机械工程材料 第五章

《机械工程材料》课程标准学时数：48学时______________ 课程性质：专业基础课------ 适用专业：机电技术应用一一、课程定位和课程设计（一）课程性质与作用该课程是焊接技术及自动化专业的一门重要的专业基础课程。

是研究工程材料的性能、组织、热处理的基本知识，以及它们之间相互联系的学科。

通过本课程的学习使学生掌握常用材料的性能组织之间的关系及有关热处理的基本知识，为学习有关后继课程和从事生产技术工作打下良好的基础。

培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生对常用机械工程材料有充分的认识，能根据材料的性能特点做到正确选材。

机械工程材料对帮住学生深入了解焊接技术专业特点，巩固加深专业知识，合理正确的选材起着非常重要的作用，课程的学习需要建立在相关专业基础课程的知识之上，尤其是机械制图、机械设计基础、机械制造基础、互换性与技术测量等课程的学习。

（二）课程设计理念遵循“设计导向”的现代职业教育指导思想，服从专业人才培养计划整体优化的要求。

在够用的基础上，考虑学生以后专业技能的发展，为培养“懂工艺、精操作、善维护、能管理、可提升”的高技术高素质、高技能应用型职业人才的培养目标而制定本课程标准。

培养学生树立终身学习的教育观念。

（三）课程设计思路在目前的教学条件下机械工程材料的教学主要以课堂讲授为主，保证了课程的学科体系，教学方法采用多媒体课件、现场教学、实物教学和项目教学相结合的教学模式。

二、课程目标（一）知识目标1.熟悉常用机械工程材料的成分，组织结构、加工工艺与性能之间的关系及变化规律；2.掌握常用机械工程材料的性能与应用，具有选用常用机械工程材料和改变材料性能方法的初步能力；3.掌握常用金属材料的牌号、性能、应用范围。

4.了解与本课程有关的新材料、新工艺、新技术及其发展概况；（二）能力培养目标1.熟悉常用机械工程材料的特点并能正确的选材；2.能根据所学知识进行简单热处理工艺的编制；（三）思想教育目标1培养学生热爱本职工作、勤学善思、勇于创新的精神；3.培养学生良好的职业道德素质；4.培养学生严谨、认真、务实的工作态度；5.培养学生刻苦钻研业务、擅于合作的团队精神。

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P38。

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。

《机械工程材料》机械工业出版社第3版目录第一章机械零件的失效分析第二章碳钢第三章钢的热处理第四章合金钢第五章铸铁第六章有色金属及其合金第七章高分子材料第八章陶瓷材料第九章复合材料第十章功能材料第十一章材料改性新技术第十二章零件的选材及工艺路线第十三章工程材料在典型机械和生物医学上的应用第一章 机械零件的失效分析第一节 零件在常温静载下的过量变形失效：零件若失去设计要求的效能变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化弹性变形：能够恢复的变形塑性变形：不能恢复的变形一、工程材料在静拉伸时的应力-应变行为1.低碳钢的应力-应变行为变形过程：弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形2.其他类型材料的应力-应变行为纯金属脆性材料高弹性材料二、静载性能指标1.刚度和强度指标（1）刚度指零（构）件在受力时抵抗弹性变形的能力单向拉伸（或压缩）时：E=σ/ε= ，即EA=F/εAF /纯剪切时：G=τ/γ= ，即GA=F τ/γγτAF /弹性模量E （或切变模量G ）是表征材料刚度的性能指标（2）强度指材料抵抗变形或断裂的能力指标有：比例极限σp ，弹性极限σe ，屈服强度σs ，抗拉强度σb ，断裂强度σk2.弹性和塑性指标（1）弹性指材料弹性变形大小弹性能u ：应力-应变曲线下面弹性变形阶段部分所包围的面积u=σe εe=21E e 221σ（2）塑性指材料断裂前发生塑性变形的能力断后伸长率： %10000⨯-=L L L δ断面收缩率： %10000⨯-=A A A ψ越大，材料塑性越好ψδ、3.硬度指标表征材料软硬程度的一种性能布氏硬度HBW （硬质合金球为压头）洛氏硬度HRC （锥角为120°的金刚石圆锥体为压头）维氏硬度HV （锥角为136°的金刚石四棱锥体为压头）三、过量变形失效零件的最大弹性变形量△l 或θ（扭转角）必须小于许可的弹性变形量。

即△l ≤[△l]或θ≤[θ]材料的弹性模量E(或切变模量G)越高，零件的弹性变形量越小，刚度越好通常材料的熔点越高，弹性模量也越高弹性模量对温度很敏感，随温度升高而降低第二节 零件在静载荷冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念韧性断裂:断裂前发生明显宏观塑性变形脆性断裂：断裂前不发生塑性变形断裂过程均包含裂纹形成和扩展两个阶段二、冲击韧性及衡量指标A K 、a K冲击韧性：材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力冲击吸收功A K ，单位J冲击韧度a K =A K /F K ，单位J ·cm -2 。

安徽理工学校授课教案教研室：机械工程任课教师：胡俊锋第五章 切削加工基础知识§5－1 切削运动与切削用量（一）切削运动及形成的表面1． 切削运动的定义及分类在切削过程中，工件和刀具之间的相对运动叫切削运动。

切削运动分主运动和进给运动两类：（1） 主运动：直接切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，形成工件新表面的运动叫做主运动。

（2） 进给运动：使新的切削层不断投入切削的运动叫做进给运动。

进给运动又分为横向进给运动和纵向进给运动。

2． 切削时工件上形成的三个表面（1）已加工表面：已切去多余金属而形成的新表面。

（2）待加工表面：即将被切去金属层的表面。

（3）加工表面：刀刃正在切削的表面。

（二）切削用量的基本概念1．切削用量的定义切削用量是表示主运动及进给运动大小的参数，它包括切削深度、进给量和切削速度。

（见图1-2）（1）切削深度（吃刀深度）p a 单位：mm工件上已加工表面和等加工表面间的垂直距离叫切削深度。

车削外圆切削深度的计算公式： p a ＝2mw d d 式中p a ：切削深度 w d ：工件待加工表面直径 m d ：工件已加工表面的直径。

（2）进给量（走刀量）ƒ 单位：mm/r进给量是指在主运动的一个循环内，刀具与工件沿进给运动方向的相对位移。

（3）切削速度v 单位：m/min 在进行切削加工时，刀具切削刃上某点相对待加工表面在主运动方向上的瞬时速度叫切削速度。

切削速度的计算公式为v=1000nd w 式中：v:切削速度 ，m/min w d ：工件待加工表面的直径，mm n ：车床的主轴转速，r/mim 。

例 车削的工件直径w d ＝50mm ，车床主轴的转速n=600r/min ，求切削速度v?解：根据公式可得： v=1000 n d w ＝10006005014.3X X ＝94（m/min ） (三)切削用量的选择合理的选择切削用量将对提高工件加工表面质量、刀具耐用度、生产效率和降低成本有利。

工程材料第5章：钢铁材料引言钢铁是人类社会发展史上的重要材料之一，早在古代，人们就开始使用铁器了。

随着科技的发展，钢铁材料的生产和应用不断创新，已经成为现代工业领域中不可或缺的材料之一。

本章主要介绍钢铁的基础知识、分类、合金元素及其制备方法、表面处理和防腐保护。

钢铁基础知识钢铁是由铁与碳混合而成的合金，碳与铁的相互作用是决定钢铁特性的重要因素。

根据其化学成分和性质，钢铁可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢和合金钢等多种类型。

除碳外，钢铁中常见的合金元素还有锰、铬、镍、钼、钴、硅等。

这些元素的加入可以改善钢铁的特性，例如增强硬度、延展性、耐蚀性等。

钢铁分类根据碳含量、成分和性能，钢铁可分为以下几类：1.低碳钢：碳含量不超过0.25%，具有良好的焊接性、塑性和韧性，通常用于制造汽车、建筑、家具等产品。

2.中碳钢：碳含量在0.25%-0.60%之间，硬度较高，适用于制造车轴、弹簧等产品。

3.高碳钢：碳含量在0.60%-1.5%之间，硬度特别高，但韧性和塑性较差，通常用于制造锯条、钻头、刀片等工具。

4.合金钢：在钢铁中添加一定的合金元素，具有较好的耐磨性、耐腐蚀性及高温性能，广泛用于航空、航天、机床等领域。

合金元素及其制备方法钢铁中常见的合金元素有锰、铬、镍、钼、钴、硅等。

这些元素的加入可以改变钢铁的化学成分和微观结构，从而提高钢铁的性能。

合金元素的制备方法取决于元素的化学性质、物理性质和工业生产需求。

例如，锰可采用矿物热还原法、电解法和化学还原法等多种方法制备；铬可采用硅铬还原法、电解法和铝热还原法等多种方法制备。

表面处理和防腐保护表面处理和防腐保护是钢铁材料应用中非常重要的环节。

在工程应用中，钢铁材料存在着许多易腐蚀、受潮、老化等问题，表面处理和防护是有效防止这些问题的方法。

常见的表面处理方法包括亚光处理、沙化处理、喷砂处理等。

防腐保护方法包括物理防护、化学防护、电化学防护等。

钢铁材料作为工程领域中广泛应用的材料，其基础知识、分类、合金元素及其制备方法、表面处理和防腐保护具有重要的理论意义和实践应用价值。