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机械工程材料机械工程材料是指用于机械制造和工程结构中的材料，它们具有特定的力学性能、物理性能、化学性能和加工性能。
机械工程材料的选择对于机械设计和制造具有至关重要的意义，它直接影响着机械产品的性能、质量和使用寿命。
在机械工程中，常用的材料包括金属材料、塑料材料、陶瓷材料和复合材料等。
金属材料是机械工程中最常用的材料之一，它具有优良的导热性、导电性和可塑性，适用于制造各种零部件和结构件。
常见的金属材料包括钢、铝、铜、铁等。
钢是一种铁碳合金，具有较高的强度和硬度，广泛应用于制造机械零部件和工程结构。
铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制造航空器和汽车等轻型结构。
铜具有良好的导电性和导热性，常用于制造电气设备和散热器等。
铁是一种重要的结构材料，广泛应用于桥梁、建筑和机械设备中。
塑料材料是一类轻质、耐腐蚀、绝缘性能良好的材料，适用于制造各种零部件和外壳。
常见的塑料材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
聚乙烯具有良好的耐磨性和耐冲击性，适用于制造容器和管道等。
聚丙烯具有良好的耐腐蚀性和耐热性，适用于制造化工设备和食品包装等。
聚氯乙烯具有良好的绝缘性能和耐候性，适用于制造电线电缆和建筑材料等。
聚苯乙烯具有良好的隔热性和吸音性，适用于制造保温材料和包装材料等。
陶瓷材料是一类硬度高、耐磨性好、耐高温的材料，适用于制造耐磨零部件和耐火结构。
常见的陶瓷材料包括氧化铝、氮化硅、碳化硅等。
氧化铝具有优良的耐磨性和耐腐蚀性，适用于制造磨料和耐火材料等。
氮化硅具有优良的耐磨性和高温强度，适用于制造刀具和轴承等。
碳化硅具有优良的耐磨性和高温强度，适用于制造耐磨零部件和陶瓷刀具等。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有优良的综合性能，适用于制造高性能的结构件和零部件。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维复合材料、金属基复合材料等。
玻璃钢具有优良的耐腐蚀性和抗冲击性，适用于制造化工设备和船舶等。
碳纤维复合材料具有优良的强度和刚度，适用于制造航空器和汽车等轻型结构。
机械材料分类机械材料分类是机械工程中的一个重要内容，根据不同的性质和用途，机械材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
一、金属材料金属材料是指由金属元素或金属化合物组成的材料。
金属材料具有良好的导电性、导热性和机械性能，广泛应用于机械工程中。
根据金属的化学性质和组织结构，金属材料可以分为以下几类：1.1 铁素体材料铁素体材料是由铁与碳组成的合金，主要包括普通碳素钢和合金钢。
普通碳素钢具有良好的可焊性和加工性能，适用于制造机械零件；合金钢通过添加合金元素来改善钢的性能，如增加硬度、耐磨性等。
1.2 铸铁材料铸铁材料是由铁与碳、硅等元素组成的合金，具有良好的铸造性能和低成本，广泛应用于制造大型机械零件。
根据组织结构的不同，铸铁可以分为灰铸铁、球墨铸铁和白口铸铁等。
1.3 有色金属材料有色金属材料包括铜、铝、镁、锌、铅等金属及其合金。
有色金属材料具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，适用于制造电气设备、航空航天器件等。
二、非金属材料非金属材料是指除金属材料以外的材料，主要包括塑料、橡胶、陶瓷和复合材料等。
2.1 塑料材料塑料材料是由聚合物组成的高分子材料，具有良好的耐腐蚀性、绝缘性和机械性能。
根据聚合物的来源和性质，塑料材料可以分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。
2.2 橡胶材料橡胶是一种高分子弹性体，具有良好的弹性和耐磨性。
根据橡胶的来源和性质，橡胶材料可以分为天然橡胶和合成橡胶两大类。
2.3 陶瓷材料陶瓷材料是由非金属氧化物、碳化物、氮化物等组成的材料，具有良好的耐高温性和耐腐蚀性，广泛应用于制造高温器件和耐酸碱介质的部件。
三、复合材料复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有多种材料的优点。
根据复合材料的组成和结构，可以分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层合复合材料等。
3.1 颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料是将颗粒状的增强材料嵌入到基体材料中形成的材料，具有良好的耐磨性和耐冲击性，适用于制造摩擦零件和冲击负荷较大的部件。
《机械工程材料》教学教案(一)教学目标：1. 了解机械工程材料的基本概念和分类。
2. 掌握机械工程材料的性能及应用。
3. 理解机械工程材料的选择原则。
教学内容：1. 机械工程材料的基本概念和分类2. 机械工程材料的性能及应用3. 机械工程材料的选择原则教学过程：一、导入（5分钟）1. 引导学生回顾已学的机械工程相关知识，为新课的学习做好铺垫。
2. 提问：什么是机械工程材料？机械工程材料有哪些分类？二、基本概念和分类（10分钟）1. 讲解机械工程材料的基本概念，如金属材料、非金属材料、复合材料等。
2. 介绍各类机械工程材料的特征及应用领域。
三、性能及应用（10分钟）1. 讲解机械工程材料的性能，如力学性能、物理性能、化学性能等。
2. 结合实际案例，阐述各类性能在工程中的应用。
四、选择原则（10分钟）1. 讲解机械工程材料的选择原则，如满足设计要求、经济性、可靠性等。
2. 引导学生学会根据实际工程需求选择合适的材料。
五、小结与作业（5分钟）1. 对本节课的主要内容进行小结。
2. 布置作业：请学生列举常见的机械工程材料，并简要介绍其性能及应用。
教学资源：1. 教材《机械工程材料》2. PPT课件3. 实际工程案例素材教学评价：1. 课堂问答：检查学生对机械工程材料基本概念、性能及应用的掌握情况。
2. 作业：评估学生对课堂所学知识的理解和应用能力。
《机械工程材料》教学教案(二)教学目标：1. 掌握机械工程材料的力学性能测试方法。
2. 了解机械工程材料的热处理工艺及应用。
3. 理解机械工程材料在实际工程中的焊接技术。
教学内容：1. 机械工程材料的力学性能测试方法2. 机械工程材料的热处理工艺及应用3. 机械工程材料在实际工程中的焊接技术教学过程：一、导入（5分钟）1. 回顾上节课的内容，为新课的学习做好铺垫。
2. 提问：机械工程材料的力学性能如何测试？二、力学性能测试方法（10分钟）1. 讲解机械工程材料的力学性能测试方法，如拉伸试验、冲击试验、硬度试验等。
《机械工程材料》教学大纲机械工程材料教学大纲一、课程名称：机械工程材料二、课程性质：专业课三、课程目标：1.理解机械工程材料的基本概念、分类和特点；2.掌握常见的机械工程材料的组织结构、力学性能及其与材料结构的关系；3.熟悉机械工程材料的重要应用和材料选择原则；4.培养学生的创新思维和问题解决能力，提高其对材料科学的研究兴趣。
四、课程内容和教学方法：1.材料的基本概念和分类-材料的定义和基本特点；-材料的分类及其性质；-材料的常见制备方法。
2.金属材料-金属结构与性能；-常见金属材料的组织结构和力学性能；-金属材料的变形与强化机制。
3.陶瓷材料-陶瓷材料的特点和分类；-陶瓷材料的组织结构和性能；-陶瓷材料的制备和应用。
4.高分子材料-高分子材料的基本特点和分类；-高分子材料的组织结构和性能；-高分子材料的制备和应用。
5.复合材料-复合材料的概念和分类；-复合材料的组织结构和力学性能；-复合材料的制备方法和应用。
6.材料选择与设计-材料选择的原则和方法；-材料在工程设计中的应用。
7.环境腐蚀与防护-环境腐蚀的基本原理和分类；-常见环境腐蚀的防护措施。
教学方法：1.以讲授为主，结合案例分析和实例讲解；2.组织学生参观机械工程材料的应用场所，加深对材料的理解；3.进行课堂互动和讨论，提高学生的问题解决能力；4.设计实验，培养学生的实验操作技能和数据处理能力。
五、评估方式：1.平时成绩（包括课堂表现、作业、小组讨论等）占30%；2.期中考试占30%；3.期末考试占40%。
六、参考书目：。
机械设计基础学习机械工程材料的选择与应用机械设计是机械工程学科的核心领域之一，它涉及到机械元件的设计、制造与应用。
而在机械设计的过程中，材料的选择与应用是至关重要的因素之一。
本文将探讨机械设计中常用的工程材料以及它们的特点与应用。
一、金属材料金属材料是机械设计中最常用的材料之一。
常见的金属材料包括钢、铁、铝、铜等。
钢具有高强度、刚性和耐磨性的特点，广泛应用于制造机械零件和结构件。
铝材轻巧、导热性好，常用于制造轻型机械零件和外壳。
铜材具有良好的导电性和导热性，适用于电子元器件的制造。
在选择金属材料时，需要考虑其强度、耐腐蚀性、导电性等特性，以及成本和可加工性等因素。
二、合成材料合成材料是指由两种或两种以上的材料组合而成的材料。
常见的合成材料有复合材料、聚合材料、陶瓷复合材料等。
复合材料由纤维和基质组成，具有高强度、高刚度和低密度的特点，在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。
聚合材料如塑料、橡胶等具有良好的抗腐蚀性和绝缘性能，常用于制造密封件和电气元件。
陶瓷复合材料具有高温耐磨性和绝缘性能，适用于高温和腐蚀环境下的应用。
三、非金属材料非金属材料包括塑料、橡胶、玻璃等。
塑料具有良好的韧性和绝缘性能，广泛应用于电器、家具等领域。
橡胶具有良好的弹性和耐磨性，适用于制造密封件和减震器等。
玻璃具有透明的特性，适用于制造光学元件和仪器。
四、选材原则在机械设计中，选材的原则是根据机械零件所处的工作环境和工作要求来选择合适的材料。
首先，要考虑材料的强度和刚度，以保证机械零件在工作负荷下不发生变形和破坏。
其次，要考虑材料的耐磨性和耐腐蚀性，以延长机械零件的使用寿命。
同时，还需考虑材料的导热性、导电性和绝缘性能，以满足特定工作要求。
最后，成本和可加工性也是选材的考虑因素之一。
五、材料应用案例1. 在汽车制造领域，使用高强度的钢材制造车身和车架，以提高碰撞安全性能。
2. 在飞机制造领域，使用复合材料制造机翼和机身，以提高飞机的轻量化和燃油效率。
机械工程中常用的材料及其特性分析机械工程是应用物理学和材料科学的领域，其中涉及到广泛的材料选择。
在机械工程中，材料的选择和使用对于提高产品性能和延长寿命至关重要。
本文将分析机械工程中常用的几种材料及其特性。
1. 金属材料金属材料是机械工程中最常见的材料之一。
金属具有良好的导电性、热传导性和可塑性。
常用的金属材料包括钢、铝、铜和铁等。
- 钢：钢具有强度高、硬度大的特点，同时具有较好的塑性。
它被广泛应用于制造机械零件和结构件。
- 铝：铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制造轻型结构和航空航天器件。
- 铜：铜具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电子设备和导线等领域。
- 铁：铁是常见的结构材料，具有良好的韧性和可塑性。
2. 塑料材料塑料是一种具有可塑性、耐腐蚀性和绝缘性的高分子化合物。
它们在机械工程领域中得到了广泛应用。
- 聚乙烯（PE）：聚乙烯具有较高的强度和良好的耐化学性，常用于制造管道、储罐和塑料零件等。
- 聚丙烯（PP）：聚丙烯是一种具有良好耐腐蚀性和高韧性的材料，常用于汽车零部件和容器等领域。
- 聚氯乙烯（PVC）：聚氯乙烯是一种广泛使用的塑料材料，它具有优异的耐化学性和电绝缘性能，常用于制造管道、电线等。
- 聚苯乙烯（PS）：聚苯乙烯具有低成本、良好的耐冲击性和绝缘性能，在包装和电子器件等领域有广泛应用。
3. 纤维材料纤维材料是由纤维形状的颗粒组成的材料，常用于机械工程领域的结构件和强度要求较高的零件。
- 碳纤维：碳纤维具有极高的强度和刚度，同时重量很轻，被广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
- 玻璃纤维：玻璃纤维具有优异的强度、耐腐蚀性和绝缘性能，在船舶、风力发电和建筑等领域有广泛应用。
- 聚酰胺纤维（ARAMID）：聚酰胺纤维具有很高的强度和耐热性，广泛用于防弹材料、绳索和高温隔热材料等。
4. 陶瓷材料陶瓷材料是一类脆性材料，具有良好的耐磨、耐高温和绝缘性能。
在机械工程中，陶瓷材料主要用于制造轴承、绝缘体和切削工具等。
机械工程材料的基本概念失效------零件若失去设计要求的效能即为失效。
变形------材料在外力作用下的形状或尺寸的变化叫变形。
弹性------是指材料弹性变形的大小。
弹性塑性变形------外力去除后能够恢复的变形叫弹性变形，不能够恢复的叫塑性形变。
弹性模量E---是材料抵抗弹性变形的性能指标。
主要取决于材料中原子本性和原子间结合力。
熔点越高E越高。
反映原子间结合力强弱，跟温度的变化而变化。
刚度------零件在受力时抵抗弹性形变的能力。
强度------材料抵抗变形或断裂的能力。
屈服强度δs------是材料开始产生塑性形变的应力。
抗拉强度δb----是材料开始产生最大均匀塑性形变的应力。
塑性-是指材料断裂前发生塑性变形的能力。
断后伸长率δ，断面收缩率ψ。
硬度------是表征材料软硬程度的一种性能。
韧性------表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，它是材料强度和塑性的综合表现。
韧性好，发生脆性断裂的倾向小。
冲击韧性A k---是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。
断裂韧性K Ic------是指材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。
应力腐蚀------是指材料在拉应力和特定的化学介质联合作用下所产生的低应力脆性断裂现象。
蠕变------材料在长时间的恒温，恒应力作用下缓慢的产生塑性变形的现象称为蠕变。
由于这种变形而引起的断裂称蠕变断裂。
（碳钢在300—350℃）蠕变极限-高温长期载荷作用下材料对塑性变形的抗力指标。
持久强度------材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力。
过冷现象----液体温度达到T0时并不能结晶，必须到T0以下的某一温度T n时才开始结晶，称为实际结晶温度。
在实际结晶过称中总是低于T0，这种现象称为过冷现象。
过冷度------两者之间的温度差ΔT== T0——T n称为过冷度。
过烧---------钢材在奥氏体单项区温度范围内锻造或轧制，温度过高钢材氧化严重或发生奥氏体晶界熔化称过烧。
一般控制在固相线以下100---200度，过高晶粒粗大，过低塑性差，导致产生裂纹。
自由能----物质能够对外做功的能量。
自然界的一切自发转变过程总是从其能量较高的状态倾向能量较低的状态，同一物质的液体和固体，由于状态不同就有不同的自由能。
固体与液体间的自由能差为结晶驱动力。
结晶------物质从液体转变为晶体的过程为结晶。
欲使液体结晶就必须有一定得过冷度，以提供结晶驱动力，冷却速度大，过冷度大，过冷度大，自由能大，自由能大，结晶驱动力大，结晶倾向大，晶核多。
单晶体-----一块晶体只有一个晶核长成，只有一个晶粒，称之为单晶体。
如：单晶硅。
实际使用中的金属材料通常为多晶体。
晶体结构----晶体中原子在空间的具体排列就成为晶体结构。
常见的有三种:体心立方，面心立方，密排立方。
各项异性---不同晶面上和晶向上的原子排列情况不同，故在不同方向上的性能不同。
（单晶体）（多晶体-织构）晶体缺陷-----在实际晶体中会出现许多原子排列不规则的区域称之为晶体缺陷。
细晶强化-----材料的晶粒越细，晶界越多，强度越高。
通过细化晶粒而使材料强度提高的方法称为细晶强化同素异构-----同一种元素在固态下随温度变化而发生的晶体结构转变称为同素异构转变。
工业纯铁-----含有少量杂质的纯铁称为工业纯铁。
室温下为α-Fe，具有体立方结构，强度低，塑性，韧性很好。
铁和碳的相互作用表现为两个方面：形成固溶体，化合物。
固溶体------就是固体溶液，它是溶质原子溶入溶剂中形成的晶体，保持着溶剂元素的晶体结构。
化合物----它的特点就是晶体结构和性能都不同于其组成元素铁素体-----人们把碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用α或F表示具有体心立方结构。
（max0.0218％）奥氏体------人们把碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用γ或A表示具有面心立方结构。
（max2.11％）固溶强化-----通过融入某种溶质元素形成固溶体（固体溶液）而使材料的强度升高的现象称为固溶强化。
渗碳体-----碳和铁形成的化合物，特点：晶体结构和性能都不同与其组成元素，具有复杂的晶体结构，熔点高，硬而脆。
Fe3C熔点1227℃。
能轻易划破玻璃。
如果他在铁碳合金中以网状或粗大片状或作为基体出现时，将导致材料的脆性增加，如果以球状或细小片状出现时，将起强化作用。
相------指系统中具有同一聚集状态，同一化学成分，同一结构并以界面相互隔开的均匀组成部分。
（铁素体，奥氏体，渗碳体）组织组成物-----构成显微组织的独立成分，它可以是单项，也可以是两项混合物或三项混合物。
（铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体，莱氏体）组织组成物的类型，数量，大小，形态，分布状况不同,就构成不同的显微组织。
分析材料的显微组织必须考虑两方面的情况：一是该组织组成物的类型如F；P等；二是组成物的数量（多或少），大小（粗或细），形状（片，球，网，针等）和分布（均匀或沿晶界，相界等）相图-----表示合金在缓慢冷却的平衡状态下相或组织与温度，成分间关系的图形，又称平衡图或状态图。
匀晶转变----在共存的两项区直接从液相中结晶出固溶体即：L→α这种转变称为匀晶转变。
显微偏析-----先结晶和后结晶的固溶体的化学成分不同，这种固溶体成分的微观不均匀现象称为显微偏析。
杠杆定律------在固液两相共存时，随着温度变化，液相和固相的成分分别沿着液相线和固相线变化。
如何知道两个相的相对质量的计算方法。
与力学中的杠杆定律相似。
它只适用于两相区。
（分子相反法则）包晶转变------在恒温下（1495℃），有一定成分的液相和一定成分的固相相互作用生成一个一定成分的新固相的转变。
（L+α→β）。
共晶转变-----在恒温下（1148℃），有一定成分的液相同时转变成两种一定成分的固相的转变。
（L→α+β）。
（晶粒细化，温度最低，流动性好，铸造，保险丝共晶合金）莱氏体Ld。
共析转变------在恒温下（727℃），有一定成分的固相同时转变成两种一定成分的新固相的转变。
（α→β1+β2）。
（晶粒更细化，易过冷，形核率大，产生内应力）珠光体P。
铁碳合金按碳的质量分数和室温下平衡组织可分为三类：A 工业纯铁（ωc＜0.0218％）F, FeCⅢB 钢（ωc为0.0218％～2.11％）亚共析刚（ωc＜0.77％） F P共析钢（ωc＝0.77％）P过共析钢（ωc＞0.77％）P FeCⅡC 白口铸铁（ωc为2.11％～6.69％）亚共晶白口铸铁（ωc＜4.3％）P FeCⅡLd共晶白口铸铁（ωc＝4.3％）Ld过共晶白口铸铁（ωc＞4.3％）Ld FeCⅠ低碳钢：（ωc为0.10％～0.25％）容器建筑结构中碳钢：（ωc为0.25％～0.60％）轴类高碳钢：（ωc为0.60％～1.30％）工具热脆-------当钢材在1000----2000℃锻造或轧制时，FeS和γFe的共晶体会融化，使钢材变脆，沿奥氏体晶界开裂，这种现象称为热脆。
S的作用。
冷脆--------P元素固熔于F中，有强化作用，但它剧烈的降低了钢的塑性和韧性，特别是低温韧性，是刚在低温下变脆，这种现象叫冷脆。
P可以增强钢在大气中的抗腐蚀性，添加少量稀土，钛等元素，可以抑制冷脆。
氢脆---------H在钢中的含量达到0.5----3mL／100g会导致钢的塑性，韧性显着下降导致零件在使用中突然断裂的现象。
镇静钢------钢液在浇筑前用锰铁，硅铁，铝进行充分脱氧，注入锭摸后钢液不发生碳，氧反应处于镇静状态。
沸腾钢------钢液在冶炼的后期加入少量的锰铁进行轻度脱氧，钢液氧含量高，注入锭摸后发生碳氧反应，析出CO大量气体，引起钢液沸腾。
区域偏析------钢锭先结晶部位和后结晶部位化学成分不同，性能不一样的现象。
形变强化------人们把金属材料经冷塑性变形后，随变形度增加，强度，硬度升高，塑性，韧性降低的现象。
（加工强化）如：冷拔丝。
回复--------工件在经冷加工变形后，在加热温度不高的情况下，基本保持加工硬化效果。
这个阶段称回复，工业称去应力退火。
再结晶------工件在经冷加工变形后，当温度继续升高，原子活动能力增大，破碎的晶粒，拉长的晶粒变成细小均匀的等轴晶粒内应力完全消除，加工硬化消除，这个阶段称为再结晶，或再结晶退火。
工业纯铁在800度时已经完全再结晶。
钢的再结晶退火一般选用600---700℃，这样既保证完全再结晶又不止使晶粒粗化。
晶粒长大----再结晶结束后，如果温度继续升高或演唱加热时间，便会出现大晶粒吞并小晶粒的现象，这一阶段叫晶粒长大。
热加工，冷加工-------再结晶温度是冷加工和热加工的分界线，高于它为热加工反之为冷加工。
500℃钢：锡，铅，常温加工。
高级优质碳素钢：ωs＜0.020％, ωp＜0.030％(压力容器)实际晶粒度------在具体加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小称为奥氏体的实际晶粒度。
本质晶粒度------只表示钢在加热时奥氏体晶粒长大倾向的大小。
过冷奥氏体------通常将在临界点（A1 A3 A cm）以下尚为发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。
奥氏体等温转变相图孕育期-------奥氏体转变为铁素体开始时所需时间长短为孕育期。
珠光体-------铁素体跟渗碳体所形成的相间片状组织。
（P,S,T）贝氏体------过饱和铁素体和渗碳体组成的混合物。
（B上B下）马氏体M------碳在铁素体中的过饱和固溶体。
体心正立方结构，其硬度高，强度高必须进行回火后才能使用。
临界冷却速度------V临，（V C V K）由奥氏体直接转变为马氏体的最小冷却速度。
P95钢的淬透性------刚在淬火时获得淬硬层深度大小的能力称为钢的淬透性。
除钴以外，其它元素都能挺高钢的淬透性。
除钴以外，所有的合金元素融入奥氏体后都能使奥氏体等温转变图右移，除钴和铝外，其他元素融入奥氏体后都使奥氏体等温转变图的Ms和Mf点降低。
