工程材料及成形工艺基础
产品设计工程学基础-材料及成型工艺基础-概述
2、材料的分类
材料及成型工艺基础
材料 概述
二、材料认知
学会用材料去思考、去设计.
2、材料的分类
按化学结构分
金属材料: 化学结构为金属键 的钢铁、铜、金等. 无机材料: 化学结构为离子键 的石、玻璃、陶瓷等. 有机材料: 化学结构为共价键, 主要有塑料、橡胶、有机纤维 (皮、木材)等高分子材料 复合材料: 有多相材料复合而 成,如玻璃纤维增强塑料(玻璃 钢).
材料及成型工艺基础
材料 概述
一、设计与材料
形态需求 功能需求
1、材料:设计的物质基础
材料（Material）是产品功能和形态的物质载 体, 一件完美的 产品必定是功能、形态(结构)和材 料(工艺)的和谐统一.
感知特性
形态美感
物质性能
产品功能
设计
材料
材料及成型工艺基础
产品
材料 概述
一、设计与材料
2、材料发展与设计变革
材料 概述
一、设计与材料
• 材料使用与时代划分
人们在研究中国历史时 依据对材料的使用将人
类历史划分旧石器时 代、新石器时代、 陶器时代 、青铜器 时代、铁器时代…而
如今随着新材料的不断 涌现和多种材料的综合 使用, 已很难依据材料来 进行历史的划分.
材料的开发、使用和发展贯穿着人类历史发展的 始终, 拓展着人类的生产能力, 推动着人类文明 的进步和发展, 改变着人类的生活,也深深地影响 着设计的创新与发展.
3 新材料的开发
是指基于全新概念和 方法所开发的材料.如 纳米材料与纳米加工 技术的的开发等……
材料及成型工艺基础
材料 概述
练习:材料感觉特性的测定
依据每组感觉特性，将玻璃、陶瓷、木材、金属、 塑料、橡胶、皮革等7种材料进行有序排列。
(完整word版)工程材料与成型工艺基础习题汇编答案--老师版
《工程材料及成形技术》课程习题集班级：________________姓名：________________学号：________________2013年2月——5月习题一工程材料的性能一、名词解释σs：σb：δ：ψ：E：σ-1：αk： HB： HRC：二、填空题1、材料常用的塑性指标有（δ）和（ψ）两种，其中用（ψ）表示塑性更接近材料的真实变形。
2、检验淬火钢成品的硬度一般用（洛氏硬度HRC），而布氏硬度是用于测定（较软）材料的硬度。
3、零件的表面加工质量对其（疲劳）性能有很大影响。
4、表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是（ak ），其单位是（ J/cm2 ）。
5、在外力作用下，材料抵抗（塑性变形）和（断裂）的能力称为强度。
屈服强度与（抗拉强度）比值，工程上成为（屈强比）。
三、选择题1、在设计拖拉机缸盖螺钉时，应选用的强度指标是（ A ）A．σs b．σb c．σ-12、有一碳钢支架刚性不足，解决办法是（ C ）A．用热处理方法强化 b．另选合金钢 c．增加截面积3、材料的脆性转化温度应在使用温度（ B ）A．以上 b．以下 c．相等4、在图纸上出现如下硬度技术条件标注，其中哪种是正确的？（ B ）A．HB500 b．HRC60 c．HRC18四、简答题1、下列各种工件应采取何种硬度试验方法来测定其硬度？（写出硬度符号） 锉刀： HRC 黄铜轴套：HB供应状态的各种非合金钢钢材： HB 硬质合金刀片：HV耐磨工件的表面硬化层： HV 调质态的机床主轴：HRC铸铁机床床身：HB 铝合金半成品 HB2、在机械设计中多用哪两种强度指标？为什么？常用σs ： σb ：原因：大多数零件工作中不允许有塑性变形。
但从零件不产生断裂的安全考虑，同时也采用抗拉强度。
3、设计刚度好的零件，应和什么因素有关？（1）依据弹性模量E 选材，选择E 大的材料（2）在材料选定后，主要影响因素是零件的横截面积，不能使结构件的横截面积太小。
工程材料及其成型基础大纲
工程材料及其成型基础大纲一、概述1.工程材料及其成型的定义和概念2.工程材料的分类及应用领域3.工程材料的性能要求和测试方法二、金属材料1.金属材料的分类和特点2.金属的晶体结构和缺陷3.金属的力学性能及其测试方法4.金属材料的热处理和强化机制5.常见金属材料的应用和加工工艺三、非金属材料1.非金属材料的分类和特点2.非金属材料的结构和性能3.非金属材料的应用领域和特殊性能4.非金属材料的加工和成型工艺四、高分子材料1.高分子材料的分类和特点2.高分子材料的结构和性能3.高分子材料的加工和改性方法4.常见高分子材料的应用领域和加工工艺五、复合材料1.复合材料的概念和分类2.复合材料的结构和性能3.复合材料的增强机制和界面特性4.复合材料的制备和成型工艺5.常见复合材料的应用领域和加工方法六、成型工艺1.金属材料的成型方法和工艺流程2.非金属材料的成型方法和工艺流程3.高分子材料的成型方法和工艺流程4.复合材料的成型方法和工艺流程七、表面处理与涂装1.表面处理的目的和方法2.金属材料的表面处理工艺3.非金属材料的表面处理工艺4.涂装技术及其应用八、工程材料的环境损伤与防护1.工程材料在使用过程中的损伤类型和机理2.工程材料的防护措施和方法3.工程材料的可持续发展和环境保护九、新材料与材料设计1.新型工程材料的研究和应用现状2.材料设计的原则和方法3.材料设计与工程实践以上为工程材料及其成型基础大纲的主要内容，通过对材料基本概念、分类、性能和加工工艺的介绍，使学生能够掌握工程材料的选择、设计和加工方法，进而提高工程实践能力。
工程材料及成形技术基础复习题
材料复习题一. 解释下列名词1. 过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度之差。
2．临界冷却速度:钢淬火时获得马氏体的最小速度。
3．淬硬性: 是指钢在淬火时所能获得的最高硬度，淬硬性大小主要决定于马氏体的含碳量。
马氏体含碳量越高则淬硬性越高。
(反映钢材在淬火时的硬化能力)。
4. 调质处理 :淬火+高温回火得到回火索氏体的热处理工艺。
5. 淬透性:是在规定的淬透条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。
6．共析转变:两种以上的固相新相，从同一固相母相中一起析出，而发生的相变。
7. 时效强化: 是合金工件经固溶热处理后在室温和稍高于室温保温，以达到沉淀硬化的目的，这时在金属的过饱和固溶体中形成溶质原子偏聚区和由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化，提高材料的性能。
8．固溶强化:由于溶质原子溶入而使金属强硬度升高的现象。
9．同时凝固原则：铸件时使金属按规定一起凝固的原则。
10. 顺序凝固原则:铸件时使金属按规定从一部分到另一部分逐渐凝固的原则。
二. 判断正误1. 珠光体的片层间距越小,其强度越高,其塑性越差。
错2. 普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。
错3. 金属凝固时,过冷度越大,晶体长大速度越大,因而其晶粒粗大。
错4. 金属的晶粒越细小,其强度越高,但韧性变差。
错5. 凡能使钢的C曲线右移的合金元素均能增加钢的淬透性。
对6. 感应加热表面淬火的淬硬深度与该钢的淬透性没有关系。
对7. 对灰铸铁不能进行强化热处理。
对8. 钢的临界冷却速度Vk越大,则其淬透性越好。
错9. 工件经渗碳处理后,随后应进行淬火及低温回火。
对10. 马氏体的硬度主要取决于淬火时的冷却速度。
错11. 钢的临界冷却速度Vk越大,则其淬透性越好。
错12. 钢的淬透性,随零件尺寸的增大而减小。
错13. 确定铸件的浇注位置的重要原则是使其重要受力面朝上。
错14. 钢的碳当量越高,其焊接性能越好。
错15. 表面淬火主要用于高碳钢。
错16. 过共析钢的正常淬火一般均为不完全淬火。
工程材料及成型基础知识点整理教材
PPT填空题和简答题1一、填空题1、金属结晶包括形核与长大两个过程。
3、晶粒和晶粒之间的界面称为晶界。
4、在结晶过程中，细化晶粒的措施有提高冷却速度、变质处理、振动。
5、由于溶质原子的溶入，固溶体发生晶格畸变，变形抗力增大，使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
6、常见的金属晶格类型体心立方、面心立方和密排立方。
7、在晶体缺陷中，点缺陷主要有空位、间隙原子、置换原子，线缺陷主要有刃型位错、螺型位错，面缺陷主要有晶界、亚晶界8、金属结晶时，实际结晶温度必须低于理论结晶温度，结晶过冷度主要受冷却速度影响。
9、当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度及耐磨性明显提高，这一现象称为固溶强化。
10.再结晶退火的前提是冷变形＋足够高的温度，它与重结晶的区别在于无晶体结构转变。
1.奥氏体的晶格类型是面心立方。
2.铁素体的晶格类型是体心立方。
11.亚共析钢的室温组织是F+P 。
1.钢的淬透性是指钢淬火时所能达到的最高硬度值。
23．渗碳钢渗碳后的热处理包括淬火和低温回火，以保证足够的硬度。
24.在光学显微镜下观察，上贝氏体显微组织特征是羽毛状，下贝氏体显微组织特征呈针状。
5.零件失效的基本类型为_表面损伤、过量变形、断裂。
2.线型无定型高聚物的三种力学状态为玻璃态、高弹态、粘流态。
1、一个钢制零件，带有复杂形状的内腔，该零件毛坯常用铸造方法生产。
2、金属的流动性主要决定于合金的成分3、流动性不好的铸件可能产生冷隔和浇不足缺陷。
4、铸造合金充型能力不良易造成冷隔和浇不足等缺陷，12.过共析钢的室温组织是P+Fe3C 。
13.共晶反应的产物是Ld1. 20钢齿轮、45钢小轴、T12钢锉的正火的目的分别是：提高硬度，满足切削加工的要求、作为最终热处理，满足小轴的使用要求、消除网状渗碳体。
2、在正火态的20钢、45钢、T8钢；、T13钢中，T8 钢的σb值最高。
3、在正火态的20钢、45钢、T8钢；、T13钢中，T13钢的HBS值最高。
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。
工程材料及成型技术基础模考试题含答案
工程材料及成型技术基础模考试题含答案一、单选题（共90题，每题1分，共90分）1、同素异构转变伴随着体积的变化,其主要原因是( )A、致密度发生变化B、过冷度发生变化C、晶粒长大速度发生变化D、晶粒度发生变化正确答案：A2、关于金属型铸造,下列叙述错误的是( )A、型腔表面必须喷刷涂料B、金属型无退让性C、铸件在型腔内停留的时间应较长D、金属型无透气性正确答案：C3、生产大型锻件时应选用的锻造方法为( )。
A、冲压B、胎模锻C、锤上模锻D、自由锻正确答案：D4、T10钢锻坯切削加工前,应进行的预备热处理是( )。
A、去应力退火B、球化退火C、再结晶退火D、完全退火正确答案：B5、锻造时对金属加热的目的是( )A、消除内应力B、提高韧性C、提高塑性,降低变形抗力D、提高强度正确答案：C6、晶界、亚晶界是实际晶体材料晶体缺陷中的( )A、线缺陷B、体缺陷C、点缺陷D、面缺陷正确答案：D7、共析钢奥氏体化后,在A1~680℃范围内等温,其转变产物是( )。
A、上贝氏体B、屈氏体C、索氏体D、珠光体正确答案：D8、金属经冷塑性变形后,其力学性能下降的是( )A、弹性B、塑性C、强度D、硬度正确答案：B9、60Si2Mn钢制造板簧时。
其最终热处理为( )。
A、淬火+中温回火B、正火C、调质D、淬火+低温回火正确答案：A10、平衡状态下冲击韧性最好的材料是( )A、Q195B、45C、T7D、T10正确答案：A11、铸件形成缩孔、缩孔的基本原因是由于合金的( )A、液态收缩B、凝固收缩C、固态收缩D、液态收缩和凝固收缩正确答案：D12、锻造过程中,如果出现过烧现象( )A、无法消除B、可通过再结晶退火消除C、可通过热处理消除D、可通过多次锻造消除正确答案：A13、成批生产中、小型锻件,一般应采用的锻造方法是( )A、自由锻B、模锻C、锻焊组合D、胎模锻正确答案：D14、晶体中的间隙原子属于( )A、点缺陷B、线缺陷C、体缺陷D、面缺陷正确答案：A15、晶体中的位错属于( )A、体缺陷B、线缺陷C、点缺陷D、面缺陷正确答案：B16、对于高熔点合金精密铸件的成批生产,常采用( )A、压力铸造B、低压铸造C、熔模铸造D、金属型铸造正确答案：C17、下列因素中不影响合金的充型能力的因素是( )A、铸件结构B、合金的化学成分C、造型方法D、浇注温度正确答案：C18、变速箱中传动轴,其毛坯的成形方法当是( )A、焊接B、锻造C、铸造D、型材正确答案：B19、珠光体是一种( )A、两相混合物B、单相固溶体C、Fe与C的化合物D、金属间化合物正确答案：A20、珠光体的转变温度越低,则( )。
工程材料及成型工艺基础习题及答案
〔2〕影响液态合金充型能力的因素有合金的流动性、浇注条件、铸型充填条件。
〔1〕合金在铸造生产条件下，获得优质铸件的难易程度。 〔2〕流动性和收缩。合金的流动性越好、收缩越小，铸造性能越好。
2．什么是合金的铸造性能？衡量合金铸造性能的主要指标是什么 ？其是如何影响的？
图2-3 铸铁顶盖的两种设计方案
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。
大批量生产
单件生产
1
2
方案1
方案1
方案2
方案2
图(b)方案1:优点是起模高度小,砂箱高度减小;缺点是分开模造型对合箱精度要求较高,不易保证整个螺纹内孔外表的质量,且需要砂芯. 方案2:优点是整体模造型，铸件的尺寸精度易于保证；铸件螺纹内孔外表质量均匀；可以直接铸出铸件的内腔，省去了型芯。缺点是下砂箱高度大,起模高度较大. 单件生产时，应选择方案2。
图2-1 铸造应力框铸件
5. 灰口铸铁的组织和性能决定于什么因素？为什么在灰口铸铁中，碳硅含量越高，则其强度越低？
1〕灰口铸铁的组织和性能决定于化学成分和冷却速度。
2〕因为碳、硅含量越高，铸铁中的石墨片就越粗大，石墨数量也越多，对基体的破坏就越严重。同时基体中铁素体的量增加，珠光体的量减少。所以铸铁的强度越低。
金属材料成形根底作业〔2〕
4．铸件在凝固过程中所造成的体积缩减如得不到液态金属的补充，将产生缩孔或缩松。凝固温度范围窄的合金，倾向于“逐层凝固〞，因此易产生缩孔；而凝固温度范围宽的合金，倾向于“糊状凝固〞，因此易产生缩松。 5．准确地估计铸件上缩孔可能产生的位置是合理安排冒口和冷铁的主要依据。生产中确定缩孔位置的常用方法有画等温线法、内切圆法和计算机模拟凝固法等。 6．顺序凝固原则主要适用于 逐层凝固的合金，其目的是消除缩孔；同时凝固原则主要适用于 糊状凝固的合金，其目的是减小应力。
工程材料及成型技术基础考试题目
（1）、五个重要的成份点:
P：0.0218%、碳在α– Fe中的最大溶解度；
S：0.77%、共析点；
E：2.11%、碳在γ– Fe中的最大溶解度；
C：4.3%、共晶点；
K：6.69%渗碳体。
（2）、四条重要的线:ECF:共晶线ES：Acm线GS：A3线
PSK:共析线又称A1线PQ：碳在铁素铁中的固溶线
答：（1）球化退火是将钢加热到Ac1以上10~30℃，保温较长时间后以及其缓慢的速度冷却
到600℃以下，再出炉空冷的热处理工艺。
（2）主要适用于共析和过共析钢及合金工具钢的退火，使钢中的网状二次渗碳体和珠光体
中的片状渗碳体球化，降低材料硬度，改切削加工
性能，并可减小最终淬火变形和开裂，为以后的热处理做准备。
5、弹性极限：σe屈服极限：σs抗拉强度：σb弹性模量：E
6、低碳钢的应力应变曲线有四个变化阶段：弹性阶段、屈服阶段、抗拉阶段（强化阶段）、颈缩阶段。
7、洛氏硬度HRC 压印头类型：120°金刚石圆锥、总压力：1471N或150kg
8、疲劳强度表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。
（2）60Si2Mn类型：弹簧钢；用途：机车板簧、测力弹簧等
C：中高碳（0.45%~0.85%）含碳量过高时，塑性、韧性降低，疲劳强度下降。
Si、Mn：提高淬透性，耐回火性，强化基体，提高屈强比体。具有高高弹性极限、屈服点和屈强比，并具有足够的韧性。
5、同素异构转变：同种金属体材料中，不同类型晶体结构之间的转变称为同素异构转变。
6、匀晶相图：两组元在液态和固态中均为无限互溶最后形成单相固溶体的相图称为匀晶相图。如Cu—Au、Au—Ag、Fe—Cr和W—Mo等合金系相图都是匀晶相图。（L→α）
工程材料与成型技术基础复习总结重点
工程材料与成型技术基础1.材料强度是指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力。
2.工程上常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。
3.弹性模量即引起单位弹性变形所需的应力。
4.载荷超过弹性极限后，若卸载，试样的变形不能全部消失，将保留一部分残余成形，这种不恢复的参与变形，成为塑性变形。
5.产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。
6.抗拉强度是试样保持最大均匀塑性变形的极限应力，即材料被拉断前的最大承载能力。
7.发生塑性变形而力不增加时的应力称为屈服强度。
8.硬度是指金属材料表面抵抗其他硬物体压入的能力，是衡量金属材料软硬程度的指标。
9.硬度是检验材料性能是否合格的基本依据之一。
10.11.布氏硬度最硬，洛氏硬度小于布氏硬度，维氏硬度小于前面两种硬度。
12.冲击韧性：在冲击试验中，试样上单位面积所吸收的能量。
13.当交变载荷的值远远低于其屈服强度是发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。
14.疲劳度是指材料在无限多次的交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力。
熔点。
16.晶格：表示金属内部原子排列规律的抽象的空间格子。
晶面：晶格中各种方位的原子面。
晶胞：构成晶格的最基本几何单元。
17.体心立方晶格:α-Fe 、鉻（Cr）、钼（Mo）、钨（W）。
面心立方晶格：铝（Al）、铜（Cu）、银（Ag）、镍(Ni)、金（Au）。
密排六方晶格：镁（Mg）、锌（Zn）、铍（Be）、镉（Cd）。
18.点缺陷是指长、宽、高三个方向上尺寸都很小的缺陷，如：间隙原子、置换原子、空位。
19.线缺陷是指在一个方向上尺寸较大，而在另外两个方向上尺寸很小的缺陷，呈线状分布，其具体形式是各种类型的位错。
20.面缺陷是指在两个方向上尺寸较大，而在另一个方向上尺寸很小的缺陷，如晶界和亚晶界。
21.原子从一种聚集状态转变成另一种规则排列的过程，称为结晶。
结晶过程由形成晶核和晶核长大两个阶段组成。
22.纯结晶是在恒温下进行的。
23.实际结晶温度Tn低于理论结晶温度Tm的现象，称为过冷，其差值称为过冷度ΔT,即ΔT=Tm﹣Tn。
工程材料与成型工艺基础
三、断裂韧度的应用
当 KⅠ≥KⅠc时，裂纹就会扩展而导致低应力脆断。根据这个 条件：
（1)确定对材料所要求的断裂韧度K1c，作为选材的依据。 （2)估算断裂时的临界裂纹长度a ,作为裂纹探伤的依据。
c
（3)确定构件断裂时的临界应力σc 。 （4）判断构件的安全性。
ac
（ K1C
Y
）2
c
K1C Ya
第一节 材料在载荷作用下的力学行为
一、弹性变形、塑性变形和断裂 材料在载荷作用下的行为，称之为力学行 为。当外力作用在固体物质上时，随外力 增加，物体会逐渐改变其原始形状和尺寸 而发生变形，外力增加到一定数值后，物 体将发生断裂，所以变形和断裂是固体物 质受载时，随外力的增加而产生的普遍现 象。
二、应力和应变
屈服强度σs，抗拉强度σb ，弹性模量E， 断后伸长率δ和断面收缩率Ψ。
Fs σs =
S0
试样屈服时的载荷( N )
( M pa ) 试样原始横截面积( mm2)
F0.2 σ0.2 =
S0
试样产生0.2%残余塑性变 ( M pa ) 形时的载荷(N) 试样原始横截面( mm2)
Fb σb =
S0
试样断裂前的最大载荷(N)
应力：单位面积上所受的力。 应变：单位长度的伸长量。
第二节 材料的静态力学性能
一、拉伸试验及材料的强度与塑性
左图为拉伸试验机
下图为拉伸试验过 程中试样的变形及 断裂。
由上图可知：在拉伸载荷作用下，试样的变形 分为三个阶段：弹性变形阶段；塑性变形阶段； 断裂阶段。在拉伸试验过程中，可测定的主要 力学性能指标有：
( M pa )
试样原始横截面积( mm2)
S0 - S k
工程材料及成形工艺基础题库
⼯程材料及成形⼯艺基础题库⼯程材料及成形⼯艺基础题库1、⼯程材料的性能包括哪些？答：⼯程材料的物理性能主要包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。
2、说明⼯程材料的⼒学性能指标Rp、Rp0.2、ReH、ReL、A、Z、αk、Smax的名称和含义。
答：如图⽰，以拉⼒F除以试样的原始截⾯S0所得出的应⼒作为纵坐标，以伸长量ΔL除以试样的原始长度L0所得出的应变作为横坐标，得到应⼒—应变曲线。
拉伸试样与应⼒—应变曲线1—低碳钢应⼒—应变曲线；2—拉伸试样；3—拉断后试样由图可知，应⼒—应变曲线中OP段为⼀条斜直线，此时应⼒与应变呈⽐例关系，P点所对应的应⼒为保持这种⽐例关系的最⼤应⼒，称为⽐例极限，⽤Rp表⽰。
当⼯程材料的塑性变形不明显时，⼯程上通常将产⽣0.2%的残余变形时的应⼒作为条件屈服极限Rp0.2。
应⼒—应变曲线中OA为弹性变形阶段，此时，卸掉载荷试样将恢复到原来的长度，A点所对应的应⼒为⼯程材料承受最⼤弹性变形时的应⼒，称为弹性极限，⽤σA表⽰。
在⾦属材料呈现屈服现象时，在试验期间发⽣塑性变形⽽⼒不增加的应⼒点应区分为上屈服强度和下屈服强度。
图中的Z点所对应的应⼒为上屈服强度ReH，B 点所对应的应⼒为下屈服强度ReL 。
它是指当⼯程材料呈现屈服现象时的屈服极限，反映了⼯程材料抵抗永久变形的能⼒，是零件设计和⼯程材料评价的重要指标之⼀。
塑性是指⼯程材料在外⼒作⽤下产⽣永久变形⽽不破坏的能⼒。
⼯程材料塑性好坏可通过拉伸试验来测定，⼯程材料的塑性指标⼀般⽤伸长率和断⾯收缩率来评定，即u 00=100%l l A l -? 0u 0=100%S S Z S -? 式中，A 为伸长率；lu 为试样拉断后最终标距长度（mm ）；l0为试样原始标距长度（mm ）；Z 为断⾯收缩率；S0为试样原始截⾯积（mm2）；Su 为试样拉断后最终横截⾯积（mm2）。
冲击韧度是指冲断试样时，在缺⼝处单位⾯积上所消耗的冲击吸收功，即 k k 0A a S = 式中，ak 为冲击韧度（J/cm2）；Ak 为摆锤对试样所做的功（J ）；S0为试样缺⼝处横截⾯积（cm2）。
工程材料及成形工艺基础期末试题三及答案
工程材料及成形工艺基础期末试题三及答案一、填空题（每空1分，共20分）1. 影响合金充型能力的主要因素有（）、（）、（）等。
2. 金属塑性成形的方法有（）、（）、（）、（）和（）等五种。
3. 焊接热源主要有（）、（）、（）、（）、（）、（）和（）等。
4. 塑料的成形工艺性能主要包括（）、（）、热敏性和吸水性四种类型。
5. 工程材料选择的依据包括保证（）的原则、（）的原则和（）的原则三个方面。
二、选择题（每空2分，共10分）1. 当浇注具有圆柱形内腔的铸件时，用（）可省去型芯。
a.压力铸造；b.熔模铸造；c.离心铸造2. 区别冷变形和热变形的依据是（）。
a.变形时是否有加热；b.变形温度的高低；c.变形后是否有加工硬化组织。
3. 随温度下降从奥氏体中析出的渗碳体称为（），从铁素体中析出的渗碳体称为（）。
a.一次渗碳体；b.二次渗碳体；c.三次渗碳体。
4. 常温下金属的晶粒越细，则力学性能是（）。
a.强度越高，塑性越好；b.强度越高，塑性越差；c.强度越低，塑性越差。
5. 金属型铸造适用于（）生产。
a.大批、大量；b.小批量；c.成批、大量、也可单件。
三、名词解释（每题3分，共30分）1. 金属液态成形2. 金属塑性成形3. 焊接成形4. 有机高分子材料制品的成形5. 快速成形技术6. 材料的工艺性能7.焊接性8.铸造9.加工硬化四、判断题（每题1.5分，共9分）1.接近共晶成分的合金，流动性最好。
（）2.由于可锻铸铁的塑性比灰铸铁好，所以是可以锻造的铸铁。
（）3.砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、压力铸造相比，大批生产时压力铸造的生产率最高。
（）4.承受重载荷的重要零件，例如轴、齿轮、连杆等大多采用锻件毛坯。
（）5.灰铸铁通过球化退火可以转变为球墨铸铁。
（）6.在室温下进行金属变形加工，称为冷加工。
（）五、问答题（共31分）1．钨的熔点为3380 ℃，铅的熔点为327 ℃，试计算钨及铅的再结晶温度。
工程材料及成型技术基础概念_鞠鲁粤编
第一章工程材料1）固体材料的主要性能包括力学性能、物理性能、化学性能、工艺性能力学性能包括弹性、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、蠕变和磨损2）材料强度是指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力最常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度固态物质按原子的聚集状态分为晶体和非晶体常见的晶格类型:体心立方格，面心立方格，密排六方晶格3）晶格缺陷:点缺陷，面缺陷，线缺陷4）细化液态金属结晶晶粒的方法:增加过冷度，变质处理，附加振动5）合金:由两种或两种以上的金属或金属与非金属组成的具有金属性质的物质组元:组成合金的最基本、最独立的物质二元合金:由两种组元组成的合金相:合金中成分相同、结构相同，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分组织:一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体6）固态合金中的相可分为固溶体和金属化合物固溶体分为间隙固溶体和置换固溶体7）固溶强化:当溶质原子溶入溶剂晶格，使溶剂晶格发生畸变，导致固溶体强度、硬度提高，塑性和韧性略有下降的现象弥散强化:金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，使合金的强度、硬度、耐热性和耐磨性明显提高8）铁碳合金的基本相有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体和低温莱氏体9）铸铁的类型铸铁分为一般工程应用铸铁和特殊性能铸铁一般工程性能铸铁按石墨形貌不同分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁10）影响石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度11）钢的热处理:将固态钢采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的一种工艺热处理分为普通热处理（退火、正火、淬火和回火）、表面热处理（表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗）及特殊热处理（形变热处理等）12）铁碳合金相图（分析题）P32第二章铸造成形1）铸件的生产工艺方法按充型条件不同分为重力铸造、压力铸造、离心铸造按形成铸件的铸型分为砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、消失模铸造、磁型铸造等2）影响金属充型能力的因素和原因①合金的流动性②浇注温度③充型能力④铸型中的气体⑤铸型的传热系数⑥铸型温度⑦浇注系统的结构⑧铸件的折算厚度⑨铸件复杂程度影响原因①流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸件，有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除，易于对铸件补缩②浇注温度越高，充型能力越强③压力越大，充型能力越强，但压力过大或充型速度过高会发生喷射、飞溅和冷隔④铸型中的气体能产生气膜，减少摩擦阻力⑤传热系数越大，铸型的激冷能力越强，金属液于其中保持液态的时间越短，充型能力下降⑥温度越高，液态金属与铸型的温度就越小，充型能力越强⑦结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差⑧折算厚度大，散热慢，充型能力好⑨结构复杂，流动阻力大，铸型充填困难3）金属的凝固方式:逐层凝固方式，体积凝固方式，中间凝固方式4）合金收缩的缺陷:缩孔、缩松、裂纹、变形和残余应力合金收缩的阶段:液态收缩、凝固收缩、固态收缩5）影响收缩的因素:化学成分的影响，浇注温度的影响，铸件结构和铸件条件的影响6）防止缩孔的方法:定向凝固原则，同时凝固的原则7）为使铸件实现定向凝固原则或同时凝固原则，可采取的工艺措施:①正确布置浇注系统的引入位置，确定合理的浇注工艺②采用冒口③采用补贴④采用不同蓄热系数的造型材料或冷铁8）铸件的结构设计（出分析题）:看看常见的铸件结构设计，特别是不合理的结构9）砂型铸造方法的类型和基本原理砂型铸造方法主要有手工造型（用手工或手动工具完成紧砂、起模、修型的工序）和机器造型（用机器进行紧砂和起模）气动微振压实造型（低压造型）:采用振动-压实-微振紧实砂型高压造型:指压实比压超过0.7MPa的机器造型，压实机构以液压为动力。
工程材料及成型工艺基础
工程材料及成型工艺基础
工程材料
1. 金属材料
金属材料是各种工程材料中使用最广泛的一类，其具有较高的强度和
韧性，良好的导电导热性能，以及良好的可加工性。
常见的金属材料
包括钢材、铝材、铜材和锌材等。
2. 非金属材料
非金属材料的应用范围也非常广泛，包括了塑料、陶瓷、橡胶、玻璃、复合材料等。
这类材料的主要特点是密度小，比强度高，电绝缘性能好，耐腐蚀能力强。
3. 复合材料
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料，常见的包
括碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
它具有较高的强度、韧性、耐腐蚀能力以及耐磨性，但价格较高。
成型工艺
1. 焊接
焊接是两个工件通过熔化，使两个工件之间形成稳定的结合方式。
常
见的焊接方法包括电弧焊、气体保护焊和激光焊等。
2. 铸造
铸造是将液态金属或合金注入到预制的模具中，冷却凝固形成所需形状的成型方法。
常见的铸造形式有砂型铸造、永久模铸造和压铸等。
3. 塑料加工
塑料加工是指将塑料在加热的状态下挤压、吹塑、注塑等方式在模具中成型。
常用的加工方法有挤出成型、挤压成型以及注塑成型等。
4. 机械加工
机械加工是指通过旋转或移动切削工具对工件进行切削、加工和成型的过程。
常见的机械加工方法包括车削、铣削和钻孔等。
5. 热处理
热处理是通过加热和冷却的方式改变金属材料的组织结构和性能，可以使金属材料具有更好的耐腐蚀性、韧性和强度。
常见的热处理方法包括淬火、退火和正火等。
工程材料与成形工艺基础 课件说明 各章思考题及思考题答案_OK
• 答：参見教材P33。
• 4-12.什么是回火?回火工艺的分类、目的、组织与应用是什么?
• 答：参見教材P27。
• 4-13. 什么叫调质处理?调质处理获得什么组织?
• 答：参見教材P34。
• 4-14. 什么叫表面热处理?常用的表面热处理有哪些?
• 答：参見教材P34。
• 4-15.什么叫火焰加热表面淬火?目的是什么?有哪些特点?用于什么场合?
《工程材料与成形工艺基础》 课件
课件主编：赵海霞 付平 技术支持：张丽敏 主 审：孟庆东
化学工业出版社
1
《工程材料与成形工艺基础》
• 开本：16开 • 定价：28.00元 • 2008年9月化学工业出版社出版 • 编辑联系方式 化学工业出版社 机械电气分社 王清颢（hao） 地址：北京东城区青年湖南街13号
胜(各章学习指导；试题庫)。 另外，张丽敏、滕腾也参加了课件中部分图、表的校正，汇总等工作。 课件由孟庆东教授审阅。在编写过程中得到各位编者所在学校领导、老师的大力支持，参阅、借用了许多
同类课件的资料，在此一一表示衷心的感谢。 编者企望电子课件能对采用此教材的师生的教与学有所邦助。但由于编者水平有限，经验不足，加之时间
的目的及适用范围。
• 10.表面热处理的概念。
15
思考题与习题
• 4-1.什么是热处理？热处理的目的是什么? • 答：参見教材P27。 • 4-2.马氏体与贝氏体转变有哪些异同点? • 答：参見教材P31。 • 4-3.试述影响C曲线形状和位置的主要因素。 • 答：参見教材P30。 • 4-4.马氏体的硬度主要取决于什么?说明马氏体具有高硬度的原因。 • 答：参見教材P31-32。 • 4-5.珠光体、贝氏体和马氏体的组织和性能有什么区别? • 答：参見教材P30-32。 • 4-6.什么是残余奥氏体?它会引起什么问题? • 答：参見教材P27。 • 4-7.什么是退火热处理?常用的退火分为哪几种?各有何特点? • 答：参見教材P27。
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对要求高弹性极限和疲劳强度的弹簧，选用较高含碳 量的碳钢或合金钢，经淬火和中温回火的热处理工艺。 要求高硬度高耐磨性高接触疲劳抗力及适当韧性的滚
充型和收缩 2. 合金流动性的大小通常用浇注螺旋形流动性试样
的方法来衡量，流动性不会 的合金容易 产生浇不
动轴承，选用高碳的滚动轴承钢，经淬火后低温回火
足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。
含碳量 0.5%-0.85%
12. 砂型铸造的造型方法分为手工造型和机械造型
热处理：淬火加中温回火
13. 浇注系统是为填充型腔和冒口开设，通常由浇口
36.滚动轴承钢（GCr15） 高碳低铬钢，含碳量 0.95%-1.10%，含铬量 0.40%1.65%。铬的主要作用是增加钢的淬透性，是淬火及回
杯、直浇道、横浇道，内浇道四部分组成 14. 根据裂纹产生原因可分为热裂和冷裂 15. 铸造工艺设计时应确定的参数有加工余量，铸孔，
◇2 消除残余内应力，减少钢淬火时产生变形或开裂 ◇3 细化晶粒，改善组织，提高力学性能 ◇4 为最终热处理（淬火、回火）做好组织准备
iii. 改变过冷奥氏体转变曲线 iv. 提高回火抗力 v. 回火脆性
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热处理：调质处理，得到回火索氏体组织 32.低碳马氏体钢 含碳量小于 0.25%以获得板条马氏体组织
6. 影响液态合金充型能力的因素 铸型条件：铸型的蓄热能力 铸型的发气 铸型温 度 铸件结构
热处理：淬火后低温回火以获得低碳回火马氏体组织
浇注条件：浇注系统结构 充型压力 浇注温度
33.渗碳钢（20CrMnTi）
17. 变质处理就是有意地向液态金属中加入某些变质 剂，以细化晶粒和改善组织，达到提高材料性能 的目的
18. 低碳钢渗碳的目的提高表层含碳量，为淬火做好 成分准备
19. 过共析钢正常淬火温度是 Ac1+（30-50）℃ 20. 影响淬火后残余奥氏体量的主要原因是钢中合金
改变石墨形态 41. 渗碳钢含碳量在 0.1%-0.25%之间 42. 影响铸铁石墨化的主要因素化学成分和冷却速度 43. 1Cr18Ni9Ti 是不锈钢，Cr、Ni 作用是提高耐蚀性 ，
◇2 滑移总是沿着原子排列最密的原子面进行
优质碳素结构钢 45，40Mn，含碳量 0.01%为单位
◇3 滑移的距离是原子间距的整数倍
碳素工具钢 T8,T8A，含碳量 0.1%为单位，A 高级优质
◇4 滑移同时伴随着转动
铸造碳钢 ZG200-400，屈服强度不低于 200 MPa，抗拉
12.加工硬化：金属在塑性变形过程中，随着变形量的 增加，金属的强度硬度上升，塑性和韧性下降的现象 13.形变织构：金属大量变形后各晶粒某些位向趋于一
31. 调质钢（40Cr）
3. 灰口铸铁和硅黄铜流动性最好，铸钢流动性最差
含碳量中等，0.3%-0.5%，合金元素中主要为铬镍锰硅 4. 影响液态合金流动性的因素：合金的成分，温度，
等，作用是提高钢的淬透性和回火抗力，钨钼抑制回
物理性质，不溶杂质和气体
火脆性，钒细化奥氏体晶粒，微量硼提高淬透性
5. 合金凝固温度范围越宽，流动性越差
火后整个截面获得较均匀组织。
起模斜度，铸造圆角，收缩率，型芯尺寸及芯头
热处理：球壁
37.高碳低合金工具钢（9SiCr）
厚均匀，同时凝固
含碳量 0.85%-1.5%
热处理：淬火并低温回火，得到高碳马氏体加粒状碳 化物组织 38.高碳高合金工具钢 ◇1 高速钢 含碳量 0.7%-1.5%（W18Cr4V） 热处理：球化退火、淬火和多次高温下的回火
7. 缩孔和缩松是在液态收缩和凝固收缩阶段得不到
含碳量 0.1%-0.25%之间，以满足渗碳工艺要求
及时补缩形成的，而变形和裂纹是因为铸造应力
热处理：在机械加工到留有磨削余量时，进行渗碳处 8. 合金的铸造性能主要包括充型能力和收缩
理并空冷后，再进行淬火和低温回火，零件表面为高 碳回火马氏体加细小碳化物，具很高硬度和耐磨性 34.超高强度钢
性重复排列的固体。晶体具有固定的熔点、规则的几 21.淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力
何外形和各向异性的特性。
22.回火的目的：
4.常见金属晶体结构：体心立方结构 bcc，面心立方 ◇1 消除淬火时产生的残余内应力
结构 fcc，密排六方结构 hcp
◇2 提高材料的塑性和韧性，获得良好综合力学性能
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※※※三 0 五实验室 潘焕 创建于 2009-10-22 22:25:00※※※
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★工程材料及成形工艺基础★
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强度不低于 400 MPa。 27.铸铁： 灰铸铁 HT200，抗拉强度不低于 200 MPa。
致的结构
球墨铸铁的生产为以铁代刚，以铸代锻开辟广阔途径
14.回复，强度硬度稍有降低，塑性略有提高，内应力 QT400-18 后面数字代表最低抗拉强度和延伸率
有较多降低，点缺陷大为减少
可锻铸铁可分为黑心可锻铸铁（KTH300-06）珠光体可
应得到 S+F，过共析钢为 S+Fe3CⅡ 25.回火：将淬火钢加热至 Ac1 点以下某一温度，保温 一定时间，然后冷却至室温的热处理工艺。 26.碳钢分类：
11.滑移的特点：
碳素结构钢 Q235-A·F 其中 A,B,C,D 表示质量等级，
◇1 滑移是在切应力作用下进行的，与正应力无关
从左至右质量依次提高，屈服点 235MPa，沸腾钢
7.过冷度的大小与冷却速度有关，冷却速度愈快，过 24.正火：将钢加热到 Ac1 或 Accm 以上 30-50℃，保
冷度愈大
温，得到均匀的单相 A，再于空气中自然冷却，获得
8.细晶强化：一般情况下金属的强度、塑性和韧性都 细小的珠光体组织，主要是索氏体组织。对亚共析钢
随晶粒的细化而提高。 9.细晶强化的措施：增加过冷度，变质处理，机械振 动、超声波振动和电磁振动 10.单晶体塑性变形的两种方式：滑移和孪生。
30.不重要零件，综合力学性能要求不高时可选用中碳
变形失效，断裂失效，腐蚀失效，磨损失效
钢，经正火即可。综合力学性能要求较高的零件，如
轴连杆螺栓等，应选用中碳中合金钢的调质钢，采用 调质处理。表面耐磨心部要求韧的零件如变速箱齿轮，
材料成形工艺基础
应用低碳或低碳合金，经渗碳、淬火和低温回火处理。 1. 影响成形工艺及铸件质量的两个基本问题：
加工硬化能被消除，变形抗力小，加热可提高塑性
中合金钢：金元素总量 5%-10%
17.两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶的合金
高合金钢：金元素总量大于 10%
系称为匀晶系
29.合金元素对钢组织的影响
18.钢退火和正火的目的： ◇1 调整硬度以便进行切削加工
i. 改变 Fe-Fe3C 相图 ii. 细化奥氏体晶粒
★工程材料及成形工艺基础★
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工程材料
19.正火的应用： ◇1 普通零件的最终热处理，细化珠光体组织
1.布氏硬度，压头，直径为 D 的淬火钢球或硬质合金 ◇2 低碳钢正火可提高硬度，有利于切削加工
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球，压头为钢球时 HBS，硬质合金球用 HBW
◇3 中碳钢正火替代退火，节约时间和能源
2.洛氏硬度，标准压头（顶角 120 度的金刚石圆锥或 直径 1.588mm 的钢球）根据压力和压头不同三种形式 HRA，HRB，HRC，最常用 HRC 3.晶体是原子（或分子）在三维空间作有规律的周期
◇4 高碳钢正火消除网状化合物 ◇5 铸件正火改善性能，细化晶粒均匀组织 20. 淬火是将钢奥氏体化 后快速 冷却获 得马氏 体组织 的热处理工艺，提高钢的硬度和耐磨性
最小冷却速度，值越小淬透性越好
体的实际晶粒度 11. 一次渗碳体从液体中析出，二次渗碳体从奥氏体
中析出，三次渗碳体从铁素体中析出
35. 钢锉要求 62-64HRC，工艺路线：下料-正火-球化 退火-机加工-淬火-低温回火-校直 正火消除网状二次渗碳体以保证球化退火时渗碳
12. 常用 45 号钢制造机械零件，主要因其良好的综合
相区，所有铁碳合金皆由此两相组成
33. 钢中加入合金元素可提高强度，合金强化的途径
8. 具有匀晶相图的单相固溶体合金锻造性能好 9. 当二元合金进行共晶反应时，其组成三相共存 10. 钢淬火后获得马氏体组织的粗细主要取决于奥氏
一般有固溶强化、第二相强化和细晶强化 34. 临界冷却速度 Vk 指淬火时只发生马氏体转变的
9. 消除铸件中残余应力的方法是时效处理 10. 凝固温度窄的合金倾向于逐层凝固，易产生缩孔，
凝固温度宽的合金倾向于糊状凝固，易产生缩松
含碳量中等
11. 铸件冷却收缩过程中，因壁厚不均引起的应力称
热处理：淬火并低温回火
热应力，铸件收缩受到铸型 、型芯、浇 注系统等