机械工程材料(钢铁材料——合金钢)
合 金 钢
钢铁材料
（2）合金模具钢
1．冷作模具钢 冷作模具钢是用于制造冷冲模、冷挤压模、拉丝模等
，工作中要承受很大的压力、冲击载荷和强烈的摩擦。 所以冷作模具钢应具有高的硬度、耐磨性、抗疲劳性和 一定的韧性。大型模具还要求有良好的淬透性。 2．热作模具钢
热作模具是在高温下工作的，如热锻模、热挤压模和 压铸模等。这些模具工作时承受很大的冲击力，因此要 求热模具钢具有高的热强性和热硬性、高温耐磨性和高 的抗氧化性，以及较高的抗热疲劳性和导热性。
钢铁材料
（2）合金渗碳钢
合金渗碳钢的含碳量在0.10％～0.25％之间，心部有 足够的塑性和韧性；加入铬、锰、镍、硼等合金元素 可提高钢的淬透性，使零件在热处理后，表层和心部 均得到强化；加入钒、钛等合金元素，可细化晶粒， 防止高温渗碳过程中晶粒长大。
合金渗碳钢的热处理,一般是渗碳后淬火、低温回火 。
业等领域用于制造在各种腐蚀介含质碳中量工越作的零件和结构
低耐蚀性
➢ 性能要求 ➢ 成分特点
耐蚀性
越好
含碳量在0.03提%蚀-高0性.耐95%
获相得奥体提氧的单氏高化耐钢性蚀在酸性非中
合金元素 Cr、Ni、Mo
在腐蚀性介质中具有抗腐蚀性能的钢
钢铁材料
（2）耐热钢
通常在钢中加入 Cr、Si、Al等元 素，在高温下形 成高熔点、稳定 而致密的氧化膜
GCr × [-□□]
提高淬透
除Cr外其它合金元素性的稳和元定回素性火符号 Cr的千分之几
3.化学成分
含碳量0.95-1.10%，含铬量0.4-1.65%
4.热处理及组织
预先热处理 最终热处理
球化退火 淬火+低温回火
钢铁材料
4、特殊性能钢
机械工程材料-4章 钢铁材料
③对回火转变的影响
合金元素提高淬火钢的回火稳 定性。合金元素能使铁原子和碳原 子扩散速度减慢，淬火钢回火时马 氏体分解减慢，析出的碳化物难于 聚集长大，保持一种较细小、分散 的状态。 因此淬火回火后合金钢的硬度 和强度高，这有利于提高结构钢的 强度、韧性和工具钢的红硬性。 合金元素使钢产生二次硬化现 象。高合金钢在500～600℃度范围 回火时，其硬度并不降低，反而升 高，这种现象称为二次硬化。
2.工业用钢的编号方法
①普通碳素结构钢
1）碳素钢
质量等级符号含义 A：只保证力学性能 ，要求最低 B：只保证化学成分； C：保证力学性能、化学成分； D：保证力学性能、化学成分、金相组织。
Q 235–A F Q XXX–X X
脱氧方法符号：F、B、Z、TZ 质量等级符号：A、B、C、D 钢的屈服强度数值（MPa）
②合金工具钢
一位数字 + 元素符号 + 数字
合金元素含量，单位1% 合金元素符号 平均含碳量，单位：0.1%；Wc＞1% 时不标出
注： 当合金元素含量小于1.5％时，只标明元素符号，不标含 量；当含量在1.5%～2.5% 时标2，在2.5%～3.5% 时标3…… 当Wc≥1%时，不标出含碳量，避免与合金结构钢混淆。 高速钢（W18Cr4V，Wc=0.7%-0.8% ）例外。 例：9SiCr表示Wc=0.9％，Si、Cr的含量都小于1.5％。
合金元素溶入铁素体对合金性能的影响
2 与铁的相互作用
铁素体形成元素：即缩小奥 氏体相区的元素，包括Cr、Mo、 W、Ti、Si、Al、B等。如欲得到 室温铁素体钢，需向钢中加入铁素 体形成元素。
奥氏体形成元素：即扩大奥 氏体相区的元素，包括Ni、Mn、 Co、Cu、Zn、N等。如欲得到室 温奥氏体钢时，需向钢中加入奥 氏体形成元素。
低碳钢和低碳合金钢
低碳钢和低碳合金钢低碳钢是一种含碳量较低的钢铁材料。
通常情况下，其碳含量在0.05%至0.25%之间。
低碳钢具有良好的可塑性、可焊性和淬火性能，因此在工程领域得到广泛应用。
低碳钢的主要特点是碳含量较低，这使得它具有较高的可塑性。
低碳钢可以通过热处理或冷加工来改变其物理和机械性能，从而适应不同的工程需求。
由于其可塑性好，低碳钢易于加工成各种形状，比如板材、管材、棒材等。
此外，低碳钢还具有较好的可焊性，使得它可以通过焊接等方式与其他材料进行连接，增加了其应用的灵活性。
低碳钢的淬火性能也是其重要的特点之一。
通过淬火处理，低碳钢可以获得较高的硬度和强度，从而适用于一些对强度要求较高的场合。
此外，低碳钢还具有良好的可靠性和耐腐蚀性能，这使得它在建筑、汽车制造、机械制造等领域得到广泛应用。
低碳合金钢是低碳钢的一种变种，其主要特点是在低碳钢的基础上添加了一些合金元素。
这些合金元素可以改变钢的组织结构和性能，从而使得低碳合金钢具有更高的强度和硬度。
与普通低碳钢相比，低碳合金钢的耐热性和抗磨性也有所提高。
低碳合金钢的应用范围较广。
在汽车制造行业，低碳合金钢常被用于制造车身和车架等零部件，以提高汽车的强度和安全性能。
在航空航天领域，低碳合金钢常被用于制造飞机的结构件和发动机零部件，以满足高强度和轻量化的要求。
此外，低碳合金钢还常被用于制造机械设备、石油管道和建筑结构等领域。
低碳钢和低碳合金钢是两种重要的钢铁材料。
低碳钢具有较高的可塑性、可焊性和淬火性能，适用于各种工程需求。
低碳合金钢在低碳钢的基础上添加了合金元素，具有更高的强度和硬度，广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。
这两种材料在工程领域的应用为我们的生活带来了很多便利和进步。
机械基础电子教案(梁青鹏)
珙县职业高级中学教案学科机械基础授课班级 13级机电3班教师姓名梁青鹏Ⅰ教学过程Ⅱ教学辅件——任务书完成下列任务Ⅲ另附多媒体课件：Ⅳ任务完成评价方法说明：对于实施了企业化管理的课堂教学，可以将下表定成册，即“学生综合业绩考核表”，人手一册，记录每一次活动任务的综合表现情况。
对于对于某些科目课堂教学，可以将完成当次任务所组成的临时小组作为考核单元，由指定的任务组长组织组员进行每人当次任务综合表现的评价。
任务完成评价表任务序号：珙县职业高级中学教案学科机械基础授课班级 13级机电3班教师姓名梁青鹏Ⅰ教学过程Ⅱ教学辅件——任务书完成下列任务Ⅲ另附多媒体课件：Ⅳ任务完成评价方法说明：对于实施了企业化管理的课堂教学，可以将下表定成册，即“学生综合业绩考核表”，人手一册，记录每一次活动任务的综合表现情况。
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机械工程材料
三、硬度（第二节金属材料的力学性能） HV维氏硬度—主要用于测定很薄材料和表面薄层硬度。 HS肖氏硬度—肖氏硬度计机体体积较小，携带方便，主要用于测定大而笨重的 工件或大型钢材的硬度。肖氏硬度试验，在工件上基本不留痕迹，适于测定精 密量具的表面硬度。 各种硬度的硬度值之间不存在理论上的换算关系，它们之间不能用来直接比较 材料的硬度高低。 在要求不很精确时使用。 当布氏硬度值在200～600HBS(W)范围时： HRC≈1／10HBS(W) 当布氏硬度值小于450HBS时： HBS≈HV HS≈1／6HBS 硬度指标的测定与其他力学性能指标测定相比较，其试验方法简便、迅速、易 掌握，不需要特殊加工试样，试样可以是大小、厚薄、形状各异的原材料，也 可以是毛坯件或成品零件。 生产中常把硬度指标作为技术条件之一标注在图样中。表1—4所列是一些钢件 的硬度要求
四、冲击韧度（第二节金属材料的力学性能）
金属材料的冲击韧度αk与其化学成分、组织、表面质量
及温度等因素有关。有些材料在常温下，具有较好的韧性， 不显示脆性，但在一定的较低温度下韧性降低，发生向脆性 的转化．显示出脆性。这种脆性转变在工程中很值得注意。
机械工程材料
金属材料
• 黑色金属 • 有色金属
非金属材料 复合材料
第一章 金属材料基础知识
第一节 钢材生产概述 第二节 金属材料的力学性能 第三节 金属的物理、化学性能及工艺性能 复习思考题
第一节钢材生产概述（第一章）
一、钢与生铁 二、钢的分类 三、钢铁材料的生产过程 四、钢材品种
二、塑性（第二节金属材料的力学性能）
二、塑性
是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。塑性也 是通过拉伸试验测定的。表示塑性的指标是：
2023年广东省专升本机械工程基础知识点考点大纲复习资料【超全】
专升本机械工程基础第二章静力学第三章第四章常用机构第五章第六章第七章齿轮传动第八章轮系第九章第十章液压传动第十一章第十二章基础绪论第一节机械的概念与组成•机构•机器一、机器的特征机器实例1：内燃机。
•功能：内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器。
第一节机械的概念与组成气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮9一、机器的特征•一、机器的特征运动：••一、机器的特征机器实例2：牛头刨床•经变速机构•床身12）6 3 齿轮4、578•••一、机器的特征第一节机械的概念与组成床身1导杆7齿轮5齿轮4滑块6刨头8一、机器的特征一台完整的机器的组成大致可包括：润滑、显示、照明等辅助系统原动机部分传动部分执行部分传感器传感器传感器控制系统一、机器的特征1、原动机原动机经历了如下发展过程：风力机→蒸汽机、内燃机电动机一、机器的特征一、机器的特征一、机器的特征2、传动机构用来连接原动机机构和执行机构，将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。
传动部分大多数采用机械传动机构，有时也采用液压或电力传动机构。
如：常用的各种减速和变速装置均可作为传动机构。
一、机器的特征3、执行机构它是一部机器中最接近作业工作端的机构，它通过执行构件与被作业件相接触，以完成作业任务。
如：起重机和挖掘机中的起重吊运和挖掘机构。
一、机器的特征4、控制与辅助系统第一节机械的概念与组成一、机器的特征机器——轿车一、机器的特征123如二、机构、构件和零件1两个以上2、具有以上三个特征前两个特征二、机构、构件和零件常用的机构•连杆机构•凸轮机构•齿轮机构•简谐运动机构•带传动和链传动机构•螺旋机构•组合机构二、机构、构件和零件二、机构、构件和零件二、机构、构件和零件二、机构、构件和零件二、机构、构件和零件3构件的分类：•固定件•原动件•从动件二、机构、构件和零件3、构件：组成机器的各个相对运动的实物。
机械工程材料的定义和分类
绪论一、机械工程材料的定义和分类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、分类按化学成分分为: 金属材料(用量最大、应用范围最广)高分子材料(质轻、耐腐蚀、化工、机械、航空航天等)陶瓷材料（高电强、高硬度、耐腐蚀、绝缘、勇于电器化工等）复合材料（轻、高强度、结合两种材料的性能优点，用于航空航天等领域）二（机械）工程材料的性能力学性能（）保证构件安全可靠（1）材料的使用性能物理性能包括两方面化学性能切削加工性能保证构件容易制备铸造性能材料的工艺性能焊接性能热处理性能：实际进行机械设计时：主要考虑的是材料的使用性能，其中有以力学性能最为重要。
原因：如果力学性能不能瞒住工作的要求时，将引起重大事故，带来灾难。
（如泰坦尼克巨轮的沉没，哥伦比亚号航天分级的解体和坠毁等）这些都是由于零件（部件）的失效引起的。
第一章机械零件的失效分析简介：一失效的定义1任何一个机械零件或部件都要具有一定的功能：（零件设计功能）（1）P、T、M 下，保持一定的几何形状和尺寸(最基本的要求，桥梁，钢轨等)（2）实现规定的机械运动（发动机中的活塞和衢州，把直线运动转换成沿圆周运动）（3）传递力和能（齿轮，传递力矩，水轮机江水能转变成电能）2失效：零件失去设计要求的效能（功能）----失效形式多样，常见的分为以下几种方式。
过量变形断裂磨损腐蚀2引起失效的原因：外界载荷、温度、介质等材料又损害作用（外界对材料的损害）材料本身：抵抗损害的能力。
（这种能力是有限的）若：前者大于后者------失效前者等于后者-------临界状态前者小于后者------正常工作二研究失效的意义1通过失效分析-----找出失效原因------确定相应的抗力指标-----为选材和制定工艺提供依据；2通过失效分析----减少和预防机械产品类事故的重复发生，提高产品质量、减少经济损失；3失效分析工作是机械产品维修工作的基础,确定维修的技术和方法,提高维修工作的质量和效益；4失效分析可以为人仲裁事故责任、侦破犯罪等提高可靠的技术依据。
机械工程基础课件单元七钢铁材料
单元七
钢铁材料
7.2.3 合金钢的牌号和用途
1.合金结构钢的牌号 合金结构钢的牌号采用“两位数 字+元素符号(或汉字)，+数字”表示。 2.合金工具钢的牌号 合金工具钢的牌号采用“一位数 字+元素符号(或汉字)，+数字”表示。
单元七
1.普通碳素结构钢 （1）牌 号
钢铁材料
7.1.3碳素钢的牌号和用途
Q ××× [-□□]
质量等级和脱氧方式 屈服强度值
屈服强度 屈服强度 质量级别 ＞ 235MPa 质量等级 A、B、C、D；脱氧方式 碳素结 为A的沸 F表示沸腾钢；b表示半镇静钢；Z 表示镇静钢； TZ表示特殊镇静钢 构钢 腾钢
单元七
P：由生铁带入。全部 溶于F中，使钢的强度硬 度升高，而塑性、韧性 显著下降。特别是使钢 在低温时脆性急剧增加， 称为冷脆性。因此钢中 要限制磷的含量： ≤0.045% 。 P多，脆性大，可制 造炮弹、改善切削加工 性能。
钢铁材料
比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆 性于1938年冬发生断裂坠入河中
单元七
3．按钢的用途分类
钢铁材料
根据钢的用途不同，可分为： （1）碳素结构钢 主要用于制造各种机械零件和工程结构。 （2）碳素工具钢 主要用于制造各种刃具、量具和模具。 （3）碳素铸钢 主要用于制作形状复杂，难以用锻压等方法成形 的铸钢件。
单元七
钢铁材料
4.按冶炼时脱氧程度的不同分类
(1)镇静钢 钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅进行了充分脱氧 ,Wo = 0.01%左右, 成分较均匀、组织较致密。主要用于机械 性能要求较高的零件。 (2)沸腾钢 钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧,Wo = 0.03%～ 0.07%,成分偏析较严重、组织不致密。机械性能不均匀, 冲击韧性差, 常用于要求不高的零件。 (3)半镇静钢 半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢和沸腾钢之间的钢, 是用锰铁和硅铁进行脱氧。其质量也介于二者之间,可代 替部分镇静钢,一般不适于做重要零件。
机械基础复习资料含习题答案(李世维版)-图文
机械基础复习资料含习题答案（李世维版）-图文第二部分机械基础第四章金属材料和热处理本章重点1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。
2．了解：工艺性能的含义。
3．了解：热处理的概念及目的。
4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。
5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。
6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。
7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。
本章内容提要一．金属材料的性能1．物理、化学性能物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。
化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。
如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。
2．金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。
主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（1）强度强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。
常用的强度是抗拉强度。
工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。
（2）塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。
常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。
LLδ1o100%伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。
Lo式中，L0表示试样原长度（mm），L1表示试样拉断时的长度（mm）。
断面收缩率：是指试样拉断后，缩颈处横截面积（A1）的最大缩减量与原始横截面积（A0）的百分比。
AA1ψ0100%A0（3）硬度硬度是金属材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形能力；是金属表面局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。
目前最常用的硬度是布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC、HRB、HRA）和维氏硬度（HV）。
（4）韧性韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。
工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。
（5）疲劳强度疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。
一般规定，钢铁87材料的应力循环次数取10，有色金属取10。
合金钢材 (2)
合金钢材1. 简介合金钢是一种由铁和其他元素（如碳、铬、镍、钼等）合金化制成的钢材。
相比普通钢材，合金钢具有更高的强度、硬度和耐磨性。
由于其出色的性能，合金钢广泛用于制造工程机械、汽车零部件、航空航天器材和船舶等领域。
2. 合金钢的种类合金钢可以根据其成分和性能分为多种不同的类型，下面介绍几种常见的合金钢。
2.1. 碳钢碳钢中主要合金元素是碳，通常含碳量在0.2%至2.11%之间。
碳可以提高钢的硬度和强度，但会降低其韧性。
碳钢广泛应用于建筑和桥梁等领域。
2.2. 铬钢铬钢中添加了铬元素，通常含铬量在12%至30%之间。
铬能提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性能。
铬钢常用于制造不锈钢、汽车零部件和压力容器等。
2.3. 镍钢镍钢中加入了镍元素，通常含镍量在3%至25%之间。
镍能提高钢的韧性和耐腐蚀性。
镍钢广泛应用于船舶和航空航天器材等领域。
2.4. 钼钢钼钢中添加了钼元素，通常含钼量在0.25%至5%之间。
钼能提高钢的强度和韧性，同时还具有耐磨性和耐高温性能。
钼钢常用于制造高速切削工具和先进的合金材料。
3. 合金钢的制造合金钢的制造过程可以分为以下几个步骤：3.1. 配料首先，根据合金钢的配方要求，将铁矿石、废钢、回炉料等原料按照一定比例混合。
同时，根据不同的合金元素要求，加入适量的合金元素粉末。
3.2. 炼钢配料完成后，原料进入炼钢炉进行冶炼。
在冶炼过程中，高温下的还原剂将氧化铁还原为金属铁，并与合金元素结合，形成合金钢。
3.3. 出钢冶炼完成后，将熔融的合金钢浇铸成坯料。
根据需要，坯料可以进一步加工成不同形状的钢材，如板材、型材、圆钢等。
3.4. 热处理为了提高合金钢的性能，常常需要进行热处理。
常见的热处理方法包括退火、正火、淬火和回火等。
通过热处理，可以改善合金钢的硬度、强度和韧性。
4. 合金钢的应用合金钢由于其优异的性能，被广泛应用于各个领域。
•在工程机械制造中，合金钢可用于制造挖掘机斗齿、履带链轮以及高强度的传动轴等零部件。
机械材料手册
机械材料手册机械材料是指用于制造机械零部件的材料，其性能直接影响着机械产品的质量和使用寿命。
在机械制造领域，选择合适的材料对于提高产品的性能和降低成本至关重要。
因此，本手册将介绍一些常见的机械材料，包括金属材料、塑料材料和复合材料，以及它们的特性、用途和加工工艺。
首先，金属材料是机械制造中最常用的材料之一。
常见的金属材料包括钢、铝、铜、铸铁等。
钢是一种铁碳合金，具有优良的机械性能和加工性能，广泛用于制造各种零部件。
铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，常用于制造航空器和汽车零部件。
铜具有良好的导电性和导热性，常用于制造电气设备和导热器材。
铸铁具有良好的铸造性能和低成本，广泛用于制造机床床身、发动机缸体等。
其次，塑料材料在机械制造中也占据重要地位。
塑料材料具有较低的密度、良好的耐腐蚀性和电绝缘性，广泛用于制造各种零部件。
常见的塑料材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
聚乙烯具有良好的韧性和耐磨性，常用于制造容器、管道等。
聚丙烯具有良好的耐热性和化学稳定性，常用于制造化工设备和管道。
聚氯乙烯具有良好的耐候性和耐腐蚀性，常用于制造建筑材料和电缆。
聚苯乙烯具有良好的绝缘性和抗震性，常用于制造包装材料和保温材料。
最后，复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优异的综合性能，广泛用于制造高性能零部件。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维复合材料、陶瓷复合材料等。
玻璃钢具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，常用于制造化工设备和船舶。
碳纤维复合材料具有较高的强度和刚度，广泛用于制造航空器和汽车零部件。
陶瓷复合材料具有良好的耐高温性和耐磨性，常用于制造发动机零部件和刀具。
综上所述，机械材料是机械制造中不可或缺的一部分，选择合适的材料对于提高产品的性能和降低成本至关重要。
本手册介绍了一些常见的机械材料，包括金属材料、塑料材料和复合材料，希望能对机械制造领域的从业人员有所帮助。
学习机械工程材料的心得
学习机械工程材料的心得材料是人类生产和生活的物质基础。
人类社会发展的历史表明，生产技术出的进步和生活水平的提高与新材料的应用信息相关。
材料的种类很多，其中用于机械制造的各种材料称为机械工程材料。
生产中用来制造机械工程结构、零件和工具的机械工程固体材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料四大类。
高分子材料和陶瓷材料俗称非金属材料。
金属材料是最重要的机械工程材料，它包括:铁和以铁为基点的合金(俗称黑色金属)，如钢、铸铁和铁合金等;非金属材料(俗称有色金属)，如铜以及铜合金、铝及铝合金等。
钢铁材料在工程上应用最广，占全部结构材料、零件材料和工具材料的70%以上。
但是随着科学技术的发展，金属材料的应用比例将逐渐减少，而非金属材料和复合材料的应用比例将逐步增加。
我们学习的机械材料主要是金属材料。
那么金属材料有哪些性质呢?我们学的主要是金属的力学性能、金属的晶体结构与结晶和钢的热处理。
金属的力学性能有强度、塑性、硬度、韧性与疲劳强度。
强度是指金属材料刚塑性变形的能力。
硬度是指材料抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的的能力。
韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力。
疲劳强度是指零件在交变应力作用下，在一处或几处产生局部永久性积累损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。
在金属的晶体结构与结晶的学习中主要把握晶体的结构的基础知识(晶体与非晶体、晶格与晶胞)，常见的晶格类型有:体心立方晶格、面心立方晶格、秘排六方晶格。
纯金属的实际金体结构有点缺陷、线缺陷和面缺陷。
合金在固态下的基本相分为固溶体和金属化合物。
还要把握冷却曲线和过冷度、纯金属的结晶过程、金属晶粒的大小与控制和铸锭的组织。
最重要的是铁碳合金相图铁碳合金相图共分为八个相区，八个点，八条线。
最重要的多的是"三点、三线、和八相"S点是共析点，E点是碳在γ铁中的最大溶解度，G点是纯铁的同素异晶转转变点α铁转变为γ铁;PSK线是共析线,也称A1线,凡是Wc0.0218%的铁碳合金，缓冷至该线(727°)时，均发生共析转变生成珠光体(P)，GS线也称A3线，Wc0.77%的铁碳合金，缓冷时，由奥氏体中析出铁素体的开始线，也是缓慢加热时，铁素体转变为奥氏体的终了线。
机械工程常用材料的分类
※ 机械工程常用材料的分类材 料 分 类应 用铸铁灰铸铁低牌号（HT100、HT150）对力学性能无一定要求的零件，如盖、底座、手轮、机床床身等高牌号（HT200～400）承受中等静载的零件，如机身、底座、泵壳、法兰、齿轮、联轴器、飞轮、带轮等可锻铸铁铁素体型（KTH ）承受低、中、高动载荷和静载荷的零件，如差速器壳、犁刀、扳手、支座、弯头等珠光体型（KTZ ） 要求强度和耐磨性较高的零件，如曲轴、凸轮轴齿轮、活塞环、轴套、犁刀等 球墨铸铁 和可锻铸铁基本相同特殊性能铸铁分别用于耐热、耐蚀、耐磨等场合 钢碳素钢低碳钢（碳的质量分数≤0.25％） 铆钉、螺钉、连杆、渗碳零件等 中碳钢（碳的质量分数＞0.25％～ 0.60％） 齿轮、轴、蜗杆、丝杠、联接件等 高碳钢（碳的质量分数＞0.60％） 弹簧、工具、模具等合金钢低合金钢（合金元素总的质量分数≤5％）较重要的钢结构和构件、渗碳零件、压力容器等 中合金钢（合金元素总的质量分数＜5％～10％ 飞机构件、热镦锻模具、冲头等高合金钢（合金元素总的质量分数＞10％） 航空工业蜂窝结构、液体火箭壳体、核动力装置、弹簧等 铸钢普通碳素铸钢 低合金铸钢 机座、箱壳、阀体、曲轴、大齿轮、棘轮等容器、水轮机叶片、水压机工作缸、齿轮、曲轴等特殊用途铸钢分别用于耐蚀、耐热、无磁、电工零件、水轮机叶片、模具等铜合金 铸造铜合金铸造黄铜 铸造青铜 用于轴瓦、衬套、阀体、船舶零件、耐蚀零件、管接头等 用于轴瓦、蜗轮、丝杠螺母、叶轮、管配件等变形铜合金 黄铜青铜用于管、销、铆钉、螺母、垫田、小弹簧、电器零件、耐蚀零件、减摩零件等用于弹簧、轴瓦、蜗轮、螺母、耐磨零件等轴承 合金锡基轴承合金 用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、耐蚀性、韧性、导热性均良好铅基轴承合金用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、导热性均良好，价格较低，但强度、韧性和耐蚀性稍差塑料 热塑性塑料（如聚乙烯、有机玻璃、尼龙等）、热固性塑料（如酚醛塑料、氨基塑料等）用于一般结构零件、减摩件、耐磨零件、传动件、耐腐蚀件、绝缘件、密封件、透明件等橡胶通用橡胶、特种橡胶用于密封件、减振件、防振件、传动带、运输带和软管、绝缘材料、轮胎、胶辊、化工衬里等※ 常用钢铁材料的牌号及力学性能材 料 力 学 性 能试件尺寸／mm 类 别 牌 号 抗拉强度σb／MPa 屈服点σs ／MPa 断后伸长率δ ／％ 碳素结构钢 Q215 Q235 Q275 335~450 375~500 490~630 215 235 275 31 26 20 d ≤16 优质碳素结构钢20 35410 530245 31525 20d ≤2545 65Mn 600735355430169合金结构钢35SiMn40Cr20CrMnTi885980108073578583515910d≤25d≤25d≤15铸钢ZG270—500ZG310—5702703105005701815 d＜100灰铸铁HT150HT200HT250145195240------------壁厚10-20球墨铸铁QT400-15QT5OO-7QT600-34005006002503203701573壁厚30～200※ 钢材常用热处理方法名称操作方法目的应用退火将钢件加热到临界温度（约723°C）以上30～50°C，保温一段时间，然后随炉冷却降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；细化晶粒，改善力学性能；消除冷热加工所产生的内应力适用于碳素钢和合金钢的铸件、锻件和焊接件；一般在毛坯状态下进行退火正火（常化）将钢件加热到临界温度以上30~50°C保温一定时间，然后在空气中冷却，冷却速度比退火快与退火相似用于处理低、中碳钢零件；渗碳零件的预先热处理工序淬火将钢件加热到临界温度以上，保温一定时间，然后在水、盐水或油中快速冷却获得高强度和高硬度，提高耐磨性和耐蚀性适用于碳的质量分数大于0.3％的碳素钢、合金钢；淬火后能发挥钢的强度和耐磨性潜力，但产生很大内应力，降低塑性和韧性，故应回火以得到较好的综合性能回火将淬火后的钢件再加热到临界以下的温度，保温一定时间后，在空气、油或水中冷却按回火温度不同，又分低温回火（150~250°C），中温回火（300~500°C），高温回火（500~650°C）降低或消除淬火后产生的内应力，减少工件变形，提高塑性和韧性；稳定工件尺寸要求硬度55~62HRC，用低温回火；要求硬度35~45HRC，用中温四火；要求硬度23～35HRC用高温回火调质淬火后再进行高温回火改善切削加工性能；减小淬火时的变形；适用于中碳钢和淬透性较好的合金钢；可作为重获得良好的综合力学性能要零件（如轴）的热处理，精密零件的预先热处理时效将钢件加热到120～130℃以下，长时期保温，随炉或在空气中冷却降低或消除淬火后的微观应力和机械加工产生的残余应力稳定工件形状及尺寸※常用金属材料其他数据金属材料熔点、热导率及比热容名称熔点℃热导率W/（m·K）比热容J（kg·K）名称熔点℃热导率W/（m·K）比热容J（kg·K）灰铸铁1200 46.4~92.8 544.3 铝658 203 904.3 铸钢1425 489.9 铅327 34.8 129.5 低碳钢1400~1500 46.4 502.4 锡232 62.6 234.5 黄铜950 92.8 393.6 锌419 110 393.6 青铜995 63.8 385.2 镍1452 59.2 452.2材料线[膨]胀系数材料温度范围(℃)20 20~10 20~200 20~300 20~400 20~600 20~700 20~900 70~1000工程用铜黄铜青铜铸铝合金铝合金碳钢铬钢3Cr131Cr18/Ni9Ti铸铁镍铬合金砖水泥、混凝土胶木、硬橡皮玻璃有机玻璃18.44~24.59.510~1464~7716.6~17.117.817.622.0~24.010.6~12.211.210.216.68.7~11.114.54~11.513017.1~17.218.817.923.4~24.811.3~1311.811.1178.5~11.617.620.918.224.0~25.912.1~13.512.411.617.210.1~12.118.~18.112.9~13.91311.917.511.5~12.718.613.5~14.313.612.317.912.9~13.214.7~1512.818.6 19.317.6常用材料的密度材料名称密度)(33mtcmg材料名称密度)(33mtcmg材料名称密度)(33mtcmg碳钢合金钢球墨铸铁灰铸铁7.8~7.857.97.37.0铅锡镁合金硅钢片11.377.291.747.55~7.8无填料的电木赛璐珞酚醛层压板尼龙61.21.41.3~1.451.4~1.14紫铜黄铜锡青铜无锡青铜碾压磷青铜冷拉青铜工业用铝8.98.4~8.858.7~8.97.5~8.28.88.82.7锡基轴承合金铅基轴承合金胶木板、纤维板玻璃有机玻璃矿物油橡胶石棉板7.34~7.759.33~10.671.3~1.42.4~2.61.18~1.190.921.5~2.0尼龙66尼龙1010纵纤维木材横纤维木材石灰石、花岗石砌砖混凝土1.14~1.151.04~1.060.7~0.90.7~0.92.4~2.61.9~2.31.8~2.45常用材料的弹性模量及泊松比名称弹性模量EGPa切变模量GGPa泊松比μ名称弹性模量EGPa切变模量GGPa泊松比μ灰、白口铸铁球墨铸铁碳钢合金铜铸钢轧制磷青铜轧制锰黄铜115~160151~160200~2202101751151104561818170~8442400.23~0.270.25~0.290.24~0.280.25-0.30.25~0.290.32~0.350.35铸铝青铜硬铝合金冷拔黄铜轧制纯铜轧制锌轧制铝铅1057191~99110846917422735~37403226~3770.250.31~0.420.31~0.340.270.32~0.360.42常用法定计量单位及换算关系量的名称法定计量单位非法定计量单位换算关系名称符号名称符号旋转速度转每分r/min 1r/min=(1/60)r/s长度米m埃英寸Åin1Å=0.1nm=10-10m1in=0.0254m=25.4mm面积平方米m2公亩公顷aha1a=102m21 ha=104m2体积容积立方米升m3L(1)(1=10-3m3)立方英尺英加仑美加仑f t3UkgalUSgal1ft3=0.0283168m3=28.3168dm31Ukgal=4.54609cm31Usgal=3.78541dm3质量千克（公斤）吨Kgt磅长吨（英吨）e bton1e b=0.45359237cm31ton=1016.05kg力重力牛（顿）N达因千克力，（公斤力）吨力dynkgftf1dyn=10-5N1kgf=9.80665N1tf=9.80665×103N压力压强帕（斯卡）pa巴标准大气压毫米汞柱千克力每平方厘米（工程大气压）baratmmmHgkgf/cm2(at)1bar=0.1Mpa=105pa(1pa=1N/m2)1atm=101325pa1mmHg=133.3224pa1kgf/cm2=9.80665×104 pa应力M 千克力每平方毫米Kgf/mm21kgf/mm2=9.80665×106pa 动力粘度帕[斯卡]秒Pa·s 泊P 1P=0。
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
3.2.1 碳素钢
3.碳素工具钢 由于碳素结构钢要求高硬度和高耐磨性，故工具钢含碳质量分数都在0.7%以上，都是优 质钢和高级优质钢。 牌号：以汉语拼音字母“T”后面加阿拉伯数字表示，其数字表示钢中平均含碳质量分数 的 千分之几。 例如T8表示含碳质量分数为0.80%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后 面标以字母A，如T12A表示平均含碳质量分数为1.20%的高级优质碳素工具钢 。 用途：主要用于制造刃具、模具、量具以及其他工具
12 高合金钢 合金元素总含量＞10%
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.2 合金钢
2.合金结构钢 合金结构钢按用途可分为：低合金结构钢和机械制造用钢两大类。 （1）合金结构钢牌号表示方法： 合金结构钢的牌号采用两位数字（表示平均含碳质量分数万分之几）+元素符号（表示钢中 含有主要合金元素）+数字（表示合金元素含量，凡合金元素含量＜1.5%时不标出；如果平 均含量为1.5～2.5%时，则标为2；如果平均含量为2.5～3.5%时标为3；以此类推）。 （2）低合金结构钢 低合金结构钢虽然是一种低碳、低合金的钢，但具有高的屈服强度和良好的塑性和韧性，具 有良好的焊接性和一定的耐蚀性，因此广泛用于桥梁、船舶、车辆等领域。
普通碳素钢 Ws≤0.035%，Wp≤0.035%
优质钢
Ws≤0.030%，Wp≤0.030%
7
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
3.2.1 碳素钢
碳素钢：含碳质量分数小于2.11%而不含有特意加入合金元素的钢，称为碳素钢。 1.碳素钢的分类
机械工程材料课后习题答案
机械工程课后答案第一章1、什么是黑色金属？什么是有色金属?答：铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料;黑色金属以外的所有金属及其合金称为有的金属。
2、碳钢,合金钢是怎样分类的？答：按化学成分分类；碳钢是指含碳量在0.0218％--2。
11%之间，并含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质的铁碳合金。
3、铸铁材料是怎样分类的？应用是怎样选择？答:铸铁根据石墨的形态进行分类，铸铁中石墨的形态有片状、团絮状、球状、蠕虫状四种，对应为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。
4、陶瓷材料是怎样分类的？答：陶瓷材料分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三种。
5、常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数各有什么特点？α—Fe,γ-Fe,Al，Cu，Ni，Pb，Cr，V,Mg,Zn各属何种金属结构？答：体心晶格立方,晶格常数a=b=c,α-Fe，Cr,V.面心晶格立方,晶格常数a=b=c，γ-Fe，Ni,Al，Cu,Pb.密排六方晶格，Mg，Zn。
6、实际金属晶体中存在哪些缺陷？它们对性能有什么影响？答：点缺陷、破坏了原子的平衡状态,使晶格发生扭曲，从而引起性能变化，是金属的电阻率增加,强度、硬度升高，塑性、韧性下降。
线缺陷(位错）、少量位错时，金属的屈服强度很高，当含有一定量位错时，强度降低。
当进行形变加工时，位错密度增加，屈服强度增高。
面缺陷（晶界、亚晶界)、晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。
7、固溶体有哪些类型?什么是固溶强化?答：间隙固溶体、置换固溶体。
由于溶质元素原子的溶入，使晶格发生畸变，使之塑性变形抗力增大，因而较纯金属具有更高的强度、硬度，即固溶强化作用。
第二章1、在什么条件下，布氏硬度实验比洛氏硬度实验好？答：布氏硬度实验主要用于硬度较低的退火钢、正火钢、调试刚、铸铁、有色金属及轴承合金等的原料和半成品的测量，不适合测定薄件以及成品。
洛氏硬度实验可用于成品及薄件的实验。
2、σ0。
2的意义是什么?能在拉伸图上画出来吗？答：表示对于没有明显屈服极限的塑性材料，可以将产生0。
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第一节 钢铁材料
二、合金钢
2、合金钢结构钢 (2) 机械制造用钢
1)合金渗碳钢 在机械制造中有许多零件是在高速、重载、较强烈的冲击和受磨损条
件下工作的，如汽车、拖拉机的变速齿轮、十字轴以及内燃机凸轮轴等， 要求零件的表面具有高硬度、高耐磨性，而心部有足够的韧性，为了满 足这样的性能要求，可采用合金渗碳钢。所谓合金渗碳钢，就是用于制 造渗碳零件的合金钢。合金渗碳钢的碳含量一般在0 1%～0 25%之间， 加入的主要合金元素是铬、镍、锰、硼等，还加入少量的钒、钛等元素。 经过渗碳处理后，再进行淬火和低温回火处理，达到表面高硬度、高耐 磨性和心部高强度并有足够韧性。20CrMnTi是应用最广泛的合金渗碳钢。
（２）合金钢牌号表示方法 合金结构钢的牌号采用两位数字加元素符号加数字表示。前 面的两位数字表示钢的平均碳含量的万分数，元素符号表示 钢中所含的合金元素，而后面数字表示该元素平均含量的质 量分数。当合金元素含量小于1 5%时，牌号中只标明元素 符号，而不标明含量，如果含量大于1.5%、2.5%、3.5%等， 则相应地在元素符号后面标出2、3、4等。例如60Si2Mn， 表示平均碳含量为0.6%；含硅量约为2%，含锰量小于1.5%。
第四章 机械工程材料
第一节 钢铁材料 二、合金钢
合金钢就是在碳钢的基础上加入其他元素的钢，加入的其他 元素就叫做合金元素。常用的合金元素有硅（Ｓｉ）、锰 （Ｍｎ）、铬（Ｃｒ）、镍（Ｎｉ）、钨（W）、钼（Ｍ ｏ）、钒（V）、钛（Ｔｉ）、铝（Ａｌ）、硼（B）及稀土 元素（Ｒｅ）等。合金元素在钢中的作用，是通过与钢中的 铁和碳发生作用、合金元素之间的相互作用提高了钢的力学 性能，改善钢的热处理工艺性能。
第一节 钢铁材料
二、合金钢
2、合金钢结构钢 (2) 机械制造用钢
3)合金弹簧钢 合金弹簧钢是用于制造各种弹簧的专用合金结构钢。弹簧是各种机构
和仪表的重要零件。它是利用在工作时产生弹性变形，在各种机械中起 缓和冲击和吸收振动的作用，并可利用其储存能量，使机件完成规定动 作。弹簧一般是在动载荷下工作，要求合金弹簧钢具有高的弹性极限、 高疲劳强度、足够的塑性和韧性、良好的表面质量。因此，合金弹簧钢 具有合理的化学成分，并进行适当的热处理。合金弹簧钢碳含量一般在0
第一节 钢铁材料
二、合金钢
（２）合金钢牌号表示方法 合金工具钢的牌号表示方法与合金结构钢相似，其区别在
于用一位数字表示平均碳含量的千分数，当碳含量大于或等 于1 00%时则不予标出。如：9SiCr，其中平均碳含量为0
9%，Si、Cr的含量都小于1 5%；Cr12MoV，表示平均 碳含量大于1 00%，铬含量约为12%，钼和钒的含量都小 于1 5%的合金工具钢。
第一节 钢铁材料 二、合金钢
2、合金钢结构钢 (2) 机械制造用钢
机械制造用钢主要用于制造各种机械零件。它是在优质或 高级优质碳素钢结构钢的基础上加入合金元素制成的合金结 构钢。这类钢一般都要经过热处理才能发挥其性能。因此， 这类钢的性能与使用都与热处理相关。机械制造用合金结构 钢按用途和热处理特点，可以分为合金渗碳钢、合金调质钢、 合金弹簧钢等。
第一节 钢铁材料
二、合金钢
2、合金钢结Байду номын сангаас钢 (2) 机械制造用钢
2)合金调质钢 合金调质钢一般指经过调质处理（淬火后高温回火）后使用的合金结
构钢。这种钢经调质处理后具有高强度和高韧性相结合的良好的综合力 学性能。为了获得综合力学性能，必须具有合理的化学成分。合金调质 钢的碳含量在0 25%～0 50%之间，主加合金元素为锰、铬、硅、镍、 硼等，还加入少量的钼、钨、钒、钛等元素。合金调质钢主要用于那些 在重载荷、受冲击条件下工作的零件，如机床主轴、汽车后桥半轴、连 杆等。40Cr钢是合金调质钢中最常用的一种，其强度比40钢高20%，并 有良好的韧性。
第四章 机械工程材料
第一节 钢铁材料 二、合金钢
【教学内容】
1、合金元素对钢组织和性能的影响 2、低合金钢，合金钢的分类和编号 3、低合金钢、合金结构的牌号、性能及应用
【教学要求】
初步了解合金元素对钢组织和性能的影响；一般了解低合 金钢、合金钢的分类和编号；较熟练掌握常用低合金钢、合 金结构的牌号、性能及用途，并具有初步运用的能力 。
除此之外，还有一些特殊专用钢，为表示钢的用途在钢号 前面冠以汉语拼音，而不标出含碳量。如GCr15为滚珠轴承 钢，“G”为“滚”的汉语拼音字首。还应注意，在滚珠轴 承钢中，铬元素符号后面的数字表示铬含量的千分数，其他 元素仍用百分数表示。如GCr15SiMn，表示铬含量为1 5%， 硅、锰含量均小于1 5%的滚珠轴承钢。
第一节 钢铁材料
二、合金钢
2、合金钢结构钢 (1) 工程结构用钢
工程结构用钢主要用于制造各种工程结构，如桥梁、建筑、船舶、车辆、 高压容器等。这类钢是在普通碳素结构钢的基础上加入少量合金元素制 成的钢，故名普通低合金结构钢（简称普低钢）。由于合金元素的作用， 普低钢比相同含量的普通碳素结构钢强度高得多，而且还具有良好的塑 性、韧性、焊接性和较好的耐磨性。因此，采用普低钢代替普通碳素结 构钢可减轻结构重量，保证使用可靠，节约钢材。如用普低钢16Mn代替 Q235钢，一般可节约钢材25%～30%以上。 普低钢大多数是在热轧状态下使用。加工过程中经常采用冷弯、冷卷和 焊接成构件后不再进行热处理。主加元素为锰（0 8%～1 8%），为 了某些需要，还加入钒、钛、铌、铜或铬、钼、硼等元素，合金元素总 量一般不超过3%。常用普低钢的性能和用途见表4-5。
第四章 机械工程材料
第一节 钢铁材料 二、合金钢
1、低合金钢的分类
合金钢的分类方法很多，按主要用途一般分为： 合金结构钢：主要用于制造重要的机械零件和工程结构。 合金工具钢：主要用于制造重要的刃具、量具和模具。 特殊性能钢：具有特殊的物理、化学性能的钢。
第四章 机械工程材料
第一节 钢铁材料 二、合金钢
45%～0 75%之间，加入主要元素有锰、硅、铬等，有些弹簧钢还加 入钼、钨、钒等元素。合金弹簧钢经淬火后进行中温回火处理。