第18节 金属材料和金属材料的主要力学性能《机械基础》浙江省（单独招生考试）机械类 知识点讲解

浙江省机械类（单独招生考试）机械基础 复习讲义 第十八节 金属材料和金属材料的主要力学性能 【考纲要求】 （1）了解金属材料的分类、应用及特点。 （2）掌握金属材料力学性能的定义、指标、含义及工程意义。 【知识网络】 【知识和技能要点】 考点1 金属材料(识记） 一、金属材料概述 金属材料是现代工业应用最广泛的材料，具有良好的导电性、导热性、塑性、金属光泽，可锻压、铸造、焊接、切削加工。 二、金属材料的分类 黑色金属（铁基金属） 以铁为基础，含碳合金。 包括：工业纯铁、碳钢、合金钢、铸铁。 应用：机床、汽车、船舶、桥梁、建筑结构。 有色金属（非铁基金属） 除铁以外的金属及合金。 包括：铜、铝、镁、锌、锡、铅、钛及合金。 特点：密度小、导电好、耐腐蚀、某些具有特殊性能。 三、常用金属材料 碳素钢（碳钢） 铁碳合金，价格低、工艺好，应用最广。 合金钢 加入合金元素，强度高、耐磨、耐热、耐腐蚀。 铸铁 铸造性好、吸震、耐磨，用于底座、箱体。 有色金属合金 铝合金：轻、强、耐蚀，用于航空、结构件。 铜合金：导电、导热、耐磨，用于轴承、齿轮、线路。 四、金属材料的使用要求 足够力学性能：强度、硬度、塑性、韧性等。 良好工艺性能：易铸造、锻造、焊接、切削。 合理经济性能：成本低、资源丰富。 【练习题】 1、 单项选择题 1. 下列材料中属于黑色金属的是（） A. 黄铜 B. 铝合金 C. 铸铁 D. 铜 2. 下列材料中属于有色金属的是（） A. 低碳钢 B. 合金钢 C. 灰铸铁 D. 紫铜 3. 金属材料的共同特征是（） A. 透明 B. 有金属光泽 C. 脆性大 D. 硬度低 4. 机械制造中应用最广泛的材料是（） A. 黑色金属 B. 有色金属 C. 陶瓷 D. 塑料 5. 用于制造承受载荷构件的材料称为（） A. 结构材料 B. 工具材料 C. 功能材料 D. 绝缘材料 6. 制造刀具、模具应选用（） A. 结构材料 B. 工具材料 C. 功能材料 D. 耐磨材料 7. 具有导电、导热、磁性等特殊性能的材料是（） A. 结构材料 B. 工具材料 C. 功能材料 D. 铸造材料 8. 下列不属于金属材料工艺性能的是（） A. 铸造性 B. 锻造性 C. 导电性 D. 焊接性 9. 密度小、比强度高，广泛用于航空航天的是（） A. 铸铁 B. 铝合金 C. 碳钢 D. 高速钢 10. 导电性和导热性最优异的是（） A. 铜合金 B. 铸铁 C. 低碳钢 D. 高铬钢 11. 黑色金属的组成不包括（） A. 铁 B. 铬 C. 锰 D. 铝 12. 金属材料能进行锻压、轧制加工，主要因为具有（） A. 强度 B. 塑性 C. 硬度 D. 韧性 13. 下列不属于压力加工合金的成型方式是（） A. 锻造 B. 轧制 C. 铸造 D. 挤压 14. 机床床身、箱体常用材料是（） A. 铸铁 B. 黄铜 C. 铝合金 D. 锌合金 15. 钛合金的主要特点是（） A. 密度大 B. 不耐腐蚀 C. 耐高温 D. 塑性差 16. 建筑钢筋、结构件主要选用（） A. 碳钢 B. 铜合金 C. 铝合金 D. 钛合金 17. 金属材料不具备的性能是（） A. 可切削 B. 可焊接 C. 可铸造 D. 透明性 18. 下列属于功能材料应用的是（） A. 齿轮 B. 轴 C. 电线 D. 刀具 19. 汽车轻量化结构优先选用（） A. 铸铁 B. 铝合金 C. 高碳钢 D. 合金钢 20. 下列不属于有色金属的是（） A. 铜 B. 铝 C. 钛 D. 锰 2、 多项选择题 1. 金属材料按化学成分可分为（） A. 黑色金属 B. 有色金属 C. 结构材料 D. 工具材料 2. 金属材料的基本特点包括（） A. 金属光泽 B. 良好导电性 C. 良好塑性 D. 不透明 3. 金属材料按用途可分为（） A. 结构材料 B. 工具材料 C. 功能材料 D. 硬质合金 4. 下列属于黑色金属的有（） A. 碳钢 B. 铸铁 C. 合金钢 D. 铜 5. 下列属于有色金属的有（） A. 铝合金 B. 铜合金 C. 钛合金 D. 锰钢 6. 结构材料的主要要求有（） A. 强度高 B. 塑性好 C. 韧性好 D. 硬度极高 7. 工具材料主要用于制造（） A. 刀具 B. 模具 C. 量具 D. 受力框架 8. 金属材料的工艺性能包括（） A. 铸造性 B. 锻造性 C. 焊接性 D. 切削加工性 9. 铝合金的优点有（） A. 密度小 B. 比强度高 C. 加工性好 D. 耐高温 10. 铜合金的应用领域有（） A. 电线电缆 B. 轴承 C. 油管 D. 航空结构 11. 金属材料的工程应用包括（） A. 机械零件 B. 建筑结构 C. 交通工具 D. 电子元件 12. 钛合金适用于（） A. 航空发动机 B. 化工设备 C. 船用部件 D. 普通螺栓 13. 属于铸造金属特点的有（） A. 可铸复杂形状 B. 成本较低 C. 塑性极好 D. 适合批量生产 14. 金属材料的共性包括（） A. 可压力加工 B. 有导热性 C. 有导电性 D. 脆性大 15. 工具材料的核心要求是（） A. 高硬度 B. 高耐磨性 C. 高强度 D. 高塑性 3、 填空题 1. 金属材料按化学成分分为________金属和________金属。 2. 黑色金属是指________、________、锰及其合金。 3. 金属材料具有________光泽，且________。 4. 金属材料按用途分为结构材料、________材料和________材料。 5. 结构材料主要用于制造________构件。 6. 工具材料要求具有高________和高________。 7. 金属材料具有良好的________性和________性。 8. 铝合金的特点是密度________、比强度________。 9. 铜合金的________性和________性十分优异。 10. 金属材料的工艺性能包括铸造性、 、焊接性、 。 11. 机床床身常用________制造。 12. 钛合金具有________和________特性。 13. 压力加工包括锻造、轧制、________、拉拔。 14. 功能材料具有________、导热、________等特殊性能。 15. 汽车轻量化结构常用________合金。 四、简答题 1. 简述金属材料按化学成分的分类及代表材料。 2. 金属材料有哪些基本特性？ 3. 金属材料按用途分为哪几类？各有什么用途？ 4. 简述铝合金、铜合金、钛合金的特点及应用。 5. 什么是金属材料的工艺性能？包括哪些内容？ 【答案】 1、 单项选择题 1.C 2.D 3.B 4.A 5.A 6.B 7.C 8.C 9.B 10.A11.D 12.B 13.C 14.A 15.C 16.A 17.D 18.C 19.B 20.D 2、 多项选择题 1.AB 2.ABCD 3.ABC 4.ABC 5.ABC6.ABC 7.ABC 8.ABCD 9.ABC 10.ABC11.ABCD 12.ABC 13.ABD 14.ABC 15.AB 三、填空题 1. 黑色；有色 2. 铁；铬 3. 金属；不透明 4. 工具；功能 5. 受力 6. 硬度；耐磨性 7. 导电；导热 8. 小；高 9. 导电；导热 10. 锻造性；切削加工性 11. 铸铁 12. 耐高温；耐腐蚀 13. 挤压 14. 导电；磁性 15. 铝 四、简答题 1. 答：按化学成分分为黑色金属（铁、碳钢、铸铁、合金钢）和有色金属（铜、铝、钛、黄铜、铝合金）。 2. 答：有金属光泽、不透明；良好导电性、导热性；良好塑性；可铸造、可焊接、可切削加工。 3. 答：分为结构材料（受力构件）、工具材料（刀具模具量具）、功能材料（导电导热磁性）。 4. 答：铝合金密度小比强度高，用于航空汽车；铜合金导电导热好，用于电缆轴承；钛合金耐高温耐腐蚀，用于航空发动机。 5. 答：工艺性能是材料适应加工的性能，包括铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处理性。 考点2 金属材料的主要力学性能（识记） 一、力学性能概述 力学性能是金属材料在外力载荷作用下表现出来的性能，是选材、设计、加工的核心依据。常用力学性能指标：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度。 二、强度（抵抗塑性变形与断裂） 定义：材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 主要指标 屈服强度（σₛ）：材料开始产生明显塑性变形的最小应力。 抗拉强度（σᵦ）：材料拉断前承受的最大应力。 意义：强度越高，承载能力越强，越不易变形断裂。 三、塑性（产生永久变形而不断裂） 定义：材料在外力作用下，产生永久塑性变形而不发生断裂的能力。 主要指标 断后伸长率（δ） 断面收缩率（ψ） 意义：塑性好，易冲压、锻造、弯曲、成型，不易脆断。 四、硬度（抵抗局部压入变形） 定义：材料抵抗局部塑性变形、压痕、划痕的能力。 常用测量方法 布氏硬度（HB）：测软材料、铸铁、有色金属。 洛氏硬度（HRC）：测硬材料、淬火钢、工具钢（最常用）。 维氏硬度（HV）：测薄层、精密零件。 意义：硬度越高，耐磨、抗压能力越强。 五、韧性（抵抗冲击载荷） 定义：材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。 指标：冲击韧度（αₖ）。 意义：韧性好，受冲击、振动不易脆断，用于齿轮、曲轴、刀具。 六、疲劳强度（抵抗交变载荷） 定义：材料抵抗无数次交变载荷作用而不发生断裂的最大应力。 意义：轴、齿轮、弹簧、轴承等在交变应力下工作，必须具备高疲劳强度。 七、物理 / 化学性能（补充） 物理：密度、熔点、导热、导电、热膨胀。 化学：耐腐蚀性、抗氧化性。 【练习题】 1、 单项选择题 1. 金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为（） A. 塑性 B. 强度 C. 硬度 D. 韧性 2. 材料产生明显塑性变形时的应力是（） A. 抗拉强度 B. 屈服强度 C. 疲劳强度 D. 硬度 3. 材料拉断前能承受的最大应力是（） A. 屈服强度 B. 抗拉强度 C. 韧性 D. 塑性 4. 强度的常用单位是（） A. N B. J C. MPa D. Pa 5. 材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力是（） A. 强度 B. 塑性 C. 硬度 D. 疲劳强度 6. 下列属于塑性指标的是（） A. σₛ B. σᵦ C. δ D. αₖ 7. 拉断后标距增量与原标距之比是（） A. 伸长率 B. 断面收缩率 C. 硬度 D. 韧性 8. 材料抵抗局部压入、划痕的能力是（） A. 强度 B. 塑性 C. 硬度 D. 韧性 9. 适用于铸铁、有色金属的硬度测量是（） A. HBW B. HRC C. HV D. HRB 10. 适用于淬火钢、成品零件的硬度测量是（） A. HBW B. HRC C. HV D. HRB 11. 测量薄层、精密零件常用（） A. HBW B. HRC C. HV D. HRB 12. 材料抵抗冲击载荷的能力称为（） A. 强度 B. 硬度 C. 韧性 D. 疲劳强度 13. 冲击韧度的符号是（） A. σₛ B. αₖ C. δ D. ψ 14. 材料承受交变载荷而不断裂的最大应力是（） A. 抗拉强度 B. 屈服强度 C. 疲劳强度 D. 硬度 15. 疲劳断裂属于（） A. 塑性断裂 B. 脆性断裂 C. 弹性断裂 D. 韧性断裂 16. 疲劳断裂时应力通常（）抗拉强度 A. 高于 B. 低于 C. 等于 D. 无关系 17. 硬度越高，材料的（）越好 A. 塑性 B. 韧性 C. 耐磨性 D. 伸长率 18. 曲轴、齿轮等冲击零件需保证（） A. 强度 B. 硬度 C. 韧性 D. 疲劳强度 19. 轴类、弹簧等交变载荷零件需保证（） A. 韧性 B. 疲劳强度 C. 塑性 D. 硬度 20. 机械设计选材的核心依据是（） A. 物理性能 B. 化学性能 C. 力学性能 D. 工艺性能 2、 多项选择题 1. 金属材料的力学性能包括（） A. 强度 B. 塑性 C. 硬度 D. 韧性 2. 下列属于强度指标的有（） A. 屈服强度 B. 抗拉强度 C. 疲劳强度 D. 伸长率 3. 塑性的主要指标有（） A. 伸长率 B. 断面收缩率 C. 硬度 D. 强度 4. 工程常用硬度测试方法有（） A. 布氏硬度 B. 洛氏硬度 C. 维氏硬度 D. 肖氏硬度 5. 硬度的工程意义有（） A. 判断耐磨性 B. 检验热处理 C. 间接判断强度 D. 判断塑性 6. 韧性好的材料适用于（） A. 曲轴 B. 齿轮 C. 冲头 D. 刀具 7. 疲劳强度适用于（） A. 轴 B. 弹簧 C. 齿轮 D. 螺栓 8. 疲劳断裂的特点有（） A. 应力低 B. 脆性断裂 C. 无明显变形 D. 突然断裂 9. 塑性好的材料优点有（） A. 易压力加工 B. 断裂有预兆 C. 不易脆断 D. 硬度高 10. 下列符号对应正确的有（） A. 屈服强度 σₛ B. 抗拉强度 σᵦ C. 伸长率 δ D. 冲击韧度 αₖ 11. 强度的工程意义包括（） A. 确定承载能力 B. 防止变形 C. 防止断裂 D. 提高耐磨性 12. 下列零件需考虑韧性的有（） A. 连杆 B. 凸轮 C. 刀具 D. 模具 13. 下列零件需考虑疲劳强度的有（） A. 曲轴 B. 传动轴 C. 弹簧 D. 轴承 14. 硬度与耐磨性的关系是（） A. 正相关 B. 硬度高→耐磨好 C. 负相关 D. 无关系 15. 力学性能对机械工程的作用包括（） A. 合理选材 B. 设计尺寸 C. 制定工艺 D. 评估寿命 3、 填空题 1. 力学性能是金属材料在________作用下表现的性能。 2. 强度是抵抗________和________的能力。 3. 屈服强度符号为________，抗拉强度符号为________。 4. 强度单位常用________。 5. 塑性是产生________而不破坏的能力。 6. 塑性指标有________和________。 7. 硬度是抵抗局部________、划痕的能力。 8. 布氏硬度符号________，洛氏硬度符号________。 9. 韧性是抵抗________载荷的能力，指标为________。 10. 疲劳强度是承受________载荷而不断裂的最大应力。 11. 疲劳断裂属于________断裂，无明显________。 12. 硬度越高，________性越好。 13. 冲击零件优先选用________好的材料。 14. 交变载荷零件需保证________强度。 15. 机械零件选材核心依据是________性能。 四、简答题 1. 什么是强度？写出主要强度指标、符号及工程意义。 2. 什么是塑性？写出塑性指标及塑性好的优点。 3. 什么是硬度？写出三种常用硬度方法、符号及适用场合。 4. 什么是韧性？冲击韧度的意义及应用零件。 5. 什么是疲劳强度？疲劳断裂特点及应用零件。 【答案】 1、 单项选择题 1.B 2.B 3.B 4.C 5.B 6.C 7.A 8.C 9.A 10.B11.C 12.C 13.B 14.C 15.B 16.B 17.C 18.C 19.B 20.C 2、 多项选择题 1.ABCD 2.ABC 3.AB 4.ABC 5.ABC6.ABC 7.ABCD 8.ABCD 9.ABC 10.ABCD11.ABC 12.AB 13.ABCD 14.AB 15.ABCD 三、填空题 1. 外力 2. 塑性变形；断裂 3. σₛ；σᵦ 4. MPa 5. 永久变形 6. 伸长率；断面收缩率 7. 压入 8. HBW；HRC 9. 冲击；αₖ 10. 交变 11. 脆性；塑性变形 12. 耐磨 13. 韧性 14. 疲劳 15. 力学 四、简答题 1. 答：强度是抵抗塑性变形和断裂的能力；指标有屈服强度 σₛ、抗拉强度 σᵦ；用于确定承载能力，防止变形断裂。 2. 答：塑性是产生永久变形而不破坏的能力；指标为伸长率、断面收缩率；便于压力加工，断裂前有预兆。 3. 答：硬度是抵抗局部压入、划痕的能力；布氏 HBW（铸铁有色金属）、洛氏 HRC（淬火钢）、维氏 HV（薄层精密件）。 4. 答：韧性是抵抗冲击载荷的能力，指标冲击韧度 αₖ；用于曲轴、齿轮、冲头、连杆等冲击零件。 5. 答：疲劳强度是承受交变载荷而不断裂的最大应力；特点是应力低、脆性断裂、无明显变形；用于轴、弹簧、齿轮、螺栓。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $