金属工艺学

机械系.机械教研室授课时间：班级：本课课题：绪论教学目的和要求：1.了解本课程的性质、任务和在生产中的地位。

2.了解本课程内容和机械产品制造全过程的概念。

3.熟悉学习本课程的基本要求和方法。

重点与难点：了解本课程的性质及意义。

教学方法：讲授法和录像观摩。

课型：理论课金属工艺学（邓文英主编）教学过程绪论一、为什么要学金属工艺学（机械工程材料工艺学）？金属工艺学是一门传授有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课。

它主要传授各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互关系；金属零件的加工工艺过程和结构工艺性；常用金属材料性能对加工工艺的影响；工艺方法的综合比较等。

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、焊接工艺、铸造工艺、切削加工工艺等加工处理工艺。

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工艺学是一门技术基础课，对专业课和基础课起着桥梁的作用。

二、机械工程材料工艺学课程有什么特点？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，采用录像教学以及到工厂参观和实习，通过师生的相互努力来学好这门功课。

三、怎样才能学好机械工程材料工艺学？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：金属材料及热处理基本知识，铸造、锻造、焊接、切削加工基本常识。

随着科学技术和生产力的不断发展，金属工艺学的内容构成也有所发展。

应当指出，本课程的发展必然是有关学科的相互渗透和综合，而不是兼收并蓄、包罗万象、内容越来越复杂。

它仍属工艺学范畴。

金属工艺学是实践性很强的技术基础课，它有利于对学生进行技能训练，有利于培养学生具有更高的实际能力和开拓精神。

录像教学：绪论J056 （25分钟）作业布置：课后总结：授课时间：班级：本课课题：钢铁生产简介。

教学目的和要求：1.了解炼铁的实质、原料、设备及产品（介绍常识知识）。

2.了解炼钢的实质、原料、设备及产品（介绍常识知识）。

重点与难点：炼钢和炼铁的过程。

教学方法：讲授法和录像观摩。

课型：理论课。

教学过程第一篇金属材料导论复习旧课：了解本课程的性质。

合金的定义：一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔炼或烧结制成的具有金属特性的材料（导电性、延展性、光泽、导热性）。

常用的是：钢和铁、铜合金、铝合金等（理论联系实际）。

钢铁的冶炼：一、炼铁：1.原料：①空气－提供氧气，助燃作用。

②铁矿石－铁（有贫矿和富矿之分）我国常用的是Fe2O3（赤铁矿）、Fe3O4（磁铁矿）、Fe2O3.3H2O（褐铁矿）、（伴随着SiO2、MnO、S、P等杂质）。

③焦炭－还原剂、提供热能（炼焦厂生产）。

C＋O2→CO2＋Q、 CO2＋C→CO＋QFe2O3＋CO→Fe＋CO2↑＋Q④熔剂→造渣剂，去除杂质，（石灰厂生产）CaCO3（石灰石）、CaO（生石灰）（举例：家用磷钒净水作用）。

CaCO3→CaO＋CO2↑CaO＋SiO2→CaSiO3（↑）CaO＋FeS→CaS（↑）＋FeOFeO+CO→……2.设备：高炉。

（衡量质量指标系数：焦炭比）。

组成：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。

3.产品：①生铁：炼钢制造铁制品等。

②高炉煤气：日用燃料等。

③炉铁渣：水泥、玻璃（提纯）。

二、炼钢：1.原料：①生铁－铁的来源。

②氧气－精炼提纯的作用。

Fe＋O2→FeOFeO＋Si→SiO2＋FeFeO＋C→CO＋FeFeO＋Mn→MnO＋FeSiO2＋MnO→MnSiO2（↑）③造渣剂（熔剂）（生石灰）－主要去除S、P等杂质。

（举例：家用磷钒净水作用）Fe＋S→FeSCaO＋FeS→CaS（↑）＋FeOP＋O2→P2O5Fe＋P2O5→Fe3（PO4）2CaO＋Fe3（PO4）2→Ca3（PO4）2（↑）＋FeO……………2.设备：转炉（正在普及设备）、电弧炉（最好）、平炉（淘汰设备）。

3.产品：①钢锭（简称钢包）：有特镇静钢（TZ）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）、沸腾钢（F）。

②钢渣。

③煤气。

录像：钢铁的冶炼简介J059 （28分钟）作业布置：课后总结：授课时间：班级：本课课题：金属材料的力学性能。

教学目的和要求：熟悉强度和塑性的指标及其意义。

重点与难点：强度和塑性。

教学方法：讲授法和观摩法。

课型：理论课教学过程第一章金属材料的主要性能复习旧课：钢铁的冶炼。

提问：炼钢、铁的原料？第一节金属材料的力学性能（机械性能）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（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 eF o～e＝ΔL o～e×tgα＝ΔL o～e×KO～ΔL e：弹性变形阶段。

（3）F e<F<Fs 、ΔL e<ΔL<ΔL sF e～s≠ΔL e～s×tgαΔL e～ΔL s塑性变形阶段（永久变形）（微量塑性变形）。

（4）F＝Fs> Fs' 、ΔL=ΔL s→ΔL s' ，S屈服点（“屈服”现象）。

ΔL s→ΔL s' 塑性变形阶段（屈服变形）（5）F s'<F<F b 、ΔL s'<ΔL<ΔL bΔL s'～ΔL b塑性变形阶段（大量塑性变形阶段）（6）F＝F b 、ΔL=ΔL b ，F b最大载荷、b缩颈点。

（7）F k<F<F b、ΔL b<ΔL<ΔL k ，塑性变形（“缩颈”现象）。

（8）F＝F k 断开。

1.强度：定义：塑性变形、断裂的能力。

衡量指标：屈服强度、抗拉强度。

（1）屈服点：定义：发生屈服现象时的应力。

公式：σs＝F s/A o（MPa）F s－材料发生屈服现象时的力。

S o－材料的原始横截面面积。

条件屈服强度规定：σr0.2＝F0.2/A o(无明显的屈服现象的材料)应用：汽缸盖和汽缸体之间的密封性（螺栓联接）超过螺栓材料本身的屈服强度。

（2）抗拉强度：定义：最大应力值。

公式：σb＝F b/A oF b－最大的载荷。

S o－材料的原始截面面积。

应用：汽缸的密封、钢绳吊重物、机车的牵引等。

σs/σb屈强比：越小，可靠性越高；越大，可靠性越低。

2.塑性：定义：发生塑性变形，不破坏的能力。

衡量指标：伸长率、断面收缩率。

（1）伸长率：定义：公式：δ＝（L1－L0）/L0×100％L1－拉断后的长度。

L0－原来的试样长度。

注意：长、短试样测出的δ值不相等（比较大小，要同样的试样）。

L0＝5d0 δ5L0＝10d0δ10＝δδ5>5% －塑性材料、δ5<5％－脆性材料。

45：δ5≈18.7% δ1<δ5（2）断面收缩率：定义：公式：Ψ＝（A0－A1）/A0×100％S0－原截面面积。

S1－断口处断面面积。

Ψ5 Ψ10Ψ值越大，塑性越好。

总结：δΨ越大，塑性越好，越易变形但不会断裂。

录像：拉伸试验。

作业布置：课后总结：授课时间：班级：本课课题：金属材料的力学性能。

教学目的和要求：1.掌握洛氏硬度、布氏硬度的试验原理、特点及其应用范围。

2.了解金属夏比冲击试验、多次冲击试验简介。

3.了解金属疲劳的概念，提高疲劳强度的措施。

重点与难点：硬度、冲击韧性、疲劳强度的概念。

教学方法：讲授法课型：理论课和录像观摩。

教学过程复习旧课：强度和塑性的概念。

二、硬度硬度：定义：抵抗更硬物体压入的能力。

衡量：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。

1.布氏硬度：HB试验：GB84。

一定直径的钢球HBS（硬质合金HBW），规定的载荷及时间后。

HB＝F/S (N/mm2) <650举例：钢球直径：10mm，载荷：30KN（F＝30D2），时间：规定10（s）。

材料：压痕直径：d0＝3.92mm 查表：HBS＝239（1）应用范围：铸铁、有色金属、非金属材料。

（2）优缺点：精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。

2.洛氏硬度：HR、（HRA、HRB、HRC）试验：GB83。

一定锥形的金刚石（淬火钢球），在规定载荷和时间后，测出的压痕深度差即硬度的大小（表盘表示）。

HRA、HRB、HRC。

一般通常习惯用HRC（无单位）。

（1）应用范围：钢及合金钢。

（2）优缺点：测成品、薄的工件，无材料限制，但不精确。

3.维氏硬度：试验：GB83。

一定锥形的金刚石，在规定的载荷、时间后。

HV＝F/S（1）应用范围：测薄片和镀层。

（2）优缺点：数值精确，但操作麻烦。

4.肖氏硬度HS、锉氏硬度、显微硬度HM总结：数值越大，硬度越高。

但相互之间不能比较，必须查表为同单位才行。

三、韧性概念：动载荷、“梅氏”试样（金属夏比试验）。

冲击韧度：定义：抵抗冲击载荷而不破坏的能力。

衡量指标：αk＝A k/A （J/cm2）αk－一次性冲击试验的标准。

多次冲击：A k↓→σs、σb。

A k↑→Ψ、δαk和温度有关：温度越低，αk越小。

（低温易冲断）脆性临界转变温度。

四、疲劳强度概念：交变载荷、疲劳现象试验：疲劳实验法。

衡量指标：疲劳强度σ-1钢：107、有色金属：108。

σmax=σ-1五、蠕变和松弛：（补充内容）1.蠕变：蠕变强度高温下容易产生。

2.松弛：松弛强度高温下容易产生。

录像：硬度试验、冲击试验和疲劳试验。

作业布置：课后总结：授课时间：班级：本课课题：材料的物理性能、化学性能。

教学目的和要求：1.掌握材料的物理性能、化学性能（复习过去的相关内容）。

2.了解它们在实际生产中的应用。

重点与难点：物理性能和化学性能的应用。

教学方法：讲授法课型：理论课教学过程第二节金属材料的物理、化学及工艺性能复习旧课：学习本课的实际意义。