机械工程材料应用教学课件ppt作者王纪安.ppt

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机械工程材料应用,主编,项目一工程材料与机械制造过程项目二螺栓、螺母的选材碳素结构钢的应用项目三手锯锯条的选材碳素工具钢的应用项目四车床主轴的选材优质碳素结构钢的应用项目五汽车车架的选材低合金钢的应用项目六汽车齿轮的选材,合金结构钢的应用项目七车刀的选材合金工具钢的应用项目八叶片的选材特殊性能钢的应用项目九箱体的选材铸铁的应用项目十铝合金车轮的选材非铁金属材料的应用项目十一汽车保险杠的选材非金属材料的应用,项目十二机械工程材料选材与质量控制附录综合性实验指导,项目一工程材料与机械制造过程,1）了解机械工程材料的概念与分类。

2）了解工程材料的发展过程。

3）了解现代机械制造的基本过程。

4）了解工程材料在机械制造过程中的地位和作用。

1.1材料的简要发展过程1.2机械工程材料的分类及发展趋势1.3机械制造过程与材料1.4课程学习指导,1）了解机械工程材料的概念与分类。

2）了解工程材料的发展过程。

3）了解现代机械制造的基本过程。

4）了解工程材料在机械制造过程中的地位和作用。

表1-1单级齿轮减速器部分零件的材料和毛坯选择,表1-1单级齿轮减速器部分零件的材料和毛坯选择,4）了解工程材料在机械制造过程中的地位和作用。

表1-1单级齿轮减速器部分零件的材料和毛坯选择,4）了解工程材料在机械制造过程中的地位和作用。

图1-1单级齿轮减速器1窥视孔盖2箱盖3螺栓4螺母5弹簧垫圈6箱体,4）了解工程材料在机械制造过程中的地位和作用。

图1-1单级齿轮减速器（续）7调整环8端盖9齿轮轴10挡油盘11滚动轴承12轴13齿轮,1.1材料的简要发展过程,1.2机械工程材料的分类及发展趋势,1.3机械制造过程与材料,图1-5机械制造工艺流程图,1.4课程学习指导,习题与思考题1.查找资料，了解周礼考工记中有关青铜成分与性能关系的描述，并初步分析为什么不同的铜锡配比会反映出截然不同的性能。

2.试举出一个你所了解的反映我国在材料应用方面成就的例子。

3.为什么说钢铁材料是机械制造业的支柱？

4.请举出10个在你身边不同种类工程材料的应用实例。

5.以自行车大链轮为例，试分析其加工工艺过程。

6.说明工程材料在机械制造过程中的地位和作用。

7.完成一个课程报告。

项目二螺栓、螺母的选材碳素,结构钢的应用,1）了解并分析螺栓、螺母的工作条件。

2）重点了解机械工程材料的强度、塑性等常用力学性能。

3）了解金属材料内部的晶体结构特点。

4）重点了解碳素结构钢的种类、牌号、性能与应用。

5）学会螺栓、螺母的选材。

2.1螺纹联接件服役条件分析2.2材料的力学性能强度与塑性2.3材料的晶体结构2.4金属材料的分类2.5碳素结构钢及螺纹联接件的选材,1）了解并分析螺栓、螺母的工作条件。

2）重点了解机械工程材料的强度、塑性等常用力学性能。

3）了解金属材料内部的晶体结构特点。

4）重点了解碳素结构钢的种类、牌号、性能与应用。

5）学会螺栓、螺母的选材。

2.1螺纹联接件服役条件分析,图2-1螺栓、螺母的工作状态,螺纹联接件的失效分析,2.2材料的力学性能强度与塑性,图2-2拉伸试样与应力-应变曲线1退火低碳钢的应力-应变曲线2拉伸试样3拉断后的试样,2.2材料的力学性能强度与塑性,2.2.1强度1.弹性极限2.屈服强度3.抗拉强度2.2.2塑性1.断后伸长率2.断面收缩率表2-1新旧标准性能名称对照,2.2材料的力学性能强度与塑性,表2-1新旧标准性能名称对照,2.3材料的晶体结构,2.3.1材料的结合方式1.结合键,图2-3金属键模型,2.3材料的晶体结构,2.晶体与非晶体

（1）晶体几乎所有的金属、大部分陶瓷以及一些聚合物在其凝固时都要发生结晶，形成原子本身在三维空间按一定几何规律重复排列的有序结构，这种结构称为晶体。

（2）非晶体某些工程上常用的材料，包括玻璃、绝大多数的塑料和少数从液态快速冷却下来的金属，还包括人们所熟悉的松香、沥青等，其内部原子无规则地堆垛在一起，这种结构为非晶体。

（3）晶体与非晶体的转化非晶体结构从整体上看是无序的，但在有限的小范围内观察，还具有一定的规律性，即是近程有序的；而晶体尽管从整体上看是有序的，但由于有缺陷，在很小的尺寸范围内也存在着无序性。

2.3.2金属材料的晶体结构,2.3材料的晶体结构,1.晶体结构的基本概念,图2-4简单立方晶格与晶胞示意图a）晶体中的原子排列b）晶格c）晶胞及晶格参数表示方法,2.三种典型的金属晶体结构,2.3材料的晶体结构,图2-5体心立方晶胞示意图,2.3材料的晶体结构,图2-6面心立方晶胞示意图,3.实际金属的晶体结构,2.3材料的晶体结构,图2-8多晶体的晶粒与晶界示意图,2.3材料的晶体结构,

（1）单晶体和多晶体如果一块金属晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称为单晶体。

（2）晶体缺陷根据晶体缺陷存在形式的几何特点，通常将它们分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类。

图2-9晶格点缺陷示意图,2.3材料的晶体结构,1）点缺陷。

2）线缺陷。

图2-10刃型位错几何模型,2.3材料的晶体结构,3）面缺陷。

图2-11金属强度与位错密度的关系,2.3材料的晶体结构,图2-12面缺陷示意图a）晶界b）亚晶界,2.3材料的晶体结构,4.合金的晶体结构,图2-13固溶体结构示意图a）置换固溶体b）间隙固溶体,

（1）固溶体溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂晶格类型的合,2.3材料的晶体结构,金相称为固溶体。

（2）金属化合物金属化合物是合金元素间发生相互作用而生成的具有金属性质的一种新相，其晶格类型和性能不同于合金中的任一组成元素，一般可用分子式来表示。

图2-14渗碳体的晶体结构,2.4金属材料的分类,2.4.1钢的分类1.我国多年来采用的分类方法按钢的用途，可分为建筑及工程用钢、机械制造用结构钢、工具钢、特殊性能钢、专业用钢（如桥梁用钢、锅炉用钢）等。

按钢的品质（有害杂质硫、磷含量），划分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢。

按钢中碳的质量分数可以不太严格地分为低碳钢（wC0.25%）、中碳钢（wC=0.25%0.60%）、高碳钢（wC0.60%）。

合金钢按钢中合金元素的总质量分数可分为低合金钢（wMe5%）、中合金钢（wMe510%）、高合金钢（wMe10%）。

2.我国实施新的钢分类方法表2-2钢的分类,2.4金属材料的分类,表2-2钢的分类,2.4金属材料的分类,表2-2钢的分类,3.钢材的分类

（1）型材由碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金高强度钢轧制而成。

2.4金属材料的分类,

（2）钢板钢板是厚度远小于长度和宽度的板状钢材。

（3）钢管按生产工艺不同可分为无缝钢管和焊接钢管两类。

（4）钢丝钢丝是以线材为原料，经拔制加工而成的断面细小的条状钢材。

2.4.2铸铁的分类

（1）白口铸铁碳全部以碳化物形式存在，其断口呈亮白色。

（2）灰铸铁碳主要以片状石墨形式存在，断口呈灰色。

（3）可锻铸铁由一定成分的白口铸铁铸件经过较长时间的高温可锻化退火，使白口铸铁中的渗碳体大部分或全部分解成团絮状石墨。

（4）球墨铸铁铁液经过球化处理后浇注，铸铁中的碳大部或全部成球状石墨形式存在，用于力学性能要求高的铸件。

2.4金属材料的分类,（5）蠕墨铸铁碳主要以蠕虫状石墨形态存在于铸铁中，石墨形状介于片状和球状石墨之间，类似于片状石墨，但片短而厚，头部较圆，形似蠕虫。

2.4.3非铁金属材料的分类

（1）铝合金铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素制成的合金。

（2）铜合金铜中加入Zn、Sn、Ni、Al、Si等元素制成的合金。

2.5碳素结构钢及螺纹联接件的选材,表2-3碳素结构钢的牌号、化学成分及用途,表2-3碳素结构钢的牌号、化学成分及用途,习题与思考题1.什么叫做应力？

什么叫做应变？

低碳钢拉伸应力-应变曲线可分为哪几个变形阶段？

这些阶段各具有什么明显特征？

2.5碳素结构钢及螺纹联接件的选材,2.由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标？

在工程上这些指标是怎样定义的？

3.有一d0=10.0mm，L0=50mm的低碳钢比例试样，拉伸试验时测得FeL=20.5kN，Fm=31.5kN，d1=6.25mm，LU=66mm，试确定此钢材的ReL、Rm、A、Z。

4.传统的金属材料分为几大类？

其中钢材和铸铁又可以进一步细分为几类？

5.为什么单晶体具有各向异性，而多晶体一般不显示各项异性？

6.晶体缺陷有哪些？

其对金属材料的力学性能有什么影响？

7.合金的结构与纯金属的结构有什么不同？

合金的性能为什么优于纯金属？

8.试举出几个你认为是碳素结构钢制造的零件。

项目三手锯锯条的选材碳素,工具钢的应用,1）了解并分析手锯锯条的工作条件。

2）重点了解机械工程材料的硬度、韧性等常用力学性能。

3）了解金属材料的结晶特点，重点掌握铁碳相图及其应用。

4）重点了解金属材料热处理基础知识。

5）重点了解碳素工具钢的种类、牌号、性能与应用。

6）学会手锯锯条的选材。

3.1手锯锯条的服役条件分析3.2材料的力学性能硬度与韧性3.3金属的结晶特点与铁碳相图3.4金属材料的热处理3.5碳素工具钢及手锯锯条的选材,1）了解并分析手锯锯条的工作条件。

2）重点了解机械工程材料的硬度、韧性等常用力学性能。

3）了解金属材料的结晶特点，重点掌握铁碳相图及其应用。

4）重点了解金属材料热处理基础知识。

5）重点了解碳素工具钢的种类、牌号、性能与应用。

6）学会手锯锯条的选材。

3.1手锯锯条的服役条件分析,图3-1手锯锯条的工作状态a）固定式b）可调式,3.1手锯锯条的服役条件分析,3.1.1手锯锯条的工作条件3.1.2手锯锯条的失效分析

（1）磨损磨损是在正常使用情况下，切削工具最常见的失效形式。

（2）崩刃崩刃也是锯条常见的失效形式之一。

（3）断裂锯条由于承受较大的冲击力或因工具自身的脆性较大有时会产生整体断裂、破碎现象。

3.2材料的力学性能硬度与韧性,3.2.1硬度1.布氏硬度,图3-2布氏硬度试验原理示意图,3.2材料的力学性能硬度与韧性,表3-1布氏硬度试验规范,表3-1布氏硬度试验规范,2.洛氏硬度,3.2材料的力学性能硬度与韧性,图3-3洛氏硬度试验原理示意图,表3-2常用的三种洛氏硬度的试验条件及应用范围,3.2材料的力学性能硬度与韧性,表3-2常用的三种洛氏硬度的试验条件及应用范围,3.维氏硬度和显微硬度,3.2材料的力学性能硬度与韧性,图3-4维氏硬度试验原理示意图,3.2材料的力学性能硬度与韧性,3.2.2冲击韧度,图3-5冲击试验原理图,3.3金属的结晶特点与铁碳相图,3.3.1金属的结晶特点,图3-6纯金属的冷却曲线,3.3金属的结晶特点与铁碳相图,图3-7金属的结晶过程,3.3.2铁碳合金相图,3.3金属的结晶特点与铁碳相图,1.铁碳合金的基本组元与基本相

（1）纯铁的同素异构转变,图3-8纯铁的冷却曲线及晶体结构变化,3.3金属的结晶特点与铁碳相图,

（2）铁碳合金的基本相及其性能在液态下，铁和碳可以互溶成均匀的液体。

1）液相。

2）铁素体。

图3-9铁素体显微组织,3.3金属的结晶特点与铁碳相图,3）奥氏体。

4）渗碳体。

2.Fe-Fe3C相图分析,图3-10Fe-FC相图,3.3金属的结晶特点与铁碳相图,图3-11简化后的Fe-FC相图,

（1）主要特性点,3.3金属的结晶特点与铁碳相图,1）A点和D点：

A点是铁的熔点（1538）；D点是渗碳体的熔点（1227）。

2）G点：

G点是铁的同素异构转变点，温度为912。

3）E点和P点：

E点是碳在-Fe中的最大溶解度点，wC=2.11，温度为1148；P点是碳在-Fe中的最大溶解度点，wC=0.0218，温度为727。

4）Q点：

Q点是室温下碳在-Fe中的溶解度，wC=0.0008。

5）C点：

C点为共晶点，液相在1148同时结晶出奥氏体和渗碳体。

6）S点：

S点为共析点，奥氏体在727同时析出铁素体和渗碳体。

（2）主要特性线,3.3金属的结晶特点与铁碳相图,1）ACD线和AECF线：

ACD线是液相线，该线以上为完全液相；AECF线是固相线，该线以下是完全固相。

2）ECF线：

ECF线是共晶线（1148），相图中，凡是wC=2.116.69的铁碳合金都要