机械工程材料 第一章

北极星导弹
1943年美国T-2油轮发生断裂
c (ac )1/ 2
应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的 指标。
K I Y a
断裂韧性：材料抵抗内部 裂纹失稳扩展的能力。
K IC Y C aC
C为断裂应力，aC为临界 裂纹半长，单位为 MN / m3 2
断裂判据
•KI < KIC
构件安全
第一章 材料的性能
神舟一号飞船
机械工程材料的常用性能
两方面
材料使用性能 材料工艺性能
力学性能（强度、塑性韧性等） 物理性能（光、热、电、磁等） 化学性能（氧化、腐蚀等） 生物性能（相容性、自恢复性等）
加工性能（切削、锻造等） 铸造性能（适合铸造与否） 焊接性能（容易焊接与否） 热处理性能（可热处理强化）
力学行为： 材料在外加载荷或环境因素的
作用下所表现的行为。 现象：
弹性变形、塑性变形和断裂。
五万吨水压机
解理型断口
微孔聚合型断口
晶间断裂
晶内断裂
拉伸试验机
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
低碳钢的应力-应变曲线 拉伸试样
屈服 塑性 变形
应 力 σ
弹 性 变 形
均匀 塑性变形
h1-h0
表示方法：数字 + 符号，如45HRC。
HRA：用于测量高硬度材料, 如硬 质合金、表淬层和渗碳层。
HRB：用于测量低硬度材料, 如有 色金属和退火、正火钢等。
HRC：用于测量中等硬度材料，如 调质钢、淬火钢等。
洛氏硬度的优点： 操作简便，压痕小，适用
范围广。 缺点：测量结果分散度大。
缺点：
HB
压痕大，不能用于太薄件、

第一章习题答案1、按优先数的基本系列确定优先数：第一个数为10，按R5系列确定后五项优先数。

解：后五项优先数是16，25，40，63，100。

第一个数为100，按R10/3系列确定后三项优先数。

解：后三项优先数是200，400，800。

2、试写出R10优先数系从1～100的全部优先数（常用值）。

解：R10优先数系从1～100的全部优先数是1，1.25，1.6，2，2.5，3.15，4，5，6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100。

3、普通螺纹公差自3级精度开始其公差等级系数为：0.50，0.63，0.80，1.00，1.25，1.60，2.00。

试判断它们属于优先数系中的哪一种?其公比是多少？解：它们属于R10 （0.50，2.00），公比是1.25。

第三章习题答案1、孔的基本尺寸D=50mm，最大极限尺寸Dmax=50.087mm，最小极限尺寸Dmin=50.025mm，求孔的上偏差ES，下偏差EI及公差TD，并画出公差带图。

解：根据公式可得孔的上偏差 ES=Dmax-D = 50.087-50 = +0.087 mm孔的下偏差 EI=Dmin-D = 50.025-50 = +0.025 mm孔的公差 TD=︱Dmax - Dmin︱=0.062 mm2、设某配合的孔径为，轴径为，试分别计算其极限尺寸、极限偏差、尺寸公差、极限间隙(或过盈)、平均间隙(或过盈)和配合公差，并画出尺寸公差带图与配合公差带图。

解：(1)极限尺寸：孔：Dmax=φ15.027 Dmin=φ15轴: dmax=φ14.984 dmin=φ14.966(2)极限偏差：孔：ES=+0.027 EI=0轴：es= -0.016 ei= -0.034(3)尺寸公差：孔：TD=|ES-EI|= |（+0.027）-0|=0.027轴：Td= |es-ei|=|（-0.016）－（-0.034）|=0.018(4)极限间隙：Xmax= ES－ei=（+0.027）－（-0.034）=+0.061Xmin= EI－es=0－（-0.016）=+0.016平均间隙(5)配合公差：Tf= TD+ Td=0.027+0.018=0.045(6)尺寸公差带和配合公差带图，如图所示。

间后， 把零件放入水（油或水基盐、碱溶液） 中急剧冷却的处理过程。可以大幅度提 高钢的硬度与强度，但材料的韧性降低， 同时产生很大的内应力，零件有严重变 形和开裂的危险。因此，淬火后必须进 行回火处理。
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• 回火：将淬火后的零件再重新加热到 一定温度（低于淬火温度），保温一 段时间后，置于空气或油中冷却至室 温的处理过程。可以消除零件淬火时 产生的内应力，提高材料的综合力学 性能。高温回火又称调质。
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二、材料的基本性能特点 1、材料的机械性能 强度：屈服强度s、抗拉强度b、 屈强比s/ b。 对于常温用钢，静载时，考虑常温强度； 变载时，考虑持久极限D。对于温度超过 400℃的用钢，还应考虑蠕变极限n。
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塑性：延伸率、断面收缩率。 韧性：材料的冲击韧性(ak值）与冷脆性、 断裂韧性。 硬度：布氏硬度HBS、洛氏硬度HRC。
碳钢、合金钢、铸铁、有色金属 及其合金、非金属。 一、碳钢（碳素钢） 1、普通碳素钢 如：Q235-A、Q235-A· F
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2、优质碳素钢 低碳钢：含碳量≤0.25%。常用钢有08、 10、15、20、25号。 如：20R、20g 中碳钢：含碳量0.25～0.6%。常用钢有30、 35、40、45、50、55号。 高碳钢：含碳量≥0.6%。常用钢有60、 65、70号。
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三、铸铁 碳含量在2.5%～4.0%的铁碳合金 称为铸铁。 有：灰口铸铁，以HT表示； 球墨铸铁，以QT表示。
铸钢，用ZG表示。
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四、有色金属及其合金 1、铜：纯铜又称紫铜，塑性好；铜与锌 的合金叫黃铜，强度、耐腐蚀性高于 纯铜；铜与银、铝、铅等的合金称为 青铜，有极高的耐腐蚀性和耐磨性。 2、铝：纯铝，塑性好；硬铝是铝、铜、 镁的合金，强度高，耐腐蚀性好。

第 1 章 材料的结构和金属的结晶1. 材料的结构层次包括： （）。

（a ） 原子结构和原子结合键、原子的空间排列、相和组织 （b ） 原子结构和电子结构、原子的空间排列、相和组织 （c ） 原子结构、电子结构、相和组织 （d ） 原子、电子、质子2. 金属中正离子与电子气之间强烈的库仑力使金属原子结合在一起，这种结合力叫做（）。

（a ）离子键 （b ）共价键 （c ）金属键 （d ）氢键3. 两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键叫做（ ）。

（a ）离子键 （b ）氢键 （c ）共价键 （d ）金属键4. 金属具有良好的导电性和导热性与（ ）有密切关系。

（a ）金属有光泽 （b ）金属不透明（c ）金属塑性好（d ）金属中自由电子数量多5. 金属键没有方向性，对原子没有选择性，所以在外力作用下发生原子相对移动时，金属键不会被破坏，因 而金属表现出良好的（ ）。

（a ）脆性（b ）塑性 （c ）绝缘性 （d ）刚性6. 金属加热时，正离子的振动增强，原子排列的规则性受到干扰，电子运动受阻，电阻增大，因而金属具有（ ）。

（a ）正的电阻温度系数 （b ）高强度 （c ）高塑性 （d ）绝缘性7. 固态物质按原子（离子或分子）的聚集状态分为两大类，即（ ）。

（a ）晶体和非晶体（b ）固体和液体8. 原子（离子或分子）在空间规则排列的固体称为（（a ）气体 （b ）液体 （c ）晶体 9. 原子（离子或分子）在空间不规则排列的固体称为（ （a ）气体 （b ）液体 （c ）晶体 10. 晶体具有（ ）的熔点。

（a ）不定确定 （b ）固定 （c ）可变 11. 非晶体（ ）固定的熔点。

（a ）没有 （b ）有12. 在晶体中，通常以通过原子中心的假想直线把它们在空间的几何排列形式描绘出来，这样形成的三维空 间格架叫做（ ）。

（a ）晶胞 （b ）晶格 （c ）晶体（d ）晶核13. 从晶格中取出一个能完全代表晶格特征的最基本的几何单元叫做（）。