1、第二章 工程材料.2.1 金属材料1 .材料的基本力学性能主要包括哪此内容？答：力学性能主要指标有硬度、强度、塑性、韧性等。硬度：制造业中，通常采用压入法测量材料的硬度，按试验方法不同，分有布氏硬度（HB）、洛式硬度（HR）、维氏硬度（HV），表达材料表面抵抗外物压入的能力。布氏硬度（HB）是用一定载荷交淬火钢球压入试样表面，保持规定时间后卸载，测得表面压痕的面积后，计算出单位面积承受的压力，为布氏硬度值（HB），单位是 kgf/mm2,通常不标注；布氏硬度(HB)测试法一般用于 HB1500HV）、耐高温（溶点2000）、抗氧化（在 1000高温下不氧化）、耐腐蚀（对酸、碱、盐有良好的耐蚀性
2、）以主其他优良的物理、化学性能（优于金属的高温强度和高温蠕变能力，热膨胀系数小。热导率低，电阻率高，是良好的绝缘体，化学稳定性高等）。陶瓷材料是脆性材料，故其抗冲击韧度和断裂韧度都很低。陶瓷材料的抗压强度比其抗拉强度大得多（约为抗拉强度的 1040 倍），大多数工序陶瓷材料的弹性模量都比金属高。由于工程陶瓷材料硬度高，常采用洛式硬度HRA、HT45N、小负荷维氏硬度或洛氏硬度表示。4.特种陶瓷的分类和基本性能特点。答：特种陶瓷类别 氧化铝陶瓷 氮化硅陶瓷碳化硅陶瓷 氮化硼陶瓷 金属陶瓷基本性能特点强度硬度高；耐高温；高的抗蠕变能力；耐蚀性和绝缘性好。缺点是脆性大，不能受热冲击硬度高，磨擦系数小
3、，有自润滑性和耐磨性，蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热振性好；化学稳定性好，优异的电绝缘性能高温强度高，导热性好；其稳定性、抗蠕变能力、耐磨性、耐蚀性好；且耐放射元素的幅射耐热性和导热性好，膨胀系数低，抗热振性和热稳定性好；高温绝缘性好，化学稳定性好，有自润滑性，耐磨性好以金属氧化物（Al2O3 等）或碳化物（如 TiC、WC、TaC 等）粉料，再加入适量的粘接刘（如 Co、Cr、Ni、Fe、Mo 等）通过粉末冶金的方法制成，具有某些金属性质的陶瓷，它是制造万具、模具和耐磨零件的重要材料5.什么是纳米材料？纳米材料有哪些主要的特性？答：纳米是一个长度计量单位，一纳米相当于十亿分之一米。当物质颗粒
4、小到纳米级后，这种物质就可称为纳米材料。由于纳米颗粒在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料不具备的特性，因此在陶瓷增韧、磁性材料、电子材料和光学材料等领域具有广泛的应用前景。添加纳米粉体的材料与相同组成的普通粉体材料相比，材料的万分本身虽然并未改变，但活性增强，主要表现为高抗菌、防污、耐磨、强度加大，材料重量只是钢的十分之一，但是它的强度却是钢的 100 倍。人们通过改变塑料、石油、纺织物的原子、分子排列，使它们具有透气、耐热、高强度和良好的弹性等特征。例如被称为纳米材料中的“乌金“的碳纳米管具有非常奇异的物理化学性能。它的尺寸只有头发丝的十万分之一，但是它的导电率是铜的 1 万倍；它的强度是钢
5、的 100 倍，而重量只有钢的六分之一，由于其强度是其他纤维的 20 倍，具有经受10 万 Mpa 而不被破碎的奇异效果。2.3 热处理1、 简述钢的热处理工艺方法和目的。答：将钢在固态下加热到预定温度并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却，改变钢的内部组织，提高钢的性能，延长机器使用寿命的热加工工艺称为钢的热处理工艺。恰当的热处理工艺不仅可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，消除偏析，除低内应力，使组织均匀化；还可改善铸、锻件毛坯组织、降低硬度，便于切削加工；通过热处理工艺可以强化金属材料、充分挖掘材料潜力，降低结构件重量、节省材料和能源，提高机械产品质量，大幅度提
6、高零件的耐磨性、抗疲劳性、耐腐蚀性等，从而延长机器零件和工模具的使用寿命。2、钢的整体热处理包括哪此工艺内容？各自的主要目的何在？答：钢的整体热处理包括：a) 退火将金属或合金加热到适当温度，保持一定时间然后缓慢冷却（如炉冷）的热处理工艺称为退火。包括: 完全退火、不完全退火、去应力退火、等温退火、球化退火、均匀化退火（扩散退火）、再结晶退火等b) 正火将钢材或钢件加热到 Ac3(亚共析钢)Acm（过共析钢）以上 3050，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。目的是细化组织、降低硬度、改善切削加工性能，改善显微组织形态为后续热处理工艺作准备等。c) 淬火将钢件加热到 Ac3 或
7、Ac1 以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。钢制零件经淬火处理可以获得高强度、高硬度和高耐磨性，满足要求。d) 回火钢件淬火后，再加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。回火的目的是为了调整淬火组织，降低或消除淬火内应力，降低硬度，提高钢的塑性和韧性，获得所需要的力学性能。淬火并高温回火习惯称为“调质处理”，能获得良好的综合力学性能。3、 钢的表面淬火方法有哪几种？答：表面淬火是将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未传到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一
8、种局部淬火方法。常用的方法有火焰加热淬火、感应加热淬火和激光淬火。（1）火焰淬火应用氧-乙炔火焰对零件表面进行加热，随之淬火冷却的工艺。火焰淬火淬硬层深度一般为 26mm。此法简便，无需特殊设备，适用于单件或小批量生产的各种零件。如轧钢机齿轮、轧辊、矿山机械的齿轮、轴、机床导轨和齿轮等。缺点是加热不均匀，质量不稳定，需要熟练工操作。（2）感应加热淬火利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺。电流频率愈高，淬硬层愈浅，电流的透入深度与电流的平方根成反比。根据电流频率不同，感应加热可分为：高频感应加热（1001000kHz），淬硬层为0.22mm，适用
9、于中小齿轮、轴等零件；中频感应加热（0.5-10kHz），淬硬层为 28mm，适用于在中型齿轮、轴等零件；工频感应加热（50Hz），淬硬层深度为10-15mm，适宜于直径300mm 的轧辊、轴等大型零件。感应加热淬火质量好，表层组织细、硬度高（比常规淬火高 2-3HRC）、脆性小、生产效率高、便于自动化，缺点是设备一性投资较大，形状复杂的感应器不易制造，不适宜单件生产。4、钢的化学热处理工艺方法有哪几种？其目的是什么？答：化学热处理是将工件置于某种化学介质中，通过加热、保温和冷却使介质中某些元素渗入工件表层以改变工件表层的化学成份和组织，使其表面具有与心部不同性能的热处理方法。常用化学热处理的
10、工艺方法有：渗碳、碳氮共渗和渗氮等。渗碳的目的是提高工件表层的碳含量，使工件经热处理后表面具有高的硬度和耐磨性，而心部具有一定强度和较高的韧性。这样，工件既能承受大的冲击，又能承受大的摩擦和接触疲劳强度。齿轮、活塞销等零件常采用渗碳处理。碳氮共渗的目的是为了提高零件表面的硬度、耐磨性、抗蚀性和疲劳强度。与渗碳相比，其耐磨性、抗蚀性比渗碳层高。零件变形小、速度快。渗氮的目的是提高工件表面硬度、耐疲劳和耐蚀性以及热硬性（在 600650温度下保持较高硬度），主要应用于交变载荷下工作的，要求耐磨和尺寸精度高的重要零件，如高速传动精密齿轮、高速柴油机曲轴、高精密机床主轴、镗床镗杆、压缩机活塞杆等，也可用于在较高温下工件的耐磨、耐热零件，如阀门、排气阀等。5、消除铸件的内应力应采用什么热处理工艺？答：消除铸件内应力采用退火工艺（又称人工时效），铸铁件铸造成型后产生很大内应力不仅降低铸件强度而且使铸件产生翘曲、变形，甚至开裂。因此，铸件铸造后必须进行退火，又称人工时效。将铸件缓慢加热到 500560适当保温（每 10mm 载面保温 2h）后，随炉缓冷至 150200出炉空冷。去应用退火一般不能超过 560，以免共析渗碳体分解、球化、降低铸造强度、硬度。
