第三章 机械工程材料基本知识-知识点清单

《机械基础》机工版 三、机械工程材料基本知识 知识点清单 3.1 金属材料的力学性能 3.2 钢 3.3 铸钢 3.4 钢的热处理 3.5铸铁 3.6非铁金属 3.7 工程塑料 3.8 机械工程材料的选用 3.1金属材料的力学性能 知识点一 强度 1.定义 对于金属材料，在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。强度大小通常用应力来表示。 2.概念解释 关键词：静载荷、塑性变形、断裂、应力。 相近概念对比：强度与硬度不同，强度主要反映材料抵抗外力导致的永久变形或断裂的能力，而硬度反映的是材料抵抗局部变形的能力。 知识点二 塑性 1.定义 金属材料在断裂前产生永久变形的能力称为塑性。常用拉伸试样在断裂时的最大相对变形量来表示塑性指标。 2.概念解释 关键词：永久变形、断裂、最大相对变形量。 相近概念对比：塑性与强度不同，塑性关注的是材料在断裂前能承受的最大变形量，而强度关注的是材料抵抗变形或断裂的能力。 知识点三 硬度 1.定义 材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。硬度是反映金属材料软硬程度的一个指标，也是合金学科和工程上必须具备的性能指标之一。 2.概念解释 关键词：局部变形、塑性变形、压痕、划痕。 相近概念对比：硬度与强度不同，硬度主要反映材料抵抗局部变形的能力，而强度反映的是材料抵抗整体塑性变形或断裂的能力。 知识点四 冲击韧度 1.定义 材料在冲击载荷作用而不破碎的能力，称为冲击韧度。 2.概念解释 关键词：冲击载荷、不破碎。 相近概念对比：冲击韧度与强度不同，冲击韧度关注的是材料在冲击载荷下的抗破碎能力，而强度关注的是材料在静载荷下的抗变形或断裂能力。 3.2 钢 知识点一 钢的定义与分类 1.定义 钢是以铁和碳为主要成分的合金，其中碳的质量分数一般在2.11%以下，并含有其他元素。根据碳含量和合金元素的总含量，将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类。 2.概念解释 铁碳合金：钢和铸铁统称为铁碳合金，区别在于碳的质量分数。钢的碳含量低于2.11%，而铸铁的碳含量高于2.11%。 合金元素：除了铁和碳，钢中还可能含有锰、硅、磷、硫等杂质元素，以及为了改善性能有意添加的合金元素如铬、镍、钼等。 3.概念特征和属性 碳含量：钢的性能主要取决于碳含量，碳含量越高，硬度越大，但塑性和韧性会降低。 合金元素：加入合金元素可以提高钢的强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。 知识点二 非合金钢（碳素钢）的分类 1.定义 非合金钢中碳的质量分数小于2.11%，并含有少量的硅、锰、磷、硫等杂质的钢称为碳素钢。碳素钢的性能主要取决于钢中的碳含量。 2.概念解释 碳素钢：不含或仅含少量合金元素的钢，主要由铁和碳组成。 杂质元素：硅、锰、磷、硫等杂质元素会影响钢的性能，含量越低，钢的质量越高。 3.概念特征和属性 按含碳量分类： o低碳钢：碳的质量分数 o中碳钢：碳的质量分数 o高碳钢：碳的质量分数 按质量分类： o普通碳素钢：， o优质碳素钢：， o高级优质碳素钢：， 按用途分类： o碳素结构钢：用于制造金属结构、机械零件。 o碳素工具钢：用于制造刀具、量具和模具。 知识点三 合金钢的分类与应用 1.定义 合金钢是在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的加入一些其他元素的钢。加入的元素称合金元素。 2.概念解释 合金元素：如锰、硅、镍、钼、钒、钨、铬、铝、铜、铌、钛和稀土元素等，加入这些元素可以提高钢的强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。 3.概念特征和属性 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：主要用于制造各种刀具、量具和模具。 特殊钢：做特殊用途和具有特殊性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢和磁钢等。 3.3 铸钢 知识点一 铸钢的定义与特点 1.定义 铸钢是将炼好的钢液直接铸成各种铸件或毛坯，这种铸件称为铸钢件。 2.概念解释 铸钢：指通过铸造工艺制成的钢制零件或毛坯。与锻钢不同，铸钢是通过将钢液倒入模具中冷却凝固而成。 力学性能：铸钢具有较高的抗拉强度、塑性和韧性，因此适用于制造复杂形状且对综合力学性能要求较高的零件。 3.概念特征和属性 抗拉强度：铸钢的抗拉强度较高，能够承受较大的拉力而不发生断裂。 塑性：铸钢在受力时可以发生较大的变形而不破裂。 韧性：铸钢在冲击载荷下不易断裂，具有较好的抗冲击能力 知识点二 铸钢的分类与牌号 1.定义 挤压是指在杆件发生剪切变形的同时，由于两面承受较大的压力，出现塑性变形的现象。发生挤压的接触面称为挤压面，挤压面一般垂直于外力作用线。 2.概念解释 碳的质量分数：铸钢中的含碳量范围为 ，这决定了铸钢的硬度和强度。 牌号：铸钢的牌号由ZG和两个数字组成，分别表示屈服强度和抗拉强度。例如，ZG200-400表示屈服强度不低于200MPa，抗拉强度不低于400MPa。 焊接结构用碳素铸钢：牌号末尾标有字母H的铸钢，专门用于焊接结构。 3.4 钢的热处理 知识点一 退火 1.定义 将钢材缓慢升温到适当温度，保持一定时间，随后缓慢冷却的热处理工艺称为退火。退火是通过控制加热和冷却过程来改变钢材内部组织结构的一种热处理方法。其主要目的是降低硬度、提高塑性和韧性，便于后续加工；消除内应力，防止变形和开裂。 2.概念解释 目的：降低硬度、提高塑性和韧性，便于切削加工和冷变形加工；消除内应力，细化晶粒，改善组织，为后续工序作组织准备。 分类：根据钢的成分、原始组织和不同目的，退火可分为均匀化退火（扩散退火）、完全退火、球化退火、等温退火、去应力退火和再结晶退火等。 应用材料：一般用于退火、灰铸铁、球墨铸铁等。 知识点二 正火 1.定义 正火是将钢材缓慢升温到适当的正火温度，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。正火的主要目的是细化晶粒，改善组织和切削加工性能，提高力学性能。 2.概念解释 目的：细化晶粒，改善组织和切削加工性能，提高力学性能。 应用：通常将钢件正火作为最终热处理，以提高其力学性能；低碳钢正火可以改善其切削加工性能；过共析钢正火可消除网状二次渗碳体，为球化退火和淬火工艺作好组织准备。 与退火的区别：正火与退火从所得到的组织上没有本质区别，但正火的生产效率高，成本低。正火是在静止的空气中冷却，而退火是缓慢冷却。因此，一般普通结构钢应采用正火代替退火。 知识点三 淬火 1.定义 淬火是指将钢件加热到规定的淬火温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却到室温的热处理工艺。通过快速冷却，使工件表层迅速硬化，形成高硬度和耐磨性的组织结构。 2.概念解释 目的：提高钢件的强度、硬度和耐磨性。 冷却介质：通常淬火用油、空气或其他冷却介质。 应用：例如提高工件、轴承等的硬度和耐磨性；提高高铬铸铁的硬度，处理各种铸件的合力学性能等。 知识点四 回火 1.定义 回火是指将淬硬后的钢件再加热到某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。 2.概念解释 目的：稳定组织和形状尺寸；消除淬火应力；调整硬度，提高塑性，以改善工件的力学性能。 分类：低温回火、中温回火和高温回火。 应用：淬火钢件回火的主要目的是稳定组织和形状尺寸；消除淬火应力；调整硬度，提高塑性，以改善工件的力学性能。 知识点五 表面热处理 1.定义 表面热处理是指仅对工件表面进行热处理以改变其组织和性能的工艺。通常分为表面淬火和化学热处理两类。 2.概念解释 表面热处理的特点是只改变工件表面的组织和性能，而心部组织不变。表面淬火是通过快速加热使工件表层迅速达到淬火温度，然后快速冷却。化学热处理是将金属或合金工件置于含有适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能。 3.5 铸铁 知识点一 铸铁 1.定义 铸铁是一种以铁为主要成分，含有一定比例的碳和硅等元素的合金材料。它具有良好的铸造性、耐磨性、减振性和切削加工性，广泛应用于工业生产中。 2.概念解释 铸铁是通过将铁与碳、硅等元素熔炼而成的合金材料。根据其内部石墨形态的不同，铸铁可以分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、白口铸铁和可锻铸铁。铸铁的特点包括： 良好的铸造性：易于成型复杂形状。 耐磨性：表面硬度高，适合承受摩擦。 减振性：能够吸收振动，减少噪音。 切削加工性：易于进行机械加工。 价格便宜：生产成本较低。 3.概念特征和属性 应用广泛：铸铁在汽车、拖拉机、机床等工业领域广泛应用，特别是在承受压力和摩擦的零件中。 抗拉强度较低：铸铁的抗拉强度一般较低，尤其是灰铸铁。 硬而脆：铸铁材料较硬但容易断裂，不适合承受较大的拉应力。 知识点二 灰铸铁 1.定义 灰铸铁是一种断口呈灰色的铸铁，是工业常用铸铁中价格最低和应用最广泛的一种铸铁。 2.概念解释 灰铸铁的牌号以“HT+数字组合”表示，其中“HT”是“灰”和“铁”的汉语拼音字首，表示灰铸铁，数字表示最低抗拉强度。例如，HT150表示灰铸铁的最低抗拉强度为150MPa。具有以下特点： 价格低廉：灰铸铁是工业常用铸铁中价格最低的一种。 应用广泛：广泛应用于汽车、拖拉机、机床、重型机械等领域。 力学性能：灰铸铁的抗拉强度较低，通常用于承受压力和摩擦的零件。 知识点三 可锻铸铁 1.定义 可锻铸铁是一种具有较高强度和韧性的铸铁，常用于制造形状复杂而减振及强度要求较高的薄壁小型铸件。 2.概念解释 可锻铸铁的牌号由三个字母和阿拉伯数字组成。KTH表示黑心可锻铸铁，KTZ表示珠光体可锻铸铁；第一组数字表示最低抗拉强度，第二组数字表示最低断后伸长率。例如KTZ450-06表示珠光体可锻铸铁，最低抗拉强度为450MPa，最低断后伸长率为6%。具有以下特点： 高强度和韧性：可锻铸铁具有较高的强度和韧性，适合用于制造形状复杂的零件。 应用广泛：常用于制造管接头、汽车和拖拉机后桥外壳、低压阀门等。 知识点四 球墨铸铁 1.定义 球墨铸铁是一种具有优良性能的铸铁，广泛用于制造性能要求较高的铸件，有时可代替非合金钢或低合金钢来制造某些负荷较大、受力较复杂的零件。 2.概念解释 球墨铸铁的牌号由QT和阿拉伯数字组成。QT表示球墨铸铁，第一组数字表示最低抗拉强度，第二组数字表示最低断后伸长率。例如，QT450-10表示球墨铸铁，最低的抗拉强度为450MPa，最低的断后伸长率为10%。具有以下特点： 优良性能：球墨铸铁具有优良的力学性能，适合用于制造性能要求较高的铸件。 应用广泛：广泛用于机械、冶金、化工、铁道等部门，如内燃机曲轴、凸轮轴、齿轮等。 3.6 非铁金属 知识点一 非铁金属 1.定义 非铁金属是指除铁和铁基材料以外的其他金属，也称有色金属材料，如铜、铝、镁等。 2.概念解释 种类：非铁金属种类繁多，主要包括铜及铜合金、铝及铝合金、镁及镁合金、钛及钛合金、滑动轴承合金等。 特殊性能： 导电性和导热性良好 密度低，熔点低 力学性能和工艺性能优良。 知识点二 铜及铜合金 1.定义 铜及铜合金是以铜为基础，加入适量合金元素而成的金属材料。包括纯铜和各种铜合金，如黄铜、青铜和白铜等。 2.概念解释 纯铜： o颜色：紫红色 o熔点： o密度： o特性：导电性和导热性仅次于金和银，具有良好的抗磁性和耐蚀性。 铜合金： o黄铜：以锌为主加元素的铜合金，色黄。 o青铜：铜和锌以外的铜合金，色青。 o白铜：以镍为主加元素的铜合金，色白。 知识点三 铝及铝合金 1.定义 铝及铝合金是以铝为基础，加入适量合金元素组成的金属材料。包括纯铝和各种铝合金，如防锈铝、硬铝、超硬铝等。 2.概念解释 纯铝： o颜色：银白色 o熔点： o密度： o特性：导电性和导热性好，耐蚀性好，塑性好但强度低。 铝合金： o变形铝合金：如防锈铝、硬铝、超硬铝等，通过变形和热处理进一步强化。 o铸造铝合金：如铝-硅系、铝-铜系、铝-镁系、铝-锌系等，具有良好的铸造性能。 3.7 工程塑料 知识点一 工程塑料 1.定义 工程塑料是以天然或合成树脂为基体，再加入添加剂（如增塑剂、稳定剂、抗氧剂、润滑剂和着色剂等），在一定温度与压力下能成型的另一种非金属材料。 2.概念解释 基体：指工程塑料的主要成分，可以是天然树脂或合成树脂。 添加剂：包括增塑剂、稳定剂、抗氧剂、润滑剂和着色剂等，用于改善材料性能。 成型：在特定温度和压力条件下，通过加工工艺使材料形成所需形状。 受热性能分类：根据树脂在加热和冷却时所表现的性质，分为热塑性塑料和热固性塑料。 用途分类：根据塑料的用途不同，分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。 知识点二 热塑性塑料 1.定义 热塑性塑料主要由聚合树脂加人少量稳定剂、润滑剂等制成。这类塑料受热软化，冷却后变硬，再次加热又软化，冷却后又变硬，可多次重复。 2.概念解释 聚合树脂：指通过聚合反应形成的高分子化合物。 稳定剂：用于防止材料在加工和使用过程中发生降解。 润滑剂：用于改善材料的流动性和脱模性能。 知识点三 热固性塑料 1.定义 热固性塑料大多是以酚醛树脂为基体，加入各种添加剂而成。这类塑料加热后软化，成型后加热不再软化，亦不再受热化，只能模压一次。 2.概念解释 酚醛树脂：一种常用的热固性树脂，具有较好的耐热性。 模压：指通过模具对材料进行加压成型的过程。 知识点四 工程塑料的应用 1.定义 工程塑料指强度高，能代替金属来制造机械零件的塑料，如ABS塑料、有机玻璃、尼龙、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚砜等，主要用于制造机械零部件。 2.概念解释 强度高：指工程塑料具有较高的机械强度，能够承受较大的外力。 代替金属：指工程塑料可以替代金属材料，用于制造机械零件，具有重量轻、成本低等优点。 3.8 机械工程材料的选用 知识点一 材料的使用性能 1.定义 材料的使用性能是指材料在实际工作条件下，能够满足零件设计要求的能力。使用性能是衡量材料是否适合特定机械零件的关键指标。它包括强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等特性。不同零件由于受力情况、工作环境和失效形式不同，对材料的使用性能要求也不同。 2.概念解释 强度：材料抵抗外力破坏的能力。 硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。 耐磨性：材料抵抗磨损的能力。 耐腐蚀性：材料抵抗化学侵蚀的能力。 知识点二 材料的工艺性能 1.定义 材料的工艺性能是指金属材料在制造机械零件的过程中，适应各种冷、热加工的性能。工艺性能决定了材料在加工过程中的难易程度，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。 2.概念解释 铸造性能：金属熔化成液态后，在铸造成型时具有的特性，如流动性、收缩率和偏析倾向。 锻造性能：金属材料在锻造过程中受塑性变形的性能，与材料的塑性和强度有关。 焊接性能：材料在焊接过程中形成致密接头并具有一定力学性能的能力。 切削加工性能：金属材料在切削加工时的难易程度，与材料的硬度、导热性和化学成分有关。 知识点三 材料的经济性 1.定义 材料的经济性是指在保证零件使用性能和加工质量的前提下，尽量选用价格低廉、加工方便、费用低、便于采购、运输和管理的材料。经济性是材料选择中的一个重要因素，尤其是在大规模生产中，材料的成本直接影响产品的总成本。 2.概念解释 价格低廉：选择相对价格较低的材料。 加工方便：选择易于加工的材料，减少加工时间和成本。 费用低：选择运输和管理成本低的材料。 便于采购：选择市场上容易获得的材料。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！17 学科网（北京）股份有限公司 $$