《机械基础》浙江省（单独招生考试）第十七讲 金属和非金属（课件）

《机械基础》 金属和非金属 单独招生考试·机械基础 复习要求 金属材料概述 1 有色金属及其合金 2 非金属材料概述 3 单独招生考试·机械基础 知识复习 一 01 金属材料概述 02 有色金属及其合金 03 非金属材料概述 04 05 拓展学习 单独招生考试·机械基础 对口招生真题解析 考点一：公差与配合 单独招生考试·机械基础 金属材料的分类与特性 黑色金属与有色金属 晶体结构差异 纯金属与合金 黑色金属主要指铁及其合金（如钢、铸铁），具有高强度、耐磨性和磁性；有色金属包括铝、铜、钛等，以轻量化、导电性和耐腐蚀性为特点。 纯金属（如电解铜）导电性优异但机械性能较低；合金（如不锈钢）通过添加其他元素改善硬度、耐热性或抗腐蚀性，满足多样化工程需求。 金属的晶格类型（如体心立方、面心立方）直接影响其延展性、强度和熔点，例如面心立方结构的铝延展性优于体心立方的铬。 考点一：公差与配合 单独招生考试·机械基础 金属材料的应用领域 钢结构用于高层建筑和桥梁，镀锌钢板抗腐蚀，适用于屋顶和管道；钢筋增强混凝土的承载能力。 铝合金减轻车身重量（如高铁车厢），铜合金用于汽车散热器和电气系统；钛合金应用于飞机发动机压气机叶片。 铜是电力传输的核心材料；镍氢电池和锂离子电池依赖稀有金属（如钴）；核反应堆使用锆合金作为燃料包壳材料。 建筑与基础设施 交通运输 能源与电子 考点一：公差与配合 单独招生考试·机械基础 普碳钢（如Q235A、SS400）碳含量低于0.3%，具有优异的塑性、焊接性和冷加工性能，原材料成本仅为合金钢的1/3，适合大规模结构件制造，如建筑桁架、螺栓等低应力场景。 普碳钢的特点与用途 成本效益优势 通过正火或退火可细化晶粒（如S45C经调质后抗拉强度达700MPa），但水淬易变形，常用于齿轮、轴类等需表面硬度的零件，需配合后续精加工保证尺寸精度。 热处理适应性 在潮湿或酸性环境中易发生电化学腐蚀，需镀锌或涂装防护，典型应用包括集装箱角件、农业机械框架等非耐候需求场景。 环境耐受局限 考点一：公差与配合 单独招生考试·机械基础 有色金属及其合金 铝及铝合金的分类（变形/铸造铝合金） 变形铝合金 通过塑性加工（如轧制、挤压、锻造）改变形状的铝合金，具有高强度、良好的延展性和加工性能，广泛应用于航空航天、交通运输等领域。典型牌号包括2xxx（铝铜系）、5xxx（铝镁系）和7xxx（铝锌镁系）系列。 01 铸造铝合金 采用熔铸成型工艺的铝合金，流动性好、收缩率低，适合制造复杂形状零件，如发动机缸体、轮毂等。常见类型有Al-Si系（如ZL101）、Al-Cu系（如ZL201）和Al-Mg系（如ZL301）。 02 不可热处理强化型 如纯铝和3xxx系（铝锰合金），主要通过冷加工提高强度，典型应用为钣金件和炊具。 03 可热处理强化型 如6xxx系（铝镁硅合金）和7xxx系，通过固溶时效处理显著提升强度，用于飞机结构件和高强度机械零件。 04 考点一：公差与配合 单独招生考试·机械基础 塑料 以合成树脂为主要成分的高分子材料，具有轻质、耐腐蚀、易成型等特点。根据热行为可分为热塑性塑料（如聚乙烯、聚丙烯）和热固性塑料（如酚醛树脂）。广泛应用于包装、电子、汽车等领域。 非金属材料的分类（塑料、橡胶、陶瓷等） 橡胶 分为天然橡胶（从橡胶树提取）和合成橡胶（如丁苯橡胶、硅橡胶），具有高弹性、耐磨性和绝缘性。常用于轮胎、密封件、减震部件等工业场景。 陶瓷 包括传统陶瓷（如粘土制品）和先进陶瓷（如氧化铝、碳化硅），具有高硬度、耐高温、化学稳定性强等特性。应用于切削工具、航空航天、生物医学等领域。 考点一：公差与配合 单独招生考试·机械基础 非金属材料通常为绝缘体或半导体，导热系数远低于金属，适合用于电气绝缘或隔热场景（如塑料电缆护套、陶瓷隔热层）。 多数非金属材料耐酸碱腐蚀，如聚四氟乙烯（PTFE）可抵抗强酸强碱，适用于化工设备衬里或防腐涂层。 非金属材料普遍轻于金属，如碳纤维复合材料密度仅为钢的1/4，但强度接近，广泛用于轻量化结构设计。 陶瓷类材料热膨胀系数低，而塑料较高，需在工程中考虑温度变化导致的形变问题（如塑料管道需预留伸缩缝）。 非金属材料的物理化学特性 导电性与导热性差 化学稳定性高 密度低 热膨胀系数差异大 考点一：公差与配合 单独招生考试·机械基础 非金属材料的优势与局限性 优势： 设计灵活性：塑料可通过注塑、挤出等工艺制成复杂形状，满足定制化需求（如汽车内饰件）。 成本效益：部分非金属材料（如普通聚乙烯）原料价格低且加工能耗少，适合大规模生产。 功能多样性：如橡胶兼具弹性和阻尼性能，陶瓷兼具耐磨与生物相容性，适应多领域应用。 局限性： 机械强度不足：多数非金属材料抗拉强度、刚度低于金属，不适用于高载荷结构（如桥梁主梁）。 耐温性受限：塑料易软化或分解（如PVC在60℃以上变形），而陶瓷脆性大，抗热震性差。 环境问题：部分合成材料（如聚苯乙烯）难降解，需通过回收或生物基材料替代以减少污染。 单独招生真题解析 （2023·浙江）碳素钢按含碳量分类，低碳钢的含碳量范围是： A. <0.25% B. 0.25%~0.60% C. >0.60% D. >1.0% 【解析】低碳钢含碳量<0.25%，中碳钢0.25%-0.60%，高碳钢>0.60%。 【答案】:A 单独招生考试·机械基础 （2024·浙江）钢的热处理工艺中，淬火的主要目的是： A. 降低硬度 B. 提高硬度和强度 C. 改善切削性能 D. 消除内应力 【解析】提高硬度和强度 【答案】B 单独招生真题解析 单独招生考试·机械常识 （2024·浙江）黄铜的主要合金元素是： A. 锡 B. 锌 C. 镍 D. 镁 【解析】黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金。 【答案】:B 单独招生真题解析 单独招生考试·机械基础 （2023·浙江）铝合金的主要特点是： A. 密度小，比强度高 B. 硬度高，耐磨性好 C. 耐高温性能好 D. 导电性差 【解析】：密度小，比强度高 【答案】:A 单独招生真题解析 单独招生考试·机械基础 （2024·浙江）下列哪种材料被称为"第三代铝合金"： A. 铸铝合金 B. 铝锂合金 C. 硬铝合金 D. 防锈铝合金 【解析】 铝锂合金 【答案】:B 单独招生真题解析 单独招生考试·机械基础 （2024·浙江）陶瓷材料的主要缺点是： A. 脆性大 B. 硬度低 C. 耐热性差 D. 密度大 【解析】脆性大 【答案】:A 单独招生真题解析 单独招生考试·机械基础 （2024·浙江）碳纤维复合材料的主要优点是： A. 比强度和比模量高 B. 价格低廉 C. 加工性能好 D. 耐冲击性好 【解析】比强度和比模量高 【答案】:A 单独招生真题解析 单独招生考试·机械基础 （2023·浙江）金属基复合材料通常用于： A. 高温工作环境 B. 低温环境 C. 强酸环境 D. 水下环境 【解析】高温工作环境 【答案】:A 单独招生真题解析 单独招生考试·机械基础 （2024·浙江）生物降解塑料的主要优点是： A. 环保，可自然分解 B. 强度高 C. 耐高温 D. 价格低 【解析】环保，可自然分解 【答案】:A 单独招生真题解析 单独招生考试·机械基础 （2023·浙江）表面渗碳处理主要用于： A. 提高表面硬度和耐磨性 B. 提高整体韧性 C. 改善导电性 D. 增强耐腐蚀性 【解析】提高表面硬度和耐磨性 【答案】:A 单独招生真题解析 单独招生考试·机械基础 （2024·浙江）绿色制造要求材料选择考虑： A. 可回收性和环境友好性 B. 仅考虑成本 C. 仅考虑性能 D. 仅考虑外观 【解析】可回收性和环境友好性 【答案】:A 单独招生真题解析 单独招生考试·机械基础 （2023·浙江）要求重量轻、强度高的航空航天零件应选用： A. 普通钢 B. 钛合金或复合材料 C. 铸铁 D. 铜合金 【解析】钛合金或复合材料 【答案】:B 单独招生真题解析 单独招生考试·机械基础 感谢观看 单独招生考试·机械基础 $