材料的基本概念 •工程材料的分类 •工程材料的组成与结构 •工程材料的物理性能 •工程材料的力学性能 •工程材料的化学性能 •工程材料的工艺性能 •工程材料的环境适应性能 2.2 工程材料的应用案例 在介绍工程材料学基础知识的同时，通过一些典型的工程材料应用案例，引导学生了解工程材料在工程实践中的应用情况，锻炼学生的实践能力和创新能力。
3.1 理论讲解与案例分析相结合的教学方法 在教授工程材料学基础知识的同时，通过一些典型的工程材料应用案例进行分析，在案例分析中引导学生对所学知识进行综合理解和应用。 3.2 小组讨论与展示的教学方法 将学生分成小组，让每个小组研究一个工程材料应用案例，通过小组讨论和展示的方式，促进学生之间的交流与合作，提高学生的实践能力和创新能力。 3.3 实验教学的教学方法 通过一些简单的实验，让学生亲手操作工程材料，深入了解工程材料的物理性能和化学性能，提高学生的实践能力和创新能力。 四、教学评估 4.1 课堂测试 在授课过程中，针对所学知识进行测试，了解学生的学习情况，及时调整教学方案。 4.2 个人作业 布置一些个人作业，让学生独立思考、动手实践，提高学生的实践能力和创新能力。 4.3 项目作业 让学生分组进行一个工程材料应用案例分析和设计，通过小组讨论与展示的形式，考察学生综合理解和应用能力。
工程材料教案范文 总纲 一、课程性质及教学目的： 《工程材料》是机械及近机类专业一门重要的技术基础课。 学习本课程的目的，是使学生获得常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识。通过对基础科学和知识的综合和运用，初步 具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料，正确制定热处理工艺方法 和妥善安排工艺路线的能力。二、课程内容： 包含工程材料的分类及性能、材料的结构、材料制备的基本知识、二 元相图及应用、材料的变形、钢的热处理、工业用钢、铸铁、有色金属、 常用非金属材料、工程材料的选用等11章。纵观本课程所含内容可知， 其内容较为庞杂。具有三多的特点；即所谓内容头绪多、原理规律多（涉 及原理、规律几十个）、概念定义多（名词、定义三百多个），由于该课 程具有上述特点，加之有些微观结构看不见、摸不到，而且课程内容枯燥、乏味，因此，教师感到难教，学生感到难学。三、与其它课程的关系： 四、教学对象：机械制造及自动化、汽车工程、测控技术、采矿工程 专业的本科生。五、教学指导思想： 1.从材料应用的角度出发讲授《工程材料》，体现21世纪教学理念、教学精神和世界工程教育思想。 2.严格按《工程材料》教学大纲及《工程 材料实验教学大纲》进行教学，注意课程内容的准确定位和整体优化。 3.开设的实验及课堂讨论应有利于学生分析问题、解决问题的能力及 创新能力培养。六、教学重点：
1．典型金属的晶体结构；2．晶体缺陷；3．二元相图； 4．铁碳相图及其应用；5．塑性变形与再结晶；6．钢的热处理；7．工业用钢。七、教学难点： 1．典型金属的晶体结构；2．晶体缺陷；3．二元相图； 4．铁碳相图的分析与应用； 5．塑性变形机理与再结晶机制；6．钢的热处理。八、教学方法： 1．采用启发式、归纳类比法、教学模型、电化教学等传统教学方法。 3．正确处理《工程材料》与基础课、专业课的关系：即利用基础课 所学过的知识来讲授《工程材料》，结合专业特点讲授《工程材料》。九、学时分配：1．讲课：36学时2．实验：18学时总学时：54学时 十、教学过程（见讲义）：主要包括： 1．后次复习前次概念；2．本次讲授内容的引入；3．新教学内容的 讲授过程；4．小结；5．思考作业题。十一、实验内容 1．材料密度的测定2学时2．材料电阻温度系数测定2学时3．铁碳 合金平衡组织观察2学时4．铁碳合金非平衡组织观察2学时5．综合实验：钢的热处理2学时6．综合实验：金相试样的制备2学时7．综合实验：显微摄影2学时8．综合实验：暗室技术2学时9．常用材料组织观 察2学时十一、教材及教学参考书 1．《工程材料》刘天模、徐幸梓主编机械工业出版社 2．《机械工程材料》王焕庭、李矛华主编大连理工大学出版社 第一章工程材料的分类及性能
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
工程材料与材料成型基础（二）教案
第二章锻压 第一节概述 锻压——借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的锻压件。 塑性变形 金属坯料→锻压件 一、锻压加工方法 加工方法：自由锻、模锻、板料冲压、挤压、拉拔、轧锻 二、锻压加工特点 优点： 1、能改善金属的组织，提高金属的机械性能； 2、提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加工工时）； 3、具有较高的劳动生产率。 缺点： 1、不能获得形状复杂的锻件； 2、初次投资费用高（设备、工模具、厂房）； 3、生产现场劳动条件差。 应用： 轧制、挤压、拉拔——金属型材、板材、钢材、线材等； 自由锻、模锻——承受重载的机械零件，如机器主轴、重要齿轮、炮管、枪管等； 板料冲压——汽车制造、电器、仪表及日用品。
第二节金属塑性变形 一、金属塑性变形实质 问题：金属材料为什么能产生塑性变形？塑性变形的实质？ 金属→晶体——单晶体（理想金属） ——多晶体（实际金属） 1、单晶体的塑性变形 主要方式——滑移变形 单晶体的塑性变形过程： 未变形→弹性变形→弹、塑性变形→塑性变形后 滑移变形实质： 晶体的一部分相对另一部分的移动是位错在切应力作用下沿滑移面的运动。 2、多晶体的塑性变形 晶内变形——晶粒内部的滑移变形 晶间变形——晶粒间的移动和转动 晶粒位向与受力变形关系： 通过塑性变形——硬位向→软位向 ——软位向→硬位向 二、塑性变形对金属组织和性能的影响 将拉伸试样拉断后，发现其性能变化，缩颈处更明显；铝丝反复弯折后，很
快脆断。 1、冷变形强化（加工硬化） 冷变形强化——金属材料在冷塑性变形时，其强度、硬度升高，而塑性、韧性下降的现象（变形量增加，强化效果更明显）。 产生原因：滑移面上产生了微小碎晶，晶格畸变。（内应力） 加工硬化的应用：提高强度、使变形均匀、提高安全性。 2、回复和再结晶 回复——保持加工硬化，消除内应力。如冷卷弹簧进行去应力退火。 再结晶——消除加工硬化，提高塑性。 在结晶速度取决于加热温度和变形程度。 在结晶是一个形核、长大过程。 3、冷变形和热变形 冷变形——再结晶温度以下的塑性变形。 热变形——再结晶温度以上的塑性变形。 冷变形——加工硬化 ——冲压、冷弯、冷挤、冷轧——塑性材料 热变形——加工硬化+再结晶 ——锻造、热挤、轧制——变形量大，易氧化 4、锻造比和锻造流线 锻造比——变形程度的大小。 镦粗：y = H0 / H 拔长：y = F0 / F 金属材料→组织紧密晶粒细化→形成锻造流线（各向异性） →流线的纵向性能高于横向 流线的合理分布 流线与工件最大拉应力方向一致，与切应力、冲击方向垂直； 沿工件外轮廓连续分布。 三、金属的锻造性能 金属锻造性能——塑性、变形抗力 塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。 影响因素： 金属的本质——化学成分、金属的组织状态 变形条件——变形温度、变形速度、应力状态、表面质量
《工程材料》教案 前言 “学校是培养人才的重要园地，教育是崇高的社会公益事业”。“教育是一个系统工程，要不断提高教学质量和教育水平……”。“学校的根本任务是培养人才，培养社会主义的建设者和接班人，而教学工作是人才培养的中心环节之一。因此，教学工作是学校的中心工作”。作为大学教师如何落实党和国家交给我们培养四有人才的伟大使命，这是每一个燕山大学教师值得深思的问题。教学质量是高等学校的生命线，而教学及教学研究、课程建设则是每个教师重要的日常工作，加强课程建设积极开展教学研究迅速提高教学质量则是直接关系到能否培养出合格的社会主义的建设者和接班人的大问题，在倡导“加强基础，拓宽专业，提高能力，素质教育”的今天，课程建设及教学研究显得尤其重要。 《工程材料》是我校材料工程学院金属材料系为全校机械类冷、热加工各专业共计30多个班开设的校级必修课，也是机械类冷、热加工各专业重要的技术基础课。本课程的任务是从机械工程材料的应用角度出发，阐明工程材料的基础理论，了解材料的化学成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系；介绍常用工程材料及其应用等基本知识。本课程的目的是使学生们通过课堂教学和实验教学，掌握工程材料的基本理论及基本知识和实验技能，具备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理的选材及制定零件加工工艺路线的初步能力。 纵观工程材料所含内容可知，该课程内容较为庞杂。具有三多一少的特点；即所谓内容头绪多（含材料结构、钢的热处理原理及工艺、非金属材料、金属材料等等）、原理规律多（涉及原理、规律几十个）、概念定义多、以及理论计算少（除相图计算外，基本没有计算的内容）。由于该课程具有上述特点，加之有些微观结构看不见、摸不到，而且课程内容枯燥、乏味，因此，教师感到难教，学生感到难学。为搞好燕山大学“工程材料”课程建设，以利于提高“工程材料”今后教学质量及课程建设，特撰写本教案。
《工程材料及机械制造基础》教学大纲 课程名称（中文/英文）：工程材料及机械制造基础（Fundamentals of Engineering Material and Manufacturing Technology） 课程编号： 学分：3.5 学时：总学时64 学时分配：讲授学时：48 实验学时：8 上机学时：0 讨论学时：8 课程负责人：李永国 一、课程简介（Course Description）/课程目标（Course objectives） 工程材料及机械制造基础是机械类专业的技术基础课，课程目标是使学生了解工程金属材料的内部组织与性能之间的关系，熟悉金属材料的强化方法（尤其是热处理强化）以及各类金属材料的选用原则。本课程内容主要包括机械性能、晶体结构、结晶过程、晶格缺陷、合金基本相结构，正确分析二元合金状态图，并应用铁碳合金状态图来分析铁碳合金成份、组织与性能的关系。掌握金属塑性变形，钢的热处理，选用材料的基本原则，掌握铸造、锻压、焊接加工的基本原理及加工方法的选择。 Engineering materials and basis of machinery manufacturing belong to machinery professional technical courses, curriculum goal is to make students understand the relationship between the internal organization and performance of engineering metallic materials, familiar with metal material strengthening method(especially heat treatment strengthened) and a variety of metal materials selection principles. The course content includes mechanical properties, crystal structure, the crystallization process, lattice defects, alloy basic phase structure, analysis of binary alloys state diagram and state diagram iron-carbon alloy applied to analyze the iron-carbon relations of alloy composition, microstructure and performance. Master deformation, heat treatment of steel, basic principles of metal material selection principles, master the basic principles of selection and processing methods of casting, forging, welding process. 课程目标1：掌握工程材料成分，结构，组织和性能的基础知识和理论。根据钢的热处理基本理论，铸造，锻压和焊接的工艺基础知识，对复杂机械工程问题进行分析与评价。 课程目标2：能够基于铁碳合金和常用材料的成分、组织和性能之间的科学原理，利用金属材料的强化方法，具有合理设计机械零部件热处理及加工工艺路线并进行优化的能力。课程目标3：根据特定需求，选择材料进行对比研究，制定实验方案和实验验证。
《工程材料及热成形工艺基础》教学大纲 一、课程性质和任务 1．课程性质 “工程材料及成形工艺基础”课程是一门制造类专业群的平台课程。是在明确学院办学定位，分析专业群发展方向的前提下，通过对我院机械制造类重点专业职业岗位进行整体调研与分析的基础上，采用模块课程开发的方式形成的、适用于机械制造类专业群开设的综合性课程。 2．课程任务 通过本课程的学习使学生获得常用工程材料及成形工艺方法的基础知识，培养学生综合运用材料及成形工艺知识进行选择材料与改性方法、选择毛坯生产方法以及工艺路线分析的初步能力，并为学习其他有关课程和从事工业工程生产第一线技术工作奠定必要的基础。 本课程注重培养学生解决生产具体工艺问题的能力；着重培养学生在机械制造领域内进行选择和判断能力；并培养高职应用性人才的技术文化修养。 二、先修课模块 制图、工程力学 三、教学目标 1．知识目标 1）熟悉工程材料与材料成形工艺技术在机械制造过程中的地位和作用，具有现代机械制造过程的完整概念 2）熟悉工程材料的种类、牌号、成分、性能、改性方法和用途。
4）了解与本课程有关的新材料、新工艺、新技术及其发展趋势。5）建立质量与经济观念，培养理论联系实际的科学作风。 2．能力目标 1）运用工程材料及改性知识正确选用材料和改性方法的能力。 2）综合运用工艺知识正确选用毛坯，分析工艺路线的能力。 3）利用相关设备检测金属材料的力学性能和金相组织。 4）具有运用工程材料与成形工艺新技术、新工艺解决实际问题的初步能力。 四、教学内容及要求 单元一绪论 1．课程教学的基本要求 1）了解本课程的性质、任务、教学内容及教学目标。 2）了解材料及成形工艺在工程技术中的应用。 3）了解材料及成形工艺的历史和发展趋势。 4）理解本课程的特点、学习方法和要求。 2．重点、难点 ［重点］：本课程的主要内容；本课程在机械制造中的地位和作用。［难点］：激发学生学习本课程的兴趣。 单元二工程材料的基础知识 1．课程教学的基本要求1）了解工程材料的品种与分类方法。 2）了解钢铁的生产方法和钢材的种类。 3）理解金属材料的使用性能和工艺性能的概念。
工程材料基础教案
授课时间： 1、2 班级： 本课课题：材料的发展及意义。 教学目的和要求：1.了解材料的发展过程及意义 2.了解机械材料的分类及应用场合 重点与难点：材料的分类及意义 教学方法：讲授法 课型：理论课 绪论 一、为什么要学机械工程材料？ 机械工程材料基础是一门传授有关制造的基础课。它主要介绍常用金属材料的特点、性能及其对加工的影响。 研究的对象：常用的工程材料、材料的各种加工处理工艺。 例如： 钢铁、铝合金、铜合金、塑料等材料及热处理工艺。 举例： 常用主轴材料：45 。技术要求：调质处理。 箱体材料：HT200。技术要求：退火。 国家工业发展的三大支柱：材料、信息、微机。 1.工程材料是国家工业发展的物质基础。 工业和日常生活都离不开工程材料的使用，研究材料最终是为人类的文明进步而服务。 2.作为工科类专业所必须掌握的一门功课。 基础课→（桥梁）→专业课 机械工程材料是一门技术基础课，对专业课和基础课起着桥梁的作用。 二、机械工程材料课程有什么特点？ 1.本课程同实践紧密相联系，是一门实践性很强的学科。 2.通过生产实践才能融会贯通地学习掌握（安排了钳工、金工实习）。 3.为了弥补实践方面的不足，采用录像教学与讲授相结合，通过师生的相互努力来学好这门功课。 三、材料的发展史及意义 四、怎样才能学好机械工程材料？ 1.注意各章节的联系、学习、复习、巩固、应用、总结。 2.要理解、要提问题、不能累计问题。 3.抓住主要内容：合金相图、金属材料及热处理基本知识。 作业布置： 课后总结：
授课时间： 3 班级： 本课课题：材料的力学性能 教学目的和要求：1.了解金属材料的主要力学性能 2.了解材料性能的应用 重点与难点：韧性、疲劳。 教学方法：讲授法 课型：理论课和录像观摩 金属材料的主要性能 材料的性能： 使用性能：物理性能、化学性能、力学性能（机械性能）。 工艺性能：热处理性能、铸造性能、焊接性能、锻造性能、切削加工性能。 力学性能的定义：材料在外力作用下，表现出（静载荷、动载荷、交变载荷）的性能。 一、强度与塑性 概念：静载荷、应力 试验：拉伸实验试样－低碳钢、L0＝5d0、L0＝10d0 GB（6397－86） 要求同学们实验指导书（图书馆查资料，锻炼学生的自学能力）。 材料的力学性能实验。 F（N F e （mm） ∆L e 分析：（从中导出材料的强度和塑性） P：F e、ΔL e。S：F S、ΔL s。 S'→Fs'、ΔL s→ΔL s'。 b→ΔL b、F→F b。……… （1）F＝0、ΔL＝0 （2）F≤F e、ΔL o～e≤ΔL e F o～e＝ΔL o～e×tgα＝ΔL o～e×K O～ΔL e：弹性变形阶段。 （3）F e
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