工程材料与机械制造基础课程学习要点

《工程材料与机械制造基础》课程

（工程材料及成形部分）学习要点

教材：《现代工程材料成形与机械制造基础》（上册）

孙康宁、张景德主编，高等教育出版社，第2版

工程材料与机械制造基础（课程）是一门重要的工科大平台课，是工科各专业了解本专业以外工程知识的主要来源。由于涉及知识面宽，基本概念多，各部分内容联系相对松散，有些同学学习初期感觉有一定的难度，为此建议同学们学习时注意掌握以下基本概念、基本要求和知识要点，并深入理解各部分之间的联系，包括材料与成形工艺之间的联系，成分、结构、性能、工艺之间的联系，各成形工艺之间的联系等等。

第一章 绪论

材料

制造

材料的发展趋势

制造技术发展趋势

第二章 材料的力学性能

基本概念

力学性能:强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧性、疲劳强度及其衡量指标

材料学基础:

材料结构（晶体、非晶体） 性能、成分、工艺与结构之间关系

晶体点阵、晶胞、晶格常数

体心立方晶体结构(bcc)

面心立方晶体结构(fcc)

密排六方晶体结构(hcp)

晶体缺陷

结晶：

过冷度

同素异构转变

合金的相与相结构、组织

相结构：固溶体、金属化合物

铁碳合金的相结构：固溶体（铁素体 、奥氏体 ），金属化合物:（渗碳体）

组织（机械混合物）：珠光体、莱氏体

冷却曲线！

相图！！（点线面、用途）会画会填图，会分析，要背过。

共析钢 、亚共析钢 、过共析钢

共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁

工程材料的分类、编号及用途：钢铁、有色金属

选材的基本原则

第三章 热处理与表面工程技术

材料改性、目的、方法；什么是热处理？

分析共析钢在加热和冷却时的组织及性能转变； 最常用的热处理工艺（退火、正火、淬火、回火）特点及选用。

什么是马氏体？什么是过冷奥氏体？

什么是表面淬火与化学热处理,工艺特点？

淬火后材料强度硬度一定会增强吗？

玻璃钢化机理是什么?

什么是表面工程技术，主要技术分类？常见表面工程技术有哪些？

第四章 液态成形

弄懂以下基本概念及基础知识:

什么是液态成形？液态成形的特点？

何为金属铸造(砂型铸造, 特种铸造)？

一、砂型铸造(弄清楚零件、铸件、毛坯、木模、混砂、芯子、造型、型腔、分型面、合箱、浇注、清砂之间的关系)

1. 充型能力 流动性 螺旋试样

影响流动性因素: 成分 浇注条件(温度 压力) 铸型特性(铸型材料 结构)

2. 凝固

逐层凝固 体积凝固 中间凝固

影响凝固因素: 合金成分、组织、冷却方式（温度梯度）

3 合金收缩性

液态收缩 凝固收缩 固态收缩

影响因素： 成分、温度、铸型条件等

收缩造成缺陷： （1）缩孔 缩松 顺序凝固 冒口 冷铁 逐层凝固 体积凝固

（2）铸造应力、变形和裂纹

热应力、机械应力，同时凝固原则

（3）合金的吸气性及气孔、析出性气孔、侵入性气孔、反应性气孔

4．常用铸造合金的铸造性能特点（铸铁 铸钢 有色金属）

5.砂型铸造常见缺陷（缩孔 缩松 浇不足 冷隔 应力 变形 气孔等）

二、特种铸造

1．金属型铸造 工艺特点

2．溶模铸造及工艺特点

3．压力铸造及工艺特点

4．低压铸造及工艺特点

5．离心铸造及工艺特点

6．消失模铸造及工艺特点

铸造方法选择

三、铸件结构工艺性（要求：根据图纸会判断结构设计是否合理！）

1．铸件结构应利于避免或减少铸件缺陷

2．铸件结构应利于简化铸造工艺

3．铸件结构要便于后续加工

第五章 塑性成形技术

1.弄懂以下基本概念及基础知识:

什么是塑性成形,基本要素是什么？ 与液态成形相比有何不同?

常见塑性成形方法: 锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔 压力加工（挤压、轧制、拉拔）: 靠孔型获得所需截面型材

塑性变形的机制(晶内变形+晶间变形)

晶内变形(滑移+孪生) 晶间变形(滑移+转动)

（1）变形引起的性能变化及相关概念:

加工硬化: 强度、硬度提高，但塑性、韧性下降

回复（及特点）: T回=(0.25-0.3)T熔（K）

再结晶（及特点）: T再=0.4T熔(K)

冷变形、热变形、温变形

（2）变形引起的组织变化及相关概念:

晶粒细化、锻造流线(锻造纤维组织)、变形程度、锻造比

变形程度、锻造比、锻造流线关系(锻造比衡量变形程度大小,变形程度越大,锻造流线越显著)

锻造流线对性能的影响，锻造流线如何利用？

（3）最小阻力定律及应用

体积不变条件（定律）及应用

（4）材料的塑性成形性（可锻性）

衡量可锻性指标：变形抗力、塑性

影响因素：成分、组织、温度、变形速度、应力状态

2． 金属塑性成形方法基本概念与基础知识

锻造？ 自由锻？模锻？板料冲压？冲裁？落料？冲孔？ 变形工序？拉伸？弯曲？翻边？胀型？

（1）自由锻 基本工序：镦粗、拔长、冲孔各有何特点？

自由锻工艺规程：锻件图（加工余量、锻造公差、余块）、锻造成形工艺方案、计算毛坯重量和尺寸、确定锻造温度范围、制订自由锻工艺规程卡。

（2）模型锻造

1）锤上模锻

锻模结构？

模锻件图的制订（制做锻模的依据）：

分模面选择及原则、加工余量、公差和余块的确定、模锻斜度的选择、圆角确定、冲孔连皮、锻件图的技术条件。

2）. 锻造压力机上模锻

热模锻压力机上模锻及特点

螺旋压力机上模锻及特点

平锻机模锻及特点

3．板材冲压成形基本概念与基础知识

分离与变形之区别？工艺有何不同？

1）冲裁

冲裁过程3阶段（弹性、塑性、断裂）

断面组成4部分（圆角带、光亮带、断裂带和毛刺）

模具间隙对断面质量的影响？

什么是冲裁件的排样？

2）变形工序

A．拉深 拉深？拉深过程？拉深会出现什么废品形式（拉穿，起皱）？

拉穿，起皱的原因是什么？拉深系数？

影响拉深件质量因素（凸、凹模圆角半径、凸凹模间隙、拉深系数 k=d/D、润滑）

B．弯曲

最小弯曲半径、回弹、纤维利用？

C．胀形

D．翻边

E．旋压

3）冲模的分类和构造

简单冲模？连续冲模？复合冲模？什么是凸凹模？

4）冲压成形工艺规程的制定

冲压件的工艺性分析

拟订冲压工艺方案

确定模具类型与结构形式

选择冲压设备

编写冲压工艺文件

4．锻压件结构工艺性（要求：根据图纸会判断结构设计是否合理！）

1）自由锻件的结构工艺性

2）模锻件的结构工艺性

3）冲压件的结构工艺性

5．要了解几种先进塑性成形方法

第六章．材料连接技术

弄懂以下基本概念及基础知识:

基本概念：什么是连接？焊接？焊接温度场？焊接热循环？焊接化学冶金？热影响区？熔化焊？埋弧自动焊？气体保护电弧焊？电渣焊？压力焊（固态焊）？电阻焊？摩擦焊？钎焊？钎料？铆接？胶接？焊接性(可焊性)？碳当量？冷裂纹敏感系数法？

基础知识：

1.焊条电弧焊（手工电弧焊）焊接过程

2.熔化焊的焊接热过程及特点（三阶段：加热，热传导、冷却；三特点：局部性、移动、加热冷却极快）

3.焊接化学冶金反应区（三区域：药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区）及特点，参与反应的物相（液、固、气），反应希望达到的目地是什么？

4.焊接接头组成由几部分组成（三部分：焊缝、熔合区、热影响区）？各区域组织与性能？

5.埋弧自动焊焊剂起何作用？埋弧自动焊优缺点？适用范围？

6.气体保护焊常用何种保护气体？气体保护焊优缺点？适用范围？

7.电渣焊热源是什么？电渣焊优缺点？适用范围？

8.电阻焊优缺点？适用范围？

9.摩擦焊优缺点？适用范围？

10.钎焊优缺点？适用范围？

11.衡量焊接性(可焊性)的指标？影响可焊性的指标（成分、含氢量、板厚），用碳当量如何判断金属材料可焊性？

12.对焊接结构及工艺性有哪些要求（材料选择、焊缝布置、焊接接头设计、焊接应力和变形如何避免）（要求：根据图纸会判断结构设计是否合理！）？

13.产生焊接应力与变形的根源是什么？

14.常见焊接缺陷有哪些？检测方法？

第七章 粉末冶金与陶瓷材料成型

熟悉以下基本概念及基础知识:

1.粉末成形特点？

2.粉末成形工艺过程？

3.粉体成形的三种方法（干压、塑性泥团、注浆成形）？

4. 粉料的基本物理性能（基本概念）：

粒度、粒度分布、颗粒的形态、拱桥效应、表面能、表面状态、粉料的堆积（填充）特性、粉体流动性。

5.对干压成形粉体的要求？

6.对塑性泥团的要求？

7.对浆料的要求？

8.粉体主要制备技术（粉碎、合成）

9.烧结的目的？

10.快速成型原理？

第八章 高分子材料成形 熟悉以下基本概念及基础知识:

1. 高分子材料结构（线状、枝状、网状）

2. 高聚物的聚集态（无定形、折叠链、伸直链结构），

3. 高聚物的物理状态（玻璃态、高弹态、黏流态）

4. 衡量聚合物的成形性能指标（流动性、收缩性、熔体弹性 ）

5. 高聚物的类型（热塑性塑料 ？热固性塑料？）

6. 塑料的组成（树脂 、填充剂 ）

7. 塑料成形方法 （注射成形、压塑成形、挤出成形、压延成形、吹塑成形）

8. 塑料件的结构工艺性？

9. 橡胶的组成？

10. 硫化性能？

11. 橡胶加工的工艺过程？

第九章：复合材料成形

熟悉以下基本概念及基础知识:

1.复合材料及优点？

2. 复合材料结构（颗粒弥散、晶须弥散、纤维增强）

3. 复合材料组织（基体、增强体）

4. 复合原则？

5. 常见复合材料成型工艺？