1、 第二章第二章 工程材料的性能工程材料的性能2.1 工程材料的力学性能工程材料的力学性能2.2 工程材料的分类及用途工程材料的分类及用途产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺 教学基本要求教学基本要求 1.1.很好掌握工程材料的力学性能很好掌握工程材料的力学性能 2.2.了解工程材料的分类及用途了解工程材料的分类及用途 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2.12.1工程材料的力学性能工程材料的力学性能金属材料的性能包括金属材料的性能包括使用性能和工艺性能使用性能和工艺性能使用性能使用性能-包括力学性能、物理和化学性能等。包括力学性能、物理和化学性能等。工艺
2、性能工艺性能-材料对各种加工工艺适应的能力。包括液态成形材料对各种加工工艺适应的能力。包括液态成形 性、塑性成形性、连接成形性、切削加工性能和性、塑性成形性、连接成形性、切削加工性能和 热处理工艺性能等。热处理工艺性能等。力学性能力学性能-指材料在各种载荷作用下表现出来的抵抗力。指材料在各种载荷作用下表现出来的抵抗力。有有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2.1.12.1.1强度强度 材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。有有s s、b
3、b、y y等等屈服点或屈服强度屈服点或屈服强度s s 设计和选材的主要依据之一设计和选材的主要依据之一抗拉强度抗拉强度b b最大允许承载能力的度量最大允许承载能力的度量 强度指标作为设计与选材的依据。强度指标作为设计与选材的依据。为了应用需要，还有一些派生指标。为了应用需要，还有一些派生指标。1）比强度：）比强度：强度指标与材料密度之比。强度指标与材料密度之比。2）屈强比）屈强比：材料屈服强度与抗拉强度之比。材料屈服强度与抗拉强度之比。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺试验仪器：试验仪器：万能材料试验机；万能材料试验机；变形仪（常用引伸仪）。变形仪（常用引伸仪）。产品造型材料与工艺产品造型材
4、料与工艺2.1.22.1.2塑性塑性 材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。常用的塑性指标常用的塑性指标、（5、10）伸长率（伸长率（）断面收缩率（断面收缩率（）001100oolll00010100SSS伸长率或断面收缩率越高，材料的伸长率或断面收缩率越高，材料的塑性越好。塑性越好。2.1.32.1.3硬度硬度 衡量材料软硬程度的指标。有压入法、刻划法、回跳法等。常衡量材料软硬程度的指标。有压入法、刻划法、回跳法等。常用压入法，工程上常用的有用压入法，工程上常用的有布氏、洛氏、维氏硬度试验方法。布氏、洛氏、维氏硬度试验方法。产品造型材料与工艺
5、产品造型材料与工艺（1）布氏硬度）布氏硬度 用用淬火钢球淬火钢球或或硬质合金球为压头硬质合金球为压头，在试验力作用下，持续一定，在试验力作用下，持续一定时间测得的单位面积上所承受载荷。时间测得的单位面积上所承受载荷。)(204.0)(22dDDDFSFHBWHBS布氏硬度值（用布氏硬度值（用HBS或或HBW）载荷单位为载荷单位为kgf)dDD(DF2SF)HBW(HBS22载荷单位为载荷单位为N 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺布氏硬度的表示方法：布氏硬度的表示方法：150HBS10/1000/30150HBS10/1000/30用用10mm10mm直径的淬火钢球，试验力为直径的淬火钢球，
6、试验力为1000kgf1000kgf，持续时间为，持续时间为30s30s，测定的布氏硬度为，测定的布氏硬度为150150。500HBW5/750500HBW5/750持续持续1015S1015S，可不标注。，可不标注。HBS压头为淬火钢球时，适用于布氏硬度低于压头为淬火钢球时，适用于布氏硬度低于450的材料。的材料。HBW 压头为硬质合金球时，适用于布氏硬度值为压头为硬质合金球时，适用于布氏硬度值为 450650 的材料。的材料。布氏硬度的单位为布氏硬度的单位为N/mm2，但习惯不标单位。但习惯不标单位。压头直径有五种（压头直径有五种（10、5、2.5、2、1mm）。）。产品造型材料与工艺产品
7、造型材料与工艺（2）洛氏硬度）洛氏硬度 应用广泛应用广泛 用锥顶角用锥顶角1200的金刚石圆锥体或一定的金刚石圆锥体或一定直径的钢球为压头，在规定载荷作用下直径的钢球为压头，在规定载荷作用下压入金属表面，由压头在金属表面所形压入金属表面，由压头在金属表面所形成的压痕深度来确定的硬度值。成的压痕深度来确定的硬度值。1-1为在为在初载荷初载荷98.07N，压入深度为压入深度为h12-2为在总载荷作用下，压入深度为为在总载荷作用下，压入深度为h23-3为卸除主载荷后，由于金属弹性变形为卸除主载荷后，由于金属弹性变形恢复，压头略微提高时的位置。恢复，压头略微提高时的位置。压头实际压入深度为压头实际压入
8、深度为h3压痕深度增量压痕深度增量h=h3-h1为什么加初载荷？为什么加初载荷？产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺洛氏硬度的计算公式为洛氏硬度的计算公式为002.0hCHRC常数，当用金刚石常数，当用金刚石圆锥体压头取圆锥体压头取100，当用，当用钢球取钢球取130。h压痕深度增量压痕深度增量mm 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺 洛氏硬度常用的标尺有洛氏硬度常用的标尺有A、B、C三种。洛氏硬度值也可由三种。洛氏硬度值也可由硬度计直接读出。硬度计直接读出。表示方法：表示方法：55HRC 用用C 标尺测定的洛氏硬度值为标尺测定的洛氏硬度值为55此法压痕小，测试效率较高。此法压痕小，测试效率
9、较高。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2.1.42.1.4韧性韧性 韧性韧性（冲击韧性）：材料在冲击载荷或振动载荷作用下，抵（冲击韧性）：材料在冲击载荷或振动载荷作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料在塑性变形和断裂过程中，吸收能抗变形和断裂的能力。材料在塑性变形和断裂过程中，吸收能量的能力。量的能力。许多零件和工具在工作中，受到冲击载荷的作用，如冲床许多零件和工具在工作中，受到冲击载荷的作用，如冲床的冲头、锻锤的锤杆、活塞、风动工具等。的冲头、锻锤的锤杆、活塞、风动工具等。冲击韧性常用一次摆锤弯曲冲击试验，在摆锤式冲击试验机冲击韧性常用一次摆锤弯曲冲击试验，在摆锤式冲击试验机上进行，按上进行
10、，按GB/T2291994规定，试件采用规定，试件采用带缺口试样（带缺口试样（V、U）。）。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺冲断试样所消耗的能量，即冲击吸收功为冲断试样所消耗的能量，即冲击吸收功为A Ak k=mg=mg（H H1 1-H-H2 2），单），单位为位为J J。A Ak k越大，冲击韧性越好。越大，冲击韧性越好。冲击韧性是一个由强度和冲击韧性是一个由强度和塑性共同决定的指标。塑性共同决定的指标。冲击韧性以冲击韧性以冲击值冲击值 （kJ/cm2 或或 J/cm2）So冲击试样断口处的截面面积冲击试样断口处的截面面积cm2okkSAa 2.1
11、.52.1.5疲劳强度疲劳强度 材料在无数次循环应力作用下仍不断裂材料在无数次循环应力作用下仍不断裂的最大应力。表示材料抵抗断裂的能力。的最大应力。表示材料抵抗断裂的能力。工程上规定，材料在循环应力作用下循工程上规定，材料在循环应力作用下循环次数达到某一基数环次数达到某一基数N N而不断裂时，其最大而不断裂时，其最大应力就作为该材料的应力就作为该材料的疲劳强度极限。疲劳强度极限。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2.22.2工程材料的分类及用途工程材料的分类及用途1.按化学成分可分为按化学成分可分为：(1)金属材料金属材料 包括钢铁材料包括钢铁材料(黑色金属）和非铁材料（有色金属）。黑色金属
12、）和非铁材料（有色金属）。（2）无机非金属材料）无机非金属材料 玻璃、陶瓷和木材。玻璃、陶瓷和木材。（3）有机高分子材料）有机高分子材料 塑料、橡胶及合成纤维。塑料、橡胶及合成纤维。（4）复合材料）复合材料 玻璃钢、碳纤维复合材料等。玻璃钢、碳纤维复合材料等。复合材料于复合材料于2020世纪世纪4040年代初，首先是玻璃纤维增强塑料（玻璃年代初，首先是玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）的问世；钢）的问世；2020世纪世纪6060年代碳纤维、硼纤维增强出现，特别适合年代碳纤维、硼纤维增强出现，特别适合航空和航天工业。航空和航天工业。飞机上使用了复合材料，机身减重飞机上使用了复合材料，机身减重21%，寿命
13、，寿命延长两万小时。延长两万小时。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺第一代的天然材料第一代的天然材料木材、竹、棉、毛、石材等。木材、竹、棉、毛、石材等。第二代的加工材料第二代的加工材料人造板、纸、水泥、金属、陶瓷、玻璃等。人造板、纸、水泥、金属、陶瓷、玻璃等。第三代的合成材料第三代的合成材料将石油、天然气和煤等制造成高分子材料。将石油、天然气和煤等制造成高分子材料。第四代复合材料第四代复合材料用有机、无机非金属乃至金属等各种原材料复用有机、无机非金属乃至金属等各种原材料复合而成的，一般由两种或两种以上不同材料在一起，不同性能的合而成的，一般由两种或两种以上不同材料在一起，不同性能的材料显示各
14、自的特性。材料显示各自的特性。玻璃钢、碳纤维增强树脂。玻璃钢、碳纤维增强树脂。第五代的智能材料或应变材料第五代的智能材料或应变材料具有潜在功能的高级形式的复合具有潜在功能的高级形式的复合材料。具有类似生物体反应的机能，有感知，又有驱动的功能。材料。具有类似生物体反应的机能，有感知，又有驱动的功能。材料的特征随环境和时间而变化。材料的特征随环境和时间而变化。2.按材料的来源分类按材料的来源分类 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2.2.12.2.1金属材料金属材料1.晶体与非晶体晶体与非晶体 固态物质按其内部粒子排列情况可分为固态物质按其内部粒子排列情况可分为:晶体：凡内部原子呈规则周期性重复
15、排列的物质。有固定熔晶体：凡内部原子呈规则周期性重复排列的物质。有固定熔 点，各向异性。点，各向异性。非晶体：凡内部原子呈无规则排列的固体物质。没有固定熔非晶体：凡内部原子呈无规则排列的固体物质。没有固定熔 点，各向同性。点，各向同性。许多物质的晶体与非晶体间在一定的条件下可以互相转变。许多物质的晶体与非晶体间在一定的条件下可以互相转变。2.2.晶体结构晶体结构晶体学基本概念晶体学基本概念1）晶格：）晶格：这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几 何空间格架，简称何空间格架，简称晶格。晶格。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2）晶胞：）晶胞：从
16、晶格中选取一个能完全反映晶格特征的最小几从晶格中选取一个能完全反映晶格特征的最小几 何单元。何单元。3）晶格常数：）晶格常数：晶胞的大小和形状，常以晶胞的棱边长度晶胞的大小和形状，常以晶胞的棱边长度a、b、c及棱间夹角及棱间夹角、来表示，来表示，X、Y、Z称为晶轴。棱边称为晶轴。棱边长度称为长度称为晶格常数。晶格常数。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺原子排列模型原子排列模型 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构1）体心立方晶格）体心立方晶格 晶胞是一个正立方体，晶胞是一个正立方体，a=b=c，=900典型金属有：典型金属有：-Fe、Cr、Mo、W、V、K
17、、Na等等金属较硬，延展性差。金属较硬，延展性差。晶胞原子数为晶胞原子数为2个。个。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2）面心立方晶格）面心立方晶格晶胞也是一个立方体，晶胞也是一个立方体，a=b=c，=900。常见的具有面心立方晶格结构的金属有：常见的具有面心立方晶格结构的金属有：Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag。晶胞原子数。晶胞原子数4个个这类金属塑性极好这类金属塑性极好 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺3）密排六方晶格）密排六方晶格是一个正六棱柱体是一个正六棱柱体晶格常数有两个：晶格常数有两个：a、c，=900 =1200常见的具有密排六方晶格结构的金属有：常见的具有密排六方晶格结
18、构的金属有：Mg、Zn、Be、Cd。晶胞原子数晶胞原子数6个。个。这类金属较脆。这类金属较脆。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺3.3.纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程结晶的概念：结晶的概念：金属及合金从液态转变为固体状态，并形成晶体结构的过程。金属及合金从液态转变为固体状态，并形成晶体结构的过程。结晶的过程：结晶的过程：晶核的形成晶核的形成 晶核的成长晶核的成长 两个同时并行的环节组成。两个同时并行的环节组成。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺 4.晶体的同素异构转变晶体的同素异构转变 大部分金属只有一种晶格类型，但也有少数金属具有两种或大部分金属只有一种晶格类型，但也有少数金属具有两种
19、或几种晶格类型（几种晶格类型（FeFe、MnMn、TiTi、CoCo）等。）等。当改变温度时，金属会当改变温度时，金属会由一种晶体结构转变为另一种晶体结构，这种现象称为同素异由一种晶体结构转变为另一种晶体结构，这种现象称为同素异构转变。构转变。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺5.5.合金的晶体结构合金的晶体结构 合金合金:由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。组成的具有金属特性的物质。钢是由钢是由铁铁和和碳碳组成，组成，黄铜是由黄铜是由铜铜和和锌锌组成，组成，硬铝是由硬铝是由铝、铜铝、铜和和镁镁组成的三元合
20、金。组成的三元合金。组元：组元：组成合金的最基本的、独立的物质叫组元。组成合金的最基本的、独立的物质叫组元。相：相：合金中，具有同一化学成分且结构相同的均匀部分叫做相。合金中，具有同一化学成分且结构相同的均匀部分叫做相。合金的性能一般都是由组成合金的各合金的性能一般都是由组成合金的各相相成分、结构、形态、性成分、结构、形态、性能和各能和各相相的组合情况的组合情况组织所决定的。组织所决定的。固态合金的相结构可分为两大类：固态合金的相结构可分为两大类：固溶体和金属化合物。固溶体和金属化合物。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺（1）固溶体：）固溶体：溶质原子溶入金属溶剂中所组成的合金相。溶质原子溶
21、入金属溶剂中所组成的合金相。固溶体的点阵结构仍保持溶剂金属的结构，只引起晶格参数固溶体的点阵结构仍保持溶剂金属的结构，只引起晶格参数的改变和晶格畸变的改变和晶格畸变-提高金属的强度和硬度。提高金属的强度和硬度。金属材料绝大部分以固溶体为基体，有的甚至完全由固溶体金属材料绝大部分以固溶体为基体，有的甚至完全由固溶体所组成。所组成。（2）金属化合物：）金属化合物：固液合金中，由于各组元之间相互作用而形成的一种具有特固液合金中，由于各组元之间相互作用而形成的一种具有特殊晶格和明显金属特性的物质。殊晶格和明显金属特性的物质。金属化合物：金属化合物：是碳钢、各类合金钢、硬质合金和许多有色金是碳钢、各类合
22、金钢、硬质合金和许多有色金属的重要组成部分。其性能与各组元显著不同，通常熔点高、属的重要组成部分。其性能与各组元显著不同，通常熔点高、硬而脆，合金中含金属化合物时，可提高其强度、硬度和耐磨硬而脆，合金中含金属化合物时，可提高其强度、硬度和耐磨性，但塑性、韧性降低。性，但塑性、韧性降低。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺6.6.常用金属材料常用金属材料钢的分类及牌号钢的分类及牌号1)钢的分类钢的分类0.02%C2.11%按化学成分分为：按化学成分分为：碳素钢碳素钢(碳钢）和合金钢碳钢）和合金钢高级优质碳素钢高级优质碳素钢 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺按含碳量分按含碳量分：低碳钢：低碳钢
23、：C0.25%C0.25%低强度，塑性、韧性、加工性和焊接性好；低强度，塑性、韧性、加工性和焊接性好；中碳钢：中碳钢：0.25%0.25%C0.6%C0.6%有一定的强度和韧性，用于有强、有一定的强度和韧性，用于有强、韧性要求的零件及结构；韧性要求的零件及结构；高碳钢：高碳钢：C C0.6%0.6%具有较高的强度、硬度和耐磨性，塑性、具有较高的强度、硬度和耐磨性，塑性、韧性差，主要用于工具、量具、模具等。韧性差，主要用于工具、量具、模具等。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2)2)钢的牌号钢的牌号碳素结构钢和低合金高强度钢碳素结构钢和低合金高强度钢 由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符
24、号、脱氧由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分组成。方法符号等四个部分组成。质量等级分质量等级分A A、B B、C C、D D，A A级最差；级最差；脱氧方法符号脱氧方法符号FF沸腾钢，沸腾钢，Z Z镇静钢、镇静钢、b b半镇静钢、半镇静钢、TZTZ特殊特殊 镇静钢，镇静钢，TZTZ在钢号中可以省略。在钢号中可以省略。Q235A.FQ235A.F表示屈服点不小于表示屈服点不小于235MPa235MPa，质量等级为，质量等级为A A级，级，沸腾沸腾 钢脱氧钢脱氧的的碳素结构钢。碳素结构钢。Q215B.bQ215B.b 碳素结构钢和低合金钢区别在碳素结构钢和低合金钢区
25、别在屈服点上，屈服点上，碳素结构钢最高碳素结构钢最高强度等级为强度等级为275MPa275MPa，低合金钢最低强度等级为低合金钢最低强度等级为295MPa295MPa，产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺优质碳素结构钢优质碳素结构钢应用：应用：重要机械零件，如高强度的轴类和弹簧零件。重要机械零件，如高强度的轴类和弹簧零件。牌号：牌号：用两位数字表示，表示该钢平均含碳量的万分之几。用两位数字表示，表示该钢平均含碳量的万分之几。45 表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.45%的的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢。20优质碳素结构钢杂质元素比较少，各方面质量好。优质碳素结构钢杂质元素比较少，各方面质量
26、好。根据化学成分优质碳素结构钢分为：根据化学成分优质碳素结构钢分为：正常含锰量优质碳素结构钢：含锰量正常含锰量优质碳素结构钢：含锰量0.350.8%较高含锰量优质碳素结构钢：含锰量较高含锰量优质碳素结构钢：含锰量0.91.2%65Mn表示平均碳含量为表示平均碳含量为0.65%，含锰量较高的优质碳素结构钢。，含锰量较高的优质碳素结构钢。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺合金结构钢合金结构钢 合金结构钢：合金结构钢：在碳素结构钢中加一种或数种合金元素的钢，具在碳素结构钢中加一种或数种合金元素的钢，具有较高的综合机械性能和某些特殊的物理、化学性能。有较高的综合机械性能和某些特殊的物理、化学性能。应
27、用：应用：制造零件、制造各种金属构件。制造零件、制造各种金属构件。编号：编号：数字数字+合金元素符号合金元素符号+数字数字平均含碳量平均含碳量0.01%合金元素平均含量合金元素平均含量(百分之几百分之几)，低于，低于1.5%不标。若为高级优质钢，钢号后加不标。若为高级优质钢，钢号后加A；特级优质钢在牌号后加；特级优质钢在牌号后加E 60Si2Mn 平均含碳量为平均含碳量为0.6%，含硅，含硅2%，含锰低于，含锰低于1.5%的的合金结构钢。合金结构钢。40Mn2 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺其他结构钢其他结构钢铸钢的牌号一种用强度表示，也有用化学成分表示。铸钢的牌号一种用强度表示，也有用
28、化学成分表示。“ZG”“ZG”后后两组数字两组数字组成，最低屈服强度值和最低抗拉强度值。组成，最低屈服强度值和最低抗拉强度值。ZG200400ZG200400碳素工具钢碳素工具钢牌号：牌号：在（碳）在（碳）T字后面附以数字，数字表示平均含碳量字后面附以数字，数字表示平均含碳量千千 分之几。分之几。T8（T12）-表示平均碳含量为表示平均碳含量为0.8%的的优质碳素工具钢。优质碳素工具钢。高级优质碳素工具钢在钢号末尾附加高级优质碳素工具钢在钢号末尾附加A（或高字）。（或高字）。T12A-表示平均碳含量为表示平均碳含量为1.2%的的高级优质碳素工具钢。高级优质碳素工具钢。.产品造型材料与工艺产品造
29、型材料与工艺合金工具钢和高速工具钢合金工具钢和高速工具钢牌号：牌号：数字数字+合金元素符号合金元素符号+数字（类似合金结构钢）数字（类似合金结构钢）(平均含碳量平均含碳量0.1%，大于，大于1%时不标出时不标出)9SiCr-表示平均含碳量表示平均含碳量0.9%，含硅合金元素小于，含硅合金元素小于1.5%，含铬元素低于含铬元素低于1.5%的的合金工具钢钢合金工具钢钢。5CrMnMo、CrWMnCr12-表示平均含碳量大于表示平均含碳量大于1%，含，含Cr为为12%合金工具钢合金工具钢（2）结构钢应用）结构钢应用 结构钢分为碳素结构钢、低合金高强度钢、优质碳素结构钢、合结构钢分为碳素结构钢、低合金
30、高强度钢、优质碳素结构钢、合金结构钢。金结构钢。1）碳素结构钢）碳素结构钢 普遍应用，用于制造各种金属结构和要求不高的机器零件。普遍应用，用于制造各种金属结构和要求不高的机器零件。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2 2）低合金高强度钢）低合金高强度钢 强度等级较高，加工工艺性能良好，可满足桥梁、船舶、车强度等级较高，加工工艺性能良好，可满足桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器等大型重要钢结构。辆、锅炉、高压容器等大型重要钢结构。低合金高强度钢中的低合金高强度钢中的合金元素：合金元素：MnMn、SiSi、NiNi、CrCr、V V、NbNb、TiTi等。等。
31、起到固溶强化作用起到固溶强化作用。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺3 3）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢 重要机械零件，如高强度的轴类和弹簧零件。重要机械零件，如高强度的轴类和弹簧零件。含碳量越低，其强度、硬度越低，塑性、韧性越高。含碳量越低，其强度、硬度越低，塑性、韧性越高。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺4 4）合金结构钢）合金结构钢 是在优质碳素结构钢的基础上，加入一种或几种合金元素而是在优质碳素结构钢的基础上，加入一种或几种合金元素而形成的能满足更高性能要求的钢种。形成的能满足更高性能要求的钢种。合金结构钢可以根据热处理特点和主要用途分为合金结构钢可以根据热处理特点和主要用途分
32、为合金渗碳钢合金渗碳钢合金调质钢、合金弹簧钢。合金调质钢、合金弹簧钢。合金渗碳钢合金渗碳钢指经过渗碳、淬火和低温回火后使用的结构钢。指经过渗碳、淬火和低温回火后使用的结构钢。用于制造高耐磨性、高疲劳强度和要求具有较高韧性的零件。用于制造高耐磨性、高疲劳强度和要求具有较高韧性的零件。合金调质钢合金调质钢主要用于对强度要求高、截面尺寸大的重要零件。主要用于对强度要求高、截面尺寸大的重要零件。合金弹簧钢合金弹簧钢主要用于制造弹簧，具有高的弹性极限、高的疲主要用于制造弹簧，具有高的弹性极限、高的疲劳强度和足够的塑性和韧性。劳强度和足够的塑性和韧性。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺 产品造型材料与工
33、艺产品造型材料与工艺 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺（3 3）工具钢）工具钢 用于制造各种工具的钢。用于制造各种工具的钢。按用途分为：按用途分为：刃具钢、模具钢和量具钢。刃具钢、模具钢和量具钢。1 1）刃具钢）刃具钢各种切削工具的钢。各种切削工具的钢。要具有高硬度、高耐磨性、要具有高硬度、高耐磨性、热硬性，并具有一定的强度和韧性。热硬性，并具有一定的强度和韧性。碳素工具钢碳素工具钢 合金工具钢合金工具钢高速钢高速钢-用于高速切削刃具。用于高速切削刃具。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺适宜制作尺寸小、形状简单的
34、低速切削刃具，如丝锥、锉刀、钻头。适宜制作尺寸小、形状简单的低速切削刃具，如丝锥、锉刀、钻头。碳素工具钢碳素工具钢 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺合金工具钢合金工具钢 分为：量具刃具钢、耐冲击工具钢、热作模具钢、冷作模具钢、分为：量具刃具钢、耐冲击工具钢、热作模具钢、冷作模具钢、无磁钢和塑料模具钢无磁钢和塑料模具钢。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺主要用于制造高速切削刃具，车刀、铣刀、钻头等。主要用于制造高速切削刃具，车刀、铣刀、钻头等。高速钢高速钢-用于高速切削刃具。用于高速切削刃具。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2 2）模具钢）模具钢 用于制造各种模具的钢。用于制造各种模具
35、的钢。冷作模具钢：冷作模具钢：冷冲模、冷挤压冷冲模、冷挤压模模、拉丝、拉丝模等。通常为模等。通常为高碳钢和高碳合金钢。高碳钢和高碳合金钢。热作模具钢：热作模具钢：热锻模、热挤压模等。高的强度、良好的塑性和韧性、较高的热热锻模、热挤压模等。高的强度、良好的塑性和韧性、较高的热硬性和高的热疲劳抗力。通常为硬性和高的热疲劳抗力。通常为中碳合金钢。中碳合金钢。塑料模具钢：塑料模具钢：塑料模具（塑料模具（1502500C）力学性能要求不高。但一般模具形状复）力学性能要求不高。但一般模具形状复杂、表面要求光洁等，塑料模具要具有优良的工艺性能，较高的硬杂、表面要求光洁等，塑料模具要具有优良的工艺性能，较高的
36、硬度和耐磨、耐蚀性以及强的韧性。度和耐磨、耐蚀性以及强的韧性。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺3）量具钢）量具钢 用于制造各种测量工具的钢。量具钢应具有用于制造各种测量工具的钢。量具钢应具有高硬度、高高硬度、高耐磨性和高的尺寸稳定性耐磨性和高的尺寸稳定性。多为高碳钢和高。多为高碳钢和高碳合金钢。碳合金钢。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺（4 4）不锈钢）不锈钢 不锈钢和耐酸钢的统称，广泛用于化工、石油、卫生、食品、不锈钢和耐酸钢的统称，广泛用于化工、石油、卫生、食品、建筑、航空、核能等。建筑、航空、核能等。性能：优良的耐蚀性、合适的力学性能、良好的工艺性能。性能：优良的耐蚀性、合适的力
37、学性能、良好的工艺性能。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺（5 5）铸铁）铸铁CC2.11%2.11%的铁碳合金的铁碳合金铸铁成分特点：铸铁成分特点：含碳量和含硅量高，杂质元素磷和硫较多。含碳量和含硅量高，杂质元素磷和硫较多。性能特点：性能特点：强度、塑性和韧性差，具有良好的铸造性能、强度、塑性和韧性差，具有良好的铸造性能、切削加工性、减摩性、减震性、价格低廉和工艺简单。切削加工性、减摩性、减震性、价格低廉和工艺简单。1）铸铁的分类）铸铁的分类按碳存在的形式不同分为：按碳存在的形式不同分为：灰口铸铁、白口铸铁。灰口铸铁、白口铸铁。按石墨的形态分：按石墨的形态分：灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、
38、蠕墨铸铁。灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺白口铸铁白口铸铁-大部分的碳以渗碳体形式存在，断口呈银白色；大部分的碳以渗碳体形式存在，断口呈银白色；硬而脆，很难加工。硬而脆，很难加工。灰口铸铁灰口铸铁-大部分的碳以石墨形式存在，断口呈灰暗色；大部分的碳以石墨形式存在，断口呈灰暗色；塑性、韧性低，呈脆性。具有耐磨、减振等性能。塑性、韧性低，呈脆性。具有耐磨、减振等性能。牌号：牌号：HT+数字数字-数字表示最低抗拉强度（数字表示最低抗拉强度（Mpa）HT200 用途：用途：用于制造各种承受压力和要求消震的床身、机架、结构用于制造各种承受压力和要求消震的床身、
39、机架、结构复杂的箱体、壳体等。复杂的箱体、壳体等。见表见表2-12 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺球墨铸铁球墨铸铁-石墨呈球状，具有较高的强度。石墨呈球状，具有较高的强度。牌号：牌号：QT后面两组数字，最低抗拉强度和伸长率。后面两组数字，最低抗拉强度和伸长率。QT6003 用途：用途：用于制造受力复杂、负载较大和要求耐磨的铸件。用于制造受力复杂、负载较大和要求耐磨的铸件。可锻铸铁可锻铸铁-石墨呈团絮状，我国生产主要为黑心可锻铸铁。石墨呈团絮状，我国生产主要为黑心可锻铸铁。塑性、韧性显著提高。塑性、韧性显著提高。牌号：牌号：KTH后面两组数字，可铁黑，第一组数字表示最低抗拉后面两组数字，可
40、铁黑，第一组数字表示最低抗拉强度（强度（Mpa），第二组数字表示最低伸长率。），第二组数字表示最低伸长率。KTH3006 用途：用途：用于工作中承受冲击和振动的零件用于工作中承受冲击和振动的零件.蠕墨铸铁蠕墨铸铁-碳大部分以蠕虫状石墨方式存在。性能介于球墨铸碳大部分以蠕虫状石墨方式存在。性能介于球墨铸铁和灰口铸铁之间。铁和灰口铸铁之间。RuT400-“RuT”和最小抗拉强度。和最小抗拉强度。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺（6 6）铝和其合金）铝和其合金 重要的工业造型材料，它构成现代工业产品的重要的工业造型材料，它构成现代工业产品的“小巧轻薄小巧轻薄”及简洁、平直、刚劲挺拔及简洁、平直、
41、刚劲挺拔的造型风格。的造型风格。1）纯铝的性质：）纯铝的性质：是一种银白色的轻金属，密度小，是一种银白色的轻金属，密度小，2.7g/cm3，熔点，熔点6600C；导电导热性好；导电导热性好；强度和硬度低，塑性好（面心）；强度和硬度低，塑性好（面心）；在大气中有良好的抗氧性；在大气中有良好的抗氧性；不耐酸、碱、盐的腐蚀。不耐酸、碱、盐的腐蚀。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2）铝合金）铝合金 （加入铜、镁、硅、锰等）（加入铜、镁、硅、锰等）性质：性质：轻质、强度高，具有优良的导电、导热和抗蚀性，易加轻质、强度高，具有优良的导电、导热和抗蚀性，易加 工，耐冲压，可着色成各种颜色。工，耐冲压，可
42、着色成各种颜色。分类分类 从铝合金的共晶相图可知，一般将铝合金分为从铝合金的共晶相图可知，一般将铝合金分为变形铝合金、铸变形铝合金、铸造铝合金；造铝合金；变形铝合金（压力加工铝合金）变形铝合金（压力加工铝合金）：塑性好，是优良的轻型材料塑性好，是优良的轻型材料铸造铝合金铸造铝合金 AlSi系系 ZL101、ZL102等等 AlCu系系 ZL201、ZL202等等 AlMg系系 ZL301、ZL302等等 AlZn系系 ZL401、ZL402等等 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺(7)铜及铜合金（最早应用的有色金属）铜及铜合金（最早应用的有色金属）1）纯铜）纯铜 玫瑰色，氧化后呈紫色玫瑰色，
43、氧化后呈紫色紫铜，熔点紫铜，熔点10830C，密度，密度8.9g/cm3，面心立方晶格，无同素异构转变，具有一些优异的性能。，面心立方晶格，无同素异构转变，具有一些优异的性能。导热、导电、良好的加工性能，良好的耐蚀性（在大气、淡水）导热、导电、良好的加工性能，良好的耐蚀性（在大气、淡水）应用：导电、导热材料、防磁材料以及配制铜合金。应用：导电、导热材料、防磁材料以及配制铜合金。2）铜合金）铜合金按化学组成分为：按化学组成分为：黄铜、青铜、白铜；黄铜、青铜、白铜；按加工方法分为：按加工方法分为：变形铜合金和铸造铜合金。变形铜合金和铸造铜合金。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺黄铜黄铜（铜（铜锌
44、合金）锌合金）黄铜分为：黄铜分为：普通黄铜（二元合金）和特殊黄铜（多元合金）；普通黄铜（二元合金）和特殊黄铜（多元合金）；应用：应用：导电导热元件、耐蚀结构件、弹性件、冲压件、日用五导电导热元件、耐蚀结构件、弹性件、冲压件、日用五 金及装饰材料。金及装饰材料。普通黄铜用代号普通黄铜用代号“H”和含铜量百分数表示，和含铜量百分数表示，如如H80、H62等。含铜等。含铜80%，余量为锌的黄铜，余量为锌的黄铜特殊黄铜特殊黄铜 “H”+合金元素符号合金元素符号+铜含量铜含量+合金元素含量合金元素含量HPb591表示铅黄铜，含铜量表示铅黄铜，含铜量59%，合金元，合金元素铅的含量素铅的含量1%的黄铜。的
45、黄铜。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺青铜的牌号：青铜的牌号：Q+主加元素符号主加元素符号+主加元素含量主加元素含量+其他元素含量其他元素含量QSn4-3表示锡青铜，其主加元素表示锡青铜，其主加元素Sn含量为含量为4%，其他元，其他元素含量为素含量为3%。青铜青铜 青铜（锡青铜）青铜（锡青铜）以锡为主要合金元素，青灰色。主要制造以锡为主要合金元素，青灰色。主要制造轴瓦、蜗轮、雕塑及要求耐磨、耐蚀的零件。轴瓦、蜗轮、雕塑及要求耐磨、耐蚀的零件。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2.2.22.2.2有机高分子材料有机高分子材料 有机高分子有机高分子化合物（高聚物）：是由千万个原子彼此以化合物
46、（高聚物）：是由千万个原子彼此以共共价键价键连接的大分子化合物；是由一种或多种简单低分子化合物连接的大分子化合物；是由一种或多种简单低分子化合物聚合生成的分子量特别大的有机化合物的总称。聚合生成的分子量特别大的有机化合物的总称。塑料、橡胶、纤维等的总称。塑料、橡胶、纤维等的总称。1.1.有机高分子有机高分子化合物的力学性能化合物的力学性能 高弹性、粘弹性、强度和韧性以及耐磨性。高弹性、粘弹性、强度和韧性以及耐磨性。2.2.有机高分子有机高分子化合物的物理化学性能化合物的物理化学性能 电学性能、热性能、化学稳定性等。电学性能、热性能、化学稳定性等。3.3.有机高分子有机高分子化合物的老化和防止化
47、合物的老化和防止 变硬、变脆、变色等。变硬、变脆、变色等。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2.2.3无机非金属材料无机非金属材料1.陶瓷材料陶瓷材料 一般由晶相、玻璃相和气相组成。一般由晶相、玻璃相和气相组成。性能：力学性能、热性能、化学性能、电性能、光学性质性能：力学性能、热性能、化学性能、电性能、光学性质2.玻璃材料玻璃材料 是熔融物冷却凝固所得到的非晶态无机材料。是熔融物冷却凝固所得到的非晶态无机材料。硅酸盐玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、耐热玻璃等。硅酸盐玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、耐热玻璃等。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺2.2.4复合材料复合材料 复合材料于复合材料于20世纪世纪
48、40年代初，首先是玻璃纤维增强塑料（玻年代初，首先是玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）的问世；璃钢）的问世；20世纪世纪60年代碳纤维、硼纤维增强出现，特别年代碳纤维、硼纤维增强出现，特别适合航空和航天工业。适合航空和航天工业。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺复合材料的特点：复合材料的特点：比强度、比模量高比强度、比模量高 比强度大，零件自重小，比模量高，零件刚度大。比强度大，零件自重小，比模量高，零件刚度大。有良好的抗疲劳性能有良好的抗疲劳性能具有良好的耐磨性和自润滑性好具有良好的耐磨性和自润滑性好高温性能好高温性能好独特的成型工艺性能独特的成型工艺性能 可以整体一次成型，材料有效利用率高。可以
49、整体一次成型，材料有效利用率高。飞机上使用了复合材料，机身减重飞机上使用了复合材料，机身减重21%，寿命延长两万小时，寿命延长两万小时比模量：弹性模量与密度之比比模量：弹性模量与密度之比 产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺第二章习题第二章习题1.1.金属材料的性能主要包括哪些内容？金属材料的性能主要包括哪些内容？2.2.解释下列名词：解释下列名词：塑性、比强度、屈强比、屈服点、布氏硬度、洛氏硬度、塑性、比强度、屈强比、屈服点、布氏硬度、洛氏硬度、冲击韧性、晶格、晶胞、同素异构转变、相。冲击韧性、晶格、晶胞、同素异构转变、相。3.3.解释下列硬度值表示的含义？解释下列硬度值表示的含义？500H
50、BW5/800 500HBW5/800、200HBS10/1000/30 200HBS10/1000/30、60HRB 60HRB。4.4.金属材料是如何进行分类的？金属材料是如何进行分类的？5.5.钢材按化学成分不同可分为哪几类？钢材按化学成分不同可分为哪几类？6.6.指出指出2020、45Mn45Mn、Q235B.FQ235B.F、Q215BQ215B、T10AT10A、T12T12钢的名钢的名称，钢中数字和符号的含义，写出每一个牌号的称，钢中数字和符号的含义，写出每一个牌号的1212个应用个应用实例？实例？产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺7.解释下列牌号：解释下列牌号：40Cr、60
