金属材料工艺设计

《课程设计（工艺设计）》

（金属材料方向）

课程名称：机床齿轮的热处理工艺设计

学院：材料与化学化工学院

专业：材料科学与工程（金属材料方向）学生姓名：李祥兆

学号：201102040203

指导教师：管登高、龙剑平、周世杰

总成绩：

2014年06月

热处理工艺课程设计任务书

目录

一齿轮轴热处理概述 (7)

1齿轮轴的服役条件、失效形式及性能要求 (8)

1．1 服役条件、失效形式 (8)

1．2 性能要求 (8)

二、40Cr的基本性质 (9)

1、1 40Cr的化学成分及临界温度 (9)

1.2 力学性能 (9)

1．3 40Cr的性质 (10)

2. 40cr特性及用途 (10)

3 合金元素的作用 (12)

1 40Cr钢中铬元素的作用 (12)

2 40Cr钢中硅元素的作用 (13)

3 40Cr钢中锰元素的作用 (14)

5、40Cr的焊接性： (15)

三、齿轮生产工艺线路及分析 (16)

1 齿轮轴材料的选择 (16)

2 40Cr热处理工艺特征介绍 (17)

2．1 预备热处理 (17)

2．2 最终热处理 (17)

3、40cr齿轮轴断裂原因案例分析 (18)

(1)40Cr齿轮轴断裂原因分析 (18)

2.2断口检验 (19)

2.3金相检验 (21)

3 回火脆性试验 (21)

3.1 冲击试验 (21)

3.2 断口形貌 (22)

3 分析与讨论 (23)

4、热处理工艺 (24)

5、热处理工艺的确定 (25)

6 40Cr钢调质热处理 (26)

7、热处理的常见缺陷及补救措施 (29)

（1）氧化和脱碳： (29)

（2）过热和过烧 (31)

（3）软点： (31)

（4）淬火裂纹 (31)

（5）回火缺陷 (33)

（6）变形和开裂 (33)

8、热处理工艺及曲线图 (34)

（1）退火工艺的制定 (34)

(2) 正火工艺的制定 (35)

9 40Cr热处理金相组织分析 (37)

四、质量检验项目及标准 (39)

1、检验项目 (39)

（1）工件变形检查 (39)

（2）淬硬层深度检查 (39)

（3）硬度检查 (40)

（4）金相组织检查 (40)

五参考文献 (40)

一齿轮轴热处理概述

轧机是现代工业生产的重要机械，而轧机的齿轮轴是轧机中重要的传动部分,主要承受交变载荷，冲击载荷，剪切应力和接触应力大。轴部易产生裂纹，齿部易磨损。因此对齿轮轴的心部要求有一定的强度和韧性，有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力。表面还应具有一定的硬度和耐磨性。为了满足这些性能要求，材料要有很好的力学性能，常采用40Cr钢经正火，调质，感应加热淬火加低温回火已达到所要求的性能。40Cr为中碳合金钢，预备热处理是正火，主要目的是为了获得一定的硬度，便于钢坯的切削加工，为调质做好组织准备。调质的目的是为了提高轧机齿轮轴的综合力学性能。中频感应加热表面淬火是使零件表面得到高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的强度及较高的塑性、韧性。通过对40Cr钢热处理工艺的分析，明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，达到所需要的性能，保证质量。根据齿轮轴的工作条件，失效形式及性能要求，大部分材料选择为合金中碳钢，在设计正火-调质-中频感应加热淬火加低温回火热处理工艺中，本设计借鉴了《热处理工程师手册》、《热处理实用数据速查手册》，《钢的热处理》，《机床零件用钢》，《金属工艺学》等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的40Cr中碳合金结构钢表面除具有高硬度，高耐磨性外，高的疲劳强度，在高温下的强度，还要使心部具有高的的强度和韧性，从而满足齿轮轴的质量要求。齿轮用于机械装置中功率的传递与速度的调节, 在汽

车、拖拉机、机床、起重机械等产品中不仅有着重要的作用, 而且用量相当大。齿轮工作时, 通过齿面的接触传递动力, 齿部承受很大的交变弯曲应力和接触应力的作用, 在相互啮合的齿面上会有强烈的摩擦。啮合不均匀时, 还会产生冲击力。齿轮的损坏形式主要是齿部折断和齿面的过度磨损。根据齿轮的受力情况和失效分析, 可知齿轮一般都需经过适当的热处理, 以提高承载能力和延长使用寿命。

1齿轮轴的服役条件、失效形式及性能要求

1．1 服役条件、失效形式

齿轮轴在转动时主要承受剪切应力，交变弯曲应力，传递动载荷等工作，受到多次冲击应力。在工作过程中，由于不同的应力作用，导致不同的失效形式，主要有疲劳磨损，裂纹，表面点蚀，弯曲疲劳折断，冲击折断等。

1．2 性能要求

1..具有高的疲劳极限；

2.具有高的抗弯强度；

3.具有较高的韧性；

4.具有高的耐磨性；

5.具有抗多次冲击能力；

6.具有高温下的高强度；

7.具有一定的精度。

二、40Cr的基本性质

1、1 40Cr的化学成分及临界温度

40Cr的化学成分及临界温度见表1。

表1. 40Cr的化学成分及临界温度

1.2 力学性能

40Cr圆棒试样毛坯尺寸（mm）：Φ25 热处理：第一次淬火加热

温度（℃）：850；冷却剂：油第二次淬火加热温度（℃）：- 回火加热温度（℃）：520；冷却剂：水、油抗拉强度（σb/MPa）：≧980 屈服点（σs/MPa）：≧785 断后伸长率（δ5/%）：≧9 断面收缩率（ψ/%）：≧45

冲击吸收功（Aku2/J）：≧47 布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高温回火状态）：≦207[3]

1．3 40Cr的性质

从铁碳合金相图来看，40Cr钢属于亚共析钢，缓冷到室温后的组织为铁素体+珠光体；从钢的分类来看，40Cr钢属于低淬透性调质钢，具有很高的强度，良好的塑性和韧性，即具有良好的综合机械性能；40Cr钢可用于制造汽车的连杆、螺栓、传动轴及机床的主轴等零件。

2. 40cr特性及用途

特性

中碳调制钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS 毛坯的切削性能。在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。用途这种钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节、后半轴以及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等；经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作的零件，如齿轮、主轴、油泵转子、滑块、套环等；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在25mm以下的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、螺

钉、螺帽、进气阀等。此外，这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴[7]。

【供货状态及硬度】

退火态，硬度≤207HBS。

40Cr轴类零件

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：

(一)尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）

(二)几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。

(三)相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为

0.001～0.005mm。

(四)表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。

毛坯和材料

(一)轴类零件的毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及

结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

(二)轴类零件的材料轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。40Cr是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。40Cr广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，40Cr可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥40Cr优越的机械性能，常将40Cr表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。

3 合金元素的作用

1 40Cr钢中铬元素的作用

(1)对钢的显做组织及热处理的作用

A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物σ

相(FeCr) B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向

(2)对钢的力学性能的作用

A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著

B、显著提高钢的脆性转变温度

C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降

(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用

A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度

B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数

C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢

D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降

E、提高钢的抗氧化性能

F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性

G、由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷

2 40Cr钢中硅元素的作用

(1)对钢的显做组织及热处理的作用

A、作为钢中的合金元素，其含量一般不低于0.4 ％。以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中，缩小奥氏体相区

B、提高退火、正火和淬火温度，在亚共析钢中提高淬透性

C、硅不形成碳化物，有强烈的促进碳的石墨化的作用，在硅含量较高的中碳和高碳钢中，如不含有强碳化物形成元素，易在一定温度条件下发生石墨化

D、在渗碳钢中，硅减小渗碳层厚度和碳的浓度

E、硅对钢水有良好脱氧作用

(2)对钢的力学性能的作用

A、提高铁素体和奥氏体的硬度和强度，其作用较Mn 、Ni 、Cr . W 、Mo、V 等更强；显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比(σs/σb)．并提高应劳强度和疲劳比(σ-1/σb)

B、硅含量超过3 ％时显著降低钢的塑性和韧

性；硅提高塑／脆转变温度C、硅易使钢中形成带状组织，使横向性能低于纵向性能D、改善钢的耐磨性能

(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用

A、降低钢的密度、热导率、电导率和电阻温度系数

B、硅钢片的涡流损耗量显著低于纯铁，矫顽力、磁阻和磁滞损耗较低．磁导率和磁感强度较高。但在强磁场中，硅降低磁感强度

C、提高高温时钢的抗氧化性能，但硅含量高时，表面脱碳加剧

D、硅含量超过2.5 ％的钢，其变形加工较为困难

E、硅降低钢的可焊性

3 40Cr钢中锰元素的作用

(1)对钢的显做组织及热处理的作用

A、锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，工业用钢中一般均含有一定量的锰

B、锰固溶于铁素体和奥氏体中．扩大奥氏体区，使临界温度A4点升高，A3点降低，(α+γ)区下移．当锰含量超过12％时，上临界点降至室温以下，使钢在室温时形成单一奥氏体组织。在降低共析温度同时，使共析体中的碳含量减少

C、锰强烈降低钢的Ar1和马氏体转变温度(其作用仅次于碳）和钢中相变的速度，提高钢的淬透性，增加残余奥氏体含量

D、使钢的调质组织均匀、细化，避免了渗碳层中碳化物的聚集成块，但增大了钢的过热敏感性和回火脆性倾向

E、锰是弱碳化物形成元素

(2)对钢的力学性能的作用

A、锰强化铁素体或奥氏体的作用不及碳，磷、硅，在增加强度的同时，对延展性无影响

B、由于细化了珠光体，显著提高低碳和中碳珠光体钢的强度，使延展性有所降低

C、通过提高淬透性而提高了调质处理索氏体钢的力学性能

D、在严格控制热处理工艺、避免过热时的晶粒长大以及回火脆性的前提下，锰不会降低钢的韧性

(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用

A、随锰含量的增加，钢的热导率急剧下降，线胀系数上升，使快速加热或冷却时形成较大内应力，工件开裂倾向增大

B、使钢的电导率急剧降低，电阻率相应增大，电阻温度系数下降

C、使矫顽力增大，饱和磁感、剩余磁感和磁导率均下降，因而锰对永磁合金有利，对软磁合金有害

D、锰含量很高时，钢的抗氧化性能下降

E、使钢中的硫形成较高熔点的MnS ，避免了晶界上的FeS 薄膜，消除钢的热脆性，改善热加工性能

F、高锰奥氏体钢的变形阻力较大，且钢锭中柱状结晶明显，锻轧时较易开裂

G、由于提高了淬透性和降低了马氏体转变温度，对焊接性能有不利影响。在适当范围内应降低碳含量

5、40Cr的焊接性：

结晶时易偏析，对结晶裂纹（一种热裂纹）比较敏感，焊接时容易在弧坑和焊缝中凹下的部分开裂。含碳量较高，快冷时易得到对冷裂纹很敏感的淬硬组织（马氏体组织）。过热区在冷速较大时，很容易形成硬脆的高碳马氏体而使过热区脆化。

焊接工艺要点：

1、一般在退火（正火）状态下进行焊接。

2、焊接方法不受限制

3、用较大线能量，适当提高预热温度，一般预热温度及层间温度可控制在250～300℃之间。

4、焊接材料应保证熔敷金属的成分与母材基本相同，如J107－Cr

5、焊后应及时进行调质热处理。若及时进行调质处理有困难，可进行中间退火或在高于预热的温度下保温一段时间，以排除扩散氢并软化组织。对结构复杂、焊缝较多的产品，可在焊完一定数量的焊缝后，进行一次中间退火。

三、齿轮生产工艺线路及分析

1 齿轮轴材料的选择

齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。齿轮传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命长。齿轮轴材料的选用根据齿轮轴的工作条件，要求以及性能来确定。主要是工作时载荷的大小,转速的高低及齿轮的精度要求来确定的。载荷大小主要是指齿轮传递转矩的大小,通常以齿面上单位压应力作为衡量标志。一般分为:轻载荷、中载荷、重载荷和超重载荷。在机械零件产品的设计与制造过程中，不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。如果齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早损伤，甚至失效。因此如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作。满足材料的机械性能材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等，反映材料在使用过程中所表现出来的特性。齿轮在啮合时齿面接触处有接触应力，齿根部有最大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效。齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。齿轮主要的失效形式有齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。例如，在确定大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30-50HBS，这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄，强度低于大齿轮。为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。另一方面，根据材料的使用性能确定了材料牌号后。要明确材料的机械性能或材料硬度，然后我们可以通过不同的热处理工艺达到所要求的硬度范围，从而赋予材料不同的机械性能。材料为40Cr

合金钢的齿轮，当840-860℃油淬，540-620℃回火时，调质硬度可达28-32HRC，可改善组织、提高综合机械性能；当860-880℃油淬，240—280℃回火时，硬度可达46-51HRC，则钢的表面耐磨性能好，芯部韧性好，变形小；当500-560℃氮化处理，氮化层0.15-0.6mm时，硬度可达52-54HRC，则钢具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度，较高的抗蚀性和抗胶合性能且变形极小；当通过电镀或表面合金化处里后，则可改善齿轮工作表面摩擦性能，提高抗腐蚀性能。满足材料的工艺性能材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选材时要对材料的工艺性能加以注意。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求。但强度不够高，淬透性较差。而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途经来改善材料的工艺性能

2 40Cr热处理工艺特征介绍

2．1 预备热处理

调质钢经热加工后，必须经过预备热处理来降低硬度，便于切削加工，消除热加工时造成的组织缺陷，细化晶粒，改善组织，为最终热处理做好准备。对于40Cr钢而言，可进行正火或退火处理。

2．2 最终热处理

调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。一般可以采用较慢的冷却速度淬火，可以用油淬以避免热处理缺陷。当强度较高时，采用较低的回火温度，反之选用较高的回火温度。淬火工艺的制定：加热温度为850，保温时间：80min；冷却方式：油冷。低温回火工艺的制定：低温回火的温度为150-300，

但钢材的第一类回火脆性温度在250-400，由于40Cr中含有硅、锰、铬等合金元素，第一类回火脆性温度将有所增高，所以选用低温回火温度为240，保温时间60min；采用空冷。中温回火工艺：中温回火温度为350-500，选用温度为460，保温时间为50min，空冷。高温回火工艺：高温回火温度为500-650，可选用加热温度为620，保温时间为60，空冷。40Cr淬火后回火热处理的洛氏硬度：

1、40Cr 850油淬50.2 620 24.4

2、40Cr 850油淬51.8 460 41.3

3、40Cr 850油淬49.3 240 50.3

40Cr 钢的原始组织为球状珠光体，由于球状的接触面积小，同时铬能阻碍碳的扩散，而铬本身扩散速度较慢，因此加热温度应选择上限，且保温时间加长，否则球状渗碳体很难完全溶解而保留下来，造成淬火后硬度及强度下降。加热温度越高，马氏体的百分比也会增加，如50%-99%，组织也会不断粗大理论上说，40Cr加热到850-870后保温，合金元素就基本上能全部融入奥氏体中且晶粒也不是很粗大，所以在理论上850淬火后的硬度应该是最高的，以后随着温度的增加，钢的蓄热量增加，淬火冷却时的冷却速度就下降，因此理论上在850以上温度淬火硬度会下降。

3、40cr齿轮轴断裂原因案例分析

(1)40Cr齿轮轴断裂原因分析

摘要本文利用扫描电镜、金相显微镜等设备对断裂工件断口形貌、金相组织进行了检验，并采用不同温度回火进行冲击试验，分析了40Cr齿轮轴断裂原因，推断为用户热处理工艺不当，造成工件出现回火脆性导致断裂，为用户改进工艺提供了理论依据。关键词断口形貌冲击试验回火脆性40Cr经热处理后因其良好的综合性能常用于轴类加工，某用户使用40Cr加工齿轮轴，经淬火（850℃保温120分钟油冷）、回火

（350~370℃保温120分钟水冷）处理后，在安装螺母时出现批量断裂，笔者受委托对齿轮轴断裂原因进行分析。

1、宏观检验齿轮轴断裂位置均在轴和齿交界处，断口裂纹源均位于表面，扩展区较少，大部分为放射状瞬断区，如图1所示，断口平齐，无明显塑性变形。

图1 断口形貌

2、理化检验对所送断裂件进行化学成分、断口形貌、金相组织、晶粒度分析。 2.1化学成分断裂件化学成分光谱分析结果（质量分数，%）见表1，成分符合GB/T3077-1999 技术要求。

2.2断口检验

在Zeiss EVO40扫描电镜下观察断口，裂纹起源于表面，未发现夹杂等冶金缺陷（图2），整个断面以沿晶断裂为主，小部分区域为沿晶和韧窝混合断口（图3）

图2 裂纹源形貌

图3 断口微观形貌

材料成型技术基础复习重点

1.常用的力学性能判据各用什么符号表示它们的物理含义各是什么 塑性，弹性，刚度，强度，硬度，韧性 金属的结晶：即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。 细化晶粒的方法：生产中常采用加入形核剂、增大过冷度、动力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。 合金的晶体结构比纯金属复杂，根据组成合金的组元相互之间作用方式不同，可以形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种结构。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体 钢的牌号和分类 影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 塑料即以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料。 热塑性塑料：即具有热塑性的材料，在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复加热硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。 热固性塑料：即具有热固性的塑料，加热或通过其他方法，能变成基本不溶、不熔的产物。 橡胶橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。 复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。 通常是其中某一组成物为基体，而另一组成物为增强体，用以提高强度和韧性等。 工程材料的发展趋势

据预测，21世纪初期，金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会更加迅速。 今后材料发展的总趋势是：以高性能和可持续发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新一代材料的开发。 材料的凝固理论 凝固：由液态转变为固态的过程。 结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 粗糙界面：微观粗糙、宏观光滑； 将生长成为光滑的树枝； 大部分金属属于此类 光滑界面：微观光滑、宏观粗糙； 将生长成为有棱角的晶体； 非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此类 偏析：金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象 宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度的大范围内产生的成分不均匀的现象 铸件凝固组织：宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件的凝固组织是由合金的成分和铸造条件决定的。 铸件的宏观组织一般包括三个晶区：表面的细晶粒区、柱状晶粒区和内部等轴晶区。 金属塑性成形指利用外力使金属材料产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，从而获得各种产品的加工方法。 主要应用： （1）生产各种金属型材、板材、线材等； （2）生产承受较大负荷的零件，如曲轴、连杆、各种工具等。 金属塑性成形特点

材料科学及工程(金属材料科学及工程)

材料科学与工程(金属材料科学与工程) Materials Science & Engineering (Metallic Materials Science & Engineering） 专业代码：080205 学制：4年 Speciality Code: 080205 Schooling Years：4 years 培养目标： 培养具有良好素质，德智体全面发展的材料科学与工程面的高级工程技术人才。 目标1：（扎实的基础知识）培养学生掌握扎实的材料科学与工程学科的基础知识，特别是金属材料的成分—加工—组织—性能之间的关系，掌握各种材料的表征法及应用，掌握材料设计、制备、加工、检测和评价等面的先进理论和法。 目标2：（解决问题能力）培养学生能够创造性地利用材料科学与工程基本原理和法解决研发和工业生产中遇到的问题。 目标3：（团队合作与领导能力）培养学生在团队中的沟通和合作能力，进而能够具备材料科学与工程领域的管理能力。 目标4：（工程系统认知能力）使学生认识到材料科学与工程在国民经济以及科学技术领域中所起的重要作用，并通过学习和实践成为解决与材料有关的理论与实际问题的人才。 目标5：（专业的社会影响评价能力）培养学生正确看待材料选择、设计和应用对人们日常生活、工商业的经济结构以及人类健康所产生的潜在影响。 目标6：（全球意识能力）培养学生能够在全球化的环境里保持清晰意识，有竞争力地、负责任地行使自己的职责。 目标7：（终身学习能力）培养具有良好素质，德智体全面发展的材料科学与工程面的高级工程技术人才。学生毕业后既能从事各种传统材料、先进材料、特殊新材料的研制开发与应用，又能从事与制造、信息、汽车、生物、能源等领域和行业相关材料的工程设计及生产管理，具备终身学习的能力。 Educational Objectives: To become advanced engineering and technical personnel with good quality, comprehensive physical and moral qualities in the aspect of materials science and engineering.The students should be able to reach the following goals upon the completion of the degree program: Objective 1:[Foundations] To gain a solid understanding of the fundamental knowledge of materials science and engineering discipline, in particular of the

金属材料基础知识

金属材料及处理工艺基础知识 一、金属材料分类: 金属材料的分类有多种方式，有按照密度分的，价格分的…常用的是分类是把金属材料分成黑色金属和有色金属两大类。 1.黑色金属：通常指铁，锰、铬及它们的合金。常用的黑色材料为钢铁。其又分为三类：纯铁，钢，铸铁。 纯铁：其主要由Fe组成的，含C量在0.0218％以下，工业中很少用； 钢：含C量在0.0218%-2.3%之间的铁碳合金（不加其他元素的称碳素钢，加入其他合金元素的称合金钢）。其又可以按照成分分类（碳素钢，合金钢），用途分类（轴承钢，不锈钢，工具钢，模具钢，弹簧钢，渗碳用钢，耐磨钢，耐热钢…），品质分类（普通钢，优质钢，高级优质钢），成形方式分类（锻钢，铸钢，热轧钢，冷拉钢），形式分类（板材，棒材，管材，异形钢等）等等。 铸铁：含C量在2.3％-6.69％之间的铁碳合金成为铸铁。按石墨的形态其又可以分为灰铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁等，石墨的不同形态和基体的配合而具有不同的性能。 2.有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝、镍锰以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。 二、金属材料的使用性能及指标 金属材料常用的性能指标有力学性能和物理性能。 1.力学性能：金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。 强度:金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示，常用单位为MPa。 屈服强度：金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。一般的，材料达到屈服强度，就开始伴随着永久的塑性变形，因此其是非常重要的指标。 抗拉强度：金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。 塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形(去掉外力后不能恢复原状的变形)，但不会被破坏的能力。 弹性：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力(去掉外力后能恢复原状的变形)。 伸长率：金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始

《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案

《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案 第二章 2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。 2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。 2-3.试计算N壳层内的最大电子数。若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？ 2-4.计算O壳层内的最大电子数。并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。 2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。 2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式： （1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合 （3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合 （5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合 2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？ 2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？ 2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？ 2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？ 2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？ 2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？ 2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？ 2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097，r Cl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？

金属材料工程专业方向

金属材料工程专业方向 一、专业简介及培养目标 金属材料工程是国家经济建设的支柱，在航空航天、能源化工、国防军工、冶金机电等各行业均发挥着至关重要的作用，也是西安交通大学优势学科之一，在国内外享有较高的知名度。金属材料工程主要研究金属材料性能优化的基本理论，探索提高材料使用性能的有效途径，了解金属材料的性能特点及其工程应用。学生通过院级课程的学习已经具备了材料科学与工程方面的基础理论和一定的实验技能，本专业重点向学生介绍金属材料合金理论、常见工程构件的失效分析、材料内部缺陷的检测技术、金属功能材料、复合材料等相关知识，使学生掌握金属材料合金化基础理论知识，熟悉几种重要的金属材料及其力学性能与应用。培养学生选择材料和使用材料的科学思路。使学生能从事工程零构件的失效分析工作，提出预防零件失效的具体措施，使学生掌握金属材料内部缺陷无损检测技术，提出预防零件失效的具体的措施，了解复合材料、生物材料及功能材料的基本理论及要求，培养学生完整的金属材料知识体系。本专业的培养目标是使学生具备现代化建设所要求的系统材料知识、基础理论知识及工程技术知识，具有新材料、新产品、新工艺研究开发能力。金属材料工程专业具有学士、硕士、博士授予权，设有博士后流动站，是"211工程"建设学科的二级学科。金属材料工程专业的科学研究紧密结合国家科技发展的重大需求，瞄准国际前沿，开拓研究思路，不断提高研究水平，保持本学科在国内外的特点和优势。 二、课程设置 根据培养目标，金属材料工程专业方向的课程设置主要以金属材料为核心，课程体系包括合金与强化理论、材料选择与应用、零件失效分析、组织缺陷检测等主要内容。主要课程有：金属材料及热处理，失效分析与防止，金属功能材料，复合材料，材料无损检测技术，生物材料。 表1 金属材料工程专业课程

金属材料科学发展的历程与人类思维方式的演变

金属材料科学发展的历程与人类思 维方式的演变 摘要：纵览了人类思维方式的演变、自然科学和金属材料科学发展的历程，阐述了金属材料及其理论的层次性和相关性。介绍了我们为实现金属材料科学设计的规划轮廓。 关键字：材料科学物理金属学材料设计系统论 材料科学是探索研究和制造新材料规律的科学，它不仅指出特殊材料研制的特殊方法，而日‘还揭示出各种不同材料研制的共同规律。材料科学技术是一门技术科学，它介于基础科学和工程技术之间。与基础科学相比较，材料科学技术更接近于具体实践。而与工程技术相比较，它则更接近于理论研究。它是基础科学研究中基础理论转化为应用技术的中间环节。它的主要特点是将具体技术中带有共同性的科学问题集中起来加以研究。在材料科学研究中，探寻其中的哲学问题对材料科学技术的发展很有必要。 1．人类思维方式的演变与自然科学的发展 人类对客观世界的认识经历了“朴素整体论”和“分解论”(或称还原论)的时代，当前正处于向“系统论”演变的新时代。回顾人类思维方式的演变和科学发展的历程对我们进行创造性思维和卓有成效的工作是极为有益的。 中世纪以前的古代科学是处于“朴素整体论”的时代。由于低的生产力和科学水平的限制，人们并不知道每一事物是一个具有复杂结构的系统，也不能认清事物之间联系的细节，古代的先哲们就是在这种情况下追求事物的整体性和统一性的。古中国的先哲们就曾以“金、木、水、火、土”解释万物构成的世界。 随着生产力和科学水平的提高，人类进人了“分解论”的时代。人们运用割断事物之间联系的方法，把研究的事物从联系中抽出来，进行结构、特性、原因和结果的细致研究。首先是自然科学从哲学中脱解出来，随之，数学、天文学、物理学、化学、生物学等学科相继形成。随着人们认识的深化和知识的不断积累，这种“分解”进一步在每一学科内延续。 分解论的思维方式所追求的是对事物精确和严密的逻辑性描述，反对含糊笼统的臆断。人类每作一步分解，便有新的理论建立。人类运用这种思维方式取得了永远值得自豪的光辉成就。在这一时代出现了以哥白尼、伽俐略、牛顿和爱因斯坦等为代表的一大批成就卓著的科学家。 然而，分解论的思维方式并不是尽善尽美的，由于层层分解，忽略甚至完全割断事物之间的固有联系，就会使事物发生“变形”，以致使人们不能从整体上把握事物的性质和总的发展规律，甚至有时导致了精确性与正确性相冲突的结论。 “分久必合，合久必分”。由于生产力和科学技术的高度发展，知识的大量积累，分解论思维方式的局限性更加显露，导致了一个新的系统论思维方式的产生。

材料成型技术基础复习重点

材料成型技术基础复习重点-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

1.1 1.常用的力学性能判据各用什么符号表示它们的物理含义各是什么 塑性，弹性，刚度，强度，硬度，韧性 1.2 金属的结晶：即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。 细化晶粒的方法：生产中常采用加入形核剂、增大过冷度、动力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。 合金的晶体结构比纯金属复杂，根据组成合金的组元相互之间作用方式不同，可以形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种结构。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。 1.3 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体 1.4 钢的牌号和分类 影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 1.5 塑料即以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料。 热塑性塑料：即具有热塑性的材料，在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复加热硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。 热固性塑料：即具有热固性的塑料，加热或通过其他方法，能变成基本不溶、不熔的产物。 橡胶橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。 1.6 复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。 通常是其中某一组成物为基体，而另一组成物为增强体，用以提高强度和韧性等。 1.8工程材料的发展趋势

据预测，21世纪初期，金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会更加迅速。 今后材料发展的总趋势是：以高性能和可持续发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新一代材料的开发。 2.0材料的凝固理论 凝固：由液态转变为固态的过程。 结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 粗糙界面：微观粗糙、宏观光滑； 将生长成为光滑的树枝； 大部分金属属于此类 光滑界面：微观光滑、宏观粗糙； 将生长成为有棱角的晶体； 非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此类 偏析：金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象 宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度的大范围内产生的成分不均匀的现象 2.1 铸件凝固组织：宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件的凝固组织是由合金的成分和铸造条件决定的。 铸件的宏观组织一般包括三个晶区：表面的细晶粒区、柱状晶粒区和内部等轴晶区。

常见金属材料试题及解析金属

第七单元金属 第一节常见的金属材料 5分钟训练(预习类训练，可用于课前) 1.日常生活中，我们常见的金属如：____________、____________(写元素名称)，它们共同的物理性质是具有____________性，____________性，____________性和具有____________。解析：考查常见的金属元素及其物理性质。 答案：铜铁导电导热延展金属光泽 2.常温下，____________是液体，____________是熔点最高的金属，通常用____________做电缆线。白炽灯泡用的灯丝是用钨制备的；日光灯内则充入了低压汞蒸气。____________、____________常用作货币，古代用磨制的____________做镜子。 解析：考查常见金属的用途和常识。 答案：、汞钨铝金币白银铜 3._______________________叫合金。合金具有许多良好的__________、___________________或________________________性能。硬度一般比各成分金属____________，熔点一般比各成分金属低。生铁的含碳量为________________________，还含有较多的____________、____________、____________、____________等；把生铁进一步冶炼，除去过多的____________、____________、____________、___________等，可以得到钢。1996年，我国钢产量首次突破____________吨，2002年后，连续多年保持世界第一。解析：根据合金的知识和合金的一般性质回答。结合合金推断铁合金的性质。 答案：由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合在一起形成的具有金属特性的物质物理的化学的机械大大于2% 硅磷硫碳硅磷硫碳一亿 4.结合金属的物理性质，试列举常见金属或金属用途： (1)金属光泽： (2)导电性： (3)导热性： (4)延展性： 解析：根据金属的性质判断金属的用途。 答案：(1)金呈金黄色，可作镀层金属 (2)铝、铁制作导线 (3)用铝合金、铁制造炊具 (4)铝能够做成很薄的铝箔；黄金拉制成金丝

金属材料基础知识汇总

《金属材料基础知识》 第一部分金属材料及热处理基本知识 一，材料性能：通常所指的金属材料性能包括两个方面： 1，使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能够正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能（强度、硬度、刚度、塑性、韧性等），物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等）。使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和寿命。 2，工艺性能即材料被制造成为零件、设备、结构件的过程中适应的各种冷、热加工的性能，如铸造、焊接、热处理、压力加工、切削加工等方面的性能。 工艺性能对制造成本、生产效率、产品质量有重要影响。 二，材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至于断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。 承压类特种设备材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等。这些指标可以通过力学性能试验测定。 1，强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测出。抗拉强度σb和屈服强度σs是评价材料强度性能的两个主要指标。一般金属材料构件都是在弹性状态下工作的。是不允许发生塑性变形，所以机械设计中一般采用屈服强度σs作为强度指标，并加安全系数。2，塑性材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。评定材料塑性的指标通常用伸长率和断面收缩率。 伸长率δ=[（L1—L0）/L0]100% L0---试件原来的长度L1---试件拉断后的长度 断面收缩率φ=[（A1—A0）/A0]100% A0----试件原来的截面积A1---试件拉断后颈缩处的截面积 断面收缩率不受试件标距长度的影响，因此能够更可靠的反映材料的塑性。 对必须承受 强烈变形的材料，塑性优良的材料冷压成型的性能好。 3，硬度金属的硬度是材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。硬度与强度有一定的关系，一般情况下，硬度较高的材料其强度也较高，所以可以通过测试硬度来估算材料强度。另外，硬度较高的材料耐磨性也较好。 工程中常用的硬度测试方法有以下四种 （1）布氏硬度HB （2）洛氏硬度HRc（3）维氏硬度HV （4）里氏硬度HL 4，冲击韧性指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗的能量大小的特性。 材料的冲击韧性通常是在摆锤式冲击试验机是测定的，摆锤冲断试样所作的功称为冲击吸收功。以Ak表示，Sn为断口处的截面积，则冲击韧性ak=Ak/Sn。 在承压类特种设备材料的冲击试验中应用较多。 三金属学与热处理的基本知识 1，金属的晶体结构--物质是由原子构成的。根据原子在物质内部的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体两大类。凡内部原子呈现规则排列的物质称为晶体，凡内部原子呈现不规则排列的物质称为非晶体，所有固态金属都是晶体。 晶体内部原子的排列方式称为晶体结构。常见的晶体结构有：

金属材料性能知识大汇总(超全)

金属材料性能知识大汇总 1、关于拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线的问题 低碳钢的应力－应变曲线 a、拉伸过程的变形：弹性变形，屈服变形，加工硬化（均匀塑性变形），不均匀集中塑性变形。 b、相关公式：工程应力σ=F/A0；工程应变ε=ΔL/L0；比例极限σP；弹性极限σ ε；屈服点σS；抗拉强度σb；断裂强度σk。 真应变e=ln(L/L0)=ln(1+ε) ；真应力s=σ(1+ε)= σ*eε指数e为真应变。 c、相关理论：真应变总是小于工程应变，且变形量越大，二者差距越大；真应力大于工程应力。弹性变形阶段，真应力—真应变曲线和应力—应变曲线基本吻合；塑性变形阶段两者出线显著差异。

2、关于弹性变形的问题 a、相关概念 弹性：表征材料弹性变形的能力 刚度：表征材料弹性变形的抗力 弹性模量：反映弹性变形应力和应变关系的常数，E=σ/ε；工程上也称刚度，表征材料对弹性变形的抗力。 弹性比功：称弹性比能或应变比能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，评价材料弹性的好坏。 包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 滞弹性：（弹性后效）是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 弹性滞后环：非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线。 金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫内耗 b、相关理论： 弹性变形都是可逆的。 理想弹性变形具有单值性、可逆性，瞬时性。但由于实际金属为多晶体并存在各种缺陷，弹性变形时，并不是完整的。 弹性变形本质是构成材料的原子或离子或分子自平衡位置产生可逆变形的反映

对金属材料学科的认识

对金属材料学科的认识
对金属材料学科的认识 材料学院金属材成及金属材料专业认识实习报告 认 郑州大学 材料科学与工程学院 识实习报告专 业:金属材料科学与工程 姓 名:张 博扬 学 号: 20120800725 指导老师:汤文博时 间:2014.09.01——2014.09.11
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目录 实习的意义和目的???????????????? 1 实习要求???????????????????? 1
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基本要求?????????????????? 1 课后问题?????????????????? 3 报告要求?????????????????? 3 实习日程安排??????????????????3 实习内容???????????????????? 4
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郑州海特模具有限公司???????????? 4 郑州华晶金刚石股份有限公司????????? 6 司?????????? 10 郑州煤机综机设备有限公
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郑起重工设备有限公司???????????? 13
河南玉洋铝箔制造有限公司?????????? 17 厂??????? 20
中国航天电子技术研究院 693 分
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郑州机械研究所??????????????? 24
郑州郑锅容器有限公司???????????? 26 课后问题回答及实习心得????????????? 29
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一、 实习的意义和目的 认识实习是材料成型与控制工程专业重要的教学环节,它是培养学生的实践等解决 实际问题的第二课堂,它是专业知识培养的摇篮，也是对工业生产流水线的直接认识与 认知。实习中应该深入实际，认真观察，获取直接经验知识，巩固所学基本理论，保 质保量的完成指导老师所布置任务。学习工人师傅和工程技术人员的勤劳刻苦的优秀 品质和敬业奉献的良好作风，培养我们的实践能力和创新能力，开拓我们的视野，培 养生产实际中研究、观察、分析、解决问题的能力。
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通过认知实习，我们要对材料科学与工程专业建立感性认识，并进一步了解本专 业的学习实践环节。通过接触实际生产过程，一方面，达到对所学专业的性质、内容 及其在工程技术领域中的地位有一定的认识，为了解和巩固专业思想创造条件，在实 践中了解专业、熟悉专业、热爱专业。另一方面，让学生对炼铁---炼钢---轧钢的整 个钢铁生产系统及厂间的相互关系有基本的了解.对钢锭的轧钢生产过程及主要工艺设 备建立起必须的感性认识;同时,对铸造,焊接与锻压等生产过程建立起必要的感性认识, 以便为以后续专业课程的学习作好准备. 二、 实习要求 在 9 月 1 日的动员大会上，汤老师从四个专业方向出发对我们本次的实习提出了基 本要求。 铸造方向: 1、了解铸造合金的熔炼设备及工艺 2、了解砂处理设备与工艺，型芯砂的混制设备及工艺 3、了解铸造生产线与工装、模具设计 4、了解合金铸件的铸造工艺及质量控制
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金属材料成型工艺基础重点

第一章：金属的液态成型 一、充型： 1.充型概念：液态合金填充铸型的过程，简称充型。 2.充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。 ?充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷 ?影响充型能力的主要因素 ?⑴合金的流动性—液态合金本身的流动能力 a 化学成分对流动性的影响—纯金属和共晶合金的成分的流动性好 b工艺条件对流动性的影响—浇注温度、充型能力、铸型阻力 c流动性的实验 ?⑵工艺条件：a、浇注温度一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。 b、铸型填充条件—铸型的许热应力 c、充型压力：态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。 d、铸件复杂程度:构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难 e、浇注系统的的结构浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。 f、折算折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积与表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。 ——影响铸型的热交换影响动力学的条件（充型时阻力的大小），必须在保证工艺条件下金属的流动性好充型能力才好。 二、冷却 ⑴影响凝固的方式的因素：a.合金的结晶温度范围—合金的结晶温度范围愈小，凝固区 域愈窄，愈倾向于逐层凝固。金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的。由表层向中心逐层推进(称为逐层凝固)方式，固体层内表面比较光滑，流动阻力小，流动性好。 b.铸件的温度梯度—在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸 件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。 ⑵凝固: a.逐层凝固—充型能力强，便于防止缩孔、缩松。灰铸铁和铝硅合金等倾向于逐层凝固。 b.糊状凝固—充型能力差，难以获得结晶紧实的铸件球铁倾向于糊状凝固。 c.中间凝固— ⑶收缩:a.液态收缩从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。由温度下降引起。 T浇—T液用体收缩率表示 b.凝固收缩从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。由状态改变、温度下降和相 变三部分组成。 T液—T固用体收缩率表示 ——液态收缩与凝固收缩产生的缺陷：1)缩孔 产生部位：通常在铸件上部，或最后凝固的部分,呈倒锥形，内表面粗糙。 产生条件：铸件由表及里地逐层凝固，即纯金属或共晶成分的合金易产生缩孔。 影响因素：合金的液态收缩↑，凝固收缩↑→缩孔容积↑浇注温度↑→缩孔容积↑；铸件较厚→缩孔容积↑ 2)缩松 缩松：分散在铸件某些区域内的细小孔洞，分为宏观缩松和显微缩松两种，显微缩松分布更为广泛。

金属材料工程专业就业方向与就业前景就业分析

金属材料工程专业就业方向与就业前景就业分析 截止到 2013年12月24日，318536位金属材料工程专业毕业生的平均薪资为5016元，其中应届毕业生工资3551元，0-2年工资4252元，10年以上工资1000元，3-5年工资5340元，6-7年工资6817元，8-10年工资7688元。 针对金属材料工程专业，招聘企业给出的工资面议最多，占比100%；不限工作经验要求的最多，占比93%；不限学历要求的最多，占比73%。 金属材料工程专业学生毕业后可在冶金、材料结构研究与分析、金属材料及复合材料制备、金属材料成型等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作。 销售工程师、焊接工程师、机械工程师、焊工、工艺工程师、模具工程师、结构工程师、材料工程师、销售经理、技术员、热处理工程师、电焊工等。 金属材料工程专业就业岗位最多的地区是上海。薪酬最高的地区是盐城。 就业岗位比较多的城市有：上海[666个]、北京[361个]、广州[276个]、深圳[240个]、武汉[187个]、东莞[184个]、南京[165个]、苏州[163个]、佛山[151个]、天津[150个]等。 就业薪酬比较高的城市有：盐城[12499元]、北京[6547元]、惠州[6527元]、上海[6269元]、南通[5953元]、厦门[5367元]、广州[5232元]、深圳[5155元]、佛山[5147元]、温州[5049元]、杭州[5027元]等。

金属材料工程专业在专业学科中属于工学类中的材料类，其中材料类共17个专业，金属材料工程专业在材料类专业中排名第4，在整个工学大类中排名第29位。 在材料类专业中，就业前景比较好的专业有：材料成型及控制工程，宝石及材料工艺学，工业设计，金属材料工程，冶金工程，焊接技术与工程，高分子材料与工程，机械设计制造及其自动化，过程装备与控制工程等。

金属材料手册

01 金属材料 金属材料包含各类型钢、钢管、钢板、钢丝绳、铁道用钢及一些有色金属制品。金属材料的长度计量单位都是mm，在系统中不再标明单位。凡是圆钢、钢棒，规格为直径，也不再用符号写明。 有关资料： 公称直径：公称直径是为了设计制造和维修的方便人为地规定的一种标准，也叫公称通径，是管子、混凝土用钢筋（或者管件）的规格名称。管子的公称直径和其内径、外径都不相等，例如：公称直径为100MM的无缝钢管有102*5、108*5等好几种，108为管子的外径，5表示管子的壁厚，因此，该钢管的内径为（108-5-5）＝98MM，但是它不完全等于钢管外径减两倍壁厚之差，也可以说，公称直径是接近于内径，但是又不等于内径的一种管子直径的规格名称，在设计图纸中所以要用公称直径，目的是为了根据公称直径可以确定管子、管件、阀门、法兰、垫片等结构尺寸与连接尺寸，公称直径采用符号DN表示，如果在设计图纸中采用外径表示，也应该做出管道规格对照表，表明某种管道的公称直径，壁厚。 在实际运用中，长度计量单位未标者，指的是毫米（mm）。 普通钢材的理论重量按7.85g/cm3计算。 根据本行业特点，钢材一般不再区分材质。如有需要区分，在申请新增编码时注明。 01型钢 型钢包括：C型钢、H型钢、圆钢、方钢、六角钢、角钢、工字钢、槽钢、混凝土用钢筋、钢棒等。 01.1 C型钢

【定义】C型钢经热卷板冷弯加工而成，壁薄自重轻，截面性能优良，强度高，与传统槽钢相比，同等强度可节约材料30%。 【规格描述】截面高度H*截面宽度B*卷边宽度C*厚度t 以C80*40*20*2.5为例： 截面高度H=80mm； 截面宽度B=40mm； 卷边宽度C=20mm； 厚度t=2.5mm； 【计量单位】千克。 【理论重量】 常见c型钢规格及理论重量表

常见的金属材料》说课稿

《常见的金属材料》说课稿 一、教材分析 1. 教材的地位和作用 （1）课标解读 在《全日制义务教育化学课程标准（实验稿）》中对本课题的要求如下： （2）教材分析 本课题分为两部分。第一部分从日常生活用品很多是用金属材料制成的入手，说明金属材料包括纯金属和合金两类，并从社会发展的历史说明铁、铜、铝及其合金是人类使用最多的金属材料。教材注意联系学生的生活经验，配合实物照片介绍了金属具有金属光泽，能传热、导电，有延展性等重要物理性质，同时采用列表的方式，给出了一些常见金属物理性质的数据，为如何利用金属的物理性质提供了重要依据。教材把重点放在“讨论”及对物质的性质与用途关系的了解上，注意培养学生综合分析问题的能力。 第二部分重点介绍合金。教材用厨师在炒菜时常会在菜里加入各种调料以改善菜的色、香、味的事实作比喻，说明在纯金属中加热熔合某些金属或非金属，可以制得与纯金属性质不同的合金，如生铁和钢等，这些合金具有某些比纯金属更好的性能。教材接着通过实验让学生亲身体验合金与纯金属性质的不同，了解为什么合金比纯金属具有更广泛用途的原因。教材以列表的方式简略地介绍了一些常见合金的主要成分、性能和用途。 2. 教学目标 （1）知识与技能 了解金属的物理特征，能区分常见的金属和非金属，认识金属材料在生产、生活和社

会发展中的重要作用；了解常见金属的特征及其应用，认识加入其他元素可以改良金属特性的重要性；知道生铁和钢等重要的合金。 （2）过程与方法 ①学习运用观察、实验等方法获取信息。通过学生亲身体验和实验探究，使学生体验科学探究的意义，培养学生抽象思维能力，微观想象力和分析推理的能力。 ②学习运用比较、分析、归纳等方法对获取的信息进行加工。帮助学生形成获取信息和处理信息的能力，并构建出与金属材料相关联的知识体系。 （3）情感态度与价值观 ①进一步培养对生活中化学现象的好奇心和探究欲，激发学习化学的兴趣。培养学生科学探究精神和合作学习意识。 ②树立事物是普遍联系的观点，逐步形成合理使用物质的观念。 ③树立为社会进步而学习化学的志向。 3. 教学重点、难点 教学重点：认识金属物理性质的相似性和差异性。 教学难点：认识合金。 二、教法分析 教学过程中采用实验探究法、交流讨论法、分析归纳法和多媒体辅助教学。逐步形成创设情境→实验探究→得出结论→联系实际→拓展视野→发挥想象→提高兴趣的模式。 三、学法指导 1.本节课的授课对象化学基础相对较好，有一定的自主学习能力。对化学有很浓厚的兴趣，能够在课外抽出时间，进行化学资料的收集和整理。学生理解和分析问题的能力较好，能够联系实际，将所学的知识应用于社会生活。 2.课前可以由学生收集一些常见的金属材料，由实物或事实入手，使学生认识金属材料与日常生活以及社会发展的关系，并进而引入到对金属的物理性质的教学。 3.重点组织好教材中的“讨论”，要引导学生从多个角度思考问题，对有些讨论题应说出不止一个理由。也可以结合当地的实际情况提出一些学生感兴趣的讨论题。通过讨论引导学生形成以下认识：物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但这不是唯一的决定因素，在考虑物质的用途时，还需考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利，以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素。 4.常见合金的主要成分、性能和用途表，以及钛和钛合金等属于常识性介绍内容，学生只需留有大致印象即可。教师应使学生了解如何查阅这些资料的途径，以培养学生独立获取知识的能力。 5.通过学习过程中的交流和讨论，让学生自己发现长处和不足，大家互相帮助，互相鼓励，都在原有的基础上有所提高，有所发展，不断地体验成功的喜悦，增强学习化学的信心。使学生真正成为教学活动中的主体。 四、教学程序

工程材料及成型技术基础考试题目

工程材料及成型技术基础考试题目 一、填空 1、常见的金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。 2、晶体缺陷可分为：点缺陷、线缺陷、面缺陷。 3、点缺陷包括：空位、间隙原子、置换原子。 线缺陷包括：位错。位错的最基本的形式是：刃型位错、螺型位错。 面缺陷包括：晶界、亚晶界。 4、合金的相结构可分为：固溶体、化合物。 5、弹性极限：σe 屈服极限：σs 抗拉强度：σb弹性模量：E 6、低碳钢的应力应变曲线有四个变化阶段：弹性阶段、屈服阶段、抗拉阶段（强化阶段）、 颈缩阶段。 7、洛氏硬度HRC 压印头类型：120°金刚石圆锥、总压力：1471N或150kg 8、疲劳强度表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。 9、冲击韧度用在冲击力作用下材料破坏时单位面积所吸收的能量来表示。 10、过冷度影响金属结晶时的形核率和长大速度。 11、以纯铁为例α– Fe为体心立方晶格（912℃以下） γ– Fe为面心立方晶格（1394℃以下）、δ– Fe为体心立方晶格（1538℃以下） 12、热处理中，冷却方式有两种，一是连续冷却，二是等温冷却。 13、单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生两种方式进行。 14、利用再结晶退火消除加工硬化现象。 15、冷变形金属在加热时的组织和性能发生变化、将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。 16、普通热处理分为：退火、正火、淬火、回火。 17、退火可分为:完全退火、球化退火、扩撒退火、去应力退火。 18、调质钢含碳量一般为中碳、热处理为淬火+高温回火。 19高速钢的淬火温度一般不超过1300℃、高速钢的淬火后经550~570℃三次回火。 三次回火的目的：提高耐回火性，为钢获得高硬度和高热硬性提供了保证。 高速钢的淬火回火后的组织是：回火马氏体、合金碳化物、少量残余奥氏体。 20、铸铁的分类及牌号表示方法。P142

几种新型金属材料

几种新型金属材料 （1）形状记忆合金 形状记忆合金是在60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金。 首先将预先加工成某一形状的这种NT合金，在300℃～1000℃高温下热处理几分钟至半小时，这样NT合金就会记忆住被加工成的形状。以后在室温下无论形状怎样变化，一旦将它的温度升至一定温度时，它就会恢复成原来被加工成的形状。 形状记忆合金的结构尚未完全探明，为什么金属会记住某些固定形状的问题也还没有完全搞清楚。据科学家推测，金属的结晶状态，在被加热时和冷却时是不同的，虽然外表没有变化，然而在一定温度下，金属原子的排列方式会发生突变，这称为“相变”。能引起记忆合金形状改变的条件是温度。分析表明，这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。如含有Ti和Ni各为50％的记忆合金，有两种晶体结构，一种是菱形的，另一种是立方体的，这两种晶体结构相互转变的温度是一定的。高于这一温度，它会由菱形结构转变为立方体结构；低于这一温度，又由立方体结构转变为菱形结构。晶体结构类型改变了，它的形状也就随之改变。 具有这种形状记忆效应的合金，除镍钛合金外，还先后发现铜-锌、金-镉、镍-铝等约20种合金，其中“记忆力”最好的是NT合金。 形状记忆合金的应用范围广泛，除了可用于温度控制装置、集成电路引线、汽车零件与机械零件外，由于其与生物体的相容性好、耐蚀性强，还可用于骨折部位的固定、人造心脏零件、牙齿矫正等医用材料。由于NT合金成本昂贵，目前正在研制廉价的铜系形状记忆合金。 （2）磁性材料 在许多过渡金属元素和它们的化合物中，由于有未成对的d电子存在，所以具有顺磁性，可以被磁场所吸引。Fe、Co、Ni等金属则具有铁磁性，铁磁性物质和顺磁性物质一样，也会被磁场所吸引，但磁场对铁磁性物质的作用力要比顺磁性物质大得多。同时，铁磁性的固体物质在磁场中被磁化以后就已经永磁化了，也就是说，在外加磁场不存在时仍保留磁性。而顺磁性物质只有在外加磁场存在时才表现出磁性。并不是所有含未成对电子的金

材料科学与工程(无机非金属材料科学与工程)

材料科学与工程(无机非金属材料科学与工程) Materials Science & Engineering (Inorganic Non-metal Materials Science & Engineering） 专业代码：080205 学制：4年 Specialty Code:080205 Schooling Years： 4 years 培养目标： 培养具有良好素质，德、智、体全面发展，从事材料的研究、开发和生产管理的高级工程技术人才。 目标1：（扎实的基础知识）培养学生掌握扎实的材料科学与工程学科的基础知识，特别是无机非金属材料的组成-工艺-结构-性能之间的关系，掌握各种材料的表征方法及应用，掌握材料设计、制备、加工、检测和评价等方面的先进理论和方法。 目标2：（解决问题能力）培养学生能够创造性地利用材料科学和工程基本原理解决实践和工业需求遇到的问题。 目标3：（团队合作与领导能力）培养学生在团队中的沟通和合作能力，进而能够具备材料科学和工程领域的领导能力。 目标4：（工程系统认知能力）让学生认识到材料是实现材料工程系统的设计和装备的重要组成部分，并使之服务于社会、服务于世界。 目标5：（专业的社会影响评价能力）培养学生正确看待材料选择、设计和应用对人们日常生活、工商业的经济结构以及人类健康所产生的潜在影响。 目标6：（全球意识能力）培养学生能够在全球化的环境里保持清晰意识，有竞争力地、负责任地行使自己的职责。 目标7：（终身学习能力）材料科学与工程毕业生既能从事各种传统材料、先进材料、特殊新材料的研制开发与应用，，又能从事材料的生产管理，具备终身学习的能力。。 Educational Objectives: The students should be able to reach the following goals upon the completion of the degree program: Objective 1:[Foundations] To generate a solid understanding of the fundamental knowledge of materials science and engineering discipline, in particular, the interrelationships of composition-processing-structure-properties in materials; to study various characterization methods and their applications in different materials, and acquire practical skills in designing, fabricating, processing, testing and evaluating of materials. Objective 2:[Professional Knowledge]