电子教案与课件：《机械工程材料与成型》 第1章
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工程材料与成型工艺说课课件ppt
02
工程材料
金属材料
定义
金属材料是指以金属元素或以 金属元素为主构成的具有金属
特性的材料的统称。
分类
黑色金属、有色金属、特种金属 。
特点
高强度、高硬度、良好的塑性和韧 性。
非金属材料
01
02
03
定义
非金属材料是以非金属元 素或非金属元素为主构成 的具有非金属特性的材料 的统称。
分类
塑料、橡胶、陶瓷、玻璃 等。
工程材料与成型工艺的发展趋势
发展趋势
随着科技的不断发展，工程材料与成型工艺也在不断进步。新型工程材料的 不断涌现，成型工艺的不断创新，使得工程材料与成型工艺在未来的应用中 更加广泛和高效。
未来展望
未来，工程材料与成型工艺将会朝着更加高效、节能、环保、可持续发展的 方向发展。同时，随着工业4.0的到来，工程材料与成型工艺将会更加智能化 、自动化、数字化。
03
在满足性能要求的前提下，优先选择成本低、来源广泛、易于
加工的材料，同时考虑材料对环境的影响。
成型工艺选择的原则和方法
符合材料特性
满足使用要求
选择与材料特性相匹配的成型工艺，如塑料 材料宜采用注射成型工艺。
根据产品形状、尺寸和性能要求选择合适的 成型工艺。
考虑生产批量
考虑经济效益
生产批量不同，所需的设备和工艺也不同， 应根据实际情况选择最经济的生产方法。
案例二：航空航天中的材料与工艺应用
总结词
航空航天领域对材料和工艺的要求极为苛刻，需要克服高强度、高温、腐蚀等多种复杂条件。
详细描述
航空航天领域需要使用各种高性能材料，如钛合金、高温合金、复合材料等，以及各种先进成型工艺，如真空 吸铸、粉末冶金、3D打印等。在航空航天领域，材料和工艺的选择和优化直接影响到飞行器的性能、安全和 可靠性，因此需要加强研究和技术创新。
工程材料与成形工艺基础绪论与第一章金属材料基
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
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
《机械工程材料》教学教案(全)
《机械工程材料》教学教案(一)教学目标：1. 了解机械工程材料的基本概念和分类。
2. 掌握机械工程材料的性能及应用。
3. 理解机械工程材料的选择原则。
教学内容：1. 机械工程材料的基本概念和分类2. 机械工程材料的性能及应用3. 机械工程材料的选择原则教学过程：一、导入（5分钟）1. 引导学生回顾已学的机械工程相关知识，为新课的学习做好铺垫。
2. 提问：什么是机械工程材料？机械工程材料有哪些分类？二、基本概念和分类（10分钟）1. 讲解机械工程材料的基本概念，如金属材料、非金属材料、复合材料等。
2. 介绍各类机械工程材料的特征及应用领域。
三、性能及应用（10分钟）1. 讲解机械工程材料的性能，如力学性能、物理性能、化学性能等。
2. 结合实际案例，阐述各类性能在工程中的应用。
四、选择原则（10分钟）1. 讲解机械工程材料的选择原则，如满足设计要求、经济性、可靠性等。
2. 引导学生学会根据实际工程需求选择合适的材料。
五、小结与作业（5分钟）1. 对本节课的主要内容进行小结。
2. 布置作业：请学生列举常见的机械工程材料，并简要介绍其性能及应用。
教学资源：1. 教材《机械工程材料》2. PPT课件3. 实际工程案例素材教学评价：1. 课堂问答：检查学生对机械工程材料基本概念、性能及应用的掌握情况。
2. 作业：评估学生对课堂所学知识的理解和应用能力。
《机械工程材料》教学教案(二)教学目标：1. 掌握机械工程材料的力学性能测试方法。
2. 了解机械工程材料的热处理工艺及应用。
3. 理解机械工程材料在实际工程中的焊接技术。
教学内容：1. 机械工程材料的力学性能测试方法2. 机械工程材料的热处理工艺及应用3. 机械工程材料在实际工程中的焊接技术教学过程：一、导入（5分钟）1. 回顾上节课的内容，为新课的学习做好铺垫。
2. 提问：机械工程材料的力学性能如何测试？二、力学性能测试方法（10分钟）1. 讲解机械工程材料的力学性能测试方法，如拉伸试验、冲击试验、硬度试验等。
《机械工程材料》教案
《机械工程材料》教案编写毛松发第一章金属材料的性能课题：第一节金属材料（2课时）教学要求：1.明确金属，掌握合金、金属材料及其分类，熟悉常见的金属材料；2.明确金属特性。
重点：合金金属材料金属特性教学过程：教师以教材“写给同学们的话”进行课程的始学教育.【板书】一.材料是人类文明和技术进步的重要标志。
(教师讲解“写给同学们的话”第一、二段)石器时代→青铜器时代→铁器时代→钢铁时代→新材料时代1、司母戊大鼎发掘历史；2、新型材料。
二．课程作用1．机械制造和日常生活的基础知识；2．学习其他后续工艺学的基础。
三．课程特点与学习要求【板书】第一节金属材料【讲解】在浩瀚的材料世界里，金属材料是一个最大的王国。
最早，我们人类使用的金属材料主要是天然产品。
（穿插讲解材料史话）经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代的漫长历史过程后，在冶金技术的推动下，我们又从钢铁时代迈进了新材料时代。
在人类文明历程中，金属材料对推动社会的发展，促进文明的进步，丰富文化的内容，改变人们的生活方式发挥了巨大作用。
当今世界，金属材料已成为工农业生产、人民生活、科学技术和国防发展的重要物质基础。
离开了金属材料的“钢筋铁骨”，桥梁将断，舰艇将毁，大厦将倾，工厂将停……一、金属【设问】同学们在平时的生活中看到过哪些金属（纯金属）？【板书】1．金属：如铁、铜、铝、金、银等，共有90种。
常温下为固体（除汞外）。
【设问】金属与非金属比较有哪些特性？【板书】2．金属特性：具有金属光泽；（铁、铝等大多数金属为银白色，铜为紫红色，金为黄色）有良好的导电性和导热性；（铜、铝是优良的导电体）有一定的强度和塑性。
【交流与讨论】金属是一类重要的材料，人类的生活和生产都离不开金属。
请说出下表日常生活中使用的金属。
【讲解】在通常情况下，金属单质往往无法满足使用要求。
如纯铜、纯铝及纯铁质软，强度、硬度很小，无法用来制造承受大载荷的机械零件和工具。
如果我们将一种金属跟其他金属(或非金属)熔合制成具有金属特性的物质就得到合金。
机械工程材料及成型基础教学教材
复合材料
玻璃纤维复合材料
由玻璃纤维和有机高分子材料复 合而成，具有质轻、强度高、耐 腐蚀等特点，广泛应用于航空、 航天、汽车等领域。
碳纤维复合材料
由碳纤维和有机高分子材料复合 而成，具有高强度、高刚性、耐 高温等特点，广泛应用于航空、 体育器材等领域。
02 材料成型基础
铸造工艺
01
02
03
04
热处理
通过控制加热、保温和冷却过程， 改变材料的内部组织结构，提高材 料的力学性能。
表面处理
通过物理或化学方法，改变材料表 面的成分和结构，提高材料的耐磨 性、耐腐蚀性和装饰性。
材料成本
原材料价格
不同材料的价格差异很大，选择价格合理的材料 可以降低成本。
加工成本
材料的加工难度和工艺要求不同，加工成本也不 同。在选择材料时，应考虑其加工成本。
未来趋势
高性能材料
01
随着机械工程的发展，对材料性能的要求越来越高，未来将不
断涌现出高性能的新型材料。
智能材料
02
智能材料能够感知外部刺激并作出响应，未来在传感器、执行
器和结构健康监测等领域有广泛应用。
可持续发展的材料
03
随着环保意识的提高，未来将更加注重材料的可持续发展，如
可降解和可回收的材料。
砂型铸造
利用砂型作为模具进行铸造， 适用于各种形状和尺寸的铸件
。
熔模铸造
通过制作熔模，再利用熔模制 作模具进行铸造，适用于精密
铸件。
压力铸造
在高压下将液态金属注入模具 ，适用于生产小型、高精度、
高强度铸件。
离心铸造
利用离心力将液态金属注入旋 转的模具中，适用于生产管状
和套筒类铸件。
电子教案-机械基础(第4版_刘跃南)电子教案-1.机械工程材料
1-1 概述
20世纪后期以来，由于电子信息、航空航天等尖端技术的迅速发展，对新材料的研究与开发起到了很大 的刺激与促进作用，以高温超导材料、精细陶瓷材料、纳米材料为代表的新材料与新材料技术不断涌现。但 存在一个较为普遍的问题，即新材料研制与制备加工工艺开发的非同步发展。高温超导材料、金属陶瓷梯度 功能材料等，作为先进材料的优越性与实用价值非常明显，但尚缺少高效、低成本的制备与加工技术。
表１－１ 金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照
1-2 金属材料的主要性能
在拉伸试验过程中，通过自动记录或绘图装置得到的表示试样所受载荷F和伸长量Δl的关系曲线称为拉伸 曲线；经计算，可得到表示试样所受应力σ和应变ε的关系曲线，称为应力－应变曲线。图1-1所示分别为低 碳钢试样的拉伸曲线和应力－应变曲线。
1-1 概述
第一次工业革命时期（18世纪60年代——19世纪中期），人类开始进入蒸汽机时代，材料加工的特点是 以机器取代人力，以大规模工厂化生产取代个体工场手工生产。随着蒸汽机的广泛使用，以及随之出现的矿 山、冶金、轮船和机车等大型机械的发展，需要成形加工和切削加工的金属零件越来越多，所用的金属材料 由铜、铁，发展到以钢为主。材料加工包括锻造、冲压、钣金工、焊接、热处理等技术及其装备，以及切削 技术和机床、刀具、量具等得到了迅速发展。
1-2 金属材料的主要性能
3.静载荷拉伸试验 金属材料的强度、塑性可通过静拉伸试验来确定。 目前金属材料室温拉伸试验方法采用GB/T—2002，由于目前原有的金属材料力学性能 数据是采用旧标准进行测定和标注的，所以原有旧标准GB/T228—1987仍然沿用，本教材为叙述方便采用旧标 准。关于金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照见表1-1。
第一章
机械工程材料及成形基础
11《机械工程基础（工程材料及成形）》教案目录目录 (1)课程的任务和学习方法 (2)第1 章金属材料的性能 (1)第2 章金属与合金的晶体结构与结晶 (3)第3 章铁碳合金 (6)第4 章钢的热处理 (8)第6 章常用工程材料 (12)第7 章铸造成形 (14)第8 章锻压成形 (16)第9 章焊接与胶接成形 (19)第10 章机械零件材料及毛坯的选择 (23)习题答案 (26)2课程的任务和学习方法一、本课程的特点1、本课程是一门有关机械零件制造方法及其用材的综合性技术基础课。
2、本课程实践性很强，学生应积极认真地参加生产实习和实践，才能更有效地掌握本门课程的知识，以便为后续专业课程的学习和今后生产实践打下较好的基础。
二、本课程的任务1、了解常用工程材料的种类、性能及改性方法，初步掌握其应用范围和选择原则。
2、掌握主要毛坯成形方法的基本原理和工艺特点，具有选择毛坯及工艺分析的初步能力。
3、掌握各种主要加工方法的实质、工艺特点、基本原理和设备；了解零件的加工工艺过程，能制定简单的制造工艺过程。
4、了解零件的结构工艺性。
三、本课程的学习方法1、每章学习时，首先了解本章学习目标中的主要内容，以及重点、难点所在，而后阅读教材中本章基本内容。
阅读时要注重对基本概念、基本理论的理解，同时要积极开展理论与实践的结合。
2、每章阅读理解后，要结合复习思考题进行自检，看是否初步掌握基本内容，并要及时完成习题作业，以求达到较牢固的掌握基本内容。
3、每章学完后，要闭书回忆，循序总结，自测自验。
根据记忆和熟练周期，阶段性安排复习，恢复和唤起所学过的内容，以求达到深入、全面、牢固地掌握所学内容；并联系实践训练，多干、多看、勤思考、多积累。
这样才能够良好地完成本课程的学习任务。
1第1章金属材料的性能一、学习目标1、清楚金属材料的性能包括哪些内容。
2、掌握金属材料的力学性能各项指标的概念，符号及表示方法，应用条件和范围。
3、了解金属材料的物理、化学性能及应用。
机械工程材料-教案-01
1.1.3 晶体结构
❖ 本节几个重要的概念：
❖ 晶体——内部原子规则排列的物体。
❖ 晶体结构——晶体中的原子（离子或分子）的排列
方式。
❖ 晶 格——体中原子排列方式的空间格子（假想的格
架）。
❖ 结 点——晶格中的小圆圈或小黑点，即为金属原子
（离子）平衡中心的置。
❖ 晶 胞（Cell）—晶格中（能反映该晶格特征）的最
五、工程材料及其分类
❖ 工程材料—用于机械、车辆、船舶、建
筑、化工、能源、仪器仪表及航空航天 等工业领域中的材。
❖ 1、按用途分类：
工程材料
结构材料：要求力学性能（构件、 零件、工具等） 功能材料：要求具有某些物理、
化学功能等
工程材料的总分类
2、按成分、性能、结合键等分类
❖ 按成分、性能、结合键等， 工程材料可分为：
小几何单元。
晶胞（三维空间排列）→晶格→晶体. 晶胞几何特征：
❖ 晶格常数:a、b、c；棱边间夹角α、β、γ。
❖ 不同元素组成的金属（或合金）具有 不同的晶格形式和晶格常数，因而具有不同的 物理、化学、机械性能。
❖ 常见金属的晶体结构有三种：
1. 体心立方-B.C.C.（Body-centered-Cubic） 2. 面心立方-F.C.C. （Face-centered-Cubic） 3. 密排六方-H.C.P.(Hexagonal-Close-Packed) *晶 格：Lattice.
❖ 典型的体心金属：Cr、Mo、W、V、 α-Fe（912℃以下的Fe）
❖ 特点：
8个原子处于立方体的角上，一个原子 在立方体中心。
❖ 高分子材料：（共价键、分子键）
工程塑料 合成橡胶 合成纤维 胶粘剂
《机械工程材料》教案
《机械工程材料》教案第一章：金属材料1.1 金属的晶体结构介绍金属晶体的基本结构解释金属键的概念探讨金属的晶体缺陷1.2 金属的力学性能讨论金属的强度、韧性、硬度等力学性能解释影响金属力学性能的因素探讨金属的疲劳和腐蚀性能1.3 常用金属材料介绍铁合金、铜合金、铝合金等常用金属材料分析各种金属材料的特性及应用领域第二章：非金属材料2.1 陶瓷材料介绍陶瓷材料的组成、制备和特性探讨陶瓷材料的烧结过程及影响因素分析陶瓷材料在工程中的应用2.2 塑料材料介绍塑料的组成、制备和特性讨论塑料的成型加工方法探讨塑料在工程中的应用及限制2.3 复合材料介绍复合材料的定义及分类解释复合材料的特点及优势分析复合材料在工程中的应用案例第三章：材料的力学性能测试3.1 拉伸试验介绍拉伸试验的原理及设备探讨拉伸试验中应力、应变、塑性、弹性等概念分析拉伸试验结果及应用3.2 压缩试验介绍压缩试验的原理及设备探讨压缩试验中应力、应变、脆性等概念分析压缩试验结果及应用3.3 冲击试验介绍冲击试验的原理及设备探讨冲击试验中冲击吸收能量、冲击韧性等概念分析冲击试验结果及应用第四章：材料的焊接4.1 焊接概述介绍焊接的定义、分类及原理解释焊接过程中的热影响区、冷却速度等概念探讨焊接接头的缺陷及影响因素4.2 常见焊接方法介绍熔化焊接、压力焊接、摩擦焊接等常见焊接方法分析各种焊接方法的适用范围及特点4.3 焊接质量控制讨论焊接质量的检测方法解释焊接质量标准及要求探讨焊接质量控制的具体措施第五章：材料的选用及应用5.1 材料选用原则介绍材料选用的基本原则解释材料选用时需要考虑的因素分析材料选用的重要性和必要性5.2 工程材料应用案例分析分析具体工程材料应用案例探讨材料在工程应用中的优势和局限性总结材料应用的经验教训《机械工程材料》教案第六章：材料的热处理6.1 热处理的基本概念介绍热处理的定义、目的和分类解释热处理过程中温度、时间等参数的作用探讨热处理的基本方法（如退火、正火、淬火等）6.2 热处理工艺及设备介绍各种热处理工艺的具体步骤和操作要点探讨热处理设备的类型及选用原则分析热处理过程中的热量传递和相变规律6.3 热处理的应用及效果分析热处理在改善材料性能方面的作用讨论热处理对材料组织结构的影响探讨热处理在实际工程中的应用案例第七章：表面处理技术7.1 表面处理技术概述介绍表面处理技术的定义、目的和分类解释表面处理技术在工程中的应用重要性探讨表面处理技术的选择原则7.2 常见表面处理方法介绍抛光、喷砂、电镀、阳极氧化等常见表面处理方法分析各种表面处理方法的特点、适用范围及优缺点7.3 表面处理技术的应用案例分析表面处理技术在实际工程中的应用案例探讨表面处理技术在提高材料性能、延长使用寿命等方面的作用第八章：材料的疲劳与断裂8.1 疲劳与断裂的基本概念介绍疲劳与断裂的定义、类型和特点解释疲劳失效的过程及影响因素探讨断裂力学的相关概念（如应力强度因子、断裂韧性等）8.2 材料的疲劳性能测试与评估介绍疲劳试验的方法、设备及参数测定分析疲劳试验结果及疲劳寿命的预测方法探讨材料的疲劳裂纹扩展行为及影响因素8.3 疲劳与断裂的控制与应用讨论材料和构件在防止疲劳与断裂方面的设计原则分析实际工程中的疲劳与断裂控制案例总结疲劳与断裂研究的新进展及发展趋势第九章：材料的磨损与腐蚀9.1 磨损与腐蚀的基本概念介绍磨损与腐蚀的定义、类型和特点解释磨损与腐蚀对材料性能和寿命的影响探讨磨损与腐蚀的常见原因和机理9.2 材料的磨损与腐蚀性能测试方法介绍磨损试验（如摩擦磨损试验、冲击磨损试验等）及设备分析腐蚀试验（如浸泡试验、电化学腐蚀试验等）及方法探讨磨损与腐蚀试验结果的分析与评估9.3 磨损与腐蚀的控制与应用讨论材料选择、表面处理等在防止磨损与腐蚀方面的作用分析实际工程中的磨损与腐蚀控制案例总结磨损与腐蚀研究的新进展及发展趋势第十章：材料的环境适应性10.1 环境适应性的基本概念介绍环境适应性的定义、类型和重要性解释材料在不同环境（如大气、水、土壤等）中的行为探讨环境适应性评价的方法和指标10.2 材料的环境老化与性能变化分析环境因素（如温度、湿度、紫外线等）对材料老化的影响讨论材料老化过程及性能退化的机制探讨材料环境老化试验的方法和设备10.3 提高材料环境适应性的策略与应用介绍提高材料环境适应性的方法（如改性、表面防护等）分析实际工程中提高材料环境适应性的应用案例总结材料环境适应性研究的新进展及发展趋势《机械工程材料》教案第十一章：材料的设计与性能优化11.1 材料设计的基本概念介绍材料设计的目标和方法解释材料设计的意义和挑战探讨计算机辅助材料设计的发展趋势11.2 材料性能优化的策略讨论单一材料性能优化的方法（如合金化、微合金化等）分析复合材料性能优化的途径（如纤维增强、颗粒填充等）探讨材料性能优化时的权衡与取舍11.3 材料设计及性能优化的应用案例分析具体材料设计及性能优化的成功案例探讨材料设计及性能优化在工程应用中的价值第十二章：材料的可持续性与环保12.1 可持续发展的基本概念介绍可持续发展的定义、原则和目标解释材料在可持续发展中的作用和责任探讨可持续发展的评价方法和指标体系12.2 环保材料的选择与应用介绍环保材料的分类和特点（如生物降解材料、再生材料等）分析环保材料在工程中的应用优势和限制探讨环保材料的发展趋势及挑战12.3 材料可持续性的实施与案例分析讨论材料生产、使用和回收过程中的可持续性措施分析实际工程中实现材料可持续性的成功案例总结材料可持续性研究的新进展及发展趋势第十三章：材料的经济性分析13.1 材料成本的构成与分析介绍材料成本的构成要素分析材料成本的影响因素探讨降低材料成本的策略和方法13.2 材料的经济性评价方法介绍经济性评价的基本原则和方法（如成本效益分析、生命周期成本分析等）分析各种经济性评价方法的适用范围和优缺点探讨经济性评价在材料选择中的应用13.3 材料经济性分析的应用案例分析实际工程中材料经济性分析的成功案例探讨材料经济性分析在工程项目中的价值第十四章：材料在机械工程中的应用14.1 机械零件的材料选择介绍机械零件设计中材料选择的重要性分析机械零件在不同工作条件下的材料要求探讨机械零件材料选择的依据和流程14.2 典型机械工程材料的应用案例分析机械工程中常用材料（如钢、铝、陶瓷等）的应用案例探讨不同材料在提高机械性能、降低成本等方面的作用14.3 材料在机械工程领域的创新应用介绍材料科学和技术在机械工程领域的最新进展分析新型材料（如记忆合金、纳米材料等）在机械工程中的应用前景第十五章：总结与展望15.1 课程总结回顾本课程的主要内容和知识点强调材料在机械工程中的重要性总结学习过程中掌握的关键技能和思维方法15.2 展望未来分析材料科学和技术的发展趋势探讨材料在机械工程领域的潜在应用激发学生对材料科学和工程的兴趣和热情重点和难点解析重点：理解不同类型材料（金属、非金属、复合材料等）的结构、性能及其应用；掌握材料的力学性能测试方法及其结果分析；了解材料的热处理工艺、表面处理技术以及疲劳与断裂、磨损与腐蚀的基本原理和控制方法；熟悉材料的经济性分析以及在机械工程中的应用。
《机械工程材料》教学教案(全)
《机械工程材料》教学教案(第一部分)一、教学目标1. 让学生了解机械工程材料的分类及性能。
2. 使学生掌握金属材料（包括黑色金属和有色金属）的基本性质和应用。
3. 培养学生对材料选择和应用的能力。
二、教学内容1. 机械工程材料的分类及性能2. 金属材料的基本性质3. 金属材料的性能与应用三、教学重点与难点1. 重点：机械工程材料的分类、性能及应用。
2. 难点：金属材料的基本性质和应用。
四、教学方法1. 采用讲授法，讲解机械工程材料的基本概念、分类、性能及应用。
2. 利用案例分析法，分析实际工程中材料的选择和应用。
3. 开展小组讨论，培养学生独立思考和团队协作的能力。
五、教学准备1. 教材：《机械工程材料》2. 课件：机械工程材料的相关图片、图表、案例等3. 教具：实物模型、样品等《机械工程材料》教学教案(第二部分)一、教学目标1. 让学生了解非金属材料的基本性质和应用。
2. 使学生掌握复合材料的特点及应用。
3. 培养学生对材料选择和应用的能力。
二、教学内容1. 非金属材料的基本性质和应用2. 复合材料的特点及应用三、教学重点与难点1. 重点：非金属材料的基本性质和应用，复合材料的特点及应用。
2. 难点：复合材料的特点及应用。
四、教学方法1. 采用讲授法，讲解非金属材料的基本概念、分类、性能及应用。
2. 利用案例分析法，分析实际工程中材料的选择和应用。
3. 开展小组讨论，培养学生独立思考和团队协作的能力。
五、教学准备1. 教材：《机械工程材料》2. 课件：非金属材料、复合材料的相关图片、图表、案例等3. 教具：实物模型、样品等《机械工程材料》教学教案(第三部分)一、教学目标1. 让学生了解材料力学性能的测试方法。
2. 使学生掌握材料力学性能的主要指标。
3. 培养学生对材料力学性能的理解和应用能力。
二、教学内容1. 材料力学性能的测试方法2. 材料力学性能的主要指标三、教学重点与难点1. 重点：材料力学性能的测试方法，材料力学性能的主要指标。
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E值仅与材料有关
应力-应变曲线中E点为试样不产生永久变形的最大应力，称为弹性极限，以σe表示。
1.2.1 材料的力学性能
（2）强度
材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力称为强度。根据外力加载方式 和不同，强度指标为分为多种，如屈服强度、抗压强度、抗弯强度和抗扭强 度等。其中以抗拉试验测得的屈服强度和抗拉强度两个指标应用是最多。
1.2.1 材料的力学性能
2、动载时材料的力学性能 （1）冲击韧性
金属材料在冲击载荷下抵抗破 坏的能力称为冲击韧性。冲击 韧性一般是以在冲击力作用下 材料破坏时单位面积所吸收的 能量来表示的。测定冲击韧度 常用的方法是，用一个带有V 型或U型刻槽的标准试样，在 一次摆锤式弯曲冲击试验机上 弯曲折断，测定其所消耗的能 量。
图 1-4 洛氏硬度试验方法示意图
1.2.1 材料的力学性能
③维氏硬度
维氏硬度采用锥面夹角为136° 的金刚石正四棱锥体，将试样表 面压出一个四方锥形的压痕，经 一定保持时间后卸除试验压力， 测量压痕对角线平均长度d，根 据d值查维氏硬度表即可求出维 氏硬度值，如图1-5所示。维氏 硬度用HV表示
1理如图1-4所示，它 是以顶角为120°的金刚石圆锥体（见图1-4) 或直径1.588mm的淬火钢球作为压头，以一 定的压力压入材料表面，通过测量压痕深度 来确定其硬度的。
根据所加载荷和压头的不同，洛氏硬度 有三种标尺，分别以HRA、HRB、HRC表 示
1.2.3 材料的化学性能 1、耐腐蚀性
材料抵抗各种介质腐蚀破坏的能力称为耐腐蚀性。 2、抗氧化性
金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力称抗氧化性。
1.2.4 材料的工艺性能
1、铸造性能 2、压力加工性能 3、焊接性能 4、切削加工性能 5、热处理工艺性能 6、黏结固化性能
①布氏硬度
用一定载荷F将直径为D的淬火钢球或硬质 合金球压入被测材料的表面，保持一定时间后卸 去载荷，此时被测表面将出现直径为d的压痕。 在读数显微镜下测量压痕直径，并根据所测直径 查表，得到硬度值。
材料愈软，压痕直径愈大，布氏硬度值愈低。
1.2.1 材料的力学性能 压头为淬火钢球时，布氏硬度用符号HBS表示 压头为硬质合金球时，用HBW表示
当载荷增加到S点时曲线转为一水平段，即应力不增加而变形继续增 加，这种现象称为“屈服”。此时若卸载，则试样不能恢复原状而是保留 一部分残余的变形，这种不能恢复的残余变形称为塑性变形。试样产生屈 服时的应力称为屈服强度（屈服点），以σs表示。
没有明显屈服现象的材料，国 家标准规定用试样标距长度产生 0.2%塑性变形时的应力值作为 该材料的屈服强度，以σ0.2表示。
1.2.1 材料的力学性能
材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。 常用的性能指标有断后伸长率δ和断面收缩率ψ
1.2.1 材料的力学性能
（4）硬度 材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力称为硬度。硬度反映了材料抵抗局 部塑性变形的能力，是检验毛坯、成品件、热处理件的重要性能指标。
常用的压入法测量硬度的指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
拉伸试验是将被测材料按GB/T228-2010要求制成标准拉伸试样，在 拉伸试验机上缓慢地从试样两端由零开始加载，使之承受轴向拉力p， 并引起试样沿轴向伸长ΔL（ΔL=L1-L0)，直至试样断裂为止。
1.2.1 材料的力学性能
应力-应变曲线中直线部分的斜 率E称为弹性模量，其单位为 MPa。弹性模量E标志着材料抵 抗弹性变形的能力，用来表示 材料的刚度。其值愈大，材料 产生一定量的弹性变形所需的 应力愈大
1.2.2 材料的物理性能 1、密度
材料的密度是指单位体积中材料的质量。 2、熔点
熔点是指材料的熔化温度。 3、热膨胀性
材料的热膨胀性通常用线膨胀系数表征。
1.2.2 材料的物理性能 4、磁性
材料能导磁的性能叫做磁性。 5、导热性
材料的导热性用热导率（也称导热系数)λ来表征。 6、导电性
材料的导电性一般用电阻率表征。
机械工程材料与成型
第一章 材料的种类与性能
CONTENTS
目录
1.1 材料的分类 1.2 材料的性能
1.1
材料的分类
1.1.1 材料与机械工程材料
材料是指那些用于制造结构、器件或其他有用产品的物质公司职务 工程材料主要指用于机械工程和建筑工程等领域的材料。
机械工程材料是指用于制造各类机械零件、构件的材料和在机械制 造过程中所应用的工艺材料。
1.2.1 材料的力学性能 （2）疲劳强度
承受重复或交变应力的零件不发生断裂的最大循环应力值称为疲劳强度。
1.2.1 材料的力学性能
3、高、低温性能 （1）高温性能
金属材料在高温下、恒载荷的长期作用下产生塑性变形的现象。
1.2.1 材料的力学性能 （2）低温性能
低温脆性：当温度降到某一值时，AK值会急剧减小使材料呈脆性状态， 这种现象称为低温脆性。
σs或σ0.2是机械零件设计和选材 的主要依据，也是衡量金属材料
承载能力大小的重要的力学性能 指标。
1.2.1 材料的力学性能
抗拉强度 应力超过屈服点时，整个试样将 发生均匀而显著的塑性变形。当达 到B点时，试样开始局部变细，出现 “颈缩”现象。此后由于试样截面 积显著减小而不足以抵抗外力的作 用，在K点发生断裂。断裂前的最大 应力称为抗拉强度，以σb表示。它 反映了材料产生最大均匀变形的抗 力。
一台机器要技术功能优异，安全地运行和使用,合 理的选材和加工是十分关键的一环。
1.1.2 机械工程材料的分类
1.2
材料的性能
1.2.1 材料的力学性能
1、静载时材料的力学性能
（1）弹性和刚度
材料受外力作用时产生变形，当外力去除后能恢复其原来形状的能力 称为弹性。
衡量材料抵抗弹性变形能力的机械性能指标为弹性模量E，E值可用 拉伸试验方法进行测定。
应力-应变曲线中E点为试样不产生永久变形的最大应力，称为弹性极限，以σe表示。
1.2.1 材料的力学性能
（2）强度
材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力称为强度。根据外力加载方式 和不同，强度指标为分为多种，如屈服强度、抗压强度、抗弯强度和抗扭强 度等。其中以抗拉试验测得的屈服强度和抗拉强度两个指标应用是最多。
1.2.1 材料的力学性能
2、动载时材料的力学性能 （1）冲击韧性
金属材料在冲击载荷下抵抗破 坏的能力称为冲击韧性。冲击 韧性一般是以在冲击力作用下 材料破坏时单位面积所吸收的 能量来表示的。测定冲击韧度 常用的方法是，用一个带有V 型或U型刻槽的标准试样，在 一次摆锤式弯曲冲击试验机上 弯曲折断，测定其所消耗的能 量。
图 1-4 洛氏硬度试验方法示意图
1.2.1 材料的力学性能
③维氏硬度
维氏硬度采用锥面夹角为136° 的金刚石正四棱锥体，将试样表 面压出一个四方锥形的压痕，经 一定保持时间后卸除试验压力， 测量压痕对角线平均长度d，根 据d值查维氏硬度表即可求出维 氏硬度值，如图1-5所示。维氏 硬度用HV表示
1理如图1-4所示，它 是以顶角为120°的金刚石圆锥体（见图1-4) 或直径1.588mm的淬火钢球作为压头，以一 定的压力压入材料表面，通过测量压痕深度 来确定其硬度的。
根据所加载荷和压头的不同，洛氏硬度 有三种标尺，分别以HRA、HRB、HRC表 示
1.2.3 材料的化学性能 1、耐腐蚀性
材料抵抗各种介质腐蚀破坏的能力称为耐腐蚀性。 2、抗氧化性
金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力称抗氧化性。
1.2.4 材料的工艺性能
1、铸造性能 2、压力加工性能 3、焊接性能 4、切削加工性能 5、热处理工艺性能 6、黏结固化性能
①布氏硬度
用一定载荷F将直径为D的淬火钢球或硬质 合金球压入被测材料的表面，保持一定时间后卸 去载荷，此时被测表面将出现直径为d的压痕。 在读数显微镜下测量压痕直径，并根据所测直径 查表，得到硬度值。
材料愈软，压痕直径愈大，布氏硬度值愈低。
1.2.1 材料的力学性能 压头为淬火钢球时，布氏硬度用符号HBS表示 压头为硬质合金球时，用HBW表示
当载荷增加到S点时曲线转为一水平段，即应力不增加而变形继续增 加，这种现象称为“屈服”。此时若卸载，则试样不能恢复原状而是保留 一部分残余的变形，这种不能恢复的残余变形称为塑性变形。试样产生屈 服时的应力称为屈服强度（屈服点），以σs表示。
没有明显屈服现象的材料，国 家标准规定用试样标距长度产生 0.2%塑性变形时的应力值作为 该材料的屈服强度，以σ0.2表示。
1.2.1 材料的力学性能
材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。 常用的性能指标有断后伸长率δ和断面收缩率ψ
1.2.1 材料的力学性能
（4）硬度 材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力称为硬度。硬度反映了材料抵抗局 部塑性变形的能力，是检验毛坯、成品件、热处理件的重要性能指标。
常用的压入法测量硬度的指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
拉伸试验是将被测材料按GB/T228-2010要求制成标准拉伸试样，在 拉伸试验机上缓慢地从试样两端由零开始加载，使之承受轴向拉力p， 并引起试样沿轴向伸长ΔL（ΔL=L1-L0)，直至试样断裂为止。
1.2.1 材料的力学性能
应力-应变曲线中直线部分的斜 率E称为弹性模量，其单位为 MPa。弹性模量E标志着材料抵 抗弹性变形的能力，用来表示 材料的刚度。其值愈大，材料 产生一定量的弹性变形所需的 应力愈大
1.2.2 材料的物理性能 1、密度
材料的密度是指单位体积中材料的质量。 2、熔点
熔点是指材料的熔化温度。 3、热膨胀性
材料的热膨胀性通常用线膨胀系数表征。
1.2.2 材料的物理性能 4、磁性
材料能导磁的性能叫做磁性。 5、导热性
材料的导热性用热导率（也称导热系数)λ来表征。 6、导电性
材料的导电性一般用电阻率表征。
机械工程材料与成型
第一章 材料的种类与性能
CONTENTS
目录
1.1 材料的分类 1.2 材料的性能
1.1
材料的分类
1.1.1 材料与机械工程材料
材料是指那些用于制造结构、器件或其他有用产品的物质公司职务 工程材料主要指用于机械工程和建筑工程等领域的材料。
机械工程材料是指用于制造各类机械零件、构件的材料和在机械制 造过程中所应用的工艺材料。
1.2.1 材料的力学性能 （2）疲劳强度
承受重复或交变应力的零件不发生断裂的最大循环应力值称为疲劳强度。
1.2.1 材料的力学性能
3、高、低温性能 （1）高温性能
金属材料在高温下、恒载荷的长期作用下产生塑性变形的现象。
1.2.1 材料的力学性能 （2）低温性能
低温脆性：当温度降到某一值时，AK值会急剧减小使材料呈脆性状态， 这种现象称为低温脆性。
σs或σ0.2是机械零件设计和选材 的主要依据，也是衡量金属材料
承载能力大小的重要的力学性能 指标。
1.2.1 材料的力学性能
抗拉强度 应力超过屈服点时，整个试样将 发生均匀而显著的塑性变形。当达 到B点时，试样开始局部变细，出现 “颈缩”现象。此后由于试样截面 积显著减小而不足以抵抗外力的作 用，在K点发生断裂。断裂前的最大 应力称为抗拉强度，以σb表示。它 反映了材料产生最大均匀变形的抗 力。
一台机器要技术功能优异，安全地运行和使用,合 理的选材和加工是十分关键的一环。
1.1.2 机械工程材料的分类
1.2
材料的性能
1.2.1 材料的力学性能
1、静载时材料的力学性能
（1）弹性和刚度
材料受外力作用时产生变形，当外力去除后能恢复其原来形状的能力 称为弹性。
衡量材料抵抗弹性变形能力的机械性能指标为弹性模量E，E值可用 拉伸试验方法进行测定。