《机械制造基础》全套PPT电子课件教案(完整版)

机械制造基础主讲：王凤良绪论一、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南山学院一、本课程的性质和内容1、本课程的性质2、本课程的内容生产准备毛坯制造机械加工装配调试（车，铣，刨，磨，钻，镗等）（组装，部装，总装）（铸造，锻造，焊接，冲压等）机电类专业的主干专业基础课机械制造：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。（市场调查，购买原材料）南山学院二、机械制造技术的发展及其作用南山学院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三、本课程的学习目的和学习方法南山学院1、目的（1）了解和掌握常用的工程材料；（2）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加工和特种加工；（3）熟悉机械制造全过程，并了解现代机械制造技术。2、学习方法第一章金属材料的力学性能南山学院引言：1、金属材料的性能使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。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。2、金属材料力学性能包括铸造性能、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。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。第一节强度与塑性南山学院一、材料的拉伸曲线1、oe段：直线、弹性变性2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形5、b点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。3、ss’段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变形第一章金属的力学性能南山学院强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。一、强度的指标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。1、屈服点σb=Fb/S0当材料的内应力σ＞σb时，材料将产生断裂。σb常用作脆性材料的选材和设计的依据。符号：σs材料产生屈服现象时的最小应力σs=Fs/S0Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N）S0：试样原始横截面积（mm）§1-1强度与塑性南山学院二、塑性指标塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。1、断后伸长率2、断面收缩率指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。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。δ=(L1-L)/Lx100%L:标距（本实验L=100）L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。Ψ=(A0-A1)/A0x100%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。§1-1强度与塑性第二节硬度南山学院引言：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。2、硬度的测试方法（1）布氏硬度（2）洛氏硬度（3）维氏硬度（4）肖氏硬度第一章金属的力学性能南山学院1、布氏硬度试验（布氏硬度计）原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。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：120HBS500HBW4、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.一、布氏硬度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§1-2硬度南山学院1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）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。如：50HRC4、测量范围用于测量淬火钢、硬质合金等材料.二、洛氏硬度3、优缺点（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。§1-2硬度南山学院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。2、维氏硬度值用压痕对角线长度表示。如：640HV。4、测量范围常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。三、维氏硬度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。§1-2硬度第二章金属的晶体结构与结晶第一节金属的晶体结构一、晶体结构的基本知识1、晶体与非晶体晶体的特点是：①原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。②具有一定的熔点，如铁的熔点为1538℃，铜的熔点为1083℃。③晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异性。非晶体的特点是：①原子在三维空间呈不规则的排列。②没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最终变为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青等。③各个方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各向同性。2、晶格与晶胞§2-1金属的晶体结构二、常见金属的晶格类型①体心立方晶格每个晶胞原子数n=8×1/8+1=2(个)属于体心立方晶格类型的金属有α-Fe（912℃以下的钝铁）、铬、钼、钨等②面心立方晶格每个晶胞中的原子数为n=8×1/8+6×1/2=4(个)属于面心立方晶格类型的金属有γ-Fe（1394－912℃的钝铁）、铝、铜、银等。③密排六方晶格密排六方晶胞中的原子数n=12×1/6+2×1/2＋3=6(个)§2-1金属的晶体结构三、金属的实际晶体结构①单晶体与多晶体单晶体即原子排列得非常整齐，晶格位向完全一致，且无任何缺陷存在。多晶体即由许多位向不同的晶体组成，且其内部还存在着多种晶体缺陷。②金属的晶体缺陷Ⅰ、点缺陷Ⅱ、线缺陷Ⅲ、面缺陷§2-1金属的晶体结构第二节金属的结晶物质由液态冷却转变为固态的过程称为凝固如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的晶体，则这种凝固又称为结晶。1、冷却曲线与过冷现象2、金属的结晶过程3、晶粒大小对金属力学性能的影响4、细化晶粒的方法①增加过冷度②进行变质处理③附加振动§2-2金属的结晶第三节合金的晶体结构与结晶一、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。3、合金系给定组元按不同比例可以配制一系列不同成分的合金，构成一个合金系。4、相相是指在金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组分。5、组织组织泛指用金相观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的总体。§2-3合金的晶体结构与结晶二、合金的相根据构成合金各组元之间相互作用的不同，固态合金的相可分为固溶体和金属化合物两大类。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金相，称为固溶体。2、金属化合物金属化合物是合金组元之间相互发生作用而形成具有金属特性的一种新相3、机械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。§2-3合金的晶体结构与结晶§2-3合金的晶体结构与结晶第一节铁碳合金的基本组织1、铁素体（F）：碳与α-Fe形成的间隙固溶体。性能---强度和硬度低，塑性和韧性好。2、奥氏体（A）：碳与γ-Fe形成的间隙固溶体。高温组织，在大于727℃时存在。性能---塑性好，强度和硬度高于F。在锻造、轧制时常要加热到A，可提高塑性，易于加工。3、渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的金属化合物。性能---硬度高，脆性大。4、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。5、莱氏体（Ld）：A与Fe3C组成的机械混合物。性能---硬度高，塑性差。第3章铁碳合金第二节铁碳相图分析引言：关于铁碳合金状态图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。第3章铁碳合金第3章铁碳合金一、铁碳相图分析1、相图的坐标纵坐标：代表温度。横坐标：代表含碳量。2、几个概念纯铁钢铸铁共析钢亚共析钢过共析钢共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁第3章铁碳合金3、特性点A点：纯铁的熔点1538℃C点：共晶点1148℃D点：渗碳体的熔点1227℃S点：共析点727℃G点：纯铁的同素异晶转变点912℃E点：C在γ-Fe中最大溶解度1148℃P点：C在α-Fe中最大溶解度727℃Q点：室温时C在α-Fe中最大溶解度第3章铁碳合金4、特性线ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至此全部转化为液相。AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加热至此开始转化。GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。ECF：共晶线，含C量2.11%--6.69%的铁碳合金至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物---莱氏体Ld。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。第3章铁碳合金第三节铁碳相图的应用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、叛断切削加性能：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：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。第3章铁碳合金第四章钢的热处理引言：1、热处理的概念2、热处理的目的将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织与性能的工艺。（1）提高钢的力学性能（2）改善钢的工艺性能第一节钢的热处理原理根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：1、整体热处理2、表面热处理表面淬火、气相沉积3、化学热处理：渗碳、氮化、碳氮共渗退火、正火、淬火、回火第4章钢的热处理热处理的理论依据第4章钢的热处理第一节钢的退火与正火1、概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。2、目的：1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；2）细化晶粒，消除组织缺陷；3）消除内应力。一、钢的退火第4章钢的热处理3、分类：根据钢的成分和处理目的的不同，可分为完全退火、球化退火和去应力退火。（1）完全退火1、定义：将钢加热Ac3以上30~50ºC,完全奥氏体后，保温一定时间随之缓慢冷却到500ºC以下，出炉空冷。2、目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加工。3、适用范围：亚共析钢型材。第4章钢的热处理（2）球化退火1、定义：将钢加热到Ac1以上20~30ºC,保温后随炉缓冷至600ºC，出炉空冷。2、目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。3、适用范围：主要用于过共析钢及合金工具钢。第4章钢的热处理（3）去应力退火1、定义：将钢加热到500--600ºC,保温后随炉缓冷至200--300ºC出炉空冷。又称低温退火。2、目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力。（没有发生组织变化）3、适用范围：用于所有的钢。第4章钢的热处理二、钢的正火1、概念：将钢件加热到Ac3或Accm线以上30~50ºC，保温适当的时间后，在