第一章
晶体：内部原子（离子或分子）在三维空间按一定几何形状有规则排列的固体
非晶体：内部原子（离子或分子）在三维空间内无规则排列的物质
晶胞：能够反应晶格特征的最小组成单元
晶格：能构成晶体的实际质点（原子或离子）抽象为纯粹的几何阵点，将这些阵点用假想的直线连接起来，构成的三维的空间格架
晶格常数：晶胞的三条棱长a,b,c.
三种常见的金属晶体结构：
体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格
特征：
晶格类型晶胞中的原子数原子半径配位数致密度
体心立方 2 √3a/4 8 0.68
面心立方 4 √2a/4 12 0.74
密排六方 6 a/4 12 0.74
配位数：晶体结构中与任一原子周围最近邻且等距离的原子数
致密度：晶胞中所含原子的体积与晶胞体积的比值
晶面：由一系列原子组成，通过院子中心的平面
晶向：任意两个原子之间连线所指的方向
指数：用以表述晶面（向）的数字符号称为晶面（晶向）指数
原子排列情况相同但空间位向不同的所有晶面（晶向）称为晶面（晶向）族
密排面：原子密度最大的面
密排方向：原子密度最大的方向
晶体的各向异性：金属沿不同方向性能不相同的现象
实际金属的晶体结构：
①点缺陷：晶格空位、间隙原子、异类原子
②线缺陷：刃型位错、螺型位错
③面缺陷：晶界、亚晶界
目前最主要的工程材料包括金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料
合金：一种金属元素或几种金属（或非金属）元素，通过熔化或其他方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质
组元：组成合金最基本的独立物质
相：在金属或合金中，凡化学成分、晶体结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分两类基本相：固溶体、中间相（金属化合物）
固溶体：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀、且结构与组元之一相同的固相
固溶体包括置换固溶体和间隙固溶体两种形式
固溶强化：通过形成固溶体使金属的强度和硬度提高的现象
<由于溶质原子的溶入，造成了不同程度的晶格畸变，阻碍了晶体的滑移，从而使合金固溶体的强度和硬度得到提高>
中间相（金属化合物）：组元之间相互形成的，晶格类型和特性均不同于任一组元的新相中间相包括正常价化合物、电子化合物、间隙相和间隙化合物
凝固：物质从液态冷却转变为固态的过程称为凝固
结晶：原子团由近程有序状态转变为远程有序状态<是一个自发过程，但必须具备一定条件，即需要驱动力>
过冷现象：液态物质要结晶，就必需冷却到T0温度以下，即必需冷却到低于T0温度的某一
个温度Tn才能结晶。
过冷度：理论结晶温度T0与实际结晶温度Tn之差，即△T=T0-Tn
结晶的基本过程：晶核的形成、晶核的长大
晶核的形成：
均匀形核 = 均质形核 = 自发形核
非均匀形核 = 异质形核 = 费自发形核
晶核的长大：平面状态生长、树枝状态生长
形核率：单位时间内和单位体积内所产生的晶核数
晶体的长大速率：单位时间内晶核向周围长大的平均速率
冷却速度和难熔杂质对两者有一定的影响
细化晶核的方法：增大过冷度、变质处理、振动和搅拌
铸锭晶区：表面细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区
同素异构转变：材料在固态下改变晶格类型的过程
第二章
使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能
工艺性能：机械零件在冷、热加工的过程中应具备的性能
强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力
比例极限：应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力值
弹性极限：材料产生完全弹性形变时所能承受的最大应力值
屈服强度：材料开始产生塑性变形时的应力值，反映了材料抵抗永久变形的能力
抗拉强度：材料的极限承载能力，是试样拉断前所能承受的最大应力值
刚度：材料受力时抵抗弹性形变的能力
弹性模量E是指材料在弹性范围内应力与应变的比值
塑性：材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力
硬度：材料抵抗局部变形的能力，是衡量材料软硬程度的指标
常用的硬度指标：布氏硬度HB、洛氏硬度HR、维氏硬度HV
布氏硬度：压头为淬火钢球＜450HBS
压头为硬质合金压头450·650HBW
洛氏硬度：顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球为压头
无单位 1HRC=10HBS
维氏硬度：顶部两面相对具有规定角（136°）的正四棱锥金刚石压头
韧性：材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力
冲击韧度：材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力
疲劳：工程材料在服役过程中，由于承受交变载荷而导致裂纹的产生，扩展以至断裂失效的现象
疲劳强度：试样承受无数次应力循环或达到规定的循环次数才断裂的应力
提高材料的疲劳强度（提高表面强度）的方法：
改善零件的结构形状以避免应力集中、降低零件表面粗糙度、尽量减少各种热处理缺陷
单晶体的塑性变形：
两种基本形式：滑移、孪生
滑移：晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对滑动位移的现象
滑移系：一个滑移面与其上的一个滑移方向组成
多晶体塑性变形的特点：
各晶粒变形显微组织呈现纤维状、亚结构生成、形变织构产生（丝织构、板织构）
冷变形对金属性能的影响：
（1）冷变形强化（加工硬化）
随着塑性变形量的增加，金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象
根本原因：位错密度及其他晶体缺陷的增加
位错强化：通过增加位错密度来提高金属强度的现象
（2）力学性能的各向异性
（3）物理、化学性能的改变
（4）残余应力：宏观内应力、微观内应力、点阵畸变
冷变形金属在加热时组织和性能的变化：
（1）回复：残余应力大大降低
（2）再结晶：是一个形核和长大的过程
不是一个恒温过程，它是在一定温度范围内发生的
冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为再结晶
最低再结晶温度影响因素：
预先变形度、金属的熔点、杂质与合金元素、加热速度和保温时间
（3）晶粒长大
冷加工与热加工的区别：
以再结晶的温度作为冷加工和热加工的分界。低于再结晶温度的加工为冷加工，反之热加工热加工对金属组织的影响：
消除铸锭组织缺陷、细化晶粒、形成锻造流线、形成带状组织
第三章
相图：表示合金系中合金的状态与温度、成分之间关系的图解
匀晶相图：凡是二元合金系中有两组元在液态下可以任何比例均匀的相互溶解，在固态下能形成无限固溶体时，其相图属于匀晶相图
匀晶转变：由液相结晶出均一固相的过程
二元共晶相图：凡二元合金系中两组元在液态下能完全互溶，在固态下形成两种不同固相，并发生共晶转变的相图
共晶转变：二元合金系中，一定成分的液相，在一定温度下同时结晶出成分一定的两种不相同固相的转变（在恒温下进行）
包晶相图：两组元在液态下无限互溶，在固态下有限溶解，并发生包晶转变的二元合金相图包晶转变：在一定温度下，有一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分固相的转变（在恒温下进行）
共析转变：载一定温度下，由一定成分的固相分解为另外两个一定成分故乡的转变过程（恒温转变）
共析相图
含有稳定化合物的相图
稳定化合物：具有一定熔点，在熔点一下保持其固有结构而不发生分解的化合物
铁碳合金的基本组织
基本组元：铁、碳
基本组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体
铁素体：碳溶入α-Fe中形成的间隙固溶体 F 体心立方晶格
奥氏体：碳溶入β-Fe中形成的间隙固溶体 A 面心立方晶格
渗碳体：铁和碳相互作用而形成的一种具有复杂晶体结构的金属化合物 Fe3C
珠光体：由铁素体和渗碳体组成的多相组织 P
莱氏体：碳的质量分数为4.3％的液态合金冷却到1148℃时，同时结晶出奥氏体和渗碳体的多相组织 Ld 在727℃以下莱氏体由珠光体和渗碳体组成，称为变态莱氏体Ld’
铁碳相图中的转变：共晶转变、共析转变
铁碳合金的分类：
工业纯铁：Wc≤0.0218％
钢：共析钢：Wc=0.77％
亚共析钢：Wc=0.0218％-0.77％
过共析钢：Wc=0.77％-2.11％
白口铁：共晶白口铁：Wc=4.3
亚共晶白口铁：Wc=2.11％-4.3％
过共晶白口铁：Wc=4.3％-6.69％
碳钢的牌号：
（1）碳素结构钢：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
（2）优质碳素结构钢：两位数字，表示钢中平均碳的质量分数的万倍数
（3）碳素工具钢：T后面加数字，表示钢中平均碳的质量分数的千倍数（若为高级优质碳素工具钢，则在数字后面加A）
（4）碳素铸钢：ZG加两组数字，第一组为最小屈服强度值，第二组为最小抗拉强度值
选材。
第四章
热处理：采用适当的方式在固态下对钢件进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺方法
目的：改善工艺性能、提高强度
热处理的分类：
普通热处理、表面热处理、化学热处理、特殊热处理
奥氏体的形成过程:
（1）奥氏体晶核的形成
（2）奥氏体晶核的长大
（3）剩余渗碳体的溶解
（4）奥氏体成分均匀化
影响奥氏体形成的因素：
加热温度、碳含量、合金元素（Co、Ni、Al以外的都降低速度）、原始组织
常见的A晶粒度：
起始晶粒度：P向A转变完成时刚形成的A晶粒大小
实际晶粒度：钢在某一具体加热条件下获得的A晶粒大小
本质晶粒度：钢在规定加热条件（930±30℃保温3-8h）下加热时奥氏体晶粒长大的倾向
A晶粒长大的倾向主要取决于钢的成分和冶炼条件
过冷奥氏体：在临界点以下暂时存在的A称为过冷奥氏体
过冷奥氏体等温冷却转变曲线：
1、珠光体型转变（高温转变）扩散型
A1-650℃珠光体P 粗片状
650℃-600℃索氏体S 细片状
600℃-550℃托氏体T 极细片状
2、贝氏体型转变（中温转变）半扩散型
550℃-350℃上贝氏体羽毛状
350℃-Ms 下贝氏体竹叶状
3、马氏体型转变（低温转变）无扩散型针状、板条状
仅仅是晶格类型改变，而无碳浓度的改变
碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体
M转变的特点：
无扩散型转变、变温形成、转变速度极快、体积膨胀、转变的不完全性、可逆性有较高的强度，还有较好的塑性和韧性
过冷奥氏体连续冷却转变：
炉冷：P
空冷：S
油冷：T+M+残余奥氏体
临界冷却速度：M
水冷：M=+残余奥氏体
钢的退火与正火（预备热处理）：
退火：将钢加热到临界点以上或以下的适当温度，并保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理工艺
目的：
1、降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能或后续变形性能
2、消除组织缺陷，细化晶粒，均匀组织，提高力学性能，为最终热处理做准备
3、消除钢中的内应力，稳定工件尺寸，减少变形和开裂倾向
常用的退火方法：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、扩散退火 完全退火：将钢加热到Ac 3+ 30-50℃，保温一段时间，然后随炉冷却。主要用于
亚共析钢
球化退火：一次加热球化退火、等温球化退火、往复球化退火
使钢中碳化物球状化，获得粒状珠光体的一种热处理工艺
主要用于过共析钢及合金工具钢
目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能和力学性能，获得均匀组织，改善热处理工艺性能，为淬火做准备
在退火前要进行正火，以消除网状渗碳体
正火：将钢加热到Ac 3或Ac cm 以上30-50℃，保温后在空气中冷却得到珠光体类
型组织的热处理工艺
目的和应用：
1、重要零件的预备热处理，如半轴、凸轮轴
2、普通零件的最终热处理，受力较小、性能要求不高的碳素结构钢零件
3、对于工具钢、轴承钢等用正火课消除网状渗碳体，以利于球化退火，同时细化晶粒，为淬火做准备
退火与正火的选择：
正火的冷却速度读较快，转变温度较低，获得的组织更细小
正火比退火生产周期短、操作简单、生产率高、工艺成本低
一般情况下尽量用正火代替退火
钢的淬火与回火（最终热处理）：
淬火：把钢加热到Ac 3（亚共析钢）或Ac 1（过共析钢）以上某一温度，保温后以
适当的方式冷却，以获得马氏体和下贝氏体组织的热处理工艺
目的：获得M 或B 组织，提高钢的性能（硬度、强度、耐磨性）
加热温度的选择：
亚共析钢：Ac 3以上30-100℃
共析钢和过共析钢：Ac 1以上30-70℃
过热和过烧：前者可以补救，后者无法补救
淬火介质：水、盐水、油、盐浴及碱浴
淬火方法：单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬火
钢的淬硬性：钢在正常淬火时所能达到的最高硬度值，表明钢的淬硬能力，主要决定于钢（准确的说是淬火M ）中的碳含量
钢的淬透性：钢在淬火中时获得M 的能力，主要取决于钢的临界冷却速度，即过冷奥氏体的稳定性
影响淬透性的因素：
碳含量、合金元素（除钴之外，其余合金元素溶于A 均会降低临界冷却速度）、 奥氏体化温度、钢中未溶第二相
回火：将淬火后的零件加热到低于Ac
的某一温度并保温，然后冷却到室温的热
1
处理工艺
目的：稳定钢的组织和尺寸、减少或消除内应力、获得所需的力学性能
淬火钢回火时的组织转变：
M的分解、A’的分解、回火托氏体的形成、Fe3C的聚集长大和F的再结晶
回火的种类：
1、低温回火（150-250℃）：得到回火马氏体组织
2、中温回火（350-500℃）：得到回火托氏体组织
3、高温回火（500-650℃）：得到回火索氏体组织
调质处理：淬火加高温回火的热处理
钢的回火稳定性：淬火钢在回火过程中抵抗强度、硬度下降的能力
决定因素：钢中的合金元素 Si、Cr、Mo
二次硬化：一些含有Mo、W、V、Cr等元素较多的钢，随回火温度的提高，硬度并不简单下降，而在某一较高回火温度，硬度反而显著升高
第一类回火脆性：钢在250-350℃范围内回火时出现的低温不可逆回火脆性
第二类回火脆性：钢在450-650℃高温回火后缓冷时，会使冲击韧度下降的现象钢的表面热处理：仅改变工件表面层的组织或同时改变表面层化学成分的热处理方法，常见的有表面淬火和化学热处理
表面淬火：只改变表层组织性能而不改变钢的化学成分
在表面淬火之前，应进行正火或调质处理
方法：感应加热、火焰加热、电接触加热、激光加热
化学热处理：
三个过程：分解、吸收、扩散
种类：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属
渗碳：固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳
渗氮：气体氮化、离子氮化
第五章
合金钢：在碳钢的基础上，有意识地加入一些合金元素的钢
合金元素存在的两种形式：溶解于碳钢原有的相中、形成某些碳钢中没有的新相（1）形成合金铁素体（2）形成碳化物
合金元素对钢热处理的影响：
1、提高钢的回火稳定性
2、产生二次硬化
3、回火脆性
金属强化的方式：固溶强化、细晶强化、弥散强化
合金钢的分类：
按用途：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢
按合金元素含量：低合金钢、中合金钢、高合金钢
按金相组织：①退火组织：亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢
②回火组织：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢
合金钢的编号
合金结构钢及其应用
合金工具钢及其应用
特殊性能钢及其应用
第八章
失效：零件丧失使用功能
常见形式：断裂失效、过量变形失效、表面损伤失效
失效的原因：设计不合理、选材不合理、加工工艺不当、装配使用不当选材基本原则：使用性能、工艺性能、经济性
大工13春《机械工程材料》在线作业1 一、多选题（共 5 道试卷，共 25 分。） 1. 根据外力加载方式不同，强度指标包括下列的（）。 A. 屈服强度 B. 抗拉强度 C. 抗压强度 D. 抗弯强度 2. 材料的物理性能包括下列的（）。 A. 热膨胀性 B. 导热性 C. 导电性 D. 磁性 3. 根据受力情况，裂纹分为（）。 A. 张开型 B. 滑开型 C. 撕开型 D. 断开型 4. 材料受外力作用时所表现的性能称为力学性能，下列各项属于力学性能的是（）。 A. 强度 B. 塑性 C. 硬度 D. 韧性及疲劳强度 5. 工艺性能是指材料在加工过程中所表现的性能，包括下列的（）。 A. 铸造 B. 锻压 C. 热处理 D. 焊接和切削加工性能 二、单选题（共 5 道试卷，共 25 分。） 1. 材料常常在远（）其屈服强度的应力下发生断裂，这种现象称为疲劳。 A. 高于 B. 低于 C. 不高于 D. 不低于 2. 材料受外力作用时所表现的性能称为（）。 A. 物理性能 B. 化学性能 C. 力学性能 D. 工艺性能 3. 材料在外力去除后能够恢复的变形称为（），不能恢复的变形称为（）。 A. 弹性变形，塑性变形 B. 塑性变形，弹性变形 C. 弹性变形，弹性变形 D. 塑性变形，塑性变形 4. 材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力是（）。 A. 硬度 B. 塑性 C. 强度 D. 变形 5. 实际服役的金属材料有（）是因为疲劳而破坏的。 A. 90% B. 80% C. 70% D. 60% 三、判断题（共 10 道试卷，共 50 分。） （×）1. 金属原子的外层电子多，不容易失去。 （×）2. 晶相中的晶粒大小对陶瓷材料的性能影响很小。 （×）3. 常见的金属材料都具有非晶体结构。 （√）4. 共价键中的电子对数因元素种类不同而不同。 （√）5. 晶相是陶瓷材料中的主要组成相。 （√）6. 固态物质按照原子在空间的排列方式，分为晶体和非晶体。 （√）7. 线缺陷就是晶体中的位错。 （×）8. 晶体中一维尺寸很大、另两维尺寸很小的缺陷称为面缺陷。 （√）9. 工程材料通常是固态物质。 （×）10. 在常温下，晶粒越粗，晶界面积越大。 大工13春《机械工程材料》在线作业2 一、多选题（共 5 道试卷，共 25 分。） 1. 下列各项属于影响奥氏体晶粒大小因素的是（）。 A. 原始组织 B. 合金元素 C. 加热速度 D. 加热温度 2. 材料的普通热处理包括下列的（）。 A. 退火 B. 正火 C. 淬火 D. 回火 3. 材料的其他热处理方式包括下列的（）。 A. 真空热处理 B. 形变热处理 C. 控制气氛热处理 D. 激光热处理 4. 材料的其他热处理包括下列的（）。 A. 真空热处理 B. 形变热处理 C. 表面淬火 D. 化学热处理 5. 材料的表面热处理包括下列的（）。 A. 退火 B. 正火 C. 表面淬火 D. 化学热处理 二、单选题（共 5 道试卷，共 25 分。）
“工程材料基础”课程教学大纲 英文名称：Fundamentals of Engineering Materials 课程编号：MATL300102（10位） 学时：52 （理论学时：44 实验学时：8 上机学时：课外学时：（课外学时不计入总学时）） 学分：3 适用对象：本科生 先修课程：大学物理、材料力学 使用教材及参考书： [1] 沈莲，范群成，王红洁.《机械工程材料》.北京：机械工业出版 社，2007. [2] 席生岐等。《工程材料基础实验指导书》.西安：西安交通大学出 版社.2014 [3] 朱张校等。《工程材料》.北京：清华大学出版社.2009 一、课程性质和目的（100字左右） 性质：专业基础课 目的：为机械、能动、航天、化工等学院本科生讲解材料的基础理论和工程应用，使学生了解材料的成分-组织-结构-性能的内在关系，培养学生根据零构件设计的性能指标选择合适材料，做到“知材、懂材”并能合理使用材料。 二、课程内容简介（200字左右） 工程材料基础是面向机类、近机类及口腔医学专业开设的材
料基础理论课程。课程主要向学生讲授典型零件的失效方式及抗力指标、金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的基本知识，使学生掌握材料成分-工艺-组织-性能的内在关系，掌握工程材料实际应用的原则，培养学生“知理论、懂性能、会选材”的基本能力和素质。 课程实验主要包括金相试样制备和显微镜使用、铁碳合金组织的观察与分析、碳钢热处理与性能综合实验。 一、教学基本要求 (1) 了解机械零构件的常见失效方式及其对性能指标的要求。 (2) 掌握碳钢、铸铁、合金钢、有色金属的成分、组织、热处理、性能特点及工程应用的基本知识。 (3) 掌握陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的成分、组织、性能特点及常用材料的种类和用途。 (4) 学生具有根据零构件的服役条件、失效方式和性能要求选择材料及编写冷热加工工艺路线的基本能力。 (5) 了解新材料、新工艺的基本概况及发展趋势。 三教学内容及安排 绪论（1学时） 工程材料在机械设计及制造工程中的作用，工程材料的分类本课程的目的及任务，课程的基本内容，考核要求等。（1学时） 第一章机械零件失效方式及抗力指标（5学时） 1) 掌握：常温静载下的过量变形及抗力指标；静载和冲击载荷下的
(一) 单选题 1. 下列哪种不是铸锭的常见缺陷（）。 (A) 缩孔 (B) 缩松 (C) 气孔 (D) 咬边 参考答案： (D) 2. 面心立方晶胞致密度为（）。 (A) 0.68 (B) 0.86 (C) 0.74 (D) 0.72 参考答案： (C) 3. 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将（）。 (A) 越高 (B) 越低 (C) 越接近理论结晶温度 参考答案：
(B) 4. 延伸率是用来表示金属材料的哪种性能（）。 (A) 强度 (B) 塑性 (C) 硬度 (D) 刚度 参考答案： (B) 5. 实际金属结晶形成晶核时，主要是哪种形核方式（）。 (A) 自发形核 (B) 非自发形核 (C) 平面形核 参考答案： (B) 6. 亚晶界是由（）。 (A) 点缺陷堆积而成 (B) 位错垂直排列成位错墙而构成 (C) 晶界间的相互作用构成 参考答案： (B)
7. 理论结晶温度与实际结晶温度之差称为（）。 (A) 过热度 (B) 过冷度 (C) 冷热度 参考答案： (B) 8. 晶体中的位错属于（）。 (A) 体缺 陷 (B) 面缺 陷 (C) 线缺 陷 (D) 点缺 陷 参考答案： (C) 9. 冷却速度较大时，实际金属结晶形成晶核后长大，主要是哪种长大方式（）。 (A) 平面长大 (B) 树枝状长大 (C) 自发长大 参考答案： (B) 10. 金属材料的流动性是衡量哪种工艺性能的（）。 (A) 铸造性能 (B) 锻造性能 (C) 焊接性能
(D) 热处理性能 参考答案： (A) 11. 硬度的高低是用来衡量金属材料的哪种性能（）。 (A) 耐腐蚀性能 (B) 耐磨性能 (C) 耐热性能 (D) 抗老化性能 参考答案： (B) 12. 固溶体的晶体结构与哪个相同（）。 (A) 溶质 (B) 溶剂 (C) 与两者都不同 参考答案： (B) 13. 金属材料的碳质量分数是衡量哪种工艺性能的（）。 (A) 铸造性能 (B) 锻造性能 (C) 焊接性能
《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）
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》作业题 第一章金属的晶体结构与强化机制 1、金属中常见的晶体结构类型是：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。 2、晶体缺陷按其几何形态分为 ：点缺陷、线缺陷和面缺陷。 3、金属的强度与硬度随其冷变形程度的增加 而提高 ，而塑性、韧性则降低 的现象称为加工硬化 或形变强化 。 4、金属的晶粒愈细小 ，则其强度、硬度愈高 ，而且还可改善 其塑性、韧性，这就是金属的细晶强化 作 用所致。实际生产中，铸件常采用：增大过冷度、变质处理 、振动 和搅拌 等方法来细化晶粒。 第二章合金的相结构与结晶 1、固态合金中的相，按其晶格结构的基本属性可分为固溶体和金属间化合物两大类。 2、固溶体的晶格类型与溶剂组元的晶体结构相同，根据溶质原子在溶剂晶格种所处位置不同可将固溶体分 为置换固溶体和间隙固溶体两类。 3、通过溶入某种溶质元素形成的固溶体而使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。 4、在实际铸态下，合金的结晶比较快，原子的扩散来不及充分进行，结果使先结晶出来的固溶体和后结晶的固溶体成分不均匀，这种结晶过程称为非平衡结晶。在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析 或枝晶偏析，它将导致合金的塑性、韧性下降，且易引起晶内腐蚀。当铸件中出现枝晶偏析时，可采用扩散退火或均匀化退火处理来消除之。 5、合金在冷却到某一温度时，由一定成分的液相同时结晶出成分不同、结构不同的两个固相，把这种转变称为共晶转变或共晶反应，其反应产物称为共晶组织或共晶体，其基本特征是两相均匀并交替分布。 6、Pb—Sn合金发生共晶反应的温度为183 ℃，其共晶点成分中的Pb含量为38.1 ％。当含ωPb30％的Pb—Sn合金，其室温下的平衡组织为β初＋αⅡ＋（α＋β）共。当含ωSn30％的Pb—Sn合金，其室温下的平衡组织为α初＋βⅡ＋（α＋β）共。 第三章 铁碳合金及合金钢概述 1、铁随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。 2、铁碳合金在727 ℃下，由一定成分的固相同时转变成两种成分和晶体结构完全不同的新固相的过程称为共析转变。其转变产物是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，将其称为珠光体，常以P 表示。 3、随着钢中碳含量的增加，其室温平衡组织的变化规律为P+F →P →P+Fe3CⅡ,其力学性能变化的规律
《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。
第一章材料的结构与金属的结晶 1．解释下列名词： 变质处理P28;细晶强化P14;固溶强化P17。 5?为什么单晶体具有各向异性P12,而多晶体在一般情况下不显示各向异性P13? 答：因为单晶体内部的原子都按同一规律同一位向排列，即晶格位向完全一致。 而在多晶体的金属中，每个晶粒相当于一个单晶体，具有各项异性，但各个晶粒在整块金属中的空间位向是任意的，整个晶体各个方向上的性能则是大量位向各不相同的晶粒性能的均值。 6. 在实际金属中存在哪几种晶体缺陷P13?它们对力学性能有何影响P14？ 答：点缺陷、线缺陷、面缺陷。缺陷的存在对金属的力学性能、物理性能和化学性能以及塑性变形、扩散、相变等许多过程都有重要影响。 7. 金属结晶的基本规律是什么P25?铸造（或工业）生产中采用哪些措施细化晶粒？举例说明。P27?P28 答：金属结晶过程是个形核、长大的过程。 （1 ）增大过冷度。降低金属液的浇筑温度、采用金属模、水冷模、连续浇筑等。 （2）变质处理。向铝合金中加入钛、锆、硼;在铸铁液中加入硅钙合金等。 （3）振动和搅拌。如机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。 第二章金属的塑性变形与再结晶 1. 解释下列名词： 加工硬化P40;再结晶P43 ;纤维组织P3& 2. 指出下列名词的主要区别：重结晶、再结晶P43 答：再结晶转变前后的晶格类型没有发生变化，故称为再结晶; 而重结晶时晶格类型发生了变化。另外，再结晶是对冷塑性变形的金属而言，只有经过冷塑性变形的金属才会发生再结晶，没有经过冷塑性变形的金属不存在再结晶的问题。 5. 为什么常温下晶粒越细小，不仅强度、硬度越高，而且塑性、韧性也越好? P38 答：晶粒愈细，单位体积内晶粒数就愈多，变形是同样的变形量可分散到更多的晶粒中发生，以产生比较均匀的变形，这样因局部应力集中而引起材料开裂的几率较小，使材料在断裂前就有可能承受较大的塑性变形，得到较大的伸长率和具有较高的冲击载荷抗力。 6. 用冷拔铜丝制作导线，冷拔后应如何处理?为什么? P42 答：应该利用回复过程对冷拔铜丝进行低温退火。 因为在回复阶段，变形金属的显微组织没有明显变化，纤维状外形的晶粒仍存在，故金属的强度、硬度和塑性韧性等力学性能变化不大，某些物理、化学性能恢复，如电阻降低、抗应力腐蚀性能提高等，同时残留应力显著降低。 7. 已知金属W Fe、Cu、铅Pb的熔点分别为3380'C、1538'C、1083'C、327C，试估算这些金属的再结晶温度P43o T再"0.4T熔
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
细化晶粒的方法?为什么要细化晶粒? 方法:增加过冷度;变质处理;附加振动 原因:常温下金属的晶粒越小,强度硬度则越大.同时塑 形韧性也越好.细化晶粒可以大大提高金属材料的常温力学性能. 什么退火?退火操作有? 将组织偏离平衡状态的金属和合金,加热到适当的温度,保持一定时间,然后慢慢冷却以获得平衡状态的热处理工艺称为退火. 操作:均匀化退火;完全退火和等温退火;不完全退火;球 化退火;去应力退火 钢丝和铅丝 钢丝的再结晶温度大于室温,反复弯折相当于对其冷加 工致使加工硬化,所以越弯折越硬.而铅丝的再结晶温度 小于室温,属于对其进行热加工使其硬化消失所以始终保软态. 金属经冷塑性变形后,组织和性能发生什么变化? 纤维组织的产生;晶粒破碎,位错密度增大,产生加工硬化;结构现象的产生;残余内应力的产生 用20CrMnTi钢制造变速箱齿轮工艺路线及热处理作用 路线:锻造-正火-加工齿形-局部镀铜-渗碳-预冷淬火, 低温回火-喷丸-磨齿(精磨) 正火:消除锻造状态的不正常组织,以利切削加工,保证齿形合格. 淬火+低温回火:使其面层具有很高的硬度和耐磨性,使其心部具有高强度和足够的冲击韧度 淬火的目的?方法? 目的:提高工具渗碳工件和其他高强度耐磨机器零件等的强度,硬度和耐磨性;提高结构钢的综合力学性能;提高少数工件的物理和化学性能. 方法:单介质淬火;双介质淬火;分级淬火;等温淬火;冷处理. 共析钢加热时,奥氏体的形成过程有那几个步骤? 奥氏体晶核形成;奥氏体晶核的长大;残余渗碳体的溶解;奥氏体均匀化. 回火操作?指出各种回火操作得到的组织及性能. 低温回火;回火马氏体;高硬度和高耐磨性 中温回火;回火托氏体;较高的弹性极限和屈服极限并具有一定韧性. 高温回火;活活索氏体;较高强度,良好的塑性和韧性. 为什么铸造合金常选接近共晶成分合金? 因为温度间隔与成分间隔愈大的合金其流动性愈差,分散缩孔愈多,凝固后的枝晶偏析也愈严重.而对于共晶系来说,共晶成分合金熔点低,且凝固在常温下进行,流动性好,分散缩孔少,热裂倾向也小.故~ 塑性变形造成哪几种残余应力? 宏观内应力(第一);微观内应力(第二);晶格畸变内应力(第三) 用W18Cr4V制造铣刀,加工路线及热处理作用? 路线:下料-锻造-球化退火-机械加工-淬火+560°C三次回火-喷砂-磨削加工-成品 退火:便于加工,为淬火做好准备 淬火+回火:使其具有高硬度,高耐磨性及热硬性. 700℃,760℃,840℃,1100℃ 700<727 不发生相变(在相变温度线以下);F+P 760 在G点下载Ac1~Ac3之间,原为A+F，A-M，F保留;F+M+A'(残余) 840 Ac3以 上,A-M+A'(残余);M+A' 1100 A晶粒粗化-粗片状M+A'
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
机械工程材料总结 通过这一学期的学习，对各种材料也有了了解，比如说，在机械工程材料中，金属材料最重要的。掌握了常用机械工程材料的性能与应用，具有选择常用机械工程材料和改变材料性能的方法。了解了与本课程有关的新材料，新技术，新工艺及其发展概况。 材料是人类生产和生活的物质基础。人类社会发展的历史表明，生产技术的进步和生活水平的提高与新材料的应用息息相关。每一种新材料的发明和应用，都使社会生产和生活发生重大的变化，并有力地推动着人类文明的进步。例如，合成纤维的研制成功改变了化学、纺织工业的面貌，人类的衣着发生重大变化；超高温合金的发明加速了航空航天技术的发展；超纯半导体材料的出现使超大规模集成电路技术日新月异，促进了计算机工业的高速发展；光导纤维的开发使通信技术产生了重大变革；高硬度、高强度等新材料的应用使机械产品的结构和制造工艺发生了重大变化。因此，历史学家常以石器时代、铜器时代、铁器时代划分历史发展的各个阶段，而现在人类已跨进人工合成材料的新时代。 学完了整册书，对本书有了深刻了解。通过对第一章的力学性能的学习，了解了要正确，合理地使用金属材料，必须了解其性能。金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在各种加工进程中所表现出来的性能，主要有力学性
能、物理性能和化学性能。在机械行业中选用材料时，一般以力学性能为主要依据。在第二章的学习中，了解了金属的晶体结构和结晶，固体材料按内部原子聚集状态不同，分为晶体和非晶体两大类。固态金属基本上都是晶体物质。材料的性能主要取决于其内部结构。因此，研究纯金属与合金的内部结构，对了解和掌握金属的性能是非常重要的。 在深入的了解中我又学到了金属不但能结晶，而且还能再结晶。为了获得预期组织结构与性能，我们通常采用热处理来实现这一方法。热处理是提高金属使用性能和改善工艺性能的重要加工工艺方法，因此，在机械制造中绝大多数的零件都要进行热处理。一般应用以下方面：1.作为最终热处理，正火可以细化晶粒，使组织均匀化，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。对于普通结构钢零件，力学性能要求不是很高时，可以正火作为最终热处理。2.作为预先热处理，截面较大的合金结构钢件，在淬火或调质处理前长行正火，以清除魏氏组织或带状组织，并获得细小而均匀的组织，对于过共析钢可减少二次渗碳体量，并使其不形成连续网状，为球化退火作组织准备。3.改善切削加工性能，低碳钢或低碳钢退火后硬度太低，不便于切削加工。正火可提高其硬度，改善其切削加工性能。 实践证明，生产中往往会由于选材不当或热处理不妥，使机械零件的使用性能不能达到规定的技术要求，从而导致零件在使用中因发生过量变形，过早磨损或断裂等而早期失效。所以，在
名词解释： 1. 晶格-------为了研究方便，将构成晶体的原子抽象为平衡中心位置的纯粹几何点，称为结点或阵点。用一些假想的空间直线将这些点连接起来，构成一个三维的空间格架，称为空间点阵，简称为晶格或点阵。 2．晶胞------反映晶格特征的最小几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞。 3．各向异性-------晶体中，由于各晶面和各晶向上的原子排列的密度不同，因而同一晶体的不同晶向和晶面上的各种性能不同，这种现象称为各向异性。 4．晶界-------多晶体中每个外形不规则的小晶体称为晶粒，晶粒之间的交界面就是晶界。 5. 合金-------通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。 6. 固溶强化-------在合金中，随溶质原子的加入发生晶格畸变，形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。 7. 组织-------用肉眼或借助不同放大倍数的显微镜所观察到的金属内部的情景，即各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。 8. 刃型位错-------位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错” 9. 变质处理-------在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以细化晶粒和改善组织的处理方法。 10．枝晶偏析-------实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。 11．同素异构转变-------由于条件（温度或压力）变化引起金属晶体结构的转变，称同素异构转变。 12. 共晶反应-------指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。 13. 共析反应-------由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。 14. 加工硬化-------金属塑性变形时，随变形度的增加，强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。 15．热加工-------将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。 16．本质晶粒度-------根据标准试验方法，在930±10℃保温足够时间（3-8小时）后测定的钢中晶粒的大小。 17．调质处理-------淬火加高温回火。 18. 马氏体-------碳原子在α-Fe中的过饱和固溶体。 19. 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。 20. 淬硬性-------钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。 21. 红硬性------指钢在高温条件下仍能保持高的硬度和切削能力的性能。 22．水韧处理-------将碳钢在950℃加热快冷后在400℃回火处理。 23．时效------- 为使二次淬火层的组织稳定，在110~150℃经过6~36小时的人工时效处理，以使组织稳定。 24．石墨化-------将渗碳体加热到一定温度保温后缓慢冷却得到石墨的热处理工艺。
机械工程材料基础复习题 一、填空题 1.绝大多数金属的晶体结构都属于( 体心立方)、( 面心立方)和( 密排六方)三种典型的紧密结构. 2.液太金属结晶时,过冷度的大小与其冷却速度有关,冷却速度越大,金属的实际结晶温度越( 低),此时,过冷度越( 大). 3.( 滑移)和( 孪生)是金属塑变形的两种基本方式. 4.形变硬化是一种非常重要的强化手段,特别是对那些不能用( 热处理)方法来进行强化的材料.通过金属的(塑性变形)可使其( 强度)、( 硬度)显著提高. 5.球化退火是使钢中( 渗碳体)球状化的退火工艺,主要用于( 共析)和( 过共析)钢,其目的在于( 降低硬度),改善( 切削加工)性能,并可为后面的( 淬火)工序作准备. 6、大小不变或变化很慢的载荷称为静载荷，在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷，大小和方向随时间发生周期性变化的载荷称为交变载荷。 7、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。 8、填出下列力学性能指标的符号：屈服点σs ，抗拉强度σ b ，洛氏硬度C标尺HRC，伸长率δ，断面收缩率φ，冲击韧度A k，疲劳极限σ-1。 9、渗碳零件必须采用低碳钢或低碳合金钢材料。 10、铸铁是含碳量大于2.11％的铁碳合金。根据铸铁中石墨的存在形状不同，铸铁可分为灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等。 11、灰铸铁中，由于石墨的存在降低了铸铁的力学性能，但使铸铁获得了良好的铸造性、切削加工性、耐磨性、减 震性及低的缺口敏感性。 12、高分子材料是( 以高分子化合物为主要组分的材料) 其合成方法有( 加聚)和( 缩聚) 两种，按应用可分为( 塑料)、 ( 橡胶)、( 纤维)、( 胶粘剂)、( 涂料)。 13、大分子链的几何形状为( 线型)、( 支链型)、( 体型),热塑性塑料主要是( 线型)、分子链.热固性塑料主要是( 体型) 分子链. 14、陶瓷材料分( 玻璃)、( 陶瓷)和( 玻璃陶瓷)三类,其生产过程包括( 原料的制备)、( 坯料的成形)、( 制品的烧结) 三大步骤. 15、可制备高温陶瓷的化合物是( 氧化物)、( 碳化物)、( 氮化物)、( 硼化物)和( 硅化物),它们的作用键主要是( 共价 键)和( 离子键). 16、YT30是(钨钴钛类合金)、其成份由( WC )、( TiC )、( CO )组成,可用于制作( 刀具刃部). 17、木材是由( 纤维素)和( 木质素)组成,灰口铸铁是由( 钢基体)和( 石墨)组成的. 18、纤维增强复合材料中,性能比较好的纤维主要是( 玻璃纤维)、( 碳纤维)、( 硼纤维)和( 碳化硅纤维). 19、玻璃钢是( 树脂)和( 玻璃纤维)的复合材料,钨钴硬质合金是( WC )和( CO )的复合材料. 20、超导体在临界温度T C以上,具有完全的( 导电性)和( 抗磁性). 二、判断题 （√）1、在相同的回火温度下，合金钢比同样含碳量的碳素钢具有更高的硬度 （×）2、低合金钢是指含碳量低于0.25%的合金钢。 （×）3、3Cr2W8V钢的平均含碳量为0.3%，所以它是合金结构钢。
说在最前面的话 对考华工机械材料加工方向，并选择考“金属学与热处理”科目的，个人觉得难度并非很大，拿 到130分并非难事。但今年达到这个分数的人似乎并不多，个人觉得其他人是因为看过真题后产生掉 以轻心的邪念！才导致悲剧的发生！ 确实，稍微复习就能很轻松上100分，但110分以下的分数都是相当于考砸的分数！材料加工这个专业录取分数高，原因就是专业课容易拿高分！如果这科拿不到高分，上线就危险了！即使勉强上线，奖学金也是危险！（另外还必须拿到高分的就是数学了。） 要得到事半功倍的复习效果，应该防范两种极端。 极端一：杀鸡用牛刀。为取得理想分数，就要准备充分，把要考到的知识点都复习到位。但是如 果是关于这门课的资料的都看，就连和华工考相同的专业课的其他学校的资料也找来看的话，那就是小题大做了！这样做将会花费大量的时间，虽然把知识学到了，但对考华工一点帮助都没有。以过来 人的身份，我可以很负责任的说：考华工需要的资料并不多，就是：指定教材，PPT课件，十年真题。如果还要说需要什么的话，就是这份盛行于网上的〈〈华南理工机械工程材料答案》。除此四样的其他 资料，一眼都不要看！这个断言大概到10月份接触真题的时候你就可以自己印证了。但十月份才发现这个事实，你就追悔莫及了！ 极端二：掉以轻心。预先看过真题的人都会觉得这些年真题都不难，每题都好像会做，所以这样的考生容易给专业课安排复习时间较少！或则开始复习时间较晚！经常的表现为：暑假前还未买到教材，开学前还未把教材看过几遍；专业课复习时间比政治复习时间少！真题出题规律研究较少，复习流于表面。所以，建议有这样心理的同学尽快端正态度，否则专业课就得拉总分的后腿了！个人建议就是：九月份把教材、PPT课件看熟，多看几遍，特别是根据PPT讲义把握〈〈机械工程材料》的脉络, 〈〈机械工程材料》和PPT讲义一定要多熟，〈〈金属学与热处理》看两遍就可以了。十月份把十年真题全部做完，答案以〈〈机械工程材料》为落脚点，因为真题答案都是在这本教材上直接抄写出来，建议在课本相应的地方划出了，方便最后冲刺的时候看，用我教材复印件的就可以看到我不仅在课本上标 示出答案，还在旁边把年份也标了出来，这对研究华工出题规律极有好处。完成这两个月高效率的学习，你大概也对华工的专业课复习了然于胸了。之后该怎能复习也有自己的体会了！如果让我说，就 是在剩下的时间里把“机械工程材料”的重点内容，PPT讲义，十年真题背下来！做到厚积薄发！