机械工程材料与成形工艺基础——金属工艺学绪论114页PPT

成为颈缩。 ➢ 由于颈缩使横截面积减小，试样承载能力下降，最后导致断裂。 ➢ 断裂后试样的弹性变形消失，塑性变形将永远保留在断裂的试样上。 ➢ 材料的塑性性能通常用伸长率δ和面积收缩率ψ来表示。
1.1.1 金属材料的力学性能
弹性 E=/
Elastic Modulus，
σ.Σ.sigma ε.Ε.epsilon
固溶体 化合物 机械混合物
铁碳合金状态图
状态图的分析 钢在结晶过程中的组织转变
学习“铁碳合金”的思路：
➢ 铁为什么加碳？
➢ 铁是什么样？
➢ 铁和碳在一起有什么形式？
➢ 铁加多少碳会怎么样？（不同 的碳含量在合金中会体现成什 么形式？不同温度又会如何？）
1.2.1纯铁的晶体结构及转变
金属在固态下一般都是晶体； 晶体—原子在空间呈规律性排列：
10
1.1.1 金属材料力学性能—硬度
硬度：材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕、划痕的能力 硬度直接影响材料的耐磨性，所以刀具、量具、模具等要求高硬度。 硬度过高则切削困难，所以一般都是“先加工，后热处理提高最终硬度”工艺。
HB 2P(kgf)
D(D- D2 - d2 )
传统的布氏硬度计： 淬火钢球压头、HBS、450HBS以下材料； 新型布氏硬度计： 硬质合金球压头、HBW、650HBW
1.2.1 纯铁结晶——若干概念
晶粒：
每个晶核长成的晶体称为晶粒； 晶粒的外形是不规则的，晶粒的内部原子排列的位向也各不相同； 晶粒之间的接触面叫晶界（薄弱环节）。
金属晶粒的粗细对金属力学性能影响很大：
一般说，同一成分的金属晶粒越细，其强度越高，硬度也越高， 塑性韧性也越好。 晶核越多，晶粒越细。
细化铸态金属晶粒的主要途径：

19世纪中期至今 ： 1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢
法； 1864年法国人发明了平炉炼钢法(OH)； 1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法； 20世纪初发明了电弧炉炼钢(EAF)； 20世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。
二 第二节 钢铁材料生产过程概述
钢铁材料生产过程
固体微粒
三是必要的环境温度
学习目标与学习方法
金属之最
(1)熔点最高：钨（W）3410℃； 最低：汞（Hg）-39℃ (2)密度最大:锇（Os）22.45g/cm3；
最小:锂（Li）0.53 g/cm3 (3)硬度最大：铬（Cr） (4)延展性最好:金（Au），可制成万分之一毫米的金箔 (5)导电导热性最好:Ag，Cu次之，Au第三。 (6)人体内最多的金属：钙 (7)地壳中含量最多的金属：铝 (8)人类冶炼最多的金属：铁
123.35 108.91
151.63
100
71.00
89.54 95.36 92.61 101.24
127.64 114.56
8 4
50 65.35 80.93
0
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
年代
二 第二节 钢铁材料生产过程概述
氧气。炼钢中氧的重要来源。一般要求氧气纯度 应大于98％，冶炼低氮钢种时，应大于99.5％。 还应脱除水分。
铁矿石、氧化铁皮。 铁矿石要求含铁高，SiO2、P和水分少，使用前
铁水成分和铁水温度是否适当和稳定，对简化 和稳定转炉操作并获
得良好的技术经济指
标非常重要。
二 第二节 钢铁材料生产过程概述
钢铁材料生产过程
炼钢用原材料——铁水成分

（4）工艺方法的综合比较
精选课件
3
产品制造的过程
精选课件
4
课程性质、任务和学习要求
1. 课程性质
2.
技术基础课
2. 学习任务和要求
1）掌握常用金属材料的主要性能；
2）掌握零件的加工工艺知识；
3）培养工艺分析的基本能力。
精选课件
5
第一篇 金属材料导论
工业生产中所使用的材料主要包括金属材料、无机 非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。
一、铸造性能
金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力称为 铸造性能。铸造性能包括流动性、吸气性、收缩性和偏析等。在 金属材料中灰铸铁和青铜的铸造性能较好。
二、
金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能。锻造 性能的好坏主要同金属的塑性和变形抗力有关。塑性越好，变形 抗力越小，金属的锻造性能越好。
σb=F b/A 0
弹性极限σe：
材料在外力作用下，保持弹性变形的最大应力。
σe=F e/A 0
精选课件
12
中、高碳钢和其他脆 性金属材料无明显屈服 现象，国家标准以产生 0.2%塑性变形的应力 来表示屈服强度，即：
σ0.2=F0.2/A0
精选课件
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屈服强度和抗拉强度在设计机械和选择、 评定金属材料时有重要意义 。 机械零件多
最常用的合金，有以铁为基础的铁碳合金； 有以铜或铝为基础的铜合金和铝合金。
精选课件
7
第一章 金属材料的主要性能
教学重点：金属材料的力学性能 教学难点：б-ε曲线特点
精选课件
8
第一节 金属材料的力学性能
力学性能是指金属材料在受外力作用时 所反映出来的性能。力学性能指标，是 选择、使用金属材料的重要依据。

零件直径较小，但很高。
需要精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。
选用超塑性材料可以一次拉深成型，质量很好，零件性能无方向性。
复合挤压 径向挤压 如130汽车差速器行星齿轮，钢坯锻造需用2500～3000kN压力机，粉末锻造只需800kN压力机。
电液成型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高速成型方法。 精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的模锻工艺。
可以加工热塑性差的材料。
如曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤等。
锻件精度高，表面光洁，可实现少、无切削加工。
原材料配制→熔炼→浇注→加压成型→脱模→冷却→热处理→检验→入库。
3.5.2 零件的轧制
零件轧制的特点：
ü设备结构简单，吨位小。 ü劳动条件好，易于实现机械化和自动化，生产率高。 ü轧制时模具可用价廉的球墨铸铁或冷硬铸铁来制造， 节约贵重的模具钢材，加工也较容易。 ü锻件质量好。 材料利用率高，可达到90％以上，即达 到少切屑，甚至无切屑。
1．板料冲压
零件直径较小，但很高。选用 超塑性材料可以一次拉深成型，质 量很好，零件性能无方向性。
粉末锻造是粉末冶金成型方法和锻造相结合 的一种金属加工方法。它是将粉末预压成型后， 在充满保护气体的炉子中烧结制坯，将坯料加热 至锻造温度后模锻而成。
粉末锻造的优点（与模锻相比）
Ø材料利用率高，可达90%以上。而模锻的材料 利用率只有50%左右。 Ø机械性能高。材质均匀无各向异性，强度、塑 性和冲击韧性都较高。
Ø锻件精度高，表面光洁，可实现少、无切削加工。
Ø生产率高。每小时产量可达500～1000件。
Ø锻造压力小。如130汽车差速器行星齿轮，钢坯 锻造需用2500～3000kN压力机，粉末锻造只需 800kN压力机。

金属的加工工艺
金属的铸造工艺
铸造工艺简介：将熔融的金属倒入模具中，冷却后形成所需形状的工艺 铸造方法：砂型铸造、金属型铸造、离心铸造等 铸造材料：铁、钢、铝、铜、锌等 铸造工艺特点：可生产复杂形状的零件，成本低，生产效率高
金属的锻造工艺
锻造方法：自由锻造、模锻、 冲压、挤压等
锻造工艺：将金属加热到一 定温度，通过锤打、挤压等 方式改变其形状和性能
切削工具：包括车刀、铣刀、钻头、 锯片等
切削方法：包括车削、铣削、钻削、 锯削等
切削参数：包括切削速度、进给量、 切削深度等
切削质量：包括表面粗糙度、尺寸精 度、形位精度等
切削效率：包括生产效率、能耗、刀 具寿命等
金属的热处理工艺
热处理的原理和分类
热处理的原理：通过改变金属的微观结构， 提高其力学性能和耐腐蚀性
金属的表面处理技术
表面涂装技术
目的：保护金 属表面，提高 耐腐蚀性、耐
磨性等性能
主要方法：电 镀、喷涂、热
浸镀等
电镀：利用电 解原理，在金 属表面形成一 层金属或合金
镀层
喷涂：利用高 压气流将涂料 喷涂到金属表 面，形成一层
保护层
热浸镀：将金 属加热到一定 温度，使其表 面形成一层金 属或合金镀层
智能化：利用人工智能技术， 实现金属加工的自动化、智 能化
数字化：利用数字化技术， 实现金属加工的精确控制和
优化
绿色化：采用环保技术和材 料，实现金属加工的绿色化
和可持续发展
绿色环保和可持续发展要求
减少能源消耗：提高能源利用效率， 降低生产过程中的能源消耗
循环利用：提高金属材料的回收利 用率，实现资源的循环利用
添加标题
添加标题

03
金属加工工艺
铸造工艺
铸造工艺基础
介绍铸造工艺的基本原理、铸 造材料、铸造设备及工装模具
等。
铸造工艺设计
学习铸造工艺方案制定、浇注 系统设计、冒口和冷铁设计等 。
铸造合金材料
了解常用铸造合金材料的性能 特点、应用范围及熔炼技术。
铸造缺陷与质量控制
分析铸造过程中常见的缺陷及 质量控制方法，提高铸造件质
金属工艺学的重要性
金属工艺学在现代工业制造中扮演着至关重要的角色，它涉 及到航空航天、汽车、船舶、能源、建筑、医疗器械等多个 领域，是实现从原材料到最终产品的关键环节。
金属工艺学的历史与发展
金属工艺学的起源
金属工艺学可以追溯到古代，人类最 早使用石头和骨头制作工具和武器， 后来逐渐掌握了炼铁和铜等金属的加 工技术。
VS
安全要求
实验室应配备必要的安全设施和防护用品 ，确保学生的人身安全和健康。学生在实 践过程中应按照指导教师的要求进行操作 ，如遇紧急情况应及时报告并采取相应措 施。
感谢您的观看
THANKS
金属工艺的创新与发展趋势
总结词
金属工艺的创新与发展趋势
创新点1
3D打印技术在金属工艺中的应用。
描述1
通过3D打印技术，可以实现金属零件的快速原型 制造，提高设计效率和生产灵活性。
金属工艺的创新与发展趋势
创新点2
01
金属表面处理技术的改进。
描述2
02
采用新型表面处理技术，如电镀、喷涂等，提高金属表面的美
观性和耐久性。
发展趋势1
03
数字化技术在金属工艺中的应用。
金属工艺的创新与发展趋势
01
描述3
利用数字化技术进行金属工艺设 计和优化，实现智能化制造和个 性化定制。

•韧 性断
口
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第十四章机械零件用材及成形工艺
三、材料的失效形式
脆性断裂：断前几乎不产生塑性变形，如灰铸 铁在拉应力作用下不产生塑性变形而断裂
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1-低碳钢 2-铸铁 3-高弹性材料
•脆 性断
口
第十四章机械零件用材及成形工艺
三、材料的失效形式
疲劳断裂：
•σ
零件在交变载荷下经过长时间工作而
分类：磨损失效 腐蚀失效
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第十四章机械零件用材及成形工艺
三、材料的失效形式
磨损失效
• 零件表面因摩擦发生尺寸变化和物质耗损而导致的 材料报废现象叫磨损失效。
预防、减小磨损失效的措施： 提高零件表面硬度； 减小压应力； 提高表面粗糙度
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第十四章机械零件用材及成形工艺
三、材料的失效形式
腐蚀失效
材料受环境介质的作用引起的破坏现象。如钢 铁生锈、土壤腐蚀等。
•防止腐蚀的办法： 改变金属成分（合金化） ➢ 提高基体电极电位 ➢ 形成致密氧化膜 ➢ 获得单相组织
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第十四章机械零件用材及成形工艺
•三、材料的失效形式
表面保护（覆盖法） ➢ 发蓝，磷化，阳极化 ➢ 电镀 ➢ 喷漆
综合分析：综合以上各种材料，判断出引起材 料失效的原因，提出改进措施。
写出失效分析报告。
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第十四章机械零件用材及成形工艺
第二节 选材的基本原则和方法
一、选材的基本原则 二、材料及成形工艺选择
的步骤、方法、依据
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第十四章机械零件用材及成形工艺
一、选材的基本原则
• 1.适用性原则 • 2.工艺性原则 • 3.经济性原则

02 0年12 月8日上 午12时 44分20 .12.820 .12.8
扩展市场，开发未来，实现现在。202 0年12 月8日星 期二上 午12时 44分36 秒00:4 4:3620. 12.8
做专业的企业，做专业的事情，让自 己专业 起来。2 020年1 2月上 午12时4 4分20. 12.800:44December 8, 2020
人生不是自发的自我发展，而是一长 串机缘 。事件 和决定 ，这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。2 020年1 2月8日 星期二 12时44 分36秒 Tuesday , December 08, 2020
感情上的亲密，发展友谊；钱财上的 亲密， 破坏友 谊。20. 12.8202 0年12 月8日星 期二12 时44分 36秒20 .12.8
4.冷镦
2.5其他成形
冷镦机
2.5其他成形
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.12. 820.12. 8Tuesd ay , December 08, 2020
天生我材必有用，千金散尽还复来。0 0:44:36 00:44:3 600:44 12/8/20 20 12:44:36 AM
五、锻件的结构工艺性
轴类零件 杆类零件 盘类零件
2.2自由锻
§3 模锻
一、模锻方式
锤上模锻 压力机上模锻 胎模锻
蒸汽 - 空气锤
锤上模锻
2.3模 锻
锻模结构
2.3模 锻
思考题
2.3模 锻
模锻能否直接锻出通孔？
二、模锻工序
2.3模 锻
形状简单的零件： 预锻→终锻→清理
形状较复杂或锻造比大的零件： 制坯→预锻→终锻→清理 连杆锻模 曲轴模锻

金属工艺学分类
金属工艺学可以根据加工对象和应用 领域分为多种分支，如铸造、锻造、 焊接、切削加工、热处理等。
金属工艺学的应用领域
机械制造业
航空航天业
金属工艺学在机械制造业中应用广泛，涉 及各种零件的加工、装配和维修。
航空航天器制造需要高精度和高性能的金 属材料和加工技术，金属工艺学在航空航 天业中发挥着重要作用。
汽车制造业
电子工业
汽车制造业需要大量金属材料和加工技术 ，包括车身、底盘、发动机等部件的制造 和装配。
电子工业中，金属材料广泛应用于电路板 、连接器、散热器等部件的制造。
金属工艺学的历史与发展
01
古代金属工艺
早在公元前，人类就开始使用金属材料，如青铜、铁等，用于制造工具
、武器和饰品。
02
工业革命时期的金属工艺
退火与正火工艺
退火工艺
退火是一种将金属加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的热 处理工艺。其主要目的是消除金属内部的应力，提高其塑性和韧性，以便于进 一步加工。
正火工艺
正火是将金属加热到适当温度，保持一定时间后，在静止空气中冷却的热处理 工艺。其主要目的是细化金属的晶粒，提高其机械性能，如强度和韧性。
。
焊接缺陷及防止
03
焊接过程中可能出现气孔、夹渣、裂纹等缺陷，需采取相应措
施进行防止。
金属的切削加工工艺
切削加工原理
通过刀具对金属工件进行切削，以去除多余的金属材料，实现工 件形状和尺寸的加工。
切削加工方法分类
根据切削加工的特点和应用，可分为车削、铣削、钻削、磨削等 。
切削加工技术要求
切削加工过程中需要考虑刀具材料、切削液、切削参数等因素， 以确保加工质量和效率。

分析 韧性断裂 脆性断裂
断裂
疲劳断裂 低应力断裂
蠕变断裂 应力腐蚀断裂
零
件
过量弹性变形
失 效 方
过量变形
过量塑性变形
设计不合理
式
磨损
选材不合理 加工工艺不当
表面损伤 腐蚀
安装使用不正确
接触疲劳
绪论
一1 材料概述 二 机械工程材料的定义和分类 三 材料哲学史 四 材料应用 五 材料轶事
选材
选毛坯
预先热处理
机械加工
检验
最终热处理
选材：金属材料种类繁多，性能不一，根据零件的性能要求、
服役条件的不相同，再加上材料的资源、价格等多方面考虑。
课程介绍
有液态成形毛坯
毛坯选择
塑性成形毛坯 连接成形毛坯
粉末冶金成形
轴
型材等毛坯
传统的有 车削、刨 削、铣削
拉削、镗削、磨削等
机械加工方法
车削
现代的有
另一方面，随着社会的发展，科学技术的进
步以及自然资源和能源的逐渐减少，人们所关注
的、所使用的材料种类也在发生着变化……
一1 材料概述
什么是材料？
因此材料的定义可以发展为：
人类社会所能够接受的经 济地制造有用器件的物质
一1 材料概述
一个例子
比强：比强度，也就是材料 的强度与密度之比。具有高 强度、低密度的材料无疑具
一1 材料概述
什么是材料？
一1 材料概述
什么是材料？
钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，人类社会 开始从农业和手工业社会进入了工业社会。
本世纪半导体硅、高集成芯片的出现和广泛应用， 则把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。
一1 材料概述

强度（名称）
定义：金属材料在力的作用下，抵抗塑性变 形和断裂的能力。
判据：屈服强度、抗拉强度。（应用场合）
屈服强度 拉伸试样产生屈服现象时的应力。
符号、单位
s
Fs A0
(MPa)
屈服时最大载荷 试样原始截面积
单位横截 面上内力
无明显屈服现象的金属材料，以试样产生0.2％塑性 变形时的应力，作为该材料的屈服点，用 r 0 .2 表示。
思考：
1 疲劳曲线的水平部分说明什么？ 2 工业实际中，无数次循环载荷作用怎 么体现？各种材料有相应的循环次数
3 通常的钢材是以多少次循环载荷来决
定疲劳极限（疲劳强度）？ 10 7
金属材料的物理、化学及工艺 性能
物理性能
密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电 性和磁性等。
化学性能
主要是指在常温或高温时，抵抗各种介 质侵袭的能力，如耐酸性、耐碱性和抗 氧化性等。
机械制造基础Ppt
绪论
金属工艺学讲述有关制造金属零件的工艺 方法的相关基础知识（材料和热处理）。
加工方法 铸造 压力加工 焊接 热处理
金属 热加工工艺 材料
毛坯
改善金属材料或毛坯的加工性 能和力学性能
切削加工 冷加工工艺 金属材料
零
或毛坯
件
第一篇 金属材料导论
内容
金属材料的主要性能 不同温度下金属材料的结构及变化 金属材料的种类 铁碳合金 钢的热处理
布氏硬度（HB）
优点：硬度值较稳定，测试数据重复性 好，准确度较洛氏硬度法高。
缺点：测量费时，且因压痕较大，不适 于成品检验，太薄太硬（>450HB）的不 适合。
名称、符号、定义、方法、单位
洛氏硬度（HR）法