机械工程材料3
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
机械工程材料-3章 钢的热处理
珠光体型转变，在A1～550℃等温； 贝氏体型转变，在550℃～Ms等温； 马氏体型转变，冷却至MS以下。
共析钢等温冷却转变曲线
随着过冷度的增大，奥氏体转 变温度降低，生成的珠光体片层间 距变小。依据片层间距的大小，将 其分别称为珠光体、索氏体、屈氏 体。珠光体片越细，HB↑，Rm↑。
珠光体 符 号：P 等温温度： A1 ~ 650℃ 层片间距：>0.4μm
①钢加热温度由冷却前希望得到的组 织决定。如果希望得到单相奥氏体组织， 需要在Ac3和Accm以上温度加热，过共析钢 如果不希望二次渗碳体全部溶解到奥氏体 中，需要在Ac1和Accm之间温度加热。 ②加热温度越高，保温时间越长，奥 氏体成分均匀，但晶粒越粗大。 ③加热速度越快，相变的过热度增大， 奥氏体实际形成温度越高，生成的奥氏体 晶粒度愈小。 ④生成的奥氏体晶粒大小也与钢的化 学成分和原始组织有关，有的钢晶粒长大 倾向小。
表 面 热处理 化学热处理
渗碳 渗氮 碳氮共渗 渗金属等
3.1 钢的热处理原理
3.1.1 钢在加热时的组织转变
1 钢的组织转变温度
对不同成分和组织的钢，在 进行加热或冷却时，如果加热或 冷却速度非常缓慢，钢的组织变 化规律和铁碳相图一致。
经过PSK线（A1）时，发生 A P 转变 经过GS线（A3）时，发生 A F 转变 经过ES线（Acm）时，发生 A A+Fe3CⅡ
则A1、A3、Acm被称为碳钢固 态平衡组织转变临界温度。
铁碳相图
由于实际加热或冷却不可能非常 缓慢，加热时相变需要具有一定的过 热度，冷却时相变需要具有一定的过 冷度，组织转变才能进行。 习惯上，将碳钢加热时的相变温 度分别标记为Ac1、Ac3、Accm，其冷却 时的相变温度分别标记为Ar1、Ar3、 Arcm。 例如：对亚共析钢，当加热到 Ac1时发生P→A，加热到Ac3时才全部 转变为A；对共析钢当加热到Ac1时发 生P→A；对过共析钢加热到Ac1时发 生P→A，加热到Accm以上时渗碳体才 全部转变为A。
《机械工程材料》教学教案(全)
《机械工程材料》教学教案(一)教学目标：1. 了解机械工程材料的基本概念和分类。
2. 掌握机械工程材料的性能及应用。
3. 理解机械工程材料的选择原则。
教学内容：1. 机械工程材料的基本概念和分类2. 机械工程材料的性能及应用3. 机械工程材料的选择原则教学过程：一、导入（5分钟）1. 引导学生回顾已学的机械工程相关知识，为新课的学习做好铺垫。
2. 提问：什么是机械工程材料？机械工程材料有哪些分类？二、基本概念和分类（10分钟）1. 讲解机械工程材料的基本概念，如金属材料、非金属材料、复合材料等。
2. 介绍各类机械工程材料的特征及应用领域。
三、性能及应用（10分钟）1. 讲解机械工程材料的性能，如力学性能、物理性能、化学性能等。
2. 结合实际案例，阐述各类性能在工程中的应用。
四、选择原则（10分钟）1. 讲解机械工程材料的选择原则，如满足设计要求、经济性、可靠性等。
2. 引导学生学会根据实际工程需求选择合适的材料。
五、小结与作业（5分钟）1. 对本节课的主要内容进行小结。
2. 布置作业：请学生列举常见的机械工程材料，并简要介绍其性能及应用。
教学资源：1. 教材《机械工程材料》2. PPT课件3. 实际工程案例素材教学评价：1. 课堂问答：检查学生对机械工程材料基本概念、性能及应用的掌握情况。
2. 作业：评估学生对课堂所学知识的理解和应用能力。
《机械工程材料》教学教案(二)教学目标：1. 掌握机械工程材料的力学性能测试方法。
2. 了解机械工程材料的热处理工艺及应用。
3. 理解机械工程材料在实际工程中的焊接技术。
教学内容：1. 机械工程材料的力学性能测试方法2. 机械工程材料的热处理工艺及应用3. 机械工程材料在实际工程中的焊接技术教学过程：一、导入（5分钟）1. 回顾上节课的内容，为新课的学习做好铺垫。
2. 提问：机械工程材料的力学性能如何测试？二、力学性能测试方法（10分钟）1. 讲解机械工程材料的力学性能测试方法，如拉伸试验、冲击试验、硬度试验等。
机械工程材料 第3章 铁碳合金相图及碳钢
第二节 铁碳合金相图
3) 过共晶白口铸铁的结晶过程
Ld’＋Fe3CⅠ
第二节 铁碳合金相图
铁碳合金相图
工业纯铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
亚共晶白口铸铁
共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
第二节 铁碳合金相图
第二节 铁碳合金相图
3.2.3、铁碳合金含碳量与组织、性能的变化规律
第二节 铁碳合金相图
d -Fe1394°Cg -Fe912°Ca -Fe
● 晶格类型 bcc
fcc
bcc
● 致密度 0.68
0.74 →（胀大） 0.68
● 符合形核、长大结晶规律
● 转变过程恒温、可逆
纯铁在凝固后的冷却过程中，经两次同素异构转变后晶粒 得到细化，对于钢的性能提高具有十分重要的意义，是制 定热处理工艺和合金化的理论基础。
第一节 铁碳合金的相与组织 第二节 铁碳合金相图 第三节 碳素钢
第3章 铁碳合金相图及碳钢
重点：
1）铁碳合金相图的绘制 2）铁碳合金基本相与基本组织 3）碳素钢的牌号及应用
难点：
1）铁碳合金平衡结晶过程 2）铁碳合金相图的分析及应用
课时：
4 学时
第一节 铁碳合金的相与组织
3.1.1、纯铁的同素异构转变
1）按含碳量分： ● 低碳钢：C%﹤0.25%； ● 中碳钢：C%=0.25～0.60%； ● 高碳钢：C%﹥0.60%。 2）按冶金质量（S、P的含量）分： ● 普通碳素钢：WS≤ 0.035%, WP≤ 0.035% ； ● 优质碳素钢: WS≤ 0.030%, WP≤ 0.030% ； ● 高级优质碳素钢: WS≤ 0.020%, WP≤ 0.030% 。
机械工程材料-第三版 完整版
习题3．比较45钢，T12钢经过不同热处理后硬度值得高低，并说明其原因加热态水冷后硬度45钢 700℃水冷F+P F+P 最软45钢 750℃水冷F+A F+M 较硬45钢 840℃水冷 A M 最硬T12钢 700℃水冷粒状P P 最软T12钢 750℃水冷A+Fe3C粒M+A`+Fe3C粒最硬T12钢 900℃水冷粗大A 粗M+较多A` 较硬习题 6.将含碳量 1.0%，1.2%的碳钢同时加热到780℃进行淬火，淬火后各为什么组织？哪一种钢淬火后的耐磨性更好，为什么？都是M+A`+Fe3粒；T12更好，因为Fe3粒更多。
习题15.T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线如图所示，若该刚在620℃进行等温转变，并经过不同时间保温后，按图示的1、2、3、4线的冷却速度冷至室温，问各获得什么组织？然后再进行中温回火，又获得什么组织？1--M+残A 2--S+T+M+残A 3,4--S1--回M 2--T+回T 3,4--S第六章1.名词解释：加工硬化：由于塑性变形度增加，使金属的强度，硬度提高，而塑性下降的现象叫做加工硬化。
冷变形加工：凡是金属的塑性变形是在再结晶温度下进行的，称为冷变形加工。
在冷变形加工时，必产生加工硬化。
热变形加工：在再结晶温度以上进行的塑性变形则称为热变形加工。
在热变形加工时，产生的加工硬化可以随时被再结晶所消除。
2．简述冷塑性变形对金属性能的影响：金属材料经冷塑性变形后，强度和硬度显著提高，而塑性则很快下降。
变形度越大，性能的变化也越大。
3．为什么重要的零件都用锻造钢制造：通过热变形加工可以使金属铸锭中的气孔和疏松焊合；在温度和压力作用下，原子扩散速度加快，可消除部分偏析；将粗大的柱状晶粒与枝晶变为细小均匀的等轴晶粒；改善夹杂物，碳化物的形态，大小，分布，可以使金属材料致密度提高。
可见，经热塑性变形后，钢的强度，塑性，冲击韧性均较铸态高。
故工程上受力复杂，载荷较大的工件大多数要通过热变形加工来制造。
机械工程材料第三版习题答案
机械工程材料第三版习题答案机械工程材料第三版习题答案机械工程材料是机械工程学科中的重要一环，它研究材料的性质、结构和应用，为机械设计和制造提供了基础。
而在学习过程中，习题是检验学习效果的重要手段。
然而，机械工程材料第三版习题的答案是学习者们经常需要的，下面将为大家提供一些常见习题的答案。
1. 什么是材料的力学性能？材料的力学性能是指材料在受力作用下的变形和破坏行为。
常见的力学性能包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
2. 什么是弹性模量？弹性模量是材料在弹性变形阶段的应力和应变之比，用于衡量材料的刚度。
常见的弹性模量有杨氏模量、剪切模量等。
3. 什么是屈服强度？屈服强度是材料在拉伸或压缩过程中，应力达到最大值后开始出现塑性变形的应力值。
它反映了材料的抗塑性变形能力。
4. 什么是断裂韧性？断裂韧性是材料在断裂前能吸收的能量大小。
它是衡量材料抗断裂能力的重要指标。
5. 什么是疲劳强度？疲劳强度是材料在交变应力作用下，经过一定次数的循环载荷后出现破坏的应力值。
它反映了材料抗疲劳破坏的能力。
6. 什么是蠕变？蠕变是指材料在高温下长时间受持续应力作用下发生的塑性变形。
它是材料在高温环境中的重要力学性能。
7. 什么是热膨胀系数？热膨胀系数是材料在温度变化时长度或体积的变化比例。
它是衡量材料热膨胀性能的重要指标。
8. 什么是材料的硬度？硬度是材料抵抗局部塑性变形的能力。
常见的硬度测试方法有洛氏硬度、布氏硬度等。
9. 什么是材料的耐蚀性？耐蚀性是材料抵抗介质侵蚀的能力。
不同材料的耐蚀性不同，需要根据具体工作环境选择合适的材料。
10. 什么是材料的导热性？导热性是材料传导热量的能力。
常见的导热性指标有热导率和导热系数。
以上是机械工程材料第三版中一些常见习题的答案。
通过习题的练习和答案的参考，可以帮助学习者更好地理解材料的性能和应用，提高解决实际问题的能力。
希望这些答案对大家的学习有所帮助。
机械工程材料_第三版_王运炎_编写__部分课后练习__考试重点习题和答案
机械工程材料_第三版_王运炎_编写__部分课后练习__考试重点习题和答案work Information Technology Company.2020YEAR第五章1．定义：马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相的亚稳组织。
淬透性：钢在淬火时能获得淬硬深度的能力，它是刚才本身固有的属性。
淬硬性：钢在淬火后能达到最高硬度的能力，它主要取决于马氏体的含碳量。
2．热处理加热的目的是什么：消除毛胚中的缺陷，改善其工艺性能，为后续工艺做组织准备；更重要的是热处理能显著提高钢的力学性能，从而充分发挥刚才的潜能，提高工件的使用性能和使用寿命。
（得到奥氏体）3．马氏体有几种类型性能特点如何含碳量分别为0.1%，0.2%，0.4%，0.7%，1.0%的钢淬火后分别得到何种马氏体：马氏体组织形态主要有片状和板条状两种基本类型；片状马氏体（高碳马氏体）硬度大，塑性，韧性差。
板条状马氏体（低碳马氏体）有良好的塑性和韧性，有较高的断裂韧度和较低的韧脆转变温度等特点；0.1%，0.2%为板条状马氏体，0.4%，0.7%为两种马氏体的混合组织，1.0%为片状马氏体。
（0.2%以下为板条状马氏体，1.0%以上为片状马氏体）4．生产中常用的退火方法有哪些退火的目的，加热温度，获得的组织及应用含碳0.6%，0.8%，1.2%的钢,具有晶内偏析的铸件或铸锭，存在内应力的铸件或铸锭分别应该采用哪种退火加热温度是多少得到何组织退火分为完全退火，均匀退火，球化退火，去应力退火；1。
完全退火：主要运用于亚共析成分的碳钢和合金钢的铸件，锻件，热轧型材和焊接结构件。
目的是细化晶粒，消除内应力和组织缺陷，降低硬度，为随后的切削加工和淬火做好组织准备。
加热到Ac3以上30-50℃，保温一段时间，随炉缓慢冷却到600℃以下，在出炉在空气中冷却。
2。
球化退火：主要运用于共析或过共析成分的碳钢和合金钢。
目的是使钢中的碳化物球化，以降低硬度，改善切削加工性，并为淬火做好组织准备。
3机械工程材料基本知识
在此输入书名第×章第3章机械工程材料基本知识机械工程材料基本知识3.1 金属材料的力学性能3.2 钢3.3 铸钢3.4 钢的热处理3.5 铸铁3.6 非铁金属3.7 工程塑料3.8 机械工程材料的选用们日常生活很多用品图3-1自行车所示的运动自行车，齿盘、飞轮和链条、辐条制造，车把、车架和车圈是用铝合制造，车的轮胎用的是非金属材料--橡胶，车座的上非金属材料—工程塑料。
在机械工程上常用的材料有：钢铁材料，非铁金属(如铜、铝及其合金)及非金属材料(如塑料、橡胶等)。
各种材料的性能均有差异，尤其是钢铁材料通过热处理后，其性能变化更大。
实践证明，材料的性能差异主要与它们的化学成分、内部组织结构、工作温度及热处理工艺等有关。
因此，为了进行零部件的设计、制造、维修等，必须掌握和了解工程材料的分类、牌号、成分、性能特点、应用范围及热处理等有关基本知识。
由于目前机械工程材料中应用最广泛的是钢铁材料，故本章重点介绍钢铁材料的基本知识，同时简介非铁金属和非金属材料的基本知识。
金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能。
力学性能主要有强度、塑性、硬度、韧性等。
1.强度金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。
2.塑性金属材料在断裂前产生永久变形的能力称为塑性。
3. 硬度材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。
工程上最常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
4.冲击韧度金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，称为冲击韧度。
钢钢和铸铁是机械工业中广泛应用的金属材料，它们是以铁和碳两种元素为基本组元的复杂合金，统称为铁碳合金。
钢是以铁为主要元素，含碳量一般在2.11％以下，并含有其他元素的材料。
铸铁是碳含量大于2.11％的铁碳合金。
含碳量2.11％通常是钢和铸铁的分界线。
根据钢中所含各种合金元素规定含量界限值，将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类。
机械工程材料第三章复习题(合金的结晶和合金化原理)-选择和判断
第三章复习题（合金的结晶和合金化原理）1、由于物质中热能（Q）或成分(C)不均匀所引起的宏观和微观迁移现象统称为扩散现象。
2、在研究空间内温度或浓度不随时间而变化的扩散称为稳态扩散。
3、在研究空间内温度或浓度随时间而变化的扩散称为非稳态扩散。
4、单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散通量与温度或浓度梯度成正比，这一规律称为扩散第一定律。
5、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。
6、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。
7、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。
8、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。
9、某合金结晶时先发生L→a，然后又发生L+a→b，完成结晶后只有b相，则该合金称为包晶合金。
10、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。
11、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。
12、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。
13、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。
14、某合金结晶时先发生L→a，然后又发生L+a→b，完成结晶后只有b相，则该合金称为包晶合金。
15、在只有固态下发生的相变称为固态相变。
16、固溶体随温度降低，溶解度减小，多余的溶质原子形成另一种固溶体或化合物的过程称为脱溶沉淀。
17、由一个固相同时转变成两种成分不同但晶体结构相同且与母相晶体结构也相同的转变称为调幅分解。
18、由一个固相同时转变成两种固相的转变称为共析转变。
19、由两个固相转变成一种固相的转变称为包析转变。
20、原子扩散的结果使成分更均匀或形成新的相。
我的答案：√21、温度越高，扩散系数越小，扩散速度越慢。
我的答案：×22、渗碳温度越高，渗碳速度越快。
我的答案：√23、气氛碳势小于工件表面含碳量时气氛中的碳原子向工件内扩散。
我的答案：×24、工件表面与介质之间的换热系数越大，则工件加热或冷却速度越快，工件内的温度梯度也越大。
机械工程中常用的非金属材料有哪些
机械工程中常用的非金属材料有哪些
在机械工程中，常用的非金属材料包括：
1. 塑料：如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等。
塑料具有良好的绝缘性能、低密度和较高的化学稳定性，在机械工程中常用于制造零件和外壳。
2. 复合材料：由两种或更多种材料组成的复合材料，如碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
复合材料具有高强度、低密度、耐腐蚀等特点，在机械工程中广泛用于制造结构件和零部件。
3. 橡胶：如天然橡胶、合成橡胶等。
橡胶具有良好的弹性、耐磨性和密封性能，广泛用于制造密封件、悬挂件和缓冲件等。
4. 玻璃：如钢化玻璃、石英玻璃等。
玻璃具有透明、耐热、耐酸碱腐蚀等特点，在机械工程中常用于制造视窗、仪表盘和光学器件等。
5. 陶瓷：如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等。
陶瓷具有高硬度、高耐磨性和耐高温性能，常用于制造轴承、密封件和热障涂层等。
以上是机械工程中常用的非金属材料，它们在机械工程中具有不同的特性和应用，能够满足不同的工程需求。
机械工程材料 第三版 第五章 铁碳合金相图
② 共晶白口铸铁 (4.3%C)
③ 过共晶白口铸铁 (4.3~6.69%C)
㈠工业纯铁的 结晶过程
合 金 液 体 在 1-2
点间转变为， 3-4 点 间 → ， 5-6 点 间 → 。 到7点，从中
析出Fe3C。
L+ H B
J
N +
+ S
工业纯铁的结晶过程
PQ—碳在-Fe中的固
溶线。
⒊ 相区
⑴ 五个单相区：
L、、、、Fe3C ⑵ 七个两相区: L+、
L+、L+Fe3C、 +、 +Fe3C、+ 、 +Fe3C
⑶ 三个三相区：即HJB (L++)、ECF(L++ Fe3C)、 PSK(++ Fe3C)三条水平线
三、典型合金的平衡结晶过程
铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。
㈡ 共析钢的结晶过程
合金液体在 1-2点间转变
为。到S点
发生共析转 变：
S⇄P+Fe3C, 全部转变
为珠光体。
共析钢的结晶过程
珠光体在光镜下呈指纹状. 变结束时，珠光体中相的
相对重量百分比为：
Q
SK PK
6.69 0.77 6.69 0.0218
88.8%,
Q Fe3C 100% 88.8% 11.2%
从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3CⅢ 表示。 Fe3CⅢ以不连续网状或片状分布于晶界。
随温度下降，
Fe3CⅢ量不断 增加，合金的
机械2010工程材料3
⑷固溶强化：
固溶体与纯金属相比电阻率矫顽力逐渐升高，导电率下降等。
固溶强化的原因
？
由于溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属滑移变形变得更加困难，变形抗力增大，从而提高合金的强度和硬度。
电子浓度为21／13的电子化合物皆具有复杂立方晶格，称为γ相如Cu5Zn8、Cu31Sn8等。
电子浓度为7／4的电子化合物，皆具有密排六方晶格，称作ε相。如CuZn3 、Cu8Sn等
电子化合物主要以金属键结合，有明显的金属特性它的熔点、硬度很高，但塑性较低，在许多有色金属中为重要的强化相。
2.1.3、间隙化合物
(interstitial compounds)
是由过渡族金属(Fe、Cr、Mn 、 Mo、W、V等)同原子直径较小的非金属元素(C、N、H、B等)形成的化合物。 在不同于组成元素的新晶格中，尺寸较大的过渡族元素占据晶格的正常位置，尺寸较小的非金属原子则有规则的嵌入晶格的间隙中。
间隙化合物种类
间隙相
⑴ 晶体结构： 溶质与溶剂晶体结构相同的元素之间具有较大的溶解度，可形成无限固溶体或有限固溶体。晶体结构不同的元素之间的溶解度较小，形成有限固溶体。 （例如，具有fcc晶格的Mn、Cu、Ni等在fcc的γ-Fe中的溶解度较大，而在具有bcc的α-Fe中的溶解度较小。）
影响固溶体溶解度的因素：
溶剂
能够保持其原有晶格类型并与固溶体晶格相同的组元称为溶剂。
溶质
失去原有晶格类型的组元称为溶质，一般在合金中含量较少。
+
1、固溶体： 在固态下，溶质原子可以不同方式进入溶剂金属组元的晶格中去，这样所形成的新相，称之为固溶体。
机械工程材料 第三章 材料的凝固.答案
具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上，凡
成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金，位于共
晶点以右的合
金称过共晶合
A
金。 凡具有共晶线
成分的合金液
L+
B
C
D
体冷却到共晶
温度时都将发
生共晶反应。
⑵ 合金的结晶过程 ① 含Sn量小于C点合金(Ⅰ合金)的结晶过程
在3点以前为匀晶转变，结晶出单相 固溶体，这种
根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。
Fe-C二元相图
三元相图
一、二元相图的建立
几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是 热分析法。
二元相图的建立步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例] 1. 配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，
找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。 2. 将临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 3. 将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次 晶体结构变化，其变化为：
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方 结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
2、固态转变的特点 ⑴形核一般在某些特定部
相图被两条线分为三 个相区，液相线以上 为液相区L ，固相线以 下为 固溶体区，两 条线之间为两相共存 的两相区（L+ ）。
L
液相线 L
+
固相线
Cu
成分（wt%Ni）
Ni
A portion of the copper-nickel phase diagram for which compositions and phase amounts are determined at point B
机械工程材料的定义和分类
机械工程材料的定义和分类一、机械工程材料的定义机械工程材料是指用于机械工程中各种零件制造的原材料，是机械制造工业的基础，它直接影响机械工程的质量、性能和使用寿命。
机械工程材料包括金属材料、非金属材料和复合材料三大类，主要用于机械制造工业中各种零部件的制造。
二、机械工程材料的分类1. 金属材料金属材料是机械工程材料中最为常见的一类材料，主要使用各种金属(包括铁、铜、铝、钛、锌、镁等)及其合金。
金属材料的优点是具有良好的机械性能，高强度、高韧性、耐磨性、耐腐蚀性和导电性及热导性能，因此它们适用于制造各种零部件。
根据材料的特性，金属材料又可以分为钢、铜、铝、镁、钛、锌等几大类。
2. 非金属材料非金属材料是机械工程材料中较为多样化的一类，以其特殊的性质在大量的场合中得到了应用。
非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷、复合材料、玻璃、纤维、橡胶、绝缘材料等。
非金属材料主要用于制造不同于金属材料的零部件，如塑料、橡胶等材料就非常适合用于制造一些耐腐蚀或不需要高强度的零件。
3. 复合材料复合材料是指由两种或两种以上的材料以一定的比例和方法交织或贴合在一起形成的材料，其重量比、强度比和成本比均优于单一材料。
技术进步和应用广泛使复合材料已成为一类重要的机械工程材料。
复合材料具有高强度、高刚度、低重量、耐腐蚀、耐磨损、耐腐蚀性能为普通材料的十多倍。
由于它们的高性能和轻量化，它们正被广泛应用于汽车、飞机、火箭、船舶和航天等领域。
4. 其他材料除了以上三类基本材料以外，机械制造行业中还有其他材料的应用，如铸造材料、导电材料、电子材料、各种涂料材料和粘合剂等。
这些材料和其它使用领域，如建筑、家庭、农业、矿业，也是机械工程材料中存在的，供各类专业制造企业采购和制造使用。
总之，机械工程材料是机械工程制造不可缺少的材料，分类清晰，用途广泛。
其材料选择、特性和加工等方面都是机械工程师需要熟悉和掌握的知识，因为选材的不当或加工失误，都可能会导致相关零部件的品质不好或损坏，所以关于机械工程材料准确的了解和使用对于机械工程领域有着十分重要的意义。
机械工程材料(本科)3
作业提交 31. 淬火加热温度在 A3 线以上的是（ ）；(A) 亚共析钢；(B) 过共析钢；(C) 共析钢和过共析钢；(D) 共析钢；[参考答案：A] 分值：50得分：分系统自动批改于 2018 年 7 月 4 日 13 点 39 分2. 下列组织中，综合性能最好的是（ ）； (A) S′；(B) B 上；(C) F；(D) S；[参考答案：A] 分值：50得分：分系统自动批改于 2018 年 7 月 4 日 13 点 39 分3. 下列材料中，耐磨性最好的是（ ）； (A) W18Cr4V；(B) CrWMn；(C) YG8；(D) T8A；[参考答案：C] 分值：50得分：分系统自动批改于 2018 年 7 月 4 日 13 点 39 分4. 下列材料中，热硬性最好的是（ ）； (A) Cr12MoV；(B) W6Mo5Cr4V2；(C) T10A；(D) 9SiCr；[参考答案：B] 分值：50得分：分系统自动批改于 2018 年 7 月 4 日 13 点 39 分5. 下列结构设计中错误的是（ ）； (A) 减少焊缝数量；(B) 铸件壁厚要均匀； (C) 锻件尽量采用曲面和斜面；(D) 减少分型面；[参考答案：C] 分值：50得分：分系统自动批改于 2018 年 7 月 4 日 13 点 39 分6. 检测零件或工具的硬度时，硬度值可直接从硬度计表盘上读出的是（ ）； (A) HBS；(B) HRC；(C) HV；(D) HRB；[参考答案：B] 分值：50得分：分系统自动批改于 2018 年 7 月 4 日 13 点 39 分7. 下列材料中，淬透性最好的是（ ）； (A) T10；(B) GCr15；(C) Cr12MoV；(D) CrWMn； [参考答案：C] 分值：50得分：分系统自动批改于 2018 年 7 月 4 日 13 点 39 分8. 不能进行热处理强化的铝合金是( ) (A) 硬铝合金(B) 超硬铝合金(C) 锈铝合金(D) 锻铝合金[参考答案：C] 分值：50得分：分系统自动批改于 2018 年 7 月 4 日 13 点 39 分9. 粒子增强复合材料中，粒子的直径一般为（ ）。
《机械工程材料》教学教案(全)
《机械工程材料》教学教案(第一部分)一、教学目标1. 让学生了解机械工程材料的分类及性能。
2. 使学生掌握金属材料（包括黑色金属和有色金属）的基本性质和应用。
3. 培养学生对材料选择和应用的能力。
二、教学内容1. 机械工程材料的分类及性能2. 金属材料的基本性质3. 金属材料的性能与应用三、教学重点与难点1. 重点：机械工程材料的分类、性能及应用。
2. 难点：金属材料的基本性质和应用。
四、教学方法1. 采用讲授法，讲解机械工程材料的基本概念、分类、性能及应用。
2. 利用案例分析法，分析实际工程中材料的选择和应用。
3. 开展小组讨论，培养学生独立思考和团队协作的能力。
五、教学准备1. 教材：《机械工程材料》2. 课件：机械工程材料的相关图片、图表、案例等3. 教具：实物模型、样品等《机械工程材料》教学教案(第二部分)一、教学目标1. 让学生了解非金属材料的基本性质和应用。
2. 使学生掌握复合材料的特点及应用。
3. 培养学生对材料选择和应用的能力。
二、教学内容1. 非金属材料的基本性质和应用2. 复合材料的特点及应用三、教学重点与难点1. 重点：非金属材料的基本性质和应用，复合材料的特点及应用。
2. 难点：复合材料的特点及应用。
四、教学方法1. 采用讲授法，讲解非金属材料的基本概念、分类、性能及应用。
2. 利用案例分析法，分析实际工程中材料的选择和应用。
3. 开展小组讨论，培养学生独立思考和团队协作的能力。
五、教学准备1. 教材：《机械工程材料》2. 课件：非金属材料、复合材料的相关图片、图表、案例等3. 教具：实物模型、样品等《机械工程材料》教学教案(第三部分)一、教学目标1. 让学生了解材料力学性能的测试方法。
2. 使学生掌握材料力学性能的主要指标。
3. 培养学生对材料力学性能的理解和应用能力。
二、教学内容1. 材料力学性能的测试方法2. 材料力学性能的主要指标三、教学重点与难点1. 重点：材料力学性能的测试方法，材料力学性能的主要指标。
机械工程材料 第三版 (杨瑞成 著) 重庆大学出版社
课
后
答 案
网
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随着含碳量的增加，组织组成发生相应的变化，硬度增
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答：对基体产生严重的脆化，使强度和塑性下降。 （3）钢有塑性而白口铁几乎无塑性？ 答：钢是以塑韧的F为基体，而白口铁是以硬脆的 Fe3C为基体，所以钢有塑性，而白口铁几乎无塑性。 （4）哪个区域熔点最低？哪个区域塑性最好？ 答：共晶白口铸铁熔点最低。A区塑性最好。
热应力，同时随温度的升高，零件的承载能力下降； 环境介质的作用主要表现为环境对零件表面造成的化 学腐蚀，电化学腐蚀及摩擦磨损等作用。
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在热负荷作用下，将产生尺寸和体积的改变，并产生
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断裂；
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在力学负荷作用条件下，零件将产生变形，甚至出现
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1.4 整机性能、机械零件的性能和制造该零件所用材料的力学 性能间是什么关系？
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答：机器的整机性能除与机器构造、加工与制造等因素有关 外，主要取决于零部件的结构与性能，尤其是关键件的性能。 在合理而优质的设计与制造的基础上，机器的性能主要由其 零部件的强度及其它相关性能来决定。
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1.5常用机械工程材料按化学组成分为几个大类？各自的主要特征 是什么？ 答：机械工程中使用的材料常按化学组成分为四大类：金属材料、 高分子材料、陶瓷材料和复合材料。
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答 案
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4、金属铸锭通常由哪几个晶区组成？它们的性能特点如何？ 答：金属铸锭的宏观组织由由三个晶区组成的，由外至里分别是 细等轴晶粒区、柱状晶粒区和中心等轴晶粒区。其性能特点如下：
大学_机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)课后答案下载
机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)课后答案下载机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)内容简介第3版前言第2版前言第1版前言绪论一、材料的分类及其在工程技术中的应用二、材料的发展及材料科学的形成三、本课程的目的、任务和学习方法第一章金属材料的.力学性能第一节强度、刚度、弹性及塑性一、拉伸曲线与应力.应变曲线二、刚度和弹性三、强度四、塑性第二节硬度一、布氏硬度二、洛氏硬度三、维氏硬度第三节冲击韧性一、冲击试验方法与原理二、冲击试验的应用第四节断裂韧度一、裂纹扩展的基本形式二、应力场强度因子K1三、断裂韧度K1C及其应用第五节疲劳一、疲劳现象二、疲劳曲线与疲劳极限三、提高疲劳极限的途径四、其他疲劳习题与思考题第二章金属与合金的晶体结构第一节晶体的基本知识一、晶体与非晶体二、晶格、晶胞和晶格常数第二节金属的晶体结构一、金属的特性和金属键二、金属中常见的晶格三、晶体结构的致密度四、晶面与晶向第三节合金的晶体结构一、合金的基本概念二、合金的相结构第四节实际金属的晶体结构一、多晶体与亚组织二、晶体的缺陷习题与思考题第三章金属与合金的结晶第一节纯金属的结晶一、纯金属的冷却曲线和过冷现象二、纯金属的结晶过程三、金属结晶后的晶粒大小四、金属的同素异构转变第二节合金的结晶一、二元合金相图的基本知识二、二元匀晶相图三、二元共晶相图四、合金性能与相图间的关系习题与思考题第四章铁碳合金相图第一节铁碳合金的基本相一、铁素体二、奥氏体三、渗碳体第二节铁-渗碳体相图分析一、上半部分图形——由液态变为固态的一、次结晶(912℃以上部分)二、下半部分图形——固态下的相变三、铁一渗碳体相图中各点、线含义的小结四、铁一渗碳体相图中铁碳合金的分类第三节典型铁碳合金的结晶过程及其组织……第五章钢的热处理第六章金属的塑性变形及再结晶第七章钢第八章铸铁第九章有色金属及粉末冶金材料第十章高分子材料、陶瓷材料及复合材料第十一章机械制造中零件材料的选择附录参考文献机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)目录本书为普通高等教育“十一五”__规划教材，曾荣获第三届高等学校机电类专业优秀教材二等奖。
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3.1 金属的塑性变形
3.1.3 多晶体的塑性变形
多晶体金属发生塑性变形的方式仍然是滑移或孪生。
晶粒位向的影响 晶粒间的相互约束提高塑性变形抗力。
因各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保 持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性 变形来与之协调。这种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻 力。
第二类内应力 存在于晶粒之间或晶粒内部的内应力，又称为微观内应力。 产生原因：晶粒之间的变形不均匀。
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3.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响
第三类内应力 存在于晶体缺陷中的内应力，又称为点阵畸变。金属塑性变形时 所产生的内应力主要表现为第三类内应力。 产生原因：晶体缺陷增加引起畸变增大。 残余内应力的危害： ①引起压力加工、热处理过程中零件的变形和开裂。 ②降低金属的强度（第一、二类内应力）。 ③降低金属的耐腐蚀性。
冷变形金属在不同加热温度时 组织和性能的变化
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3.3 回复与再结晶
3.3.1 回复
冷变形金属在较低温度加热时，在光学显微组织发生改变前所 产生的某些亚结构和性能的变化过程称为回复。
组织、结构方面： 显微组织没有明显变化。 亚结构发生一定的变化，表现为晶体缺陷数量减少。 材料的强度和硬度略有降低，塑性略有提高，残余应力降低。
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3.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响
3.形变织构产生 在塑性变形过程中，当变形达到一定程度（70%以上）时，会使绝 大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，这种现象称为形变 织构或择优取向。 形变织构的性质与金属的变形方式有关，使金属呈现各向异性， 有利也有弊。 利：可提高硅钢片的导磁率。 弊：在深冲零件时，使厚薄不匀，边缘不齐，产生“制耳”现象
②滑移沿原子密排面(滑移面)、原子密排方向(滑移方向)进行。 滑移பைடு நூலகம்：一个滑移面和其上一个滑移方向构成。 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性越好。
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3.1 金属的塑性变形
抛光后进行塑性变形，观察组织，可以看到滑移带。 每个滑移带都是由很多平行的滑移线和台阶组成的。两条滑移 线之间的区域称为滑移层。
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3.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响
工业纯铁
45钢
强度、硬度升高，塑性、韧性下降
金属拉拔示意图
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3.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响
2.产生各向异性 由于纤维组织和形变织构的形成， 是金属的性能产生各向异性。织 构的存在往往会给金属的性能带 来不利影响。
3.物理、化学性能变化
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3.1 金属的塑性变形
滑移和孪生的主要区别：
：孪生晶格位向改变，变形晶体与未变形对称分布； 滑移晶格位相不变。 ：孪生变形位移是原子间距的分数倍，滑移中位移是原子 间距的整数倍。 ：只有在滑移变形难于进行时，才会产生孪生变形。 ：孪生产生的塑性变形量比滑移小的多。 ：孪生变形速度快。
在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向，相对 于另一部分发生相对滑动位移的现象。 产生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。
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3.1 金属的塑性变形
特点： ①只能在切应力作用下进行； 临界切应力：使晶体开始滑动的切应力。
锌单晶体拉伸试验示意图
铝单晶的拉伸 变形照片
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3.1 金属的塑性变形
热加工不会引起金属的加工硬化，但由于温度处于再结晶温度 以上，变形加工后随即发生回复和再结晶，使金属的组织和性 能发生显著改变。 1.改善铸态金属的组织和性能 a. 气孔闭合，致密度增加； b. 粗大枝晶和柱状晶破碎，细化晶粒，消除偏析。
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3.1 金属的塑性变形
晶界的影响 晶界阻碍位错运动提高塑性变形抗力。 当位错运动到晶界附近时，晶界成为位错运动的障碍，于是 位错在晶界处堆积起来，形成位错塞积。如果要使变形继续进行 ，必须增加外力。
结论： 多晶体中的晶界和晶粒间存在 的位向差提高多晶体金属的塑性变 形抗力，将导致多晶体金属的强度 和硬度增大。
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3.3 回复与再结晶
3.3.3 晶粒长大
冷变形金属在再结晶结束后，继续升高温度或延长保温时间 ，晶粒就会不断长大，这一过程即称为晶粒长大。 晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的 过程。 晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低 金属冷塑性变形不均匀，再结晶后得到的晶粒大小差别大 ，大晶粒很容易吞并小晶粒而越长越大，这种晶粒不均匀急剧 长大的现象称为二次再结晶。
第三章
金属的塑性变形与再结晶
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3.1 金属的塑性变形
3.1.1 金属的弹性变形与塑性变形
变形：金属在外力作用下发生形状和尺寸的变化。金属的变形按 其性质可分为弹性变形和塑性变形。 单晶体：
在正应力σN作用下，晶格被拉长； 当外力去除后，原子在引力作用下，恢 复到原来位置，产生弹性变形； 当正应力σN大于原子间引力时，晶体被 拉断，产生脆性断裂。 晶体在正应力作用下只能产生弹性变形 和脆性断裂，不能产生塑性变形。
预先变形程度对 晶粒度的影响
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3.4 金属的热加工
3.4.1 热加工与冷加工的区别
工业生产中，热加工通常指将金属材料加热至高温进行 锻造、轧制等压力加工过程。 金属学角度的冷、热加工： 热加工（Hot Working）：指在再结晶温度以上的加工 过程。 冷加工（Cold Working）：指在再结晶温度以下的加工 过程。 举例： Fe的再结晶温度T再≈450C，在400C对其加工，则为 冷加工。 Pb的再结晶温度T再≈-33C，在25C(常温)对其加工， 则为热加工。
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3.3 回复与再结晶
3.3.2 再结晶
冷变形金属在加热到一定温度后，在已变形组织中重新产生无 畸变的新晶粒，性能发生明显的变化，并恢复到完全软化状态 的过程称为再结晶。
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3.3 回复与再结晶
1.组织、结构方面： ①变形的晶粒完全恢复为等轴状晶粒。 ②晶体缺陷数量明显减少。 2.性能方面： ①强度和硬度显著下降，塑性和韧性显著升高。 ②冷变形时的加工硬化完全消失，金属恢复到变形前的性能。 ③内应力基本被消除。
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3.1 金属的塑性变形
晶体在切应力作用下的变形 晶体弹性变形的部分可以回复，但产生滑动的原子则不能回到它 原来的位置，这就产生了塑性变形。
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3.1 金属的塑性变形
3.1.2 单晶体的塑性变形
单晶体的塑性变形方式有滑移和孪生两种，其中滑移是主要方式
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3.1 金属的塑性变形
滑移（Slip）：
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3.3 回复与再结晶
去应力退火（Stress-relief Annealing）： 将已经加工硬化的金属在较低的温度下加热，使其内应力基本 消除，同时保持加工硬化的工艺方法。
举例： 冷卷弹簧制品，在成型后进行一次250～300C的低温加热， 充分消除残余内应力，稳定尺寸，改善性能。
冷冲压黄铜工件在变形后要进行去应力退火，以防止晶间开 裂。
2.亚结构细化 随着变形量的增加，位错密度不断增大，晶粒内形成许多亚晶粒。
变形1% 变形3.5% 变形9% 变形20%
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3.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响
随着塑性变形程度增大，变形的晶粒逐渐被 细化成许多细小的亚结构，亚晶界增加，位 错密度显著增大，对滑移变形过程有巨大阻 碍作用，显著提高晶体的变形抗力，对强化 金属起着十分重要的作用
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3.4 金属的热加工
特点： 冷加工：晶粒压扁或拉长 变形过程不发生再结晶 产生加工硬化现象 精度高，表面粗糙度值低，适用于塑性较好的材料 热加工：容易变形 同时进行着加工硬化和再结晶软化过程 易发生氧化，表面精度、光洁度低。
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3.4 金属的热加工
3.4.2 热加工对金属组织和性能的影响
3.工业应用： 将已经加工硬化的金属加热到再结晶温度以上，使其发生再 结晶，以消除加工硬化的工艺方法。 举例： 冷拉钢丝时，每拉拔一次，中间均进行再结晶退火，消除加 工硬化，以便于下一次拉拔。
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3.3 回复与再结晶
再结晶温度 冷变形金属发生再结晶的最低温度。 再结晶不是一个恒温过程，没有恒定的转变温度。因此，再结 晶温度的意义是开始发生再结晶的温度，即在畸变的晶粒中产 生无畸变等轴晶粒的最低温度。 影响因素： （1）预先变形度 （2）金属的熔点 （3）杂质和合金元素 （4）加热速度和保温时间
滑移带 滑移线
≈2 ×
10-8m
滑移带（Slip Band）和滑移线（Slip Line）
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3.1 金属的塑性变形
滑移的机制：
滑移是通过位错在滑移面上的运动实现的。
晶体通过位错运动而发生滑移
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3.1 金属的塑性变形
位错运动导致滑移的特点： 当晶体通过位错运动产生滑移 时，只在位错中心的少数原子发生 移动，而且它们移动的距离远小于 一个原子间距，因而所需临界切应 力小。 当位错线扫过滑移面到达金属 表面时，便产生一个原子间距的滑 移量，同一滑移面上若有大量位错 移出，则会在金属表面形成一条滑 移线。
塑性变形可影响金属的物理、化学性能，如使电阻增大， 耐腐蚀性降低。
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3.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响
4.产生残余内应力
残余内应力是指外力去除后，金属内部残留下来的应力。 产生原因：塑性变形时，产生的变形不均匀，位错，空位等晶 体缺陷增多。
残余内应力的类别：
第一类内应力： 存在于金属表层与心部之间的内应力，又称为宏观内应力。 产生原因：表层与心部变形不一致。
丝织构示意图
板织构示意图
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3.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响
3.2.2 冷塑性变形对性能的影响