第1章工程材料基础1．1金属材料的结构金属的晶体结构金属材料的各种性能取决于化学成分及其内部各部组织和状态。

分为3中主要晶体结构：体心立方晶体，面心立方晶体和密排立方晶体。

合金的晶体结构合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属非金属元素，通过熔化或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。

根据组成合金的各组元之间在结晶是相互作用，合金的晶体木结构大致可归纳为3类：固溶体，金属化合物和机械混合物。

金属的结晶金属的结晶是指金属原子由进程有序状态转变成长程有序状态的过程。

金属的结晶郭过程可以用热分析方法来研究。

过冷度和冷却度有关，冷却速度越大，过冷程度越大，金属液态的实际结晶温度越低。

反之亦然。

1.2工程材料的金属材料的性能（1）强度.强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。

常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。

（2）硬度目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。

此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。

因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。

硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。

此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。

（3）疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。

疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。

（4）冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。

为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。

其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。

（5）断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。

它是材料本身的特性。

（6）磨损由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。

引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。

1.3非金属材料的性能非金属材料具有金属材料无法比拟的一些优点，如重量轻、导热系数低、绝缘性好、又具有耐腐蚀性等而得到广泛运用。

非金属材料的力学性能主要有强度和形变。

密度、松散密度、孔隙率是非金属材料的基本物理性能，反映出材料的密实程度对材料的其他影响很大。

1.4铁碳合金铁碳合金的基本组织和性能铁碳合金主要包括以下元素体：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、赖氏体。

铁碳合金想图1.5铁碳合金的组织转变根据含碳量急温室下平衡组织的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和白口铸铁。

1.6铁碳合金相图的应用1.在铸造中的作用。

根据相图可以知道各种成分的钢和铁的结晶温度可以确定合金的浇注温度。

2.在锻造中的应用。

钢中有奥氏组织时，塑性好，变形时抗性低，便于塑性变形。

3.再热处理中的应用。

相图反映了不同成分的合金在缓慢加热或冷却时，所发生的组织转变的温度，是制定热处理工艺的依据。

1.7常用工程材料1.8钢的热处理热处理过程中的组织转变：钢的热处理工艺：所谓钢的热处理工艺就是将零件或工具在固态范围内加热到一定温度，经过的适当的保温，然后以不同的方式冷却，使奥氏体分别向各种不同的组织转变，从而获得所要求性能的一种方法。

第2章铸造成形2．1液态成形理论基础1金属的凝固物质由液态转变为固态的过程为凝固。

铸造的实质是液态金属逐步冷却凝固而形成。

固态金属的凝固方式：2金属与合金的铸造性能影响合金充型能力的主要因素：合金的流动性、浇注条件、铸型条件。

3铸造性能对铸件质量的影响铸型性能对铸件质量有显著影响。

铸型内的熔铸合金在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补充，在铸件中形成空孔。

缩孔和缩松是极其有害铸造缺陷，必须设法阻止。

2．2砂型铸造方法砂型铸造师应用最为广泛的的铸造方法。

造型是砂型铸造最基本的工序。

按型砂紧实型和起膜方法不同，造型方法主要分为手工造型、机器造型。

2．3特种铸造方法铸造是一种液态金属成型的方法。

在各种铸造方法中，用得最普遍的是砂型铸造。

这是因为砂型铸造对铸件形状、尺寸、重量、合金种类、生产批量等几乎没有限制。

但随着科学技术的发展，对铸造提出了更高的要求，要求生产出更加精确、性能更好、成本更低的铸件。

为适应这些要求，铸造工作者发明了许多新的铸造方法，这些方法统称为特种铸造方法，即特种铸造。

常用的特种铸造方法有熔模精密铸造、石膏型精密铸造、陶瓷型精密铸造、消失模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、真空吸铸、挤压铸造、离心铸造、连续铸造、半连续铸造、壳型铸造、石墨型铸造、电渣熔铸等。

2．4铸造工艺设计铸造工艺设计的内容铸造工艺设计是根据铸件结构特点，技术要求，生产批次，生产条件等。

确定铸造方案工艺参数，并绘制工艺图，编制工艺卡和工艺规范。

其主要内容包括制定铸件的浇注位置，确定加工余量，收缩率和起模斜度，设计砂芯等。

铸造工艺实例2．5铸件结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，铸造成形的可行性和经济性，即铸造成形的难易程度。

良好的铸件结构应适应金属的铸造性能和铸造工艺性。

1.铸造工艺的影响铸件的外形设计：铸件的内腔设计：第3章塑性成形3．1塑性成形理论基础指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方法。

具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可在冷态或热态下进行塑性成形加工3．2塑性成形的实质具有一定塑性的金属坯料在外力作用下，当内应力达到一定的条件，就会发生塑性变形；由于金属材料都是晶体，故要说明塑性变形的实质，必须从其晶体结构来说明。

3．3单晶体的塑性变形多晶体的塑性变形冷变形强化与再结晶金属塑性变形时，在不同的温度下，对金属组织和性能产生不同的影响。

主要讨论加工硬化、回复和再结3．4塑性成形方法1锻造2板料冲压3其他塑性加工方法3．5塑性成形工艺设计一、自由锻自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个抵铁间产生变形，从而获得所需形状及尺寸锻件的一种加工方法。

自由锻工艺灵活，所用工具、设备简单，通用性大，成本低，可锻造小至几克大至数百吨的锻件。

但自由锻尺寸精度低，加工余量大，生产率低，劳动条件差，强度大，要求工人技术水平高。

自由锻是生产水轮发电机机轴、涡轮盘等重型锻件唯一可行的方法，在重型机械制造中占有重要的地位。

对中小型锻件，从经济上考虑，只有在单件、小批生产中才采用自由锻。

自由锻的工序根据作用和变形要求不同，自由锻工序分为基本工序、辅助工序和精整工序三类。

1、基本工序基本工序是改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本成形的工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转等。

其中最常用的是镦粗、拔长、冲孔。

2、辅助工序辅助工序是为基本工序操作方便而进行的预先变形工序，如压钳口、倒棱、压肩等。

3、修整工序精整工序是修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不平和歪扭，使锻件达到图样要求的工序，如修整鼓形、平整端面、校直弯曲等。

4、自由锻的特点及应用特点：工艺灵活性较大，生产准备的时间较短；生产率低，锻件精度不高，不能锻造形状复杂的锻件。

应用：自由锻是大型锻件的主要生产方法。

这是因为自由锻可以击碎钢锭中粗大的铸造组织，锻合钢锭内部气孔、缩松等空洞，并使流线状组织沿锻件外形合理分布。

3．6塑性加工方法的结构工艺性板料冲压一、利用冲模使板料产生分离或变形，以获得零件的加工方法，称为板料冲压。

板料冲压一般在室温下进行，故称为冷冲压；只有当板料厚度超过8mm时，才采用热冲压。

1、板料冲压具有下列特点：（1）可冲压形状复杂的零件，废料较少。

（2）冲压件有较高的尺寸精度和表面质量，互换性好。

（3）冲压件的重量轻、强度和刚度好，有利于减轻结构重量。

（4）冲压操作简单，工艺过程便于实现机械化自动化，生产率高，成本低。

但冲模制造复杂，模具材料及制作成本高。

冲压只有大批量生产时才能充分显示其优越性。

二、冲压的基本工序分为分离工序和变形工序两大类。

1、分离工序（1）剪切使板料按不封闭轮廓分离的工序，其任务是将板料切成具有一定宽度的坯料。

（2）冲裁利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的冲压工序称为冲裁，它是落料和冲孔的总称。

这两个工序的模具结构和板料变形过程是相同的，只是作用不同。

落料时，冲下的部分是工件成品，带孔的周边是废料；而冲孔时则相反，冲下部分是废料，周边是成品。

（3）修整修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮去一薄层金属，以提高冲裁件的加工精度和降低剪断表面表面粗糙度的冲压方法。

2.变形工序使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。

包括：弯曲、拉深、翻边和成型等。

三、冲压件结构工艺性要求：（1）形状尽可能简单、对称、平直；（2）避免有锥形或楔形面；（3）避免圆柱面与圆柱面相交、圆柱面与棱柱面相交；（4）锻件上不能有加强肋；（5）避免锻件上有凸台；（6）采用组装结构。

第4章焊接4.1焊接成形基础根据连接原理的不同，固体材料的连接工艺可以分为三大类：熔接/粘结法、变形固结法、连接元件连接法。

熔接/粘结法主要包括焊接和粘结。

根据连接原理的不同，固体材料的连接工艺可以分为三大类：熔接/粘结法、变形固结法、连接元件连接法。

熔接/粘结法主要包括焊接和粘结4.2焊接方法：熔焊、压焊、钎焊金属的焊接,按其工艺过程的特点分有熔焊,压焊和钎焊三大类.熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。

熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。

熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。

压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。

常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。

各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。

多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。

同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。

许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。

钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。

4．3焊接结构工艺设计钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。

1、焊条电弧焊：原理——用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。