材料成型工艺

工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加 工和热处理的性能。
包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削 加工性能和热处理工艺性能等。
2、工程材料力学性能
指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、 硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
1 强度与塑性
拉伸试验： F<Fe：弹性变形 Fe：弹性极限载荷 Fe <F< Fs：发生部分塑性变形 Fs： 屈服载荷， S：屈服点 Fs <F< Fb：明显塑变，抗力增加 F> Fb：载荷下降，变形增加 Fk：断裂，强度极限载荷。
原理: 用金刚石圆锥或淬火 钢球，在试验力的作用下压入试 样表面，经规定时间后卸除试验 力，用测量的残余压痕深度增量 来计算硬度的一种压痕硬度试验。
2、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读
出。根据所用压头计载荷的不同，分为HRA、HRB、HRC，其中HRC最为
常用。如：50HRC 3、优缺点
②面心立方晶格
属于面心立方晶格类型的金属有 γ -Fe（1394－912℃的纯铁）、铝、 铜、银等。
3.纯铁的同素异晶转变
1.2.2 铁碳合金的基本组织
a 、合金的基本概念
1、合金 合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的具有 金属特性的物质。
2、组元 组成合金的基本的物质称为组元。
珠光体
1.2.3 铁碳相图分析
1、概念：表示铁碳合金在不同成分和温度下的组织、 性能以及它们之间相互关系的图形。又称铁碳合金相 图或铁碳合金平衡图。是通过实验的方法建立起来的。
2、作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、压力 加工和热处理等工艺的重要工具。
3.铁碳合金相图
1、相图的坐标 纵坐标：代表温度。 横坐标：代表含碳量。
渗碳体（ Fe3C ）：铁与碳形成的金属化合物。 性能---硬度高，脆性大。
3、机混合物
机械混合物是合金中的一类复相混合物组织，不同的相均可 互相组合形成机械混合物。
珠光体（ P ）：F与Fe3C组成 的机械混合物。 性能---力学性能介于两者之间。
莱氏体（ Ld ）：A与Fe3C组成 的机械混合物。 性能---硬度高，塑性差。
1 强度与塑性
一、强度的指标
强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。
1、屈服强度
s

Fs A0
σs 材料产生屈服现象时的最小应力
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） A0 ：试样原始横截面积（mm）
2、抗拉强度
指试样拉断前所承受的最大拉应力。 其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。
b

Fb A0
铸造 铸件 塑性成形 锻件；冲压件 连接成形 焊接件
下料 型材坯料
车、钳、铣、刨、磨、特
切削加工 热处理
零件
装配
机械产品
二、机械制造技术的发展及其作用
1、作用：
机械制造技术是国民经济的支柱产业，是衡量一个国 家现代化程度的重要标志之一。
2、机械制造技术的发展史
（1）人类社会的划分是以材料为依据的 （2）我国古代在材料和机械制造方面的辉煌成就
低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体 含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺：
在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度， 含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢 材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产：
2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力 表示。 如：120HBS 3、优缺点
（1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2） 可测的硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低
4、测量范围
用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.
2 硬度
二、洛氏硬度
1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）
PSK：共析线，含C量在0.0218 % --6.69%的铁碳合金至此反 生共析反应，产生珠光体P ，又称A1线。
亚共析钢结晶过程
4 铁碳相图的应用
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，
从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求 的性能来选择不同含碳量的材料。 2、判断切削加工性能：
绪论
一、本课程的性质和内容 二、机械制造技术的发展及其作用 三、本课程的学习目的和学习方法
一、本课程的性质和内容
1、本课程的性质
机电类专业的主干专业基础课
2、本课程的内容
机械制造： 将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机械零件， 再将零件装配成机器的整个过程。
设计图纸 工艺文件
原材料
生铁，钢锭， 型材
由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以 进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
思考题：
1.如果结晶时晶核不多而生长速度较快，则凝固后 的晶粒是粗还是细？为什么？
2.晶粒的粗细对金属的机械性能有什么影响？ 3.什么是同素异晶转变？室温和1100℃时的纯铁晶
格有什么不同？ 4.什么叫做铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱
2、维氏硬度值
用压痕对角线长度表示。如：640HV。 3、优缺点
（1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2）可测成 品与薄件（3）试样表面要求高，费工。
4、测量范围
常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。
3 韧性
定义：金属材料断裂前吸收的变形能量。
冲击韧度：缺口处单位截面 积上所吸收的冲击功
— Machining
制造技术
P N Rao 机械工业出版社
Manufacturing Technology
— Foundry, Forming and Welding
Manufacturing Engineering and Technology
— Metal Cutting & Machine Tools
ak

Ak A
(J/cm2 )
式中：
ak－冲击韧度;
Ak－冲断试样所消耗的
冲击功;
A－试样缺口处的截面
积 cm²
冲击韧度
4 疲劳强度
疲劳强度曲线
实验证明，金属材料能承受 的交变应力σ与断裂前应力循环 次数 N 有如图1-6所示的规律。 由图所知，当σ低于某一值时， 曲线与横坐标平行，表示材料可 经无限次循环而不断裂，这一应 力称疲劳强度或疲劳极限。
用σ－1表示光滑试样对称弯 曲疲劳强度。一般钢的循环次数 为107，有色金属为108。
思考题：
1.将钟表发条拉成一条直线，这是弹性变形还是塑性变形？ 2.缩颈发生在拉伸图上那一点？如果式样没有出现缩颈现象，
是否表示该式样没有塑性变形？ 3.下列情况应采用那种硬度法来检查其硬度？
库存钢材 硬质合金刀头 锻件 台虎钳钳口 4.下列符号所表示的力学性能指标的名称和含义是什么？
zinc lead Cast iron
26kg 15kg 350kg
plastic 55kg aluminum 30kg copper 16kg
L:标距 L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。 2、断面收缩率 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
Ψ =(A0-A1)/A0 x 100%
A0:试件原横截面积。 A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。
2 硬度
1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法 有关。
氏体？它们各有什么特点？ 5.A1.A3和Acm各表示什么意义？ 6.试描述在缓慢冷却的条件下,液态的0.3％碳素钢从
开始凝固到温室之间的组织变化。
1.3 金属材料
A typical automobile may contain the following materials:
steel 1530kg rubber 60kg glass 52kg
机械制造 基础
参考书目
金属工艺学（上、下册） 邓文英 主编 高等教育出版社
机械工程与技术
Serope Kalpakjian/ Steven R.Schmid 机械工业出版社
Manufacturing Engineering and Technology
— Hot processes
Manufacturing Engineering and Technology
（1）试验简单、方便、迅速（2）压痕小，可测成品，薄件（3）数据 不够准确，应测三点取平均值（4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。
4、测量范围
用于测量淬火钢、硬质合金等材料.
2 硬度
三、维氏硬度
1、维氏硬度试验
原理:用夹角为136°的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F （49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度d。
σb σs σr0.2 σ-1 δ ɑk HRC HBS HBW 5. 硬度和抗拉强度之间有没有一定的关系？为什么？
1.2 铁碳合金
1.2.1 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变
1.金属的结晶
金属溶液在凝固后一般都以 晶质状态存在，即内部原子由不规 则的排列转变到规则排列，形成晶 体的过程。
金属的结晶过程是不断形成晶 核和晶核不断长大的过程，即由晶 核的产生和长大两个基本过程组成 的。
2、几个概念 纯铁
共析钢 共晶白口铸铁
钢
铸铁
亚共析钢
过共析钢
亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁
3、特性点
A点：纯铁的熔点 1538℃
C点：共晶点
1148℃