工程材料教案
工程材料》教案
总纲
一、课程性质及教学目的：
《工程材料》是机械及近机类专业一门重要的技术基础课。
本课程以材料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系为主线，重点介绍材料的本质，提出有关的理论和描述，说明材料结构是如何与其成分、加工工艺、性能以及行为相联系的。
学习本课程的目的，是使学生获得常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识。
通过对基础科学和知识的综合和运用，初步具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料，正确制定热处理工艺方法和妥善安排工艺路线的能力。
二、课程内容：
包含工程材料的分类及性能、材料的结构、材料制备的基本知识、二元相图及应用、材料的变形、钢的热处理、工业用钢、铸铁、有色金属、常用非金属材料、工程材料的选用等11章。纵观本课程所含内容可知，其内容较为庞杂。具有三多的特点；即所谓内容头绪多、原理规律多（涉及原理、规律几十个）、概念定义多（名词、定义三百多个），由于该课程具有上述特点，加之有些微观结构看不见、摸不到，而且课程内容枯燥、乏味，因此，教师感到难教，学生感到难学。
三、与其它课程的关系：
“工程材料”是以化学、物理、材料力学、金属工艺学和金工教学实习为基础的课程，在学习时应联系上述基础课程的有关内容，以加深对本课程内容的理解。同时本课程的基础，在今后学习有关专业课程时，还应经常联系本书的有关内容，以便进一步掌握所学的知识。
四、教学对象：
机械制造及自动化、汽车工程、测控技术、采矿工程专业的本科生。
五、教学指导思想：
1.从材料应用的角度出发讲授《工程材料》，体现21世纪教学理念、教学改革精神和世界工程教育思想。
2.严格按《工程材料》教学大纲及《工程材料实验教学大纲》进行教学，注意课程内容的准确定位和整体优化。
3.开设的实验及课堂讨论应有利于学生分析问题、解决问题的能力及创新能力培养。
六、教学重点：
1．典型金属的晶体结构；
2．晶体缺陷；
3．二元相图；
4．铁碳相图及其应用；
5．塑性变形与再结晶；
6．钢的热处理；
7．工业用钢。
七、教学难点：
1．典型金属的晶体结构；
2．晶体缺陷；
3．二元相图；
4．铁碳相图的分析与应用；
5．塑性变形机理与再结晶机制；
6．钢的热处理。
八、教学方法：
1．采用启发式、归纳类比法、教学模型、电化教学等传统教学方法。
2．改革实验内容及方法，注重理论联系实际及培养学生分析问题、解决问题的能力，利用电视、计算机等辅助教学手段提高实验教学效果。
3．正确处理《工程材料》与基础课、专业课的关系：
即利用基础课所学过的知识来讲授《工程材料》，结合专业特点讲授《工程材料》。
九、学时分配：
1．讲课：36学时
2．实验：18学时
总学时：54学时
十、教学过程（见讲义）：
主要包括：
1．后次复习前次概念；
2．本次讲授内容的引入；
3．新教学内容的讲授过程；
4．小结；
5．思考作业题。
十一、实验内容
1．材料密度的测定2学时
2．材料电阻温度系数测定2学时
3．铁碳合金平衡组织观察2学时
4．铁碳合金非平衡组织观察2学时
5．综合实验：
钢的热处理2学时
6．综合实验：
xx相试样的制备2学时
7．综合实验：
显微摄影2学时
8．综合实验：
暗室技术2学时
9．常用材料组织观察2学时
十一、教材及教学参考书
1．《工程材料》刘天模、徐幸梓主编机械工业出版社
2．《机械工程材料》王焕庭、李矛华主编大连理工大学出版社
第一章工程材料的分类及性能
一、教学目的及要求
通过本章学习，使学生掌握材料在力学、电学和热学等方面的性能和特征，为以后各章中研究结构与性能关系打下良好的基础。
二、主要内容
1．机械制造与材料；
2．材料的分类
3．材料的性能。
三、学时安排：4学时
四、教学重点：
1．材料的分类；
2．材料的性能。
五、教学难点：
材料的性能。
六、教学过程：
(见讲稿)
七、思考作业题：
1．一铜棒的最大拉应力为70MPa，若要承受2000kg的载荷，它的直径是多少？
2．有一钢棒在无塑性变形时所能承受的最大载荷11800kg，问它的强度是多少。
3．1根2米长的黄铜棒温度升高80℃，要使该棒有同样的伸长，问需要作用多少力？
4．一根焊接钢轨在35℃时铺设并固定，因此不能发生收缩。问当温度下降到9℃时，钢轨内产生的应力有多大？
5．零件设计时，选取σ0.2（σS）还是选取σb，应以什么情况为依据？
6．δ与ψ这两个指标，哪个能更准确地表达材料的塑性？
7．常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？
8．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。哪种方法合理？为什么？
9．举例说明机器设备选材中物理性能、化学性能、工艺性能的重要性。
第二章材料的结构
一、教学目的及要求
通过本章的学习，使学生掌握三大固体材料的结构特点、性能特点，建立材料结构与性能之间的关系。
二、主要内容
1．材料的结合方式；
2．金属材料的结构；
3．高分子材料的结构特点；
4．陶瓷材料的结构特点。
三、学时安排：4学时
四、教学重点：
1．典型金属材料的晶体结构；
2．晶体缺陷及其对性能的影响；
3．合金相结构；
4．高分子材料及陶瓷材料的结构及性能特点。
五、教学难点：
1．金属材料的晶体结构；
2．各类缺陷对结构及性能的影响；
4．高分子材料、陶瓷材料的结构特点。六、教学过程：
(见讲稿)
七、思考作业题：
1．三大固体材料的键性如何？
2．金属的特性是什么？
3．纯金属的晶体结构有几种类型？
4．合金相结构有几种？都是什么？
5．金属材料的性能特点是什么？
6．高分子材料的结构及性能特点是什么？
7．陶瓷材料的结构及性能特点是什么？
8．试说明一个面心立方等于一个体心正方结构。
9．合金相V
C、Fe
3C、CuZn、ZrFe2属于何种类型，并指出其结构特点。
第三章材料制备的基本知识
一、教学目的及要求：
通过本章学习，使学生掌握金属结晶的基本规律、了解高分子材料的合成与陶瓷材料的成形与烧结工艺。
二、主要内容：
1．结晶过程；
3．陶瓷材料的制备过程；
三、学时安排：4学时
四、教学重点：
1．结晶的基本过程；
2．合金的结晶；
3．金属铸锭的凝固；
4．聚合物的合成。
五、教学难点：
1.结晶的规律；
2.合金的结晶。
六、教学过程：
(见讲稿)
七、思考作业题：
1．液态金属结构与固态金属结构有何区别，试述小体积液态纯金属结晶过程。
2．细化铸件晶粒的途径有那些？为什么？
3．液态金属结晶时需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热？
4．金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？
5．过冷度与冷却速度有何关系？为什么金属结晶一定要有过冷度？它对晶粒大小有何影响？
6．如果其它条件相同，试比较在下列条件下，铸件晶粒的大小：
（1）砂型铸造与金属铸造；
（2）厚壁铸件与薄壁铸件；
（3）加变质剂与不加变质剂；
（4）浇注时振动与不振动。
7．凝固与结晶是不是一回事？影响凝固的因素有哪些？
8．晶粒度等级N是由关系式m=2N+2来确定的，试计算晶粒度为7级时，晶粒的实际的平均直径是多少？
9．聚合物的加成聚合反应与逐步聚合反应有何区别？
10．陶瓷烧结时为什么会产生收缩现象？
11．试比较陶瓷粘滞成型与烧结工艺之间的区别。
第四章二元相图及应用
一、教学目的及其要求：
通过本章学习，使学生们掌握二元相图的基本类型、分析和使用，掌握铁碳合金的基本知识及铁碳相图的应用。
二、主要内容
1．二元相图的建立；
2．二元相图的基本类型及应用；
3．相图与合金性能之间的关系；
4．铁碳合金相图。
三、学时安排：6学时
四、教学重点：
1．二元相图的基本类型及应用；
2．铁碳合金相图的分析和应用。
五、教学难点：
1．二元相图的基本类型及应用；
2．铁碳合金相图的分析和应用。
六、教学过程：
(见讲稿)
七、思考作业题：
1．二元相图有那些最基本的类型？何为匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变。
2．何为“杠杆定律”？“杠杆定律”的应用范围及用途。
3．简述枝晶偏析形成过程和消除方法。
4．何谓相组成物和组织组成物？请举例说明之。
5．一个二元共晶反应如下：
L（WB=75%）α（WB=15%）+β（WB=95%）
（1）WB =50%的合金完全凝固时初晶α与共晶（α+β）的重量百分数，以及共晶体中α相与β相的重量百分数；
（2）若已知显微组织中β初晶与（α+β）共晶各占一半，求该合金的成分。
6．铁碳合金有那些基本相？从组织反应的角度看，纯铁、钢、铸铁有何区别？
7．纯铁的三个同素异构体是什么？晶体结构如何？
8．α－Fe和铁素体有何区别？γ－Fe和奥氏体有何区别？
9．从组织的角度看，渗碳体有哪几种基本的形态？
10．按含碳量可将铁碳合金分为那几类？它们的力学性能随含碳量的增加有何变化规律？
11．分析0.45%C，1.2%C和2.3%C的铁碳合金的平衡结晶过程，计算室温下组织组成物的相对量及两相相对量。
12．根据显微组织分析，一灰口铁内石墨的体积占12%，铁素体的体积占88%，试求该合金的碳含量。
13．分析含碳量为0.2%、0.6%、0.77%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织，分别计算含碳量为0.2%的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量。
第五章材料的变形
一、教学目的及其要求：
通过本章学习，使学生们掌握固体材料变形的基本方式、塑性变形对组织与性能的影响、金属及合金强化，掌握变形金属的加热转变、回复与再结晶，掌握高分子材料和陶瓷材料的变形特点。
二、主要内容
1．金属的塑性变形与再结晶；
2．高分子材料的变形；
3．陶瓷材料的变形特点。
三、学时安排：4学时
四、教学重点：
1．塑性变形对组织与性能的影响；
2．回复与再结晶；
3．高分子材料的变形特点。
五、教学难点：
1．塑性变形的机理；
2．回复与再结晶；
3．热塑性塑料与热固性塑料的变形。
六、教学过程：
(见讲稿)
七、思考作业题：
1．金属材料冷塑性变形时，主要的变形方式有那些？
2．滑移与孪生有何异同？
3．何为滑移带与滑移线？何为交滑移与多滑移？
4．冷塑变对金属及合金的组织性能有何影响？
5．何谓形变织构？如何表示板织构与丝织构？一旦产生织构，性能上有何变化？
6．用位错理论解释金属及合金形变强化。
7．热固性塑料在拉伸和压缩变形时，有何不同？
8．将一根长20m，直径14mm铝棒，通过12.7mm的模具拉拔，求：
（1）这根棒材拉拔后的尺寸；
（2）这根棒材承受的工程应变与真应变。
9．试用多晶体塑变理论解释，室温下金属的晶粒越细强度越高。
10．从金属学的角度如何区分冷加工与热加工？热加工金属的软化机制有几种？
11．加聚反应与缩聚反应的主要区别是什么？
第六章钢的热处理
一、教学目的及其要求：
通过本章学习，使学生掌握热处理的基本概念，掌握钢的加热转变和冷却转变的基本类型及其特点，掌握并了解钢的常用热处理工艺，并能够应用过冷奥氏体转变曲线进行热处理工艺分析。
二、主要内容
1．热处理基本概念；
2．钢的加热与冷却转变；
3．钢的热处理状态图及其应用；
4．常用热处理工艺；
5．特殊热处理方法。
三、学时安排：5学时
四、教学重点：
1．钢的加热与冷却转变；
2．钢的热处理状态图及其应用；
3．常用热处理工艺；
五、教学难点：
1．钢的加热与冷却转变；
2．钢的热处理状态图及其应用。
六、教学过程：
(见讲稿)
七、思考作业题：
1．珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何不同？
2．试比较索氏体、屈氏体、马氏体与回火屈氏体、回火索氏体、回火马氏体之间在形成条件、组织形态与性能上的差别。
3．什么叫回火脆性？第一类回火脆性产生的原因是什么？如何防止？
4．加热时奥氏体的形成过程要经过哪几个阶段？
5．什么是淬透性？淬透性对钢的热处理工艺有何影响？
6．共析钢经正常淬火得到什么组织？它们经过200℃、400℃、600℃回火后得到什么组织？
7．某汽车齿轮选用20CrMnTi制造，其工艺路线为：
下料→锻造→正火①→切削加工→渗碳②→淬火③→低温回火④→喷丸→磨削。请说明①、②、③、④四项热处理工艺的目的及大致工艺参数。
8．在C曲线中分别画出获得珠光体、珠光体+马氏体、贝氏体、马氏体+贝氏体等组织的冷却工艺曲线。
9．试比较表面淬火和化学热处理之间的异同。
第七章工业用钢
一、教学目的及其要求：
通过本章学习，使学生熟悉和了解我国的钢材编号规则，掌握各类钢种的牌号，熟悉钢中杂质与合金元素的分布规律及其对钢材性能的影响，了解和熟悉常用钢材的牌号、性能及用途。
二、主要内容
1．钢中的常存元素、隐存元素及合金元素对钢性能的影响；
2．我国的钢材编号；
3．常见工业用钢的性能及用途。
三、学时安排：3学时
四、教学重点：
1．钢的合金化原理；
2．我国的钢材编号；
3．常用工业用钢。
五、教学难点：
钢的合金化原理。
六、教学过程：
(见讲稿)
七、思考作业题：
1．钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些影响？
2．钢中有那些常见杂质？何为钢的“热脆”？何为钢的“冷脆”？如何防止？
3．汽车、拖拉机变速箱齿轮和汽车后桥齿轮多半用渗碳钢制造，而机床变速箱齿轮又多半用中碳（合金）钢制造，试分析原因何在？
4．滚齿机上的螺栓，本应用45钢制造，但错用了T12钢，其退火、淬火都沿用了45钢的工艺，问此时将得到什么组织何性能？
5．直径为25mm的40CrNiMo棒料毛坯，经正火处理后硬度高很难切削加工，这是什么原因？试设计一个最简单的热处理方法以提高其机械加工性能。
6．指出下列钢号属于什么钢？各符号代表什么？Q
235、20CrNi、T
8、T
10A、08Al、16Mn、W6Mo5Cr4V
2、Cr12MoV、60Si2Mn。
7．Q235经调质处理后使用是否合理？为什么？
8．用W18Cr4V钢制作盘形铣刀，试安排其加工工艺路线，说明各热加工工序的目的，使用状态下的显微组织是什么？为什么淬火温度高达1280℃？淬火后为什么要经过三次560℃回火？能否用一次长时间回火代替？
9．判断下列钢号的钢种、成分、常用的热处理方法及使用状态下的显微组织：T8、16Mn、20Cr、40Cr、20CrMnTi、4Cr
13、GCr
15、3Cr2W8V、9CrSi、1Cr18Ni9Ti。
10．在材料库中存有：42CrMo、GCr
15、T
13、60Si2Mn。现在要制作锉刀、齿轮、连杆螺栓，试选用材料，并说明应采用何种热处理方法及使用状态下的显微组织。
第八章铸铁
一、教学目的及其要求：
通过本章学习，使学生掌握和了解铸铁石墨化的一般概念，熟悉和了解常用铸铁材料。
二、主要内容
1．铸铁的石墨化；
2．常用铸铁的牌号、组织与性能；
3．铸铁的热处理
三、学时安排：2学时
四、教学重点：
1．铸铁的石墨化；
2．常用铸铁的牌号、组织与性能。
五、教学难点：
铸铁的石墨化。
六、教学过程：
(见讲稿)
七、思考作业题：
1．对于灰口铸铁来说，基体中珠光体数量越多，珠光体片层越细，其强度越高，那么在生产中可采用哪些方法提高灰口铸铁中的珠光体数量？
2．灰口铸铁件薄壁处，常出现高硬度层，机加工困难，请说明产生的原因及消除的方法。
3．可锻铸铁和球墨铸铁中的石墨形态与形成方式有何不同？
4．试说明为什么可锻铸铁适宜制造薄壁零件，而球墨铸铁不适宜制造这类零件。
5．要使球墨铸铁分别得到珠光体、铁素体和贝氏体的基体组织，热处理工艺上如何控制？依据是什么？
6．不同阶段石墨化程度对灰口铸铁的基体组织有何影响？
7．促进石墨化的元素有哪些？为什么在灰口铸铁中应控制碳化物形成元素的数量？
8．试说明为什么铸铁含碳量通常要选择接近共晶成分？
第九章有色金属
一、教学目的及其要求：
通过本章学习，使学生掌握和了解各种有色金属的牌号、成分、性能和用途。
二、主要内容
1．铝及铝合金；
2．铜及铜合金；
3．镁及镁合金；
4．钛及钛合金；
5．轴承合金。
三、学时安排：2学时
四、教学重点：
1．铝及铝合金；
2．镁及镁合金；
3．轴承合金。
五、教学难点：
铝合金强韧化。
六、教学过程：
(见讲稿)
七、思考作业题：
1．铸造铝合金（如Al-Si合金）为何要进行变质处理？
2．以Al-Cu合金为例，说明时效硬化的基本过程及影响时效硬化过程的因素。
3．铝合金能象钢一样进行马氏体相变强化吗？可以通过渗碳、氮化的方式表面强化吗？为什么？
4．铝合金的自然时效与人工时效有什么区别？选用自然时效或人工时效的原则是什么？
5．铜合金的性能有何特点？铜合金在工业上的主要用途是什么？
6．哪些合金元素常用来制造复杂黄铜？这些合金元素在黄铜中存在的形态是怎样的？
7．锡青铜属于什么合金？为什么工业用锡青铜的含锡量一般不超过14%？
8．轴承合金在性能上有何要求？在组织上有何特点？
9．试比较钛合金的热处理强化方式与钢、铝合金的热处理强化方式的异同。
第十章常用非金属材料
一、教学目的及其要求：
通过本章学习，使学生掌握和了解常用非金属材料的成分、性能和用途。
二、主要内容
1．高分子材料；
2．无机非金属材料；
3．复合材料。
三、学时安排：2学时
四、教学重点：
1．高分子材料；
2．复合材料。
五、教学难点：
复合材料。
六、教学过程：
(见讲稿)
七、思考作业题：
1．请选用两种塑料制造中等载荷的齿轮，说明选材的依据。2．用全塑料制造的零件有什么优缺点？
3．为什么金属很少是玻璃态，而高聚物大多是非晶态？
4．橡胶为什么可作减震制品？还有哪些材料可用来制作减震元件？5．结构陶瓷和功能陶瓷在性能上有何区别，主要表现在哪些方面？6．陶瓷性能的主要缺点是什么？分析其原因，并指出改进的方法。7．氮化硅和氮化硼特种陶瓷在应用上有何异同点？
8．复合材料有哪几种基本类型？其基本性能特点是什么？
9．纤维复合材料有何特点？
工程材料教学大纲教学基本目标课程涉及知识技能
《工程材料》教学大纲 一、教学基本目标 《工程材料》课程是高等院校机械类专业的一门必修的技术基础课，是机械设备设计合理选择材料和使用材料的基础。通过教学使学生： 1．了解工程材料的发展，了解非金属材料的分类及其应用，了解新材料、新工艺； 2．掌握机械工程材料的基本理论及基本知识，熟悉金属材料的分类及其应用；（毕业要求1-3） 3．熟悉铁碳相图、钢的热处理工艺、合金化等基本知识，掌握材料的成分、组织、性能之间的关系，具有分析机械工程材料性能的能力；（毕业要求1-3）4．能够根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理选材的能力；（毕业要求1-3） 5．能够根据机械零件使用条件和性能要求，制定结构零件热处理工艺的能力。（毕业要求1-3） 二、课程涉及知识技能 本课程通过课堂教学、实验、综合作业等综合教学环节，训练以下知识技能（毕业要求1-3）： 1．掌握工程材料基本理论及基本知识，具备根据工业需求选择材料及制定热处理工艺的初步能力； 2．掌握铁碳相图和钢的合金化原理相关知识，具备分析材料、成份和组织和性能关系的能力； 3．掌握钢的热处理工艺、目的及其应用，具备根据材料的性能需求选择热
处理工艺的能力； 4．培养学生自主学习的能力和材料性能分析的工程意识； 5．通过材料金相试样制备及金相组织观察实验，具备分析材料成份、组织和性能关系的能力； 6．设计典型机械零件材料热处理工艺实验，具备分析不同热处理工艺对材料组织和性能影响能力。 三、相关能力培养 1．具有根据工业需求选择材料及制定热处理工艺的初步能力；（毕业要求1-3） 2．具有设计实验方案、进行实验、分析和解释数据的能力； 3．通过分组实验研究与讨论，培养学生具有团队意识和人际交流能力； 4．通过工程材料的选择与应用，培养学生工程设计的安全意识和社会责任感；（毕业要求1-3） 5．具有自主学习的能力。 四、教学基本内容 绪论 1. 了解材料的发展简史及工程材料研究的对象 2. 熟悉工程材料的分类 第 1 章材料的结构与性能 1. 掌握常见的纯金属晶体结构和合金的晶体结构 2. 掌握实际金属中的晶体缺陷 3. 熟悉金属材料的力学性能，了解金属材料的工艺性能和理化性能 4. 了解金属晶体中的晶面和晶向 5. 了解组织和性能的关系 第2章金属材料组织和性能的控制 1. 掌握纯金属的结晶过程 2. 掌握细晶强化的措施 3. 掌握匀晶相图、共晶相图、包晶相图和共析相图的分析 4. 掌握铁碳合金中的相和组织的概念，掌握相图中重要的点和线的含义，
设备故障诊断一页纸开卷考试
1.1机械设备故障诊断包括哪几个方面的内容？答：第一部分是利用各种传感器和监测仪表获取设备运行状态的信息，即信号采集。第二部分是对能够反映故障状态的特征参数和信息进行识别，利用专家的知识和经验，诊断出设备存在 的故障类型、故障部分、故障程度和产生故障的原因，这部分内容称为故障诊断。第三部分称为诊断决策，根据诊断结论，采取控制、治理和预防措施。1.2 请简述开展机械设备故障诊断的意义。答：1、可以带来很大的经济效益。①采 用故障诊断技术，可以减少突发事故的发生，从而避免突发事故造成的损失，带来可观的经济效益。②采用故障诊断技术，可以减少维修费用，降低维修成本。2、研究故障诊断技术可以带动和促进其他相关学科的发展。故障诊断涉及多 方面的科学知识，诊断工作的深入开展，必将推动其他边缘学科的相互交叉、渗透和发展。 2.1 信号特征的时域提取方法包括哪些？答：信号特征的时域提取方法包括平均值、均方根值、有效值、峰值、峰值指标、脉冲指标、裕度指标、 偏度指标（或歪度指标、偏斜度指标）、峭度指标。这些指标在故障诊断中不能孤立地看，需要相互印证。同时，还要注意和历史数据进行比较，根据趋势曲线作出判别。2.2时域信号统计指标和频谱图在机械故障诊断系统中的作用分 别是什么？答：时域信号统计指标的主要作用是用于判定机械设备是否有故障（故障隐患）、程度如何、发展趋势怎样等这类维修指导性工作。信号特征在时域中的统计指标有两类：单值函数类和分布函数类。单值函数类统计指标以简 单的1 个数值来实现判定要求，因而成为机械故障诊断系统中时域信号特征的主要指标。它们是：平均值、均方根值（有效值）、峰值指标、脉冲指标、裕度指标、歪度指标、峭度指标。其中最主要的是均方根值，它是判定是否存在故 障的重要指标。其它指标用于回答程度如何。这些指标的时间历程曲线用于回答发展趋势怎样。频谱图在机械故障诊断系统中用于回答故障的部位、类型、程度等问题。振动参数有三项：频率、幅值、初相位。相位差与各部件之间的运 动关系相关，频率与该部件的运动规律相关，振幅与该部件的运动平稳性相关。当机械状态劣化时，首先表现的是运动平稳性变坏，由此造成振动幅值的增大。关注频率与振动幅值的变化是机械故障分析工作的指导原则。2.3 在观察频 谱图作故障诊断分析时，应注意哪些要点？答：1、注意那些幅值比过去有显著变化的谱线，分析它的频率对应着哪一个部件的特征频率。2、观察那些幅值较大的谱线（它们是机械设备振动的主要因素），关注这些谱线的频率所对应的 运动零部件。3、注意与转频有固定比值关系的谱线（它们是与机械运动状态有关的状态信息），注意它们之中是否存在与过去相比发生了变化的谱线。2.4频率细化分析的基本思想是什么？请简述频谱细化的过程。答：频率细化分析的 基本思想是利用频移定理，对被分析信号进行复调制，再重新采样作傅里叶变换，可得到更高的频率分辨率。主要计算步骤如下。1、选用采样频率ωs=2π/?t 进行采样，得到N 点离散序列{x n }.假设需要细化的频带是中心频率为的一个窄 带，这里的分别是以和分别以为中心频率的窄带的左、右端点频率。2.用一个复序列.3、对{} 进行低通滤波得到离散复序列{gn }。4、对{ gn }进行重新采样，得到离散复序列{rn}。5、对重抽样后的复序列{rn}进行复数FFT 变换，即可得 到细化后中心频率为带宽为ω2 –ω1 的细化谱。2.5轴心轨迹图通常应用在什么场合？如何绘制轴心轨迹图？答：轴心轨迹图常用于分析机械转子系统状态信息。轴心运动轨迹是指轴颈中心相对于轴承座在轴线垂直平面内的运动轨迹， 简称为轴心轨迹。轴心轨迹是一平面曲线，与幅频或相频特性曲线比较，它更加直观地反映了转轴的运动情况。轴心轨迹的测量，是将两个涡流传感器安装在转轴同一截面上，彼此互成90°（因为轴心轨迹图中的x 、y 坐标是垂直的）, 两路信号必须同步采样。轴心轨迹实际上是由 x 、y 方向上的位移振动信号合成的李莎茹图形，因此，如果直接把某一时刻x 、y 方向上的位移信号直接描绘在x 、y 坐标轴上，这一点就是该时刻轴心的位置，将不同时刻的轴心位置点连 接起来，就形成了轴心轨迹图。将x 、y 两个传感器所测的数值看作是轴心轨迹在x 、y 两个方向的投影，去掉其中的直流分量（平均值——代表传感器与轴颈表面的间隙），再按照(x,y)坐标值进行绘制。2.6什么是二维全息谱？全息谱 和轴心轨迹图有什么联系？振动信号的特征是通过全息谱的什么来反映的？答：将转子测量截面上水平和垂直两方向的振动信号作傅里叶变换，从中提取各主要频率分量的频率、幅值和相位。然后按照各主要频率分量分别进行合成，并 将合成结果按频率顺序排列在一张谱图上，就得到了二维全息谱。二维全息谱就是在一个平面坐标上表示出转子振动时各个频率分量下的轴心轨迹。谱图的横坐标为转子振动的阶比（即频率），对转子截面水平和垂直方向的振动信号作 FFT 谱分析，对应地提取出各主要阶比频率的幅值和相位,再将各个频率成分在水平和垂直方向上的幅值和相位进行融合，得到各频率分量对应的轨迹图形，将这些轨迹图依次放置在横坐标的相应位置上，就形成了二维全息谱。二维全息 谱包含了转子测量面处的频率、幅值和相位的全部信息。一般情况下，二维全息谱是偏心率不等的椭圆，椭圆的偏心率和长轴方向不同程度地反映了该频率成分的振动特点。2.7倒频谱和一般的功率谱相比有什么优点？答：倒频谱有以 下优点：1、倒频谱是频域函数的傅里叶逆变换，对功率谱函数取对数的目的，是使变换后的信号能量格外集中，突出幅值比较小的信号的周期，可以有效地提取和识别频谱上的周期成分，便于对原信号的识别.2、利用倒频谱分析方法可 解卷积，易于分离源信号和传递系统，利于对原信号的识别。3、倒频谱受传输途径的影响很小，便于排除因传感器安装位置的不同而带来的影响。2.8 Hilbert 变换有什么特点？简述Hilbert 变换实现解调的原理。答：Hilbert 变换有 以下特点：1、希尔伯特变换是从时域到时域的变换，它是在时域内进行的，不同于在时域和频域间进行转换的傅里叶变换。2、希尔伯特变换的结果是将原信号的相位平移了90°（负频率作+90°相移，正频率作-90°相移），所以这种 变换又称为90°移相滤波器或垂直滤波器。3、希尔伯特变换只影响原信号的相位，不会影响到原来信号的幅值。4、希尔伯特变换前后，原信号的能量不会由于相位的移动发生变化。5、由于变换只是将原信号作了90°相移，原信号与它 的希尔伯特变换构成正交副。Hilbert 变换解调原理：设一窄带调制信号其中a(t) 是缓慢变化的调制信号。令是信号x(t)的瞬时频率。设x(t)的希尔伯特变换为。则它的解析信号为：解析信号的模或信号的包络为 3.1转子产生不平衡 振动的机理是什么？不平衡故障的主要振动特征是什么？答：旋转机械的转子由于受材料的质量分布、加工误差、装配因素以及运行中的冲蚀和沉积等因素的影响，致使其质量中心与旋转中心存在一定程度的偏心距。偏心矩较大时，静 态下，所产生的偏心力矩大于摩擦力矩，表现为某一点始终回转到水平放置的转子下部（其偏心力矩小于摩擦力矩的区域内），称之为静不平衡。当偏心距较小时，不会表现出静不平衡的特征。在转子旋转时，偏心距会使转子产生一个 与转动频率同步的离心力矢量，离心力 F =me ω2从而激发转子的振动，这种现象称之为动不平衡。静不平衡的转子，由于偏心距 e 较大，会表现出更为强烈的动不平衡振动。当发生不平衡振动时，其故障特征主要表现如下：1、时域波 形为近似的等幅正弦波。2、轴心轨迹为比较稳定的圆或椭圆。3、频谱图上转子转速频率对应的振幅具有突出的峰值。4、在三维全息图中，转频的振幅椭圆较大，其它成份较小。5、转子的进动方向为同步正进动。6、转子振幅对转速变 化很敏感，转速下降，振幅将明显下降。7、除了悬臂转子之外，对于普通两端支承的转子，不平衡在轴向上的振幅一般不明显。8、振幅随转速变化明显些。3.2转子轴系不对中故障可分为哪几类？其主要故障特征有哪？答：轴系不对 中可分为三种：平行不对中、交叉不对中、组合不对中。主要故障特征如下：1、不对中所出现的最大振动往往表现在紧靠联轴节两端的轴承上。2、轴承的振动幅值随转子负荷的增大而增高。3、平行不对中主要引起径向振动，角度不对 中主要引起轴向振动。4、不对中使刚性联轴节两侧的转子振动产生相位差。5、对于刚性联轴节，平行不对中易激起2 倍转速频率的径向振动，同时也存在工频（转速频率）和多倍频的振动成分。角度不对中易激起工频轴向振动，同时 也存在多倍频振动。6、转子之间的不对中，由于在轴承不对中方向上产生了一个预加载荷，轴颈运动的轴心轨迹形状为椭圆形。随着预加载荷的增大，轴心轨迹形状将变为香蕉形、“8”字形或外圈中产生一个内圈等形状。7、在全息图 中2、4 倍频椭圆较扁，并且两者的长轴近似垂直。3.3油膜涡动与油膜振荡的形成机理是什么？油膜振荡的故障特征有哪些？油膜涡动和油膜振荡有什么区别？答：涡动就是转子轴颈在轴承内作高速旋转的同时，还环绕某一平衡中心作 公转运动。轴颈在轴承中作偏心旋转时，形成进口断面大于出口断面的油楔。油液进入油楔后压力升高，如果轴颈表面线速度很高而载荷又很小，则轴颈高速旋转，使油楔中间隙大的地方带入的油量大于从间隙小的地方带出的油量，由 于液体的不可压缩性，多余的油就要把轴颈推向前进，形成了与轴旋转方向相同的涡动运动，涡动速度就是油楔本身的前进速度。如果转子轴颈主要是油膜力的激励作用引起涡动，则轴颈的涡动角速度近似为转速的1/2，所以称为半速涡 动。油膜激励引起的半速涡动是正向涡动运动。在半速涡动刚出现的初期阶段，由于油膜具有非线性特性（即轴颈涡动幅度增加时，油膜的刚度和阻尼较线性关系增加得更快），抑制了转子的涡动幅度，使轴心轨迹为一稳定的封闭图形， 转子仍能平稳地工作。随着转速的升高，半速涡动成分的幅值逐渐增大。直至转速升高到第一临界转速的两倍附近时，涡动频率与转子一阶自振频率相重合，转子轴承系统将发生激烈的油膜共振，这种共振涡动就称为油膜振荡，振荡频 率为转子系统的一阶自振频率。如果继续升高转速，振动并不减弱，而且振动频率基本上不再随转速而升高。轴承发生油膜振荡的故障特征主要表现如下：1、油膜振荡是一种自激振动，维持振动的能量是由轴本身在旋转中产生的，它不 受外部激励力的影响。所以，一旦发生大振幅的油膜振荡后，如果继续升高转速，振幅也不会下降，而且振动频率始终为转子的一阶自振频率，转子的挠曲振型也为一阶振型，与升高后的转速不发生关系。2、高速轻载转子，发生油膜振 荡的转速总是高于转子系统的一阶临界转速2 倍以上。发生油膜振荡以后的转子主振动频率也就固定不变。3、油膜振荡是一种非线性的油膜共振，激烈的振动会激发起油膜振荡频率Ω和转速频率ω的多倍频成分以及这两个主振频率Ω和 ω的和差组合频率成分，即m ω±n Ω（m 、n 为正整数）。4、发生油膜振荡时，轴心轨迹形状紊乱、发散，很多不规则的轨迹线叠加成花瓣形状。5、发生油膜振荡时，由于转子发生激烈的自激振动，引起轴承油膜破裂，因而会同时发生 轴颈和轴瓦的碰撞摩擦，时而发生巨大的吼叫声。轴承中的油膜共振与摩擦涡动联合作用引起的转子大振动，会给轴承和迷宫密封带来严重损伤。6、转子转速一旦进入油膜共振区，升高转速，振荡频率不变，振幅并不下降。但是降低转 速，振动也并不马上消失，油膜振荡消失的转速要低于它的起始转速，具有惯性效应。7、油膜涡动和油膜振荡在全息谱上的故障特征是在分倍频区内偏心率很小的椭圆油膜涡动与油膜振荡的区别如下：1、油膜涡动与油膜振荡的发生条 件①只发生在使用压力油润滑的滑动轴承上，在半润滑轴承上不发生。②油膜振荡只发生在转速高于临界转速的设备上。2、油膜涡动与油膜振荡的信号特征①油膜涡动的振动频率随转速变化，与转速频率的关系为fn = (0.43 ~ 0.48) f 。②油膜振荡的振动频率在临界转速所对应的固有频率附近，不随转速变化。③两者的振动随油温变化明显。3、油膜涡动与油膜振荡的振动特点①油膜涡动的轴心轨迹是由基频与半速涡动频率叠加成的双椭圆，较稳定。②油膜振荡是自激 振荡，维持振动的能量是转轴在旋转中供应的，具有惯性效应。由于有失稳趋势，导致摩擦与碰撞，因此轴心轨迹不规则，波形幅度不稳定，相位突变。3.4转子发生碰摩故障时的振动特征有哪些？答：1、转子碰摩后发生转速波动，发生短暂时间的转子扭转振动。2、发生局部碰摩时，接触力和转子运动之间为非线性关系，使转子产生分数次谐波和高次谐波振动响应。频谱上除转子工频外，还存在非常丰富的高次谐波成分。3、转子的进动方向由正向进动变为反向进 动。4、较轻的局部碰摩，轴心轨迹出现小圆环内圈。随着碰摩程度的增加，内圈小圆环数增多，且形状变化不定。当发生整周摩擦时，轴心轨迹形状像花瓣形。在重摩擦转子中，往往出现0.5ω的频率成分，其轴心轨迹形状为“8”字形。 3.5旋转失速的故障特征有哪些？喘振与旋转失速的区别与联系有哪些？答：旋转失速基本特征如下：1、失速区内因为压力变化剧烈，会引起叶轮出口和管道内的压力脉动，发生机器和管道振动。2、旋转失速产生的振动基本频率，叶 轮失速在0.5～0.8 倍转速频率范围内，扩压器失速在0.1～0.25倍转速频率范围内。在振动频率上既不同于低频喘振，又不同于较高频率的不稳定进口涡流。3、压缩机进入旋转失速范围以后，虽然存在压力脉动，但是机器的流量基本上 是稳定的，不会发生较大幅度的变动。4、旋转失速引起的振动，在强度上比喘振要小，但比不稳定进口涡流要大得多。喘振和旋转失速主要区别如下：1、旋转失速的气体流动是非轴对称的，叶道中的一个或数个失速团沿叶栅圆周方向 传播，因此气流脉动是沿着压缩机叶轮圆周方向产生的。而喘振时的气流脉动是沿着机器的轴向方向形成，虽然脉动幅度很大，但是气流基本呈轴对称分布。2、旋转失速时，压缩机叶轮或扩压器周向各流道的气体流量随时间而脉动变化， 但是通过压缩机总的平均流量是不变的。而喘振时机器总的平均流量却是随时间而变化的。3、旋转失速的气流脉动频率、振幅主要与压缩机本身的叶栅几何参数及转速有关，而与压缩机管网容积的大小无关。但是喘振的频率、振幅却与 管网容积大小密切相关，管网容积越大，喘振频率越低，振幅越大，深度喘振会往往引起转子或叶片零部件的损坏。4、旋转失速频率比喘振频率高得多，但是机器内的压力脉动幅度则喘振远大于旋转失速。5、旋转失速是属于压缩机本 身工作不稳定的一种气动现象。而喘振不单独是机器本身问题，还与整个管网系统联系在一起，是整个系统的稳定性问题。6、从全息谱上看，旋转失速严重时，低频分量会不断加大，其幅值会远远超过转频分量，成为机组的主要振源。 这时，经常会伴随有喘振出现。因此，可以认为旋转失速是喘振的前兆。3.6旋转机械常见的故障有哪些？转子-轴承系统的稳定性是指什么？如何判断其稳定性？答：常见的故障有转子的不平衡、转子与联轴器的不对中、转轴弯曲、转 轴横向裂纹、连接松动、碰摩、喘振等。转子-轴承系统的稳定性是指转子在受到某种小干扰扰动后能否随时间的推移而恢复原来状态的能力，也就是说扰动响应能否随时间增加而消失。如果响应时间随时间增加而消失，则转子系统是稳 定的，反之则不稳定 4.1常见的齿轮失效形式有哪些？答：根据齿轮损伤的形貌和损伤过程或机理，故障的形式通常分为齿的断裂、齿面疲劳（点蚀、剥落、龟裂）、齿面磨损、齿面划痕等四类。4.2齿轮的特征频率计算公式是什么？ 答：齿轮的特征频率主要有两个，一是啮合频率及其谐波频率，二是边频带频率。1、当转轴中心固定的齿轮，其一阶啮合频率为：fm =f1 z1=f2 z2式中,f1 ,f2 ——主动轮和从动轮的转速频率; z1,z2 ——主动轮和从动轮的齿数。2、边频带 的频率为：fm f （n=1，2,3……）其中， fr 为齿轮轴的旋转频率。4.3描述调制现象和边 频带产生的原因。答：齿轮中各种故障在运行中具体反映为一个传动误差问题。传动误差大，则齿轮在传动中发生忽快忽慢的转动，并且加剧在进入 和脱离啮合时的碰撞，产生较高的振动峰值，形成短暂时间的幅值变化和相位变化。可把齿轮的啮合频率及其各次谐波看作一个高频振荡的载波信号，把那些周期性出现的故障信号看作调制信号。不同故障会产生不同的调制形式，那些 能引起幅值变化的产生幅值调制，能引起频率或相位变化的产生频率调制。幅值调制是由于传动系统转矩的周期性变化引起的，例如齿面上载荷波动、齿距的周期性变化、轮齿负载的灵敏度不同、齿轮基圆或节圆足以与旋转中心之间的 偏心等因素，均可产生扭矩的周期性变化，这些因素反映在轮齿上是周期性的啮合力变化，时而加载，时而卸载，形成幅值调制。此外，轮齿表面的局部性缺陷（如裂纹、断齿、剥落等）和均布性缺陷（如点蚀、划痕等）也会产生幅值 调制效应。经幅值调制后的信号中，除了原有的啮合频率fm 之外，还增加了一对啮合频率与旋转频率的和频（fm +fr ）与差频（fm –fr ）。在频率域上，它们是以fm 为中心，以fr 为间隔距离，以幅值为对称地分布于fm 的两侧，称为边频带， 简称边带。齿轮的转速波动、因加工中分度误差而导致齿距不均匀、轮齿产生周期性的周节误差、齿轮轴偏心引起啮合速率的变化、周期性转矩（负荷）变化引起的速度变化等因素均可引起频率调制现象。还有齿面压力波动，在产生调 幅现象的同时，也会造成扭矩波动，导致角速度变化而形成频率调制。在频谱图上以载波频率fm 为中心，以调制频率fr 为间隔，形成对称分布的无限多对调制边频带。边频带是齿轮振动的一种特征频率，啮合的异常状况反映到边频带，会 造成边频带的分布和形态都发生改变，边频带包含了齿轮故障的丰富信息。4.4 边频带分析一般从哪两个方面进行？答：边频带出现的机理是齿轮啮合频率m f 的振动受到了齿轮旋转频率r f 的调制而产生，边频带的形状和分布包含了 丰富的齿面状况信息。一般从两方面进行边频带分析：一是利用边频带的频率对称性，找出fm ±nfr(n ＝1,2,3…）的频率关系，确定是否为一组边频带。如果是边频带，则可知道啮合频率fm 频率 fr 。二是比较各次测量中边频带振幅的变化 趋势。当边频间隔为旋转频率fr 时，可能为齿轮偏心、齿距的缓慢的周期变化及载荷的周期波动等缺陷存在，齿轮每旋转一周，这些缺陷就重复作用一次，即这些缺陷的重复频率与该齿轮的旋转频率相一致。旋转频率fr 指示出问题齿轮所 在的轴。齿轮的点蚀等均布性故障会在频谱上形成边频带，但其边频阶数少而集中在啮合频率及其谐频的两侧。齿轮的剥落、齿根裂纹及部分断齿等局部性故障产生的边频带阶数多而谱线分散。5.1 滚动轴承最常见的失效形式有哪些？ 分别简要介绍失效原因。答：轴承转速小于 1r/min 时，轴承的损坏形式主要是塑性变形。转速大于 10r/min 时，轴承的损伤形式主要如下：1、疲劳剥落（点蚀）滚动体在滚道上由于反复承受载荷，工作到一定时间后，首先在接触表 面一定深度处形成裂纹（该处的切应力最大），然后逐渐发展到接触表面，使表面层金属呈片状剥落下来，形成剥落凹坑，这种现象称为疲劳剥落。疲劳剥落使轴承在工作时发生冲击性振动。在正常工作条件下，疲劳剥落是轴承失效的 主要原因。2、磨损或擦伤滚动体与滚道之间的相对运动，以及外界污物的侵入，是轴承工作面产生磨损的直接原因。润滑不良，装配不正确，均会加剧磨损或擦伤。3、锈蚀和电蚀锈蚀是由于空气中或外界的水分带入轴承中，或者机器 在腐蚀性介质中工作，轴承密封不严，从而引起化学腐蚀。锈蚀产生的锈斑使轴承工作表面产生早期剥落，而端面生锈则会引起保持架磨损。电蚀主要是转子带电，在一定条件下，电流击穿油膜产生电火花放电，使轴承工作表面形成密 集的电流凹坑。4、断裂轴承零件的裂纹和断裂是最危险的一种损坏形式，这主要是由于轴承超负荷运行、金属材料有缺陷和热处理不良所引起的。转速过高，润滑不良，轴承在轴上压配过盈量太大以及过大的热应力会引起裂纹和断裂。 除上述故障形式之外，还有装配不当、机械冲击和反复换向等原因会引起保持架的摩擦和断裂。保持架与内、外圈摩擦，发出噪声和振动，严重时卡死滚动体，滚动体在滚道上以滑动代替滚动，结果是摩擦发热，温度迅速升高，烧毁轴 承。此外，润滑剂不足，高速、高温、重载，将导致接触表面的胶合和回火变形。5.2滚动轴承运行时为什么会产生振动？答：引起滚动轴承振动和噪声的原因，除了外部激励因素（如转子的不平衡、不对中、流体激励、结构共振等传 动传递）之外，属于轴承本身内部原因产生的振动可分为如下三类：1、由于轴承结构本身引起的振动①滚动体通过载荷方向产生的振动；②套圈（内圈和外圈）的固有振动；③轴承弹性特性引起的振动。2、由于轴承形状和精度问题引 起的振动①套圈、滚道和滚动体波纹度引起的振动；②滚动体大小不均匀和内、外圈偏心引起的振动。3、由于轴承使用不当或装配不正确引起的振动①滚道接触表面局部性缺陷引起的振动②润滑不良，由摩擦引起的振动；③装配不正确， 轴颈偏斜产生的振动。5.3滚动轴承有哪些特征频率？其计算公式是什么？假设滚动轴承的外圈固定在轴承座上，只有内圈随轴一起以频率f 旋转，并作如下假设：①滚动体与滚道之间无滑动接触；②每个滚动体直径相同，且均匀分布 在内外滚道之间；③径向、轴向受载荷时各部分无变形。受轴向力时轴承的故障特征频率有下面的几种。各参数含义如下图所示，其中d 为滚动体的直径,Di 内环滚道的直径,Do 为外圈滚道的直径,Dm 轴承滚道直径。1、内圈旋转频率fn （轴 的转频）： 2、内圈有缺陷时的故障特征频率：3、外圈有缺陷时的故障特征频率：4、滚珠有缺陷时的故障特征频率（注意这是只碰外圈（或内圈）一次的频率，如果每转一圈分别碰外圈和内圈各一次的话，则频率应该加倍）：5、保持 架碰外圈时的故障特征频率： 6、保持架碰内圈时的故障特征频率： 式中，z 为滚动体的个数，β为压力角，n 为转轴的转速（r/min ）。5.4 简述共振解调技术的基本原理和作用。答：共振解调法也称包络检波频谱分析法，是目前滚 动轴承故障诊断中最常用的方法之一。原理：利用轴承故障所激发的轴承元件固有频率的振动信号，经加速度传感器的共振放大，带通滤波及包络检波等信号处理，保留检波后的波形，再用频谱分析法找出故障信号的特征频率，以确定 轴承的故障元件。其过程可概括为共振响应、包络解调、频谱分析3个步骤。作用：信号经过共振放大和包络检波处理后，与原始脉冲波比较，振幅得到放大，波形在时域上得到展宽，不再是一个包含频率无线多的尖脉冲。而且包络波的 低阶频率成分所具有的能量较原始脉冲波的低阶频率成分的能量有了极大增强，所以最终获得的故障信号信噪比，比原始信号提高了几个数量级。其作用主要是提高低频故障信号的信噪比，便于识别和判断轴承故障。6.1为什么通过油 样分析可以实现机械设备的故障诊断？答：液压油和润滑油是机械设备广泛应用的两类工作油，机器运行时，在油液中携带有大量设备运行状态的信息，特别是润滑油，各摩擦副的磨损碎屑都将落入其中，并随之一起流动。这样，通过 对润滑油的采样和分析处理，就能取得设备各摩擦副的磨损状况信息，从而对设备所处工作状态作出科学的判断。通过油样分析，能取得如下几方面的信息：1、磨屑的浓度和颗粒大小反映了机器磨损的严重程度。2、磨屑的大小和形貌 反映了磨屑产生的原因，即磨损发生的机理。3、磨屑的成分反映了磨屑产生的部位，亦即零件磨损的部位。将以上三方面的信息综合起来，即可对零件摩擦副的工作状态作出比较合乎实际的判断。6.2光谱分析和铁谱分析的原理分别是 什么？试讨论这两种分析技术的优缺点。答：油样的光谱分析又称SOA 法，就是利用油样中含有金属元素的原子在高压放电或高温火焰燃烧时，原子核外的电子吸收能量从低能级轨道跃迁到较高能级的轨道，但是这样的原子能量状态是不 稳定的，电子会自动地从高能级轨道跃迁回原来能级轨道，与此同时，以发射光子的形式把吸收的能量辐射出去。不同元素的原子放出光的波长不同，称为特征波长。经过棱镜或光栅分光系统，将辐射线按一定波长顺序排列，所得到的 谱图称为光谱。测量各特征波长的谱线和强度，就可检测到该种元素存在与否及其含量多少，推断出产生这些元素的磨损发生部位及其严重程度，并依此对相应的零部件工作状态作出判断。铁谱分析方法是利用经过稀释的油液通过一块 具有高磁场梯度的玻璃片或玻璃管，将润滑油中所含的磨粒或碎屑，按其粒度大小有序地分离开来，经过光学显微观察和光密度讲计数，可对磨屑的来源、产生的原因以及零部件磨损的程度进行定性和定量分析，并及时作出机器零部件 的故障预报。铁谱技术具有较高的检测效率和较宽的磨屑尺寸检测范围，可同时给出磨损机理、磨损部位以及磨损程度等方面的信息。光谱分析可以了解润滑油中金属含量，但不能分析金属颗粒的形状、磨损类型。铁谱分析可以了解磨 损颗粒形状和类型，但不能准确掌握磨损金属含量。光谱分析法对分析油液中有色金属磨损产物比较适用，而铁谱技术对非铁磁性磨损颗粒的检测效果欠佳，不能对有色合金摩擦副实施有效监测。因此，两者可互为补充，互为参考。两 者结合，既可定性又可定量地分析润滑油中的金属含量，而且有利于分析金属颗粒的来源。6.3声发射检测机械设备故障的原理是什么？通常可用声发射技术检测哪些故障？答：由于物体发射出来的每一个声音信号，都包含着反映物体 内部缺陷性质和状态变化的信息，因此，利用检测装置接收物体的发声信号，经过处理、分析和研究，可推断出材料内部的状态变化和物体的结构变化。声发射技术检测的故障可以归纳为如下几类：1、各种压力容器、压力管道等的泄漏 检测。2、楼房、桥梁、隧道、大坝等水泥结构的裂纹开裂和扩展的连续监视。3、各种材料和结构的裂纹探测、结构完整性检测. --in UESTC
工程材料与材料成型技术教案
教案 （理论课） 2010～2011学年第2学期 课程名称工程材料与成形技术基础教学系机械工程系 授课班级焊接091 主讲教师晏丽琴 职称讲师
培黎工程技术学院二○一一年二月课程基本情况
系主任：年月日 目录 第一章绪论 第一节材料加工概述 一、材料加工概述 二、材料加工的基本要素和流程 第二节材料成形的一些基本问题和发展概况 一、凝固成形的基本问题和发展概况 二、塑性成形的基本问题和发展概况 三、焊接成形的基本问题和发展概况 四、表面成形的基本问题和发展概况 第三节本课程的性质和任务 绪论 学习思考问题 ·材料加工的基本要素和流程是什么？ ·材料成形存在的基本问题是什么? ·本课程的性质和基本任务是什么? 一、材料加工概述 任何机器或设备，都是由许许多多的零件装配而成的。这些零件所用材料有金属材料，也有非金属材料。零件或材料的加工方法多种多样，归纳起来有以下4类： (1)成形加工：用来改变材料的形状尺寸，或兼有改变材料的性能。主要有凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制和塑料成形等。 (2)切除加工：用于改变材料的形状尺寸，主要有车、铣、刨、钻、磨等传统的切削加工，以及直接利用电能、化学能、声能、光能进行的特殊加工，如电火花加：[、电解加工、超声加工和激光加工等。 (3)表面成形加工：用来改变零件的表面状态和(或)性能，如表面形变及淬火强化、化学热处理、表面涂(镀)层和气相沉积镀膜等。
(4)热处理加工：用来改变材料或零件的性能，如退火、正火、淬火和回火等。 根据零件的形状尺寸特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本等多种因素，选择零件的加工方法，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。零件制成后再经过检验、装配、调试，最终得到整机产品。 二、材料加工的基本要素和流程 材料加工方法的种类虽然繁多，但通过对每种材料加工方法的过程分析表明，它们都可以用建立在少数几个基本参数基础上的统一模式来描述。该模式便于对各种加工方法进行综合分析和横向比较。 任何一种材料的加工过程，都是为了达到材料的形状尺寸或性能的变化。而为了产生这种变化，必须具备三个基本要素：材料、能量和信息（图1.2）。因而材料的加工过程，可以用相关材料流程、能量流程和信息流程来描述。 三大流程： 1.材料流程 表征加工过程特点的类型； 要改变形状尺寸和性能的材料状态； 能够用来实现这种形状尺寸和性能变化的基本过程； 2.能量流程 包括机械过程的能量流程，热过程能量：电能、化学能、机械能 3.信息流程 形状信息、性能信息
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第一章，钢的合金化原理小结 一，合金元素及其分类 1，合金元素：为了使钢获得预期的性能而又意识地加入碳钢中的元素。 按与碳的亲和力大小，合金元素可分为： 非碳化物形成元素：Ni，Co，Cu，Si，Al，N，B 等 碳化物形成元素：Ti，Zr，Nb，V，W，Mo，Cr 等此外，还有稀土元素：Re 2，合金元素对钢中基本相得影响 （1）合金元素可溶入碳钢三个基本相中：铁素体、渗碳体、和奥氏体中。分别形成合金铁素体、合金渗碳体和合金奥氏体。合金元素在铁基体和奥氏体中起固溶强化作用。 固溶强化：是利用点缺陷对金属基体进行强化的一种合金化方法。基体的方式是通过溶 入某种溶质元素形成固溶体而使金属强度、硬度升高。 （2）当钢种碳化物形成元素含量较高时可形成一系列合金碳化物，如：MC, M2C,M23C6 、M-C3 和M3C 等。合金元素之间也可以形成化合物即金属间化合物，一般来说，合金碳化物 以及金属间化合物的熔点高、硬度高，加热时难以溶入奥氏体，故对钢的性能有很大的 影响。 3，元素对钢中相平衡的影响 按照合金元素对Fe—C 相图上的相区的影响，可将合金元素分为两大类： a扩大丫区的元素：即奥氏体形成元素。指在丫-Fe中有较大的溶解度，并能扩大丫 相存在的温度范围，使A3下降、A4上升。女口Mn , Ni，Co, C, N，Cu 等。 b扩大a区的元素： 即铁素体形成元素：指在 a —Fe中有较大溶解度，并使丫-Fe不稳定的元素。 它们能缩小丫相区，而扩大a相存在的温度范围，使A3上升、A4下降。如Cr、Mo、 W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr 等。 扩大奥氏体区的直接结果是使共析温度下降；而缩小奥氏体区则使共析温度升高。 因此, 具有共析组织的合金钢碳含量小于0.77％, 同样, 出现共晶组织的最低含碳量也小于 2.11％。 4, 合金元素对钢中相变过程的影响 （1）对加热时奥氏体形成元素过程的影响 a 对奥氏体形核的影响：Cr、Mo、W、V 等元素强烈推迟奥氏体形核；Co、Ni 等元素有利于奥氏体形核。 b 对奥氏体晶核长大的影响：V、Ti、Nb、Zr、Al 等元素强烈阻止奥氏体晶粒的长 大；C、P、Mn （高碳）促使奥氏体晶粒长大。 （2）合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响 具体表现为：①除Co以外，所有的合金元素都使C曲线往右移动，降低钢的临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。②除Co、Al以外，所有的合金元素都使Ms点和Mf点 下降。其结果使淬火后钢种残余奥氏体量增加。 （3）素对回火过程的影响 a 提高了钢的回火稳定性回火稳定性即是钢对于回火时所发生的软化过程的抗力。许多合金 元素可以使回火过程中各阶段的转速大大减慢, 并推向更高的温度发生, 提高回火温度性较强的元素有V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co 等。 b 产生二次硬化现象 若钢种含有足够的碳化物形成元素如W、V、Mo等，淬火后再500-600 C回火时，将形成并析出如W2C、Wo2C和VC等弥散分布的合金碳化物，使合金钢的强度、硬度不降反升，并可达到一个峰值，此称为“二次硬化”现象。
机械工程材料基础知识大全
《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。
机械工程材料及应用教案王纪安1-2
《机械工程材料应用》教案 项目一工程材料与机械制造过程 课题：材料的发展过程分类及发展趋势（4课时） 导入：教师以教材“问题”进行课程的始学教育，举出身边某制品或零件，说出是什么材料制造的，为何选用这种材料 教学目标：1.了解机械工程材料及其分类； 2. 了解机械工程材料的发展过程； 3. 了解机械制造过程； 4. 了解机械工程材料在机械制造过程中的地位和作用 前测：什么是机械工程材料你所知道的机械制造过程有哪些 教学过程： 【板书】一.材料的简要发展过程 材料是人类文明和技术进步的重要标志。 石器时代→青铜器时代→铁器时代→钢铁时代→新材料时代 1、司母戊大鼎发掘历史； 2、新型材料（航空航天材料）。 【讲解】在浩瀚的材料世界里，金属材料是一个最大的王国。最早，我们人类使用的金属材料主要是天然产品。（穿插讲解材料史话）经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代的漫长历史过程后，在冶金技术的推动下，我们又从钢铁时代迈进了新材料时代。在人类文明历程中，金属材料对推动社会的发展，促进文明的进步，丰富文化的内容，改变人们的生活方式发挥了巨大作用。当今世界，金属材料已成为工农业生产、人民生活、科学技术和国防发展的重要物质基础。离开了金属材料的“钢筋铁骨”，桥梁将断，舰艇将毁，大厦将倾，工厂将停…… 二、了解机械工程材料的分类及发展过程 1 、定义机械工程材料主要指用于机械工程、电器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程等领域的材料。 2、分类（按化学成分分类） 金属材料 (综合性能好，用量最大、应用范围最广) 【设问】同学们在平时的生活中看到过哪些金属（纯金属） 【板书】1．金属：如铁、铜、铝、金、银等，共有90种。常温下为固体（除汞外）。 【设问】金属与非金属比较有哪些特性 【板书】2．金属特性： 具有金属光泽；（铁、铝等大多数金属为银白色，铜为紫红色，金为黄色）
第一章工程材料
第一章工程材料 1、按下表要求填出几种力学性能指标（σs、σb、δ、ψ、HBS、HR、αk）的内容。σs ：屈服强度产生屈服现象的应力σs＝F s／A。 σb：抗拉强度σb＝F b／A。 δ: 伸长率δ＝（L1-L0）／L0×100% ψ: 断面伸缩率ψ＝(A。-A k) ／A。×100% HBS: 布氏硬度压痕单位球面积上承受的载荷 HR: 洛氏硬度由压痕深度确定其硬度值的方法 αk 冲击韧度在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力 2、材料的硬度试验方法主要有哪几种？HB和HRC主要用于哪些材料的硬度测量？洛氏硬度：HRC: 硬度高的淬火钢、调质钢 布氏硬度：HBS: 退火钢、灰铸铁、有色金属，HBW: 淬火钢 4、碳钢按碳的质量分数分，可分为哪三种？各种碳钢碳的质量分数范围是多少？低碳钢≤0.25% 中碳钢0.25%≤≤0.60% 高碳钢＞0.60% 5、碳钢的质量好坏是以什么来区分的？按质量分碳钢分为哪三类？ 钢的质量优劣按钢中所含有害杂质S、P多少划分 普通钢s≤0.050% P≤0.045% 优质钢S≤0.035% P≤0.035% 高级优质钢S≤0.025% P≤0.030% 6填出下表内容 Q235 Q为“屈”字汉语拼音首字母，数字为屈服强度（MPa） 低碳钢普通钢结构钢 45 数字表示钢的平均含碳量0.45% 中碳钢优质钢结构钢 T10A T为“碳”字汉语拼音首字母，钢的平均含碳量0.10%，A表示高级优质 高碳钢高级优质钢工具钢
7、用碳素工具钢制造的刀具能否用于高速切削？为什么？ 否，红硬性低，硬度太低 8、按下表所列合金钢牌号填写有关内容 16Mn 平均含碳量0.16%，Mn含量＜1.0% 低合金结构钢 20CrMnTi Wc为0.20% cr、mn、ti含量均＜1.0% 合金渗碳钢 40Cr Wc为0.40% Cr含量＜1.0% 合金调质钢 60Si2Mn Wc为0.60% Si含量2% Mn含量＜1.0% 合金弹簧钢 GCr15 Wc≥1.0% WG＜1.0% Wcr=15% 滚动轴承钢 W18Cr4v Wc≥1.0% Ww=18% Wcr=4% Wv＜1.0% 高速钢 4Cr13 Wc为4% Wcr为13% 不锈钢 9、按下表所列铸铁牌号填写内容 HT200 HT普通灰铸铁拼音首字母，最低抗拉强度不小于200MPa 11、碳的质量分数（含碳量）对碳钢的力学性能有什么影响？为什么？ 硬度随含碳量的增加而增加，强度随含碳量的减少而减少 碳＞0.9% C% 增加强度降低σs变小δ变大HB变小αk变大 碳＜0.9% C% 增加强度增加（……） 12、说出20钢、45钢、T12钢碳的质量分数，并比较它们在退火状态下的强度、硬度、塑性、韧度的高低 Wc=0.20% Wc=0.45% Wc=1.2% 从高至低 强度：T12 45 20 硬度：T12 45 20 塑性：20 45 T12 韧性：20 45 T12 13、灰铸铁的强度和塑性比钢差的主要原因是什么？ 灰铸铁中石墨力学性能很低 14、试述灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的力学性能特点 灰铸铁抗拉强度远低于钢，塑性、韧度等于零，是一种脆性材料
机械工程材料基本知识
机械工程材料基本知识 1.1 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，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荷而不超过许可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、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。 1.1.1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c,单位为MPa 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。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力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用③ 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c表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，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。 1.1.2塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。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S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。 1.1.3 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。硬度的测试方法很多，生产
工程材料——软件A卷
试卷编号： ________ （A ） 卷 工程材料及机械制造基础 课程 课程类别：必修 闭卷（“）、开卷（范围） 一、 填空题（将正确答案填在横线上，每空 1分，共20分） 1. 金属晶体结构的缺陷主要有 ___________ 、 __________ 、 _____ 2. 金属的结晶过程是由 _________ 和 ________ 两个基本过程组成的 3. 碳钢是指含碳量小于 __________ %勺铁碳合金。 4. 由一种液相同时结晶出两种成分和结构皆不同的固相，这种转变称为 ____________ 其转变产物 称为 _________ 。 5. 碳钢是指含碳量小于 __________ %勺铁碳合金。 6. 热处理工艺都是由 _____________ 、 ___________ 和 __________ 三个阶段组成。 是 ___________ （何种材料）。 8. ___________________________________________ 金属冷加工和热加工的界限是以金属的 来区分的。 9 ?金属在固态下，随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为 ________________ 10. 铸件的凝固方式可分为 ______________ 、 _____________ 和 ___________ 三种类型。 11. 马氏体的形态在两种典型，即 ______ 状马氏体和 ______ 状马氏体 判断题（正确打V,错误打X,每小题 1分,共15分） 金属弹性模量是一个对金属组织不敏感的机械性能指标 ） 2?碳在a -Fe 中的溶解度比在丫 -Fe 中的溶解度小。 （ 、 3 ?包晶转变是在恒温下进行的。 （ 、 - 尸尸#产尸 A.JT 尸Z## 尸#z rz 5 尹 尸/尸/2尸尸点尸/尸###/ 尸/ ■-zf? 尸孑/■尸# $#/ ■Jr 尸JrEFPz 尸J/MLKVK 尸孑r KXP# 尸/ ?rrz f ? ?名签生学 号学 级班 业专 。果后切一的起引此由担承，性重严的弊作、纪违试考道知并，律纪 场 考守遵格严将我：诺承 华东交通大学2009-2010年度第一学期试卷 ()： 题号 —— 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 计分人 题分 20 15 15 15 15 10 10 100 签名 得分 考生注意事项：1、本试卷共_6_页，总分100分，考试时间120分钟。 2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。