...wd......wd...完美Word格式整理版...wd...《2018年機械工程師(中級)職稱資格考試指導書》第一局部工程制圖與公差配合·工程圖是設計工程師用以表達機械構造設計意圖的語言和工具。它由制圖標準標準和一些符號、畫法規則組成。1.1工程制圖的一般規定圖框，即圖紙的規格尺寸，由圖紙是否需要裝訂和圖紙幅面的5927小確定。優先采用的圖紙幅面是：A0，A1，A2，A3，A4，A5.粗線寬度b應按圖的大小和復雜程度，在0.5～2mm之間選擇b的推薦系列為0.25、0.35、0.5、0.7、1、1.4、2mm。新標準規定，標題欄中的文字方向為看圖的方向，即圖樣中標注尺寸、符號及說明均以標題欄的文字方向為準。第一視角和第三視角視圖兩種畫法的主要區別在于視圖的配置關系不同。一張工程圖中，一般都包含3個根本內容：標題欄、根本視圖、技術要求。1〕零件圖中，如剖面線為金屬材料，剖面線畫成45°平行線，而且在各視圖中應方向一致、間隔相等。在裝配圖中，相鄰兩金屬零件的剖面線方向相反或方向一樣但間隔不同；還要注意在各視圖中同一零件的剖面線方向仍一樣。2〕零件圖中可用涂色代替剖面線，但標準中規定涂色僅能用于零件圖而不可用于裝配圖。3〕對于狹小面積的剖面，當在圖中的寬度小于或等于2mm時，可以用涂黑代替剖面線。1.2機械、液壓、氣動系統圖的示意畫法能認識、繪制機械、液壓、氣動系統的原理圖，并能運用原理圖進展方案設計和分析。1.5尺寸、公差、配合與形位公差標注基孔制配合是根本偏差為一定的孔的公差帶，選擇改變軸的公差帶獲得所需配合〔狀態〕的一種裝配制度?；S制配合是根本偏差為一定的軸的公差帶，選擇改變孔的公差帶獲得所需配合〔狀態〕的另一種裝配制度。根據GB/T1800.2-1998規定，標準公差采用國際標準公差代號IT表示。標準公差等級分為01，0，1，2，3，…，18共20級，分別標記為IT01，…，IT18.標準推薦，基孔制的間隙配合、軸的根本偏差用a，b，c，d，e，f，g，h；過渡配合用js，k，m，n；過盈配合用p，r，s，t，u，v，x，y，z。零件單一實際要素〔指構成零件幾何特征實際存在的點、線、面〕形狀所允許的變動全量稱為形狀公差。關聯實際要素〔指對其他要素有功能關系的實際要素〕的位置對基準所允許的變動全量稱為位置公差。形狀和位置公差簡稱為形位公差。表而粗糙度指已加工外表波距在lmm以下的微觀幾何形狀誤差。外表粗糙度由加工過程中的殘留面積、塑性變形、積屑瘤、鱗刺以及工藝系統的高頻振動等原因造成。同一外表粗糙度值Ry＞Rz＞Ra，且Ry值約為Ra值的8倍。一般外表粗糙度標注優先采用Ra值。尺寸鏈是在零件加工或機器裝配過程中，由相互聯接的尺寸形成的封閉尺寸組。按尺鏈的形成和應用場合，尺寸鏈可分為工藝尺寸鏈和裝配尺寸鏈。在零件加工過程中，由同零件有關工序尺寸所形成的尺寸鏈，稱為工藝尺寸鏈。在機器設計和裝配過程中由有關零設計尺寸所形成的尺寸鏈，稱為裝配尺寸鏈。按尺寸鏈各環的幾何特征和所處空間位置，尺寸鏈可分為直線尺寸鏈、角度尺寸鏈、面尺寸鏈和空間尺寸鏈。第二局部工程材料2.1金屬材料金屬材料的主要性能包括工藝性能和使用性能。工藝性能是指金屬材料使用某種工藝方法進展加工的難易程度。使用性能是指金屬材料在正常工作條件下所表現出來的力學性能、物理性能和化學性能。力學性能是指材料在外力作用下表現出來的性能。其主要指標有硬度、強度、塑性、韌性、耐磨性和缺口敏感性等。材料的力學性能主要取決于材料的組分和晶體構造。硬度是指材料外表抵抗比它更硬的物體壓入的能力。硬度是材料的重要力學性能指標。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的強度越高，塑性變形抗力越大，硬度值也越高。硬度和其他力學性能之間存在一定關系。金屬材料的布氏硬度HBS與抗拉強度σb在一定硬度范圍內存在線性關系，即σb=KHBS，鋼鐵材料和鋁合金K值約為3.3～3.5，銅及銅合盆約為4.8～5.3。根據洛式硬度換算σb=－801.24＋50.08×HRC。對于刀具、冷成型模具和粘著磨損或磨粒磨損失效的零件，其磨損抗力和材料的硬度成正比，硬度是決定耐磨性的主要性能指標。對于承受接觸疲勞載荷的零件如齒輪、滾動軸承等，在一定硬度范圍內提高硬度對減輕麻點剝落是有效的。用硬度作為控制材料性能的指標時，必須對熱處理工藝作出明確的規定，設計零件時在圖樣上除注明材料外，還必須注明熱處理技術條件和熱處理后到達的硬度〔硬度應有一定范圍，一般波動為5個HRC〕。生產中常用的硬度測試方法有布氏〔HB〕硬度測試法、洛氏〔HR〕硬度試驗方法和維氏〔HV〕硬度試驗方法三種〔HS-肖氏硬度〕?！惨弧巢际嫌捕仍囼灧ú际嫌捕仍囼灧ㄊ怯靡恢睆綖镈的淬火鋼球或硬質合金球作為壓頭，在載荷P〔kgf或N〕的作用下壓入被測試金屬外表，保持一定時間t后卸載，測量金屬外表形成的壓痕直徑d，以壓痕的單位面積所承受的平均壓力作為被測金屬的布氏硬度值。布氏硬度指標有HBS和HBW，前者所用壓頭為淬火鋼球，適用于布氏硬度值低于450的金屬材料，如退火鋼、正火鋼、調質鋼及鑄鐵、有色金屬等；后者壓頭為硬質合金，適用于布氏硬度值為450～650的金屬材料，如淬火鋼等。布氏硬度試驗特別適用于測定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶粒或組成相的金屬材料的硬度及鋼件退火、正火和調質后的硬度。試驗數據穩定，重復性強。檢測布氏硬度時，檢測面應是光滑的，外表粗糙度一般為Ra<0.8μm，試樣厚度至少應為壓痕直徑的10倍。試驗時，壓痕中心應距試樣邊緣≥4d，當材料硬度<35HBS時應為6d。相鄰兩個壓痕之間的間隔必須大于壓痕直徑的3倍以上。布氏硬度測試法，因壓痕較大，故不宜測試成品件或薄片金屬的硬度?！捕陈迨嫌捕仍囼灧迨接捕仁且詼y量壓痕深度來表示材料的硬度值。洛氏硬度試驗法是用一錐頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為〔1.558mm〔1/16英寸〕的淬火鋼球為壓頭，以一定的載荷壓入被測試金屬材料外表，根據壓痕深度可直接在洛氏硬度計的指示盤上讀出硬度值。常用的洛氏硬度指標有HRA、HRB和HRC三種。洛氏硬度測試，操作迅速、簡便，且壓痕小不損傷工件外表，故適于成品檢驗，熱處理質量檢驗。缺點是壓痕小，代表性差，所測硬度值重復性差，分散度較大。常用于檢查淬火后的硬度?！捕尘S氏硬度試驗法維氏硬度試驗的壓頭是兩對面夾角α為136°的金剛石四棱錐體。壓頭在試驗力F的作用下，將試樣外表壓出一個四方錐形的壓痕，經一定保持時間后，卸除試驗力，測量出壓痕對角線平均長度d，用以計算壓痕的外表積A。l〕金屬維氏硬度試驗方法。試驗力范圍為49.03～980.7N，共分六級，主要用于測定較大工件和較深外表層的硬度。金屬小負荷維氏硬度試驗方法。試驗力范圍為1.961～49.03N，共分七級，主要用于測定較薄工件和具有較淺硬化層零件的外表硬度，也可測外表硬化零件的表層硬度梯度或硬化層深度。金屬顯微硬度試驗方法。試驗力范圍為18.07×10-3～1.961N，共分五級，主要用于測量微小件，極薄件以及具有極薄的外表層的硬度以及合金中組成相的硬度。維氏硬度不僅試驗力可任意選取，而且壓痕測量精度高，硬度值準確。缺點是硬度值需通過測量壓痕對角線長度后進展計算或查表，效率較低。其他還有努氏硬度〔HK〕試驗，它是一種顯微硬度的試驗方法，對外表淬硬層或鍍層，滲層等薄層區域的硬度測定以及截面上的硬度分布的測定較為方便；肖氏硬度〔HS〕試驗也是一種動載荷試驗法〔也稱回跳硬度〕，較為方便，可在現場測量大型工件的硬度，其缺點是硬度測量精度較低；里氏硬度〔HL〕試驗法，是一種新型的反彈式硬度測量方法，便于攜帶，常用于測量大型鑄鍛件、永久組裝部件等、精度較高，可自動轉換成洛式硬度、布氏硬度、里氏硬度或肖氏硬度，并可直接打印出測量結果，被測外表的粗糙度應到達Ra=2μm，外表清潔，不得有油污，被測零件的重量≥100g，厚度＞5mm，硬化層深度＞0.8mm。習題1.材料的根本力學性能主要包括哪此內容答：力學性能主要指標有硬度、強度、塑性、韌性等。硬度：制造業中，通常采用壓入法測量材料的硬度，按試驗方法不同，分有布氏硬度〔HB〕、洛式硬度〔HR〕、維氏硬度〔HV〕，表達材料外表抵抗外物壓入的能力。布氏硬度〔HB〕是用一定載荷將淬火鋼球壓入試樣外表，保持規定時間后卸載，測得外表壓痕的面積后，計算出單位面積承受的壓力，為布氏硬度值〔HB〕，單位是kgf/mm2，通常不標注；布氏硬度〔HB〕測試法一般用于HB<450。洛氏硬度〔HR〕以壓痕深淺表示材料的硬度。洛式硬度有三種標尺，分別記為HRA、HRB和HRC，采用不同的壓頭和載荷。生產中按測試材料不同，進展選擇，有色金屬和正火鋼，選用HRB，淬火鋼選用HRC；硬質合金、外表處理的高硬層選用HRA進展測量。維氏硬度〔HV〕根據單位壓痕外表積承受的壓力定義硬度值，壓頭為錐角136度金鋼石角錐體，載荷根據測試進展選擇，適用對象普遍。肖氏硬度〔HS〕是回跳式硬度，定義為一定重量的具有金鋼石圓頭和鋼球的標準沖頭從一定高度落下，得到的回跳高度與下落高度的比值，適用于大型工件的外表硬度測量。強度：常用的強度指標為屈服強度σs，通過拉伸試驗確定，定義為材料開場產生塑性變形的應力，其大小表達材料抵抗塑性變形的能力，大多數金屬材料在拉伸時沒有明顯的屈服現象，因此將試樣產生0.2%塑性變形時的應力值，作為屈服強度指標，稱為條件屈服強度，用σ0.2表示?？估瓘姸圈襜是材料產生最大均勻變形的應力。σb對設計塑性低的材料如鑄鐵、冷拔高碳鋼絲和脆性材料，如白口鑄鐵、陶瓷等制作的零件具有直接意義。設計時以抗拉強度確定許用應力，即[σ]＝σb/K〔K為安全系數〕。塑性：通過拉伸試驗確定塑性指標，包括伸長率〔δ〕和斷面收縮率〔Ψ〕，分別定義為斷裂后試樣的長度相對伸長和截面積的相對收縮，單位是％。它們是材料產生塑性變形重新分布而減小應力集中的能力的度量。δ和Ψ值愈大則塑性愈好，金屬材料具有一定的塑性是進展塑性加工的必要條件。塑性還可以提高零件工作的可靠性，防止零件突然斷裂。韌性：沖擊韌度指標αk或Ak表示在有缺口時材料在沖擊載荷下斷裂時塑性變形的能力及所吸收的功，反映了應力集中和復雜應力狀態下材料的塑性，而且對溫度很敏感，單位為kgf·m/cm2。δ和ψ數值大小只能表示在單向拉伸應力狀態下的塑性，不能表示復雜應力狀態下的塑性，即不能反映應力集中、工作溫度、零件尺寸對零件斷裂強度的影響，因此不能可靠地防止零件脆斷。標準件廠在螺栓或螺釘成品檢驗時都必須隨機抽樣對螺栓或螺釘實物進展偏斜拉伸試驗。沖擊韌度指標αk或Ak、表征在有缺口時材料塑性變形的能力，反映了應力集中和復雜應力狀態下材料的塑性，而且對溫度很敏感，正好彌補了δ和ψ的缺乏。在設計中對于脆斷是主要不安全的零件，沖擊韌度是判斷材料脆斷抗力的重要性能指標。其缺點是αk或Ak不能定量地用于設計，只能憑經歷提出對沖擊韌度值的要求。假設過分追求高的αk值，結果會造成零件笨重和材料浪費。尤其對于中低強度材料制造的大型零件和高強度材料制造的焊接構件，由于其中存在冶金缺陷和焊接裂紋，此時，僅以沖擊韌度值已不能評定零件脆斷傾向的大小。應當指出，在沖擊載荷作用下工作的零件，實際承受的載荷是小能量屢次重復沖擊，這與αk值的實驗條件不同，因此材料承受小能量屢次重復沖擊的能力主要決定于強度，而無需過高的沖擊韌度。材料經受無數次重復交變應力作用而不致引起斷裂的最大應力，此種應力稱為疲勞強度，用σ-l表示彎曲疲勞強度。試驗標準規定：鋼的循環次數以107為基數，非鐵合金或某些超高強度鋼取108為基數。疲勞斷裂的原因是由于材料內部缺陷，外表傷痕及在工作中零件局部應力集中，導致微裂紋的產生。這些微裂紋在交變應力作用下，隨循環次數增加而逐漸擴展，使零件有效截面減小，從而導致突然斷裂。為了提高零件的疲勞強度，在設計時可通過改變零件構造的形狀，防止應力集中。加工時改善外表粗糙度，采取外表處理、滾壓和噴丸等措施，以提高材料的疲勞強度。習題5.常用材料硬度的測定法有哪三種它們主要適應于檢驗什么材料答：〔1〕硬度〔HB〕測定法：布氏硬度測定是用一定直徑D〔mm〕的鋼球或硬質合金球為壓頭，測量壓痕球形面積A〔mm2〕。布氏硬度〔HB〕就是試驗力F除以壓痕球形面積A所得的商。布氏硬度試驗特別適用于測定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶?；蚪M成相的金屬材料的硬度及鋼件退火、正火和調質后的硬度?！?〕洛式硬度〔HR〕試驗：洛式硬度是以測量壓痕深度來表示材料的硬度值。洛式硬度試驗所用的壓頭有兩種。一種是圓錐角ɑ＝120°的金鋼石圓錐體；另一種是一定直徑的小淬火鋼球。常的三種洛式硬度如表2.1-2所示。洛氏硬度試驗常用于檢查淬火后的硬度。標尺符號壓頭類型總試驗力F〔N〕測量硬度范圍應用舉例AHRA金鋼石圓錐5.88422-88硬質合金、外表薄層硬化鋼BHRBΦ1.558鋼球980.720-100低碳鋼、銅合金、鐵素體可鍛鑄鐵CHRC鋼金石圓錐147120-70淬火鋼、高硬鑄件、珠光體可鍛鑄鐵〔3〕維氏硬度〔HV〕試驗：維氏硬度試驗適用于常規材料，其壓頭是兩對面夾角ɑ＝136°的金鋼石四棱錐體。測量出壓痕對角線平均長度并計算壓痕的外表積A〔mm2〕，得到HV＝0.1891F÷d2。強度是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。強度指標一般用單位面積所承受的載荷即力表示，符號為σ，單位為MPa。工程中常用的強度指標有屈服強度和抗拉強度。屈服強度是指金屬材料在外力作用下，產生屈服現象時的應力，或開場出現塑性變形時的最低應力值，用σs表示?？估瓘姸仁侵附饘俨牧显诶Φ淖饔孟拢焕瓟嗲八艹惺艿淖畲髴χ担忙襜表示。對于大多數機械零件，工作時不允許產生塑性變形，所以屈服強度是零件強度設計的依據；對于因斷裂而失效的零件，而用抗拉強度作為其強度設計的依據。從圖2.1-1可看出，鋼在低于彈性極限σe的應力下，應力和應變成正比，服從虎克定律，即σ=Eξ稱為線彈性變形，式中E為拉伸楊式模量。顯然比例極限σp是應力和應變成正比的最大應力，而彈性極限σe則是不產生塑性變形的最大應力。當應力超過彈性極限σe后，在繼續發生彈性變形的同時，開場發生塑性變形并出現屈服現象，即外力不增加，但變形繼續進展。顯然，屈服極限σs是材料開場產生塑性變形的應力。當應力超過屈服極限σs后，隨著應力增加，塑性變形逐漸增加，并伴隨加工硬化，即塑性變形需要不斷增加外力才能繼續進展，產生均勻塑性變形，直至應力到達抗拉強度σb后均勻塑性變形階段完畢，試樣開場產生不均勻集中塑性變形，產生縮頸，變形量迅速增大至K點而發生斷裂。顯然，抗拉強度σb是材料產生最大均勻變形的應力，而斷裂強度σK則是材料發生斷裂的應力。除低碳鋼外，正火、調質態的中碳鋼或低、中碳合金鋼和有些鋁合金及某些高分子材料也具有上述類似的應力—應變行為。σs是強度設計中應用最多的性能指標，設計中規定零件工作應力σ必須小于許用應力[σ]。即K—安全系數。按此式計算材料的屈服強度σs愈高，承載能力愈大，零件的壽命越長。實際上不能一概而論。對于純剪或純拉伸的零件，例如螺栓，σs可直接作為設計的依據，并取K=1.1～1.3；對于承受交變接觸應力的零件，由于外表經熱處理強化〔滲碳、滲氮、感應加熱淬火〕，疲勞裂紋多發生在外表硬化層和心部交界處，因而適當提高零件心部屈服強度對提高接觸疲勞性能有利；對于低應力脆斷零件，其承載能力已不是由材料的屈服強度來控制，而是決定于材料的韌性，此時應適當降低材料屈服強度；對于承受彎曲和扭轉的軸類零件，由于工作應力表層最高，心部趨于零，因此只要求一定的淬硬層深度，對于零件心部的屈服強度不需過高的要求。需要指出的是大多數金屬材料在拉伸時沒有明顯的屈服現象，因此將試樣產生0.2%塑性變形時的應力值，作為屈服強度指標，稱為條件屈服強度，用σ0.2表示?？估瓘姸葘υO計塑性低的材料如鑄鐵、冷拔高碳鋼絲和脆性材料，如白口鑄鐵、陶瓷等制作的零件具有直接意義。設計時以抗拉強度確定許用應力，即[σs]=σb/K。而對于塑性材料制作的零件，σb雖然在設計中沒有直接意義，但由于大多數斷裂事故都是由疲勞斷裂引起的，疲勞強度σ-1與抗拉強度σb有一定關系。對于鋼，當σb<1400MPa時，σ-1/σb=0.5；對于灰鑄鐵σ-1/σb=0.4；有色金屬σ-1/σb=0.3～0.4。通常以抗拉強度來衡量材料疲勞強度的上下，提高材料的抗拉強度對零件抵抗高周疲勞斷裂有利。此外，抗拉強度對材料的成分和組織很敏感。兩種材料的成分或熱處理工藝不同，有時盡管硬度一樣，但抗拉強度不同，因此可用抗拉強度作為兩種不同材料或同一種材料兩種不同熱處理狀態的性能比照標準，這樣可以彌補硬度作為檢驗標準的缺乏之處。習題2.設計中的許用應力[σ]與材料的強度有何關系假設何確定設計中的許用應力答：設計中規定零件工作應力σ必須小于許用應力[σ]，即屈服強度除以安全系數的值σ≤[σ]＝σs÷K，式中K—安全系數，σb對設計塑性低的材料，如鑄鐵、冷拔高碳鋼絲和脆性材料，如白口鑄鐵、陶瓷等制作的具有直接意義。設計時以抗拉強度σb確定許用應力，即[σ]＝σb÷K〔K為安全系數〕。彈性模量〔E〕〔等于彈性應力，即彈性模量是產生100%彈性變形所需的應力〕剛度是指零件在受力時抵抗彈性變形的能力。工程中彈性模量E被稱為材料的剛度，表征金屬材料對彈性變形的抗力，其值愈大，則在一樣應力下產生的彈性變形就愈小。設計彈性零件必須考慮彈性極限和彈性模量。金屬材料的主要物理性能有密度、熔點、熱膨脹性、導電性、導熱性、磁性等。導熱差的材料，在經熱處理或鍛壓工藝加工的加熱速度應緩慢些，以防止產生裂紋。金屬材料的化學性能是指金屬及合金在常溫或高溫時抵抗各種化學作用的能力。金屬材料的工藝性能包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、機械加工性能和熱處理工藝性能。晶體中的原子或分子，在三維空間中是按照一定的幾何規則作周期性的重復排列；非晶體中的這些質點，則是雜亂無章的堆積在一起無規則可循。這就是晶體和非晶體的根本區別。晶體有一定的熔點且性能呈各向異性，而非晶體與此相反。在自然界中，除普通玻璃、松香、石蠟等少數物質以外，包括金屬和合金在內的絕大多數固體都是晶體。最典型、最常見的三種晶體構造類型：體心立方構造、面心立方構造和密排六方構造。晶體缺陷分為點缺陷、線缺陷和面缺陷三大類。最常見的點缺陷是空位和間隙原子，因為這些點缺陷的存在，會使其周圍的晶格發生畸變，引起性能的變化。晶體中晶格空位和間隙原子都處在不斷地運動和變化之中，晶格空位和間隙原子的運動是金屬中原子擴散的主要方式之一，這對熱處理過程起著重要的作用。晶體中的線缺陷通常是各種類型的位錯。所謂位錯就是在晶體中某處有一列或假設干列原子發生了某種有規律的錯排現象。位錯密度愈大，塑性變形抗力愈大。因此，目前通過塑性變形，提高位錯密度，是強化金屬的有效途徑之一。面缺陷即晶界和亞晶界。晶界實際上是不同位向晶粒之間原子無規則排列的過渡層。晶粒內部的晶格位向也不是完全一致的，每個晶粒皆是有許多位向差很小的小晶塊互相鑲嵌而成的，這些小晶塊稱為亞組織。亞組織之間的邊界稱為亞晶界。亞晶界實際上是由一系列刃型位錯所形成的小角度晶界。晶界和亞晶界處表現出有較高的強度和硬度。晶粒越細小晶界和亞晶界越多，它對塑性變形的阻礙作用就越大，金屬的強度、硬度越高。晶界還有耐蝕性低、熔點低，原子擴散速度較快的特點。晶粒越細，金屬材料的強度和硬度便越高。對于在較低溫度下使用的金屬材料，一般總是希望獲得細小的晶粒。在常溫下的細晶粒金屬比粗晶粒金屬具有較高的強度、硬度、塑性和韌性。金屬由液態轉變為固態晶體的過程叫做結晶。而一般非晶體由液態向固態的轉變則稱為凝固。每種金屬都有一個平衡結晶溫度，也稱理論結晶溫度。只有金屬的實際結晶溫度低于理論結晶溫度才能結晶，這種現象稱為過冷現象，理論結晶溫度與實際結晶溫度之差稱為過冷度。因此認為：金屬要結晶就必須有過冷度，即過冷度是結晶的必要條件，冷卻速度愈快，則過冷度愈大。生產中，細化晶粒的方法如下：1〕增加過冷度。結晶時增加過冷度ΔT會使結晶后晶粒變細。增加過冷度，就是要提高金屬凝固的冷卻轉變速度。實際生產中常常是采用降低鑄型溫度和采用導熱系數較大的金屬鑄型來提高冷卻速度。但是，對大型鑄件，很難獲得大的過冷度，而且太大的冷卻速度，又增加了鑄件變形與開裂的傾向。因此工業生產中多用變質處理方法細化晶粒。2〕變質處理。變質處理是在澆注前向液態金屬中參加一些細小的難熔的物質〔變質劑〕，在液相中起附加晶核的作用，使形核率增加，晶粒顯著細化。如往鋼液中參加鈦、鋯、鋁等。

3〕附加振動。金屬結晶時，利用機械振動、超聲波振動，電磁振動等方法，既可使正在生長的枝晶熔斷成碎晶而細化，又可使破碎的枝晶尖端起晶核作用，以增大形核率。純金屬在固態下的轉變有兩種，一種是同素異晶轉變，一種是磁性轉變。純鐵的同素異晶轉變是：1538～1394℃時為體心立方晶格稱δ-Fe；在1394～912℃時為面心立方晶格，稱γ-Fe；在912℃以下時為體心立方晶格，稱α-Fe。晶格改變，其性能隨之變化，這就是鋼能利用熱處理方法改變性能的原因所在。面心立方構造的金屬塑性最好，可加工成極薄的金屬箔，體心立方構造的金屬塑性次之，密封六方構造的金屬塑性最差。具有同素異晶轉變的金屬有鐵、錫、鈦、錳等。磁性轉變與同素異晶轉變有著原則上的區別，不發生晶格類型轉變，而是發生磁性和無磁性的轉變。鐵、鉆、鎳均具有磁性轉變特性。純鐵的磁性轉變溫度為768℃，低于768℃的鐵才具有磁性。合金是由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質。相是指合金中成分、構造均一樣的組成局部，相與相之間具有明顯的界面。通常把合金中相的晶體構造稱為相構造，而把在金相顯微鏡下觀察到的具有某種形態或形貌特征的組成局部總稱為組織。所以合金中的各種相是組成合金的根本單元，而合金組織則是合金中各種相的綜合體。一種合金的力學性能不僅取決于它的化學成分，更取決于它的顯微組織。通過對金屬的熱處理可以在不改變其化學成分的前提下而改變其顯微組織，從而到達調整金屬材料力學性能的目的。根據構成合金的各組元之間相互作用的不同，固態合金的相構造可分為固溶體和金屬化合物、機械混合物三大類。合金在固態下，組元間仍能互相溶解而形成的均勻相，稱為固溶體。形成固溶體后，晶格保持不變的組元稱溶劑，晶格消失的組元稱溶質。固溶體的晶格類型與溶劑組元一樣。根據溶質原子在溶劑晶格中所占據位置的不同，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體兩種。置換固溶體如銅鎳二元合金，鐵碳合金中，鐵素體和奧氏體皆為間隙固溶體。由于溶質原子的溶入，固溶體發生晶格畸變，變形抗力增大，使金屬的強度、硬度升高的現象稱為固溶強化。它是強化金屬材料的重要途徑之一。金屬化合物是合金組元間發生相互作用而生成的一種新相，其晶格類型和性能不同于其中任一組元，又因它具有一定的金屬性質，故稱金屬化合物。如碳鋼中的Fe3C、黃銅中的CuZn等。金屬化合物具有復雜的晶體構造，熔點較高、硬度高、而脆性大、電阻高。當它呈細小顆粒均勻分布在固溶體基體上時，將使合金的強度、硬度及耐磨性明顯提高，這一現象稱為彌散強化。因此金屬化合物在合金中常作為強化相存在。它是許多合金鋼、有色金屬和硬質合金的重要組成相。機械混合物具有比單一固溶體更高的硬度、強度、耐磨性和良好的切削加工性，但其塑性和抗蝕性較差，如錫、銻、銅組成的軸承合金。Fe-Fe3C相圖〔鐵碳合金相圖〕相圖中各主要點的溫度、碳的質量分數及意義如表2.1一1所示。一、鐵碳合金中的根本相鐵碳合金相圖實際上是Fe-Fe3C相圖，鐵碳合金的根本組元也應該是純鐵和Fe3C。鐵存在著同素異晶轉變，即在固態下有不同的構造。不同構造的鐵與碳可以形成不同的固溶體，Fe-Fe3C相圖上的固溶體都是間隙固溶體。由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特點不同，因而兩者的溶碳能力也不同。1，鐵素體〔ferrite〕鐵素體是碳在α-Fe中的間隙固溶體，用符號"F"〔或α〕表示，體心立方晶格；鐵素體的性能與純鐵相似，硬度低而塑性高，并有鐵磁性。鐵素體的力學性能特點是塑性，韌性好，而強度，硬度低。δ=30%～50%，AKU=128～160J，σb=180～280MPa，50～80HBS。鐵素體的顯微組織與純鐵一樣，用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈現明亮的多邊形等軸晶粒，在亞共析鋼中鐵素體呈白色塊狀分布，但當含碳量接近共析成分時，鐵素體因量少而呈斷續的網狀分布在珠光體的周圍。2，奧氏體〔Austenite〕奧氏體是碳在γ-Fe中的間隙固溶體，用符號"A"〔或γ〕表示，面心立方晶格；雖然FCC的間隙總體積較小，但單個間隙體積較大，所以它的溶碳量較大，最多有2.11%〔1148℃時〕，727℃時為0.77%。在一般情況下，奧氏體是一種高溫組織，穩定存在的溫度范圍為727～1394℃，故奧氏體的硬度低，塑性較高，通常在對鋼鐵材料進展熱變形加工，如鍛造，熱軋等時，都應將其加熱成奧氏體狀態，所謂"趁熱打鐵"正是這個意思。σb=400MPa，170～220HBS，δ=40%～50%。另外奧氏體還有一個重要的性能，就是它具有順磁性，可用于要求不受磁場的零件或部件。奧氏體的組織與鐵素體相似，但晶界較為平直，且常有孿晶存在。3，滲碳體〔Cementite〕滲碳體是鐵和碳形成的具有復雜構造的金屬化合物，用化學分子式"Fe3C"表示。它的碳質量分數Wc=6.69%，熔點為1227℃，質硬而脆，耐腐蝕。用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈白色，如果用4%苦味酸溶液浸蝕，滲碳體呈暗黑色。滲碳體是鋼中的強化相，根據生成條件不同滲碳體有條狀，網狀，片狀，粒狀等形態，它們的大小，數量，分布對鐵碳合金性能有很大影響。總結：在鐵碳合金中一共有三個相，即鐵素體，奧氏體和滲碳體。但奧氏體一般僅存在于高溫下，所以室溫下所有的鐵碳合金中只有兩個相，就是鐵素體和滲碳體。由于鐵素體中的含碳量非常少，所以可以認為鐵碳合金中的碳絕大局部存在于滲碳體中。這一點是十分重要的。鐵碳合金在固態下的幾種根本組織：鐵素體〔F〕、珠光體〔P〕、滲碳體〔Fe3C〕、奧氏體〔A〕和萊氏體〔Ld〕。鐵和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C，Fe2C，FeC等，有實用意義并被深入研究的只是Fe-Fe3C局部，通常稱其為Fe-Fe3C相圖，此時相圖的組元為Fe和Fe3C。由于實際使用的鐵碳合金其含碳量多在5%以下，因此成分軸從0～6.69%。所謂的鐵碳合金相圖實際上就是Fe-Fe3C相圖。二、鐵碳合金相圖分析1鐵碳相圖分析Fe-Fe3C相圖看起平比照復雜，但它仍然是由一些根本相圖組成的，我們可以將Fe-Fe3C相圖分成上下兩個局部來分析。1，上半局部——共晶轉變在1148℃，4.3%C的液相發生共晶轉變：Lc1148℃γE＋Fe3C，轉變的產物稱為萊氏體，用符號Ld表示。存在于1148℃～727℃之間的萊氏體稱為高溫萊氏體，用符號Ld表示，組織由奧氏體和滲碳體組成；存在于727℃以下的萊氏體稱為變態萊氏體或稱低溫萊氏體，用符號Ldˊ表示，組織由滲碳體和珠光體組成。低溫萊氏體是由珠光體，Fe3CⅡ和共晶Fe3C組成的機械混合物。經4%硝酸酒精溶液浸蝕后在顯微鏡下觀察，其中珠光體呈黑色顆粒狀或短棒狀分布在Fe3C基體上，Fe3CⅡ和共晶Fe3C交織在一起，一般無法分辨。2，下半局部——共析轉變在727℃，0.77%的奧氏體發生共析轉變：γS727℃αp＋Fe3C，轉變的產物稱為珠光體。共析轉變與共晶轉變的區別是轉變物是固體而非液體。3，相圖中的一些特征點相圖中應該掌握的特征點有：A，D，E，C，G〔A3點〕，S〔A1點〕，它們的含義一定要搞清楚。4，鐵碳相圖中的特性線相圖中的一些線應該掌握的線有：ECF線，PSK線〔A1線〕，GS線〔A3線〕，ES線〔Acm線〕水平線ECF為共晶反響線。碳質量分數在2.11%～6.69%之間的鐵碳合金，在平衡結晶過程中均發生共晶反響。水平線PSK為共析反響線。碳質量分數為0.0218%～6.69%的鐵碳合金，在平衡結晶過程中均發生共析反響。PSK線亦稱A1線。水平線HJB為包晶轉變線。LB＋δH1495℃γJ。GS線是合金冷卻時自A中開場析出F的臨界溫度線，通常稱A3線。ES線是碳在A中的溶解度曲線〔固溶線〕，通常叫做Acm線。由于在1148℃時A中溶碳量最大可達2.11%，而在727℃時僅為0.77%，因此碳質量分數大于0.77%的鐵碳合金自1148℃冷至727℃的過程中，將從A中析出Fe3C。析出的滲碳體稱為二次滲碳體〔Fe3CII〕。Acm線亦為從A中開場析出Fe3CII的臨界溫度線。PQ線是碳在F中溶解度曲線〔固溶線〕。在727℃時F中溶碳量最大可達0.0218%，室溫時僅為0.0008%，因此碳質量分數大于0.0008%的鐵碳合金自727℃冷至室溫的過程中，將從F中析出Fe3C。析出的滲碳體稱為三次滲碳體〔Fe3CIII〕。PQ線亦為從F中開場析出Fe3CIII的臨界溫度線。Fe3CIII數量極少，往往予以忽略。例根據鐵碳合金相圖分析亞共析鋼的結晶過程及組織轉變解以含碳量Wc為0.4%的合金為例。當液相冷卻至BC線時，液相中開場析出奧氏體晶粒，在溫度不斷下降過程中。奧氏體量不斷增加，當溫度降到JE線時，液相全部變為單一均勻奧氏體。在溫度為JE線與GS線之間時仍為奧氏體。當冷卻到GS線時，奧氏體中開場析出鐵素體。隨著溫度不斷降低，鐵素體量逐漸增多，奧氏體量逐漸減少。當溫度降到A1線〔727℃〕時，奧氏體的含碳量Wc升至0.77%則發生共析反響而轉變為珠光體。繼續冷卻至室溫合金的組織為鐵素體和珠光體。所有的亞共析鋼，其室溫組織都是由鐵素體和珠光體組成的，不同之處在于鐵素體和珠光體的相對量不同。含碳量愈高，組織中珠光體量愈多，而鐵素體量愈少。因此，可根據亞共析鋼緩冷下的室溫組織估計其碳含量Wc=Sp×0.77%。式中Wc—鋼中C的質量分數；Sp—珠光體在顯微組織中所占的面積百分比；0.77%—珠光體的C的質量分數。三、含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響1．含碳量對鐵碳合金平衡組織的影響按杠桿定律計算，可總結出含碳量與鐵碳合金室溫時的組織組成物和相組成物間的定量關系。當碳的質量分數增高時，不僅其組織中的滲碳體數量增加，而且滲碳體的分布和形態發生如下變化：Fe3CIII〔沿鐵素體晶界分布的薄片狀〕共析Fe3C〔分布在鐵素體內的層片狀〕Fe3CII〔沿奧氏體晶界分布的網狀〕共晶Fe3C〔為萊氏體的基體〕Fe3CI〔分布在萊氏體上的粗大片狀〕。2．含碳量對機械性能的影響滲碳體含量越多，分布越均勻，材料的硬度和強度越高，塑性和韌性越低；但當滲碳體分布在晶界或作為基體存在時，則材料的塑性和韌性大為下降，且強度也隨之降低。低碳鋼的組織多為鐵素體，強度、硬度較低，而塑性、韌性很高。隨著含碳量的增加，鋼的組織中鐵素體量不斷減少，而珠光體量不斷增加，導致強度、硬度提高，而塑性、韌性下降，當鋼的含碳量增加至0.9%時，其組織大多數為珠光體，且有尚未成為網狀的滲碳體作為強化相，使其強度到達最大值。當Wc＞1.0%時，由于網狀Fe3CII出現，導致鋼的強度下降。為了保證工業用鋼具有足夠的強度、硬度和適宜的塑性、韌性，其Wc一般不超過1.3%～1.4%。3．含碳量對工藝性能的影響對切削加工性來說，一般認為中碳鋼的塑性比照適中，硬度在HB200左右，切削加工性能最好。含碳量過高或過低，都會降低其切削加工性能。對可鍛性而言，低碳鋼比高碳鋼好。由于鋼加熱呈單相奧氏體狀態時，塑性好、強度低，便于塑性變形，所以一般鍛造都是在奧氏體狀態下進展。鍛造時必須根據鐵碳相圖確定適宜的溫度，始軋和始鍛溫度不能過高，以免產生過燒；始軋和始鍛溫度也不能過低，以免產生裂紋。對鑄造性來說，鑄鐵的流動性比鋼好，易于鑄造，特別是靠近共晶成分的鑄鐵，其結晶溫度低，流動性也好，更具有良好的鑄造性能。從相圖的角度來講，凝固溫度區間越大，越容易形成分散縮孔和偏析，鑄造性能越差。一般而言，含碳量越低，鋼的焊接性能越好，所以低碳鋼比高碳鋼更容易焊接。習題3.簡述低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼的劃分標準及其各自的性能特點。答：低碳鋼〔Wc為0.10％～0.25％〕，假設零件要求塑性、韌性好，焊接性能好，例如建筑構造、容器等，應選用低碳鋼；中碳鋼〔Wc為0.25％～0.60〕，假設零件要求強度、塑性、韌性都較好，具有綜合機械性能，便如軸類零件，應選用中碳鋼；高碳鋼〔Wc為0.60％～1.30％〕，假設零件要求強度硬度高、耐磨性好，例如工具等，應選用高碳鋼。習題4.簡述鐵碳相圖的應用。〔1〕為選材提供成份依據Fe-Fe3C相圖描述了鐵碳合金的平衡組織隨碳的質量分數的變化規律，合金性能和碳的質量分數關系，這就可以根據零件性能要求來選擇不同成份的鐵碳合金?！?〕為制訂熱加工工藝提供依據Fe-Fe3C相圖總結了不同成份的鐵碳合金在緩慢冷卻時組織隨溫度變化的規律，這就為制訂熱加工工藝提供了依據。a.鑄造根據Fe-Fe3C相圖可以找出不同成份的鋼或鑄鐵的熔點，確定鑄造溫度。根據相圖中液相線和固相線之間的距離估計鑄造性能的好壞，距離越小，鑄造性能越好，例如純鐵、共晶成分或接近共晶成分的鑄鐵鑄造性能比鑄鋼好。因此，共晶成分的鑄鐵常用來澆注鑄件，其流動性好，分散縮孔小，顯微偏析少。b.鍛造根據Fe-Fe3C相圖可以確定鍛造溫度。始軋和始鍛溫度不能過高，以免鋼材氧化嚴重和發生奧氏體晶界熔化〔稱為過燒〕。一般控制在固相線以下100～200℃。一般對亞共析鋼的終軋和終鍛溫度控制在稍高于GS線〔A3線〕；過共析鋼控制在稍高于PSK線〔A1線〕。實際生產中各處碳鋼的始鍛和始軋溫度為1150～1250℃，終軋和終鍛溫度為750～850℃。c.焊接由焊縫到母材在焊接過程中處于不同溫度條件，因而整個焊縫區出現不同組織，引起性能不均勻，可根據相圖來分析碳鋼的焊接組織，并用適當熱處理方法來減輕或消除組織不均勻性和焊接應力。d.熱處理熱處理的加熱溫度都以相圖上的臨界點A1、A3、Acm為依據。由相圖可知，任何成分的鋼加熱到A1溫度以上時，都會發生珠光體向奧氏體的轉變。將共析鋼、亞共析鋼和過共析鋼分別加熱到A1、A3、Acm以上時，都完全轉變為單相奧氏體，通常把這種加熱轉變稱為奧氏體化。顯然加熱的目的就是為了使鋼獲得奧氏體組織，并利用加熱標準控制奧氏體晶粒大小。鋼只有處于奧氏體狀況才能通過不同的冷卻方式使其轉變為不同的組織，從而獲得所需要的性能。拉力試驗是用來測定金屬材料的強度、塑性。金屬材料試驗機可以做抗拉試驗，還可進展彎曲、壓縮、伸長率、斷面收縮率等工程的試驗。材料的抗拉強度〔σb〕按下式計算：式中Fb—試樣拉斷前承受的最大外力〔N〕。A0—試樣原始橫截面積〔mm2〕。為了測定材料在受拉力狀態下對缺口的敏感程度，還可做缺口拉伸試驗。對于在服役條件下承受附加彎曲的零件如螺栓等，必要時做缺口偏斜拉伸試驗。缺口偏斜拉伸試驗是在試驗機的拉伸夾具中加一個帶一定斜度的墊圈，常用的偏斜角為4°或8°，相應的缺口強度標記為或。為了測定某些特殊材料在一定高溫下的強度指標，在拉伸試驗機上加一個電阻加熱或感應加熱的加熱裝置即可。低溫試驗則需安裝一個低溫箱，用干冰或液氮做為冷卻劑。一些先進的材料試驗機，本身帶有高溫和低溫拉伸試驗裝置。對于脆性材料和低塑材料可進展彎曲試驗和壓縮試驗。對于檢測外表強化試件的力學性能進展扭轉試驗最為適宜。沖擊試驗是將沖擊試樣放在沖擊試驗機的支座上，使試樣的缺口背向擺錘的沖擊方向，再將具有一定質量的擺錘，由一定高度自由落下，測得一次沖擊試樣缺口處單位面積所消耗的功，稱為沖擊韌度〔αk〕。沖擊試驗主要用于構造鋼。對于脆性材料〔如鑄鐵、鑄鋁等〕和塑性很好的材料〔如銅、黃銅和奧氏體鋼等〕一般均不采用沖擊試驗。為了測定材料的韌脆轉變溫度，以判斷材料的冷脆性或回火脆性，常常采用系列沖擊試驗。即通過不同溫度下的沖擊試驗測得一系列的沖擊值而得到材料沖擊韌度隨試驗溫度變化曲線，然后以〔αkmax＋αkmin〕/2相當的溫度或50%纖維斷口相當的溫度確定為韌脆轉變溫度Tk。測定金屬材料化學成分的常用方法有化學分析法、火花鑒別法、光譜分析法和看譜鏡法。1.化學分析法〔1〕測定鋼鐵中的含碳量 其原理是首先在高溫下將鋼鐵試樣中的碳燃燒生成二氧化碳后再進展測定。較常用的是氣體容量定碳法：將試樣在高溫〔1100～1300℃〕的氧氣流中燃燒，使碳燃燒生成二氧化碳，硫燃燒生成二氧化硫，再把混合氣體經除硫后收集于量氣管中，用氫氧化鉀溶液吸收二氧化碳，以吸收前后的體積之差測出二氧化碳的體積，通過換算確定碳的含量。此方法適用于含碳量約0.10%～2.00%的碳鋼及合金鋼試樣?！?〕鋼鐵中含錳量的測定方法 亞砷酸鈉—亞硝酸鈉容量法〔過硫酸銨容量法〕是將試樣經酸溶解，在硫酸—磷酸混合酸介質中以硝酸銀為催化劑，用過硫酸銨將二價錳氧化成七價，再用亞砷酸鈉一亞硝酸鈉標準液滴定。此方法適用于普通鋼、鑄鐵及含鉻質量分數為2%以上、含錳質量分數為3%以下的合金鋼與合金鑄鐵。〔3〕含鉻量的測定方法 一般測試含鉻質量分數為1%以下的低合金鋼多采用二苯卡巴肼比色法，而對于高含鉻量的合金鋼則采用過硫酸銨銀鹽容量法?！?〕含鉬量的測定方法 硫氰酸鹽直接比色法可適用于含鉬質量分數為0.1%～2.0%的鋼和合金鑄鐵。〔5〕含鎢量的測定方法 硫氰酸鹽直接比色法可適用于含鎢質量分數為0.05%～1.0%的碳鋼和合金鋼。2.火花鑒別法依靠觀察材料被砂輪磨削時產生的流線、節點、苞花、爆花和尾花及色澤特征、形態來鑒別鋼鐵牌號。砂輪片宜采用中硬度46～60號普通氧化鋁砂輪，不宜使用碳化硅或白色氧化鋁砂輪。火花鑒別法只能定性和半定量地對碳鋼和合金元素含量較高的合金鋼進展鑒別，適宜于生產現場初步判斷鋼種。光譜分析法大型精細光譜儀適用中央實驗室，對于熱處理現場，一般可使用臺式光譜儀或便攜式光譜儀?？醋V鏡法通常的化學分析法、光譜分析法和火花鑒別法只能測出材料的平均成分，無法測定微觀尺度上元素分布不均或沉淀相及夾雜物的化學成分。目前微區化學成分分析的主要方法有電子探針X射線分析、離子探針顯微分析、俄歇電子能譜分析以及激光顯微光譜分析等。金相分析包含以下三個方面：原材料缺陷的低倍檢驗、斷口分析和顯微組織檢驗。鋼的低倍檢驗通常是用肉眼或低倍放大后觀察判斷的，因此也稱為宏觀檢驗。鋼材進廠前或使用前必須進展缺陷檢查。低倍檢驗的內容一般包括疏松、縮孔、偏析、白點、夾雜和裂紋等。低倍檢驗的一般方法有：酸浸蝕方法，包括冷浸蝕、熱浸蝕和電解浸蝕。評級標準參照《構造鋼低倍組織缺陷評級圖》。鋼中假設硫化物和磷化物偏析嚴重，最方便的檢驗方法是印痕法〔硫印法和磷印法〕。斷口分析主要用于失效分析、原材料缺陷分析、零件加工缺陷分析、熱處理質量分析、使用環境分析。常用的斷口分析方法有：宏觀觀察分析、光學顯微鏡分析、電子顯微鏡分析。典型的斷口形貌特征可分為：韌性斷口、解理型和準解理型脆性斷口、沿晶開裂的脆性斷口、疲勞斷口、氫脆斷口、應力腐蝕斷口等。顯微組織檢驗：光學顯微鏡分析方法、定量金相分析方法、晶粒度測定方法、電子顯微鏡分析方法。采用X射線探傷法可檢驗焊縫和鑄鋼件的內部缺陷，如焊縫中較寬的裂縫未熔合、未焊透、夾渣、氣孔及鑄鋼件中的冷隔和縮孔等，但對于零件內部的裂紋不宜采用此法。對于焊縫中的裂紋、未熔合、未焊透，鍛件及軋材中的白點、夾渣、縮孔等采用超聲波探傷法其靈敏度和穿透深度都超過射線探傷法。檢查截面均一的型材、管材、棒材和線材等金屬材料外表和內部的缺陷采用渦流探傷法，檢驗速度快。該方法多用于流水生產線上自動進展探傷。磁粉探傷和瑩光探傷多用于檢驗材料零件外表上的缺陷〔如裂紋〕；瑩光及著色探傷多用于不銹鋼及有色金屬等非磁性材料的外表缺陷探傷。鋼按用途分類：碳素構造鋼、合金構造鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。碳素構造鋼普通碳素構造鋼如Q195、Q215，Q235，Q255，Q275等。一般情況下都不經熱處理，而在供應狀態下直接使用。優質碳素構造鋼主要用于制造機器零件，一般都要經過熱處理以提高力學性能。15、20、25鋼用于制做尺寸較小、負荷較輕、外表要求耐磨、心部強度要求不高的滲碳零件，如活塞銷、樣板等；30、35、40、45、50鋼經熱處理調質后用于制做〔受力不大的〕軸類零件；50、55、65鋼經淬火＋中溫回火后具有高的彈性極限，常用于制做負荷不大、尺寸較小〔截面尺寸小于12mm〕的彈簧。碳素工具鋼 T7、T7A鋼經淬火＋低溫回熾熱處理后制造承受振動與沖擊載荷、要求較高韌性的工具，如鑿子、打鐵用模、各種錘子、木工工具等；T8、T8A鋼經熱處理后制造承受振動與沖擊載荷、要求足夠韌性和較高硬度的各種工具，如簡單模子、沖頭、剪切金屬用剪刀、木工工具、煤礦用鑿等；T10、T10A鋼用于制造不受突然振動、在刃口上要求有少許韌性的工具、如刨刀、沖模、絲錐、板牙、手鋸鋸條、卡尺等；T12、T12A鋼等用于制造不受振動，要求極高硬度的工具，如鉆頭、絲錐、銼刀、刮刀等。低合金構造鋼16Mn鋼經熱軋空冷后σs≥325MPa，廣泛用于制做橋梁、船舶及車輛等構造件；14CrMnMoVB鋼經調質處理后σs≥650MPa，用于制做中溫高壓容器〔＜560℃〕。合金滲碳鋼經過滲碳熱處理后使用的低合金鋼主要用于制造在摩擦力、交變接觸應力和沖擊條件下工作的零件，外表要求高的硬度及高的接觸疲勞強度，心部則要求有良好的韌性。低淬透性合金滲碳鋼〔σb=800～1000MPa〕如20MnZ、20MnV、20Cr、20CrV鋼等，用于制造尺寸較小的零件，如小齒輪、活塞銷等；中淬透性合金滲碳鋼〔σb=1000～1200MPa〕如20CrMn、20CrMnTi、20MnTiB、20CrMnMo鋼等，應用最廣泛的是20CrMnTi鋼，用于制造受高速、中速、沖擊和在劇烈摩擦條件下工作的零件，如汽車、拖拉機的變速齒輪、離合器軸等；高淬透性合金滲碳鋼〔σb＞1200MPa〕如18Cr2Ni4WA鋼等，用于制造大截面、高負荷以及要求高耐磨性及良好韌性的重要零件，如飛機、坦克的曲軸、齒輪及內燃機車的主動牽引齒輪等。合金調質鋼主要用于制造受力復雜，要求綜合力學性能的重要零件。這些零件在工作過程中承受彎曲、扭轉或拉—壓交變載荷與沖擊載荷的復合作用，它們既要有高強度，又要有高的塑性、韌性、良好的綜合力學性能。低淬透性合金調質鋼如40Cr、40MnB鋼等，用于制造截面尺寸較小或載荷較小的連桿螺栓、機床主軸等零件；中淬透性合金調質鋼，如35CrMo、38CrSi鋼等，用于制造截面尺寸較大的火車發動機曲軸、連桿等；高淬透性合金調質鋼，如38CrMoA1A、40CrNiMoA鋼等，用于制造截面尺寸大，載荷大的零件，如精細機床主軸、汽輪機主軸、航空發動機曲軸、連桿等。合金彈簧鋼彈簧應具有高的彈性極限和屈服強度，以保證其吸收大量的彈性能而不發生塑性變形。此外，還應具有較高的疲勞強度和足夠的塑性、韌性，以防止彈簧發生疲勞斷裂和沖擊斷裂。合金彈簧鋼65、65Mn、60Si2Mn、70Si3MnA鋼主要用于制造截面＜25mm的各種螺旋彈簧、板彈簧；50CrVA、50CrMnA、60SiZMnWA、55SiMnMoVNb、60Si2MnBRe、65Si2MnWA鋼等用于制造截面尺寸≤30mm，并在350～400℃工作的重載彈簧，如閥門彈簧、內燒機的汽閥彈簧等。滾珠軸承鋼主要用于制造滾珠、滾針和套圈等，也可用于制造精細量具、冷沖模、機床絲杠及精細偶件如針閥體、柱塞、柱塞套等。滾珠軸承在工作時，承受高達3000～5000MPa的交變接觸壓應力及很大的摩擦力，還會受到大氣、潤滑油的浸蝕。因此，滾珠軸承應具有高的接觸疲勞強度和高而均勻的硬度和耐磨性及一定的韌性和耐腐蝕性能。GCr9、GCr15淬透性較低，用于制做中、小型滾動軸承及冷沖模、量具、絲杠等；GCr9SiMn、GCr15SiMn鋼用于制做大型滾動軸承。合金工具鋼各類工具大多數在工作中既要承受很大的局部壓力與磨損，又要承受沖擊、振動與熱的作用。因此，工具既要有高的硬度和耐磨性，又要有足夠的韌性，對于刃口或型腔溫度高的工具還應有高的熱穩定性或耐疲勞性。9Mn2V、9CrSi、Cr2、CrWMn等高碳低合金工具鋼，主要用于制做低速、中速切削刀具〔板牙、絲錐、鉆頭、鉸刀等〕、中等負荷的冷成形模具〔冷沖模冷軋輥、冷壓模、冷軋輥等〕及量具；5CrMnMo鋼、5CrNiMo鋼用于制做熱鍛模；3Cr2W8V鋼用于制做高應力壓模、鉚釘或螺釘熱壓模、壓鑄模等；Cr12MoV鋼用于制做冷切剪刀、圓鋸、切邊模、滾邊模、標準工具與量規、拉絲模、螺紋滾模等。高速鋼W18Cr4、W6Mn5Cr4V2等主要用于制造車刀、刨刀、鉆頭、銑刀等，還廣泛應用于冷、熱變形模具。鑄鐵與鋼相比，雖然抗拉強度、塑性、韌性較低，但都具有優良的鑄造性、可切削加工性、減振性，生產本錢較低，在工業上得到廣泛應用?；诣T鐵具有高的抗壓強度、優良的耐磨性和消振性，低的缺口敏感性。H150、HT200、HT250、HT300、HT350等主要用于制造汽車、拖拉機中的氣缸、氣缸套、機床的床身等承受壓力及振動的零件。假設將液態灰鑄鐵進展孕育處理即孕育鑄鐵或變質鑄鐵?？芍圃靿毫C的機身、重負荷機床的床身、高壓液壓筒等機件。球墨鑄鐵既具有灰鑄鐵優點，又具有中碳鋼的抗拉強度、彎曲疲勞強度及良好的塑性與韌性。此外，還可以通過合金化及熱處理來提高它的性能。QT400-18、QT400-15、QT450-10鐵素體球鐵主要制做汽車、拖拉機底盤零件及1600～6400MPa閥門的閥體和閥蓋；QT500-7球鐵用于制造機油泵齒輪；QT600-3、QT700-2、QT800-2等球鐵主要制做曲軸、機床主軸、空壓機、冷凍機缸體、缸套等；QT900-2球鐵用于制造傳動齒輪。可鍛鑄鐵由于可鍛鑄鐵中的石墨呈團絮狀，對基體的切割作用小，故其強度、塑性及韌性均比灰鑄鐵高，尤其是珠光體可鍛鑄鐵可與鑄鋼媲美，但不能鍛造。KTH300-06適用于制造彎頭、三通等管件；KTH330-08適用于制造螺絲扳手、犁刀、犁柱、車輪殼等；KTH350-10、KT370-12用于制造汽車、拖拉機前后輪殼、減速器殼、轉向節殼、制動器等；KTZ450-06、KTZ550-04、KTZ650-02、KTZ700-02等可用于制造凸輪軸、連桿、齒輪、活塞環、軸套、耙片、萬向接頭、扳手、傳動鏈條等。白心可鍛鑄鐵因工藝復雜，常用黑心可鍛鑄鐵代替，生產上應用較少。蠕墨鑄鐵其抗拉強度、塑性、疲勞強度等均優于灰鑄鐵，而接近鐵素體基體的球鐵。此外，它的導熱性、鑄造性、可切削加工性均優于球鐵，與灰鑄鐵相近。有色金屬及其合金與鋼鐵材料相比具有許多優良特性，如特殊的電、磁、熱性能，耐腐蝕性及高的比強度等。鑄造鋁合金主要有Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系及Al-Zn系四類。其中以Al-Si系應用最多。常用代號ZL101、ZL104、ZL105、ZL107、ZL109、ZL111等。這類合金用于制造低、中強度的形狀復雜鑄件，如缸體、風機葉片、變速箱體等。尤其是ZL108和ZL109合金，由于密度小、抗蝕性好、線膨脹系數小、強度和硬度高，耐磨性和耐熱性較好，因而常用于制造活塞。變形鋁合金分為防銹鋁合金和硬鋁合金。防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg合金。銅及銅合金銅具有良好的導電性、導熱性和抗蝕性，在冷態或熱態下具有良好的塑性。鋁黃銅強度很高，塑性良好，抗蝕性也較高，如HA159-3-2鋁黃銅可用來制做在常溫下工作的高強度及高化學穩定性零件，在造船、電機及化學土業中廣泛應用。錫青銅主要有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10P1等主要用于制造彈性元件、軸承等耐磨零件、抗磁及耐蝕零件。鋁青銅。低鋁青銅QA15、QA17主要用于制造要求高耐蝕性的彈簧及彈性元件；QA19-4、QAl10-3-1.5、ZCuA18Mn13Fe3Ni2等高鋁青銅主要用于制造船舶、飛機及儀器中的高強度、耐磨和耐蝕零件，如齒輪、軸承、蝸輪、閥座、軸套、螺旋漿等。鈹青銅具有高的硬度、強度、耐磨性、彈性極限、抗蝕性、導電性、并有耐低溫性、無磁性、受沖擊不起火花，以及良好的冷、熱加工性能等優良特性，并具有強烈的淬火時效硬化效應，可用于制造各種精細儀表的重要彈性元件、耐磨零件〔如鐘表、齒輪、高溫高壓高速工作的軸承和軸套〕和其他重要零件〔電焊機電機、航海羅盤、防爆工具等〕。常用的鈹青銅有QBe2、QBe1.7、QBe1.9。要求零件具有高導電性和導熱性，應選銅、鋁等金屬材料；要求零件具有好的絕緣性，則應選高分子材料和陶瓷材料；要求零件耐腐蝕或抗氧化，則應選不銹鋼或耐熱鋼和陶瓷材料；要求零件質量輕，則應選用鋁合金、鈦合金或纖維增強復合材料等。碳纖維復合材料〔CFRP〕具有最好的強度、剛度和比強度、比剛度、質量輕、尺寸小，是制做梁的最正確材料，但價格昂貴。習題6.請畫表列出常金屬材料的分類。答：鋼碳素構造鋼合金構造鋼碳素工具鋼合金工具鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼低合金構造鋼合金滲碳鋼〔合金滲碳鋼主要用來制造工作中承受較強烈的沖擊作用和磨損條件下的滲碳零件。例如，制作承受動載荷和重載荷的汽車變速箱齒輪、汽車后橋齒輪和內燃機里的凸輪軸、活塞銷等。這類鋼經滲碳、淬火和低溫回火后外表具有高的硬度和耐磨性，心部具有較高的強度和足夠韌性的零件。〕合金調質鋼〔合金調質鋼指調質處理后使用的合金構造鋼，其根本性能是具有良好的綜合力學性能?！澈辖饛椈射摗矎椈蓱哂懈叩膹椥詷O限和屈服強度，以保證其吸收大量的彈性能而不發生塑性變形。此外，還應具有較高的疲勞強度和足夠的塑性、韌性，以防止彈簧發生疲勞斷裂和沖擊斷裂。〕滾珠軸承鋼；鑄鐵：灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵合金鑄鐵；鋁合金：鑄造鋁合金變速鋁合金超硬鋁合金鍛鋁合金防銹鋁合金硬鋁合金；銅合金：黃銅青銅鋅黃銅鋁黃銅錳黃銅錳鐵黃銅錫青銅鋁青銅鈹青銅。習題7.材料選用的主要依據是什么答：在設計和制造工程構造和機構零件時，考慮材料的使用性能、材料的工藝性能和經濟性?！?〕根據材料的使用性能選材：使用性能是零件工作過程中所應具備的性能〔包括力學性能、物理性能、化學性能〕，它是選材最主要的依據。在選材時，首先必須準確地判斷零件所要求的使用性能，然后再確定所選材料的主要性能指標及具體數值并進展選材。具體方法如下：a.分析零件的工作條件，確定使用性能；b.進展失效分析，確定零件的主要使用性能。失效分為三大類：過量變形、斷裂、外表損傷；c.根據零件使用性能要求提出對材料性能〔力學性能、物理性能、化學性能〕的要求。通過分析、計算轉化成某些可測量的實驗室性能指標和具體數值，按這些性能指標數據查找手冊中各類材料的性能數據和大致應用范圍進展選材?！?〕根據材料的工藝性能選材：工藝性能表示材料加工的難易程序。材料應具有良好的工藝性能，即工藝簡單，加工成形容易，能源消耗少，材料利用率高，產品質量好。主要應考慮以下工藝性：a.鑄造性能，主要指流動性、收縮、偏析、吸氣性等。接近共晶成分的合金鑄造性能最好。鑄造性能較好的金屬材料有鑄鐵、鑄鋼、鑄造鋁合金和銅合金等，鑄造鋁合金和銅合金優于鑄鐵，而鑄鐵又優于鑄鋼。b.壓力加工性能，主要指冷、熱壓力加工時的塑性和變形抗力及可熱加工的溫度范圍，抗氧化性和加熱、冷卻要求等。變形鋁合金、低碳鋼和低碳合金鋼的塑性好，有較好的冷壓力加工性能，鑄鐵和鑄造鋁合金不能進展冷、熱壓力加工，變形鋁合金和銅合金、低碳合金鋼有較好的冷壓力加工性能。c.機械加工性能，主要指切削加工性、磨削加工性等。鋁及鋁合金的機械加工性能較好，鋼中以易切削鋼的切削性能最好，而奧氏體不銹鋼及高碳高合金鋼的切削加工性能較差。d.焊接性能，主要指焊縫區形成冷裂或熱裂及氣孔的傾向。銅合金和鋁合金焊接性能不好，高碳鋼的焊接性能差，低碳鋼的焊接性能好。e.熱處理工藝性能，主要指加熱溫度范圍、氧化和脫碳傾向、淬透性、變形開裂傾向等。大多數鋼和鋁合金、鈦合金都可進展熱處理強化，少數銅合金可進展熱處理強化。合金鋼的熱處理工藝性能比碳鋼好，故對構造形狀復雜或尺寸較大且強度要求高的重要零件都要用合金鋼制造?！?〕根據材料的經濟性選材：選材必須考慮經濟性，使生產零件的總本錢降低。零件的總本錢包括制造本錢〔材料價格、零件自重、零件的加工費、試驗研究費〕和附加本錢〔零件壽命，即更換零件和停機損失費及維修費等〕?！?.2其他工程材料按材料組成物質屬性的特點將材料劃分為三大類，即金屬材料〔原子主要是以金屬鍵相結合〕、高分子材料〔原子則是以共價鍵和分子鍵相結合〕、陶瓷材料〔原子主要是以離子鍵相結合〕。常用的高分子材料包括工程塑料和橡膠材料。習題1.工程塑料一般具有哪些特性和主要用途工程塑料是指在工程中做構造材料的塑料，這類塑料一般具有較高的機械強度，或具備耐高溫、耐腐蝕、耐磨性等良好性能，因而可代替金屬做某些機械零件。常用熱塑性工程塑料聚酞胺〔商品名稱為尼龍或錦龍〕具有較高的強度和韌性，低的摩擦系數，有自潤滑性，其耐磨性比青銅還好，適于制造耐磨的機器零件。但尼龍吸水性大，影響尺寸穩定性，新品種尼龍已抑制了這一缺點。一般尼龍使用溫度在100℃以下。常用的尼龍有尼龍6、尼龍66、尼龍1010等幾十個品種。尼龍后面的數字代表鏈節中碳原子個數。尼龍1010是我國獨創的一種工程塑料，用蓖麻油做原料，提取癸二胺及癸二酸再縮合而成的。本錢低、經濟效果好、自潤滑性和耐磨性極好、耐油性好，脆性轉化溫度低〔約在-60℃〕，機械強度較高，廣泛用于機械零件和化工、電氣零件。鑄造尼龍〔MC尼龍〕也稱單體澆鑄尼龍，力學性能和物理性能都比尼龍6高?？芍谱鲙资Э说凝X輪、蝸輪、軸承和導軌等。芳香尼龍是由芳香胺和芳香酸縮合而成。具有耐磨、耐熱、耐輻射和突出的電絕緣性能，在95%相對濕度下不受影響，能在200℃下長期工作，是尼龍中耐熱性最好的一種。可用于在高溫下工作的耐磨零件、絕緣材料和宇宙服。聚甲醛是一種高強度工程塑料。其耐疲勞性在熱塑性塑料中是最高的。其彈性模量高于尼龍66、ABS、聚碳酸脂，同時具有優良的耐磨性和自潤滑性，對金屬的摩擦系數小。此外，還有好的耐水、耐油、耐化學腐蝕和絕緣性。缺點是熱穩定性差、易燃，長期在大氣中曝曬會老化。尤其適用于制造不允許使用潤滑油的齒輪軸承和襯套。聚碳酸脂具有優異的沖擊韌度和尺寸穩定性，較好的耐低溫性能，使用溫度范圍為-100～130℃，良好的絕緣性和加工成型性。聚碳酸脂透明，具有高透光率。缺點是化學穩定性差，易受堿、胺、脂、酮、芳香烴的浸蝕，在四氯化碳中會發生“應力開裂〞現象。聚碳酸脂用途十分廣泛，可制做機械零件，還可制做防彈玻璃、燈罩、防護面罩、安全帽及其他高級絕緣零件。ABS塑料具有高的硬度和強度，高的彈性、韌性和耐沖擊，耐油性和耐蝕性好，并具有良好的絕緣性、著色性和成型加工性。使ABS塑料成為一種“質堅、性韌、剛性大〞的優良工程塑料。缺點是耐高溫、耐低溫性能差，易燃，不透明。ABS塑料在工業上應用廣泛，汽車的方向盤、儀表盤、飛機艙內的裝飾板窗框、隔音板，機械中的手柄、齒輪、泵葉輪等。聚四氟乙烯〔塑料王〕聚四氟乙烯是線型晶態高聚合物，結晶度為55%～75%，理論熔點為327℃，具有極優越的化學穩定性、熱穩定性和良好的電性能。它不受任何化學試劑的浸蝕，即使在高溫下的強酸〔王水〕、強堿、強氧化劑中也不受腐蝕。它的熱穩定性和耐寒性都好，在-195～250℃內長期使用，其力學性能不發生變化。它的摩擦系數小〔0.04〕，并有自潤滑性。它的吸水性小，在潮濕的條件下仍能保持良好的絕緣性能，它的介電性能既與頻率無關，也不隨溫度而改變。缺點是強度較低，尤其是耐壓強度不高。在溫度高于390℃時，它分解揮發出有毒氣體。加工成型性較差，加熱至450℃也不會從高彈態變為粘流態，因此不能用注射法成型。常用熱固性工程塑料酚醛塑料具有一定強度，層壓塑料抗拉強度可達140MPa，剛度大，制品尺寸穩定。有良好的耐熱性，可在110～140℃下使用。具有較好的耐磨性、耐蝕性和良好的絕緣性。用于制作電器開關、插頭、外殼等各種電氣絕緣零件；還可制做齒輪、凸輪、皮帶輪、手柄等；此外還可做為化工用耐酸泵等。但是酚醛塑料〔電木〕性脆易碎，抗沖擊強度低，在陽光下易變化，因此多做成黑色、棕色等。環氧塑料具有比強度高、耐熱性、絕緣性和加工成型性好等特點。缺點是本錢高，所用的固化劑有毒性。主要用于制造塑料模具、精細量具和各種絕緣器件，也可制做層壓塑料、澆注望料等。工程塑料的應用一般構造件一般機械上的外殼、手柄、手輪、支架，儀器儀表的底座、罩殼、蓋板等。這些構件使用時負荷小，只要求一定的機械強度和耐熱性。一般選用價格低廉，成型性好的塑料，如聚氯乙稀、聚丙烯、聚苯乙烯、ASS等。假設制品常與熱水或蒸汽接觸或稍大的殼體構件要求有剛性時，可選用聚碳酸醋、聚砜等，如要求透明的零件，可選用有機玻璃、聚碳酸脂等。普通傳動零件機器上的齒輪、凸輪、蝸輪等，這類零件要求有較高的強度、韌性、耐磨性和耐疲勞性及尺寸穩定性?？蛇x用尼龍、MC尼龍、聚甲醛、聚碳酸脂、夾布酚醛、增強聚丙烯等。大型齒輪和蝸輪，可選用MC尼龍澆注成型；需要高的疲勞強度時選用聚甲醛；在腐蝕介質中工作的可選用聚氯醚；聚四氟乙烯充填的聚甲醛可用于有重載摩擦的場合。摩擦零件軸承、軸套、導軌和活塞環等要求強度一般，但要求摩擦系數小和良好的自潤滑性，一定的耐油性和熱變形溫度，導熱率低，可選用尼龍1010、MC尼龍、聚甲醛、聚四氟乙烯。由于塑料的線膨脹系數大，因此，只有在低負荷、低速條件下才適宜選用。耐蝕零件全塑構造的耐蝕零件，還要求較高的強度和抗熱變形的性能。常用的耐蝕塑料有：聚丙烯、填充聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯等。還有耐蝕工程構造采用塑料涂層構造或多種材料的復合構造。通常選用熱膨脹系數小、粘附性好的樹脂及玻璃鋼做襯里材料。電器零件用于工頻、低壓下工作的普通電器元件可選用酚醛塑料、氨基塑料、環氧塑料等；對于高壓電器的絕緣材料，要求耐壓強度高、介電常數小、抗電暈及優良的耐候性，則常用：聚碳酸脂、氟塑料和環氧塑料；用于高頻設備中的絕緣材料可選用聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯等熱固性塑料，也可選用聚酞亞胺、聚砜、聚丙烯等。陶瓷是無機非金屬材料，是用天然的或人工合成的粉狀化合物，通過成型和高溫燒結而制成的多晶固體材料。目前己同金屬材料、高分子材料合稱為三大固體材料。陶瓷材料具有高硬度〔＞1500HV〕、耐高溫〔熔點＞2000℃〕、抗氧化〔在1000℃高溫下不氧化〕、耐腐蝕〔對酸、堿、鹽有良好的耐蝕性〕以及其他優良的物理、化學性能〔優于金屬的高溫強度和高溫蠕變能力，熱膨脹系數小。熱導率低，電阻率高，是良好的絕緣體，化學穩定性高等〕。陶瓷材料是脆性材料，故其抗沖擊韌度和斷裂韌度都很低。陶瓷材料的抗壓強度比其抗拉強度大得多〔約為抗拉強度的10～40倍〕，大多數工程陶瓷材料的彈性模量都比金屬高。由于工程陶瓷材料硬度高，常采用洛式硬度HRA、HT45N、小負荷維氏硬度或努氏硬度表示。陶瓷材料按原料來源，一般可分為普通陶瓷和特種陶瓷。特種陶瓷又分為氧化鋁瓷、氮化硅瓷、氮化硼瓷、氧化鎂瓷、碳化硅瓷、氧化鈹瓷和氧化鋯瓷等?！擦曨}3〕氧化鋁陶瓷強度高于普通陶瓷2～3倍，抗拉強度達250MPa；硬度高，僅次于金剛石、碳化硅、立方氮化硼和碳化硼而居第五位；耐高溫，可在1600℃高溫下長期工作；有高的蠕變能力，在空氣中最高使用溫度為1980℃；耐蝕性和絕緣性好。缺點是脆性大，不能承受環境溫度的突然變化。氧化鋁陶瓷主要用于制做內燃機的火花塞，火箭、導彈的導流罩，石油化工泵的密封環，坩堝、熱電偶套管、刀具和拉絲模具等。氮化硅陶瓷熱壓燒結/反響燒結氮化硅陶瓷。硬度高，摩擦系數小〔0.1～0.2〕，并有自潤滑性，是極好的耐磨材料；蠕變抗力高，熱膨脹系數小，抗熱振性在陶瓷中最好；化學穩定性好，能耐各種酸〔除氫氟酸〕、王水和堿液的腐蝕；還具有優異的電絕緣性能。氮化硅陶瓷主要用于耐磨，耐腐蝕、耐高溫零件，如石油、化工泵的密封環、電磁泵管道、閥門，熱電偶套管，轉子發動機刮片，高溫軸承，刀具等。碳化硅陶瓷最大優點是高溫強度高，在1400℃時，其抗彎強度仍保持500～600MPa，工作溫度可到達1600～1700℃，導熱性好；其穩定性、抗蠕變能力、耐磨性、耐蝕性好；而且耐放射元素的幅射。碳化硅陶瓷主要用于制做火箭尾噴管的噴嘴，澆注金屬的澆道口、熱電偶套管、爐管，氣輪葉片，高溫軸承，熱交換器及核燃料包封材料等。氮化硼陶瓷具有良好的耐熱性和導熱性，其熱導率與不銹鋼相當，膨脹系數比金屬和其他陶瓷低得多，故其抗熱振性和熱穩定性好；高溫絕緣性好，在2000℃仍是絕緣體；化學穩定性好，能抗鐵、鋁、鎳等金屬的侵蝕，其硬度較其他陶瓷低，可進展切削加工；有自潤滑性，耐磨性好。氮化硼陶瓷常用于制做熱電偶套管，熔煉半導體、金屬的坩堝和冶煉用高溫容器的管道，高溫軸承，玻璃制品成型模，高溫絕緣材料等。金屬陶瓷具有某些金屬性質的陶瓷，它是制造刀具、模具和耐磨零件的重要材料。光學纖維亦稱光纖，是一種非常細的可彎曲的光導材料。單根光纖的直徑約為幾到幾十微米，它是由內層材料〔芯料〕和包層材料〔涂層〕組成的復合構造。為了保護其不受損壞，最外面再加一層塑料套管。光纖按其構造可分為階躍型和梯度型兩種。按光的傳輸模式可分為單模光纖和多模光纖，按制造光纖芯子的材料可分為石英玻璃芯子光纖、多組分玻璃芯子光纖、晶伴芯子光纖和塑料芯子光纖。按制造光纖包層的材料又可將其分為石英玻璃包層光纖、多組分玻璃包層光纖和塑料包層光纖。光纖按其用途可分為用于傳遞信息的光導纖維和用于傳遞能量的導光纖維兩種。光導纖維的用途是傳輸信息，它主要有兩方面的用途，一是光纖通信，二是光纖傳感。導光纖維的用途是傳輸能量。添加納米粉體的材料與一樣組成的普通粉體材料相比，材料的成分本身雖然并未改變，但活性增強，主要表現為高抗菌、防污、耐磨、強度加大，材料重量只是鋼的十分之一，但是它的強度卻是鋼的100倍。人們通過改變塑料、石油、紡織物的原子、分子排列，使它們具有透氣、耐熱、高強度和良好的彈性等特征。例簡述碳納米管的主要性能與用途。解碳納米管只有頭發絲的十萬分之一，但是導電率是銅的1萬倍；強度是鋼的100倍，而重量只有鋼的六分之一。由于其強度是其他纖維的200倍，具有經受10萬MPa而不破碎的奇異效果。廣泛應用于金屬、水泥、塑料、纖維等復合材料領域，在軍事工業可制做防彈衣不僅輕巧而且具有防火、防毒、防輻射、防刀槍、防化學毒劑的功能，清洗簡單；還可用于計算機領域和信息領域進展高密度信息存貯，一個DVD光盤可以看1000部電影。在醫療領域可以對癌癥早期診斷、早期發現、早期治療。習題2.簡述工程塑料零件的工藝流程。5.什么是納米材料納米材料有哪些主要的特性答：納米是一個長度計量單位，一納米相當于十億分之一米。當物質顆粒小到納米級后，這種物質就可稱為納米材料。由于納米顆粒在磁、光、電、敏感等方面呈現常規材料不具備的特性，因此在陶瓷增韌、磁性材料、電子材料和光學材料等領域具有廣泛的應用前景。添加納米粉體的材料與一樣組成的普通粉體材料相比，材料的萬分本身雖然并未改變，但活性增強，主要表現為高抗菌、防污、耐磨、強度加大，材料重量只是鋼的十分之一，但是它的強度卻是鋼的100倍。人們通過改變塑料、石油、紡織物的原子、分子排列，使它們具有透氣、耐熱、高強度和良好的彈性等特征。例如被稱為納米材料中的“烏金“的碳納米管具有非常奇異的物理化學性能。它的尺寸只有頭發絲的十萬分之一，但是它的導電率是銅的1萬倍；它的強度是鋼的100倍，而重量只有鋼的六分之一，由于其強度是其他纖維的20倍，具有經受10萬Mpa而不被破碎的奇異效果。2.3熱處理圖1-8鋼的熱處理工藝曲線鋼的熱處理習題1.簡述鋼的熱處理工藝方法和目的。答：將鋼在固態下加熱到預定溫度并在該溫度下保持一段時間，然后以一定的速度冷卻，改變鋼的內部組織，提高鋼的性能，延長機