第2章機械工程材料202503熟悉高分子、陶瓷及復(fù)合材料的多樣種類，深入了解其獨特性能與廣泛應(yīng)用，涵蓋從工業(yè)制造到日常生活的多個領(lǐng)域。01熟悉常用鋼鐵、非鐵金屬、粉末冶金等材料知識，包括牌號、種類、性能、用途，并具備選用能力。02了解常用金屬材料的熱處理工藝、特點及應(yīng)用，包括不同材料類型的熱處理方法和應(yīng)用范疇。知識和能力目標(biāo)培養(yǎng)優(yōu)秀品質(zhì)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、腳踏實地的優(yōu)秀品質(zhì)，是教育的重要目標(biāo)之一。培養(yǎng)創(chuàng)新精神培養(yǎng)學(xué)生堅韌不拔、守正創(chuàng)新的精神，是激發(fā)其內(nèi)在動力的關(guān)鍵。素質(zhì)目標(biāo)學(xué)習(xí)重點掌握碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼的分類、牌號及熱處理工藝，理解常見非金屬材料的性能及選用方法。學(xué)習(xí)難點碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼的分類、牌號表示及其熱處理工藝的選用，常見非金屬材料的性能及選用方法。學(xué)習(xí)重點和難點案例導(dǎo)入材料是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。機械工程材料是指用于制造各類機械零件、構(gòu)件的

材料和在機械制造過程中所應(yīng)用的工藝材料。通過本單元學(xué)習(xí)，應(yīng)了解機械工程中常用的材

料有哪些?有哪些熱處理工藝?如何根據(jù)使用要求選用合適的材料?圖2-1

某汽車主要零部件應(yīng)用的材料2.1金屬材料性能金屬材料是目前應(yīng)用最廣泛的材料，常見的金屬材料有碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼、鑄鐵、非

鐵金屬及其合金，還有金屬粉末冶金材料，如圖2-2所示。金屬材料之所以能大量應(yīng)用在各

行各業(yè)中，是由于金屬材料比其他種類的材料有更好的力學(xué)性能和工藝性能。強度強度是材料在靜載荷下抵抗破壞的能力，分為屈服強度、抗拉強度等，通過標(biāo)準(zhǔn)試驗測定，如低碳鋼的抗拉強度測試。塑性塑性是金屬材料在受力時不易斷裂的能力，用伸長率和斷面收縮率衡量，低碳鋼是塑性極佳的材料，常用于汽車制造業(yè)。硬度硬度反映材料抵抗局部壓入的能力，采用布氏、洛氏、維氏等硬度標(biāo)準(zhǔn)測試，適用于不同材料和工況，如鑄鐵、鋼材等。韌性韌性衡量材料在塑性變形和斷裂中吸收能量的能力，通過沖擊韌度試驗評估，作為判斷材料脆化趨勢和檢驗熱處理工藝的手段。疲勞性能疲勞性能反映材料在交變載荷下抵抗突然脆性斷裂的能力，通過疲勞試驗機測試，用于評估機械零件和工程構(gòu)件的安全性。2.1.1金屬材料的力學(xué)性能0102030405強度是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗永久變形和斷裂的能力。強度定義當(dāng)材料承受載荷在自身的強度范圍內(nèi)時不會發(fā)生破壞，超過時發(fā)生斷裂。強度范圍車軸斷裂和耳麥斷裂是超過材料強度造成的失效現(xiàn)象，提示我們注意材料強度的重要性。斷裂失效（1）強度010203材料強度分類根據(jù)外力作用性質(zhì)不同，材料的強度主要分為屈服強度、抗拉強度、抗壓強度及抗彎強度等。工程常用強度工程上常用的是屈服強度和抗拉強度，在相同條件下，材料的強度越高，構(gòu)件的承載力也就越高。材料的強度分類材料的強度等力學(xué)性能須通過試驗的方法進(jìn)行測定，此類試驗必須按標(biāo)準(zhǔn)(如國家標(biāo)準(zhǔn))中規(guī)定的方法進(jìn)行。性能測試為了評定低碳鋼的抗拉強度，需按照GB/T228.1—2010標(biāo)準(zhǔn)加工試件，并使用拉伸試驗機進(jìn)行測定。低碳鋼抗拉強度測試低碳鋼抗拉強度測試彈性變形階段試件受力后變形，外力卸去后變形消失，恢復(fù)原狀，為彈性變形階段，曲線呈直線。塑性變形階段試件伸長顯著，外力波動小，屈服現(xiàn)象為塑性變形開始，試件對變形抵抗力增強，力與變形非線性關(guān)系。斷裂階段拉力增大至定值，試件局部變細(xì)斷裂，為斷裂階段，曲線單調(diào)下降，無顯著波動。屈服強度屈服強度分上、下屆服強度，上屈服強度為試樣屈服前最大應(yīng)力，下屈服強度為屈服期間最小應(yīng)力。抗拉強度抗拉強度Rm是指材料在被拉斷前所承受的最大應(yīng)力，單位為MPa，其計算公式為Fm/S0。規(guī)定塑性延伸強度規(guī)定塑性延伸強度是拉伸試驗中金屬材料產(chǎn)生規(guī)定塑性延伸時的應(yīng)力，用于表征材料強度和塑性。拉伸試驗曲線分析010402050306塑性的定義塑性是金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力，衡量金屬塑性變形的重要指標(biāo)。塑性的意義塑性好的金屬材料在受到拉伸變形時，能承受較大的塑性變形而不易斷裂，工程上具有重要價值。（2）塑性試件拉斷后，工作段的殘余伸長量△l與標(biāo)距長度L0的比值代表試件拉斷后塑性變形程度，稱為材料的伸長率，用A表示。伸長率的定義伸長率是衡量材料塑性變形能力的重要指標(biāo)，它反映了材料在拉伸過程中能承受的塑性變形程度。伸長率的意義伸長率A斷面收縮率的定義試件斷口處橫截面面積的相對變化率稱為斷面收縮率，是反映材料斷裂時截面收縮程度的指標(biāo)。斷面收縮率的意義斷面收縮率Z斷面收縮率是衡量材料斷裂時截面收縮程度的指標(biāo)，可以反映材料的斷裂性能和韌性。0102低碳鋼的塑性應(yīng)用塑性的意義低碳鋼的優(yōu)異塑性使得其在汽車制造業(yè)中備受青睞，能夠輕松應(yīng)對各種復(fù)雜的壓力加工，從而滿足汽車車身覆蓋件的生產(chǎn)需求。低碳鋼的應(yīng)用在汽車制造業(yè)中，低碳鋼因其極佳的塑性被廣泛應(yīng)用，通過沖裁、拉延、翻邊等壓力加工方法制造出汽車車身覆蓋件。硬度定義硬度是評價材料局部抵抗硬物壓入其表面能力的指標(biāo)，通過硬度計測試得出，反映了材料的軟硬程度。硬度測量方法常用的硬度標(biāo)準(zhǔn)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度，每種標(biāo)準(zhǔn)都有特定的測試方法和應(yīng)用范圍。（3）硬度布氏硬度通過鋼球壓入金屬表面后測量壓痕直徑來評估，適用于鑄鐵、非鐵合金及退火、調(diào)質(zhì)鋼材，不適用于過硬、過小或過薄工件。洛氏硬度維氏硬度常用的硬度標(biāo)準(zhǔn)利用金剛石圓錐體或鋼球壓入材料表面，通過壓痕深度計算硬度，分為HRA、HRB、HRC三種標(biāo)度，適用于小型或布氏硬度大于450的樣品。通過金剛石壓頭壓入材料表面，測量壓痕對角線長度計算硬度，分小負(fù)荷和顯微兩種，適用于大工件、深表層及薄工件、工具表面或鍍層。韌性表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力；韌性越好，則發(fā)生脆性斷裂的的可能性越小。韌性韌性是材料的一種關(guān)鍵性能，它反映了材料在承受沖擊或振動等動態(tài)載荷時，能保持其完整性和穩(wěn)定性的能力。韌性對材料的重要性（4）韌性衡量材料抗沖擊能力的指標(biāo)用沖擊韌度來表示；沖擊韌度是通過沖擊試驗來測定的。沖擊韌度介紹試驗在一次沖擊載荷作用下顯示試件缺口處的力學(xué)特性，包括韌性或脆性。試驗原理沖擊韌度試驗作為判斷材料脆化趨勢的定性指標(biāo)，同時作為檢驗材質(zhì)熱處理工藝的重要手段。試驗應(yīng)用沖擊韌度試驗原理與應(yīng)用交變載荷與疲勞機械零件和工程構(gòu)件在交變載荷下工作，即使應(yīng)力低于屈服極限，長期反復(fù)循環(huán)也會導(dǎo)致疲勞斷裂。疲勞的突發(fā)性與危害性疲勞斷裂具有突發(fā)性，難以察覺，因此對安全構(gòu)成極大威脅，需高度重視并采取措施預(yù)防。（5）疲勞性能疲勞試驗與性能評估通過疲勞試驗來評估材料的疲勞性能，確保材料在長期交變載荷下穩(wěn)定運行。疲勞試驗機進(jìn)行疲勞試驗的主要設(shè)備是疲勞試驗機，它能夠模擬實際工作中的交變載荷環(huán)境。疲勞試驗方法與設(shè)備空難案例與金屬疲勞2002年5月25日，某航空公司客機在澎湖馬公外海上空失事，機上225人全部遇難。失事飛機為波音747-200型機，機齡超過22年。經(jīng)過九個多月的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，飛機后部的金屬發(fā)生疲勞斷裂造成機體在空中解體，是導(dǎo)致此次空難的最大因素。疲勞曲線與應(yīng)力關(guān)系試驗數(shù)據(jù)整理后得到疲勞曲線，顯示交變載荷循環(huán)次數(shù)與應(yīng)力大小的關(guān)系。高循環(huán)數(shù)與低應(yīng)力隨著交變載荷循環(huán)次數(shù)的增加，試件承受的應(yīng)力逐漸減小，體現(xiàn)了材料的疲勞特性。疲勞曲線分析案例性能決定應(yīng)用金屬材料的工藝性能不僅影響了加工的難度和效率，還直接決定了材料在特定領(lǐng)域的應(yīng)用和表現(xiàn)。金屬工藝性能概述金屬材料不僅具備優(yōu)異的力學(xué)性能，還展現(xiàn)出卓越的工藝性能，使其能夠輕松應(yīng)對各種加工需求。加工方式多樣性金屬材料的工藝性能包括焊接性能、切削性能、壓力加工性能和鑄造性能等，這些性能共同決定了材料在加工過程中的表現(xiàn)和應(yīng)用。2.1.2金屬材料工藝性能焊接的定義焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，也可能用填充材料，使工件達(dá)到結(jié)合的方法。焊接的方法常用的焊接方法有電弧焊、氣焊，自動化流水線中還常用機器人焊接。焊接性能金屬的焊接性能又叫可焊性，一般是指兩塊相同或不同的金屬材料，在局部加熱到熔融狀態(tài)下，能夠牢固地焊合在一起的性能。焊接性能好的金屬在焊縫部位不易產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，同時焊接接頭具有一定的力學(xué)性能。焊接性能的因素金屬材料焊接性能的好壞決定于材料的化學(xué)成分、焊接工藝等。（1）焊接性能0102030405切削加工是最常用的零件加工方法，包括車削、銑削、磨削等，用于生產(chǎn)各種機械零件。切削加工方法切削加工性能衡量了金屬材料的加工難易程度，主要包括切削速度、表面粗糙度和刀具壽命。切削加工性能灰鑄鐵因其良好的切削加工性，常用于鑄造行業(yè)；而鋼的硬度在160～200HBW范圍內(nèi)時，也展現(xiàn)出良好的切削加工性。灰鑄鐵的切削性（2）切削性能（3）壓力加工性能利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法，稱為金屬壓力加工，又稱為金屬塑性加工。常見壓力加工有

以下幾種方式：(1)軋制

(2)鍛造

(3)擠壓

(4)拉拔

(5)沖壓

（3）壓力加工性能壓力加工性能就是指金屬材料在壓力加工過程中成型的難易程度，例如將材料加熱到一定溫度時其塑性的高低(表現(xiàn)為塑性變形抗力的大小)，允許熱壓力加工的溫度范圍大小，熱脹冷縮特性以及與顯微組織、力學(xué)性能有關(guān)的臨界變形的界限、熱變形時金屬的流動性、導(dǎo)熱性能等。在汽車行業(yè)中就大量使用沖壓的方法來生產(chǎn)汽車車身覆蓋件，如圖所示為用于生產(chǎn)車頂件的拉延模具。鑄造性能的指標(biāo)鑄造性能就是指反映金屬材料熔化澆鑄成為鑄件的難易程度，表現(xiàn)為熔化狀態(tài)時的流動性、吸氣性、氧化性、熔點等。鑄造的定義鑄造是熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀、尺寸、成分、組織和性能的鑄件的成型方法。鑄造的方法常用的鑄造方法有砂型鑄、低壓鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等方法；一般鑄造能成型一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件。（4）鑄造性能選材需兼顧成本、可焊性與強度，老式自行車多用管材焊接，需材料易加工、強度高、成本合理。老式自行車需選高強度、輕質(zhì)性材料，以減輕車重提升騎行體驗。同時，材料需良好彎曲成型性，滿足復(fù)雜形狀需求。輕便自行車需選高強度、高剛性材料，確保車輛穩(wěn)定高速運行。同時，材料應(yīng)具優(yōu)異輕量化特性，減少空氣阻力，提升速度性能。賽車思考與分析【案例導(dǎo)入】

在日常生活中，到處都能看到鋼鐵材料的產(chǎn)品，從生活中的鋼直尺到工程

中的扳手，小到一把瑞士軍刀，大到一

臺挖掘機。在這些不同的產(chǎn)

品里，所用的鋼鐵材料有什么不同?它們的性能又如何?2.2鋼鐵材料及應(yīng)用按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T221—2008,碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號分為四個部分，包括強度值、質(zhì)量等級、脫氧方式和產(chǎn)品用途等。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號為了適應(yīng)專業(yè)用鋼的特殊要求，對普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分和性能進(jìn)行調(diào)整，從而生產(chǎn)出了一系列普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的專業(yè)用鋼，如橋梁用鋼、建筑用鋼、鋼筋、壓力容器用鋼等。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的專業(yè)用鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼是現(xiàn)代工業(yè)中使用最早、用量最大的基礎(chǔ)材料。碳素結(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、車輛、船舶和其他各種機械制造工業(yè)中。碳素結(jié)構(gòu)鋼主要由冶金廠生產(chǎn)的板材、棒材、型材、管材及線材等。鋼材生產(chǎn)的主要流程是：煉鐵、煉鋼、鑄錠、壓力加工成各種規(guī)格的鋼材。碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用與生產(chǎn)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的化學(xué)成分及其影響碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能主要取決于鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和顯微組織。在退火或熱軋狀態(tài)下，隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，鋼的強度和硬度升高，而塑性和沖擊韌度下降。因此，工程結(jié)構(gòu)用鋼常限制其含碳量。碳素結(jié)構(gòu)鋼中的殘余元素和雜質(zhì)元素如錳、硅、鎳、磷、硫、氧、氮等，對碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能也有影響。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼2.2.1工業(yè)用鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，硫、磷及其他非金屬夾雜物的含量較低。根據(jù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和用途的不同，這類鋼大致又分為三類，包括低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的分類與性能按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T221—2008,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號分為五個部分，包括表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)字、表示錳元素含量、鋼材冶金質(zhì)量和脫氧方式等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼性能合金結(jié)構(gòu)鋼牌號0102在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金稱為低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに嚕色@得高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T221—2008,合金結(jié)構(gòu)鋼牌號分為四個部分，包括表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)字、合金元素及含量、鋼材冶金質(zhì)量和脫氧方式等。合金結(jié)構(gòu)鋼01合金工具鋼是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入鉻、鉬、鎢、釩等合金元素，以提高淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性的一類鋼種。它主要用于制造量具、刃具、耐沖擊工具和冷、熱模具及一些特殊用途的工具。合金工具鋼的分類與性能02按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T221—2008,合金工具鋼牌號分為兩個部分，包括表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)字和合金元素及含量等。合金工具鋼牌號合金工具鋼國家體育館“鳥巢”主體鋼架結(jié)構(gòu)所采用的材料是Q460,是一種低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。Q460中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%,并含有錳、釩、鈦、鈮、鉻、鎳、鋁等合金元素，其屈服強度為460MPa。錳起到增加強度的作用，釩、鈦、鈮能優(yōu)化綜合力學(xué)性能，鉻、鎳能提高材料的沖擊韌度，鉻、鎳、鋁能提高鋼的抗腐蝕能力。Q460比一般建筑用鋼的強度要高一倍左右。案例：國家體育館“鳥巢”的鋼架結(jié)構(gòu)鑄鐵因其優(yōu)異的性能和加工性能，廣泛應(yīng)用于各種機械制造、汽車、建筑、船舶等行業(yè)。鑄鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～4%。碳在鑄鐵中多以石墨形態(tài)存在，有時也以滲碳體形態(tài)存在。除碳外，鑄鐵中還含有1%～3%的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。2.2.2鑄鐵按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5612—2008，鑄鐵牌號的組成有以下三種類型，包括由代號和表示力學(xué)性能特征的阿拉伯?dāng)?shù)字組成、由代號和主要合金元素的元素符號及名義百分含量組成、由代號和主要合金元素的元素符號及名義百分含量和表示力學(xué)性能特征值的阿拉伯?dāng)?shù)字組成。鑄鐵的牌號鋼鐵材料雖然有很好的性能，但是還有很多金屬制品不是選用鋼材而是選用了非鐵金屬

材料，小到鑰匙大到飛機,非鐵金屬在實際生活和工程中隨處可見。本節(jié)將主要介紹常用非鐵金屬材料的相關(guān)性能和應(yīng)用。2.3非鐵金屬和粉末冶金材料2.3.1鋁和鋁合金

純鋁的密度較小(p=2.7g/cm3),

大約是鐵的1/3,熔點也較低(660℃)。鋁是面心立方結(jié)構(gòu)，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各種型材、板材，抗腐蝕性能好。但是純鋁的強度很低，故不宜用作結(jié)構(gòu)材料。通過長期的生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗，人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。

鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類非鐵金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。添加一定元素形成的合金在保持純鋁質(zhì)輕等優(yōu)點的同時，還能具有較高的強度。這樣使其“比強度”(強度與比重的比值)勝過很多合金鋼，成為理想的結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于運輸機械、動力機械及航空工業(yè)等方面，飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金制造，以減輕自重。采用鋁合金代替焊接成型的鋼板材料，結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上。2.3.2銅和銅合金

銅合金是以純銅為基體加入一種或幾種其他元素所構(gòu)成的合金。純銅呈紫紅色，又稱

紫銅。純銅密度為8.96g/cm3,熔點為1083℃,具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和耐蝕

性；主要用于制作發(fā)電機、母線、電纜、開關(guān)裝置、變壓器等電工器材和熱交換器、管道、太陽能加熱裝置的平板集熱器等導(dǎo)熱器材。常用的銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。銅銅是一種良好的導(dǎo)電材料，廣泛應(yīng)用于電線、電纜、電路板等領(lǐng)域。鋁鋁具有密度小、耐腐蝕性好等特點，主要用于航空航天、汽車制造、建筑等領(lǐng)域。鈦鈦具有高強度、低密度、耐腐蝕等特性，在航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。鎂鎂是最輕的結(jié)構(gòu)材料之一，在航空、航天、汽車等領(lǐng)域有潛在應(yīng)用前景。常見非鐵金屬及應(yīng)用2.3.3軸承合金

軸承合金又稱軸瓦合金，

是用于制造滑動軸承的材料。軸承合金的組織是在軟相基體上

均勻分布著硬相質(zhì)點，或硬相基體上均勻分布著軟相質(zhì)點。軸承合金具有如下性能：有良好

的耐磨性能和減摩性能；有一定的抗壓強度和硬度，有足夠的疲勞強度和承載能力；塑性和

沖擊韌性良好；具有良好的抗咬合性，良好的順應(yīng)性，好的嵌鑲性；有良好的導(dǎo)熱性、耐蝕

性和小的熱膨脹系數(shù)。常用于制作各類軸承。2.3.4粉末冶金材料粉末冶金材料應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于機械、汽車、航空航天、化工等領(lǐng)域。粉末冶金材料種類包括粉末冶金多孔材料、粉末冶金半致密材料和粉末冶金全致密材料等。粉末冶金材料定義粉末冶金材料是一種通過粉末冶金工藝制備的多孔、半致密或全致密材料。粉末冶金材料的制備工藝原料粉末制備通過機械粉碎、化學(xué)合成等方法制備原料粉末。粉末混合與成型將不同成分的粉末混合均勻后，通過壓制、注射等方法成型。燒結(jié)處理將成型后的粉末冶金材料進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理，使其獲得所需的組織和性能。后處理工藝包括熱處理、表面處理等，以提高粉末冶金材料的綜合性能。孔隙度可控粉末冶金材料可以通過調(diào)整制備工藝參數(shù)，實現(xiàn)孔隙度的精確控制。組織均勻、無宏觀偏析粉末冶金材料的組織均勻，不存在傳統(tǒng)熔鑄工藝中的宏觀偏析現(xiàn)象。一次成型能力強粉末冶金工藝可實現(xiàn)復(fù)雜形狀零件的一次成型，降低加工成本。優(yōu)異的物理、力學(xué)性能粉末冶金材料具有高強度、高硬度、高耐磨性、高韌性等優(yōu)異的物理、力學(xué)性能。粉末冶金材料的性能特點用于制造高強度、耐腐蝕的鋁合金零件。鋁合金粉末用于制造導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能良好的銅合金零件。銅合金粉末用于制造高強度、低密度、耐腐蝕的鈦合金零件。鈦合金粉末非鐵金屬在粉末冶金中的應(yīng)用010203非鐵金屬如鋁、銅、鈦等具有密度小、導(dǎo)電性好、抗腐蝕性強等特點，在航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。同時，部分非鐵金屬還具有良好的生物相容性和可回收性。優(yōu)勢非鐵金屬在強度、硬度等方面普遍低于鐵基材料，且部分非鐵金屬成本較高，加工性能也存在一定局限性。此外，一些非鐵金屬如汞等具有毒性，需妥善處理。局限小組討論：非鐵金屬的優(yōu)勢與局限航空航天領(lǐng)域粉末冶金技術(shù)可制備高性能、高可靠性的航空航天發(fā)動機部件，如渦輪盤、葉片等，滿足高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速等極端條件下的使用要求。汽車工業(yè)醫(yī)療器械領(lǐng)域案例分析：粉末冶金在某領(lǐng)域的應(yīng)用粉末冶金技術(shù)可生產(chǎn)汽車發(fā)動機、變速器等關(guān)鍵零部件，提高汽車性能、降低油耗和排放。同時，粉末冶金技術(shù)還可實現(xiàn)汽車零部件的輕量化設(shè)計。粉末冶金技術(shù)可制備具有復(fù)雜形狀和精細(xì)結(jié)構(gòu)的醫(yī)療器械，如人工關(guān)節(jié)、牙科植入物等，滿足醫(yī)療領(lǐng)域?qū)Σ牧仙锵嗳菪浴⒛透g性等方面的要求。熱處理是對固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)方式加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的加工方法。金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工

件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成

分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種

成型工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微

組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，

鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，以

獲得不同的使用性能。2.4金屬材料的熱處理及應(yīng)用金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類。根據(jù)加熱介

質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬

采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣

的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。箱式電阻爐真空熱處理爐

臺車式熱處理爐2.4.1金屬材料整體熱處理整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，獲得需要的金相組織，以改變

其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有正火、退火、淬火和回火等基本工藝。2.4.2金屬材料表面熱處理1.

表面淬火表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬

火的方法。表面淬火是通過快速加熱，使鋼件表面很快升到淬火的溫度，在熱量來不及穿

到工件