机械工程材料知识点
第一章金属材料的力学性能及其测定
金属材料的力学性能是指材料在外加载荷作用下所表现出来的性能。
任机械零件或工具，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载荷而不超过可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。
载荷分为静载荷（力的大小向不变或变化很慢）和交变载荷（力的大小向期性变化）
金属表现来的诸如疲脑强度、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 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（1）弹性极限（公
式：)、（2）屈服点（公式：对于高碳钢、
铸铁）和（3）抗拉强度（公式：）。
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1.1 拉伸曲线图力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs表示。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用σb表示。对于大多数机械零件，工作时不允产生塑性变形，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。
1.2 塑性
塑性是指材料在断裂前产生永久变形的能力。
工程中常用的塑性指标有断后伸长率（公式：）和
断面收缩率（公式：。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y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。
测量优缺点：
断后伸长率：优点测量法简单，数据准确、计算简单。缺点材料必须规格一致。
断面收缩率：不受规格限制。缺点测量和实验数据不准确。
试件分类：长试件（）、短试件（）、长件（）、细长件（）
⑴晶体：结构具有期性和对称性的固体，原子或分子排列规则。
⑵晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。
⑶液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。
⑷理论结晶温度与实际结晶温度的差?T称过冷度?T= T0 –T1
1.3硬度及其测量
硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。
硬度是材料的重要力学性能指标。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的强度越高，塑性变形抗力越大，硬度值也越高。
布氏硬度是用单位压痕面积的力作为布氏硬度值的计量即试验力除以压痕表面积，符号用HBS（用淬火钢球压头测量围450HBS以下）或HBW（用硬质合金压头测量围650以下）
表示，即：
洛氏硬度是用压痕深度作为洛氏硬度值的计量即，符号用HR表示，其计算公式为：
淬火钢球压头
多用于测定退火件、有色金属等较软材料的硬
度，压入深度较深；金刚压头多用于测定淬火
钢等较硬材料的硬度，压入深度较浅。采用不
同的压头与总试验力，组合成几种不同的洛氏
硬度标尺。我国常用的是HRA、HRB、HRC
三种，其中HRC应用最广。洛氏硬度无单位，
须标明硬度标尺符号，在符号前面写出硬度
值，如58HRC、76HRA。读法，例如，45HRC
表示用C标尺测定的洛氏硬度值为45。
布氏硬度实验的优缺点：
优点：是测定的数据准确、稳定、数据重复性强，常用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。
缺点：是对不同材料需要更换压头和改变载荷，且压痕较大，压痕直径的测量也较麻烦，易损坏成品的表面，故不宜在成品上进行试验。
洛氏硬度试验的优缺点：
优点：是操作迅速、简便，硬度值可从表盘上直接读出；压痕较小，可在工件表面试验；可测量较薄工件的硬度，因而广泛用于热处理质量的检验。
缺点：是精确性较低，硬度值重复性差、分散度大，通常需要在材料的不同部位测试数次，取其平均值来代表材料的硬度。此外，用不同标尺测得的硬度值彼此之间没有联系，也不能直接进行比较。
维氏硬度也是以单位压痕面积的力作为硬度值计量。试验力较小，压头是锥面夹角为136°
的金刚正四棱锥体，见图所示。维氏硬度用符号HV表示。
维氏硬度表示法：
在符号HV前标出硬度值，在HV后面按试验力大小和试验力保持时间（10～15s不标出）的顺序用数字表示试验条件。
例如：640HV300。
维氏硬度试验的优缺点：
优点：是可测软、硬金属，特别是极薄零件和渗碳层、渗氮层的硬度，其测得的数值较准确，并且不存在布氏硬度试验那种载荷与压头直径比例关系的约束。此外，维氏硬度也不存在洛氏硬度那样不同标尺的硬度无法统一的问题，而且比洛氏硬度能更好地测定薄件或薄层的硬度。
缺点：是硬度值的测定较为麻烦，工作效率不如洛氏硬度，因此不太适合成批生产的常规检验。
1.4冲击韧性、疲劳强度
冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功，单位为焦耳
（J）。。冲击韧度（）
疲劳强度：材料在循环应力的作用下，在一处或几处产生局部永久性积累损伤，经一定循环
次数后或突然发生完全断裂的过程称为疲劳。疲劳强度用表示单位MPa
第二章铁碳合金
⑴合金是由两种或两种以上金属元素或金属和非金属组成的具有金属特性的物质
⑵合金中凡成分相同、结构相同、聚集态相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为相
⑶固溶强化：固溶体中晶格畸变较大，随溶质原子增加合金强度和硬度提高，塑性和韧性降低。
⑷以固溶体为基，弥散分布金属间化合物，可提高强度、硬度和耐磨性，即第二相质点强化或称弥散强化。
⑸晶偏析：溶质原子在液相能够充分扩散，在固相来不及扩散，以致固溶体先结晶的中心和后结晶的部分成分不同。一个枝晶围成分不均匀的现象称作枝晶偏析。冷速越大，枝晶偏析越重。枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。
2.1金属的晶体结构与结晶
固态物质按其原子排列规律的不同可分为晶体与非晶体两大类。原子呈规则排列的物质称为晶体，晶体具有固定的熔点，呈现规则的外形，并具有各向异性特征；原子呈不规则排列的物质称为非晶体，非晶体没有固定的熔点。
一、晶体结构的基本概念
在金属晶体中，原子是按一定的几规律作期性规则排列。是金属的同素异构现象。
1．晶格
这种抽象的、用于描述原子在晶体中规则排列式的空间格子称为晶格。晶体中的每个点叫做结点。
2．晶胞
晶体中原子的排列具有期性的特点，因此，通常只从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几单元来分析晶体中原子的排列规律，这个最小的几单元称为晶胞。实际上整个晶格就是由多大小、形状和位向相同的晶胞在三维空间重复堆积排列而成的。
二、常见金属的晶格类型
1．体心立晶格2．面心立晶格3．密排六晶格
体心立晶格的金属有铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、钒(V)、α铁(α-Fe)等。
面心立晶格的金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ铁(γ-Fe)等。
晶体缺陷按几形状分为点缺陷、线缺陷、面缺陷，晶体缺陷对金属的性能和部结构都有很大影响。通常，晶体缺陷产生晶格畸变，使金属的强度、硬度
有所提高。
纯金属结晶
三、凝固与结晶的基本概念：
凝固：物质由液态转变成固态的过程。
结晶：如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列
的晶体，则这种凝固又称为结晶。过程：首先形成晶核吸附
围液体中的原子长大。与此同时在液体中又有新的晶核产
生、长大，直到全部结晶成液态金属。也是液体中原子有序排列向远程有序排列的过程。○1过冷度是结晶的必要条件。过冷度：ΔT = T0– T1○2纯金属结晶是等温结晶。
四、金属晶粒的大小及细化法
目的：以提高金属的力学性能。
法：1.增加过冷度2.变质处理3附加震动
纯铁的同素异晶转变
金属的同素异晶转变将导致金属的体积发生变化，并产生较大的应力。纯铁具有同素异晶转变的特性，因此才有可能通过不同的热处理来改变钢铁的组织和性能。
2.2合金的晶体结构与二元合金相图
合金的基本概念
（1）合金：金属或非金属通过熔炼或其他放法集合在一起具有金属特性的材料。（2）组元：组成合金的尊基本的独立物质称为组元，简称元。
（3）合金系：组成物质相同，但组元比例不同。
（4）相：在合金中成分、结构的组成部分成为相。
（5）组织：金属材料的部微观外貌。
（6）结构：晶体中原之排列的几式。
合金的相结构及合金的组织
（1）置换固溶体。
溶质原子替换部分溶剂原子占据溶剂晶格中一些节点位置所形成的固溶体。
（2） 间隙固溶体
原子融入溶剂间隙形成的。
所有的金属化合物都是脆硬相
合金组织
（1） 由单相固溶体晶粒组成
（2） 由单相的金属化合物晶粒组成
（3） 由两种固溶体的混合物组成
（4） 由固溶体和金属化合物组成。
2.3 铁碳合金的基本相
1.铁素体（F 或a ）
2.奥氏体（A 或y ）
3.渗碳体（Fe 3
C ） 铁素体+渗碳体=珠光体；奥氏体+渗碳体=莱氏体。 铁碳合金相图
铁素体、奥氏体、渗碳体均为单项组织，称为铁碳合金的基本相。
○3过共析钢：0.77%_ __D_Dd_____
（3）白口铸铁：。
○1共晶白口铸铁：__D_D
○2亚共晶白口铸铁：__D_Dd_________
○3过共晶白口铸铁：_ D_Dd_____
第三章碳钢的热处理及钢的合金化
3.1奥氏体的形成过程
加热是热处理的第一道工序，其目的是均匀的奥氏体组织，这种加热转变过程称为钢的奥氏体化。最终目的是均匀细小的奥氏体晶粒。
（1）A晶核形成。（2）A晶核长大。（3）残余的溶解。（4）A的均匀化。
钢在冷却时的组织转变
在热处理中，通常有两种式，即等温冷却与连续冷却。
等温转变产物的组织和性能
（1）珠光体转变。分为珠光体（P、A1~650）、索氏体（S、650~600）、托氏体（T、600~550）。（2）贝氏体转变。分为上贝氏体（B e、550~350）、下贝氏体（B d、350~Ms）下贝氏体硬度高、属性韧性好，有良好的综合力学性能。
珠光体、贝氏体的转变是通过铁、碳原子的扩散来完成的，所以都是扩散行相变过程。
缓慢冷却法随炉、空冷。连续冷却法水冷、油冷、风冷、空冷。
3.2钢的普通热处理法
（1）完全退火：加热到AC3以上30~50℃，得到均一奥氏体组织后再缓冷转变为珠光体组织的过程。
对象：亚共析成分的铸铁、锻件及扎件。
目的：⑴调整硬度，便于切削加工。⑵消除应力，防止加工中变形。⑶细化晶粒，为最终热处理作组织准备。
（2）球化退火（不完全退火）：将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
球化退火
目的及对象：使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。球化退火主要适用于过共析钢。降低硬度，提高韧性便于切削；消除应力；获得球状珠光体，为淬火做组织准备。球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称球状珠光体，用P球表示。与片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。
（3）去应力退火（低温退火）：称为无相变热处理。
目的：消除锻件、铸件、焊件及切削加工件的应力，稳定尺寸。
法：加热到Ac1以下，缓慢冷却，后空冷。
（4）均匀化退火（高温退火）：主要用于合金铸件。目的消除钢的偏析，提高钢的质量。（5）正火：将钢加热到AC3或Accm以上奥氏体态，保温一定时间，在静止的空气中冷却，得到细珠光体类型组织的热处理工艺。正火、退火对高硬度材料硬度降低。
正火的目的⑴对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。调整硬度利于切削、消除应力、细化晶粒。要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火，高碳钢用球化退火。⑵对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。
（6）淬火：将钢加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间，以一定的速度冷却，得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。
淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能。根据加热温度不同淬火分为完全淬火和不完全淬火。（1）单介质淬火（2）双介质淬火（3）分级淬火（4）贝氏体等温淬火
完全淬火：加热到Ac3以上，进行淬火的过程。
不完全淬火：加热到Ac1以上，得到奥氏体加未溶碳化物或铁素体，再淬火的过程。（7）回火：是指将淬火钢重新加热到相变点以下的某温度保温后冷却的工艺。回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。
分类：低温回火（150~250C马氏）具有高强度、硬度、耐磨性，而塑形、任性较差。中温回火（350-500C托氏）具有高弹强度，并具有一定韧性。高温回火（500-650C索氏）较好的综合力学性。“淬火后加高温回火”称为调质处理
回火的目的：(1)减少或消除淬火应力, 防止变形或开裂。(2)获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。(3)稳定尺寸。
（8）奥氏体的形成也是形核和长大的过程，分为三步。第一步奥氏体晶核形成及长大；第二步残余Fe3C溶解；第三步奥氏体成分均匀化
（9）淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示淬火临界直径(Dk) ：圆柱钢棒在规定的淬火介质中能全部淬透的最大直径。
(10)淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力。
(11)淬火钢回火时的组织转变：第一阶段（80-200oC）：马氏体分解；第二阶段（200-300oC）残余奥氏体的转变；第三阶段（300-400oC）：碳化物的转变；第四阶段（>400oC）：α相状态的变化和碳化物的聚集长大。
第四章常用工程材料
4.1碳钢、铸钢
1）碳钢的分类及牌号
（1）按含碳量：低碳钢（Wc）；中碳钢（Wc）；高碳钢（Wc）（2）质量等级：普通碳钢；优质碳钢；特殊质量碳钢。
（3）按用途：碳素结构钢；碳素工具钢。
碳素结构钢（Q195-Q275[进率20]）Q195薄板；Q235(A3钢)螺栓、螺母、销子、螺纹钢。
优质碳素结构钢（08~25制件材料、30~55经调制处理后制造齿轮、连杆、轴）
碳素工具钢（T7[T7A]~T13[T13A]/T7榔头、T10手锯条、T12锉刀）
2）铸钢
在冶炼时使碳集聚成墨使铸钢具有自润滑性。由于铸铁中存在墨使铸铁具有耐磨、耐压、减震、低缺口敏感性（裂纹延伸速度）及优良的铸造性。熔炼简单，成本低廉。
常用铸铁
灰铸铁（HT150~HT350）底座、床身；球墨铸铁（QT400-18）力学性能最好，曲轴、机床主轴；可锻铸铁（KTH350-10[H黑色]、KTZ550-04[Z白色]）；蠕墨铸铁（RuT300-RuT380）齿轮箱体；合金铸铁（RTCr16）
4.2合金钢
1）合金钢的结构及牌号
（1）含量：低（小于5%）中（5%~10%）、高（大于10%）合金钢
（2）用途：合金结构钢、工具钢、特殊性能钢
（3）元素种类：硅（Si）、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、硼(B)、钨(W)、钼(Mo)、钒(V)、钛(Ti)。
2）低合金结构钢
3）合金结构钢
晶体缺陷： 点缺陷（空位、间隙原子、异类原子微观影响：晶格畸变）线缺陷（位错；极为重要的晶体缺陷，对金属强度、塑性、扩散及相变有显著影响）面缺陷（晶界、亚晶界） 合金相结构 :相是指系统中均匀的、与其他部分有界面分开的部分。相变：相与相的转变。按结构特点:固溶体、化合物、非晶相。 固溶体:指溶质原子溶入溶剂中所形成的均一结晶相。其晶体结构与溶剂相同。置换固溶体（溶质原子占溶剂晶格结点位置形成的固溶体）间隙固溶体:溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体 结晶： 材料从液态向固态的凝固成晶体的过程。 基本规律:晶核形成和长大交替进行。包括形核和核长大俩个过程， 影响形核率和成长率的因素：过冷度、不容杂志、振动和搅拌 变质处理：金属结晶时，有意向金属溶液中加入某种难溶物质，从而细化晶粒，改善金属性能 调质处理:淬火和高温回火 同素异构转变;固态金属由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变。 合金的组织决定合金的性能 金属材料的强化 本质;阻碍晶体位错的运动 强化途径:形变强化（冷加工变形）、固溶强化（形成固溶体）、第二相强化、细晶强化（晶粒粒度的细化） 钢的热处理 预先热处理：正火和退火 最终热处理：淬火和回火 退火：将钢加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。目的：降低硬度，提高塑性，改善切削性能；消除钢中内应力；细化晶粒，改善组织，为随后的热处理做组织上的准备。常用：完全退火Ac3以上30-50度（适用亚共析钢和合金钢，不适应低碳钢和过共析钢）得到组织为铁素体和珠光体，等温退火：适用某些奥氏体比较稳定的合金钢，加热和保温同完全退火，使奥氏体转变为珠光体，球化退火：温度略高于Ac1，适用过共析钢和合金工具钢，得到组织球状珠光体，去应力退火：Ac1以下100-200度，不发生组织变化，另外还有再结晶退火和扩散退火。 正火：亚共析钢Ac3以上30-50度，过共析钢Accm以上30-50度，保温后空冷获得细密而均匀的珠光体组织。目的:调整钢的硬度，改善加工性能；消除钢中内应力，细化晶粒，改善组织，为随后的热处理做组织上的准备。主要作用:作为低、中碳钢的预先热处理；消除过共析钢中的网状二次渗碳体，为球化退火做准备；作为普通件的最终热处理。 退火和正火区别：冷却速度不同，正火快，得到珠光体组织细，因而强度和硬度也高。实际中，如果俩者均能达到预先热处理要求时，通常选正火 淬火：加热到Ac1或Ac3以上某个温度，保温后以大于临界冷却速度冷却，使A转变为M 的热处理工艺.目的：获得马氏体或下贝氏体组织。温度：亚共析钢Ac3上30-50度，组织为M+少量A残，共析钢和过共析钢Ac1上30-50度，组织M+粒状Fe3C+少量A残 要求:淬火冷却速度必须大于临界冷却温度Vk.常用方法;单液、双液、分级、等温、局部淬火 回火：淬火以后的工件加热到Ac1以下某个温度，保温后冷却的一种热处理工艺.目的：降
机械工程材料（于永泗齐民）课后习题答案（二） 作者：WUST 5-3、判断下列说法正误，并说明原因。1.马氏体是硬而脆的相。错，马氏体是硬的相,渗碳体才是脆的相；2.过冷奥氏体的冷却速度大于Vk时,则冷速越大,所得马氏体的硬度越高。错，马氏体硬度取决于含碳量,与冷却速度无关;3.钢中的合金元素含碳量越高,其淬火后的硬度也越高。错,合金元素对淬透性的影响大,但对硬度影响小;4.本质细晶粒钢的晶粒总是比本质粗晶粒钢的晶粒细。错,晶粒的大小与加热温度和保温时间有关.本质细晶粒钢只是加热时长大的趋向比本质粗晶粒钢小,但不代表本身比本质粗晶粒钢的晶粒细;5.同种钢材在同样的加热条件下,总是水冷的比油冷的淬透性好,小件的比大件的淬透性好。错，钢的淬透性取决于其临界冷却速度,与工件尺寸和冷却介质无关。5-4、生产中常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部蘸入水中急冷后,出水停留一会,再整体投入水中冷却,两次水冷的作用及水冷后的组织。刃部入水急冷淬火,得马氏体,出水停留一段时间为回火得回火马氏体,再整体入水,抑制继续回火,保留回火组织。 5-5、用20钢进行表面淬火和用45钢进行渗碳处理是否合适？为什么？20钢不适合表面淬火,含碳量低会降低硬度和耐磨性；45钢不适合渗碳处理,碳含量足够,渗碳使低碳钢工件表面获得较高碳浓度。 5-6、钢经表面淬火或渗碳后,表层的残余应力是拉应力还是压应力？原因？压应力,因表面低温,收缩后心部的高温区产生塑性变形,冷却后内部部分弹性变形恢复。
5-7、一批45钢零件进行热处理时，不慎将淬火件和调质件弄混，如何区分开？为什么？用锯片试锯,淬火件比调质件难锯,因为淬火后工件硬度提高,二调质会降低硬度。 5-8、将两个T12钢小试样分别加热到780℃和860℃,保温后以大于V k 的速度冷却至室温,试回答问题,并说明原因。1.哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？860,温度越高,奥氏体晶粒成长越快;2.哪个淬火后残余奥氏体量多？860,温度高，奥氏体含碳量高,转化充分,冷却时奥氏体越多;3.哪个淬火后末溶碳化物量多？780，溶碳能力较小;4.哪个淬火适合？780,因淬火加热温度以得到均匀细小奥氏体为原则,以便淬火后获得细小马氏体组织,高温下奥氏体易长大形成粗大奥氏体组织,故780加热好。 5-9、分别用45钢和15钢制造机床齿轮,要求齿表面具有高的硬度和耐磨性,心部具有良好的韧性.安排工艺路线,热处理工序目的及使用状态下的组织。45:下料,锻造,退火(调整硬度),机加工,调质(得到颗粒状渗碳体),精加工,表面淬火加低温回火(加强强度和韧性),精加工,表层回火马氏体,心部回火索氏体;15:下料,锻造,正火(调整硬度),机加工,渗碳(提高表面硬度耐磨性),淬火加回火(加强强度和韧性),磨削,表层回火马氏体碳化物,心部回火索氏体。 第六章 6-1、钢的质量为什么以磷,硫的含量来划分？磷对钢有固化作用,降低塑性韧性,产生冷脆现象;硫在加热时会使钢发生热脆现象,对钢质量影响很大。
机械工程材料试卷二一、名词解释：（１０分） １、固溶强化； ２、加工硬化； ２、合金强化； ４、热处理； ５、细晶强化； 二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法（30分）
三、分析（20分） 车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为： 下料锻造正火机加工调质机加工（精） 轴颈表面淬火低温回火磨加工 指出：1、主轴应用的材料 2、正火的目的和大致热处理工艺 3、调质目的和大致热处理工艺 4、表面淬火目的 5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。 四、选择（20分） １．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d） （a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大 （c）无影响（d）上述说法都不全面 ２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。 （a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12 （c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi ３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理 4．制造手用锯条应当选用（a ） （a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火 5．高速钢的红硬性取决于（b ） （a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火 7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ） （a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火 8. 二次硬化属于（d） （a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化 9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b） （a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性 （b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工 １０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ） （a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火
机械工程材料试题三 一、名词解释（共15分，每小题3分） 1. 奥氏体（A） 2.回复 3.固溶体 4.自然时效 5.加工硬化 二、填空题（共20分，每空1 分） 1.石墨为片状的灰口铸铁称为________铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为________铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为________铸铁。其中________铸铁的韧性最高，因而可以锻造。 2. 陶瓷材料中的气相是指________，在________程中形成的，它 ________了陶瓷的强度。 3.根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为__________、__________和__________三种。 4.工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。 5.金属的断裂形式有__________和__________两种。 6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。 7.常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。 三、选择题（共25分，每小题1分） 1.40钢钢锭在1000℃左右轧制，有时会发生开裂，最可能的原因是( ) A.温度过低； B.温度过高； C.钢锭含磷量过高； D.钢锭含硫量过高 2.下列碳钢中，淬透性最高的是( ) A.20钢； B.40钢； C.T8钢； D.T12钢 3.Ni在1Cr18Ni9Ti钢中的主要作用是( ) A.提高淬透性； B.固溶强化； C.扩大Fe-Fe3C相图中的γ相区； D.细化晶粒； 4.W18Cr4V钢锻造后，在机械加工之前应进行( ) A.完全退火； B.球化退火； C.去应力退火； D.再结晶退火 5.下列材料中，最适合制造机床床身的是( ) A.40钢； B.T12钢； C.HT300； D.KTH300-06 6.下列材料中，最适合制造气轮机叶片的是 A.1Cr13钢； B.1Cr17钢； C.3Cr13钢； D.4Cr13钢 7.下列材料中，最适合制造飞机蒙皮的是( ) A.ZAlSi12； B.2A50(旧牌号LD5)； C.ZAlMg10； D.2A12(旧牌号LY12) 8.下列材料中，最适合制造盛放氢氟酸容器的是( ) A.1Cr17； B.1Cr18Ni9Ti； C.聚四氟乙烯； D.SiO2 9.下列材料中，最适合制造汽车板弹簧的是( ) A.60Si2Mn； B.5CrNiMo； C.Cr12MoV； D.GCr15 10.下列材料中，最适合制造汽车火花塞绝缘体的是( ) A.Al2O3； B.聚苯乙烯； C.聚丙烯； D.饱和聚酯 11.铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只 需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是( ) A.铁总是存在加工硬化，而铜没有； B.铜有加工硬化现象，而铁没有； C.铁在固态下有同素异构转变；而铜没有 D.铁和铜的再结晶温度不同 12.常用不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和( ) A.铁素体-奥氏体不锈钢； B.马氏体-奥氏体不锈钢； C.莱氏体不锈钢； D.贝氏体不锈钢 13.以下哪种铸铁的断口呈灰黑色？( ) A.马口铁； B.白口铸铁； C.麻口铸铁； D.灰铸铁
机械工程材料（于永泗齐民第七版）课后习题答案 第一章 1-1、可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量：不能，弹性模量的 大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。 1-2、工程上的伸长率与选取的样品长度有关，为什么：伸长率等于, 当试样（d）不变时，增加，贝卩伸长率3下降，只有当/为常数时，不同材料的伸长率才有可比性。所以伸长率与样品长度有关。 1-3、和两者有什么关系？在什么情况下两者相等？为应力强度因子，为平面应变断裂韧度，为的一个临界值，当增加到一定值时，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂，此时，两者相等。 1-4、如何用材料的应力-应变曲线判断材料的韧性？所谓材料的韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量，即拉伸曲线（应力应变曲线）与横坐标所包围的面积。
2-1、从原子结构上说明晶体与非晶体的区别。原子在三维空间呈现 规则排列的固体称为晶体，而原子在空间呈无序排列的固体称为非晶体。晶体长程有序，非晶体短程有序。 2-2、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系？相互垂直。 2-4、合金一定是单相的吗？固溶体一定是单相的吗？合金不一定是单相的，也可以由多相组成，固溶体一定是单相的。
3-1、说明在液体结晶的过程中晶胚和晶核的关系。在业态经书中存在许多有序排列飞小原子团，这些小原子团或大或小，时聚时散，称为晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不会长大，而当液态金属冷却到以下后，经过孕育期，达到一定尺寸的晶胚将开始长大，这些能够连续长大的晶胚称为晶核。 3-2、固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变？为什么？不属于。同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化，而不是晶化过程。 3-3、根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因。①枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内，成分不均匀的现象叫做枝晶偏析。 ②结合二元匀晶转变相图可知，枝晶偏析产生的原因是固溶体合金的结晶只有在“充分缓慢冷却”的条件下才能得到成分均匀的固溶体组织。然而在实际生产中，由于冷速较快，合金在结晶过程中，固相和液相中的原子来不及扩散，使得先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素，而后结晶的枝晶中含有较多低熔点元素。③冷速越快，液固相间距越大，枝晶偏析越严重。 3-4、结合相图分析含0?45% C 1.2% C和3.0% C的Fe-C合金在缓慢冷却过程中的转变及室温下的组织。①0.45% C: L+S —L+S + 丫宀L+
1渗碳钢（低碳钢）20CrMnTi（Cr提高淬透性、Ti细化晶粒）（20Cr） 汽车齿轮：下料——模锻——正火——机械加工（留磨量）——渗碳、淬火——低温回火——喷丸——磨至尺寸 各处理的方法和目的： 正火：消除锻造内应力，改善切削加工性能。片状珠光体（+铁素体） 渗碳：增加表面碳浓度。 淬火：表层高碳马氏体+碳化物，心部低碳马氏体 低温回火：消除淬火内应力，稳定组织，保持高硬度 喷丸：提高疲劳极限，延长使用寿命 2调质钢：轴类零件（机床主轴、汽车后轿半轴等） 45钢 机床齿轮：下料——锻造——正火——机械加工——调质——机械精加工——高频感应加热淬火、低温回火——精磨至尺寸 正火：消除锻造内应力，改善切削角高性能。细片状珠光体（索氏体）+铁素体调质：获得具有良好综合性能的回火索氏体 高频感应加热淬火、低温回火：表层回火马氏体，心部回火索氏体，达到“表硬心韧” 汽车发电机凸轮轴：下料——磨锻——正火——机械粗加工——调质——机械精加工——高频感应加热淬火、低温回火——磨至要求尺寸 正火：消除锻造内应力，改善切削角高性能。细片状珠光体（索氏体） +铁素体 调质：获得具有良好综合力学性能的回火索氏体 感应加热淬火：表层获得回火马氏体，满足耐磨性要求 30CrMnSi，合金元素提高淬透性、 38CrMnAl，Cr、Mn提高淬透性，Al加速渗氮，提高渗氮层硬度与耐磨性等 镗床镗杆：下料——磨锻——退火——机械粗加工——调质——机械精加工——去应力退火——粗磨——渗氮——精磨、研磨 退火：消除锻造组织缺陷，细化晶粒。珠光体+铁素体 调质：获得具有良好综合力学性能的回火索氏体 去应力退火：消除精加工产生的内应力。 渗氮：表层获得高硬度氮化层，不进行回火处理。 3弹簧钢：利用弹性形变缓和机械上的冲击和振动 60Si2Mn 提高淬透性和回火稳定性，细化晶粒 汽车板簧：热轧钢带冲裁下料——压力成型——淬火——中温回火——喷丸处理淬火、中温回火：获得回火托氏体 喷丸处理：增加表面压应力，提高疲劳强度，增加使用寿命。 50CrV 气门弹簧;冷拔钢丝——钢丝退火——冷卷成型——淬火——中温回火——喷丸强化——两端磨平 4轴承钢：高含碳量，目的保证轴承钢具有高的硬度及良好的耐磨性 GCr15 一般轴承零件：锻造——球化退火——机械加工——淬火、低温回火——磨加
机械工程材料（于永泗齐民）课后习题答案（一） 作者：WUST 1-1、可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量：不能，弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。 1-2、工程上的伸长率与选取的样品长度有关，为什么：伸长率等于，当试样(d)不变时，增加，则伸长率δ下降，只有当/为常数时，不同材料的伸长率才有可比性。所以伸长率与样品长度有关。 1-3、和两者有什么关系？在什么情况下两者相等？为应力强度因子，为平面应变断裂韧度，为的一个临界值，当增加到一定值时，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂，此时，两者相等。1-4、如何用材料的应力-应变曲线判断材料的韧性？所谓材料的韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量，即拉伸曲线（应力-应变曲线）与横坐标所包围的面积。 2-1、从原子结构上说明晶体与非晶体的区别。原子在三维空间呈现规则排列的固体称为晶体，而原子在空间呈无序排列的固体称为非晶体。晶体长程有序，非晶体短程有序。 2-2、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系？相互垂直。 2-4、合金一定是单相的吗？固溶体一定是单相的吗？合金不一定是单相的，也可以由多相组成，固溶体一定是单相的。 3-1、说明在液体结晶的过程中晶胚和晶核的关系。在业态经书中存在许多有序排列飞小原子团，这些小原子团或大或小，时聚时散，称为晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不会长大，而当液态金属冷却到以下后，经过孕育期，达到一定尺寸的晶胚将开始长大，这些能够连续长大的晶胚称为晶核。 3-2、固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变？为什么？不属于。同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化，而不是晶化过程。 3-3、根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因。①枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内，成分不均匀的现象叫做枝晶偏析。②结合二元匀晶转变相图可知，枝晶偏析产生的原因是固溶体合金的结晶只有在“充分缓慢冷却”的条件下才能得到成分均匀的固溶体组织。然而在实际生产中，由于冷速较快，合金在结晶过程中，固相和液相中的原子来不及扩散，使得先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素，而后结晶的枝晶中含有较多低熔点元素。③冷速越快，液固相间距越大，枝晶偏析越严重。 3-4、结合相图分析含0.45% C、1.2% C和3.0% C的Fe-C合金在缓慢冷却过程中的转变及室温下的组织。①0.45% C: L→L+δ→L+δ+γ→L+γ→γ→γ+e→P+γ+α。室温组织：P+α②1.2%C：L→L+γ→γ+二次渗碳体→二次渗碳体。室温组织：P+二次渗碳体。③3.0%C：L→L+γ→L+γ+Le→γ+ Le+二次渗碳体→P+γ+二次渗碳体+一次渗碳体→Le’+二次渗碳体+P。室温组织：Le’+二次渗碳体+P。 3-6、说明Fe-C合金中5种类型渗碳体的形成和形态特点。一次渗碳体：由液相直接析出，黑色的片层。二次渗碳体：含碳量超过0.77%的铁碳合金自1148℃冷却至727℃时，会从奥氏体中析出二次渗碳体。沿奥氏体晶界呈网状排列。三次渗碳体：铁碳合金自727℃向室温冷却的过程中，从铁素体析出的为三次渗碳体。不连续网状成片状分布于铁素体晶界。 共晶渗碳体：共晶白口铸铁由液态冷却到1148℃是发生共晶反应，产生共晶奥氏体和共晶渗碳体。为白色基体。共析渗碳体：共析钢液体在发生共析转变时，由奥氏体相析出铁素体和共析渗碳体。为黑色的片层。 3-7、说明金属实际凝固时，铸锭的3中宏观组织的形成机制。铸锭的宏观组织由表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区3个晶区组成。①表层细晶区：当高温的液体金属被浇注到铸型中时，液体金属首先与铸型的模壁接触，一般来说，铸型的温度较低，产生很大的过冷度，
1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体， 过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 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”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度，硬度升高的现象叫做固溶强化 原因：晶格畸变 过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？ 答：①冷却速度越大，则过冷度也越大。②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。③过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。 9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？ 答：①采用的方法：变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。②变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数
未来机械工程的发展趋势 21世纪以前，科学与技术着重于认识自然世界，不断提高人类生存能力；21世纪科技将更多地着眼于认识人类自身，不断提高人的生命质量。 在21世纪里，就制造业来讲，发明和发展了汽车、机床、机器人、飞机、火箭、芯片、计算机、电视机等成千上万的机电产品，极大地改变了人类的生产方式和生活方式 展望未来，21世纪将更加伟大、更加辉煌。制造业将出现更多意想不到的奇迹。生产的汽车不仅会跑，可能还会飞；制造的飞机将更快、更安全；高速列车和磁悬浮列车将飞驰在祖国的原野；智能仪器装备和智能机器人将按照人们的要求高效率、高质量地制造产品；微型机器人将能进入血管清理“垃圾”、修补心脏；人们可用分子组装技术组装出理想性能的微器件；掌上工具可能是计算机、可视电话、电视、音响和网络的集成，等等。 未来机械工程科学发展的总趋势将是交叉、综合化；柔性、集成化；智能、数字化；精密、微型化；高效、清洁化。智能机器人及仪器设备、微型机电系统、高效柔性、智能自动化制造技术将日趋成熟，并被市场所接受；可重构制造系统的理论与技术和适合我国的制造模式将得到完善和发展；在机构学、摩擦学、仿生机械和仿生制造等领域我国将进入世界先进行列；我国科学家问鼎诺贝尔奖将不是天方夜谭。制造业在制造科学技术的武装下将全面现代化，国家由于制造业创造的财富而更加昌盛繁荣。人民的生活将更加富裕潇洒。 信息科学、材料科学、生命科学、纳米科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界。与以上领域交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等是21世纪机械工程科学的重要前沿。 半个世纪以来,我国的机械工程科学得到了很大的发展，我们已经建立了较完善的学科体系，在学科前沿、技术创新和工程应用诸方面取得了突出成就。 新技术在制造业中的应用，使得被人们称作“夕阳产业”的机械制造业不断涌现新的希望，唤发新的活力。从起初“规模型”、“成本型”到“质量型”，再到现在的“快速响应型”无不展示其适应市场竞争，求生存、求发展的勃勃生机。 围绕着以满足个性需求为宗旨的新产品开发与竟争，一场以大制造、全过程、多学科为特征的新的制造业革命正波澜壮阔地展开。这是二十一世纪知识经济新时代下制造业的趋势，同时也预示着其未来的可持续发展方向——全球化、信息化、智能化。 高技术改变制造业 当今日新月异的科学技术发展，展现出了更多的科学发现和技术发明前景。信息科技、生命科学和生物技术、纳米科技的突飞猛进与相互交织影响，成为新一轮科技革命的重要标志。高技术的迅猛发展，同样对制造业的发展起到了推动、提升和改造的作用。高技术对制造业的改变是全面的和连续不断的，包括影响制造业未来的发展方向、重心领域、科技前沿、核心要素等，这里就几个重大方向问题做些说明。 一、高技术改变制造业——尺度向下延伸
机械工程材料 1 .室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越高。() 2 ?因为体心立方晶格与面心立方晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变形能力完全相同。() 3?间隙固溶体一定是无限固溶体。() 4 ?铁素体的本质是碳在a-Fe中的间隙相。() 5?在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。 6 ?高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。() 7 .钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。() 8 ? T8钢比T12和40钢有更好的淬透性。() 9 ?灰铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。() 10. 齿轮渗碳用钢常采用低碳钢。() 是非题 1 ? (V) 2 ? ( X ) 3 ? ( X ) 4 ? ( V) 5 ? ( X ) 6 ? ( X ) 7 ? (V) 8 ? (V) 9 ? ( X)10 ? ( V) 1. _________________________________________________ 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 2 ? a —Fe是实际原子数为 _________ 。 a ? 2; b ? 4; c ? 6 3 ?固溶体的晶体结构___________ 。 a ?与溶剂相同； b ?与溶质相同； c ?为其他晶型 4?间隙相的性能特点是_____________ 。 a ?熔点高、硬度低； b ?硬度高、熔点低； c ?硬度高、熔点高 5. __________________________________ 金属的加工硬化现象将导致。 a. 强度降低，塑性提高； b.强度提高，塑性降低；c ?强度降低，塑性降低 6 ?用下述三种方法制成齿轮，____________ 种方法较为理想。 a.用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮； b.由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮; 圆棒锻成圆 c.由 饼，再加工成齿轮 7.钢中含硫量过高的最大危害是造成__________________ 。 a.热脆； b.冷脆； c.氢脆 8 ?奥氏体是___________ 。
《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。
1.分析图示轨道铸件热应力的分布，并用虚线表示出铸件的变形方向。工艺上如何解决？ 轨道上部较下部厚，上部冷却速度慢，而下部冷却速度快。因此，上部产生拉应力，下部产生压应力。变形方向如图。 反变形法 5.如图一底座铸铁零件，有两种浇注位置和分型面方案，请你选择一最佳方案，并说明理由。 方案(Ⅱ)最佳.。 理由：方案(Ⅰ)是分模造型，上下铸件易错边，铸件尺寸精度差。 方案(Ⅱ)是整模造型, 铸件尺寸精度高。内腔无需砂芯成型，它是靠 上、下型自带砂芯来成形。 6.下图为支架零件简图。材料HT200，单件小批量生产。 （1）选择铸型种类 （2）按模型分类应采用何种造型方法？ （3）在图中标出分型面、浇注位置、加工余量 (1) 砂型铸造，(2)整模造型 （3）分型面、浇注位置、加工余量：见图 9.如图，支架两种结构设计。 （1）从铸件结构工艺性方面分析，何种结构较为合理？简要说明理由。 （2）在你认为合理的结构图中标出铸造分型面和浇注位置。
(1）（b）结构较为合理。因为它可省去悬臂砂芯。 （2）见图。分型面。浇注位置(说明：浇注位置上、下可对调） `12.如图所示铸件结构是否合理？如不合理，请改正并说明理由。 铸件上部太厚，易形成缩孔，壁厚不均匀易造成热应力。可减小上部壁厚，同时设加强筋。 无结构圆角，拐弯处易应力、开裂。设圆角。 3.某厂铸造一个Φ1500mm的铸铁顶盖，有图示两个设计方案，分析哪个方案的结构工艺性 好，简述理由。 (a)图合理 (b)图结构为大的水平面，不利于金属液体的充填，易造成浇不足、冷隔等缺陷；不利于金属夹杂物和 气体的排除，易造成气孔、夹渣缺陷；大平面型腔的上表面，因受高温金属液的长时间烘烤，易开裂使铸件产生夹砂结疤缺陷。 7.图示铸件的两种结构设计，应选择哪一种较为合理？为什么？
机械工程材料论文题目：先进铝合金在航空航天中应用 学生姓名：靖子果 学号：140103231 专业班级：机电一体化二班 指导老师：李蒙 2015年12月26日
目录 题目：先进铝合金在航空航天中应用 (1) 1.1铝合金的定义 (3) 1.2铝合金的命名 (3) 1.3铝的性质 (3) 2.1飞机结构选材对铝合金的技术要求 (4) 2.2航空用2000系与7000系铝台金的应用与发展 (5) 3.1结语 (9) 参考文献 (10)
1.1铝合金的定义 铝合金是纯铝参加一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。 1.2铝合金的命名 1970年12月制定的变形铝及铝合金国际牌号命名体系推荐方法命名的牌号如下；航空、航天和军事工业主要使用的铝材代表牌号是7075、7050，2024、2124。 7×××系列硬度最高，锌Zn在这个系列是主要的合金元素。以7075-T651铝合金位代表制品，其机械性能超过低碳钢。 2×××系列综合性能最好，铜Cu在这个系列是主要的合金元素，在热处理后其机械性能会相等或超过低碳钢。 以上这两个系列的生产水平是代表一个国家的军事实际力量。 1×××系列为纯铝。 3×××系列，锰Mn在这个系列是主要的合金元素。 4×××系列，硅Si在这个系列是主要的合金元素。 5×××系列，镁Mg在这个系列是主要的合金元素。 6×××系列，硅Si和镁Mg在这个系列是主要的合金元素。 1.3铝的性质 物质的用途决定于物质的性质。由于铝有多种优良性能，因而铝有着极为广泛的用途。(1)铝的密度很小，仅为2.7 g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝；防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金。例如，一架超音速飞机约由70%的铝及其合金构成。船舶建造中也大量使用铝，一艘大型客船的用铝量常达几千吨。 (2)铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的2/3，但密度只有铜的1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。(3)铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。
机械工程材料第二版答案
机械工程材料第二版答案 【篇一：机械工程材料(于永泗_齐民_第七版)课后习题答 案】 第一章 1-1、可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量：不能，弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。 1-3、和两者有什么关系？在什么情况下两者相等？为应力强度因子，为平面应变断裂韧度，为的一个临界值，当增加到一定值时，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂，此时，两者相等。 1-4、如何用材料的应力-应变曲线判断材料的韧性？所谓材料的韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量，即拉伸曲线（应力-应变曲线）与横坐标所包围的面积。 2-1、从原子结构上说明晶体与非晶体的区别。原子在三维空间呈现规则排列的固体称为晶体，而原子在空间呈无序排列的固体称为非晶体。晶体长程有序，非晶体短程有序。 2-2、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系？相互垂直。 2-4、合金一定是单相的吗？固溶体一定是单相的吗？合金不一定是单相的，也可以由多相组成，固溶体一定是单相的。 3-1、说明在液体结晶的过程中晶胚和晶核的关系。在业态经书中存在许多有序排列飞小原子团，这些小原子团或大或小，时聚时散，称为晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不会长大，而当液态金属冷却到以下后，经过孕育期，达到一定尺寸的晶胚将开始长大，这些能够连续长大的晶胚称为晶核。
3-2、固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变？为什么？不属于。同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化，而不是晶化过程。 3-3、根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因。①枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内，成分不均匀的现象叫做枝晶偏析。②结合二元匀晶转变相图可知，枝晶偏析产生的原因是固溶体合金的结晶只有在“充分缓慢冷却”的条件下才能得到成分均匀的固溶 体组织。然而在实际生产中，由于冷速较快，合金在结晶过程中，固相和液相中的原子来不及扩散，使得先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素，而后结晶的枝晶中含有较多低熔点元素。③冷速越快，液固相间距越大，枝晶偏析越严重。 体→le’+二次渗碳体+p。室温组织：le’+二次渗碳体+p。 3-6、说明fe-c合金中5种类型渗碳体的形成和形态特点。体：由液相直接析出，黑色的片层。二次渗碳体：含碳量超过0.77%的铁碳合金自1148℃冷却至727℃时，会从奥氏体中析出二次渗碳体。沿奥氏体晶界呈网状排列。三次渗碳体：铁碳合金自727℃向室温冷却的过程中，从铁素体析出的为三次渗碳体。不连续网状成片状分布于铁素体晶界。共晶渗碳体：共晶白口铸铁由液态冷却到1148℃是发生共晶反应，产生共晶奥氏体和共晶渗碳体。为白色基体。：共析钢液体在发生共析转变时，由奥氏体相析出铁素体和共析渗碳体。为黑色的片层。 3-7、说明金属实际凝固时，铸锭的3中宏观组织的形成机制。铸锭的宏观组织由表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区3个晶区组成。 ①表层细晶区：当高温的液体金属被浇注到铸型中时，液体金属首先与铸型的模壁接触，一般来说，铸型的温度较低，产生很大的过冷度，形成大量晶核，再加上模壁的非均匀形核作用，在铸锭表面形成一层厚度较薄、晶粒很细的等轴晶区。②柱状晶区：表层细晶区形成以后，由于液态金属的加热及凝固时结晶潜热的放出，使得模壁的温度逐渐升高，冷却速度下降，结晶前沿过冷度减小，难以形成新的结晶核心，
一、名词解释 1、固溶体:溶质原子溶入溶剂中形成均匀单一的结晶相 2、退火把钢加热到ＡＣ１以上或以下的温度保温一段时间，随炉缓慢冷却的热处理加工工艺 3、焊接性: 金属材料在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度 4.可锻性(金属塑形变形能力);金属材料经过塑形加工时,其成形难易程度的工艺指标(随着含碳量增加，可锻性下降。因为含碳量越高强度硬度越高，塑性韧性越差。) 5.冲压成形技术:利用冲模使得板料产生分离或者变形以获得零件加工的方法 冲压成形基本工序:分离工序(落料,冲孔,切断,修整)和变形工序(弯曲拉深翻边) 6.焊接接头组成:焊缝区熔合区焊接热影响区(过热区(热影响区性能最差) 正火区(热影响区综合性能最好的) 部分相变区) 7. 焊接应力产生原因: 焊接过程中受到不均匀的加热和冷却 减小焊接应力和变形:反变形法刚性固定法合理的焊接顺序 8.相:成份,结构,性能相同并与其他部分有界面分开的均匀组成部分 9.药皮>产生熔渣气体保护熔池金属不被氧化,机械保护作用稳定电弧 焊条焊芯,>>填充金属用作电弧电极 二、填空题 1、钢的高温回火温度范围在____５００－６５０℃ _____________，回火后的组织为______回火索氏体S回________(低 温回火(150-250℃)…回火马氏体,中温回火350-500回火托氏体)。 2、填出下列力学性能指标的符号：屈服强度_σs ，洛氏硬度Ｃ 标尺_HRC ______，冲击韧性_____Ak___。 3、常见金属的晶格类型有____体心立方___________ 、 ___________面心立方晶格____、__密排六方__________等。α-Fe属 于_____体心立方_____晶格，γ-Fe属于___面心立方_______晶格。 4、钢的热处理是通过钢在固态下的___加热____、____保温___
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