金属工艺学第一章
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抗拉强度
Fb b ( MPa ) A0
Fb ：试样在拉断前所承受的最大载荷，N A0 ：试样原始截面积， mm 2
塑性：是指金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力。
l1 l0 100% 伸长率 l0
l0 :试样原始标距长度，mm
l1 :试样拉断后的标距长度，mm A0 A1 100% 断面收缩率 A0
三、纯铁的同素异晶转变 同素异晶转变—随着温度的改变，固态金属晶格也随 之改变的现象。 纯铁在1394℃和912℃发生同素异晶转变，见图1-10 图1—10 纯铁的同素异晶转变 重结晶（两次结晶）—就是同素异晶转变。 原因：同素异晶转变是在固态下原子重新排列的过 程，也遵循晶核形成和晶核长大的结晶规律，也在一 定的过冷度下进行，也产生结晶热效应。 组织应力—同素异晶转变时，原子的排列密度也随之 改变，金属的体积也发生改变，这种金属的体积改变 使金属内部产生的内应力称组织应力。
四、疲劳强度 疲劳强度—机械零件在周期性或非周期性动载 荷（称为疲劳载荷）的作用下工作发生断裂时 1 的应力，用 表示。
§1-2金属材料的物理、化学及工艺性能
物理性能 金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀性、 导热性、导电性和磁性等。 化学性能 金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时，抵 抗各种介质侵蚀的能力，如耐酸性、耐碱性、抗氧 化性等。 工艺性能 工艺性能是金属材料物理、化学性能和力学性能在 加工过程中的综合反映。按工艺方法的不同，可分 为铸造性、可锻性、焊接性和切削加工性等。
A1 :试样拉断后，断口处截面积， mm 2
2 mm A0 :试样的原始截面积，
二、硬度 硬度—金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能 力。 硬度直接影响到材料的耐磨性和切削加工性。 常用的硬度有： 1.布氏硬度HB **见图1-3 布氏硬度法 **用钢球为压头： HBS,常用范围HBS﹤450 布氏硬度压痕大，硬度值 较稳定，测试数据重复性好， 但较费时，不宜成品检验。 **用硬质合金为压头： HBW表示，较少用。
[29]卢本、王君，材料成型过程的测量与控制，北京：机械工业出版社，2005 [30]王卫卫，材料成形设备，北京：机械工业出版社，2004 [31]王国凡，材料成形与失效，北京：化学工业出版社，2002 [32]王培铭、许乾慰，材料研究方法，北京：科学出版社，2005 [33]王昆林，材料工程基础，北京：清华大学出版社，2003 [34]谭毅、李敬锋，新材料概论，北京：冶金工业出版社，2004 [35]杨瑞成、邓文怀、冯辉霞，工程设计中的材料选择与应用，北京：化学工业出版社，2004 [36]严绍华，材料成形工艺基础（金属工艺学热加工部分），北京：清华大学出版社，2001 [37]熊家炯，材料设计，天津：天津大学出版社，2000 [38]帅昌绪、李恒德、周廉，材料科学与工程手册（上、下卷），北京：化学工业出版社，2004 [39]王健石，工业材料实用手册，北京：中国标准出版社，2003 [40]董均果，实用材料手册，北京：冶金工业出版社，2000 [41]（美）查尔斯 A．哈珀（Charles A．Harper），产品设计材料手册，北京：机械工业出版社， ），产品设计材料手册，北京：机械工业出版社，2004 [42]康永林、毛卫民、胡壮麒，金属材料半固态加工理论与技术，北京：科学出版社，2004 [43]吕烨，热加工工艺基础与实习，北京：高等教育出版社，2000 [44]谢建新等，材料加工新技术与新工艺，北京：冶金工业出版社，2004 [45]太原市金属切削刀具协会，金属切削实用刀具技术（第2版），北京：机械工业出版社，2002 [46]韩秋实，机械制造技术基础（第2版），北京：机械工业出版社，2005 [47]贺小涛、曾去疾、汤小红，机械制造工程训练，湖南：中南大学出版社，2003 [48]宋昭祥，现代制造工程技术实践，北京：机械工业出版社，2004 [49]Withey P．NiBased Superalloy Casting for Aerospace Application．Technical Forum of the 65th Wo Foundry Conference．Korea，2002 [50]Zhang J X，Kui Z．SemiSemi-Solid Proceedings of AZ9ID alloy．Proceedings of the 7th Internatie Conference SemiSemi-Solid Processing of Alloys and ComposiComposi-tes．Tsukuba，Japan，2002：57~65 [51]Engstroem H，Johansson B．Metal Powder Composition for Warm Compaction and Method for Products Products patent：No．5744433，1999 [52]Pater Z．Theoretical and Experimental Analysis of Cross Wedge Rolling Process Process．Int J Mechans Tools and Manufacture，1999
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§2-2 铁碳合金的基本组织
合金—两种或两种以上的金属元素，或金属和非金属元素熔 合在一起，构成具有金属特性的物质，称为合金。 机械中大量使用合金的原因： 1.合金比纯金属强度、硬度高，且成本低。 2.可以改变合金的成分和进行不同的热处理在很大的范围内 调节其性能。 组元—组成合金的元素，称为组元。合金总的稳定化合物也 可作组元，例如Fe3C 相—在合金中，凡化学成分和晶格构造相同、并与其他部分 有界面分开的均匀组成部分，称为相。 例如：钢液是液相。 铁碳合金的组织—按显微镜下各相的形态特征，又可分成不 同的组织：固溶体、金属化合物，和机械混合物。
第一篇
金属材料导论
第一章 金属材料的力学性能
§1-1金属材料的力学性能
金属材料的主要力学性能有：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。
一、强度与塑性 强度：是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形 和断裂的能力。 Fs 屈服点 s ( MPa ) A0
Fs :试样发生屈服时所承受的最大载荷，N； A0 :试样原始截面积， mm 2
金属工艺学
（机械制造基础）
主编：邓文英 学时：64
绪论
机械制造业在国民经济中的地位 机械制造业是应用科学技术的主要领域 机械制造业国内外发展趋势 本课程性质和主要内容 本课程的特点 本课程的学习方法和注意点 本课程的参考文献
源自文库考书目
[1] 杨叔子，机械加工工艺师手册，北京：机械工业出版社，2002 [2] 机械工程手册（第二版）(机械制造工艺及设备卷一、二)，北京：机械工业出版社，1997 [3] 邓文英、郭晓鹏，金属工艺学（第四版）（上、下），北京：高等教育出版社，2000 [4] 戴枝荣，工程材料及机械制造基础（1）——工程材料，北京：高等教育出版社，1998 [5] 张万昌，工程材料及机械制造基础（2）——热加工工艺基础，北京：高等教育出版社，2000 [6] 吴桓文，工程材料及机械制造基础（3）——机械加工工艺基础，北京：高等教育出版社，2000 [7] 傅水根，机械制造工艺基础，北京：清华大学出版社，1998 [8] 王俊彪，材料的先进成形技术，北京：高等教育出版社，2002 [9] 李 斌，数控加工技术，北京：高等教育出版社，2001 [10]卢清萍，快速原型制造技术，北京：高等教育出版社，2001 [11]翁世修、吴振华，机械制造技术基础，上海：上海交通大学出版社，1999 [12]卢秉恒，机械制造技术基础，北京：机械工业出版社，1999 [13]吉卫喜，机械制造技术，北京：机械工业出版社，2001 [14]施江澜，材料成形技术基础，北京：机械工业出版社，2001 [15]宋昭祥，机械制造基础，北京：机械工业出版社，2002 [16]孔德音，机械加工工艺基础，北京：机械工业出版社，2001 [17]HERBERT W.YANKEE MANUFACTURING PROCESSES PrenticePrentice-Hall,Inc. 1989 [18]Fundamentals of Materials Science and Engineering，Fifth Edition，William D．Callister，Jr．2001 by John Wiley & Sons，Inc．All Rights Reserved． [19]冯端、师昌绪、刘治国，材料科学导论，北京：化学工业出版社，2002 [20]蒋成禹、胡玉洁、马明臻，材料加工原理，哈尔滨；哈尔滨工业大学出版社，2001 [21]顾宜，材料科学与工程基础，北京：化学工业出版社，2002 [22]顾家琳、杨志刚、邓海金、曾照强，材料科学与工程概论，北京：清华大学出版社，2005 [23]孙康宁，现代工程材料成形与机械制造基础（上册），北京：高等教育出版社，2005 [24]李爱菊，现代工程材料成形与机械制造基础（下册），北京：高等教育出版社， 李爱菊，现代工程材料成形与机械制造基础（下册），北京：高等教育出版社，2005 [25]李建保、周益春，新材料科学及其实用技术，北京：清华大学出版社，2004 [26]李言荣、恽正中，材料物理学概论，北京：清华大学出版社，2001 [27]刘光华，现代材料化学，上海；上海科学技术出版社，2000 [28]刘立君、杜贤昌、孙振忠，材料成型设备与计算机控制技术，2004
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晶界—晶粒之间的接触面，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。 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： 1.加快冷却速度，以增加晶核； 2.变质处理，以增加外来晶核 另外，还可用热处理，或压力加工的方法细化固态金 属的晶粒。
过冷度—理论结晶温度和实际结晶温度不一样，实际结 晶温度低一些，这种现象叫过冷，温度差叫过冷度 金属结晶过程的基本规律是：晶核不断的形成和长大。 图1—7 结晶过程示意图 **自发晶核—形成晶粒 原子自发地聚集在一起形成自 发晶核，金属的冷却速度越快，自发的晶核越多 外来晶核—形成晶粒 金属液中高熔点的杂质起晶核 的作用 **晶轴—晶核形成后会长大，但各方向速度不一样，会形 成晶轴，晶轴有一次晶轴，两次晶轴等，呈树枝状长大。
2.洛氏硬度HR **见图1-4 洛氏硬度的测量。 **HRC应用最广，范围是20～67， 还有HRA、HRB见表1-1 三、韧性 韧性—金属材料断裂前吸收的 变形能量称作韧性。
Ak k ( J / cm 2 ) A
k :冲击韧度（冲击值）
Ak :冲断试样所消耗的冲击功，J 2 cm A :试样缺口处的截面积，
第二章 铁碳合金
★制造机器设备的主要材料是钢和铁，他们是以铁和 碳为主而组成的合金，要了解钢和铸铁的本质，首 先要了解纯铁的晶体结构。
§2-1 纯铁的晶体结构及其同素异晶结构
一、金属的结晶 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； 但注意，在固态时呈规律性排列，而在液态时金属原子的排 列并不规律。 金属的结晶就是金属液转变为晶体的过程。 纯金属的结晶是在一定温度下进行的，在冷却曲线上出现一 段水平段，见
二、纯铁的晶体结构 图1—8 简单立方体的晶格与晶胞
晶格—晶体中的原子用点表示，原子的中心用假想的直 线连接，形成的格子。 晶胞—晶格中最基本的几何单元。 晶格中的边长称为晶格常数， 用Å（埃）度量，1Å＝10-8cm 金属晶体结构的主要差别是晶格类型和晶格常数的不同。
纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种 1.体心立方晶格 2.面心立方晶格 见图1—9 纯铁的晶体结构
Fb b ( MPa ) A0
Fb ：试样在拉断前所承受的最大载荷，N A0 ：试样原始截面积， mm 2
塑性：是指金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力。
l1 l0 100% 伸长率 l0
l0 :试样原始标距长度，mm
l1 :试样拉断后的标距长度，mm A0 A1 100% 断面收缩率 A0
三、纯铁的同素异晶转变 同素异晶转变—随着温度的改变，固态金属晶格也随 之改变的现象。 纯铁在1394℃和912℃发生同素异晶转变，见图1-10 图1—10 纯铁的同素异晶转变 重结晶（两次结晶）—就是同素异晶转变。 原因：同素异晶转变是在固态下原子重新排列的过 程，也遵循晶核形成和晶核长大的结晶规律，也在一 定的过冷度下进行，也产生结晶热效应。 组织应力—同素异晶转变时，原子的排列密度也随之 改变，金属的体积也发生改变，这种金属的体积改变 使金属内部产生的内应力称组织应力。
四、疲劳强度 疲劳强度—机械零件在周期性或非周期性动载 荷（称为疲劳载荷）的作用下工作发生断裂时 1 的应力，用 表示。
§1-2金属材料的物理、化学及工艺性能
物理性能 金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀性、 导热性、导电性和磁性等。 化学性能 金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时，抵 抗各种介质侵蚀的能力，如耐酸性、耐碱性、抗氧 化性等。 工艺性能 工艺性能是金属材料物理、化学性能和力学性能在 加工过程中的综合反映。按工艺方法的不同，可分 为铸造性、可锻性、焊接性和切削加工性等。
A1 :试样拉断后，断口处截面积， mm 2
2 mm A0 :试样的原始截面积，
二、硬度 硬度—金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能 力。 硬度直接影响到材料的耐磨性和切削加工性。 常用的硬度有： 1.布氏硬度HB **见图1-3 布氏硬度法 **用钢球为压头： HBS,常用范围HBS﹤450 布氏硬度压痕大，硬度值 较稳定，测试数据重复性好， 但较费时，不宜成品检验。 **用硬质合金为压头： HBW表示，较少用。
[29]卢本、王君，材料成型过程的测量与控制，北京：机械工业出版社，2005 [30]王卫卫，材料成形设备，北京：机械工业出版社，2004 [31]王国凡，材料成形与失效，北京：化学工业出版社，2002 [32]王培铭、许乾慰，材料研究方法，北京：科学出版社，2005 [33]王昆林，材料工程基础，北京：清华大学出版社，2003 [34]谭毅、李敬锋，新材料概论，北京：冶金工业出版社，2004 [35]杨瑞成、邓文怀、冯辉霞，工程设计中的材料选择与应用，北京：化学工业出版社，2004 [36]严绍华，材料成形工艺基础（金属工艺学热加工部分），北京：清华大学出版社，2001 [37]熊家炯，材料设计，天津：天津大学出版社，2000 [38]帅昌绪、李恒德、周廉，材料科学与工程手册（上、下卷），北京：化学工业出版社，2004 [39]王健石，工业材料实用手册，北京：中国标准出版社，2003 [40]董均果，实用材料手册，北京：冶金工业出版社，2000 [41]（美）查尔斯 A．哈珀（Charles A．Harper），产品设计材料手册，北京：机械工业出版社， ），产品设计材料手册，北京：机械工业出版社，2004 [42]康永林、毛卫民、胡壮麒，金属材料半固态加工理论与技术，北京：科学出版社，2004 [43]吕烨，热加工工艺基础与实习，北京：高等教育出版社，2000 [44]谢建新等，材料加工新技术与新工艺，北京：冶金工业出版社，2004 [45]太原市金属切削刀具协会，金属切削实用刀具技术（第2版），北京：机械工业出版社，2002 [46]韩秋实，机械制造技术基础（第2版），北京：机械工业出版社，2005 [47]贺小涛、曾去疾、汤小红，机械制造工程训练，湖南：中南大学出版社，2003 [48]宋昭祥，现代制造工程技术实践，北京：机械工业出版社，2004 [49]Withey P．NiBased Superalloy Casting for Aerospace Application．Technical Forum of the 65th Wo Foundry Conference．Korea，2002 [50]Zhang J X，Kui Z．SemiSemi-Solid Proceedings of AZ9ID alloy．Proceedings of the 7th Internatie Conference SemiSemi-Solid Processing of Alloys and ComposiComposi-tes．Tsukuba，Japan，2002：57~65 [51]Engstroem H，Johansson B．Metal Powder Composition for Warm Compaction and Method for Products Products patent：No．5744433，1999 [52]Pater Z．Theoretical and Experimental Analysis of Cross Wedge Rolling Process Process．Int J Mechans Tools and Manufacture，1999
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§2-2 铁碳合金的基本组织
合金—两种或两种以上的金属元素，或金属和非金属元素熔 合在一起，构成具有金属特性的物质，称为合金。 机械中大量使用合金的原因： 1.合金比纯金属强度、硬度高，且成本低。 2.可以改变合金的成分和进行不同的热处理在很大的范围内 调节其性能。 组元—组成合金的元素，称为组元。合金总的稳定化合物也 可作组元，例如Fe3C 相—在合金中，凡化学成分和晶格构造相同、并与其他部分 有界面分开的均匀组成部分，称为相。 例如：钢液是液相。 铁碳合金的组织—按显微镜下各相的形态特征，又可分成不 同的组织：固溶体、金属化合物，和机械混合物。
第一篇
金属材料导论
第一章 金属材料的力学性能
§1-1金属材料的力学性能
金属材料的主要力学性能有：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。
一、强度与塑性 强度：是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形 和断裂的能力。 Fs 屈服点 s ( MPa ) A0
Fs :试样发生屈服时所承受的最大载荷，N； A0 :试样原始截面积， mm 2
金属工艺学
（机械制造基础）
主编：邓文英 学时：64
绪论
机械制造业在国民经济中的地位 机械制造业是应用科学技术的主要领域 机械制造业国内外发展趋势 本课程性质和主要内容 本课程的特点 本课程的学习方法和注意点 本课程的参考文献
源自文库考书目
[1] 杨叔子，机械加工工艺师手册，北京：机械工业出版社，2002 [2] 机械工程手册（第二版）(机械制造工艺及设备卷一、二)，北京：机械工业出版社，1997 [3] 邓文英、郭晓鹏，金属工艺学（第四版）（上、下），北京：高等教育出版社，2000 [4] 戴枝荣，工程材料及机械制造基础（1）——工程材料，北京：高等教育出版社，1998 [5] 张万昌，工程材料及机械制造基础（2）——热加工工艺基础，北京：高等教育出版社，2000 [6] 吴桓文，工程材料及机械制造基础（3）——机械加工工艺基础，北京：高等教育出版社，2000 [7] 傅水根，机械制造工艺基础，北京：清华大学出版社，1998 [8] 王俊彪，材料的先进成形技术，北京：高等教育出版社，2002 [9] 李 斌，数控加工技术，北京：高等教育出版社，2001 [10]卢清萍，快速原型制造技术，北京：高等教育出版社，2001 [11]翁世修、吴振华，机械制造技术基础，上海：上海交通大学出版社，1999 [12]卢秉恒，机械制造技术基础，北京：机械工业出版社，1999 [13]吉卫喜，机械制造技术，北京：机械工业出版社，2001 [14]施江澜，材料成形技术基础，北京：机械工业出版社，2001 [15]宋昭祥，机械制造基础，北京：机械工业出版社，2002 [16]孔德音，机械加工工艺基础，北京：机械工业出版社，2001 [17]HERBERT W.YANKEE MANUFACTURING PROCESSES PrenticePrentice-Hall,Inc. 1989 [18]Fundamentals of Materials Science and Engineering，Fifth Edition，William D．Callister，Jr．2001 by John Wiley & Sons，Inc．All Rights Reserved． [19]冯端、师昌绪、刘治国，材料科学导论，北京：化学工业出版社，2002 [20]蒋成禹、胡玉洁、马明臻，材料加工原理，哈尔滨；哈尔滨工业大学出版社，2001 [21]顾宜，材料科学与工程基础，北京：化学工业出版社，2002 [22]顾家琳、杨志刚、邓海金、曾照强，材料科学与工程概论，北京：清华大学出版社，2005 [23]孙康宁，现代工程材料成形与机械制造基础（上册），北京：高等教育出版社，2005 [24]李爱菊，现代工程材料成形与机械制造基础（下册），北京：高等教育出版社， 李爱菊，现代工程材料成形与机械制造基础（下册），北京：高等教育出版社，2005 [25]李建保、周益春，新材料科学及其实用技术，北京：清华大学出版社，2004 [26]李言荣、恽正中，材料物理学概论，北京：清华大学出版社，2001 [27]刘光华，现代材料化学，上海；上海科学技术出版社，2000 [28]刘立君、杜贤昌、孙振忠，材料成型设备与计算机控制技术，2004
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晶界—晶粒之间的接触面，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。 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： 1.加快冷却速度，以增加晶核； 2.变质处理，以增加外来晶核 另外，还可用热处理，或压力加工的方法细化固态金 属的晶粒。
过冷度—理论结晶温度和实际结晶温度不一样，实际结 晶温度低一些，这种现象叫过冷，温度差叫过冷度 金属结晶过程的基本规律是：晶核不断的形成和长大。 图1—7 结晶过程示意图 **自发晶核—形成晶粒 原子自发地聚集在一起形成自 发晶核，金属的冷却速度越快，自发的晶核越多 外来晶核—形成晶粒 金属液中高熔点的杂质起晶核 的作用 **晶轴—晶核形成后会长大，但各方向速度不一样，会形 成晶轴，晶轴有一次晶轴，两次晶轴等，呈树枝状长大。
2.洛氏硬度HR **见图1-4 洛氏硬度的测量。 **HRC应用最广，范围是20～67， 还有HRA、HRB见表1-1 三、韧性 韧性—金属材料断裂前吸收的 变形能量称作韧性。
Ak k ( J / cm 2 ) A
k :冲击韧度（冲击值）
Ak :冲断试样所消耗的冲击功，J 2 cm A :试样缺口处的截面积，
第二章 铁碳合金
★制造机器设备的主要材料是钢和铁，他们是以铁和 碳为主而组成的合金，要了解钢和铸铁的本质，首 先要了解纯铁的晶体结构。
§2-1 纯铁的晶体结构及其同素异晶结构
一、金属的结晶 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； 但注意，在固态时呈规律性排列，而在液态时金属原子的排 列并不规律。 金属的结晶就是金属液转变为晶体的过程。 纯金属的结晶是在一定温度下进行的，在冷却曲线上出现一 段水平段，见
二、纯铁的晶体结构 图1—8 简单立方体的晶格与晶胞
晶格—晶体中的原子用点表示，原子的中心用假想的直 线连接，形成的格子。 晶胞—晶格中最基本的几何单元。 晶格中的边长称为晶格常数， 用Å（埃）度量，1Å＝10-8cm 金属晶体结构的主要差别是晶格类型和晶格常数的不同。
纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种 1.体心立方晶格 2.面心立方晶格 见图1—9 纯铁的晶体结构