机械工程材料及成型基础
工程材料及机械制造基础
工程材料 Steel and Cast Iron
2. 铁碳相图Phase Diagram of Fe-C
2.1 相变与相图
➢ 相变：合金加热或冷却中相与相发生转变 ➢ 相平衡：动态平衡 ➢ 相图：表达了不同成分和金相平衡关系
主要参考书 References
戴枝荣，?工程材料及机械制造根底 〔I〕——工程材料?，高等教育出版社， 1992
邓文英， ?金属工艺学〔上册〕?，高 等教育出版社，2000〔第四版〕
沈其文，?材料成型工艺根底?，华中理 工大学出版社，1999
第一ห้องสมุดไป่ตู้ 工程材料 Engineering Material
组织决定性能 组织的观察方法 金属键
工程材料 Structure and Properties of the Metal
1. 金属的晶体构造 Crystal Structure of the Metal
1.1 根本概念
晶体(Crystal)：原子在三维空间作有 规那么的、周期性排列
晶格(Crystal Lattice)：表示晶体中原 子排列形式的空间格子
工程材料 Basic Knowledge
二、 常用工程材料
1. 金属 metal 不透光、导电导热、有光泽、延展性好 优异的力学性能和工艺性能
钢铁材料 iron and steel 有色金属 nonferrous metal
工程材料 Basic Knowledge
1.1 铝及其合金 纯铝：电工材料
2.4 纯铁的凝固冷却过程
机械基础：第03章机械工程材料
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.2 合金钢
3.合金工具钢 (2)刃具钢 ②高速钢 用途：主要适宜于制造切削速度较高的刃具（如车刀、钻头等）和形状复杂、负载较重的 成形刀具（如铣刀、拉刀等）。此外高速钢还可用于制造冷冲模、冷挤压模以及某些耐磨 零件。常用的高速钢有钨系高速钢，如W18Cr4V；钼系高速钢，如W6Mo5Cr4V2等。 (3)模具钢 定义：主要用来制造各种模具的钢称为模具钢。 ①冷变形模具钢 用于制造冷态金属成形的钢称为冷变形模具钢。如冷冲模、冷压模等。冷变形模具钢的性 能特点是高的硬度和高耐磨性，具有足够的强度、韧性和疲劳强度。 常用的冷变形模具钢有9SiCr、Cr12和Cr12MoV等。
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
2.碳素钢 （1）碳素结构钢 ②优质碳素结构钢 牌号：优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字代表钢的平均含碳质量分数的万 之一。例如45表示平均含碳质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。 按照钢中锰的含量不同，可分为普通含锰量钢（WMn≤0.80%）和较高含锰量钢（WMn =0.7%～1.2%）两种，如果是后一种钢，则在两位数字后面加上Mn，如45Mn表示平均含碳 量分数为0.45%的较高锰优质碳素结构钢。 用途：优质碳素结构钢既保证力学性能又保证化学成分，而且钢中的有害杂质硫、磷质量分 数较低，质量较高，故广泛用于制造较重要的零件。
根据钢中含有害元素磷、硫质量分数划分。
普通碳素钢 Ws≤0.035%，Wp≤0.035%
优质钢
Ws≤0.030%，Wp≤0.030%
高级优质钢 Ws≤0.020%，Wp≤0.025%
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
材料成型基础复习试题（含答案）
材料成型基础复习试题（含答案）试卷1⼀、思考题1．什么是机械性能？（材料受⼒作⽤时反映出来的性能）它包含哪些指标？（弹性、强度、塑性、韧性、硬度等）各指标的含意是什么？如何测得?2．硬度和强度有没有⼀定的关系?为什么? （有，强度越⾼，硬度越⾼）为什么？（都反映材料抵抗变形及断裂的能⼒）3．名词解释：过冷度，晶格，晶胞，晶粒与晶界，同素异晶转变，固溶体，⾦属化合物，机械混合物。
4．过冷度与冷却速度有什么关系?对晶粒⼤⼩有什么影响? （冷却速度越⼤过冷度越⼤，晶粒越细。
）5.晶粒⼤⼩对⾦属机械性能有何影响?常见的细化晶粒的⽅法有哪些? （晶粒越细，⾦属的强度硬度越⾼，塑韧性越好。
孕育处理、提⾼液体⾦属结晶时的冷却速度、压⼒加⼯、热处理等）6．说明铁素体、奥⽒体、渗碳体和珠光体的合⾦结构和机械性能。
7．默绘出简化的铁碳合⾦状态图，并填⼈各区域内的结晶组织。
8．含碳量对钢的机械性能有何影响?⼆、填表说明下列符号所代表的机械性能指标三、填空1. 碳溶解在体⼼⽴⽅的α-Fe中形成的固溶体称铁素体，其符号为F ，晶格类型是体⼼⽴⽅，性能特点是强度低，塑性好。
2. 碳溶解在⾯⼼⽴⽅的γ-Fe中形成的固溶体称奥⽒体，其符号为 A ，晶格类型是⾯⼼⽴⽅，性能特点是强度低，塑性⾼。
3. 渗碳体是铁与碳的⾦属化合物，含碳量为6.69％，性能特点是硬度⾼，脆性⼤。
4. ECF称共晶线线，所发⽣的反应称共晶反应，其反应式是得到的组织为 L（4.3%1148℃）=A（2.11%）+Fe3C 。
5. PSK称共析线线，所发⽣的反应称共析反应，其反应式是A(0.77%727 ℃)=F(0.0218%)+ Fe3C 得到的组织为珠光体。
6. E是碳在γ-Fe中的最⼤溶解度点，P是碳在α-Fe中的最⼤溶解度点， A l线即 PSK ，A3线即 GS ， A cm线即 ES 。
7. 45钢在退⽕状态下，其组织中珠光体的含碳量是 0.77% 。
工程材料及成形工艺基础试题
工程材料及热成型工艺复习题习题一一、填空题1．工程材料按成分特点可分为金属材料、、；金属材料又可分为和两类；非金属材料主要有、；复合材料是指。
2．炼铁的主要设备是炉，炼钢炉主要有转炉和，转炉主要用于冶炼钢。
3．钢材的主要品种有钢板、、、等，钢板是采用方法生产的，其种类有厚板、中板、薄板，它们的厚度分别为、、。
4．金属材料的力学性能主要包括强度、、、等；强度的主要判据有和，强度和可以用拉伸试验来测定；测量方法简便、不破坏试样，并且能综合反映其它性能，在生产中最常用。
5．铜、铝、铁、铅、钨、锡这六个金属，按密度由高至低排列为，按熔点由高至低排列为。
6．晶体是指，晶体结构可用晶格来描述，常见金属晶格有、和；金属Cu、Al、γ-Fe等金属的晶格类型为，α-Fe、β-Ti、Cr、W等金属的晶格类型为。
7．合金是的物质，合金相结构主要有和；其中常作为合金的基体相，少量、弥散分布时可强化合金，常作为强化相。
8．实际金属的结晶温度总是低于结晶温度，这种现象称为过冷现象，一般情况下金属的冷却速度越快，过冷度越，结晶后的晶粒越，金属的强度越，塑性和韧性越。
二、选择题1．三种材料的硬度如下，其中硬度最高的是（ C ），硬度最低的是（ B ）(a)40HRC (b)250HBS （c）800HV2．在设计机械零件时，一般用（ AB ）作为设计的主要依据。
（a）σ b (b) σs (c) σ-1 (d)δ3．硬度在235~255HBS的成品轴，抽检性能时应采用（ B ）。
（a）HBS (b) HRC (c) HRB4．高温下的铁冷却过程中，在1394℃由γ-Fe转变为α-Fe时，其体积会（ A ）。
（a）膨胀 (b) 缩小(c)不变三、金属的晶粒大小对力学性能有何影响？生产中有哪些细化晶粒的措施？答：在室温下，一般情况是晶粒越细，其强度、硬度越高，韧性、塑性越好，这种现象称为细化晶粒。
措施：（1）.增加过冷度；（2）.变质处理；（3）.附加振动。
机械工程材料基础
是工程技术上的主要强度指标。
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第一节 拉伸实验(shíyàn)及强度和塑性 二、塑性
常用的塑性指标是材料断裂时最大相对(xiāngduì) 塑性变形，如拉伸时的断后伸长率和断面收缩率。
第二十二页，共22页。
第十页，共22页。
第二节 硬度(yìngdù)
1、硬度是衡量(héng liáng)金属软硬程度的一种性能指标，是指金属抵抗局部变形， 特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。 2、硬度法优点：简便、无需专门试样、不损坏工件、测试方便、迅速、硬度值与材 料机械性能其它指标有一定相应关系。 硬度测定方法有压入法、划痕法、回跳法等，其中压入法的应用最为普遍。 压入法是在规定的静态试验力作用下，将压头压入金属材料表面层，然后根据压痕的 面积大小或深度测定其硬度值。在压入法中根据试验力、压头和表示方法的不同，常 用的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度、和维氏硬度。
拉伸实验
第一节 拉伸(lā shēn)实验及强度和塑性
一、强 度 金属材料(cáiliào)抵抗塑性变形或断裂的能力 。材料 (cáiliào)的强度用拉伸试验测定
２、实验方法 —试验在试验机上进行
拉伸曲线 通常把拉伸力F作为纵坐标，伸长量△L作为横坐 标。拉伸 试验测得的力—伸长曲线如下。 从完整的拉伸试验和力—伸长曲线可 以看出，试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段(jiēduàn)、屈服 阶段(jiēduàn)、冷变形强化阶段(jiēduàn)、缩颈与断裂阶段 (jiēduàn)。
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第一节 拉伸(lā shēn)实验及强度和塑性
工程材料与成型工艺基础习题答案
16. GCr9、GCr15钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢题
1.材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使 用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所造 成的？
7.细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度 提高，塑性、 韧性 提高 ；在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度、 变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。
8.合金的晶体结构有固溶体和金属化合物，其中固溶体具有 良好的塑性，金属化合物具有高的硬度和脆性。
9.在铁碳合金的基本组织中，珠光体属于复相结构，它由铁 素体和渗碳体按一定比例组成，珠光体用符号P表示。
金属材料成形基础作业（2）
一、填空题 1．液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性。流动 性不好的合金铸件易产生浇不足和冷隔、气孔、夹渣等 铸造缺陷。 2．影响液态合金流动性的主要因素有合金的化学成分、 合金的物理性质、合金的温度、不溶杂质和气体等。合 金的凝固温度范围越宽，其流动性越 差 。 3．任何一种液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却至 室温都要经历三个相互联系的收缩阶段，即 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 。导致铸件产生缩孔和缩松的根 本原因是液态收缩和凝固收缩 ；导致铸件产生应力、变
图2-3 铸铁顶盖的两种设计方案
（1）方案a易于生产； （2）由于铸件的尺寸很大，壁厚较薄，属于大平面结构。铸 件上的大平面极易产生浇不足、夹砂、夹渣、气孔等缺陷， 图（a）的方案，一方面避免了上述不利因素，还因为具有了 一定的结构斜度，有利于造型。
8.分析图2-4所示零件分型方案的优缺点，并选择其中与零 件生产类型相适应的分型方案。
工程材料与机械制造基础
工程材料与机械制造基础
工程材料是指用于各种工程建设或制造设备的材料，包括金属材料、非金属材料和复
合材料等。
机械制造基础是指机械制造中的一些基础知识和技能，包括机械设计原理、机械加工工艺、机械工程制图、机械加工工具使用等。
工程材料是机械制造的基础，因为机械制造过程需要使用各种不同的材料来构造机械
零部件。
不同的机械工作环境和工作条件要求使用不同性能的材料，如强度、硬度、
耐磨性、耐腐蚀性等。
机械制造基础知识和技能则是用来设计和加工这些材料，确保
机械零部件的质量和性能。
在机械制造过程中，工程师需要根据设计要求选择合适的材料，并根据材料的特性进
行机械设计，确定零部件的形状和尺寸。
然后，根据机械设计图纸进行加工，使用合
适的工艺和工具对材料进行切削、磨削、铣削等加工操作，制造出精确的机械零部件。
工程材料与机械制造基础是机械制造领域中非常重要的两个方面，对于提高机械产品
的质量和性能至关重要。
它们的发展和创新也助推了机械制造技术的不断进步和提高。
工程材料及机械制造基础 PPT课件
二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
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三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
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思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
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HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
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1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
工程材料及机械制造基础习题及答案.
第一章材料的种类与性能1．强度：强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
2．屈服强度：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。
3．弹性极限：产生的变形是可以恢复的变形的点对应的弹性变形阶段最大应力称为弹性极限。
4．弹性模量：材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量。
5．抗拉强度：抗拉强度是试样拉断前所能承受的最大应力值。
6．塑性：断裂前材料产生的塑性变形的能力称为塑性。
7．硬度：硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力。
8．冲击韧度：冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。
9．断裂韧度：断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。
10．疲劳强度：疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳的能力。
11．黏着磨损：黏着磨损又称咬合磨损，其实质是接触面在接触压力作用下局部发生黏着，在相对运动时黏着处又分离，使接触面上有小颗粒被拉拽出来，反复进行造成黏着磨损。
12．磨粒磨损：磨粒磨损是当摩擦副一方的硬度比另一方大的多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子是所产生的磨损。
13．腐蚀磨损：腐蚀磨损是由于外界环境引起金属表面的腐蚀物剥落，与金属表面之间的机械磨损相结合而出现的磨损。
14．功能材料：是具有某种特殊的物理性能，化学性能，生物性能以及某些功能之间可以相互转化的材料。
15．使用性能：是指在正常使用条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，包括材料的力学性能，物理性能，化学性能等。
16．工艺性能：是指材料的可加工性，包括可锻性，铸造性能，焊接性，热处理性能及切削加工性。
17．交变载荷：大小，方向随时间呈周期性变化的载荷作用。
18．疲劳：是机械零件在循环或交变载荷作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象。
20．蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。
21．脆断：在拉应力状态下没有出现塑性变形而突然发生脆性断裂的现象。
22．应力松弛：是指承受弹性应变的零件在工作过程中总变形量保持不变，但随时间的延长，工作应力自行逐渐衰减的现象。
工程材料与成形工艺基础习题与答案
工程材料与成形工艺基础习题与答案一、填空题（每空0.5分，共20分）2、填出下列力学性能指标的符号：屈服强度________，洛氏硬度Ｃ标尺________，冲击韧性________。
2、σs HRC ak1.常用的金属材料强度指标有_____ ___和____ ____两种。
屈服点（或屈服强度、σs）；抗拉强度（或σb）3.金属材料常用塑性指标有________和________，分别用符号_____和_____ 表示。
断后伸长率，断面收缩率，δ，ψ。
3.碳在γ-Fe的间隙固溶体称为________，它具有________晶体结构，在1148℃时碳具有最大溶解度为________%。
奥氏体（或A）；面心立方；2.11%。
晶体与非晶体最根本的区别是________。
原子排列是否规则3、常见金属的晶格类型有________ 、________、________等。
α-Fe属于________晶格，γ-Fe属于________晶格。
3、体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方1.实际金属中存在有________、________和________三类晶体缺陷。
点缺陷；线缺陷（位错）；面缺陷（晶界）6、在亚共析碳钢中，钢的力学性能随含碳量的增加其强度提高而________下降，这是由于平衡组织中________增多而________减少的缘故。
6、塑性（韧性）渗碳体铁素体2.钢中常存的元素中，有害元素有________和________两种。
S；P4、钢的热处理是通过钢在固态下的________、________和________的操作来改变其________，从而改善钢的________的一种工艺方法。
4、加热保温冷却内部组织性能10.热处理工艺过程包括________、________、________三个阶段。
升温，保温，冷却。
某钢材淬火后存在较大的残余应力，可采用________加以消除。
低温回火13.表面淬火常用加热方法有________和________。