工程材料与机械制造基础-4-铁碳合金

机械制造基础自学考试大纲上海大学编I．课程性质与设置目的要求(一)课程性质、特点和设置目的“机械制造基础”是《机械制造及自动化》专业专科自学考试计划中的一门专业基础课，是为培养满足《机械制造及自动化》高级人才需要而设置的。

通过该课程的学习,了解常用工程材料的性能和选用原则；掌握各种主要加工方法的实质、基本工艺理论与工艺特点；培养分析零件结构工艺性和选择加工方法的初步能力,从而为学习其他后继课程奠定基础。

（二）考试要求1．了解常用金属的一般性质、适应范围和选用原则2．初步掌握各种主要加工方法的实质、工艺特点和基本原理。

并具有选择毛胚，零件加工方法的基本知识。

3．了解各种主要加工方法的设备和工具的工作原理、大致结构和范围。

4．初步掌握零件的结构工艺性和常用金属的工艺性。

5．掌握工程材料及热处理工艺。

6．了解现代制造技术的典型工艺、方法及其原理。

II．课程的基本内容与考核目标第一章工程材料一、课程内容1．金属材料简介2．晶体的结构3．金属的结晶4、二元合金和其晶体结构5．铁碳合金6．钢的热处理7．塑料8．现代结构材料9．功能材料10．纳米材料二、考核要点1．机械性能（强度、硬度、弹性、塑性、冲击韧性等）2．金属的晶体结构3．金属的结晶过程。

晶粒大小对金属性质的影响，冷却曲线和过冷度,同素异构转变。

4．合金的基本结构5．二元合金状态图的概念6．铁碳合金的基本组织7．铁碳合金状态图的基本概念(铁碳合金状态图的组元和各部分组成，钢的组织转变）8．钢的热处理原理（热处理过程中━加热及冷却时的组织转变）9．钢的热处理工艺（退火、正火、淬火、回火等热处理方法的实质及其应用）10．常用工程塑料的分类和性能11．现代结构材料的种类和性能12．功能材料的种类和分类13．纳米材料的性能及其应用三、考核要求1．识记：1）强度、硬度、弹性、塑性、冲击韧性等概念2）了解钢和铸铁的分类及性能3）晶粒、晶格、晶胞、结晶的概念4）了解结晶的过程5）铁碳合金的基本组织6）了解塑料的分类和性能7）了解结构材料的分类和性能8）了解纳米技术的性能及其应用2．领会：1）掌握晶粒大小对金属性质的影响2) 同素异构转变的性质3) 掌握钢冷却转变产物的特点、形成条件及其力学性能3．应用:1）合金的基本结构2）掌握铁碳合金状态图，能简单分析不同状态时的组织变化 3）掌握钢的热处理工艺方法及其应用场合第二章铸造成形一、课程内容1．铸件成形理论基础2．造型方法3．铸造工艺分析4．特种铸造5．常用铸造方法的比较6．铸造新工艺新技术简介二、考核要点1．铸造生产的基本概念、工艺过程和特点2．合金流动性及其对铸件质量的影响，影响流动性的因素3．影响收缩的主要因素、缩孔的形成及其预防措施4．铸造内应力、变形和裂纹的形成及其防止5．各种造型方法的特点和应用6．铸造工艺图的制定7．铸件结构与铸造工艺的关系8．常用铸铁的类别、性能和应用9．熔模铸造的工艺过程及其特点适用场合10．金属型铸造的工艺过程及其特点适用场合11．压力铸造的工艺过程及其特点适用场合12．离心铸造的工艺过程及其特点适用场合14．各种铸造方法的比较三、考核要求：1．识记1）流动性的概念。

《工程材料及机械制造基础》教学大纲课程名称（中文/英文）：工程材料及机械制造基础（Fundamentals of Engineering Material and Manufacturing Technology）课程编号：学分：3.5学时：总学时64学时分配：讲授学时：48 实验学时：8 上机学时：0 讨论学时：8课程负责人：李永国一、课程简介（Course Description）/课程目标（Course objectives）工程材料及机械制造基础是机械类专业的技术基础课，课程目标是使学生了解工程金属材料的内部组织与性能之间的关系，熟悉金属材料的强化方法（尤其是热处理强化）以及各类金属材料的选用原则。

本课程内容主要包括机械性能、晶体结构、结晶过程、晶格缺陷、合金基本相结构，正确分析二元合金状态图，并应用铁碳合金状态图来分析铁碳合金成份、组织与性能的关系。

掌握金属塑性变形，钢的热处理，选用材料的基本原则，掌握铸造、锻压、焊接加工的基本原理及加工方法的选择。

Engineering materials and basis of machinery manufacturing belong to machinery professional technical courses, curriculum goal is to make students understand the relationship between the internal organization and performance of engineering metallic materials, familiar with metal material strengthening method(especially heat treatment strengthened) and a variety of metal materials selection principles. The course content includes mechanical properties, crystal structure, the crystallization process, lattice defects, alloy basic phase structure, analysis of binary alloys state diagram and state diagram iron-carbon alloy applied to analyze the iron-carbon relations of alloy composition, microstructure and performance. Master deformation, heat treatment of steel, basic principles of metal material selection principles, master the basic principles of selection and processing methods of casting, forging, welding process.课程目标1：掌握工程材料成分，结构，组织和性能的基础知识和理论。

⼯程材料与机械制造基础课后习题答案《⼯程材料及机械制造基础》习题答案齐乐华主编第⼀章材料的种类与性能（P7）１、⾦属材料的使⽤性能包括哪些？⼒学性能、物理性能、化学性能等。

２、什么是⾦属的⼒学性能？它包括那些主要⼒学指标？⾦属材料的⼒学性能：⾦属材料在外⼒作⽤下所表现出来的与弹性和⾮弹性反应相关或涉及⼒与应变关系的性能。

主要包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性等。

３、⼀根直径10mm的钢棒，在拉伸断裂时直径变为8.5mm，此钢的抗拉强度为450Mpa，问此棒能承受的最⼤载荷为多少？断⾯收缩率是多少？F=35325N ψ=27.75%４、简述洛⽒硬度的测试原理。

以压头压⼊⾦属材料的压痕深度来表征材料的硬度。

5、什么是蠕变和应⼒松弛？蠕变：⾦属在长时间恒温、恒应⼒作⽤下，发⽣缓慢塑性变形的现象。

应⼒松弛：承受弹性变形的零件，在⼯作过程中总变形量不变，但随时间的延长，⼯作应⼒逐渐衰减的现象。

6、⾦属腐蚀的⽅式主要有哪⼏种？⾦属防腐的⽅法有哪些？主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。

防腐⽅法：1）改变⾦属的化学成分；2）通过覆盖法将⾦属同腐蚀介质隔离；3）改善腐蚀环境；4）阴极保护法。

第⼆章材料的组织结构（P26）1、简述⾦属三种典型结构的特点。

体⼼⽴⽅晶格：晶格属于⽴⽅晶系，在晶胞的中⼼和每个顶⾓各有⼀个原⼦。

每个体⼼⽴⽅晶格的原⼦数为：2个。

塑性较好。

⾯⼼⽴⽅晶格：晶格属于⽴⽅晶系，在晶胞的8个顶⾓和6个⾯的中⼼各有⼀个原⼦。

每个⾯⼼⽴⽅晶格的原⼦数为：4个。

塑性优于体⼼⽴⽅晶格的⾦属。

密排六⽅晶格：晶格属于六⽅棱柱体，在六棱柱晶胞的12个项⾓上各有⼀个原⼦，两个端⾯的中⼼各有⼀个原⼦，晶胞内部有三个原⼦。

每个密排六⽅晶胞原⼦数为：6个，较脆2、⾦属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？存在点缺陷、线缺陷和⾯缺陷。

使⾦属抵抗塑性变形的能⼒提⾼，从⽽使⾦属强度、硬度提⾼，但防腐蚀能⼒下降。

3、合⾦元素在⾦属中存在的形式有哪⼏种？各具备什么特性？存在的形式有固溶体和⾦属化合物两种。

青岛黄海学院机电工程学院2013—2014学年第二学期期中考试科目：工程材料及机械制造基础**：***学号： **********班级： 2011级本科三班专业：机械制造及其自动化铁碳合金相图在生产实际中的应用之我见摘要：钢铁是现代制造工业中应该用最广泛的金属材料，是以铁碳为基本组元的复杂合金。

为了研究铁碳合金的组织、结构和成分、温度之间的关系，探讨平衡组织的形成以及变化规律，必须研究铁碳合金相图。

相对于其他的二元合金相图，铁碳合金相图是一个比较复杂的二元合金相图。

它不仅可以表示不同成分的铁碳合金在在平衡条件下的成分、温度与组织之间的关系，而且可以推断其性能与成分、温度的关系。

因此，铁碳合金相图是研究钢铁成分、组织和性能之间的理论基础，也是制定各种热价工工艺的依据。

在工业生产中，需要钢铁的性能各不一样，在其强度、硬度、塑性、韧性各方面都有可能有不同的要求，那么，怎样才能的到需要的铁碳合金呢，这就需要我们对铁碳合金相图有充分的认识和使用能力。

所以，铁碳合金相图在生产实际中有着广泛的作用。

因为铁碳合金相图是从客观上反映了钢铁材料的组织随成分和温度变化的规律，所以，在生产实际中，铁碳合金相图在为工程上选材、用材，铸、锻、焊，热处理等工艺流程方面有着广泛的应用。

关键词：铁碳合金相图钢铁材料热处理1、在选材方面的应用。

由铁碳合金相图可见，铁碳合金中随着碳含量的不同，其平衡组织也各不相同，随着含碳量的升高，组织成分为铁素体+珠光体、珠光体、珠光体+二次渗碳体、珠光体+二次渗碳体+莱氏体、莱氏体、一次渗碳体+莱氏体。

对其铁碳合金的名称为工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁。

大体依次是强度硬度随之增强，韧性塑性随之减弱。

所以，我们可以根据工件的不同性能要求来更好的选择合适的材料。

例如，一些机器的底座、要求不太高的外形复杂的箱体，我们可以选用铸铁材料，其含碳量高，流动性较好，熔点低，易于铸造；对于一些桥梁、船舶、锅炉、车辆及塔吊、起重机等对塑性、韧性要求较高的工件材料我们可以选用含碳量低一些的亚共析钢，其有一定强度，但含碳量少，韧性塑性高；对于一些活塞及机器内部一些受冲击载荷要求较高强度的零件材料，多选用综合性能比较好的亚共析钢，即含碳量中等的亚共析钢，其强度和韧性都比较好；而制造各种切削刀具，各种模具，量具时，就要选用含碳量较高的共析钢、过共析钢，其含碳量较高，所以强度硬度很高，有很高的抗变形能力和耐磨性。

第一章材料的种类与性能1．强度：强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

2．屈服强度：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。

3．弹性极限：产生的变形是可以恢复的变形的点对应的弹性变形阶段最大应力称为弹性极限。

4．弹性模量：材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量。

5．抗拉强度：抗拉强度是试样拉断前所能承受的最大应力值。

6．塑性：断裂前材料产生的塑性变形的能力称为塑性。

7．硬度：硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力。

8．冲击韧度：冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。

9．断裂韧度：断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。

10．疲劳强度：疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳的能力。

11．黏着磨损：黏着磨损又称咬合磨损，其实质是接触面在接触压力作用下局部发生黏着，在相对运动时黏着处又分离，使接触面上有小颗粒被拉拽出来，反复进行造成黏着磨损。

12．磨粒磨损：磨粒磨损是当摩擦副一方的硬度比另一方大的多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子是所产生的磨损。

13．腐蚀磨损：腐蚀磨损是由于外界环境引起金属表面的腐蚀物剥落，与金属表面之间的机械磨损相结合而出现的磨损。

14．功能材料：是具有某种特殊的物理性能，化学性能，生物性能以及某些功能之间可以相互转化的材料。

15．使用性能：是指在正常使用条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，包括材料的力学性能，物理性能，化学性能等。

16．工艺性能：是指材料的可加工性，包括可锻性，铸造性能，焊接性，热处理性能及切削加工性。

17．交变载荷：大小，方向随时间呈周期性变化的载荷作用。

18．疲劳：是机械零件在循环或交变载荷作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象。

20．蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。

21．脆断：在拉应力状态下没有出现塑性变形而突然发生脆性断裂的现象。

22．应力松弛：是指承受弹性应变的零件在工作过程中总变形量保持不变，但随时间的延长，工作应力自行逐渐衰减的现象。

工程材料及机械制造基础教材《工程材料与机械制造基础》是一本综合性的教材，主要分为三篇。

第一篇为工程材料，主要介绍了金属材料的主要性能、金属的晶体结构与结晶、铁碳合金、钢的热处理以及常用金属材料等内容。

其中，着重讲述了钢铁材料和热处理的内容。

第二篇为热成形工艺基础，主要介绍铸造成形、锻压成形、焊接成形等内容。

此外，还系统阐述各种热加工工艺方法、特点、规律、应用与结构工艺性等内容。

第三篇为冷成形工艺基础，主要介绍金属切削的基础知识、常用加工方法综述、典型表面加工分析等内容。

本篇综合介绍了各种机加工方法、特点、应用等内容。

第四篇：机械制造工艺与装备这一部分主要介绍了机械制造的基本工艺，包括切削工具、夹具、量具和机床等基础知识。

同时，还会涉及到现代制造技术，如数控加工、柔性制造系统、计算机辅助制造等。

第五篇：工程材料的应用与选择这一部分将从工程应用的角度，介绍如何根据实际需要选择和使用工程材料。

包括材料的选用原则、材料性能与成本的综合考虑、材料的可加工性、耐腐蚀性、耐磨性等方面的内容。

第六篇：质量控制与检测这一部分将介绍质量控制的基本原理和方法，包括统计过程控制、抽样检验等。

同时，还将介绍常用的检测技术和方法，如无损检测、硬度测试、金相分析等。

附录：实验指导与习题这一部分将提供一系列的实验指导和习题，帮助学生巩固和应用所学知识。

实验指导部分将详细介绍实验的步骤、方法和注意事项；习题部分则将涵盖教材中的各个知识点，供学生练习和巩固。

《工程材料与机械制造基础》可以满足教学计划60~90课时的教学需要，可作为高等学校机电类应用型本科教学用书，也可作为高职高专、夜大等学生的教材，并可供工程技术人员参考。

总的来说，《工程材料与机械制造基础》是一本综合性的教材，旨在为学生提供全面的工程材料和机械制造基础知识。

通过学习和实践，学生可以掌握基本的工程材料和机械制造技术，为未来的学习和工作打下坚实的基础。