《机械基础》材料与选用（1）（课件）重庆市机械加工类 考点讲练测

材料与选用（1） 重庆市 机械加工类专业 第一部分 机械基础 考点讲练测 重庆市《机械加工类专业考点讲练测》专辑，是依据重庆市中职毕业生参加高职分类考试招生专业综合理论考试—机械加工类考试说明的考试范围与要求编写的。紧密围绕机械加工类专业考纲所涉及的四门课程的 27个考试内容及要求，精心编撰了54套讲练测。每套讲练测的内容均涵盖考点解读、思维导图、知识梳理、概念回顾、概念强化题、高考真题与典型例题、课堂练习、课堂小结以及课后测验九个环节。 本讲属于重庆市《机械加工类专业考点讲练测》的第4套，包含讲义、课件以及测验这三个教学文件，且与之配套使用的还有重庆市《机械加工类专业考纲百套卷》。欢迎各位老师下载使用，并敬请给予宝贵建议。 考点解读 思维导图 知识梳理 师生互动 概念强化题 典型例题 课堂练习 课堂小结 目录 2 考纲要求 （1）了解金属材料的性能。 （2）了解碳素钢、合金钢和铸铁的分类、牌号、性能和应用。 （3）了解钢的热处理目的、分类和应用。 （4）了解有色金属材料和非金属材料在工程中的应用。 思维导图 知识梳理 一、金属材料的性能 1.金属材料的物理性能 金属材料的物理性能是金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。 (1)密度 密度是指单位体积金属的质量，单位为kg/m³。根据密度的大小，金属材料可分为轻金属和重金属。密度小于4.5 g/m³ 的金属称为轻金属，如铝、镁、钛及其合金等；密度大于4.5 g/m³ 的金属称为重金属，如铁、 铜、铅、钨等。 知识梳理 (2)熔点 熔点是指金属或合金从固态向液态转变时的温度，其单位一般为℃。高熔点金属(钨、钼、铬、钒等)主 要用于制造要求耐高温的零件，如火箭、导弹、燃气轮机和喷气飞机等；低熔点金属(锡、铅、铋、镉等)可用来 制造印刷铅字、熔丝、焊接钎料和防火安全阀等。 知识梳理 (3)导热性 导热性是指金属材料传导热量的能力， 一般用热导率来衡量，热导率大表示金属的导热性好。 一般情 况下，金属材料的导热性比非金属材料好，纯金属的导热性比合金好。导热性最好的金属材料是银，其次是 铜和铝。 (4)导电性 导电性是指金属材料传导电流的性能。衡量金属材料导电性的指标是电阻率，电阻率越小，金属的导 电性越好。 知识梳理 (5)热膨胀性 金属材料在受热时体积会增大，这种现象称为热膨胀性。金属的热膨胀性通常用线膨胀系数表示。在 实际工作中有时必须考虑热膨胀性的影响。(6)磁性 ①铁、钴等为铁磁性材料，铁在768℃以上就表现为没有磁性或顺磁性。 ②锰、铬、铜、锌为无磁性或顺磁性材料。 用途：磁性材料可以用于制作变压器、电机的铁芯和测量仪表零件等。 知识梳理 2.金属材料的化学性能 金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现出来的性能，如抗氧化性、耐蚀性和化学稳定性等。 (1)耐蚀性 耐蚀性是金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏的能力。常见的钢铁生锈，就是腐蚀现象。 知识梳理 (2)抗氧化性 金属材料抵抗氧化作用的能力，称为抗氧化性。金属加热时氧化作用加速，如钢材在焊接、热处理、锻 造时。 (3)化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐蚀性和抗氧化性的总称。 知识梳理 3.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，主要包括强度、塑性、硬度、韧性 和疲劳强度等。它们是衡量材料性能极其重要的指标。 (1)强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形(塑性变形)或断裂的能力。常用的强度指标是抗拉 强度(Rm)和屈服强度(R、RL)。 知识梳理 (2)塑性 塑性是指金属材料在断裂前产生塑性变形的能力。常用的塑性指标有断后伸长率(A)、断面收缩率(Z)。 (3)硬度 硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量金属材料软硬程度的一 个指标。生产中常用的硬度有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 ①布氏硬度：用符号HB表示，用于测定灰铸铁、非铁金属、低合金结构钢以及结构钢调质件的硬度。 ②洛氏硬度：可分为HRC、HRB、HRA三种，应用最广，常用于测定工件的表面硬度，如淬火钢。 ③维氏硬度：用符号HV表示，测试复杂，应用较少。 知识梳理 (4)韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，称为韧性。冲断试样时所消耗的功称为冲击吸收能量， 常用KV(V形缺口试样)或KU(U形缺口试样)表示，单位为J,KV或KU值越大，冲击韧性越好。 知识梳理 (5)疲劳强度 疲劳强度(疲劳极限)是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不被破坏的最大应力。 一般试验规 定：钢铁材料经受10⁷次、非铁金属经受10⁸次交变载荷作用不产生断裂的最大应力称为疲劳强度，用R, 表 示。当施加的交变应力对称循环变化时，所得的对称循环强度用R_ 1表示。 知识梳理 4.金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能是指金属材料在各种加工条件下表现出来的适应能力，包括铸造性能、锻造性能、 焊接性及切削加工性能等。 (1)铸造性能 金属材料能否用铸造方法制成优良铸件的性能称为铸造性能。衡量铸造性能的指标有流动性、收缩性 和偏析性等。常用金属材料中，灰铸铁具有优良的铸造性能，铸钢的铸造性能低于铸铁，铸造铝合金和铸造 铜合金的铸造性能也较好。 知识梳理 (2)锻造性能 金属材料能否用锻压方法制成锻压件的性能称为锻造性能。锻造性能的好坏主要与金属材料的塑性 和变形抗力有关。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。例如，加工黄铜和变形铝合金在室温状 态下就具有良好的锻造性能；非合金钢在加热状态下具有较好的锻造性能；而铸铜、铸铝、铸铁几乎不能锻 造，因此它们的锻造性能较差。 知识梳理 二、钢铁材料 钢铁材料是钢和铸铁的统称，是以铁为主要成分，含碳量一般在2%以下的一种合金。 非合金钢(碳素钢)是含碳量小于2.11%的铁碳合金，它还含有少量硫、磷、锰、硅等杂质，其中硫(S)、磷(P) 是 有害元素。硫使钢有热脆性，磷使钢有冷脆性。锰、硅是有益元素。铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。 知识梳理 知识梳理 (2)常用碳素钢的牌号 常用的碳素钢有普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢以及铸造碳钢等. (3)常用碳素钢的性能和用途 ①普通碳素结构钢 普通碳素结构钢的塑性好，强度较低，能保证一定的力学性能，容易冶炼，工艺性能良好，故常轧制成型 钢、钢板、钢管等，用于制造建筑、桥梁、船舶等领域的结构件，或者加工螺钉、螺母等力学性能要求不是很高 的机械零部件。 知识梳理 ②优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的杂质元素硫、磷的含量比碳素结构钢低，力学性能比碳素结构钢好，通常用于制造重 要的工程构件和机械零部件。优质碳素结构钢常见的牌号有45、60等。其中，45钢的综合力学性能良好， 在工业生产中应用十分广泛，主要用于制造受力较大的齿轮和轴类零件等；60钢以上的优质碳素结构钢由 于碳含量较高，具有较高的强度和硬度，通常在经过处理后用于制造各类弹簧、钢丝等。 知识梳理 ③碳素工具钢 碳素工具钢生产成本低，工艺性能好，在热处理后可以获得很高的硬度，温度不高时耐磨性良好，但热硬性较差，工作温度超过250℃时，其硬度、耐磨性会迅速下降。 ④ 铸造碳钢 铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性，生产成本较低，主要用于制造受力大且需承受冲击载荷的零部件，如轧钢机底座、水压机底座、火车车轮及车钩等。 知识梳理 2.合金钢 含有一种或多种有意添加的合金元素的钢统称为合金钢。常加入的合金元素有硅(Si)、锰(Mn)、 铬 (Cr)、镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)、钒(V)、钛(Ti)、铝(Al)、硼(B) 及稀土元素(Re) 等。 知识梳理 3.铸铁和铸钢 (1)铸铁 铸铁是碳的质量分数大于2.11%,并含有硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。铸铁具有良好的铸造 性能、切削加工性能、耐磨性及减振性，但铸铁的塑性、韧性较差， 一般用于制造形状复杂，不能用锻造、轧制、拉丝等方法成形的零件。 根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁。白口铸 铁断口呈银白色，性能硬而脆，不易切削加工，在机械工业中很少直接应用。 知识梳理 (2)铸钢 将钢液直接铸成零件或毛坯的钢称为铸钢。其含碳量一般在0.15%～0.60%之间，牌号用“ZG加两组 数字”组成。铸钢的力学性能与铸铁相比，抗拉强度、塑性、韧性较高。常用于制造形状复杂、综合力学性能 要求较高的零件。 知识梳理 三、有色金属、硬质合金与非金属材料 1 . 有色金属材料 除钢铁材料以外的金属材料统称为有色金属。 (1)铝及铝合金 (2)铜及铜合金 (3)钛及钛合金 (4)轴承合金 知识梳理 3.非金属材料 在机械工程中常用的非金属材料有工程塑料、橡胶、陶瓷、复合材料和胶黏剂等。 (1)工程塑料 (2)橡胶 (3)陶瓷材料 (4)复合材料 (5)胶黏剂 师生互动 1. 简述金属材料主要的力学性能指标有哪些? 【答案】金属材料的力学性能指标有： (1)强度指标：抗拉强度Rm、屈服强度R、R.L 。钢的抗拉强度好，铸铁的抗压强度好； (2)塑性指标：断后伸长率A、断面收缩率Z 。常用的塑性材料有钢、紫铜、纯铝等。 (3)硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB、HRA)和维氏硬度(HV) 。 布氏硬度用于测定灰铸铁、 非铁金属、低合金结构钢及结构钢调质件的硬度；洛氏硬度应用最广，常用于测定工件的表面硬度，如淬火 钢；维氏硬度由于测试手续较繁，应用较少。 (4)韧性：冲击吸收能量KV(V 形缺口试样)或KU(U 形缺口试样)。 (5)疲劳强度：R、对称循环强度R_ 1。 师生互动 2. 说明下列钢铁材料牌号的含义。 (1)45 (2)Q235AF (3)60Si2Mn (4)GCr15 (5)W18Cr4V (6)12Cr18Ni9 (7)HT200 (8)KTH300-06 【答案】(1)45——平均碳的质量分数为0.45%的优质碳素结构钢； (2)Q235AF——R≥235 MPa,质量等级为A 级的沸腾碳素结构钢； (3)60Si2Mn—— 平均Wc=0.60% 、Ws=2% 、Wm<1.5%的合金结构钢(合金弹簧钢); (4)GCr15—— 平均Wc=1.5% 的高碳铬滚珠轴承钢； (5)W18Cr4V—— 表示Wc=0.7%~0.8% 、 平均 Ww=18% 、Wc=4% 、Wy<1.5%的高速工具钢； (6)12Cr18Ni9—— 平均Wc=0.12%,Wca=18%,W=9% 的铬镍不锈钢； (7)HT200—— 抗拉强度Rm≥200 MPa的灰铸铁； (8)KTH300-06—— 抗拉强度Rm≥300 MPa,断后伸长率A≥6% 的黑心可锻铸铁。 师生互动 3轴承合金的性能特点是什么? 【答案】轴承合金必须具有高的抗压强度和疲劳强度，足够的塑性和韧性， 良好的磨合能力、减摩性和 耐磨性。常用的轴承合金有：锡基、铅基、铝基轴承合金。 师生互动 4.什么是复合材料?它按结构特点可分为哪些类型? 纤维增强复合材料的增强纤维有哪些? 【答案】复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料组合而成，二者保留了各自 的优点，得到单一 材料无法比拟的综合性能，是新型的工程材料。根据复合材料结 构特点可分为纤维复合材料、层叠复合材 料、细粒复合材料和骨架复合材料等。 纤维复合材料大部分是纤维和树脂的复合。根据所用的纤维和树脂 的不同，可分为 玻璃纤维复合，碳纤维、石墨纤维复合，晶须复合等。 概念复习题 【答案】铸造；锻造；焊接 【答案】碳素结构；中碳高级；优质碳素结构 1.金属材料的工艺性能包括 性能、 性能、 性及切削加工性能等。 250A 钢按用途分类属于 钢，按平均碳的质量分数分类属于 钢， 按主要质量等级分类属于 钢 。 3.最常用的强度指标是 和 ,它们能通过 测定。 【答案】抗拉强度；屈服强度；拉伸实验 概念复习题 【答案】布氏硬度；洛氏硬度；维氏硬度 【答案】合金刃具钢 合金模具钢 4.常用金属材料的硬度指标有 。 5.合金工具钢按用途可分为 和合金量具钢。 6.机械制造业中，常用到的特殊性能钢有 和耐磨钢。 【答案】灰铸铁；球墨铸铁 高考模拟 1..金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力是 ( ) A. 强度 B. 硬度 C. 韧性 D. 塑性 【答案】C 2.中合金钢的合金元素总含量为 ( ) A.小于5% B.5%～10% C. 大于10% D. 等于10% 【答案】B 高考模拟 3.非合金钢中存在的磷会 ( ) A. 引起热脆 B. 引起冷脆 C.提高强度 D. 提高硬度 【答案】B 4.在60Si2Mn 合金结构钢中60代表 ( ) A.主要合金元素含量 B.含硅量 C. 碳的质量分数 D.无特殊意思 【答案】C 高考模拟 5.下列适合作为中速切削刃具及复杂刃具(如车刀、铣刀)的材料是 ( ) A.硬质合金 B. 高速钢 C.45 钢 D.T8A 【答案】B 6.T13 钢按平均碳的质量分数分类属于 ( ) A.高碳钢 B. 中碳钢 C.低碳钢 D.合金钢 【答案】A 高考模拟 7.牌号为HT300表示的铸铁是( ) A. 灰铸铁 B. 可锻铸铁 C. 球墨铸铁 D.白口铸铁 【答案】A 8. ( )的性能接近钢，在一定条件下可代替钢材。 A.白口铸铁 B. 灰铸铁 C. 可锻铸铁 D.球墨铸铁 【答案】D 高考模拟 9.下列有关材料H62的说法中正确的是( ) A. 复杂黄铜，锌的质量分数是62% B. 复杂黄铜，铜的质量分数是62% C. 普通黄铜，铜的质量分数是38% D. 普通黄铜，锌的质量分数是38% 【答案】D 高考模拟 10.在铸铁、低碳钢、高碳钢和中碳钢中塑性最好的材料是低碳钢。（ ） 【答案】√ 11.45号钢中碳的质量分数为45%。（ ） 【答案】× 12.铁碳合金的含碳量越高，硬度越高。（ ） 【答案】√ 13.工业纯铜牌号的序号越大，表明其纯度越高。（ ） 【答案】× 高考模拟 14.3CrW8V钢的平均含碳量为0.3%,所以它是合金结构钢。（ ） 【答案】× 15.白口铸铁的硬度适中，易于进行切削加工。（ ） 【答案】× 课堂练习 1. 20CrMnTi 主要用于制造（ ） A.汽车后桥半轴 B. 汽车变速器齿轮 C. 火箭发动机壳 D. 汽车弹簧 【答案】B 可锻铸铁中石墨的形态是（ ） A.片状 B. 团絮状 C. 球状 D.蠕虫状 【答案】B 课堂练习 3. 钢材牌号ZG270-500中“270”的含义是（ ） A. 抗拉强度的最低值 B. 抗拉强度的最高值 C. 下屈服强度的最低值 D.上屈服强度的最低值 【答案】C 4. 有机玻璃属于（ ） A.复合材料 B. 橡胶 C.工程塑料 D. 陶瓷 【答案】C 课堂练习 5. 冷冲模具工作时受冲击和摩擦，所以应用低碳合金钢来制造。（ ） 【答案】× 6. 大型的机器零件为了获得良好的综合力学性能，常用合金调质钢制造。（ ） 【答案】√ 课堂练习 7.与非合金钢相比，合金钢有什么优点? 【答案】对大型重要的结构零件,要求有更优良的综合力学性能;对切削速度较高的 刀具要求更高的硬度、耐磨性和红硬性(即在高温时仍能保持高硬度和高耐磨性): 大型电站设备、化工设备等不仅要求有良好的力学性能,而且还要求具有耐热、耐 蚀、耐磨和抗氧化等特殊物理、化学性能。非合金钢一般不能满足这些要求,必须 采用性能优异的合金钢。 课堂练习 8.陶瓷材料的性能特点有哪些? 【答案】陶瓷具有硬度高、抗压强度大、耐高温、抗氧化、耐损和耐蚀性好等特 点。但质脆、受力后不易产生塑性变形,经不起敲打碰撞,急冷急热时性能较差。 课堂小结 金属材料的性能 碳素钢、合金钢和铸铁的分类、牌号、性能和应用 有色金属材料和非金属材料在工程中的应用 感谢观看 $$