《工程材料与成型技术》学习包

工程材料与成型技术复习资料车辆1022012年5月21日目录目录课程的任务 (2)一、本课程的特点 (2)二、本课程的任务 (2)§1 金属材料的性能 (1)一、学习目标 (1)二、基本内容 (1)三、本章重点 (2)四、习题 (2)§2 金属与合金的晶体结构与结晶 (3)一、学习目标 (3)二、基本内容 (3)三、本章重点 (5)四、习题 (5)§3 铁碳合金 (6)一、学习目标 (6)二、基本内容 (6)三、本章重点 (7)四、习题 (7)§4 钢的热处理 (9)一、学习目标 (9)1、了解钢在加热和冷却时的组织转变； (9)二、基本内容 (9)三、本章重点 (11)四、习题 (11)§5 常用工程材料 (12)一、学习目标 (12)二、基本内容 (12)三、本章重点 (13)四、习题 (14)§6 液态成形 (15)一、学习目标 (15)二、基本内容 (15)三、本章重点 (16)四、习题 (16)§7 塑性成形 (17)一、学习目标 (17)二、基本内容 (17)三、本章重点 (18)四、习题 (18)§8 连接技术 (20)一、学习目标 (20)二、学习内容 (20)三、本章重点 (22)四、习题 (22)§9 机械零件材料及毛坯的选择 (24)一、学习目标 (24)二、基本内容 (24)三、本章重点 (25)四、习题 (25)§10焊接部分思考题解答 (26)§11金属材料及热处理部分习题 (33)课程的任务2课程的任务一、本课程的特点1、本课程是一门有关机械零件制造方法及其用材的综合性技术基础课。

2、本课程实践性很强，学生应积极认真地参加生产实习和实践，才能更有效地掌握本门课程的知识，以便为后续专业课程的学习和今后生产实践打下较好的基础。

二、本课程的任务1、了解常用工程材料的种类、性能及改性方法，初步掌握其应用范围和选择原则。

2、掌握主要毛坯成形方法的基本原理和工艺特点，具有选择毛坯及工艺分析的初步能力。

3、了解零件的结构工艺性。

§1金属材料的性能一、学习目标1、清楚金属材料的性能包括哪些内容。

2、掌握金属材料的力学性能各项指标的概念，符号及表示方法，应用条件和范围。

3、了解金属材料的物理、化学性能及应用。

二、基本内容1、金属材料的性能1）使用性能包括：力学性能、物理性能、化学性能。

2）工艺性能包括：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。

2、载荷的概念1）静载荷：大小不变或变动很慢的载荷。

2）冲击载荷：突然增加或消失的载荷。

3）疲劳载荷：周期性的动载荷。

3、金属材料的力学性能各项指标的概念符号及表示方法应用条件和范围1）强度概念：金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。

符号表示：屈服强度σs——材料产生屈服时的最小应力。

单位为Mpa。

抗拉强度σb——材料拉断前所承受的最大应力。

单位为Mpa。

应用条件和范围：设计机械零件和选材的主要依据。

2）塑性概念：金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不断裂的能力。

符号表示：断后伸长率δ——试样拉断后，标距长度的相对伸长率。

断面收缩率ψ——试样拉断后，试样截面积的相对收缩率。

应用条件和范围：材料进行压力加工时选材的主要依据。

3）硬度概念：材料表面局部体积内抵抗另一物体压入时变形的能力。

符号表示：布氏硬度HB洛氏硬度HR应用条件和范围：布氏硬度主要用于测量灰铸铁、有色金属以及经过退火、正火和调质的钢材等材料。

HBS适于测量硬度值小于450的材料，HBW适于测量硬度值小于650的材料。

洛氏硬度计可测定软的金属材料，也可测定硬的金属材料。

HRA主要用于测量硬质合金、表面淬火钢；HRB主要用于测量软钢、退火钢、铜合金等；HRC主要用于测量一般淬火钢。

4）冲击韧度概念：金属材料抵抗冲击载荷载荷作用而不破坏的能力。

符号表示：冲击吸收功Ak。

冲击韧度ak。

应用条件和范围：冲击韧度值一般只作为选材时的参考，不能作为计算依据。

材料的多次冲击抗力主要取决于塑性；冲击能量大时，主要取决于强度。

5）疲劳强度概念：金属材料在多次重复交变载荷作用下而不发生断裂的最大应力。

符号表示：疲劳强度δ-1应用条件和范围：黑色金属循环周次10的7次方，有色金属和某些高强钢循环周次10的8次方。

三、本章重点金属材料的力学性能各项指标的概念，符号及表示方法，应用条件和范围。

四、习题一、填空题1、金属的性能包括（使用）性能和(工艺)性能。

2、材料的工艺性能包括（铸造）、（锻造）、(焊接)、(切削加工)和（热处理）。

3、填写下列力学性能指标的符号：屈服点（σs）、洛氏硬度A标尺（HRA）、抗拉强度（σb）、断后伸长率(δ)。

二、判断题1、塑性变形随载荷的去除而消失。

（ⅹ）2、当布氏硬度试验条件相同时，压痕直径愈小，金属的硬度愈低。

（ⅹ）三、选择题1、做疲劳实验时，试样承受的载荷是（C）A 静载荷B 冲击载荷C 循环载荷2、金属的(B)愈好，则其锻造性能愈好。

A 强度B 塑性C 硬度四、名词解释强度硬度塑性冲击韧性疲劳强度强度——金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。

硬度——材料表面局部体积内抵抗另一物体压入时变形的能力。

塑性——金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不断裂的能力。

冲击韧性——金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。

疲劳强度——材料经无数次交变载荷作用而不发生断裂的最大应力。

五、简答题1、为什么疲劳断裂对机械零件危害最大？如何提高零件的疲劳强度？答：在交变载荷作用下，零件所受应力远低于屈服点，但在长期使用中往往会突然发生断裂，对零件造成最大危害。

金属产生疲劳和材料内部缺陷、表面质量、残余应力及能引起应力集中的因素有关。

为了提高零件的疲劳强度，应改善结构设计，避免应力集中；提高工艺水平，减少内部缺陷；降低表面粗糙度和强化表面，提高表面质量。

§2 金属与合金的晶体结构与结晶一、学习目标1、了解晶格、晶胞、实际金属的多晶体结构、结晶等概念。

2、掌握金属晶体的三种常见晶格类型：面心立方、体心立方和密排六方晶格。

3、掌握实际金属点、线、面缺陷与金属力学性能的关系。

4、掌握纯金属结晶过程，过冷度与晶粒大小对力学性能的影响，细化晶粒的措施。

5、掌握合金的基本概念，了解固溶体和金属间化合物的概念。

6、了解二元合金相图的建立，了解合金结晶的过程。

二、基本内容1、金属的晶体结构的基本知识1）晶格、晶胞的概念：晶格：用来描述原子在晶体中排列形式的假想的空间格架。

晶胞：晶格中能代表晶体结构特征的最小组成几何单元。

2）金属晶体结构常见的三种晶格类型：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。

3）金属的实际晶体结构：实际金属的晶体结构是多晶体结构；实际金属的晶体结构内部存在晶体缺陷。

晶体缺陷包括：点缺陷、线缺陷、面缺陷。

点缺陷即空位、间隙原子和置换原子；线缺陷即位错；面缺陷即晶界和亚晶界。

晶体缺陷会使金属内部晶格发生晶格畸变，产生内应力；金属的性能发生变化，强度、硬度增加。

晶体缺陷是强化金属的手段之一2、金属的结晶：1）纯金属的结晶过程。

结晶的概念：凝固时原子在物质内部做有规则排列。

过冷度：金属实际结晶温度低于理论结晶温度的差值。

结晶过程：液态金属结晶是不断生成晶核和晶核不断长大，直至完全结晶成固态的过程。

2）金属结晶后的晶粒大小。

晶粒大小对金属力学性能的影响：细晶粒金属具有较高的强度和韧性。

细化晶粒的措施：增大形核率，抑制长大速率。

常用方法有：增加过冷度；变质处理；振动等。

3、合金的晶体结构1）合金的基本概念：合金：一种金属元素与其它金属元素和非金属元素，经熔炼、烧结或其他方法结合成具有金属特性的物质。

组元：组成合金的最基本的独立物质。

可以是金属、非金属元素或稳定化合物。

相：合金中具有同一聚集状态，同一种结构和性质的均匀组成部分。

组织：用肉眼或借助显微镜观察到材料晶粒内部组成相的数量、形态、大小和分布状态。

2）合金的组织：固溶体：合金由液态结晶成固态时，一组元溶解在另一组元中，形成均匀的固相。

占主要地位的元素叫溶剂，被溶解的元素叫溶质。

固溶体的晶格类型保持溶剂的晶格类型。

由于溶质原子的融入，容剂晶格发生畸变，使塑性变形阻力增加，导致金属的强度、硬度提高，塑性、韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。

金属间化合物：合金组员间发生相互作用而形成的具有金属特性的新相，它的晶格类型和性能不同于任一组元。

金属间化合物具有高熔点、高硬度、脆性大的特点，在合金中主要作为强化相，用以提高材料的强度、硬度和耐磨性，但塑性、韧性有所降低。

机械混合物：两种或两种以上的相按一定质量分数组合成的物质。

通过调整固溶体中容质含量和金属间化合物数量、大小、形态和分布状况，可以改变合金的力学性能。

3）合金的结晶：二元合金相图的建立：相图是表示在极其缓慢冷却条件下合金系中各种合金状态与温度、成分之间的关系的简明图解。

它是通过实验方法建立。

二元合金相图的分析：相图横坐标表示二元合金成分分数，纵坐标表示温度；特性点：纯金属熔点；特性线：液相线、固相线。

二元合金结晶过程：液相线以上温度，合金为液相——到达液相线，合金开始结晶——液相线、固相线之间，合金液相、固相共存——到达固相线及一下，合金为固相。

三、本章重点1、金属的晶体结构。

2、合金的晶体结构。

四、习题一、填空题1、晶体与非晶体的根本区别在于（原子是否有序排列）。

2、金属晶格常见的基本类型有（体心立方）、（面心立方）、（密排六方）三种。

3、实际金属的晶体缺陷有（点缺陷）、（线缺陷）、（面缺陷）三种。

4、金属的晶粒愈细小，其强度（愈高），塑性、韧性（愈好）。

二、判断题1、无论是纯金属，还是合金，其结晶过程都是恒温过程。

（ⅹ）2、金属结晶的过程是晶核形成和晶核长大的过程。

（√）3、一种金属元素与其它金属元素或非金属元素，经熔炼、烧结或其他方法结合成的物质叫合金。

（ⅹ）三、选择题1、一般来说，细晶粒金属具有（A）强度和韧性。

A 较高的B 较低的C 中等的2、实际金属的结晶温度一般都（B）理论结晶温度。

A 高于B 低于C 等于四、名词解释晶体晶体缺陷结晶合金固溶体金属间化合物晶体——固态下原子在物质内部作有规则的排列的结构。

晶体缺陷——在金属晶体中，由于其他因素影响使原子排列在局部受到破坏的形态。

结晶——物质由液态转变为固态的过程是原子有序排列的凝固过程。

合金——一种金属元素与其他金属元素或非金属元素，经熔炼、烧结或其他方法结合成具有金属特性的物质。

固溶体——合金由液态结晶成固态时，一组元溶解在另一组元中，形成一种保持占主要地位元素的晶格类型的物质。

金属间化合物——合金组元间发生相互作用而形成具有金属特性，晶格类型完全不同于任一组元的物质。