【正文】 1 緒論 一、 為什么要學(xué)金屬工藝學(xué)（機(jī)械工程材料工藝學(xué)）？ 金屬工藝學(xué)是一門傳授有關(guān)制造金屬零件工藝方法的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課。它主要傳授各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用和相互關(guān)系；金屬零件的加工工藝過程和結(jié)構(gòu)工藝性；常用金屬材料性能對(duì)加工工藝的影響；工藝方法的綜合比較等。 研究的對(duì)象：常用的工程材料、材料的各種加工處理工藝。 例如： 鋼鐵、鋁合金、銅合金、塑料等材料及熱處理工藝、焊接工藝、鑄造工藝、切削加工工藝等加工處理工藝。 舉例： 常用主軸材料： 45 。技術(shù)要求：調(diào)質(zhì)處理。 箱體材料： HT200。技術(shù)要求：退火。 國(guó)家工業(yè)發(fā)展的三大支柱：材料、信息、微機(jī)。 。 工業(yè)和日常生活都離不開工程材料的使用，研究材料最終是為人類的文明進(jìn)步而服務(wù)。 。 基礎(chǔ)課 → （橋梁） → 專業(yè)課 機(jī)械工程材料工藝學(xué)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，對(duì)專業(yè)課和基礎(chǔ)課起著 橋梁 的作用。 二、機(jī)械工程材料工藝學(xué)課程有什么特點(diǎn)？ ，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。 地學(xué)習(xí)掌握（安排了鉗工、金工實(shí)習(xí)）。 ，采用錄像教學(xué)以及到工廠參觀和實(shí)習(xí)，通過 師生的相互努力來學(xué)好這門功課。 三、怎樣才能學(xué)好機(jī)械工程材料工藝學(xué)？ 、學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)、鞏固、應(yīng)用、總結(jié)。 、要提問題、不能累計(jì)問題。 ：金屬材料及熱處理基本知識(shí)，鑄造、鍛造、焊接、切削加工基本常識(shí)。 隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，金屬工藝學(xué)的內(nèi)容構(gòu)成也有所發(fā)展。應(yīng)當(dāng)指出，本課程的發(fā)展必然是有關(guān)學(xué)科的相互滲透和綜合，而不是兼收并蓄、包羅萬象、內(nèi)容越來越復(fù)雜。它 仍屬工藝學(xué)范疇。 金屬工藝學(xué)是實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，它有利于對(duì)學(xué)生進(jìn)行技能訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生具有更高的實(shí)際能力和開拓精神。 作業(yè)布置： 課后總結(jié)： 第一篇 金屬材料導(dǎo)論 2 復(fù)習(xí)舊課：了解本課程的性質(zhì)。 合金的定義：一種金屬為基礎(chǔ)，加入其他金屬或非金屬，經(jīng)過熔煉或燒結(jié)制成的 具有金屬特性的 材料（導(dǎo)電性、延展性、光澤、導(dǎo)熱性）。 常用的是：鋼和鐵、銅合金、鋁合金等（理論聯(lián)系實(shí)際）。 鋼鐵的冶煉： 一、煉鐵： ： ① 空氣－提供氧氣，助燃作用。 ② 鐵礦石－鐵 （有貧礦和富礦之分）我國(guó)常用的是 Fe2O3（赤鐵礦）、 Fe3O4（磁鐵礦）、 （褐鐵礦）、（伴隨著 SiO MnO、 S、 P 等雜質(zhì)）。 ③ 焦炭－還原劑、提供熱能（煉焦廠生產(chǎn)）。 C＋ O2→ CO2＋ Q、 CO2＋ C→ CO＋ Q Fe2O3＋ CO→ Fe＋ CO2↑＋ Q ④ 熔劑 →造渣劑，去除雜質(zhì)，（石灰廠生產(chǎn)） CaCO3（石灰石）、 CaO（ 生石灰） （舉例：家用磷釩凈水作用） 。 CaCO3→ CaO＋ CO2↑ CaO＋ SiO2→ CaSiO3（↑） CaO＋ FeS→ CaS（↑）＋ FeO FeO+CO→ ?? ：高爐。（衡量質(zhì)量指標(biāo)系數(shù)：焦 炭比）。 組成：爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸。 ： ① 生鐵：煉鋼 制造鐵制品等。 ② 高爐煤氣：日用燃料等。 ③ 爐鐵渣：水泥、玻璃 （提純）。 二、煉鋼： ： ① 生鐵－鐵的來源。 ② 氧氣－精煉提純的作用。 Fe＋ O2→ FeO FeO＋ Si→ SiO2＋ Fe FeO＋ C→ CO＋ Fe FeO＋ Mn→ MnO＋ Fe SiO2＋ MnO→ MnSiO2（↑） ③ 造渣劑（熔劑）（生石灰）－主要去除 S、 P 等雜質(zhì)。 （舉例：家用磷釩凈水作用） Fe＋ S→ FeS CaO＋ FeS→ CaS（↑）＋ FeO P＋ O2→ P2O5 Fe＋ P2O5→ Fe3（ PO4） 2 CaO＋ Fe3（ PO4） 2→ Ca3（ PO4） 2（↑）＋ FeO 3 ????? ：轉(zhuǎn)爐（正在普及設(shè)備）、電弧爐（最好）、平爐（淘汰設(shè)備）。 ： ① 鋼錠（簡(jiǎn)稱鋼包）：有特鎮(zhèn)靜鋼（ TZ）、鎮(zhèn)靜鋼（ Z）、 半鎮(zhèn)靜鋼（ b）、沸騰鋼（ F）。 ② 鋼渣。 ③ 煤氣。 錄像：鋼鐵的冶煉簡(jiǎn)介 J059 （ 28 分鐘） 作業(yè)布置： 課后總結(jié)： 第一章 金屬材料的主要性能 復(fù)習(xí)舊課：鋼鐵的冶煉。提問：煉鋼、鐵的原料？ 第一節(jié) 金屬材 料的力學(xué)性能（機(jī)械性能） 材料的性能： 使用性能：物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能（機(jī)械性能）。 工藝性能：熱處理性能、鑄造性能、焊接性能、鍛造性能、切削加工性能。 力學(xué)性能的定義：材料在外力作用下，表現(xiàn)出（靜載荷、動(dòng)載荷、交變載荷）的性能。 一、 強(qiáng)度與塑性 概念：靜載荷、應(yīng)力 試驗(yàn)：拉伸實(shí)驗(yàn) 試樣－低碳鋼、 L0＝ 5d0、 L0＝ 10d0 GB（ 6397－ 86） 要求同學(xué)們實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（圖書館查資料，鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力）。 材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)。 F（ N） b S k Fe e S′ O ?L（ mm） ?Le 分析：（從中導(dǎo)出材料的強(qiáng)度和塑性） P： Fe、 ΔLe。 S： FS、 ΔLs。 S39?！?Fs39。、 ΔLs→ ΔLs39。 b→ ΔLb、 F→ Fb。 ??? 4 （ 1） F＝ 0、 ΔL＝ 0 （ 2） F≤Fe 、 ΔLo～ e≤ΔLe Fo～ e＝ ΔLo～ e tgα＝ ΔLo～ e K O～ ΔLe：彈性變形階段。 （ 3） FeFFs 、 ΔLeΔLΔLs Fe～ s≠ΔLe～ s tgα ΔLe～ ΔLs 塑性變形階段（永久變形）（微量塑性變形）。 （ 4） F＝ Fs Fs39。 、 ΔL=ΔLs→ ΔLs39。 ， S 屈服點(diǎn) （“屈服”現(xiàn)象）。 ΔLs→ ΔLs39。 塑性變形階段（屈服變形） （ 5） Fs39。FFb 、 ΔLs39。ΔLΔLb ΔLs39。～ ΔLb 塑性變形階段（大量塑性變形階段） （ 6） F＝ Fb 、 ΔL=ΔLb ， Fb 最大載荷 、 b 縮頸點(diǎn)。 （ 7） FkFFb 、 ΔLbΔLΔLk ， 塑性變形（“縮頸”現(xiàn)象）。 （ 8） F＝ Fk 斷開。 ： 定義：塑性變形、斷裂的能力。 衡量指標(biāo)：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度。 （ 1） 屈服點(diǎn)： 定義：發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力。 公式： σs＝ Fs/Ao （ MPa） Fs－材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的力。 So－材料的原始橫截面面積。 條件屈服強(qiáng)度規(guī)定： ＝ (無明顯的屈服現(xiàn)象的材料 ) 應(yīng)用：汽缸蓋和汽缸體之間的密封性（螺栓聯(lián)接）超過螺栓材料本身的屈服強(qiáng)度。 （ 2）抗拉強(qiáng)度： 定義：最大應(yīng)力值。 公式： σb＝ Fb/Ao Fb－最大的載荷。 So－材料的原始截面面積。 應(yīng)用：汽缸的密封、鋼繩吊重物、機(jī)車的牽引等。 σs/σb 屈強(qiáng)比：越小，可靠性越高；越大，可靠性越低。 ： 定義：發(fā)生塑性變形，不破壞的能力。 衡量指標(biāo)：伸長(zhǎng)率、斷面收縮率。 （ 1）伸長(zhǎng)率： 定義： 公式： δ＝（ L1－ L0） /L0 100％ L1－拉斷后的長(zhǎng)度。 L0－原來的試樣長(zhǎng)度。 5 注意：長(zhǎng)、短試樣測(cè)出的 δ 值不相等（比較大小，要同樣的試樣）。 L0＝ 5d0 δ5 L0＝ 10d0 δ10＝ δ δ55% －塑性材料、 δ55％－脆性材料。 45： δ5≈% δ1δ5 （ 2）斷面收縮率： 定義： 公式： Ψ＝（ A0－ A1） /A0 100％ S0－原截面面積。 S1－斷口處斷面面積。 Ψ5 Ψ10 Ψ 值越大，塑性越好。 總結(jié)： δ Ψ 越大，塑性越好，越易變形但不會(huì)斷裂。 錄像：拉伸試驗(yàn)。 作業(yè)布置： 課后總結(jié)： 二、 硬度 硬度： 定義：抵抗更硬物體壓入的能力。 衡量：布氏硬度、洛氏硬度、 維氏硬度 等。 度： HB 試驗(yàn)： GB84。一定直徑的鋼球 HBS（硬質(zhì)合金 HBW），規(guī)定的載荷及時(shí)間后。 HB＝ F/S (N/mm2) 650 舉例：鋼球直徑： 10mm，載荷： 30KN（ F＝ 30D2），時(shí)間：規(guī)定 10（ s）。 材料：壓痕直徑： d0＝ 查表： HBS＝ 239 （ 1）應(yīng)用范圍：鑄鐵、有色金屬、非金屬材料。 （ 2）優(yōu)缺點(diǎn)： 精確、方便、材料限制、非成品檢驗(yàn)和薄片。 ： HR、（ HRA、 HRB、 HRC） 試驗(yàn)： GB83。一定錐形的金剛石（淬火鋼球），在規(guī)定載荷和時(shí)間后，測(cè)出 的壓痕深度差即硬度的大?。ū肀P表示）。 HRA、 HRB、 HRC。一般通常習(xí)慣用 HRC（無單位）。 （ 1）應(yīng)用范圍：鋼及合金鋼。 （ 2）優(yōu)缺點(diǎn)：測(cè)成品、薄的工件，無材料限制，但不精確。 ： 試驗(yàn)： GB83。一定錐形的金剛石，在規(guī)定的載荷、時(shí)間后。 HV＝ F/S （ 1）應(yīng)用范圍：測(cè)薄片和鍍層。 （ 2）優(yōu)缺點(diǎn)：數(shù)值精確，但操作麻煩。 HS、銼氏硬度、顯微硬度 HM 總結(jié)：數(shù)值越大，硬度越高。但相互之間不能比較，必須查表為同單位才行。 6 三、 韌性 概念：動(dòng)載荷、“梅氏”試樣（金屬夏比試驗(yàn)） 。 沖擊韌度： 定義：抵抗沖擊載荷而不破壞的能力。 衡量指標(biāo)： αk＝ Ak/A （ J/cm2） αk－一次性沖擊試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。 多次沖擊： Ak↓→ σs、 σb。 Ak↑→ Ψ、 δ αk 和溫度有關(guān)：溫度越低， αk 越小。（低溫易沖斷）脆性臨界轉(zhuǎn)變溫度。 四、 疲勞強(qiáng)度 概念：交變載荷、疲勞現(xiàn)象 試驗(yàn)：疲勞實(shí)驗(yàn)法。 衡量指標(biāo)：疲勞強(qiáng)度 σ1 鋼： 10有色金屬： 108。 σmax=σ1 五、 蠕變和松弛：（補(bǔ)充內(nèi)容） ： 蠕變強(qiáng)度 高溫下容易產(chǎn)生。 ：松弛強(qiáng)度 高溫下容易產(chǎn)生。 錄像：硬 度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)。 作業(yè)布置： 課后總結(jié)： 第二節(jié) 金屬材料的物理、化學(xué)及工藝性能 復(fù)習(xí)舊課：學(xué)習(xí)本課的實(shí)際意義。 金屬的性能：物理性能、化學(xué)性能。 一、物理性能： ：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)物體的重量。 密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)物體的質(zhì)量。 鐵： 克 /厘米 銅： 克 /厘米 鋁： 克 /厘米 鈦： 克 /厘米 3 γ 5g/cm3→ 輕金屬、γ 5g/cm3→ 重金屬。 應(yīng)用：飛機(jī)制造業(yè)、子彈頭、檢驗(yàn)材料、煉鐵、煉鋼、鉛球等。 ：固體 → 液體的溫度點(diǎn)。 凝固點(diǎn)：液體 → 固體的溫度點(diǎn)。 鐵： 1538℃、銅： 1083℃、鋁： 660℃、鈦： 1660℃。 應(yīng)用：耐高溫材料（飛機(jī)、導(dǎo)彈、航天）、防火安全閥、熔斷器（保險(xiǎn)絲）等。 ：一般而言，金屬材料具有熱脹冷縮的性能。 材料不同，熱脹冷縮的大小也不同。 應(yīng)用：電線的形態(tài)、橋梁的架設(shè)、鋼軌的鋪設(shè)、精密的測(cè)量工具、電冰箱、電飯鍋等。 7 4. 導(dǎo)熱性：金屬具有傳導(dǎo)熱能的性質(zhì)。 導(dǎo)熱材料的順序：銀、銅、鋁等。 金屬材料的雜質(zhì)越多、導(dǎo)熱性越差。高速鋼導(dǎo)熱性差，加熱要緩慢，以防開裂。 應(yīng)用：陶瓷、水壺的水垢等。 5. 導(dǎo) 電性：金屬具有傳遞電流的性質(zhì)。 導(dǎo)電材料的順序：銀、銅、鋁等。 應(yīng)用：電火花加工（下冊(cè) ～ 80、電解加工、電子束加工及制