机械工程材料及应用教案王纪安

《机械工程材料应用》教案

项目一工程材料与机械制造过程

课题：材料的发展过程分类及发展趋势（4课时）

导入：教师以教材“问题”进行课程的始学教育，举出身边某制品或零件，说出是什么材料制造的，为何选用这种材料？

教学目标：1.了解机械工程材料及其分类；

2. 了解机械工程材料的发展过程；

3. 了解机械制造过程；

4. 了解机械工程材料在机械制造过程中的地位和作用

前测：什么是机械工程材料？你所知道的机械制造过程有哪些？

教学过程：

【板书】一.材料的简要发展过程

材料是人类文明和技术进步的重要标志。

石器时代→青铜器时代→铁器时代→钢铁时代→新材料时代

1、司母戊大鼎发掘历史；

2、新型材料（航空航天材料）。

【讲解】在浩瀚的材料世界里，金属材料是一个最大的王国。最早，我们人类使用的金属材料主要是天然产品。（穿插讲解材料史话）经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代的漫长历史过程后，在冶金技术的推动下，我们又从钢铁时代迈进了新材料时代。在人类文明历程中，金属材料对推动社会的发展，促进文明的进步，丰富文化的内容，改变人们的生活方式发挥了巨大作用。当今世界，金属材料已成为工农业生产、人民生活、科学技术和国防发展的重要物质基础。离开了金属材料的“钢筋铁骨”，桥梁将断，舰艇将毁，大厦将倾，工厂将停……

二、了解机械工程材料的分类及发展过程

1 、定义机械工程材料主要指用于机械工程、电器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程等领域的材料。

2、分类（按化学成分分类）

金属材料 (综合性能好，用量最大、应用范围最广)

【设问】同学们在平时的生活中看到过哪些金属（纯金属）？

【板书】1．金属：如铁、铜、铝、金、银等，共有90种。常温下为固体（除汞外）。

【设问】金属与非金属比较有哪些特性？

【板书】2．金属特性：

具有金属光泽；（铁、铝等大多数金属为银白色，铜为紫红色，金为黄色）

有良好的导电性和导热性；（铜、铝是优良的导电体）

有一定的强度和塑性。

【交流与讨论】金属是一类重要的材料，人类的生活和生产都离不开金属。请说出下表日常生活中使用的金属。

【讲解】强度、硬度很小，无法用来制造承受大载荷的机械零件和工具。如果我们将一种金属跟其他金属(或非金属)熔合制成具有金属特性的物质就得到合金。

合金：一种金属跟其他金属(或非金属)熔合制成具有金属特性的物质。

教师指导阅读表1-1日常生活中常见的合金和教材内容，并介绍记忆合金。

【交流与讨论】

1．组成合金的元素一定是金属元素吗？从概念上来理解合金至少有几种元素组成？其中有一种肯定是什么元素？

2．合金的用途远远比纯金属广泛得多，请问这是为什么？

金属材料：将纯金属和合金材料统称为金属材料。

1．黑色金属：以铁或以它们为主形成的物质。如碳钢、合金钢和铸铁等。

2．有色金属：除黑色金属以外的金属和合金。如铜及铜合金、铝及铝合金和轴承合金等。

【讲解】金属材料在机械工业中应用最为广泛，在各种机械设备所用的材料中，金属材料占90%以上。这是由于金属材料不仅冶炼资源丰富，而且还具有优良的物理、化学、力学和工艺性能。此外，金属材料品种多，性能各异，可以通过不同的加工方法（例如热处理），使金属材料的某些性能获得进一步的改善，从而扩大其使用范围。

高分子材料 (质轻、耐腐蚀，常用于化工、机械、航空航天等)

陶瓷材料（高硬度、耐腐蚀、绝缘，用于电器、化工、航空航天等等）

复合材料（轻、高的比强度、比刚度，结合两种材料的性能优点，用于航空航天等领域）

三、机械制造过程与材料

1、机械工程材料的常用性能

材料使用性能

力学性能（强度、塑性、韧性等）

物理性能（光、热、电、磁等）

化学性能（氧化、腐蚀等）

材料工艺性能

加工性能（切削、锻造等）

铸造性能（适合铸造与否）

焊接性能（容易焊接与否）

热处理性能（可热处理强化）

2、机械工程材料的加工方法

金属材料的加工方法：铸造、锻造、焊接、冲压、

合金粉末：粉末冶金

工程陶瓷材料：压制、烧结

工程塑料、橡胶：注塑、挤出、吹塑、模压、压铸等

复合材料：层压、浇注、粘贴

3、金属材料的热处理

钢的热处理方法：普通热处理：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。钢的表面热处理（1）感应淬火感应淬火是指利用感应电流通过工件所产生的热量，使工件表层、局部或整体加热并快速冷却的淬火。（2）火焰淬火

钢的化学热处理：目前常用的化学热处理有：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

四．课程学习指导

1．机械制造和日常生活的基础知识；

2．学习其他后续工艺学的基础。

3．课程特点与学习要求

【小结】：

1．机械工程材料及分类；金属材料、有机高分子材料、无机非金属、复合材料

2. 了解机械工程材料的发展过程；石器时代→青铜器时代→铁器时代→钢铁时代→新材料时代

3. 了解机械制造过程；

4. 了解机械工程材料在机械制造过程中的地位和作用

【作业】书面：习题

【交流与讨论】阅读下面的一段故事，谈谈你的感想。

形状记忆合金的发现

许多重大的发现都源于偶然事件。20世纪60年代初，美国海军研究所的的一个研究小组把一些乱如麻丝的镍-钛合金拉直，以便使用。他们无意中发现，当温度升高到一定值时的时候，这些已被拉直的镍-钛合金突然“记忆”起自己的模样，又恢复到弯弯曲曲的“本来面目”。经过材料专家的反复实验，证实了镍-钛合金丝“变形——恢复”的现象能重复进行。其实，类似的现象早在20世纪50年代初就不止一次被观察到，只不过当时没有引起人们的足够重视。

这一发现引起了科学家们的极大兴趣，经研究发现，铜基合金，铁基合金等都有这种奇妙的记忆本领。

课题：项目二螺栓、螺母的选材——碳素结构钢的应用（4课时）

【导入新课】螺栓、螺母使用什么材料做的？它为什么有这样的性能？材料内部结构？【学习目标】

1.了解分析螺栓、螺母的工作条件

2. 了解分析机械工程材料的力学性能

3. 了解分析金属材料内部的晶体结构特点

4.了解碳素结构钢的种类、牌号、性能与应用

5了解分析螺栓、螺母的选材

教学重点：碳素结构钢的种类、牌号、性能与应用

螺栓、螺母的选材

教学难点：了解分析机械工程材料的力学性能

了解分析金属材料内部的晶体结构特点

前测：低碳钢的力学性能有哪些？如何测定的？

金属材料内部的晶体结构如何？

螺栓、螺母的选材？

教学过程：

【板书】螺纹联接件的服役条件分析

1、螺纹联接件的主要功能：连接、传递载荷（载荷的分类：动载荷静载荷）

2、螺纹联接件的受力情况分析：螺栓受拉力、螺母受剪切力

3、螺纹联接件的失效分析：螺栓受拉力：塑性变形和断裂

螺母受剪切力：剪断和压溃

材料的力学性能

力学性能：金属材料在外力作用时表现来的性能。

力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。

【讲解】在机械设备及工具的设计、制造中选用金属材料时，大多以力学性能为主要依据，因此熟悉和掌握金属材料的力学性能是非常重要的。力学性能不仅是本章学习的重点，同时也是整个教材的学习重点，希望同学们要努力学习掌握好这些内容。本节课学习准备知识。

一、低碳钢的拉伸试验分析

1、绘制拉伸试样应力与应变曲线

金属材料的强度、刚度与塑性可通过静拉伸试验测定。

图1-1 力—伸长曲线和拉伸式样 1-2应力—应变曲线力-伸长曲线（也叫拉伸曲线）为了消除试样尺寸影响，引入应力-应变曲线，如图1-2所示。

应力-应变曲线的形状与力-伸长曲线相似，只是坐标和数值不同，从中，可以看出金属材料的一些力学性能。

【板书】拉伸试样

圆形长试样 L0=10×d0

圆形短试样工 L0= 5×d0

【讲解】d0为试样的原始直径（mm）， L0为试样的原始长度（mm）

【讲解】拉伸曲线是指以载荷F为纵坐标，试样伸长量△L为横坐标绘制的曲线，如下图为低碳钢的拉伸曲线。

【板书】2、低碳钢的拉伸曲线四个阶段的分析：

oe─弹性形变形阶段

试样的伸长量△L和载荷F成正比，试样只发生弹性形变。

es─屈服阶段

试样发生屈服现象，开始产生明显的塑性变形。

屈服现象：载荷保持不变或略有减小而试样的变形继续增加的现象。

sb ─强化阶段

试样发生变形强化，产生大量的塑性变形。

变形强化：随着塑性变形的增加，金属材料强度、硬度增大，塑性、韧性下降的现象。

b Z ─缩颈阶段

试样出现缩颈，塑性变形所需的载荷逐渐减小。

3、附加的一些概念

【板书】（一）、载荷（金属材料在加工和使用过程中所受的外力）

静载荷：指大小不变或变动很慢的载荷。

如地面所受讲台的压力，千斤顶工作所受的载荷。

冲击载荷：指突然增加的载荷。

如铁匠用铁锤锻打工件、高速行驶的汽车相撞的载荷。

交变载荷：指周期性或非周期性的动载荷。

如电扇主轴、弹簧工作时所受的载荷。

【交流与讨论】请根据下列的文字描述，判断物体所受的载荷类型。

电视机放在桌面上，桌面所受的载荷是_____________。

在金属拉伸试验中。金属试样所受的载荷是_________。

电动机工作时，电动机主轴所受的载荷是___________。

人坐在沙发上，沙发里弹簧所受的载荷是___________。

子弹击中金属防弹衣，防弹衣所受的载荷是_________。

【板书】（二）、变形（金属材料受载荷作用发生几何形状和尺寸的变化。）

【演示】教师用橡皮筋、弹簧演示弹性变形，用镀锌钢丝、薄钢板演示塑性变形。

【板书】弹性变形：载荷去除后，可完全恢复的变形。

塑性变形：载荷去除后，不可恢复的永久变形。

【讲解】金属材料的弹性变形可用于控制机构运动、缓冲与吸振、储存能量等。金属材料塑性变形可用于成型产品的加工，70%的金属材料是通过塑性变形加工成型的。

【交流与讨论】

1、弹性变形与塑性变形的根本区别是什么？(有无永久变形。)

2、生活、生产哪些地方发生弹性变形或塑性变形？你知道哪些产品产通过塑性变形加工成形的？（①沙发、席梦思中弹簧变形；汽车、拖拉机车厢下板弹簧的变形；闹钟发条的变形。②课桌椅上钢板折边、钢管弯折；自行车铃、弹壳的冲压加工；轿车车身冲压加工。）

3、加工制造好的机械零件，在使用时一旦发生塑性变形有什么危害？（零件变形、失效，甚至发生断裂。）

【板书】（三）应力

1、内力 金属受外力作用后，在材料内部作用着与外力相对抗的力称为内力。

F 内力= F 外力

【板书】 2、应力：单位面积上的内力。

σ=F S

式中 F ──外力（N ）；

S ──横截面积（mm 2）；

σ──应力，常用单位为MPa （N/mm 2），1MPa=106 Pa 。

【板书】结论：当横截面积一定时，应力越大，表示材料承受载荷的能力越大。

例 碳钢 最大应力

Ｑ235钢（生活中最常用的钢） 460 MPa

45钢 （制电机主轴的钢） 600 MPa

65Mn 钢（制沙发弹簧的钢） 735 MPa

4、强度、与塑性

（1）强度 是指材料在载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。强度的大小通常用应力表示，符号为σ，单位为MPa （兆帕）。工程上常用的强度指标有：屈服点和抗拉强度等。

① 屈服点σs （σ）

由曲线1-2可知：σe 是试样保持弹性变形的最大应力；当应力＞σe 时，产生塑性变形；当应力达σs 时，试样变形出现屈服。此时的应力称为材料的屈服点（σs ）：

o

s s S F =σ（MPa ） 式中 F s —试样屈服时所承受的载荷（N ）

S 0—试样原始横截面积（mm 2）

有些材料用规定残余伸长应力σr 来表示它的屈服点，如图1-3所示。表示此应力的符号，如：σ表示规定残余伸长率为%时的应力值（经常写成σ）：

2020S F .r .r =σ（MPa ） 式中 —残余伸长率达%时的载荷（N ）； S 0—试样原始横截面积（mm 2）。

② 抗拉强度σb

试样拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb 表示：

o

b b S F =σ (MPa) 式中 F b —试样在拉伸过程中所承受的最大载荷（N ）

S o —试样原始横截面积（mm 2）

在实际生产中，σs 是工程中塑性材料零件设计及计算的重要依据，σ则是不产生明显屈服现象零件的设计计算依据。有时可直接采用抗拉强度σb 加安全系数。

在工程上，把σs /σb 称为屈强比。屈强比一般取值在～。

（2）刚度

材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度，它表示材料产生弹性变形的难易程度。刚度的大小，通常用弹性模量E （单向拉伸或压缩时）及G （剪切或扭转时）来评价。

（3）塑性

塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。常用的性能指标：

① 断后伸长率

断后伸长率是指试样拉断后标距长度的伸长量与原标距长度的百分比。用符号δ表示：

%1000

21?-=L L L δ 式中 L 0—试样原标距长度（mm ）

L 1—试样拉断后对接的标距长度（mm ）

伸长率的数值和试样标距长度有关。δ10表示长试样的断后伸长率（通常写成δ），δ5表示短试样的断后伸长率。同种材料的δ5>δ10，所以相同符号的伸长率才能进行比较。

② 断面收缩率

断面收缩率是指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号ψ表示：

%1000

10?-=S S S ψ 式中 S o —试样原始横截面积（mm 2）；

S 1—试样拉断后缩颈处最小横截面积（mm 2）。

断面收缩率不受试样尺寸的影响，比较确切地反映了材料的塑性。一般δ或ψ值越大，材料塑性越好。

【观察与思考】

【讲解】金属材料的屈服点和抗拉强度数值越大，材料的强度越大。机械零件工作时所受的应力当超过材料的屈服点时，零件则发生塑性变形，导致零件精度下降；零件工作时当所受的应力超过材料的抗拉强度时，零件则产生过量的塑性变形而造成失效甚至断裂。因此，金属材料的屈服点和抗拉强度是机械设计和选材的主要依据，评定金属材料优劣的重要指标。

【讲解】金属材料的δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。

塑性好的金属的实用意义：塑性好的金属可以发生大量塑性变形而不破坏，便于通过塑性变形加工，制成形状复杂的零件；塑性好的金属在受力过大时，由于首先产生塑性变形而不致发生突然断裂，使用比较安全。

材料的晶体结构

一、材料的结合方式

（一）、结合键

1化学键

组成物质整体的质点(原子、分子或离子)间相互作用力叫化学键。由于质点相互作用时，其吸引和排斥情况的不同，形成了不同类型的化学控，主要有共价健、离子键和金属链。

2．共价键原子之间不产生电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合，形成共价键。金刚石、单质硅、SiC 等属于共价键。共价键具有方向性，故共价键材料是脆性的。具有很好的绝缘性。

3．离子键

大部分盐类、碱类和金属氧化物在固态下是不能导电的．熔融时可以导电。这类化合物为离子化合物。当两种电负性相差大的原子(如碱金属元素与卤族元素的原子)相互靠近时，其中电负性小的原子失去电子，成为正离子，电负性大的原子获得电子成为负离子，两种离子靠静电引力结合在一起形成离子键。

在Nacl 晶体中，离子型晶体中，正、负离子间有很强的电的吸引力，所以有较高熔点，故离子镁材料是脆性的。故固态时导电性很差。

4．金属键

金属原子的结构特点是外层电子少，容易失去。当金属原子相互靠近时，其外层的价电子脱离原子成为自由电子．为整个金属所共有，它们在整个金属内部运动，形成电子气。这种由金属正离子和自由电子之间互相作用而结合称为金属键。

金属键无方向性和饱和性，故金属有良好的延展性，良好的导电性。因此金属具有正的电阻温度系数，更好的导热性，金属不透明，具有金属光泽。

5．范德瓦尔键

许多物质其分子具有永久极性。分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电力相吸引，使之结合在一起，称为范德瓦尔键也叫分子键。

6．工程材料的键性

金属材料的结合主要是金属键，陶瓷材料的结合键主要是离子键与共价键。高分子材料的链状分子间的结合是范德瓦尔键，而链内是共价键。

（二）、晶体与非晶体

1．晶体与非晶体

原子排列可分为三个等级，即无序排列，短程有序和长程有序。

物质的质点（分子、原子或离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质叫晶体。金属、陶瓷

非晶体在整体上是无序的。玻璃、松香、沥青、塑料

晶体与非晶体中原子排列方式不同，导致性能上出现较大差异。晶体具有一定的熔点，非晶体则没有。晶体的某些物理性能和力学性能在不同的方向上具有不同的数值成为各项异性。

二、金属材料的晶体结构

（一）晶体结构的基本概念

晶体：指原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。

晶体结构：指晶体中的原子（离子或分子）在空间的具体排列。

晶胞：是能够反映晶格中原子重复排列规律的最基本单元。

金属中常见的晶体结构有：体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构。

（二）三种典型的金属晶体结构

1.面心立方

原子位置立方体的八个顶角和每个侧面中心

2.体心立方

原子位置立方体的八个顶角和体心

2.体心立方

3. 密堆六方

原子位置 12个顶角、上下底心和体内3处

（三）实际金属的晶体结构

按照晶体中原子排列不规则区域的尺寸大小，将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。

点缺陷：指原子排列的不规则区域在空间三个方向上尺寸都是很小的一种缺陷，如空位、间隙原子和置换原子(见图2-8)。

线缺陷：指原子排列的不规则区域在空间一个方向上尺寸很大，而在另外两个方向尺寸是很小的一种缺陷，如刃型位错(图2-9)。

面缺陷：指原子排列的不规则区域在空间两个方向上尺寸很大，而在另外一个方向尺寸是很小的一种缺陷，如晶界、亚晶界(图2-11)。

在点缺陷、线缺陷和面缺陷附近，原子都偏离了原来的平衡位置，使晶格发生畸变，对晶体的性能会产生明显的影响。晶体缺陷越多，金属强度越高。细晶强化是提高金属材料强度的重要方法。

（四）合金的晶体结构

由于合金的性能取决于它的组织，而合金组织的性能又首先取决于合金中的相的性能。所以为了掌握合金的组织和性能，就必须了解合金的相结构及其性能。

合金的“相结构”，是指合金中相的晶体结构，也就是说“相结构”是相中原子的具体排列规律。合金可以形成不同的相，其结构比纯金属复杂。不同的相原子排列方式（相结构）是不同的。根据合金中各组元间的相互作用，合金中相的结构主要有固溶体和金属化合物两大类。

1．固溶体固溶体是指合金中两组元在固态下相互溶解而形成的均匀固相。

溶剂是组成固溶体的两个组元中，能够保持其原有晶格类型的组元；

溶质是失去原有晶格类型的组元。

固溶体的晶格仍然保持溶剂的晶格类型。根据溶质原子在溶剂晶格中所占的位置不同，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。

（1）置换固溶体是指溶质原子占据了部分溶剂晶格结点位置而形成的固溶体，如右图（a）所示。

按溶解度不同，置换固溶体可分为无限固溶体和有限固溶体两种。

无限固溶体：溶质原子与溶剂原子能以任何比例相互溶解所形成的固溶体。例如铜镍合金，铜原子和镍原子可按任意比例相互溶解。

有限固溶体：溶质在溶剂中的溶解度是有限的固Array溶体。如铜锌合金当W Zn＞40%时为有限固溶体（组织

除了α固溶体外，还有铜与锌形成的金属化合物）。

溶解度的大小主要取决于组元间的晶格类型、原子半径和温度等。实验证明，大多数合金都只能有限固溶，且溶解度随温度的降低而减少。

形成无限固溶体的条件：只有各组元的晶格类型相同，原子半径相差不大等。

（2）间隙固溶体间隙固溶体形成的条件：是溶质原子半径与溶剂的原子半径的比值r溶质/r溶剂≤。因此，形成间隙固溶体的溶质元素通常是原子半径小的非金属元素，如碳、氮、氢、硼、氧等。

（3）固溶体的性能形成固溶体时，虽然保持着溶剂的晶格类型，但由于溶质原子的溶入，将会使固溶体的晶格常数发生变化而形成晶格畸变，增加了变形抗力，因而导致材料强度、硬度提高。这种通过溶入溶质元素，使固溶体强度和硬度提高的现象称为固溶强化。

对于钢铁材料来说，固溶强化是其强化途径的一种；而对于非铁金属材料来说，固溶强化是重要的强化手段。

2．金属化合物（中间相）

当溶质含量超过固溶体的溶解度时，除了形成固溶体外，还将出现新相，若新相的晶体结构不同于任意组成元素，新相将是组元元素间相互作用而生成的一种新的物质，即为金属化合物或中间相。根据形成条件和结构特点，常见的金属化合物有正常价化合物、电子化合物、间隙化合物三种类型。

弥散强化金属化合物的晶格类型和性能不同于组成它的任一组元，一般熔点高，硬而脆，生产中很少直接使用单相金属化合物的合金。但当金属化合物呈细小颗粒状均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。

金属材料的分类

一、钢的分类钢是碳的质量分数不大于%，并可能含有其它元素的铁碳合金（在个别钢中，如高铬钢，其WC可超过%）。钢的种类很多，常用分类方法如下：

1．传统的分类方法：

按化学成分分为：碳素钢（简称碳钢）、合金钢；

按品质分为：普通、优质、高级优质、特级优质钢；

按用途分为：结构、工具、特殊性能、专业用钢；

按冶炼方法分：可按炉类型进一步分为平炉、转炉、电炉钢；按脱氧程度和浇铸制度进一步分为沸腾、镇静和半镇静钢；按金相组织分类时，可按退火状态的钢、正火状态的钢、无相变或部分发生相变的钢进一步分类。

2．新的分类方法

1992年10月中国颁发了“钢分类”国家标准（GB/T13304－91）。按照此标准，钢的分类分为两部分：第一部分，按化学成分分类；第二部分，按主要质量等级、主要性能及使用特性分类。（1）按化学成分分为：非合金钢、低合金钢和合金钢。各种钢的合金元素规定质量分数的界限值见附录附表Ⅲ。（2）按主要质量等级、主要性能及使用特性

二、铸铁的分类

1．按碳存在的形式分类

（1）灰铸铁碳全部或大部分以游离状态石墨的形式存在，断口呈黑灰色；

（2）白口铸铁少量碳溶入铁素体，其余的碳以渗碳体的形式存在，断口呈亮白色；

（3）麻口铸铁碳以石墨和渗碳体的混合形式存在，断口呈黑白相间的麻点。

2．按石墨的形态分类

（1）普通灰铸铁石墨呈片状（2）蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状

（3）可锻铸铁石墨呈棉絮状（4）球墨铸铁石墨呈球状

3．按化学成分分类

（1）普通铸铁如普通灰铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁；

（2）合金铸铁又称为特殊性能铸铁，如耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。

三、非铁金属材料的分类

1铝合金：变形铝合金和铸造铝合金2铜合金：黄铜、青铜、白铜

碳素结构钢及螺纹连接件的选材

普通螺纹连接件的选材：碳素结构钢

碳素结构钢的牌号分析：(1).碳素结构钢钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音”Q”、屈服点数值（单位为MPa）和表1中规定的质量等级符号、脱氧方法符号按顺序组成，例如：Q235AF、Q235BZ等。(2).优质碳素结构钢钢的牌号采用阿拉伯数字或阿拉伯数字和化学元素符号以及表1中规定的符号表示。以二位阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计），例如：“08F”、“45”、“65Mn”。

【小结】

1.螺栓、螺母的工作条件

2. 机械工程材料的力学性能

3. 金属材料内部的晶体结构特点

4.碳素结构钢的种类、牌号、性能与应用5．螺栓、螺母的选材

【作业】习题思考

【拓展视野】

成为一名机械工程师需要具备哪些知识

成为一名机械工程师需要掌握的知识 注册机械工程师资格考试基础考试大纲 一.高等数学 1.1空间解析几何向量代数直线平面柱面旋转曲面二次曲面空间曲线 1.2微分学极限连续导数微分偏导数全微分导数与微分的应用 1.3积分学不定积分定积分广义积分二重积分三重积分平面曲线积分积分应用1.4无穷级数数项级数幂级数泰勒级数傅里叶级数 1.5常微分方程可分离变量方程一阶线性方程可降阶方程常系数线性方程 1.6概率与数理统计随机事件与概率古典概型一维随机变量的分布和数字特征数理统计的基本概念参数估计假设检验方差分析一元回归分析 1.7向量分析 1.8线性代数行列式矩阵n维向量线性方程组矩阵的特征值与特征向量二次型 二.普通物理 2.1热学气体状态参量平衡态理想气体状态方程理想气体的压力和温度的统计解释能量按自由度均分原理理想气体内能平衡碰撞次数和平均自由程麦克斯韦速率分布律功热量内能热力学第一定律及其对理想气体等值过程和绝热过程的应用气体的摩尔热容循环过程热机效率热力学第二定律及其统计意义可逆过程和不可逆过程熵 2.2波动学机械波的产生和传播简谐波表达式波的能量驻波声速超声波次声波多普勒效应

2.3光学相干光的获得杨氏双缝干涉光程薄膜干涉麦克尔干涉仪惠更斯——菲涅耳原理单缝衍射光学仪器分辨本领x射线衍射自然光和偏振光布儒斯特定律马吕斯定律双折射现象偏振光的干涉人工双折射及应用 三.普通化学 3.1物质结构与物质状态原子核外电子分布原子、离子的电子结构式原子轨道和电子云离子键特征共价键特征及类型分子结构式杂化轨道及分子空间构型极性分子与非极性分子分子间力与氢键分压定律及计算液体蒸气压沸点汽化热晶体类型与物质性质的关系 3.2溶液溶液的浓度及计算非电解质稀溶液通性及计算渗透压电解质溶液的电离平衡电离常数及计算同离子效应和缓冲溶液水的离子积及ph值盐类水解平衡及溶液的酸碱性多相离子平衡溶度积常数溶解度计算 3.3周期表周期表结构周期族原子结构与周期表关系元素性质氧化物及其水化物的酸碱性递变规律 3.4化学反应方程式化学反应速率与化学平衡化学反应方程式写法及计算反应热热化学反应方程式写法化学反应速率表示方法浓度、温度对反应速率的影响速率常数与反应级数活化能及催化剂化学平衡特征及平衡常数表达式化学平衡移动原理及计算压力熵与化学反应方向判断3.5氧化还原与电化学氧化剂与还原剂氧化还原反应方程式写法及配平原电池组成及符号电极反应与电池反应标准电极电势能斯特方程及电极电势的应用电解与金属腐蚀 3.6有机化学有机物特点、分类及命名官能团及分子结构式有机物的重要化学反应：加成取代消去氧化加聚与缩聚典型有机物的分子式、性质及用途：甲烷乙炔

机械工程材料试题

1、 B . 、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 长轴类零件在热处理后进行冷校直，可能会造成力学性能指标降低，主要是 1 C. : D . H 在零件图样上出现如下几种硬技术条件的标注，其中正确的是（ B ）。 B ）。 A . b ： A . HB159 B. 180 ?210H B C. 800HV D . 10?17HR C 3、间隙固溶体与间隙化合物的（ A .结构相同，性能不同 C .结构与性能都相同 固溶体的性能特点是（ 塑性韧性高、强度硬度较低 综合力学性能高 4、 A . D . ）。 D ）。 .结构不同，性能相同 结构与性能都不同 .塑性韧性低、强度硬度高 .综合力学性能低 5、在发生）（：：：L 的共晶反应时，三相的相对成分 （B ）。A . 相同 B .确定 C .不定D . 发 生变化 6、马氏体的硬度取决于（ C ） A .奥氏体的冷却速度 B . 奥氏体的转变温度 C. .奥氏体的碳含 量D .奥氏体的晶粒 7、对形状复杂，截面变化大的钢件进行淬火时, 应选用（ A ） A .高淬透性钢 B 中淬透性钢 C. 低 淬透性钢D.碳素钢 8、对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时, 应采用（ C ） 。A .水中淬火 B . 油中淬火C . 盐 浴中淬火D .空冷 9、GCr15钢中Cr 的平均含量为（ B ）。 A . 15% B . 1.5% C . .0.15% D .没有表示出来 10、高速钢二次硬化属于（ D ）。 A . 固溶强化 B . 细晶强化 C . 位错强化 D . 第二相强化 二、多项选择题（本大题共5小题，每小题4分， 共20分） C. D 1、 A . C. 2、 奥氏体是（BD ）。 碳在F e ::中的间隙固溶体 碳在F e ::中的有限固溶体 下列能进行锻造的铁碳合金是 B .碳在 D.碳在 （AB Fe ：冲的间隙固溶体 Fe ：冲的有限固溶体 A.亚共析钢 B .共析钢 ）。 .共晶白口铸铁 D .亚 共晶白口铸铁 影响碳钢淬火后残余奥氏体量的主要因素是（ 钢材本身的碳含量 B .钢中奥氏体的碳含量 3、 A . 4、 BD ）。 C .钢中碳化物的含量 D. A . C. 5、 汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（ 20号钢渗碳淬火后低温回火 B . 40Cr 淬火后高温回火 20CrMnTi 渗碳后淬火低温回火 D . ZGMn1水韧处理 下列钢种中，以球化退火作为预备热处理的钢种是（ BD ）。A . 钢的淬火加热温度 AC ）。 40Cr B . T12 C . 16Mn GCr15 、填空题（本大题共15空，每空2分，共30分） 1、 合金的相结构有 固溶体和金属化合物两大类，其中前者具有较好的 后者具有较高的硬度，适宜作强化相。 2、 用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈 3、 化学热处理的基本过程包括 分解 4、 促进石墨化的元素有 —碳—、—硅 1、 共晶转变和共析转变的产物都属于 2、 塑性变形后的金属经加热将发生回复、 3、 共析钢的含碳量为 0.7 7 %。 塑性性能，适宜作基本相； 羽毛状，而下贝氏体则呈 吸附 和 扩散 ，阻碍石墨化的元素， _ 两相混合物。 再结晶 针 状。 三个阶段。 _硫_、锰 。 、晶粒长大的变 化。

机械工程材料范文

核壳微粒型磁性液体的制备及其流变性能 顾瑞1，龚兴龙1，江万权2，郝凌云3，张忠4 （1.中国科学技术大学近代力学系，中国科学院材料力学行为和设计重点实验室，安徽合肥 230027；2. 中国科学技术大学化学系，安徽合肥 230026;3.阜阳师范学院，安徽阜阳 236032；4.国家纳米科学中心，北京 100080） 摘要：使用单分散Fe/SiO2椭球型微纳复合胶粒作为磁性微粒，将其用吐温20做表面修饰并分散于油性基液中制备得到磁性液体；使用流变仪对这种新型磁流体的流变性能进行了研究。结果表明，这种磁流体在承受垂直磁场方向的小剪切载荷时，其粘度会随磁感应强度的增加而变大；而当剪切率大于25s-1，其粘度又将减小并趋近于一个恒定值约0.5Pa·s；另外，其在承受小幅振荡剪切载荷时会表现出与典型磁流体不同的粘弹性特征。 关键词：磁性液体；核壳颗粒；流变性能 中图分类号： 文章编号： Preparation and Mechanical Characterization of Magnetic Fluid with Core-Shell Particles ，ZHANG Zhong GU Rui 112 ，GONG Xing-long ，JIANG Wan-quan , HAO Ling-yun 34 （1. CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China；2. Department of Chemistry, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China; 3. Fuyang Normal College, Fuyang 236032, China; 4. National Center for Nanoscience and Technology, Beijing 100080, China） Abstract: Magnetic fluids were prepared by using monodispersed iron/silica (Fe/SiO2) ellipsoidal composite nanospheres as the magnetic materials，which were modified by Tween-20 and dispersed in an oily medium. The rheological properties of the magnetic fluids were studied in detail by rheometer. The Experimental investigation showed that increasing the magnetic field strength yielded an increase of the viscosity, while increasing shear rate leaded to a decrease of the viscosity and the value became a constant about 0.5 Pa·s when shear rate was larger than 25s-1; it was also indicated that the viscoelastic behavior of the magnetic fluids was different with that of the normal ones. Key words: Magnetic fluid; Core-shell particle; Rheological property 0 引言 磁性液体（又称磁流体），是一种胶体溶液，它兼具液体的流动性和固体的磁性，拥有十分独特的物理性能，且在重力场和磁场下不易沉淀和凝聚，因而在航空﹑电子﹑机械﹑冶金﹑石油化工 ﹑仪表等领域中得了广泛的应用。同他胶体体系一样，磁性液体在热力学上是不稳定体系，并具有凝结不稳定性和动力学不稳定性[1]。为使磁性颗粒能长期稳定地处于胶体状态，研究者对磁性颗粒、表面活性剂和基液作了很多研究，研究表明超微磁性颗粒的稳定性是磁流体研究的关键[2]。磁性微粒既需要有较高的 饱和磁化强度，又要有很强的抗氧化能力，因而可供选择的种类非常有限[3]。而Fe O作为传统磁流体的 34————————————————————— 收稿日期：2007-08-30 修订日期：2008-2-29 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目（2007CB936803）；中国科学院“百人计划”项目。

机械工程材料试题及答案三

机械工程材料试题三 一、名词解释（共15分，每小题3分） 1. 奥氏体（A） 2.回复 3.固溶体 4.自然时效 5.加工硬化 二、填空题（共20分，每空1 分） 1.石墨为片状的灰口铸铁称为________铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为________铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为________铸铁。其中________铸铁的韧性最高，因而可以锻造。 2. 陶瓷材料中的气相是指________，在________程中形成的，它 ________了陶瓷的强度。 3.根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为__________、__________和__________三种。 4.工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。 5.金属的断裂形式有__________和__________两种。 6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。 7.常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。 三、选择题（共25分，每小题1分） 1.40钢钢锭在1000℃左右轧制，有时会发生开裂，最可能的原因是( ) A.温度过低； B.温度过高； C.钢锭含磷量过高； D.钢锭含硫量过高 2.下列碳钢中，淬透性最高的是( ) A.20钢； B.40钢； C.T8钢； D.T12钢 3.Ni在1Cr18Ni9Ti钢中的主要作用是( ) A.提高淬透性； B.固溶强化； C.扩大Fe-Fe3C相图中的γ相区； D.细化晶粒； 4.W18Cr4V钢锻造后，在机械加工之前应进行( ) A.完全退火； B.球化退火； C.去应力退火； D.再结晶退火 5.下列材料中，最适合制造机床床身的是( ) A.40钢； B.T12钢； C.HT300； D.KTH300-06 6.下列材料中，最适合制造气轮机叶片的是 A.1Cr13钢； B.1Cr17钢； C.3Cr13钢； D.4Cr13钢 7.下列材料中，最适合制造飞机蒙皮的是( ) A.ZAlSi12； B.2A50(旧牌号LD5)； C.ZAlMg10； D.2A12(旧牌号LY12) 8.下列材料中，最适合制造盛放氢氟酸容器的是( ) A.1Cr17； B.1Cr18Ni9Ti； C.聚四氟乙烯； D.SiO2 9.下列材料中，最适合制造汽车板弹簧的是( ) A.60Si2Mn； B.5CrNiMo； C.Cr12MoV； D.GCr15 10.下列材料中，最适合制造汽车火花塞绝缘体的是( ) A.Al2O3； B.聚苯乙烯； C.聚丙烯； D.饱和聚酯 11.铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只 需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是( ) A.铁总是存在加工硬化，而铜没有； B.铜有加工硬化现象，而铁没有； C.铁在固态下有同素异构转变；而铜没有 D.铁和铜的再结晶温度不同 12.常用不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和( ) A.铁素体-奥氏体不锈钢； B.马氏体-奥氏体不锈钢； C.莱氏体不锈钢； D.贝氏体不锈钢 13.以下哪种铸铁的断口呈灰黑色？( ) A.马口铁； B.白口铸铁； C.麻口铸铁； D.灰铸铁

第十一章 机械工程材料的选择及应用

第十一章机械工程材料的选择及应用 掌握各种工程材料的特性，正确地选择和使用材料，并能初步分析机器及零件使用过程中出现的各种材料问题，是对从事机械设计与制造的工程技术人员的基本要求，因为机器零件的设计不单是结构设计，还应该包括材料与工艺的设计。 许多机械工程师把选材看成一种简单而不太重要的任务。当碰到零件的选材问题时，他们一般都是参考相同零件或类似零件的用材方案，选择一种传统上使用的材料（这种方法称为经验选材法）；当无先例可循，同时对材料的性能（如耐腐蚀性能等）又无特殊要求时，他们仅仅根据简单的计算和手册提供的数据，信手选定一种较万能的材料，例如45钢。这种简单化的处理方法已日益暴露出种种缺点，并证明是许多重大质量事故的根源。所以，选材正在逐渐变成一种严格地建立在试验与分析基础上的科学方法。掌握这种选材方法的要领，了解正确选材的过程，显然具有很大的实际价值。 在机械制造业中，新设计的机械产品中的每一个机械零件或工程构件、工艺装备和非标准设备，机械产品的改型，机械产品中某些零件需要更换材料，进口设备中某些零配件需用国产零配件代用等，都会遇到材料的选用。一般机械零件，在设计和选材时，大多以使用性能指标作为主要依据。而对机械零件起主导作用的机械性能指标，则是根据零件的工作条件和失效形式提出的。 §11.1 零件的失效形式与提高材料性能的途径 一、零件的失效与失效分析 零件在工作过程中最终都要发生失效。所谓失效是指：（1）零件完全破坏，不能继续工作；（2）严重损伤，继续工作很不安全；（3）虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。失效分析的目的就是要找出零件损伤的原因，并提出相应的改进措施。现代工业中零件的工作条件日益苛刻，零件的损坏往往会带来严重的后果，因此对零件的可靠性提出了越来越高的要求。另外，从经济性考虑，也要求不断提高零件的寿命。这些都使得失效分析变得越来越重要。失效分析的结果对于零件的设计、选材、加工以至使用，都有很大的指导意义。 1、零件失效的原因 零件的失效可以由多种原因引起，大体上可分为设计、材料、加工和安装使用四个方面，图11-1是导致零

机械工程材料基本知识点

晶体缺陷： 点缺陷（空位、间隙原子、异类原子微观影响：晶格畸变）线缺陷（位错；极为重要的晶体缺陷，对金属强度、塑性、扩散及相变有显著影响）面缺陷（晶界、亚晶界） 合金相结构 :相是指系统中均匀的、与其他部分有界面分开的部分。相变：相与相的转变。按结构特点:固溶体、化合物、非晶相。 固溶体:指溶质原子溶入溶剂中所形成的均一结晶相。其晶体结构与溶剂相同。置换固溶体（溶质原子占溶剂晶格结点位置形成的固溶体）间隙固溶体:溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体 结晶： 材料从液态向固态的凝固成晶体的过程。 基本规律:晶核形成和长大交替进行。包括形核和核长大俩个过程， 影响形核率和成长率的因素：过冷度、不容杂志、振动和搅拌 变质处理：金属结晶时，有意向金属溶液中加入某种难溶物质，从而细化晶粒，改善金属性能 调质处理:淬火和高温回火 同素异构转变;固态金属由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变。 合金的组织决定合金的性能 金属材料的强化 本质;阻碍晶体位错的运动 强化途径:形变强化（冷加工变形）、固溶强化（形成固溶体）、第二相强化、细晶强化（晶粒粒度的细化） 钢的热处理 预先热处理：正火和退火 最终热处理：淬火和回火 退火：将钢加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。目的：降低硬度，提高塑性，改善切削性能；消除钢中内应力；细化晶粒，改善组织，为随后的热处理做组织上的准备。常用：完全退火Ac3以上30-50度（适用亚共析钢和合金钢，不适应低碳钢和过共析钢）得到组织为铁素体和珠光体，等温退火：适用某些奥氏体比较稳定的合金钢，加热和保温同完全退火，使奥氏体转变为珠光体，球化退火：温度略高于Ac1，适用过共析钢和合金工具钢，得到组织球状珠光体，去应力退火：Ac1以下100-200度，不发生组织变化，另外还有再结晶退火和扩散退火。 正火：亚共析钢Ac3以上30-50度，过共析钢Accm以上30-50度，保温后空冷获得细密而均匀的珠光体组织。目的:调整钢的硬度，改善加工性能；消除钢中内应力，细化晶粒，改善组织，为随后的热处理做组织上的准备。主要作用:作为低、中碳钢的预先热处理；消除过共析钢中的网状二次渗碳体，为球化退火做准备；作为普通件的最终热处理。 退火和正火区别：冷却速度不同，正火快，得到珠光体组织细，因而强度和硬度也高。实际中，如果俩者均能达到预先热处理要求时，通常选正火 淬火：加热到Ac1或Ac3以上某个温度，保温后以大于临界冷却速度冷却，使A转变为M 的热处理工艺.目的：获得马氏体或下贝氏体组织。温度：亚共析钢Ac3上30-50度，组织为M+少量A残，共析钢和过共析钢Ac1上30-50度，组织M+粒状Fe3C+少量A残 要求:淬火冷却速度必须大于临界冷却温度Vk.常用方法;单液、双液、分级、等温、局部淬火 回火：淬火以后的工件加热到Ac1以下某个温度，保温后冷却的一种热处理工艺.目的：降

机械工程材料复习

机械工程材料复习 第一部分基本知识 一、概述 1.目的 掌握常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识（性能和改性方法是重点）。 具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料；具备正确制定热处理工艺方法和妥善安排工艺路线的能力。 2复习方法 以“材料的化学成分-加工工艺-组织、结构-性能-应用”之间的关系为主线，掌握材料性能和改性的方法，指导复习。 二、材料结构与性能： 1?材料的性能： ①使用性能：机械性能（刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性）； ②工艺性能：热处理性能、铸造性能、锻造性能、机械加工性能等。 2.材料的晶体结构的性能：纯金属、实际金属、合金的结构（第二章）；纯金属：体心立方（-F e ）、面心立方（-F e ）,各向异性、强度、硬度低；塑性、韧性高实际金属：晶体缺陷（点：间隙、空位、置换；线：位错；面：晶界、压晶界）-各向同性；强度、硬度增高；塑性、韧性降低。 合金：多组元、固溶体与化合物。力学性能优于纯金属。单相合金组织：合金在

固态下由一个固相组成；纯铁由单相铁素体组成 多相合金组织：由两个以上固相组成的合金。 多相合金组织性能：较单相组织合金有更高的综合机械性能，工程实际中多采用多相组织的合金。 3.材料的组织结构与性能 ⑴。结晶组织与性能：F、P、A、Fe3G Ld; 1）平衡结晶组织 平衡组织：在平衡凝固下，通过液体内部的扩散、固体内部的扩散以及液固二相之间的扩散使使各个晶粒内部的成分均匀，并一直保留到室温。 2）成分、组织对性能的影响 ①硬度（HBS）:随C%!,硬度呈直线增加，HBS值主要取决于组成相F63C的相对量。 ②抗拉强度（b） : C%v 0.9%范围内，先增加，C%> 0.9?1.0 %后，b值显着下降。 ③钢的塑性（）、韧性（a k）:随着C%!,呈非直线形下降。 3）硬而脆的化合物对性能的影响： 第二相强化: 硬而脆的化合物， 若化合物呈网状分布: 则使强度、塑性下降; 若化合物呈球状、粒状（球墨铸铁）:降低应力集中程度及对固溶体基体的割裂作用，使韧性及切削加工性提高; 呈弥散分布于基体上: 则阻碍位错的移动及阻碍晶粒加热时的长大，使强度、

机械工程材料实验与实践教学

《机械工程材料》实验与实践教学 实验一铁碳合金平衡组织分析 一、实验目的 1. 熟练运用铁碳合金相图，提高分析铁碳合金平衡凝固过程及组织变化的能力。 2. 掌握碳钢和白口铸铁的显微组织特征。 二、原理概述 铁碳合金相图是研究碳钢组织、确定其热加工工艺的重要依据。按组织标注的铁碳相图见图。铁碳合金在室温的平衡组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）两相按不同数量、大小、形态和分布所组成。高温下还有奥氏体（A）和δ固溶体相。 利用铁碳合金相图分析铁碳合金的组织时，需了解相图中各相的本质及其形成过程，明确图中各线的意义，三条水平线上的反应及反应产物的本质和形态，并能做出不同合金的冷却曲线，从而得知其凝固过程中组织的变化及最后的室温组织。 根据含碳量的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、碳钢及白口铸铁三大类，现分别说明其组织形成过程及特征。 1. 工业纯铁 碳的质量分数小于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。见图1-1。当其冷到碳在α-Fe中的固溶度线PQ以下时，将沿铁素体晶界析出少量三次渗碳体，铁素体的硬度在80HB左右，而渗碳的硬度高达800HB，因工业纯铁中的渗碳体量很少，故硬度、强度不高而塑性、韧性较好。

图1-1 工业纯铁组织 2. 碳钢 碳的质量分数C w 在（0.0218~2.11）%之间的铁碳合金称为碳钢，根据合金在相图中的位置可分为亚共析、共析和过共析钢。 （1）共析钢 成分为%77.0=C w ，在727℃以上的组织为奥氏体，冷至727℃时发生共析反应： {}{}C Fe F A C C 3%0218.0%77.0+→ 将铁素体与渗碳体的机械混合物称珠光体（P ）。室温下珠光体中渗碳体的质量分数约为12%，慢冷所得的珠光体呈层片状。 图1-2 珠光体电镜组织 图1-3 珠光体光镜组 织 采用电子显微镜高倍放大能看出Fe 3C 薄层的厚度，图1-2中窄条为Fe 3C ，

机械工程材料专升本试题(答案)

二、填空题（共20分，每空1 分） 1.石墨为片状的灰口铸铁称为普通灰口铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为可锻铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为球墨铸铁。其中球墨铸铁的韧性最高，因而可以锻造。 2. 陶瓷材料中的气相是指气孔，在烧结程中形成的，它降低了陶瓷的强度。 3.根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为___固体渗碳气体渗碳_______、___三种。 4.工程中常用的特殊性能钢有___不锈钢耐热钢耐磨刚______、__________等。 6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为__合金渗碳体特殊碳化物_______、______两类。 1.40钢钢锭在1000℃左右轧制，有时会发生开裂，最可能的原因是( d ) A.温度过低； B.温度过高； C.钢锭含磷量过高； D.钢锭含硫量过高 2.下列碳钢中，淬透性最高的是( c ) A.20钢； B.40钢； C.T8钢； D.T12钢 3.Ni在1Cr18Ni9Ti钢中的主要作用是( C ) A.提高淬透性； B.固溶强化； C.扩大Fe-Fe3C相图中的γ相区； D.细化晶粒； 4.W18Cr4V钢锻造后，在机械加工之前应进行( ) A.完全退火； B.球化退火； C.去应力退火； D.再结晶退火 6.下列材料中，最适合制造气轮机叶片的是A A.1Cr13钢； B.1Cr17钢； C.3Cr13钢； D.4Cr13钢 7.下列材料中，最适合制造飞机蒙皮的是( D ) A.ZAlSi12； B.2A50(旧牌号LD5)； C.ZAlMg10； D.2A12(旧牌号LY12) 8.下列材料中，最适合制造盛放氢氟酸容器的是(C )A.1Cr17； B.1Cr18Ni9Ti；C.聚四氟乙烯； D.SiO2 9.下列材料中，最适合制造汽车板弹簧的是( )A.60Si2Mn； B.5CrNiMo； C.Cr12MoV； D.GCr15 10.下列材料中，最适合制造汽车火花塞绝缘体的是( A )A.Al2O3； B.聚苯乙烯； C.聚丙烯； D.饱和聚酯 11.铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是( C )A.铁总是存在加工硬化，而铜没有； B.铜有加工硬化现象，而铁没有； C.铁在固态下有同素异构转变；而铜没有D.铁和铜的再结晶温度不同15.马氏体组织有两种形态( B )。A.板条、树状 B.板条、针状C.树状、针状； D.索状、树状四、判断题（共10 分，每小题1 分） 3.钢的淬透性越高，产生焊接裂纹的倾向越大。( R ) 4.铝合金也可以象钢那样通过淬火明显提高其硬度。( W ) 6.可锻铸铁中的团絮状石墨是浇注球墨铸铁时石墨球化不良的结果。( W ) 7.一定加热温度下，奥氏体晶粒长大倾向小的钢称为本质细晶粒钢。( R ) 9.铝极易氧化，故铝制品的抗氧化失效能力极差。( W ) 10.弹簧钢淬火后采用中温回火是想提高钢的弹性模量。( W ) 2、答：回火的目的是：（1）降低零件脆性，消除或降低内应力；（2）获得所要求的力学性能；（3）稳定尺寸；（4）改善加工性。

《机械工程材料》实验指导书-江洁实验一硬度试验

机械工程材料 实 验 指 导 书 红河学院机械系

实验一硬度实验 【实验目的】 1．进一步加深对硬度概念的理解。 2．了解布氏、洛氏硬度计的构造和作用原理。 3．熟悉布氏硬度、洛氏硬度的测定方法和操作步骤。 【实验设备及材料】 布氏硬度计、洛氏硬度计、读数显微镜、试样(钢、铸铁或有色金属)一组。 【实验原理】 硬度计的原理是：将一定直径球体压入试样表面，保持一定的时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径，用试验力压出一压痕表面面积计算硬度。 1.布氏硬度（HB）以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2) ，布氏硬度计适用于铸铁等晶粒粗大的金属材料的测定。 2.洛氏硬度（HR）当HB大于450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、 3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的硬度标尺HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。HRB：是采用100kg 载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。 一、布氏硬度实验 【布氏硬度计】 THBS-3000DA采用电子自动加荷，计算机软件编程，高倍率光学测量，采用自动数字式编码器直接测量，测试结果LCD显示。 图1 THBS-3000DA型布氏硬度试验机 【试样的技术条件】

机械工程材料的应用及发展前景的展望

机械工程材料的应用及发展前景的展望 发表时间：2016-09-07T15:39:20.750Z 来源：《建筑建材装饰》2015年9月下作者：韩颖颖 [导读] 从而促进机械工程的取得更大的成绩，为我国工业的发展打下坚实的基础。 （天津市工大镀锌设备有限公司，天津300000） 摘要：机械工程材料是机械工程设计与质量的重要前提。因此必须做好机械工程材料的选用工作，并重视机械工程材料的研发，从而促进机械工程的取得更大的成绩，为我国工业的发展打下坚实的基础。 关键词：机械工程；材料应用；发展前景 前言 机械工程材料影响着机械的设计、制造、仿制、维修等方面，可见其是机械工程中不可或缺的重要组成部分，也是节约机械所用成本的关键所在，因此如何在保证既经济又有质量保证的前提下处理好多种工程材料的选择与应用是一个值得探讨的问题。 1机械工程材料选择选择应用的现状分析 1.1从构件失效抗力角度分析 材料失效抗力主要指构建自身是否具备抗磨损、抗变形等能力，通过对构件参量进行表征以避免构件材料在使用前便出现失效的状况。以往失效抗力在研究过程中既需考虑到材料力学性能，也需构建相应的模型确定其在实际工况中的特性。如许多学者关于热作模具钢的失效分析过程中，通过测试材料寿命并分析模具寿命，得出模具设计选材的标准，其具体选材步骤主要体现在：（1）对用于零件成形的机械材料进行确定并结合模具使用条件，以此判断选择哪种模具以及具体抗力要求；（2）通过对模具时效形式的分析对抗力指标进行确定，选择满足指标标准的钢种；（3）对满足抗力指标要求且符合模具类型的钢种确定的基础上，判断是否与首相抗力指标以及其他指标相吻合；（4）进行选材过程中还需考虑到材料的来源、经济性以及是否便于生产管理等因素。这种选材方式的研究很大程度上为热模具的选材奠定理论基础。 1.2从经济适用性角度考虑 在机械工程对于材料的选择应用首先需要关注的就是材料的适用性和经济性。比如，在机械铸造工艺中需要保正材料具备良好的吸气性、收缩性、偏折性和流动性；而在锻造工艺中则要求材料必须具备较好的冲压性、可锻性、冷镦性和断后冷却性；焊接工艺对材料的适用性和敏感性要求较高。机械加工材料的不同特性为机械工程工艺提供了不同的材料选择，在保证满足工艺需求的前提下，把握好工艺需求材料的各种特性，合理化选择材料才是机械工程发展的正确方向。在注重了机械工程材料的适用性后，还需要根据工程预算合理考虑设计材料的经济性。既要做到选材的质量要求达标，也要保证经济实惠的材料价格选择。而对于可循环利用的机械材料，在整个机械工程中应当循环利用，降低资源消耗，减少机械工程成本，提高整体的经济效益。 1.3从环保、节能角度考虑 国家制定的可持续发展战略就是要求生态、环保、节能，任何企业都必须认真贯彻党的战略方案。一般来说，在机械工程的使用材料中，很多原材料都是不可再生能源，如果过度消耗，最终势必会给机械工程行业带来极大的隐患。因此，我们在材料选择与应用工作中要做到环保和节能，尽可能的使得环保要求和使用需求都能满足。 2机械工程材料的应用 2.1钢铁材料及其应用 当前工业仍然是我国经济发展的主体行业，而钢铁材料也一直是使用较多的重要的机械材料。钢铁工业发展呈现产品结构在变化、增长，产业集中度进一步提高等趋势主要应用领域：为电力系统、汽车工业、铁路与桥梁、船舶与海上钻井平台、兵器工业、石油开采机械及输油管道、化工压力容器、建筑钢筋和构架等。 2.2镁、镁合金及其应用 镁具有优良的物理性能和机械加工性能，此外其还具有丰富的蕴藏量，因而被业内公认为最有前途的轻量化材料，其也是21世纪的绿色金属材料。汽车、摩托车等交通类产品用镁合金，镁作为实际应用中最轻的金属结构材料在汽车的减重和性能改善中的重要作用受到人们的重视，世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。另外，镁合金应用发展最快的是电子信息和仪器仪表行业，在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上电磁屏蔽、散热和环保方面的考虑，镁合金成了厂家的最佳选择，镁合金外壳可使产品更豪华、美观。近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素。 2.3铝、铝合金及其应用 密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等都是铝合金的优点，因而其被广泛的应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门。例如，在航空航天领域，铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能，被认为是航空航天工业中的理想结构材料。在航天领域，铝锂合金己在许多航天构件上取代了常规高强铝含金，铝锂合金作为储箱、仪器舱等结构材料具有较大优势国外预测，含抗铝一镁合金及其它系列的铝合金有可能成为下一代飞机的重要结构材料。TiAi基合金的板材除了有望直接用作结构材料外，还可以用作超塑性成型的预成型材料，并用于制作近净成型航空、航天发动机的零部件及超高速飞行器的翼、壳体等又如，在汽车领域，汽车用铝合金材料的3/-4为铸造铝合金，主要是发动机部件，传动系部件，底盘行走系零部件变形铝合金主要用于热交换器系统，车身系部件铝基复合材料在某些范围内替代铝合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料，用于汽车关键零件，特别是高速运动零件，对减少质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能等具有非常积极的作用，在汽车领域有着良好的应用前景。 2.4稀有金属材料及其应用 现代机械工程中稀有金属也有着广泛的用途。例如，在电子工业领域，高纯度稀有金属锗是最王要的半导体材料之一，此外铌、钨、铝、钛等也都是电了工业的重要材料；稀有金属钽用以制造比容大、性能稳定的优质电容器，成为航空及航天设备中的重要电子元件。又如，在钢铁工业领域，稀土金属及稀有高熔点金属都是冶炼优质钢的重要添加剂，少量稀土或钒加入到钢中，能大大提高强度和耐

机械制造技术基础知识点整理讲解学习

机械制造技术基础知 识点整理

1.制造工艺过程：技术准备，机械加工，热处理，装配等一般称为制造工艺过程。 2.机械加工由若干工序组成。工序又可分为安装，工位，工步，走刀。 3.按生产专业化程度不同可将生产分为三种类型：单件生产，成批（小批,中批,大批）生产，大量生产。 4.材料去除成型加工包括传统的切削加工和特种加工。 5.金属切削加工的方法有车削，钻削，镗削，铣削，磨削，刨削。 6.工件上三个不断变化的表面待加工表面，过渡表面（切削表面），已加工表面。（详见P58） 7.切削用量是以下三者的总称。 （1）切削速度，主运动的速度。 （2）进给量，在主运动一个循环内刀具与工件之间沿进给方向相对移动的距离。 （3）背吃刀量工件上待加工表面和已加工表面件的垂直距离。 8.母线和导线统称为形成表面的发生线。 9.形成发生线的方法成型法，轨迹法，展成法，相切法。 10.表面的成型运动是保证得到工件要求的表面形状的运动。 11.机床的分类：（1）按机床万能性程度分为：通用机床，专门化机床，专用机床。 （2）按机床精度分为：普通机床，精密机床，高精度机床。 （3）按自动化程度分为：一般机床，半自动机床，自动机床。 （4）按重量分为：仪表机床，一般机床，大型机床，重型机床。 （5）按机床主要工作部件数目分为：单刀机床，多刀机床，单轴机床，多轴机床。 （6）按机床具有的数控功能分:普通机床，一般数控机床，加工中心，柔性制造单元等。 12.机床组成：动力源部件，成型运动执行件，变速传动装置，运动控制装置，润滑装置，电气系统零部件，支承零部件，其他装置。

13.机床上的运动：（1）切削运动（又名表面成型运动），包括： 1、主运动使刀具与工件产生相对运动，以切削工件上多余金属的基本运 动。 2、进给运动不断将多余金属层投入切削，以保证切削连续进行的运 动。（可以是一个或几个） （2）辅助运动。分度运动，送夹料运动，控制运动，其他各种空程运动 14.刀具分类： （1）按刀具分为切刀，孔加工刀具，铣刀，拉刀，螺纹刀具，齿轮刀具，自动化加工刀具。 （2）按刀具上主切削刃多少分为单刃刀具，多刃刀具。 （3）按刀具切削部分的复杂程度分为一般刀具，复杂刀具。 （4）按刀具尺寸和工件被加工尺寸的关系分为定尺寸刀具，非定尺寸刀具。 （5）按刀具切削部分本身的构造分为单一刀具和复杂刀具。 （6）按刀具切削部分和夹持部分之间的结构关系分为整体式刀具和装配式刀具。 15.切刀主要包括车刀，刨刀，插刀，镗刀。 16.孔加工刀具有麻花钻，中心钻，扩孔钻，铰刀等。 17.用得最多的刀具材料是高速钢和硬质合金钢。 18.高速钢分普通高速钢和高性能高速钢。 19.高性能高速钢分钴高速钢，铝高速钢，高钒高速钢。 20.刀具的参考系分为静止（标注）角度参考系和工作角度参考系。 21.静止（标注）角度参考系由主运动方向确定，工作角度参考系由合成切削运动方向确定。 22.构成刀具标注角度参考系的参考平面有基面，切削平面，正交平面，法平面，假定工作平面，背平面。

机械工程材料期末考试

机械工程材料期末考试 一．填空题（共30分，每空1分） 1．液态金属结晶的基本过程是形核与晶核长大。 2．铁素体（F）是碳溶于α-Fe 所形成的间隙固溶体，其晶格类型是：体心立方。 3. 检测淬火钢件的硬度一般用洛氏（HRC）硬度；而检测退火和正火钢件的硬度常用布氏（HRB）硬度。4．GCr15钢是滚动轴承钢，其Cr的质量分数是1.5% 。5．16Mn钢是合金结构钢，其碳的质量分数是0.16% 。6．QT600-03中的“03”的含义是：最低伸长率为3% 。7. 钢与铸铁含碳量的分界点是：2.11% 。 8．贝氏体的显微组织形态主要有B上和B下两种，其中B下的综合性能好。9．钢的淬火加热温度越高，淬火后马氏体中含碳量越高，马氏体晶粒越粗大，残余奥氏体的量越越多。 10．钢加热时A的形成是由A晶核的形成、A晶核向F和Fe3C 两侧长大、残余Fe3C的溶解、A的均匀化等四个基本过程所组成的。11．一般表面淬火应选中碳成分钢，调质件应选用中碳成分钢。13．碳钢常用的淬火介质是水，而合金钢是油。 14．T10钢（Ac1≈727℃，Accm≈800℃）退火试样经700 ℃、780 ℃、860 ℃加热保温，并在水中冷却得到的组织分别是：P+Fe3C ，Fe3C+M+Ar ，M+Ar 。 15．渗碳钢在渗碳后缓慢冷却，由表面向心部的组织分布依次为：P+Fe3CⅡ （网状），P ，P+F 。得分 二．判断题（共10分，每小题1分）（正确√ 错误×，答案填入表格）1．在其他条件相同时，砂型铸造比金属型铸造的铸件晶粒更细。× 2．固溶强化是指因形成固溶体而引起的合金强度、硬度升高的现象。√ 3．珠光体、索氏体、屈氏体都是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。√ 4．碳的质量分数对碳钢力学性能的影响

机械工程材料习题答案

机械工程材料习题答案 第二章作业 2－1常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？－Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构？ 答：常见晶体结构有3种： ⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn 2---7为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？ 答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。 第三章作业 3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。 答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒

小 第四章作业 4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。 答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是： （1）强度高：Hall-Petch公式。晶界越多，越难滑移。 （2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。 （3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。 4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15天，然后 再精加工。试解释这样做的目的及其原因？ 答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。 4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？ 答：W、Sn的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃ 所以W在1000℃时为冷加工，Sn在室温下为热加工

机械工程材料基本知识

机械工程材料基本知识 1.1 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。如 起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭 力的作用等等。这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变 形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。 1.1.1 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为σ，单位为MPa。 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外 力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值， 用σ表示。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，s被拉断前所能承受的 最大应力值，用σ表示。 b对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件 强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。 1.1.2 塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长 量与原来长度之比的百分率，用符号δ表示。断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用 表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金 属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然 脆断的必要条件。 1.1.3 硬度