工程材料学第3章 机器零件用钢
机械零件的选材
机械零件的选材在机械零件的设计与制造过程中，如何合理地选择材料是一项十分重要的工作。
机械零件的设计不单是结构设计，还应包括材料和工艺的设计，故从事机械设计与制造的工程技术人员，必须掌握各种材料的特性，会正确选择和使用，并能初步分析机器及零件使用过程中出现的各种材料问题。
1、工程材料的强化方式：固溶强化、加工硬化、细化组织强化、第二相强化、相变强化、复合强化。
2、工程材料的韧化途径：细化晶粒、调整化学成分、形变热处理、低碳马氏体强韧化。
一、选材的基本原则＊满足机件的使用性能要求＊较好的加工工艺性＊较好的经济性1、材料的使用性能应能满足使用要求使用性能与选材材料的使用性能是选材时考虑的最主要根据——首先要准确地判断零件所要求的主要使用性能。
（1）从工作条件及失效形式的分析提出使用性能要求①承受载荷的类型及大小——如承受持久作用的静载荷，对弹性或塑性变形的抗力是最主要的使用性能；承受交变载荷，则疲劳抗力是重要的使用性能。
②工作环境——温度、介质的性质等③特殊要求的性能——电、热、磁、比重、外观等失效分析为正确选材提供了重要依据，其目的是找出零件损坏的原因。
如失效分析证明零件损坏确系选材不当所致，则可通过选择合适的材料来防止失效。
（2）从使用性能要求提出机械、物理、化学等性能要求使用性能要求→可测的实验室性能指标→初选一般根据设计手册的数据选材，应注意：﹡材料的性能与加工、处理条件有密切的关系。
﹡材料的性能与加工处理时试样毛坯的尺寸有很大关系。
﹡材料的化学成分、加工处理的工艺参数、性能都有一个允许的波动范围只要零件的尺寸、处理条件与手册所给的相同，按手册性能选材是偏安全的手册一般给出：σs 、σb 、δ、ψ、ak目前工程上往往用硬度来作为零件的质量检验标准（简单、非破坏性、硬度与其他性能之间有大致固定的关系），此时还须对处理工艺（主要是热处理工艺）作出明确规定。
2、材料的工艺性应满足加工要求材料的工艺性能，即加工成零件的难易程度，自然是选材时必须考虑的重要问题。
机械工程材料课件ppt幻灯片
一、材料科学与社会发展
2. 材料科学发展与现代文明的联系
18世纪世界工业迅速发展，对材料提出了更高要求。 1863年光学显微镜，1912年X射线衍射技术和1932年
电子显微镜等仪器出现 金属学日趋完善，大大推动了金属材料的发展
一、材料科学与社会发展
2. 材料科学发展与现代文明的联系
现代社会文明的三大支柱：能源、信息和材料
的性能，在碳钢基础上 有意加入一定量合金元 素所获得的铁Biblioteka 合金。一、材料科学与社会发展
1. 材料与人类生活 人类社会依据制造生产工具的材料来进行历史划分
旧石器时代 新石器时代 青铜器时代 铁器时代
一、材料科学与社会发展
旧石器时代（250万年前） 人类在地球上出现之后，最早使用的工具是石头。
一、材料科学与社会发展
结构钢
渗碳钢 调质钢
机器用钢 弹 簧 钢
滚动轴承钢
耐磨钢
刃具钢
工 具 钢 模具钢 量具钢
特 殊 性 不锈钢 能 钢 耐热钢
挤压模具
二、钢的编号
我国钢材的编号是采用汉 语拼音字母、化学元素符
号和阿拉伯数字相结合的
方法。
齿 轮
采用汉语拼音字母表示钢 产品的名称、用途、特性 和工艺方法时，一般从代 表钢产品名称的汉字的汉
*说明：通常情况下， 屈服强度值小300MPa 时为碳素结构钢，大 于300MPa时为低合金 高强度钢。
刀
语拼音中选取第一个字母. 具
常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法 表示符号（GB/T 221—2000）
名称
符号 位置
名称
符号 位置
碳素结构钢
Q 头 桥梁用钢
q
尾
材料与社会综合复习题
第二章金属材料1、最早使用的青铜主要是Cu-Pb合金（X）2、火箭发动机壳体选用超高强度钢制造，总是发生脆断，所以应该选用强度更高的钢材。
（X）3、作为轴材料，几乎都选用金属材料。
（X）4、铝在大气中有良好的抗腐蚀性是由于铝不易与氧结合的缘故。
（X）5、青铜系指除锌为主加元素以外的铜合金。
6、与纯铜、黄铜相比，锡青铜在大气、淡水、海水等介质中具有更好的抗蚀性。
7、铍青铜是目前强度最高的铜合金8生锈是腐蚀的副产物。
9、青铜最早出现在西亚两河流域。
10、铁、铬、锰属于黑色金属。
11、含碳量小于2.11%的铁碳合金称为钢12、地壳中居各金属元素含量之首的是铝13、导电性最好的金属是银14、导电性第二的金属是铜15、在一些受力不大或无润滑条件下工作的齿轮，可选用尼龙、聚碳酸脂等塑料来制造。
16、金属化合物一定具有金属性质17、黄铜、青铜和白铜的分类是根据主加元素。
18、纯铁铁丝在室温下反复弯折，将越弯越硬19、黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金。
20、纯铝具有较高的强度和塑性，宜用于制造承受较重载荷的零件。
（X）21、材料是人类用来制造产品的物质，但是人类产生前业已存在。
（X）第一章绪论1材料的四要素：性质和现象、使用性能、合成和加工、？2、材料必须具备的要点：一定的组成和配比、成型加工和形状保持性、经济性3、电视机的外壳通常用玻璃纤维复合材料制造。
4、工程材料一般可以分为：金属、陶瓷、高分子材料、复合材料等四大类。
5、我国河南商遗址出土的司母鼎重875公斤，是世界上最古老的大型青铜器。
6、我国东汉制造了瓷器。
7、环境材料同时具有满意的使用性能和环境的协调性，环境协调性是指：对资源和能源的消耗少，对环境污染少8材料发展史上第一次重大突破，是人类学会用粘土烧结制成容器。
9、新石器时代开始于1万年前，其标志是：打制的石器更加精美、陶和玉器工艺品的出现、用石头和砖瓦做建筑材料。
10、陶（不是陶瓷）是人类第一个人制成的合成材料。
工程材料学知识点
工程材料学知识点第一章材料是有用途的物质。
一般将人们去开掘的对象称为“原料”，将经过加工后的原料称为“材料”工程材料：主要利用其力学性能，制造结构件的一类材料。
主要有：建筑材料、结构材料力学性能：强度、塑性、硬度功能材料：主要利用其物理、化学性能制造器件的一类材料.主要有：半导体材料（Si）磁性材料压电材料光电材料金属材料：纯金属和合金金属材料有两大类：钢铁（黑色金属）非铁金属材料（有色金属）非铁金属材料：轻金属（Ni以前）重金属（Ni以后）贵金属（Ag，Au，Pt，Pd）稀有金属（Zr，Nb，Ta）放射性金属（Ra，U）高分子材料：由低分子化合物依靠分子键聚合而成的有机聚合物主要组成：C，H，O，N，S，Cl，F，Si三大类：塑料（低分子量）：聚丙稀树脂（中等分子量）：酚醛树脂，环氧树脂橡胶（高分子量）：天然橡胶，合成橡胶陶瓷材料：由一种或多种金属或非金属的氧化物，碳化物，氮化物，硅化物及硅酸盐组成的无机非金属材料。
陶瓷：结构陶瓷Al2O3，Si3N4，SiC等功能陶瓷铁电压电材料的工艺性能：主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。
材料可生产性：材料是否易获得或易制备铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝固，获得零件的能力锻造性：材料进行压力加工(锻造、压延、轧制、拉拔、挤压等)的可能性或难易程度的度量焊接性：利用部分熔体，将两块材料连接在一起能力第二章（详见课本）密排面密排方向fcc{111}<110>bcc{110}<111>体心立方bcc面心立方fcc密堆六方cph点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，是原子尺寸大小的晶体缺陷。
类型：空位：在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。
间隙原子：在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。
它们可能是同类原子，也可能是异类原子。
异类原子：在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子占据原有的原子位置。
第一章 工程材料基础知识
δ < 2 ~ 5%
属脆性材科
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
属塑性材料
金属强度与塑性新、旧标准对照表
新标准 GB/T228-2002
性能 断面收缩率
σb
• 硬度测量的应用：硬度测量具有简便、快捷；不破坏试样（非破坏性试验）；硬度能综合反映材料的强度等其他 力学性能；硬度与耐磨性具有直接关系，硬度越高，耐磨性越好。所以硬度测量应用极为广泛，常把硬度标注于 图纸上，作为零件检验、验收的主要依据。
• 测量方法：可采用压入法、加弹法、划痕法等测量方法。生产中常用压入法（有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏 硬度法等）。
符号 Z
断后伸长率
A
A11.3
屈服强度
－
上屈服强度 下屈服强度
规定残余伸长强度
ReH ReL Rr 例如：Rr0.2
抗拉强度
Rm
2、硬度测量
旧标准 GB/T228-1987
性能 断面收缩率
符号 ψ
断后伸长率
δ5
δ10
屈服点
σs
上屈服点 下屈服点
规定残余伸长应力
σsU σsL σr 例如：σr0.2
抗拉强度
维氏硬度测量原理
• 维氏硬度特点：测量范围大，可测量硬度为 10~1000HV 范围的材料；量压痕小。 • 维氏硬度应用：可测量较薄的材料和渗碳、渗氮等表面硬化层。
*上述各种硬度测量法，相互间没有理论换算关系，故试验结果不能直接进行比较，应查阅硬度换算表进行比较。 * 各种硬度的换算经验公式：硬度在 200~600HBS 时 ：1HRC 相当于 10HBS ；硬度小于 450HBS 时：1HBS 相当于 1HV * 利用布氏硬度压痕直径直接换算出工件的洛氏硬度：根据布氏硬度和洛氏硬度换算表，可归纳出一个计算简单且容
工程材料的基本知识
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(2) 橡胶
•以生胶为基础加入适量的填加剂组成的高分子弹性体
回 章 首
•分类
•天然橡胶：从天然植物中采集到的一种聚乙戊二烯 为主要成分的高聚物，用来制造轮胎，也可用作胶带、
胶管及各种橡胶制品，如刹车皮碗
合成橡胶 ：基本性能和用途与天然橡胶相似，可用于
（1）工程材料的力学性能
回 章 首
1）强度 2）塑性 3）硬度 4）冲击韧性 5）疲劳强度 6）耐磨性
（2）工程材料的物理、化学及工艺性能
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回 章 首
1）强度： 强度是指在外力作用下材料抵抗变形与断裂的能力
F A0
i）弹性极限 e 和弹性模量E
E
ii) 屈服极限
s
iii） 抗拉强度 b
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模 锻 模 具
回 章 首
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回 章 首
冲裁
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回 章 首
弯曲
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拉伸
回 章 首
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3. 焊接
通过加热或加压，依靠金属原子的结合与扩散作用，使分离金属材 料牢固地连接起来 按焊接过程主要分为： 熔化焊：利用热源，将被焊金属结合处局部加热到熔化状态，并与熔化 的焊条金属混合，冷却时凝固结晶，使之焊合在一起 压力焊：利用加压力（或同时加热），使金属产生塑性变形，实现原子
2. 塑性加工
•利用金属的塑性，使其在外力作用下成形的一种加工方法。 •主要有：自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、拉拔 自由锻 ：利用自由锻设备的上下砧块或一些简单的通用工具，直接 使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件
模锻 ：利用模具使坯料变形而获得比自由锻质量更高的锻件的锻造 板料冲压 ：利用安装在压力机上的冲模对板料加压，使其产生分 离或变形，以获得零件的一种工艺方法。主要有冲裁、弯曲、拉伸
常用工程材料PPT课件
好的保护基体不受腐蚀。通过人工阳极氧化和着色，可获得良好 铸造性能的铸造铝合金或加工塑性好的变形铝合金； 5、易加工添加一定的合金元素后，可获得良好铸造性能的铸造铝合金 或加工塑性好的变形铝合金
陶瓷材料
陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。 工业上应用的 典型的传统陶瓷产品如陶瓷器、玻璃、水泥等。随着现代科技的发展，出 现了许多性能优良的新型陶瓷。
陶瓷是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材 料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料 、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
塑料的分类
按使用范围：通用塑料、工程塑料、特种塑料
按受热性能：
[热塑性塑料]：加热时能反复地塑化
[热固性塑料]：加热到熔融温度以上时，形状不再发生变化
塑料特性
质轻、比强度高 塑料的密度为0.9～2.2g／cm3，只有钢铁的1／8～1／4。泡沫塑 料的密度约0．01g／cm3。塑料的强度比金属低，但比强度高。这对减轻机械产品的重 量具有重要意义。 化学稳定性好 塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。例如，聚四氟乙烯在沸腾 的“王水”中仍很稳定。 优异的电绝缘性 塑料有良好的电绝缘性，介质损耗小，其电绝缘性可与陶瓷、橡胶等 绝缘材料相媲美。 减摩、耐磨性好 塑料的硬度低于金属，但多数塑料的摩擦系数小，有些塑料(如聚四 氟乙烯、尼龙等)具有自润滑性。因此，塑料可用于制作在无润滑条件下工作的某些零件 。 消声和吸振性好 塑料轴承和齿轮工作时平稳无声，大大减小了噪音污染。泡沫塑料常 被用作隔音材料。 成形加工性好 塑料有注射、挤压、模压、浇塑等多种成形方法，且工艺简单，生产率 高。 耐热性差 多数塑料只能在100℃左右使用，少数品种可在200℃左右使用；易老化( 因光、热、载荷、水、碱、酸、氧等的长期作用，使塑料变硬、变脆、开裂等现象，称 老化)；导热性差，约为金属的1／500；热膨胀系数大，约为金属的3至10倍。
工程材料及机械制造基础 PPT课件
二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
22
三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
23
思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
19
HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
5
1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
焊接工程学(第三章)
图3 试件形状 试件尺寸
试件名称 长L/mm 宽B/mm 焊缝长l/mm 1号试件 2号试件 200 200 75 150 125±10 125±10
焊接前先去除试件表面上的水分、铁 锈、油污及氧化皮等杂质。所用焊条 原则上应适合于所焊的试件，直径为4 mm。1号试件在室温下、2号试件在预 热温度下进行焊接。焊接参数为：焊 接电流：170±10A，焊接速度为150± 10mm/min。试件焊后在静止的空气中 自然冷却，不进行任何热处理。 不同强度等级和不同含碳量的钢种， 有不同的最高硬度值。
高碳钢
≥0.60
40HRC
弹簧、模具、钢轨
二、低碳钢的焊接
1、低碳钢的焊接特点： a、可装配成各种不同的接头，适合各种不 同位臵的施焊，且焊接工艺和技术简单，容 易掌握； b、焊前一般不需预热； c、塑性好，焊接接头产生裂纹的倾向小， 适合制造各类大型结构件和受压容器； d、不需使用特殊和复杂设备，对焊接电源 （交流直流）和焊接材料（酸性碱性）无特 殊要求。
三、金属焊接性的评定方法
1、工艺焊接性评定：主要评定对焊接缺陷的 敏感性，尤其是裂纹形成倾向。 A、直接模拟实验：按照实际焊接条件，通过 焊接过程观察焊接缺陷及其程度。主要有：冷 裂纹实验、热裂纹实验、应力腐蚀实验、脆性 断裂实验等。 B、间接推算法：根据材料的化学成分、金相 组织、力学性能的关系，并联系焊接热循环过 程对焊接进行评定。主要有：抗裂纹判据、焊 接应力模拟等。
4、未熔合和未焊透：在焊缝金属和 母材之间或焊道金属与焊道之间未完 全熔化的部分称为未熔合。未熔合常 出现在坡口的侧壁、多层焊的层间及 焊缝的根部。 未焊透是指母材金属之间应该熔合而 未焊上的部分。该缺陷一般出现在单 面焊的坡口根部及双面焊的坡口钝边。 未焊透易造成较大的应力集中，往往 从其末端产生裂纹。
(建筑工程管理)工程材料学复习知识点知识点
（建筑工程管理）工程材料学复习知识点知识点工程材料学知识点第一章材料是有用途的物质。
一般将人们去开掘的对象称为“原料”，将经过加工后的原料称为“材料”工程材料：主要利用其力学性能，制造结构件的一类材料。
主要有：建筑材料、结构材料力学性能：强度、塑性、硬度功能材料：主要利用其物理、化学性能制造器件的一类材料.主要有：半导体材料（Si）磁性材料压电材料光电材料金属材料：纯金属和合金金属材料有两大类：钢铁（黑色金属）非铁金属材料（有色金属）非铁金属材料：轻金属（Ni以前）重金属（Ni以后）贵金属（Ag，Au，Pt，Pd）稀有金属（Zr，Nb，Ta）放射性金属（Ra，U）高分子材料：由低分子化合物依靠分子键聚合而成的有机聚合物主要组成：C，H，O，N，S，Cl，F，Si三大类：塑料（低分子量）：聚丙稀树脂（中等分子量）：酚醛树脂，环氧树脂橡胶（高分子量）：天然橡胶，合成橡胶陶瓷材料：由一种或多种金属或非金属的氧化物，碳化物，氮化物，硅化物及硅酸盐组成的无机非金属材料。
陶瓷：结构陶瓷Al2O3，Si3N4，SiC等功能陶瓷铁电压电材料的工艺性能：主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。
材料可生产性：材料是否易获得或易制备铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝固，获得零件的能力锻造性：材料进行压力加工(锻造、压延、轧制、拉拔、挤压等)的可能性或难易程度的度量焊接性：利用部分熔体，将两块材料连接在一起能力第二章（详见课本）密排面密排方向fcc{111}<110>bcc{110}<111>体心立方bcc面心立方fcc密堆六方cph点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，是原子尺寸大小的晶体缺陷。
类型：空位：在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。
间隙原子：在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。
它们可能是同类原子，也可能是异类原子。
异类原子：在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子占据原有的原子位置。