产品造型设计材料与工艺.ppt

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1、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

2、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 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

3、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料与工艺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

4、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（）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。硬度硬度衡衡量量材材料料软软硬硬程程度度的的指指标标。有有压压入入法法、刻刻划划法法、回回跳跳法法等等。常常用压入法，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产品造型材料与工艺（1）布氏硬度）布氏硬度用用淬淬火火钢钢球球或或硬硬质质合合金金球球为为压压头头，在在试试验验力力作作用用下下，持持续续一一定定时间测得的单位面积上所承受载

5、荷。时间测得的单位面积上所承受载荷。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，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

6、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用锥锥顶顶角角1200的的金金刚刚石石圆圆锥锥体体或或一一定定直直径径的的钢钢球球为为压压头头，在在规规定定载载荷荷作作用用下下压压入入金金属属表表面面，由由压压头头在在金金属属表表面面所所形形成的压痕深度来确定的硬度值

7、。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为为卸卸除除主主载载荷荷后后，由由于于金金属属弹弹性性变变形形恢复，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C常常数数，当当用用金金刚刚石石圆圆锥锥体体压压头头取取100，当当用用钢球取钢球取130。h压痕深度增量压痕深度增量mm产品造型

8、材料与工艺产品造型材料与工艺洛洛氏氏硬硬度度常常用用的的标标尺尺有有A、B、C三三种种。洛洛氏氏硬硬度度值值也也可可由由硬度计直接读出。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，测试效率较高。产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺韧性韧性韧韧性性（冲冲击击韧韧性性）：材材料料在在冲冲击击载载荷荷或或振振动动载载荷荷作作用用下下，抵抵抗抗变变形形和和断断裂裂的的能能力力。材材料料在在塑塑性性变变形形和和断断裂裂过过程程中中，吸吸收收能能量的能力。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

9、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。冲冲击击韧韧性性常常用用一一次次摆摆锤锤弯弯曲曲冲冲击击试试验验，在在摆摆锤锤式式冲冲击击试试验验机机上上进进行行，按按GB/T2291994规规定定，试试件件采采用用带带缺缺口口试试样样（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冲断断试试样样所所消消耗耗的的能能量量，即即冲冲击击吸吸收收功功为为A Ak k=mg=mg（H H1 1-H-H2 2），单单位位为为J J。A Ak k越越大大，冲冲击击韧韧性性越越好好。冲

10、冲击击韧韧性性是是一一个个由由强强度度和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cm2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

11、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）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。复复合合材材料料于于2020世世纪纪4040年年代代初初，首首先先是是玻玻璃璃纤纤维维增增强强塑塑料料（玻玻璃璃钢钢）的的问问世世；2020世世纪纪6060年年代

12、代碳碳纤纤维维、硼硼纤纤维维增增强强出出现现，特特别别适适合合航航空空和和航航天天工工业业。飞飞机机上上使使用用了了复复合合材材料料，机机身身减减重重21%，寿寿命命延长两万小时。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。第第四四代代复复合合材材料料用用有有机机、无无机机非非金金属属乃乃至至

13、金金属属等等各各种种原原材材料料复复合合而而成成的的，一一般般由由两两种种或或两两种种以以上上不不同同材材料料在在一一起起，不不同同性性能能的的材料显示各自的特性。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。第第五五代代的的智智能能材材料料或或应应变变材材料料具具有有潜潜在在功功能能的的高高级级形形式式的的复复合合材料。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金属材料金属材料

14、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

15、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）晶晶格格常常数数：晶晶胞胞的的大大小小和和形形状状，常常以以晶晶胞胞的的棱棱边边长长度度a、b、c及及棱棱间间夹夹角角、来来表表示示，X、Y、Z称称为为晶晶轴轴。棱棱边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

16、一个正立方体，晶胞是一个正立方体，a=b=c，=900典型金属典型金属有：有：-Fe、Cr、Mo、W、V、K、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个个这类金属这类金属塑性极好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

17、：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大部

18、部分分金金属属只只有有一一种种晶晶格格类类型型，但但也也有有少少数数金金属属具具有有两两种种或或几几种种晶晶格格类类型型（FeFe、MnMn、TiTi、CoCo）等等。当当改改变变温温度度时时，金金属属会会由由一一种种晶晶体体结结构构转转变变为为另另一一种种晶晶体体结结构构，这这种种现现象象称称为为同同素素异异构构转转变。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

19、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

20、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。溶质原子溶入金属溶剂中所组成的合金相。固固溶溶体体的的点点阵阵结结构构仍仍保保持持溶溶剂剂金金属属的的结结构构，只只引引起起晶晶格格参参数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。金金属属材材料料绝绝大大部部分分以以固固溶溶体体为为基基体体，有有的的甚甚至至完完全全由由固固溶溶体体所组成。所组成。（2）金属化合物：）金属化合物：固固液液合合金金中中，由由于于各各组组元元之之间间相相互互作作用用而而形形成成的的一一种种具具有有特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

21、金属属化化合合物物：是是碳碳钢钢、各各类类合合金金钢钢、硬硬质质合合金金和和许许多多有有色色金金属属的的重重要要组组成成部部分分。其其性性能能与与各各组组元元显显著著不不同同，通通常常熔熔点点高高、硬硬而而脆脆，合合金金中中含含金金属属化化合合物物时时，可可提提高高其其强强度度、硬硬度度和和耐耐磨磨性，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

22、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：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

23、合金高强度钢由由代代表表屈屈服服点点的的字字母母、屈屈服服点点数数值值、质质量量等等级级符符号号、脱脱氧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、TZ TZ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

24、碳碳素素结结构构钢钢和和低低合合金金钢钢区区别别在在屈屈服服点点上上，碳碳素素结结构构钢钢最最高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

25、好。优质碳素结构钢杂质元素比较少，各方面质量好。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合金金结结构构钢钢：在在碳碳素素结结构构钢钢中中加加一一种种或或数数种种合合金金元元素素的的钢钢，具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

26、机械性能和某些特殊的物理、化学性能。应用：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。不标。若为高级优质钢，钢号后加若为高级优质钢，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E60Si2Mn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。

27、铸钢的牌号一种用强度表示，也有用化学成分表示。“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%的的优质优质碳素工具钢。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%的的高级优质高级优质碳素工具钢。碳素工具

28、钢。.产品造型材料与工艺产品造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-表表示示平平均均含含碳碳量量0.9%，含含硅硅合合金金元元素素小小于于1.5%，含含铬铬元元素素低低于于1.5%的的合合金金工工具具钢钢钢钢。5CrMnMo、CrWMnCr12-表示平均含碳量表示平均含碳量大于大于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

29、构钢分为碳素结构钢、低合金高强度钢、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、NbN

30、b、TiTi等。等。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

31、特点和主要用途分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

32、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

33、简单的低速切削刃具，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

34、具的钢。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

35、的硬度和耐磨、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

36、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C C2.11%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

37、、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用用途途：用用于于制制造造各各种种承承受受压压力力和和要要求求消消震震的的床床身身、机机架架、结结

38、构构复杂的箱体、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。牌牌号号：KTH后后面面两两组组数数字字，可可铁铁黑黑，第第一一组组数数字字表表示示最最

39、低低抗抗拉拉强度（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。铸铁和灰口铸铁之间。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）铝和其合金重重要要的的工工业业造造型型材材料料，它它构构成成现现代代工工业业产产品品的的“小小巧巧轻轻薄薄”及简洁、平直、刚劲挺拔及简洁、平直、刚劲挺拔的造型风格。的

40、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，可着色成各种颜色。分类分类

41、从从铝铝合合金金的的共共晶晶相相图图可可知知，一一般般将将铝铝合合金金分分为为变变形形铝铝合合金金、铸铸造铝合金；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）纯铜玫玫瑰瑰色色，氧氧化化后后呈呈紫紫色色紫紫铜铜，熔熔点点10830C，密密度度

42、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（铜锌合金）锌合金）黄铜分为：黄铜分为：普通黄铜（二元合金）和特

43、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，余量为锌的黄铜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

44、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表表示示锡锡青青铜铜，其其主主加加元元素素Sn含含量量为为4%，其其他他元元素含量为素含量为3%。青铜青铜青青铜铜（锡锡青青铜铜）以以锡锡为为主主要要合合金金元元素素，青青灰灰色色。主主要要制制造造轴瓦、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有机高分子材料有机高分子材料 有有机机高高分分子子化化合合物物（高高聚聚物物）：是是由由千千万万个个原原子子彼彼此此以以共共价价键键连连接接的的大大分分子子化化合合物物；是是由由一一种种或或

45、多多种种简简单单低低分分子子化化合合物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无机非金属材料

46、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复合材料复合材料复复合合材材料料于于20世世纪纪40年年代代初初，首首先先是是玻玻璃璃纤纤维维增增强强塑塑料料（玻玻璃璃钢钢）的的问问世世；20世世纪纪60年年代代碳碳纤纤维维、硼硼

47、纤纤维维增增强强出出现现，特特别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

48、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？500HBW5/800 500HBW5/800、200HBS10/1000/30 200HBS10/1000/30、60HRB 60HRB。4.4.金属材料是如

49、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钢的名称，钢的名称，钢中数字和符号的含义，写出每一个牌号的钢中数字和符号的含义，写出每一个牌号的1212个应用实例个应用实例？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、60Si2Mn、9SiCr、3Cr2W8V、5CrNiMo、9Mn2V8.下列牌号各表示什么铸铁？牌号中的字母和数字表示什下列牌号各表示什么铸铁？牌号中的字母

50、和数字表示什么含义？主要用途各举么含义？主要用途各举12例。例。HT200、QT6003、KTH3006书后作业书后作业1 1、2 2、3 3、6 6、1010、1212产品造型材料与工艺产品造型材料与工艺一、金属材料的性能包括使用性能和工艺性能一、金属材料的性能包括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。工艺性能工艺性能-材料对各种加工工艺适应的能力。材料对各种加工工艺适应的能力。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。有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。有强度、塑性、硬度、