《机械基础》机械工程材料（1）（讲义）安徽省加工制造考点讲练测

编写说明：《加工制造类专业考点讲练测》专辑，是依据《安徽省普通高校对口招生考试加工制造类专业课考试纲要》编写的。紧密围绕加工制造类专业课考纲所涉及的三门高考课程的25个考点，精心编撰了58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、高考真题或高考模拟题、课堂练习、课堂小结以及课后测验等九个环节。 本讲属于《加工制造类专业考点讲练测》的第3套，包含讲义、课件以及课后自测这三个教学文件，且与之配套使用的还有安徽省《加工制造类考纲百套卷》。欢迎各位老师下载使用，并敬请给予宝贵建议。 安徽省《加工制造类考点讲练测》 【机械基础】 3.机械工程材料（1） 讲义 [考纲要求] 1.金属材料的性能（识记） 2.碳素钢（理解） 3.合金钢（理解） 4.铸铁和铸钢（理解） [思维导图] [知识梳理] 一、金属材料的使用性能 金属材料的使用性能是指金属材料在使用过程中表现出来的性能,包括物理性能、化学性能和力学性能。 1.金属材料的物理性能是金属所固有的属性,包括密度、熔点、导热性、热膨胀性、导电性和磁性等。 2.金属材料的化学性能是金属在化学作用下所表现出来的性能,如耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。 (1) 耐腐蚀性:金属材料在常温下抵抗氣、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力称为耐腐蚀性， (2)抗氧化性:金属材料抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性。 (3)化学稳定性:化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。 3.金属材料的力学性能是金属材料在力的作用下所表现出来的性能。 (1)强度:强度是金属材料在静载荷的作用下抵抗变形和破坏的能力。 常用的强度有抗拉、抗压、抗扭、抗弯、抗剪等,最常用的强度是抗拉强度或强度极限。c是机械设计和选材的主要依据之一。 (2)塑性:塑性是金属材料在静载荷的作用下产生永久变形而不破坏的能力。 (3)硬度:硬度是金属材料抵抗其他更硬物体压人其表面的能力,是金属材料表面抵抗变形或破坏的能力。 常用硬度:布氏硬度(HB)(测直径)、洛氏硬度HR)(测深度)维氏硬度(HV)(测对角线),其中，洛氏硬度的应用最广 (4)韧性:金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏能力称为韧性。材料的冲击韧度用k表示。 (5)疲劳强度:金属材料在无限多次交变载荷的作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。 二、金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能是在各种加工条件下表现出来的适应能力。 1.铸造性(可铸性):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或可铸性。 2.锻压性(可锻性):金属材料能否用锻压方法制成锻压件的性能称为锻压性或可锻性。锻压性一般与材料的塑性及其塑性变形抗力有关。 3.焊接性(可焊性):金属材料在一定的焊接条件下是否易于获得优良焊接接头的能力称为焊接性或可焊性。焊接性取决于焊缝时是否产生裂纹、气孔等缺陷。 4.可加工性(切削加工性):金属材料切削加工的准易程度称为可加工性或切削加工性。可加工性好的金属材料,在切削加工时刀具磨损小,表面质量高。 三、非合金钢（碳素钢） 碳素钢是含碳量wc<2%的铁碳合金,除铁、碳外,还有少量的硅、锰、硫、磷等杂质。其中硅、锰是在炼钢过程中加人脱氧剂时带人钢中的,是有益元素。少量的硅有很强的固熔强化作用,能脱氧;锰可以脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。硫、磷是有害杂质,其中硫有热脆性,磷有冷脆性。 1.碳素钢的分类 (1)按钢的含碳量分类 ①低碳钢:0.25%。 ②中碳钢:0.25%~0.60%。 ③高碳钢:≥0.60%。 (2)按钢的质量分类 碳素钢质量的高低，主要根据钢中杂质硫和磷的质量分数来划分,可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢。 （1） 普通钢:0.035%0.035%。 （2）优质钢:0.030%,0.030%。 （3）高级优质钢:0.020%,0.025%。 (3)按钢的用途分类 ①碳素结构钢可用于制造金属结构、零件②碳素工具钢可用于制造刃具、量具和模具。 2.碳素结构钢 凡用于制造机械零件和各种工程结构件的钢都称为结构钢。根据质量可将碳素结构钢分为普通碳素结构钢分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。 3.碳素工具钢 (1)碳素工具钢的牌号表示方法:“T”(碳素工具钢)十数字(平均含碳量的千分数)。 (2)特性:碳素工具钢的含碳量u≥0.70%,都是优质或高级优质高碳钢;淬火后能达到高的硬度和耐磨性,淬透性差、红硬性(高温下保持高硬度的性能)差。 (3)用途:碳素工具钢可用于制造刃具、模具、量具。例如,T8可用于制作锤子、凿子、模具;T10可用于制作锯条、丝锥、冲模;T12可用于制作锉刀、钻头、刮刀。 四、合金钢 合金钢就是在碳钢的基础上加人其他元素的钢，加人的其他元素叫作合金元素。合金元素可以提高钢的力学性能,改善钢的热处理工艺性能。 1.合金结构钢 合金结构钢的牌号表示方法:两位数字(平均含碳量的万分数)十合金元素符号十数字(该合金元素平均含量的质量分数)。 2.合金工具钢 合金工具钢的牌号表示方法:一位数字(平均含碳量的千分数)十合金元素符号十数字(该合金元素平均含量的质量分数)。 3.滚珠轴承钢 (1)滚珠轴承钢的牌号表示方法:字母“G”(表示滚动轴承钢类)+Cr+数字(铬含量的千分数)十其他合金元素符号十数字(该合金元素平均含量的质量分数)。 (2)特性:目前应用最广的是高碳铬钢,其碳含量uc为0.95%~1.15%,铬含量u为0.6%~1.65%,具有高硬度、高强度、耐磨性、高疲劳强度和足够的韧性、透性以及一定的耐蚀性,性能与低合金工具钢接近。 4.特殊性能钢 不锈耐酸钢的耐腐蚀性好,一般称为不锈钢。 五、铸铁与铸钢 1、铸铁 铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金,杂质元素锰、、磷的含量比碳钢高。铸铁具有良好的铸造性耐磨性、减振性和切削加工性,价格便宜,经合金化后具有良好的耐热性或耐蚀性。由于铸铁的塑性、韧性较差,因而适合铸造,不适合压力加工。根据碳在铸铁中存在的形式不同,可将铸铁分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。 2、铸钢 定义:将熔炼好的钢液直接铸成零件或毛坏,这种铸件称为铸钢件。 特性:与铸铁相比,铸钢的抗拉强度、塑性、韧性较高,但其铸造流动性较差。铸钢可用于制造形状复杂,且对综合力学性能要求高,不能用锻造方法获得的零件。热处理方法:铸钢件一般采用正火或退火处理,以细化晶粒,消除缺陷组织和铸造应力。 [师生互动] 1.简述金属材料的化学性能。 【答案】金属材料的化学性能是金属在化学作用下所表现出来的性能,如耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。耐腐蚀性:金属材料在常温下抵抗氣、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力称为耐腐蚀性，)抗氧化性:金属材料抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性。化学稳定性:化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。 2.金属材料有哪些工艺性能? 【答案】金属材料的工艺性能是在各种加工条件下表现出来的适应能力。铸造性(可铸性)、锻压性(可锻性)、 焊接性(可焊性）、可加工性(切削加工性)。 3.碳素钢按照钢的质量是如何分类的？ 【答案】碳素钢质量的高低，主要根据钢中杂质硫和磷的质量分数来划分,可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢。 （2） 普通钢:0.035%0.035%。 （2）优质钢:0.030%,0.030%。 （3）高级优质钢:0.020%,0.025% 4.碳素工具钢有什么特性？做什么用途？ 【答案】特性:碳素工具钢的含碳量u≥0.70%,都是优质或高级优质高碳钢;淬火后能达到高的硬度和耐磨性,淬透性差、红硬性(高温下保持高硬度的性能)差。 用途:碳素工具钢可用于制造刃具、模具、量具。例如,T8可用于制作锤子、凿子、模具;T10可用于制作锯条、丝锥、冲模;T12可用于制作锉刀、钻头、刮刀。 5.与铸铁相比，铸钢有哪些性质？ 【答案】特性:与铸铁相比,铸钢的抗拉强度、塑性、韧性较高,但其铸造流动性较差。铸钢可用于制造形状复杂,且对综合力学性能要求高,不能用锻造方法获得的零件。热处理方法:铸钢件一般采用正火或退火处理,以细化晶粒,消除缺陷组织和铸造应力。 [概念强化] 1、（单项选择题）铁路工程在铺设铁道钢轨时,两条钢轨接头处一般留有缝隙,这是考虑到钢的( )对金属材料的影响。 A. 密度 B. 导热性 C. 热膨胀性 D. 塑性 【答案】C 2、（单项选择题）下列钢铁材料牌号中，（ ）最适合制造机床主轴。 A. GCr15 B.60Si2Mn C.20CrMnTi D. 40Cr 【答案】D 3、（单项选择题）金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力称为（ ） A. 抗氧化性 B. 耐腐蚀性 C 耐酸性 D. 耐碱性性 【答案】B 4.（填空题）在选用机械零件时,要考虑到材料的_______要求、________要求和_______要求。 【答案】使用 工艺 经济 5.（填空题）铸铁是含碳量_______的铁碳合金。 【答案】大于2.11% 6.（简述与计算题）根据碳在铸铁中的存在形式不同,可将铸铁分为哪几类?其碳存在的形式分别是什么? 【答案】灰铸铁:片状石墨;可锻铸铁:团絮状石墨;球墨钱铁:球状石墨;白口铸铁:渗碳体。 [高考模拟] 1.（单项选择题）下列性质属于金属材料的物理性能的是( ） A.强度 B.塑性 C.韧性 D.熔点 【答案】D 2.（单项选择题） （ ） 【答案】C 3.（单项选择题）金属材料表面抵抗变形或破坏的能力称为（ ） A. 强度 B. 塑性 C. 硬度 D. 韧性 【答案】C 4.（单项选择题）实际生产中,应用最广的硬度指标是（ ） A.布氏硬度 B.洛氏硬度 C.维氏硬度 D.华氏硬度 【答案】B 5.（单项选择题）含碳量为( )通常是钢和铸铁的分界线。 A. 0.25% B. 0.6% C. 2% D. 2.11% 【答案】C 6. （单项选择题）下列钢铁材料中,锻压性最好的是（ ） A. 低合金钢 B. 低碳钢 C. 中碳钢 D. 高合金钢 【答案】B 7.（单项选择题）45钢表示平均含碳量为( )的钢 A.0.004 5% B.0.045% C.0.45% D.4.5% 【答案】C 8.（单项选择题）下列钢铁材料牌号中，（ ）主要用于制造焊接、铆接、栓接构件。 A. TIOA B. 45 C. 08F D. Q235-A 【答案】D 9.（双项选择题）下列属于台金钢的有（ ）。 A. 9CrSi C.Q215 B.20Cr D. T8 【答案】AB 10.（填空题）金属材料的使用性能包括_______性能、_________性能和______性能。 【答案】物理 化学 力学 11.（填空题）金属材料的化学性能是金属在作用下所表现出来的性能,包括________性、_______和________性。 【答案】化学 耐腐蚀 抗氧化 化学稳定 12.（填空题）制造工程结构件可用_________钢代替普通碳素结构钢，减轻结构重量。 【答案】普通低合金结构 13. (简述与计算题）什么是选择金属材料的主要依据?什么是金属材料的工艺性能?什么是金属材料的使用性能?金属材料的使用性能具体包括哪些? 【答案】金属材料的性能是选择金属材料的主要依据。金属材料的工艺性能是金属材料从冶炼到成品的生产过程中,在各种加工条件下表现出来的性能。金属材料的使用性能是金属材料在使用过程中表现出来的性能,包括物理性能、化学性能和力学性能。 14. (简述与计算题）解释下列钢铁牌号的含义。 (1)T8MnA; (2)20CrMnTi; (3)GCr15; (4)Cr12MoV; 【答案】(1)T8MnA 表示平均含碳量为0.8%的高级优质高锰碳素工具钢。 (2)20CrMnTi表示平均含碳量为 0.20%,Cr、Mn、Ti的含量均小于 1.5%的合金渗碳钢。(3)GCr15表示平均铬含量为1.5%的滚珠轴承钢。 (4)Cr12MoV表示平均含碳量大于1%,铬含量约为12%,钼和钒的含量都小于1.5%的合金工具钢(冷变形模具钢 [课堂练习] 1.(单项选择题）符号“HB”是金属材料（ ）的指标符号 A. 布氏硬度 B. 洛氏硬度 C. 维氏硬度 D. 冲击硬度 【答案】A 2. (单项选择题）下列钢铁材料牌号中，（ ）较适合制造锉刀。 A.65Mn B. T8A C. T10A D. T12A 【答案】D 3. (单项选择题）合金调质钢的含碳量一般为（ ） A.0.01%0.25% B.0.25%~0.5% C.0.5%~1% D.1%~2% 【答案】B 4. （填空题）金属材料的强度越高,则其塑性越______;金属材料的塑性越好,则其硬度越________。 【答案】差 低 5. （填空题）按照用途不同,可将合金钢分为______钢、_____钢和______钢三类。 【答案】合金结构 合金工具 特殊性能 6.请将下列钢铁材料与合适的应用用直线连起来. T10 高速铣刀 16Mn 滚动轴承套、量具 40Cr 桥梁 GCr15 汽车后桥半轴 W18Cr4V 刨刀 【答案】 [课堂小结] 1、 金属材料的使用性能 物理性能、化学性能、力学性能 2、 金属材料的工艺性能 铸造性、锻压性、焊接性、可加工性 3、 非合金钢（碳素钢） 分类、碳素结构钢、碳素工具钢 4、 合金钢 合金结构钢、合金工具钢、滚珠轴承钢、特殊性能钢 五、铸铁和铸钢 学科网（北京）股份有限公司 $$