机械工程材料总复习文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
机械工程材料复习
第一部分 基本知识
一、概述 ⒈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。 ⒉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： ⒈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。 ⒉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（e F -α）、面心立方（e F -γ），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。
⒊材料的组织结构与性能
⑴。结晶组织与性能：F 、P 、A 、Fe3C 、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C F e3的相对量。
②抗拉强度(b σ)：C ﹪＜%范围内，先增加，C ﹪＞～％后，b σ值显着下降。
③钢的塑性(δ?)、韧性(k a )：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、硬度增加，而塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化；
呈层片状分布于基体上：则使强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。
⑵。塑性变形组织与性能
1）组织与性能的变化
金属塑性变形后产生晶格畸变，晶粒破碎现象，处于组织不稳定状态的非平衡组织，
非平衡组织向平衡组织转变：可通过再结晶、时效及回火实现。
加工硬化，物电阻增大、耐蚀性降低等，各向异性：
产生纤维状组织；晶粒破碎、位错密度增加；织构现象的产生；残余内应力。
2)变形金属在加热过程中组织和性能的变化
回复（去应力退火）：强度和硬度略有下降，塑性略有提高。电阻和内应力等理化性能显着下降
再结晶：形成细小的等轴晶粒。加工硬化消失，金属的性能全部恢复。金属的强度和硬度明显↓，而塑性和韧性显着↑，性能完全恢复到变形前的水平。
⑶。热处理组织与性能
1)贝氏体的机械性能：
上贝氏体：铁素体片较宽．塑性变形抗力较低；同时，渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断．因此，强度和韧性都较差。
下贝氏体：铁素体针细小，碳化物分布均匀，所以硬度高，韧性好，综合机械性能好。
2)马氏体的形态及机械性能
①．板条马氏体（又称位错马氏体。）：碳含量＜％；
机械性能：不存在显微裂纹，淬火应力小，强度高，塑性、韧性好。
②．针状马氏体：碳含量＞％；（显微镜下呈针状）
机械性能：存在大量显微裂纹，较大的淬火应力，塑性和韧性均很差；
③．混合组织马氏体：碳含量在％一％之间时．为板条和片状马氏体的混合组织。
④．马氏体的硬度,含碳最增加，硬度升高．含碳量达到％以后，其硬度的变化趋于平缓。
⑤合金元素对钢中马氏体的硬度影响不大。
3）回火组织与性能
⒋材料组织结构变化实现的性能强化：
固溶强化：通过合金化(加入合金元素)组成固溶体，使金属材料得到强化称为固溶强化；
细晶强化：强度、硬度越高；其塑性、韧性越好。晶界处原子排列混乱，使其熔点低，易受腐蚀。由结晶过程、冷热塑性变形、合金化、热处理实现。
加工硬化：使晶粒碎化、晶粒拉长、位错密度增加，从而使强度、硬度增加，塑性、韧性、耐蚀性等下降，并产生各向异性。冷塑性变形实现。
第二相强化：硬而脆的化合物（Fe3C），若呈网状分布：则使强度、塑性下降；
若呈球状、粒状（球墨铸铁）：使韧性及切削加工性提高；
呈弥散分布于基体上：使强度、硬度增加，塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化；
呈层片状分布于基体上：强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。
形变强化：金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度；
相变强化：通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构，使金属材料得到强化。
三、材料热处理、合金化与性能
⒈改善材料成形加工组织与性能的热处理工艺（预先热处理）
⑴退火：完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火
退火：加热＋保温＋缓冷获得接近平衡状态组织。
退火目的：改善铸、锻、焊粗大不均匀的组织，降硬度，提高塑性，改善冷加工工艺性。
消除成分不均匀，内应力。
1）完全退火（加热Ac3＋（20～30℃）温度，保温、缓冷
组织：P+F
目的：①细化，均匀化粗大、的原始组织；②降低硬度→切削性↑；③消除内应力；消除组织缺陷；
应用：（C%=～%）亚共折钢，共析钢和合金钢铸、锻、轧
2）球化退火
加热Ac1＋（10～30℃），保温、缓冷（或Ar1－（20～30℃）等温）
应用：过，共析钢、高碳合金钢
组织：球状P（F+球状Cem）
目的：①Fe3CII及Fe3C共析球化→HRC↓，韧性↑→切削性↑
②为淬火作准备；球化退火前，正火处理，消除网状碳化物，以利于球化进行。
3）扩散退火
加热1050～1150℃，保温10～20h,冷却：炉冷
组织：P+F或P+Fe
3C II
目的：消除偏析
后果：粗晶、魏氏组织、带状组织，韧性、塑性较差，需完全退火或正火来细化晶粒。
4）去应力退火（再结晶退火）
加热：Ac1－（100～200）℃；保温＋炉冷；
目的：消除加工硬化，消除残余应力。
⑵正火
正火：亚共析加热Ac
3
＋（30～50℃）、
过共析钢加热Accm＋（30～50℃）保温＋空冷，得到P类工艺。
组织：S或P（F＋Fe
C）
3
正火与完全退火的区别：冷速较快，组织较细，得更高的强度和硬度；生产周期较短，成本较低。
目的及应用：预先热处理、最终热处理、改善切削加工性能。
⒉预先热处理工艺应用
工具钢：球化退火；结构钢：正火，完全退火。表面强化处理的零件：调质处理正火。
⑴改善冷塑性加工性能
再结晶退火：恢复变形前的组织与性能，恢复塑性，以便继续变形。
⑵改善机加工性能
C%＜％中低碳钢：正火，提高硬度
C%＝％～％：完全退火；
C%＞％的高碳钢：球化退火，获得粒状珠光体。
合金钢：退火：
铸铁件白口层：加热850～950℃＋保温＋（炉冷＋空冷）。
⑶消除材料的加工应力
去应力退火：没有组织变化。
工艺：缓慢加热500～650℃＋保温＋缓冷，
⒊钢铁的淬火
⑴淬火原则与淬透性
目的：提高硬度、强度、耐磨性。
原则：①淬硬，获尽量完全的M；②淬透，M组织表里如一；③保证淬硬
条件下，用缓冷介质，以防开裂。
⑴. 淬透性：在规定淬火条件下得到M多少的能力，决定钢材淬硬深度和
硬度分布的特性；是钢的属性。由A
过稳定性决定，表现为
K
V的大小。
淬透性评定：用标准试样在规定条件下淬火，能淬透的深度或全部淬透的最大直径表示。
⑵.淬透层深度：从表面至半M区的距离。与钢的淬透性及外在因素有关。
影响因素：I．
K
V越小，淬透层越深；II．工件体积越小，淬火时的冷速
越快，淬透层越深；Ⅲ。水淬比油淬的淬透层深；
⑶.淬硬性：由M中C%↑，钢的淬硬性越好。
⒋淬火工艺
⑴淬火加热温度
①亚共析碳钢：
C3
A＋（30～50℃），组织：均匀细小M组织
温度太高，M粗大，淬火应力，变形和开裂倾向增大。加热温度＜
C3
A 时，硬度降低。
②共析和过共析碳钢：
加热：
C1
A＋（30～50℃）。组织：M＋Fe3C＋Ar，
若在
C1
A～Acm以上淬火，→A粗大→高碳M粗大→力学性能↓，变形开裂↑
③合金钢：加热温度＞碳钢
⑵淬火方法
①单介质淬：简单碳钢及合金钢工件。碳钢水、合金钢、小碳钢油
②双介质淬火先水，后油冷却。复杂高碳钢及大型合金钢工件。
③分级淬火稍高于Ms的盐浴或碱浴中保温，再取空冷。用于：小尺寸工件及刀具。
④贝氏体等温淬火：
。用于：形状复杂和性能稍高Ms温度的盐浴或碱浴中冷却＋保温，获得B
下
较高的较小零件。
⑤深冷处理：在0℃以下的介质中冷却的热处理工艺。
目的：减少Ar获最大数量M，提高硬度、耐磨性，稳定尺寸。
用于：精密工件，量具。
⒌表面淬火
⑴原理：（交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→表面加热）
工艺：水（乳化液）喷射淬火＋（180～200℃）低温回火，
⑵感应加热表面淬火的分类
1)高频淬火淬硬层深度～㎜；中小零件。
2)中频淬火淬硬层深度2～10㎜；大中模数齿轮,较大轴类零件等
3)工频淬火：淬硬层深度10～20㎜；大直径零件。
⑶适用钢种①中碳钢和中碳低合金钢：②碳素工具钢和低合金工具钢：③球铁、灰铸铁。
⑷表面淬火的特点
①加热速度快
②)淬火组织为细隐晶马氏体（极细马氏体）。表面硬度↑2～3HRC，脆性↓。
③显着提高钢件的疲劳强度。 ⒍钢的化学热处理
化学热处理：在加热和保温中使活性原子渗入其表面，改变表面的化学成分和组织，改善表面性能。
目的：提高表面硬度，耐磨性，心部仍保持一定的强度和良好的塑性和韧性；提高钢件的疲劳强度；抗蚀性和耐热性等。
⑴渗碳
1）碳浓度：表面C ％～％)→C ％，
机械性能：经淬火＋回火，提高表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍保持良好的韧性和塑性。
用途：各种齿轮、活塞销、套筒等。渗碳工艺主要用于低碳钢、低碳低合金渗碳钢。
2）渗碳工艺
温度： 900～950℃；（渗碳加热到3C A 以上） 渗碳时间： 900～950℃温度下，～0.3mm/h 。 3）低碳钢渗碳缓冷组织：
表层：P ＋Fe3C II (过共析相) 心部：亚共析组织(P ＋F)， 中间：过渡组织； 4）渗碳后的热处理 ①渗碳后淬火+低温回火 淬火后组织： M ＋A 残，
⒎钢的合金化
合金元素在钢中的作用：提高钢的淬透性，细化晶粒，提高钢的回火稳定性，防止回火脆性，二次硬化，固溶强化，第二相强化（弥散强化），增加韧性，提高钢的耐蚀性或耐热性。
⑴形成固溶体、产生固溶强化
⑵形成含部分金属键的金属（间）化合物，产生弥散强化（或第二相强化）
⑶溶入奥氏体，提高钢的淬透性
⑷提高钢的热稳定性，增加钢在高温下的强度、硬度和耐磨性
⑸细化晶粒．产生细晶强韧化
⑹形成钝化保护膜
⑺对奥氏体和铁素体存在范围的影响
四、常用机械工程材料（工业用钢、铸铁）与合理选材（表四-1）
第二部分考试知识
第一章金属的机械性能（了解）
1．低碳钢的拉伸图
2．材料的性能：强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性。
第二章材料的组成和内部结构特征
⒈掌握概念（名词解释）：
C;
固溶体、固溶强化、枝晶偏析、A、F、P、F
e3
⒉合金中的基本相结构：固溶体和金属间化合物
⑴固溶体：产生晶格畸变，增加晶体位错移动的阻力，使滑移变形难以进行，使金属得到强化。
C。对钢的强度和耐磨性有重⑵金属化合物：熔点、硬度高、脆性大。碳钢中的Fe
3
要的作用。
⑶金属化合物对固溶体基体的强化作用：
弥散硬化：当金属间化合物以极小的粒子均匀分布在固溶体基体上通常能提高合金的强度、硬度以及耐磨性，但会降低合金的塑性和韧性。
⒊掌握铁碳相图基本知识：
⑴正确填
写铁碳相图的
相组成物相图
⑵两条水平
线是什么线，
能写出反应
式，解释共晶、共析反应。
⑶正确填写铁碳相图的组织组成物相图
第3章工程材料成型过程中的行为与性能变化
掌握概念：冷加工、热加工、回复、再结晶，加工硬化
⒈掌握金属的凝固
⑴纯金属的结晶：由晶核的形成和长大这两个基本过程组成；晶核的形成：存在有两种方式，即自发形核和非自发形核；晶体长大的形态：有平面推进、树枝状生长两种；金属结晶过程缺陷的产生：缩孔和疏松，液体供应不充分，最后凝固的树枝晶之间的间隙不能被填满，将形成缩孔和疏松等缺陷。
⑵合金结晶的特点：合金结晶时有相的变化、成分变化，有成分偏析，它将引起铸件力学性能恶化和抗腐蚀性能降低。
⑶晶粒大小和控制：控制过冷度、加入形核剂、机械方法（振动与搅拌）
⒉掌握铸造过程中的材料行为及性能变化
⑴铸锭组织：表面细晶粒层、柱状晶粒层、中心等轴晶粒区
⑵铸锭结构中主要的缺陷。
①缩孔与缩松
集中的缩孔：金属凝固时体积要收缩，如果得不到液体的补充，就会形成缩孔。
缩松（分散性缩孔）：树枝晶结晶时不能保证液体的补给而在枝晶间和枝晶内形成细小而分散的缩孔。
②气孔
③非金属夹杂物
外来非金属夹杂物由冶炼、浇铸过程中炉衬、型壁材料等脱落进人铸锭带来；
金属内部各种化学反应生成，非金属夹杂物很大的脆性，破坏金属晶体的连续性，促进裂纹的萌生和扩展削弱金属的机械性能。
第一章钢的合金化原理 1．名词解释 1）合金元素: 特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。（常用M 来表示） 2）微合金元素: 有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr 和B 等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 % ）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。3）奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如Mn, Ni, Co, C, N, Cu ； 4）铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb, Ti 等。5）原位析出: 元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr 钢中的Cr：ε-FexC→ Fe3C→ （ Fe, Cr）3C→ （ Cr, Fe）7C3→ （Cr, Fe）23C6 6）离位析出: 在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC 和强度提高（二次硬化效应）。如V，Nb, Ti 等都属于此类型。 2．合金元素 V、Cr 、W、Mo 、Mn 、 Co、Ni 、Cu 、 Ti 、Al 中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在 a-Fe 中形成无限固溶体？哪些能在 g-Fe 中形成无限固溶体？答：铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al ； 奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni 、Cu 能在a-Fe 中形成无限固溶体：V、Cr；能在g-Fe 中形成无限固溶体：Mn 、Co、Ni 3．简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？ 答：（1）扩大γ相区：使A3 降低，A4 升高一般为奥氏体形成元素分为两类：a.开启 γ相区：Mn, Ni, Co 与γ-Fe 无限互溶. b.扩大γ相区：有C，N，Cu 等。如Fe-C 相图，形成的扩大的γ相区，构成了钢的热处理的基础。 （2）缩小γ相区：使A3 升高，A4 降低。一般为铁素体形成元素 分为两类:a.封闭γ相区：使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α 相区连成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb 。 b.缩小γ相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等 （3）生产中的意义：可以利用M 扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。 4．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。 答：答：1）改变了奥氏体区的位置 2）改变了共晶温度：（l）扩大γ相区的元素使A1，A3 下降； （2）缩小γ相区的元素使A1，A3 升高。当Mo>8.2%, W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5% ，γ 相区消失。
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。
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(第二版)习题答案(王章忠) 例1：某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。试分析：1. 用CrWMn钢的原因。2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进？ 丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。其原因如下：（1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满足硬度和耐磨性的要求。 （2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。目前，9Mn2V 和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。
对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。 例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σb＞1000MPa，σOF≥600MPa，AK ＞48J。试从所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种。 35、45 、20CrMnTi 、38CrMoAl 、T12 分析：从所列材料中可以看出35、45 、T12钢不能满足要求。对剩余两个钢种的比较可见表1。 材料热处理σs/ MPa σb/ MPa /% φ/% AK/J 接触疲劳强度 /MPa 弯曲疲劳强度 /MPa 20CrMnTi 渗碳 淬火853 1080 10 45 55 1380 750 38CrMoAl 调质835 980 14 50 71 1050 1020
《机械工程材料》教学大纲 修订单位：机械工程学院材料工程系 执笔人：吕柏林 一、课程基本信息 1.课程中文名称：机械工程材料 2.课程英文名称：Mechanical Engineering Materials 3.适用专业：机械设计制造及其自动化 4.总学时：48学时 5.总学分：3学分 二、本课程在教学计划中的地位、作用和任务 机械工程材料课程是为机械类本科生开设的必修课，本课程的主要目的是使学生通过本课程的学习，掌握金属材料，非金属材料，材料热处理以及材料选用等方面的技术基础知识．本课程的任务是结合校内金工教学实习，使学生通过工程材料的基础知识，材料处理，材料选用基础的学习，获得常用机械工程材料方面的实践应用能力，也为进一步学习毛坯成型和零件加工知识以及其它有关课程及课程设计，制造工艺方面奠定必要的基础。 三、理论教学内容与教学基本要求 （一）教学基本要求： １．熟悉工程材料的基本性能 ２．掌握金属学的基础知识，包括金属的晶体结构，结晶，塑性变形与再结晶，二元合金的结构与结晶． ３．掌握运用铁碳合金相图，等温转变曲线，分析铁碳合金的组织与性能的关系． ４．熟悉各种常规热处理工艺以及材料的表面热处理技术． ５．掌握常用工程材料（包括高分子材料，陶瓷材料）的组织，性能，应用与选用原则．（二）理论教学内容 1．绪论（2学时） 课程的目的和任务 ;教学方法和教学环节 ;学习要求与方法 2．工程材料的机械性能（2学时） 强度，刚度，硬度，弹性，塑性，冲击韧性 3．金属的晶体结构和结晶（6学时） 常见的三种晶体结构 ;金属实际结构及晶体缺陷 ;金属的同素异构转变4．金属的塑性变形与再结晶（6学时）
《机械工程测试技术基础》期末试题及答 案
第一章 信号及其描述 （一）填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中， 并依靠它们来传输的。这些物理量就是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 时间 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 为独 立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特点： 离散性 ， 谐波性 ， 收敛性 。 4、 非周期信号包括 准周期 信号和 瞬变周期 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值 、 均方值 、 方 差 。 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 关于Y 轴 （偶） 对称，虚 频谱（相频谱）总是 关于原点（奇） 对称。 （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ √ ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ √ ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ × ） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ × ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（ √ ） （三）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2 x ψ，和概率密度函数 p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数???≥<=T t T t t t x ||0 ||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的 总灵敏度。 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 、 和 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实 现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 被测量 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 线性 关系为最佳。 （二）选择题
机械工程课后答案 第一章 1、什么是黑色金属什么是有色金属 答：铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料；黑色金属以外的所有金属及其合金称为有的金属。 2、碳钢，合金钢是怎样分类的 答：按化学成分分类；碳钢是指含碳量在%——%之间，并含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质的铁碳合金。 3、铸铁材料是怎样分类的应用是怎样选择 答：铸铁根据石墨的形态进行分类，铸铁中石墨的形态有片状、团絮状、球状、蠕虫状四种，对应为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。 4、陶瓷材料是怎样分类的 答：陶瓷材料分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三种。 5、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各有什么特点α -Fe，γ-Fe，Al，Cu，Ni，Pb，Cr，V，Mg，Zn各属何种金属结构 答：体心晶格立方，晶格常数a=b=c，α-Fe，Cr，V。面心晶格立方，晶格常数a=b=c，γ-Fe，Ni，Al，Cu，Pb。密排六方晶格，Mg，Zn。 6、实际金属晶体中存在哪些缺陷它们对性能有什么影响 答：点缺陷、破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，从而引起性能变化，是金属的电阻率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。 线缺陷（位错）、少量位错时，金属的屈服强度很高，当含有一定量位错时，强度降低。当进行形变加工时，位错密度增加，屈服强度增高。 面缺陷（晶界、亚晶界）、晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。 7、固溶体有哪些类型什么是固溶强化 答：间隙固溶体、置换固溶体。由于溶质元素原子的溶入，使晶格发生畸变，使之塑性变形抗力增大，因而较纯金属具有更高的强度、硬度，即固溶强化作用。 第二章
1、在什么条件下，布氏硬度实验比洛氏硬度实验好 答：布氏硬度实验主要用于硬度较低的退火钢、正火钢、调试刚、铸铁、有色金属及轴承合金等的原料和半成品的测量，不适合测定薄件以及成品。洛氏硬度实验可用于成品及薄件的实验。 2、σ的意义是什么能在拉伸图上画出来吗 答：表示对于没有明显屈服极限的塑性材料，可以将产生%塑性应变时的应变作为屈服指标，即为条件屈服极限。 3、什么是金属的疲劳金属疲劳断裂是怎样产生的疲劳破坏有哪些特点如何提高零件的疲劳强度 答：金属在反复交变的外力作用下强度要比在不变的外力作用下小得多，即金属疲劳； 疲劳断裂是指在交变载荷作用下，零件经过较长时间工作或多次应力循环后所发生的断裂现象； 疲劳断裂的特点：引起疲劳断裂的应力很低，常常低于静载下的屈服强度； 断裂时无明显的宏观塑性变形，无预兆而是突然的发生；疲劳断口能清楚的显示出裂纹的形成、扩展和最后断裂三个阶段； 提高疲劳强度：改善零件的结构形状，避免应力集中，降低零件表面粗糙度值以及采取各种表面强化处理如喷丸处理，表面淬火及化学热处理等。 4、韧性的含义是什么αk有何实际意义 答：材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，称为材料的韧性；冲击韧度αk表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力，αk值的大小表示材料的韧性好坏。一般把αk值低的材料称为脆性材料，αk值高的材料称为韧性材料。 5、何谓低应力脆断金属为什么会发生低应力脆断低应力脆断的抗力指标是什么答：低应力脆断是在应力作用下，裂纹发生的扩展，当裂纹扩展到一定临界尺寸时，裂纹发生失稳扩展（即自动迅速扩展），造成构件的突然断裂；抗力指标为断裂韧性（P43） 6、一紧固螺栓使用后有塑性变形,试分析材料的那些性能指标没有达到要求 答：钢材的屈服强度未达到要求。 第三章 1、分析纯金属的冷却曲线中出现“平台”的原因 答：液态金属开始结晶时，由于结晶潜热的放出，补偿了冷却时散失的热量，
《机械基础》课程教学大纲 课程编号 适用专业：机械类专业 学时：128（讲课114：，实验：14）学分：7 执笔者：曾德江编写日期：2004年4月 一、课程的性质和任务 机械基础是机械类各专业的一门重要的专业基础课，为进一步学习专业课程和新的科学技术做准备。 本课程的任务是：使学生掌握常用机械工程材料的性能、用途及选择，初步掌握机械零件毛坯的基础知识；初步掌握分析解决工程实际中简单力学问题的方法；初步掌握对杆件进行强度个刚度计算的方法，并具有一定似的实验能力；掌握常用机构和通用机械零件的基本知识，初步具有分析、选用和设计机械零件及简单机械传动装置的能力。为学习专业课和新的科学技术打好基础，为解决生产实际问题和技术改造工作打好基础。 二、课程内容和要求 模块一机械工程材料（17学时） 第一单元绪论（1学时） 介绍与本课程相关的基本概念，本课程研究的主要内容及新技术的应用。 掌握与本课程相关的基本概念。 第二单元金属材料与热处理基础（10学时） 介绍金属材料的性能、金属学基础、钢的热处理的基本知识。 理解金属材料的性能、金属学相关的基本概念、基本知识，了解铁碳合金状态图的应用，掌握金属材料常用的热处理方法和适用范围。 第三单元钢铁材料（4学时） 介绍工业用钢、工程铸铁的分类、特点及牌号表示。 了解工业用钢、工程铸铁的分类、特点，掌握工业用钢、工程铸铁的牌号表示。 第四单元非铁金属与粉末冶金金属材料（2学时） 介绍非铁金属与粉末冶金金属材料的分类及牌号表示。 了解非铁金属与粉末冶金金属材料的分类、特点及应用。 模块二静力学（16学时） 第五单元静力学基础（5学时） 介绍静力学的基本概念，静力学公理，约束、约束反力与受力图。 掌握静力学的基本概念、基本公理及物体的受力分析与受力图的绘制。
1渗碳钢（低碳钢）20CrMnTi（Cr提高淬透性、Ti细化晶粒）（20Cr） 汽车齿轮：下料——模锻——正火——机械加工（留磨量）——渗碳、淬火——低温回火——喷丸——磨至尺寸 各处理的方法和目的： 正火：消除锻造内应力，改善切削加工性能。片状珠光体（+铁素体） 渗碳：增加表面碳浓度。 淬火：表层高碳马氏体+碳化物，心部低碳马氏体 低温回火：消除淬火内应力，稳定组织，保持高硬度 喷丸：提高疲劳极限，延长使用寿命 2调质钢：轴类零件（机床主轴、汽车后轿半轴等） 45钢 机床齿轮：下料——锻造——正火——机械加工——调质——机械精加工——高频感应加热淬火、低温回火——精磨至尺寸 正火：消除锻造内应力，改善切削角高性能。细片状珠光体（索氏体）+铁素体调质：获得具有良好综合性能的回火索氏体 高频感应加热淬火、低温回火：表层回火马氏体，心部回火索氏体，达到“表硬心韧” 汽车发电机凸轮轴：下料——磨锻——正火——机械粗加工——调质——机械精加工——高频感应加热淬火、低温回火——磨至要求尺寸 正火：消除锻造内应力，改善切削角高性能。细片状珠光体（索氏体） +铁素体 调质：获得具有良好综合力学性能的回火索氏体 感应加热淬火：表层获得回火马氏体，满足耐磨性要求 30CrMnSi，合金元素提高淬透性、 38CrMnAl，Cr、Mn提高淬透性，Al加速渗氮，提高渗氮层硬度与耐磨性等 镗床镗杆：下料——磨锻——退火——机械粗加工——调质——机械精加工——去应力退火——粗磨——渗氮——精磨、研磨 退火：消除锻造组织缺陷，细化晶粒。珠光体+铁素体 调质：获得具有良好综合力学性能的回火索氏体 去应力退火：消除精加工产生的内应力。 渗氮：表层获得高硬度氮化层，不进行回火处理。 3弹簧钢：利用弹性形变缓和机械上的冲击和振动 60Si2Mn 提高淬透性和回火稳定性，细化晶粒 汽车板簧：热轧钢带冲裁下料——压力成型——淬火——中温回火——喷丸处理淬火、中温回火：获得回火托氏体 喷丸处理：增加表面压应力，提高疲劳强度，增加使用寿命。 50CrV 气门弹簧;冷拔钢丝——钢丝退火——冷卷成型——淬火——中温回火——喷丸强化——两端磨平 4轴承钢：高含碳量，目的保证轴承钢具有高的硬度及良好的耐磨性 GCr15 一般轴承零件：锻造——球化退火——机械加工——淬火、低温回火——磨加
例1：某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸 稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→ 球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。试分析：1. 用CrWMn钢的原因。2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进？ 丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。 根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。其原因如下： （1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满 足硬度和耐磨性的要求。 （2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。目前，9Mn2V和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。 对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。 例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σ＞1000MPa，σ≥600MPa，A＞48J。试从所K OFb给材料中选择制造该齿轮的合适钢种。 35、45 、20CrMnTi 、38CrMoAl 、T12 分析：从所列材料中可以看出35、45 、T12钢不能满足要求。对剩余两个钢种 比较，20CrMnTi能全面满足齿轮的性能要求。 其工艺流程如下：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→磨齿。 例3：机械式计数器内部有一组计数齿轮，最高转速为350r/min，该齿轮用下列哪些材料制造合适，并简述理由。40Cr、20CrMnTi、尼龙66。 工作条件分析：计数器齿轮工作时，运转速度较低、承受的扭矩很小，齿轮
名词解释： 合金：由两种或两种以上金属元素；或金属与非金属元素熔炼、烧结或通过其方法由化学键组合而成的具有金属特性的物质。 同素异晶转变：在固态下，同一种元素由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的转变。 铁素体：碳溶解在α－Fe中形成的间隙固溶体。 再结晶：冷变形金属在加热时其组织和性能都恢复到变形前的软化状态的过程。淬透性：一种热处理工艺性能，表示材料在淬火时获得淬硬层深度的能力。 奥氏体：C在γ－Fe中的间隙固溶体，常用A或γ表示，是一种硬度较低而塑性较高的固溶体。 固溶体：组成合金的组元，在固态时相互溶解，所形成的单一均匀的物质。 自然时效：自然时效是指经过冷、热加工或热处理的金属材料，于室温下发生性能随时间而变化的现象。 加工硬化：金属材料随着冷塑变形程度的增大，强度和硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐降低的现象称为加工硬化或冷作硬化。 调质:对钢材作淬火+高温回火处理，称为调质处理。 碳素钢:含碳量≤2.11%的铁碳合金。 SPCD: 表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08A（13237）优质碳素结构钢。 填空题： 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。 1、普通灰口；可锻；球墨； 2、气孔；烧结；降低。 3、固体渗碳气体渗碳 4、不锈钢耐热钢耐磨刚 5、延性断裂 6、合金渗碳体特殊碳化物 7、体心立方晶格密排六方晶格
未来机械工程的发展趋势 21世纪以前，科学与技术着重于认识自然世界，不断提高人类生存能力；21世纪科技将更多地着眼于认识人类自身，不断提高人的生命质量。 在21世纪里，就制造业来讲，发明和发展了汽车、机床、机器人、飞机、火箭、芯片、计算机、电视机等成千上万的机电产品，极大地改变了人类的生产方式和生活方式 展望未来，21世纪将更加伟大、更加辉煌。制造业将出现更多意想不到的奇迹。生产的汽车不仅会跑，可能还会飞；制造的飞机将更快、更安全；高速列车和磁悬浮列车将飞驰在祖国的原野；智能仪器装备和智能机器人将按照人们的要求高效率、高质量地制造产品；微型机器人将能进入血管清理“垃圾”、修补心脏；人们可用分子组装技术组装出理想性能的微器件；掌上工具可能是计算机、可视电话、电视、音响和网络的集成，等等。 未来机械工程科学发展的总趋势将是交叉、综合化；柔性、集成化；智能、数字化；精密、微型化；高效、清洁化。智能机器人及仪器设备、微型机电系统、高效柔性、智能自动化制造技术将日趋成熟，并被市场所接受；可重构制造系统的理论与技术和适合我国的制造模式将得到完善和发展；在机构学、摩擦学、仿生机械和仿生制造等领域我国将进入世界先进行列；我国科学家问鼎诺贝尔奖将不是天方夜谭。制造业在制造科学技术的武装下将全面现代化，国家由于制造业创造的财富而更加昌盛繁荣。人民的生活将更加富裕潇洒。 信息科学、材料科学、生命科学、纳米科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界。与以上领域交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等是21世纪机械工程科学的重要前沿。 半个世纪以来,我国的机械工程科学得到了很大的发展，我们已经建立了较完善的学科体系，在学科前沿、技术创新和工程应用诸方面取得了突出成就。 新技术在制造业中的应用，使得被人们称作“夕阳产业”的机械制造业不断涌现新的希望，唤发新的活力。从起初“规模型”、“成本型”到“质量型”，再到现在的“快速响应型”无不展示其适应市场竞争，求生存、求发展的勃勃生机。 围绕着以满足个性需求为宗旨的新产品开发与竟争，一场以大制造、全过程、多学科为特征的新的制造业革命正波澜壮阔地展开。这是二十一世纪知识经济新时代下制造业的趋势，同时也预示着其未来的可持续发展方向——全球化、信息化、智能化。 高技术改变制造业 当今日新月异的科学技术发展，展现出了更多的科学发现和技术发明前景。信息科技、生命科学和生物技术、纳米科技的突飞猛进与相互交织影响，成为新一轮科技革命的重要标志。高技术的迅猛发展，同样对制造业的发展起到了推动、提升和改造的作用。高技术对制造业的改变是全面的和连续不断的，包括影响制造业未来的发展方向、重心领域、科技前沿、核心要素等，这里就几个重大方向问题做些说明。 一、高技术改变制造业——尺度向下延伸
一、填空题（每空1分，共20分） 1．常见的金属晶格类型有、______________和______________。2．空位属于__________缺陷，晶界和亚晶界分别__________ 缺陷，位错属于_______________缺陷。 3．金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为_______________。4．原子在溶剂晶格中的分布不同，可将固溶体分为_______________固溶体和_______________ 固溶体。 5．室温下Fe－Fe3C合金中的4种基本组织是______________、_______________、_______________和_______________。 6．常见的金属的塑性变形方式有_______________和_______________两种类型。7．钢的热处理工艺是由_______________、_______________和_______________三个步骤组成的。 8．铁碳合金为双重相图，即_______________相图和_______________相图。 二、单项选择题（每题2分，共20分） （）1.两种元素组成固溶体，则固溶体的晶体结构。 A．与溶质的相同 B．与溶剂的相同 C．与溶剂、溶质的都不相同 D．是两种元素各自结构的混合体 （）2.铸造条件下，冷却速度越大，则。 A．过冷度越小，晶粒越细 B．过冷度越小，晶粒越粗 C．过冷度越大，晶粒越粗 D．过冷度越大，晶粒越细 （）3.金属多晶体的晶粒越细，则其。 A．强度越高，塑性越好 B．强度越高，塑性越差 C．强度越低，塑性越好 D．强度越低，塑性越差 （）4. 钢的淬透性主要取决于。 A．冷却介质 B．碳含量 C．钢的临界冷却速度 D.其它合金元素 （）5.汽车、拖拉机的齿轮要求表面具有高耐磨性，心部具有良好的强韧性，应选用。 A．45钢表面淬火+低温回火 B．45Cr调质 C．20钢渗碳、淬火+低温回火 D．20CrMnTi渗碳、淬火+低温回火（）6.完全退火主要适用于。 A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．白口铸铁 （）7.铸铁如果第一、第二阶段石墨化都完全进行，其组织为。 A． F＋G B． F＋P＋G C． P＋G D.Le＋P＋G （）8.对于可热处理强化的铝合金，其热处理方法为。 A．淬火 + 低温回火 B．正火 C．水韧处理 D. 固溶处理 + 时效 （）9. 马氏体的硬度主要取决于。 A．过冷奥氏体的冷却速度 B．过冷奥氏体的转变温度 C．马氏体的含碳量 D．马氏体的亚结构 （）10.在下列方法中，可使晶粒细化的方法是。 A．扩散退火 B．切削加工 C．喷丸处理 D．变质处理 三、判断题（每题1分，共10分） （）1.金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。 （）2.在实际金属和合金中，自发生核常常起着优先和主导的作用。 （）3.由于再结晶过程是一个形核和长大的过程，因而是相变过程。 （）4.位错是晶体中常见的缺陷，在常见的工业金属中位错密度愈多，其强度愈高。 （）5. 回火屈氏体、回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的屈氏体、索氏体，只是形成过程不同，但组织形态和性能则是相同的。 （）6.球墨铸铁可通过热处理来提高其综合力学性能。 （）7.所有铝合金都可以通过热处理进行强化。 （）8.钢的铸造性能比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。 （）9. 滑移变形所需要的切应力要比孪生变形时所需的小得多。 （）10.奥氏体冷却时，只要温度达到Ms以下，马氏体的转变就能完成。
《机械工程材料》 基础篇 一：填空 1. 绝大多数金属具有体心立方、面心立方、和密排立方三种类型，α－Fe是体心立方类型，其实际原子数为 2 。 2．晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、和面缺陷。 3．固溶体按溶质原子在晶格位置分为置换固溶体、间隙固溶体。 4．铸造时常选用接近共晶成分（接近共晶成分、单相固溶体）的合金。5．金属的塑性变形对金属的组织与性能的影响晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性、晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化、织构现象的产生。6．金属磨损的方式有粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损。 7.金属铸件否（能、否）通过再结晶退火来细化晶粒。 8．疲劳断裂的特点有应力低于抗拉极限也会脆断、断口呈粗糙带和光滑带、塑性很好的材料也会脆断。 9．钢中含硫量过高的最大危害是造成热脆。 10．珠光体类型的组织有粗珠光体、索氏体、屈氏体。 11．正火和退火的主要区别是退火获得平衡组织；正火获得珠光体组织。 12. 淬火发生变形和开裂的原因是淬火后造成很大的热应力和组织应力。 13. 甲、乙两厂生产同一批零件，材料均选用45钢，甲厂采用正火，乙厂采用调质，都达到硬度要求。甲、乙两厂产品的组织各是铁素体＋珠光体、回火索氏体。 14．40Cr，GCr15，20CrMo，60Si2Mn中适合制造轴类零件的钢为 40Cr 。15．常见的普通热处理有退火、正火、淬火、回火。 16．用T12钢制造车刀，在切削加工前进行的预备热处理为正火、 球化退火。 17．量具钢加工工艺中，在切削加工之后淬火处理之前可能的热处理工序为调质（退火、调质、回火）。 18．耐磨钢的耐磨原理是加工硬化。 19．灰口铸铁铸件薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难采取的热处理措施为高温退火。 20、材料选择的三原则一般原则，工艺性原则，经济性原则。 21．纯铁的多晶型转变是α-Fe→γ-Fe→δ-Fe 。 22．面心立方晶胞中实际原子数为 4 。 23．在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同时，那么该晶面与晶向间存在着晶面与晶向相互垂直关系。 24．过冷度与冷却速度的关系为冷却速度越大过冷度越大。 25．固溶体按溶质原子在晶格中位置可分为间隙固溶体、置换固溶体。26．金属单晶体滑移的特点是滑移只能在切应力下发生、滑移总是沿原子密度最大的晶面和晶向进行、滑移时必伴随着晶体向外力方向转动。 27．热加工对金属组织和性能的影响有消除金属铸态组织的缺陷、改变内部夹杂物的形态与分布。
机械工程材料模拟练习题 一、填空题（每空0.5分） 1.常用测定硬度的方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度测试法。 2. 金属材料的力学性能主要包括强度、硬度、弹性、塑性等；强度的主要判据有屈服强度和抗拉强度，强度和塑性可以用拉伸实验来测定；压入法测量方法简便、不破坏试样，并且 能综合反映其它性能，在生产中最常用。 3. 铁碳合金在室温下平衡组织组成物的基本相是铁素体和渗碳体，随着碳的质量分数的增加，渗碳体相的相对量增多，铁素体相的相对量 却减少。 4. 珠光体是一种复相组织，它由铁素体和渗碳体按一定比例组成。珠光体用符号P表示。 5. 铁碳合金中，共析钢的w=0.77%,室温平衡组织为珠光体；亚共析钢的 w=0.0218%-cc0.77%，室温平衡组织为铁素体和珠光体；过共析钢的w=0.77%-2.11%,室温平衡组织为珠光c 体和二次渗碳体。 6. 铁碳合金结晶过程中，从液体中析出的渗碳体称为一次渗碳体；从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体；从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。 7. 低碳钢的碳质量分数范围是：Wc≤0.25%、中碳钢：Wc=0.25%-0.6%、高碳钢：Wc>0.6%。 8. 金属的晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性越好。实际生产中可通过增加过冷度、变质处理和附加振动来细化晶粒。 9. 常用金属中，γ-Fe、Al、Cu 等金属具有面心立方晶格，α-Fe具有体心立 方晶格。 10. 金属的结晶是在过冷的情况下结晶的,冷却速度越快,过冷度越大，金属结晶后的晶粒越细小,力学性能越好。 11. 钢的热处理工艺是由（加热）、（保温）和（冷却）三个步骤组成的；热处理基本不改变钢件的（形状和尺寸），只能改变钢件的（结构组织）和（力学性能）。 12. 完全退火适用于（亚共析碳）钢，其加热温度为（Ac3以上30-50°C），冷却速度（缓慢），得到（铁素体和珠光体）组织。 13. 球化退火又称为（均匀化）退火，其加热温度在（Ac1）＋20-30℃，保温后（随炉缓慢）冷却，获得（球状珠光体）组织；这种退火常用于高碳工具钢等。 14. 中碳钢淬火后，再经低温回火后的组织为（回火马氏体），经中温回火后的组织为（回火托氏体），经高温回火后的组织为（回火索氏体）；淬火高温回火后具有（综合力学）性能。 15. 钢的高温回火的温度范围在（500-650°C），回火后的组织为（回火索氏体）。这里开始！！！16. 按化学成份分类，就含碳量而言，渗碳钢属低碳钢, 调质钢属中碳钢, 滚动轴承钢属高碳钢。 17. 高速钢W18Cr4V 中合金元素W 的作用是提高钢的红硬性和回火稳定性； Cr
机械工程材料论文题目：先进铝合金在航空航天中应用 学生姓名：靖子果 学号：140103231 专业班级：机电一体化二班 指导老师：李蒙 2015年12月26日
目录 题目：先进铝合金在航空航天中应用 (1) 1.1铝合金的定义 (3) 1.2铝合金的命名 (3) 1.3铝的性质 (3) 2.1飞机结构选材对铝合金的技术要求 (4) 2.2航空用2000系与7000系铝台金的应用与发展 (5) 3.1结语 (9) 参考文献 (10)
1.1铝合金的定义 铝合金是纯铝参加一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。 1.2铝合金的命名 1970年12月制定的变形铝及铝合金国际牌号命名体系推荐方法命名的牌号如下；航空、航天和军事工业主要使用的铝材代表牌号是7075、7050，2024、2124。 7×××系列硬度最高，锌Zn在这个系列是主要的合金元素。以7075-T651铝合金位代表制品，其机械性能超过低碳钢。 2×××系列综合性能最好，铜Cu在这个系列是主要的合金元素，在热处理后其机械性能会相等或超过低碳钢。 以上这两个系列的生产水平是代表一个国家的军事实际力量。 1×××系列为纯铝。 3×××系列，锰Mn在这个系列是主要的合金元素。 4×××系列，硅Si在这个系列是主要的合金元素。 5×××系列，镁Mg在这个系列是主要的合金元素。 6×××系列，硅Si和镁Mg在这个系列是主要的合金元素。 1.3铝的性质 物质的用途决定于物质的性质。由于铝有多种优良性能，因而铝有着极为广泛的用途。(1)铝的密度很小，仅为2.7 g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝；防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金。例如，一架超音速飞机约由70%的铝及其合金构成。船舶建造中也大量使用铝，一艘大型客船的用铝量常达几千吨。 (2)铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的2/3，但密度只有铜的1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。(3)铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。
福建农林大学考试试卷（A）卷 2013 ——2014 学年第1 学期 课程名称：机械工程材料考试时间：120分钟 专业年级班学号姓名 一、判断题（每小题1分，共10分） 1、硬度愈高的材料其冲击韧性值也愈高。（×） 2、金属晶格中的空位和间隙原子会引起晶格畸变，从而导致金属塑性提高。（×） 3、在铁碳合金中，只有共析成分的合金冷却时，才能发生共析转变，形成共析组织。(×) 4、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。（×） 5、钢的淬透性愈好，则它的淬硬层硬度愈高。（×） 6、等温淬火的目的是为了获得下贝氏体组织。（√） 7、所有的合金元素都能使过冷奥氏体的稳定性增加，C曲线右移。（×） 8、表面淬火既不能改变工件的表面化学成分，也不能改善心部的组织和性能。( × ) 9、金属中的固态相变过程，都是晶粒的重新形核和长大过程。（√） 10、热塑性塑料一般具有链状或支链状分子结构。（√） 二、单项选择题（每小题1分，共20分）请将答案填入表格 1、鸟巢是世界上公认最难建造的建筑物，建造时最有可能使用的材料是（C ）。 A、Q235； B、KT300-06； C、Q460E； D、60Si2Mn 2、当晶格常数相同时，面心立方晶格比体心立方晶格的：（C ） A、原子半径大，致密度小； B、原子半径大，致密度大； C、原子半径小，致密度大； D、原子半径小，致密度小。 3、铁碳合金中, （ C ）组织为共晶反应产物。 A、铁素体； B、珠光体； C、莱氏体； D、索氏体
4、碳在γ-Fe 中的最大溶解度为(C )。 A、0.02%； B、0.77%； C、2.11%； D、4.3% 5、金属结晶后晶粒大小取决于结晶时的形核率N 和核长大速度G, 要细化晶粒必须（ A ）。 A、增大N、降低G； B、增大N 和G； C、降低N、增大G; D、降低N和G 6、固溶体合金中产生晶内偏析是因为(A )。 A、冷却较快, 原子扩散来不及充分进行； B、结晶温度区间过窄，冷却速度过慢 C、结晶时无限缓慢冷却, 使高熔点组元过早结晶； D、结晶过程的温度变化范围太大 7、与40 钢相比, 40Cr 钢的特点是（ C ）。 A、C 曲线左移, Ms 点上升； B、C 曲线左移, Ms 点下降； C、C 曲线右移, Ms 点下降； D、C 曲线右移, Ms 点上升 8、合金元素溶入奥氏体后能使淬火钢在回火过程中马氏体分解速度减慢，从而（ B ）。 A、降低回火稳定性； B、提高回火稳定性； C、降低淬透性；C、增加淬透性 9、过共析钢淬火时，合适的淬火温度为（ C ） A、Ac3+（30～50℃）； B、Ac1～Ac3； C、Ac1+（30～50℃）； D、Accm+（30～50℃） 10、碳素工具钢和低合金刃具钢的预先热处理宜采用（ D ）。 A、完全退火； B、正火； C、调质； D、球化退火 11、45 钢加热保温后以大于V K 的冷却速度水淬, 发现硬度偏低, 其原因是(C )。 A、冷却过程中析出了铁素体； B、残余奥氏体的量太多。 C、加热温度低于Ac3, 有未溶铁素体； D、冷却过程中析出了奥氏体； 12、回火索氏体比索氏体具有较好的δ、ψ、a K , 是由于（ C ）所致。 A、F的过饱和程度不同； B、碳化物片层间距不同； C、碳化物形态不同； D、碳含量质量百分数不同 13、下列钢经完全退火后，哪种钢可能会析出网状渗碳体（D ） A、Q235 B、45 C、60Si2Mn D、T12 14、钢获得下列哪种组织时有最佳的综合机械性能（ C ）。 A、M+K; B、P+F; C、B下; D、M+P 15、感应加热表面淬火的硬化层深度主要取决于(D )。 A、钢的含碳量； B、钢的淬透性； C、淬火介质的冷却能力； D、感应电流的频率 16、石墨在铸铁中具有良好的吸振作用和减摩作用, 尤其是（ A ）石墨更好。 A、片状； B、团絮状； C、球状； D、蠕虫状