2023年机械工程师资格考试指导书精编版

第一部分工程制图与公差配合·工程图是设计工程师用以表达机械结构设计意图的语言和工具。它由制图标准规范和一些符号、画法规则组成。1.1工程制图的一般规定图框，即图纸的规格尺寸,由图纸是否需要装订和图纸幅面的5927小拟定。优先采用的图纸幅面是：Ａ0,A１，A2，A3,A４,A5.粗线宽度ｂ应按图的大小和复杂限度，在0.5～2mm之间选择b的推荐系列为0．2５、0.3５、0.5、0.7、１、1．４、2mｍ。新标准规定,标题栏中的文字方向为看图的方向,即图样中标注尺寸、符号及说明均以标题栏的文字方向为准。第一视角和第三视角视图两种画法的重要区别在于视图的配置关系不同。一张工程图中,一般都包含3个基本内容：标题栏、基本视图、技术规定。1）零件图中,如剖面线为金属材料，剖面线画成45°平行线,并且在各视图中应方向一致、间隔相等。在装配图中,相邻两金属零件的剖面线方向相反或方向相同但间隔不同;还要注旨在各视图中同一零件的剖面线方向仍相同。２)零件图中可用涂色代替剖面线,但标准中规定涂色仅能用于零件图而不可用于装配图。3)对于狭小面积的剖面,当在图中的宽度小于或等于2mm时,可以用涂黑代替剖面线。1.2机械、液压、气动系统图的示意画法能结识、绘制机械、液压、气动系统的原理图,并能运用原理图进行方案设计和分析。１.5尺寸、公差、配合与形位公差标注基孔制配合是基本偏差为一定的孔的公差带,选择改变轴的公差带获得所需配合（状态）的一种装配制度。基轴制配合是基本偏差为一定的轴的公差带，选择改变孔的公差带获得所需配合(状态)的另一种装配制度。根据GB／Ｔ1800．2-19９8规定，标准公差采用国际标准公差代号IT表达。标准公差等级分为01，０，１,2，3，…,１８共20级,分别标记为IT01,…，IT１8.标准推荐，基孔制的间隙配合、轴的基本偏差用a,ｂ，c,ｄ,ｅ,f,g,ｈ;过渡配合用ｊs,ｋ,m,n;过盈配合用p,ｒ,s，t，u,v,ｘ，y，z。零件单一实际要素（指构成零件几何特性实际存在的点、线、面）形状所允许的变动全量称为形状公差。关联实际要素（指对其他要素有功能关系的实际要素）的位置对基准所允许的变动全量称为位置公差。形状和位置公差简称为形位公差。表而粗糙度指已加工表面波距在lｍm以下的微观几何形状误差。表面粗糙度由加工过程中的残留面积、塑性变形、积屑瘤、鳞刺以及工艺系统的高频振动等因素导致。同一表面粗糙度值Ｒy＞Rｚ＞Ra,且Ry值约为Ra值的８倍。一般表面粗糙度标注优先采用Ra值。尺寸链是在零件加工或机器装配过程中，由互相联接的尺寸形成的封闭尺寸组。按尺链的形成和应用场合，尺寸链可分为工艺尺寸链和装配尺寸链。在零件加工过程中,由同零件有关工序尺寸所形成的尺寸链,称为工艺尺寸链。在机器设计和装配过程中由有关零设计尺寸所形成的尺寸链，称为装配尺寸链。按尺寸链各环的几何特性和所处空间位置,尺寸链可分为直线尺寸链、角度尺寸链、面尺寸链和空间尺寸链。第二部分工程材料２.１金属材料金属材料的重要性能涉及工艺性能和使用性能。工艺性能是指金属材料使用某种工艺方法进行加工的难易限度。使用性能是指金属材料在正常工作条件下所表现出来的力学性能、物理性能和化学性能。力学性能是指材料在外力作用下表现出来的性能。其重要指标有硬度、强度、塑性、韧性、耐磨性和缺口敏感性等。材料的力学性能重要取决于材料的组分和晶体结构。硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。硬度是材料的重要力学性能指标。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的强度越高,塑性变形抗力越大,硬度值也越高。硬度和其他力学性能之间存在一定关系。金属材料的布氏硬度HBS与抗拉强度σb在一定硬度范围内存在线性关系，即σb=KＨＢS,钢铁材料和铝合金K值约为3．3～３．５，铜及铜合盆约为4.８~5.3。根据洛式硬度换算σb=-801.24＋50.08×ＨRC。对于刀具、冷成型模具和粘着磨损或磨粒磨损失效的零件，其磨损抗力和材料的硬度成正比，硬度是决定耐磨性的重要性能指标。对于承受接触疲劳载荷的零件如齿轮、滚动轴承等,在一定硬度范围内提高硬度对减轻麻点剥落是有效的。用硬度作为控制材料性能的指标时,必须对热解决工艺作出明确的规定，设计零件时在图样上除注明材料外,还必须注明热解决技术条件和热解决后达成的硬度（硬度应有一定范围，一般波动为5个HRC)。生产中常用的硬度测试方法有布氏（HB)硬度测试法、洛氏（HR）硬度实验方法和维氏（HV）硬度实验方法三种（HS-肖氏硬度）。(一)布氏硬度实验法布氏硬度实验法是用一直径为Ｄ的淬火钢球或硬质合金球作为压头，在载荷P(ｋgｆ或N)的作用下压入被测试金属表面，保持一定期间ｔ后卸载，测量金属表面形成的压痕直径d,以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测金属的布氏硬度值。布氏硬度指标有HBＳ和ＨBW，前者所用压头为淬火钢球，合用于布氏硬度值低于450的金属材料，如退火钢、正火钢、调质钢及铸铁、有色金属等；后者压头为硬质合金，合用于布氏硬度值为4５0~650的金属材料，如淬火钢等。布氏硬度实验特别合用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度及钢件退火、正火和调质后的硬度。实验数据稳定，反复性强。检测布氏硬度时,检测面应是光滑的，表面粗糙度一般为Ｒａ＜0.8μm,试样厚度至少应为压痕直径的１0倍。实验时，压痕中心应距试样边沿≥4ｄ,当材料硬度<35HＢS时应为6d。相邻两个压痕之间的间隔必须大于压痕直径的３倍以上。布氏硬度测试法,因压痕较大，故不宜测试成品件或薄片金属的硬度。(二)洛氏硬度实验法洛式硬度是以测量压痕深度来表达材料的硬度值。洛氏硬度实验法是用一锥顶角为1２0°的金刚石圆锥体或直径为（1.5５8ｍm（1/1６英寸）的淬火钢球为压头,以一定的载荷压入被测试金属材料表面,根据压痕深度可直接在洛氏硬度计的指示盘上读出硬度值。常用的洛氏硬度指标有HRA、HＲＢ和HRＣ三种。洛氏硬度测试,操作迅速、简便，且压痕小不损伤工件表面，故适于成品检查,热解决质量检查。缺陷是压痕小，代表性差,所测硬度值反复性差，分散度较大。常用于检查淬火后的硬度。(二)维氏硬度实验法维氏硬度实验的压头是两对面夹角α为1３6°的金刚石四棱锥体。压头在实验力F的作用下,将试样表面压出一个四方锥形的压痕,经一定保持时间后,卸除实验力，测量出压痕对角线平均长度d，用以计算压痕的表面积A。l）金属维氏硬度实验方法。实验力范围为４９．０3~98０.7N,共分六级，重要用于测定较大工件和较深表面层的硬度。金属小负荷维氏硬度实验方法。实验力范围为1.９61~４9．03Ｎ,共分七级,重要用于测定较薄工件和具有较浅硬化层零件的表面硬度,也可测表面硬化零件的表层硬度梯度或硬化层深度。金属显微硬度实验方法。实验力范围为１８.0７×10-3～１.9６1N,共分五级,重要用于测量微小件，极薄件以及具有极薄的表面层的硬度以及合金中组成相的硬度。维氏硬度不仅实验力可任意选取,并且压痕测量精度高,硬度值准确。缺陷是硬度值需通过测量压痕对角线长度后进行计算或查表,效率较低。其他尚有努氏硬度(HK）实验，它是一种显微硬度的实验方法，对表面淬硬层或镀层，渗层等薄层区域的硬度测定以及截面上的硬度分布的测定较为方便;肖氏硬度(HＳ）实验也是一种动载荷实验法(也称回跳硬度），较为方便，可在现场测量大型工件的硬度,其缺陷是硬度测量精度较低；里氏硬度（HL）实验法,是一种新型的反弹式硬度测量方法,便于携带,常用于测量大型铸锻件、永久组装部件等、精度较高，可自动转换成洛式硬度、布氏硬度、里氏硬度或肖氏硬度，并可直接打印出测量结果，被测表面的粗糙度应达成Ra=2μｍ，表面清洁，不得有油污，被测零件的重量≥100ｇ,厚度＞5mm,硬化层深度>0.８mm。习题1．材料的基本力学性能重要涉及哪此内容？答:力学性能重要指标有硬度、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，按实验方法不同,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)是用一定载荷将淬火钢球压入试样表面,保持规定期间后卸载，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HB<４5０。洛氏硬度（HR）以压痕深浅表达材料的硬度。洛式硬度有三种标尺，分别记为HRA、HRＢ和HRC,采用不同的压头和载荷。生产中按测试材料不同,进行选择，有色金属和正火钢，选用HＲB，淬火钢选用HRC;硬质合金、表面解决的高硬层选用HRA进行测量。维氏硬度（HＶ）根据单位压痕表面积承受的压力定义硬度值，压头为锥角1３6度金钢石角锥体，载荷根据测试进行选择,合用对象普遍。肖氏硬度(HＳ）是回跳式硬度，定义为一定重量的具有金钢石圆头和钢球的标准冲头从一定高度落下,得到的回跳高度与下落高度的比值，合用于大型工件的表面硬度测量。强度：常用的强度指标为屈服强度σs,通过拉伸实验拟定，定义为材料开始产生塑性变形的应力，其大小表达材料抵抗塑性变形的能力，大多数金属材料在拉伸时没有明显的屈服现象，因此将试样产生０．2%塑性变形时的应力值，作为屈服强度指标，称为条件屈服强度,用σ０.2表达。抗拉强度σb是材料产生最大均匀变形的应力。σb对设计塑性低的材料如铸铁、冷拔高碳钢丝和脆性材料，如白口铸铁、陶瓷等制作的零件具有直接意义。设计时以抗拉强度拟定许用应力,即[σ]＝σb/K（K为安全系数)。塑性：通过拉伸实验拟定塑性指标，涉及伸长率(δ）和断面收缩率（Ψ）,分别定义为断裂后试样的长度相对伸长和截面积的相对收缩,单位是％。它们是材料产生塑性变形重新分布而减小应力集中的能力的度量。δ和Ψ值愈大则塑性愈好，金属材料具有一定的塑性是进行塑性加工的必要条件。塑性还可以提高零件工作的可靠性,防止零件忽然断裂。韧性:冲击韧度指标αｋ或Ａk表达在有缺口时材料在冲击载荷下断裂时塑性变形的能力及所吸取的功，反映了应力集中和复杂应力状态下材料的塑性,并且对温度很敏感，单位为ｋgｆ·ｍ/cｍ2。δ和ψ数值大小只能表达在单向拉伸应力状态下的塑性，不能表达复杂应力状态下的塑性,即不能反映应力集中、工作温度、零件尺寸对零件断裂强度的影响,因此不能可靠地避免零件脆断。标准件厂在螺栓或螺钉成品检查时都必须随机抽样对螺栓或螺钉实物进行偏斜拉伸实验。冲击韧度指标αｋ或Ak、表征在有缺口时材料塑性变形的能力,反映了应力集中和复杂应力状态下材料的塑性，并且对温度很敏感,正好填补了δ和ψ的局限性。在设计中对于脆断是重要危险的零件，冲击韧度是判断材料脆断抗力的重要性能指标。其缺陷是αｋ或Ak不能定量地用于设计，只能凭经验提出对冲击韧度值的规定。若过度追求高的αk值,结果会导致零件笨重和材料浪费。特别对于中低强度材料制造的大型零件和高强度材料制造的焊接构件，由于其中存在冶金缺陷和焊接裂纹,此时，仅以冲击韧度值已不能评估零件脆断倾向的大小。应当指出,在冲击载荷作用下工作的零件，实际承受的载荷是小能量多次反复冲击,这与αk值的实验条件不同，因此材料承受小能量多次反复冲击的能力重要决定于强度,而无需过高的冲击韧度。材料经受无数次反复交变应力作用而不致引起断裂的最大应力,此种应力称为疲劳强度，用σ－l表达弯曲疲劳强度。实验规范规定:钢的循环次数以107为基数，非铁合金或某些超高强度钢取108为基数。疲劳断裂的因素是由于材料内部缺陷,表面伤痕及在工作中零件局部应力集中,导致微裂纹的产生。这些微裂纹在交变应力作用下,随循环次数增长而逐渐扩展,使零件有效截面减小，从而导致忽然断裂。为了提高零件的疲劳强度，在设计时可通过改变零件结构的形状,避免应力集中。加工时改善表面粗糙度,采用表面解决、滚压和喷丸等措施，以提高材料的疲劳强度。习题5.常用材料硬度的测定法有哪三种？它们重要适应于检查什么材料？答:（1)硬度（ＨＢ）测定法:布氏硬度测定是用一定直径D（mm)的钢球或硬质合金球为压头,测量压痕球形面积A(mm2)。布氏硬度(HB)就是实验力Ｆ除以压痕球形面积A所得的商。布氏硬度实验特别合用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度及钢件退火、正火和调质后的硬度。(2）洛式硬度（HR）实验：洛式硬度是以测量压痕深度来表达材料的硬度值。洛式硬度实验所用的压头有两种。一种是圆锥角ɑ＝１2０°的金钢石圆锥体;另一种是一定直径的小淬火钢球。常的三种洛式硬度如表２．１－2所示。洛氏硬度实验常用于检查淬火后的硬度。标尺符号压头类型总实验力F（Ｎ）测量硬度范围应用举例AHＲA金钢石圆锥５．88422-88硬质合金、表面薄层硬化钢BHRＢΦ1.5５8钢球9８０.72０-10０低碳钢、铜合金、铁素体可锻铸铁ＣＨRC钢金石圆锥１47120－70淬火钢、高硬铸件、珠光体可锻铸铁（3）维氏硬度(HV）实验:维氏硬度实验合用于常规材料,其压头是两对面夹角ɑ=1３6°的金钢石四棱锥体。测量出压痕对角线平均长度并计算压痕的表面积A（ｍｍ2）,得到HV＝0.1８91F÷d2。强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表达,符号为σ,单位为MPａ。工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs表达。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值,用σb表达。对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形,所以屈服强度是零件强度设计的依据;对于因断裂而失效的零件,而用抗拉强度作为其强度设计的依据。从图2.１-1可看出,钢在低于弹性极限σｅ的应力下,应力和应变成正比，服从虎克定律，即σ＝Eξ称为线弹性变形,式中E为拉伸杨式模量。显然比例极限σp是应力和应变成正比的最大应力,而弹性极限σe则是不产生塑性变形的最大应力。当应力超过弹性极限σe后，在继续发生弹性变形的同时,开始发生塑性变形并出现屈服现象，即外力不增长,但变形继续进行。显然,屈服极限σs是材料开始产生塑性变形的应力。当应力超过屈服极限σs后,随着应力增长,塑性变形逐渐增长,并随着加工硬化，即塑性变形需要不断增长外力才干继续进行，产生均匀塑性变形，直至应力达成抗拉强度σb后均匀塑性变形阶段结束,试样开始产生不均匀集中塑性变形，产生缩颈，变形量迅速增大至K点而发生断裂。显然,抗拉强度σb是材料产生最大均匀变形的应力,而断裂强度σK则是材料发生断裂的应力。除低碳钢外,正火、调质态的中碳钢或低、中碳合金钢和有些铝合金及某些高分子材料也具有上述类似的应力—应变行为。σs是强度设计中应用最多的性能指标,设计中规定零件工作应力σ必须小于许用应力[σ］。即K—安全系数。按此式计算材料的屈服强度σs愈高，承载能力愈大，零件的寿命越长。事实上不能一概而论。对于纯剪或纯拉伸的零件，例如螺栓,σs可直接作为设计的依据，并取K=1.1~1.3;对于承受交变接触应力的零件，由于表面经热解决强化(渗碳、渗氮、感应加热淬火）,疲劳裂纹多发生在表面硬化层和心部交界处,因而适当提高零件心部屈服强度对提高接触疲劳性能有利；对于低应力脆断零件，其承载能力已不是由材料的屈服强度来控制,而是决定于材料的韧性,此时应适当减少材料屈服强度；对于承受弯曲和扭转的轴类零件,由于工作应力表层最高,心部趋于零,因此只规定一定的淬硬层深度，对于零件心部的屈服强度不需过高的规定。需要指出的是大多数金属材料在拉伸时没有明显的屈服现象,因此将试样产生0.2%塑性变形时的应力值，作为屈服强度指标,称为条件屈服强度，用σ０.２表达。抗拉强度对设计塑性低的材料如铸铁、冷拔高碳钢丝和脆性材料,如白口铸铁、陶瓷等制作的零件具有直接意义。设计时以抗拉强度拟定许用应力,即［σｓ]＝σb/K。而对于塑性材料制作的零件，σb虽然在设计中没有直接意义，但由于大多数断裂事故都是由疲劳断裂引起的，疲劳强度σ-1与抗拉强度σb有一定关系。对于钢,当σb<１４0０ＭPa时，σ-1／σb＝0.5；对于灰铸铁σ-1/σｂ=0.４;有色金属σ-1/σb＝0．３~0.４。通常以抗拉强度来衡量材料疲劳强度的高低，提高材料的抗拉强度对零件抵抗高周疲劳断裂有利。此外，抗拉强度对材料的成分和组织很敏感。两种材料的成分或热解决工艺不同,有时尽管硬度相同,但抗拉强度不同,因此可用抗拉强度作为两种不同材料或同一种材料两种不同热解决状态的性能比较标准,这样可以填补硬度作为检查标准的局限性之处。习题２.设计中的许用应力[σ]与材料的强度有何关系?如何拟定设计中的许用应力？答:设计中规定零件工作应力σ必须小于许用应力[σ],即屈服强度除以安全系数的值σ≤［σ］=σs÷K,式中K—安全系数，σb对设计塑性低的材料,如铸铁、冷拔高碳钢丝和脆性材料，如白口铸铁、陶瓷等制作的具有直接意义。设计时以抗拉强度σb拟定许用应力,即[σ]＝σｂ÷K(Ｋ为安全系数)。弹性模量（E)(等于弹性应力，即弹性模量是产生100％弹性变形所需的应力)刚度是指零件在受力时抵抗弹性变形的能力。工程中弹性模量E被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力,其值愈大，则在相同应力下产生的弹性变形就愈小。设计弹性零件必须考虑弹性极限和弹性模量。金属材料的重要物理性能有密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性、磁性等。导热差的材料,在经热解决或锻压工艺加工的加热速度应缓慢些,以防止产生裂纹。金属材料的化学性能是指金属及合金在常温或高温时抵抗各种化学作用的能力。金属材料的工艺性能涉及铸造性能、压力加工性能、焊接性能、机械加工性能和热解决工艺性能。晶体中的原子或分子，在三维空间中是按照一定的几何规则作周期性的反复排列；非晶体中的这些质点,则是杂乱无章的堆积在一起无规则可循。这就是晶体和非晶体的主线区别。晶体有一定的熔点且性能呈各向异性，而非晶体与此相反。在自然界中,除普通玻璃、松香、石蜡等少数物质以外，涉及金属和合金在内的绝大多数固体都是晶体。最典型、最常见的三种晶体结构类型:体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构。晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类。最常见的点缺陷是空位和间隙原子,由于这些点缺陷的存在，会使其周边的晶格发生畸变,引起性能的变化。晶体中晶格空位和间隙原子都处在不断地运动和变化之中,晶格空位和间隙原子的运动是金属中原子扩散的重要方式之一,这对热解决过程起着重要的作用。晶体中的线缺陷通位错就是常是各种类型的位错。所谓在晶体中某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。位错密度愈大，塑性变形抗力愈大。因此，目前通过塑性变形，提高位错密度,是强化金属的有效途径｀ 面缺陷即晶界和亚晶界。晶界事实上是不同位向晶粒之间原子无规则排列的过渡层。晶粒内部的晶格位向也不是完全一致的,每个晶粒皆是有许多位向差很小的小晶块互相镶嵌而成的，这些小晶块称为亚组织。亚组织之间的边界称为亚晶界。亚晶界事实上是由一系列刃型位错所形成的小角度晶界。晶界和亚晶界处表现出有较高的强度和硬度。晶粒越细小晶界和亚晶界越多，它对塑性变形的阻碍作用就越大,金属的强度、硬度越高。晶界尚有耐蚀性低、熔点低，原子扩散速度较快的特点。晶粒越细,金属材料的强度和硬度便越高。对于在较低温度下使用的金属材料，一般总是希望获得细小的晶粒。在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属具有较高的强度、硬度、塑性和韧性。金属由液态转变为固态晶体的过程叫做结晶。而一般非晶体由液态向固态的转变则称为凝固。每种金属都有一个平衡结晶温度,也称理论结晶温度。只有金属的实际结晶温度低于理论结晶温度才干结晶，这种现象称为过冷现象,理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。因此认为：金属要结晶就必须有过冷度,即过冷度是结晶的必要条件，冷却速度愈快,则过冷度愈大。生产中，细化晶粒的方法如下:1)增长过冷度。结晶时增长过冷度ΔT会使结晶后晶粒变细。增长过冷度,就是要提高金属凝固的冷却转变速度。实际生产中经常是采用减少铸型温度和采用导热系数较大的金属铸型来提高冷却速度。但是，对大型铸件，很难获得大的过冷度，并且太大的冷却速度，又增长了铸件变形与开裂的倾向。因此工业生产中多用变质解决方法细化晶粒。2）变质解决。变质解决是在浇注前向液态金属中加入一些细小的难熔的物质(变质剂），在液相中起附加晶核的作用,使形核率增长,晶粒显著细化。如往钢液中加入钛、锆、铝等。ﻭ3）附加振动。金属结晶时,运用机械振动、超声波振动,电磁振动等方法,既可使正在生长的枝晶熔断成碎晶而细化,又可使破碎的枝晶尖端起晶核作用，以增大形核率。纯金属在固态下的转变有两种,一种是同素异晶转变,一种是磁性转变。纯铁的同素异晶转变是:1538~1394℃时为体心立方晶格称δ-Fe；在1３９4～912℃时为面心立方晶格,称γ-Fe；在912℃以下时为体心立方晶格，称α-Fｅ。晶格改变,其性能随之变化，这就是钢能运用热解决方法改变性能的因素所在。面心立方结构的金属塑性最佳,可加工成极薄的金属箔,体心立方结构的金属塑性次之，密封六方结构的金属塑性最差。具有同素异晶转变的金属有铁、锡、钛、锰等。磁性转变与同素异晶转变有着原则上的区别,不发生晶格类型转变，而是发生磁性和无磁性的转变。铁、钻、镍均具有磁性转变特性。纯铁的磁性转变温度为7６8℃,低于７68℃的铁才具有磁性。合金是由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属组成的具有金属特性的物质。相是指合金中成分、结构均相同的组成部分，相与相之间具有明显的界面。通常把合金中相的晶体结构称为相结构,而把在金相显微镜下观测到的具有某种形态或形貌特性的组成部分总称为组织。所以合金中的各种相是组成合金的基本单元，而合金组织则是合金中各种相的综合体。一种合金的力学性能不仅取决于它的化学成分,更取决于它的显微组织。通过对金属的热解决可以在不改变其化学成分的前提下而改变其显微组织,从而达成调整金属材料力学性能的目的。根据构成合金的各组元之间互相作用的不同,固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物、机械混合物三大类。合金在固态下,组元间仍能互相溶解而形成的均匀相,称为固溶体。形成固溶体后,晶格保持不变的组元称溶剂,晶格消失的组元称溶质。固溶体的晶格类型与溶剂组元相同。根据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两种。置换固溶体如铜镍二元合金，铁碳合金中,铁素体和奥氏体皆为间隙固溶体。由于溶质原子的溶入，固溶体发生晶格畸变，变形抗力增大，使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。它是强化金属材料的重要途径之一。金属化合物是合金组元间发生互相作用而生成的一种新相，其晶格类型和性能不同于其中任一组元,又因它具有一定的金属性质,故称金属化合物。如碳钢中的Ｆe3C、黄铜中的CuZn等。金属化合物具有复杂的晶体结构，熔点较高、硬度高、而脆性大、电阻高。当它呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度及耐磨性明显提高,这一现象称为弥散强化。因此金属化合物在合金中常作为强化相存在。它是许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成相。机械混合物具有比单一固溶体更高的硬度、强度、耐磨性和良好的切削加工性,但其塑性和抗蚀性较差,如锡、锑、铜组成的轴承合金。Fe-Fe３C相图（铁碳合金相图）相图中各重要点的温度、碳的质量分数及意义如表2.1一1所示。一、铁碳合金中的基本相铁碳合金相图事实上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应当是纯铁和Fe3C。铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体,Ｆe-Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同,因而两者的溶碳能力也不同。１,铁素体(ferriｔe)铁素体是碳在α-Fｅ中的间隙固溶体,用符号＂F"（或α)表达,体心立方晶格；铁素体的性能与纯铁相似,硬度低而塑性高,并有铁磁性。铁素体的力学性能特点是塑性，韧性好,而强度，硬度低。δ＝３0%～50%，ＡKU=128～160Ｊ，σb=180~280MPa，5０~80HＢS。铁素体的显微组织与纯铁相同,用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒，在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布，但当含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周边。２,奥氏体（Ａustenitｅ)奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,用符号"A"(或γ）表达，面心立方晶格；虽然FＣC的间隙总体积较小，但单个间隙体积较大，所以它的溶碳量较大,最多有2.11％(１1４8℃时），72７℃时为0.77%。在一般情况下,奥氏体是一种高温组织,稳定存在的温度范围为727~1394℃,故奥氏体的硬度低,塑性较高,通常在对钢铁材料进行热变形加工，如锻造，热轧等时,都应将其加热成奥氏体状态，所谓"趁热打铁"正是这个意思。σb=40０ＭPa，17０~22０HBS,δ=40％～50%。此外奥氏体尚有一个重要的性能,就是它具有顺磁性,可用于规定不受磁场的零件或部件。奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为平直,且常有孪晶存在。3，渗碳体（Cemeｎtiｔe)渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物，用化学分子式"Fe３C"表达。它的碳质量分数Ｗｃ=6.69%，熔点为1227℃，质硬而脆，耐腐蚀。用4％硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈白色，假如用4％苦味酸溶液浸蚀,渗碳体呈暗黑色。渗碳体是钢中的强化相，根据生成条件不同渗碳体有条状,网状，片状,粒状等形态，它们的大小，数量，分布对铁碳合金性能有很大影响。总结:在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体,奥氏体和渗碳体。但奥氏体一般仅存在于高温下，所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相,就是铁素体和渗碳体。由于铁素体中的含碳量非常少,所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中。这一点是十分重要的。铁碳合金在固态下的几种基本组织:铁素体(F)、珠光体（P）、渗碳体（Fe3C)、奥氏体（A)和莱氏体(Ld）。铁和碳可以形成一系列化合物,如Fe３C,Fe２C,FeC等，有实用意义并被进一步研究的只是Fｅ-Ｆe3C部分，通常称其为Fe-Fe3C相图,此时相图的组元为Ｆe和Fe3C。由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在5%以下，因此成分轴从0～6．６９％。所谓的铁碳合金相图事实上就是Fｅ-Ｆe3C相图。二、铁碳合金相图分析1铁碳相图分析Fｅ－Fe3C相图看起平比较复杂，但它仍然是由一些基本相图组成的,我们可以将Fe－Fe3C相图提成上下两个部分来分析。1,上半部分——共晶转变在11４8℃,4．3%C的液相发生共晶转变：Ｌc11４8℃γＥ+Ｆe3C，转变的产物称为莱氏体,用符号Lｄ表达。存在于1148℃~7２7℃之间的莱氏体称为高温莱氏体，用符号Ｌd表达,组织由奥氏体和渗碳体组成;存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体，用符号Ldˊ表达,组织由渗碳体和珠光体组成。低温莱氏体是由珠光体,Fe3CⅡ和共晶Fｅ3C组成的机械混合物。经4%硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下观测，其中珠光体呈黑色颗粒状或短棒状分布在Fe3Ｃ基体上,Ｆe3CⅡ和共晶Fe3C交织在一起，一般无法分辨。2，下半部分——共析转变在７27℃,0.77%的奥氏体发生共析转变:γS727℃αp＋Fe３C,转变的产物称为珠光体。共析转变与共晶转变的区别是转变物是固体而非液体。3，相图中的一些特性点相图中应当掌握的特性点有：A，D,Ｅ，C,G(A３点）,S（A1点),它们的含义一定要搞清楚。4，铁碳相图中的特性线相图中的一些线应当掌握的线有：ECF线,PSK线(Ａ1线),GS线（A３线）,ＥＳ线(Acm线）水平线ECＦ为共晶反映线。碳质量分数在2.11%~6.69％之间的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共晶反映。水平线PSＫ为共析反映线。碳质量分数为０.０２18%~6．69%的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共析反映。PSK线亦称Ａ１线。水平线HJB为包晶转变线。LＢ+δＨ1４９5℃γJ。GS线是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线，通常称A3线。ＥＳ线是碳在A中的溶解度曲线（固溶线）,通常叫做Acm线。由于在１14８℃时A中溶碳量最大可达２.１1％,而在7２７℃时仅为0．7７%,因此碳质量分数大于０．7７％的铁碳合金自1148℃冷至７２7℃的过程中，将从Ａ中析出Fｅ3C。析出的渗碳体称为二次渗碳体（Fe3CII)。Acｍ线亦为从Ａ中开始析出Fe３ＣII的临界温度线。ＰQ线是碳在F中溶解度曲线（固溶线）。在727℃时Ｆ中溶碳量最大可达０．0218%，室温时仅为0.0０08％，因此碳质量分数大于０.０008%的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中,将从F中析出Ｆｅ３C。析出的渗碳体称为三次渗碳体（Fe3ＣIＩＩ）。PＱ线亦为从F中开始析出Ｆe3CIII的临界温度线。Ｆe3ＣＩＩI数量很少,往往予以忽略。例根据铁碳合金相图分析亚共析钢的结晶过程及组织转变?解以含碳量Wｃ为０.４%的合金为例。当液相冷却至BC线时,液相中开始析出奥氏体晶粒,在温度不断下降过程中。奥氏体量不断增长,当温度降到JＥ线时，液相所有变为单一均匀奥氏体。在温度为JE线与GS线之间时仍为奥氏体。当冷却到GS线时,奥氏体中开始析出铁素体。随着温度不断减少，铁素体量逐渐增多,奥氏体量逐渐减少。当温度降到Ａ1线（72７℃）时，奥氏体的含碳量Wc升至０.77%则发生共析反映而转变为珠光体。继续冷却至室温合金的组织为铁素体和珠光体。所有的亚共析钢,其室温组织都是由铁素体和珠光体组成的,不同之处在于铁素体和珠光体的相对量不同。含碳量愈高,组织中珠光体量愈多,而铁素体量愈少。因此，可根据亚共析钢缓冷下的室温组织估计其碳含量Wｃ＝Sp×０．７７％。式中Ｗc—钢中C的质量分数；Sp—珠光体在显微组织中所占的面积比例;０.77％—珠光体的C的质量分数。三、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响1.含碳量对铁碳合金平衡组织的影响按杠杆定律计算，可总结出含碳量与铁碳合金室温时的组织组成物和相组成物间的定量关系。当碳的质量分数增高时,不仅其组织中的渗碳体数量增长，并且渗碳体的分布和形态发生如下变化:Ｆe3CIＩI（沿铁素体晶界分布的薄片状）共析Fｅ3C(分布在铁素体内的层片状)Fe３CＩI（沿奥氏体晶界分布的网状)共晶Ｆe３C（为莱氏体的基体)Fe3CＩ（分布在莱氏体上的粗大片状)。2．含碳量对机械性能的影响渗碳体含量越多，分布越均匀,材料的硬度和强度越高，塑性和韧性越低;但当渗碳体分布在晶界或作为基体存在时，则材料的塑性和韧性大为下降，且强度也随之减少。低碳钢的组织多为铁素体，强度、硬度较低，而塑性、韧性很高。随着含碳量的增长，钢的组织中铁素体量不断减少,而珠光体量不断增长，导致强度、硬度提高，而塑性、韧性下降,当钢的含碳量增长至0.9％时,其组织大多数为珠光体，且有尚未成为网状的渗碳体作为强化相,使其强度达成最大值。当Ｗc＞1.０%时，由于网状Fｅ3CII出现,导致钢的强度下降。为了保证工业用钢具有足够的强度、硬度和适宜的塑性、韧性,其Wc一般不超过1.3%~1．4%。3．含碳量对工艺性能的影响对切削加工性来说，一般认为中碳钢的塑性比较适中，硬度在HB200左右，切削加工性能最佳。含碳量过高或过低,都会减少其切削加工性能。对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈单相奥氏体状态时，塑性好、强度低,便于塑性变形,所以一般锻造都是在奥氏体状态下进行。锻造时必须根据铁碳相图拟定合适的温度,始轧和始锻温度不能过高，以免产生过烧;始轧和始锻温度也不能过低，以免产生裂纹。对铸造性来说,铸铁的流动性比钢好,易于铸造,特别是靠近共晶成分的铸铁,其结晶温度低,流动性也好,更具有良好的铸造性能。从相图的角度来讲，凝固温度区间越大，越容易形成分散缩孔和偏析,铸造性能越差。一般而言，含碳量越低,钢的焊接性能越好，所以低碳钢比高碳钢更容易焊接。习题3.简述低碳钢、中碳钢和高碳钢的划分标准及其各自的性能特点。答：低碳钢(Wｃ为０.10%～０.25％),若零件规定塑性、韧性好，焊接性能好，例如建筑结构、容器等,应选用低碳钢；中碳钢(Ｗc为０.25％~0.60)，若零件规定强度、塑性、韧性都较好,具有综合机械性能，便如轴类零件,应选用中碳钢;高碳钢(Wｃ为０．6０％～１.３0%),若零件规定强度硬度高、耐磨性好,例如工具等,应选用高碳钢。习题4.简述铁碳相图的应用。（１）为选材提供成份依据Fｅ-Fe３C相图描述了铁碳合金的平衡组织随碳的质量分数的变化规律，合金性能和碳的质量分数关系，这就可以根据零件性能规定来选择不同成份的铁碳合金。(2)为制订热加工工艺提供依据Fe-Fe3C相图总结了不同成份的铁碳合金在缓慢冷却时组织随温度变化的规律，这就为制订热加工工艺提供了依据。a.铸造根据Fe-Fe3C相图可以找出不同成份的钢或铸铁的熔点,拟定铸造温度。根据相图中液相线和固相线之间的距离估计铸造性能的好坏，距离越小，铸造性能越好，例如纯铁、共晶成分或接近共晶成分的铸铁铸造性能比铸钢好。因此,共晶成分的铸铁常用来浇注铸件,其流动性好,分散缩孔小,显微偏析少。b.锻造根据Fe-Ｆｅ3C相图可以拟定锻造温度。始轧和始锻温度不能过高，以免钢材氧化严重和发生奥氏体晶界熔化（称为过烧)。一般控制在固相线以下１00～２00℃。一般对亚共析钢的终轧和终锻温度控制在稍高于GS线（A3线）；过共析钢控制在稍高于PSK线(A1线)。实际生产中各处碳钢的始锻和始轧温度为1１5０~1250℃，终轧和终锻温度为750～8５0℃。ｃ.焊接由焊缝到母材在焊接过程中处在不同温度条件,因而整个焊缝区出现不同组织，引起性能不均匀，可根据相图来分析碳钢的焊接组织,并用适当热解决方法来减轻或消除组织不均匀性和焊接应力。ｄ.热解决热解决的加热温度都以相图上的临界点A1、A3、Acｍ为依据。由相图可知，任何成分的钢加热到A1温度以上时,都会发生珠光体向奥氏体的转变。将共析钢、亚共析钢和过共析钢分别加热到A1、A3、Aｃｍ以上时，都完全转变为单相奥氏体,通常把这种加热转变称为奥氏体化。显然加热的目的就是为了使钢获得奥氏体组织，并运用加热规范控制奥氏体晶粒大小。钢只有处在奥氏体状况才干通过不同的冷却方式使其转变为不同的组织,从而获得所需要的性能。拉力实验是用来测定金属材料的强度、塑性。金属材料实验机可以做抗拉实验，还可进行弯曲、压缩、伸长率、断面收缩率等项目的实验。材料的抗拉强度(σb）按下式计算：式中Ｆb—试样拉断前承受的最大外力(N)。A0—试样原始横截面积（ｍm2)。为了测定材料在受拉力状态下对缺口的敏感限度，还可做缺口拉伸实验。对于在服役条件下承受附加弯曲的零件如螺栓等,必要时做缺口偏斜拉伸实验。缺口偏斜拉伸实验是在实验机的拉伸夹具中加一个带一定斜度的垫圈,常用的偏斜角为4°或8°，相应的缺口强度标记为或。为了测定某些特殊材料在一定高温下的强度指标,在拉伸实验机上加一个电阻加热或感应加热的加热装置即可。低温实验则需安装一个低温箱,用干冰或液氮做为冷却剂。一些先进的材料实验机,自身带有高温和低温拉伸实验装置。对于脆性材料和低塑材料可进行弯曲实验和压缩实验。对于检测表面强化试件的力学性能进行扭转实验最为合适。冲击实验是将冲击试样放在冲击实验机的支座上，使试样的缺口背向摆锤的冲击方向,再将具有一定质量的摆锤,由一定高度自由落下，测得一次冲击试样缺口处单位面积所消耗的功，称为冲击韧度(αk）。冲击实验重要用于结构钢。对于脆性材料（如铸铁、铸铝等)和塑性很好的材料(如铜、黄铜和奥氏体钢等)一般均不采用冲击实验。为了测定材料的韧脆转变温度，以判断材料的冷脆性或回火脆性,经常采用系列冲击实验。即通过不同温度下的冲击实验测得一系列的冲击值而得到材料冲击韧度随实验温度变化曲线，然后以(αkｍax+αkmｉn)/2相称的温度或50%纤维断口相称的温度拟定为韧脆转变温度Tk。测定金属材料化学成分的常用方法有化学分析法、火花鉴别法、光谱分析法和看谱镜法。1.化学分析法（1)测定钢铁中的含碳量 其原理是一方面在高温下将钢铁试样中的碳燃烧生成二氧化碳后再进行测定。较常用的是气体容量定碳法：将试样在高温(1100~1300℃）的氧气流中燃烧，使碳燃烧生成二氧化碳，硫燃烧生成二氧化硫,再把混合气体经除硫后收集于量气管中,用氢氧化钾溶液吸取二氧化碳,以吸取前后的体积之差测出二氧化碳的体积,通过换算拟定碳的含量。此方法合用于含碳量约0.10%～2.0０％的碳钢及合金钢试样。(2)钢铁中含锰量的测定方法ﻩ亚砷酸钠—亚硝酸钠容量法(过硫酸铵容量法）是将试样经酸溶解,在硫酸—磷酸混合酸介质中以硝酸银为催化剂，用过硫酸铵将二价锰氧化成七价，再用亚砷酸钠一亚硝酸钠标准液滴定。此方法合用于普通钢、铸铁及含铬质量分数为2%以上、含锰质量分数为３％以下的合金钢与合金铸铁。(3)含铬量的测定方法ﻩ一般测试含铬质量分数为1%以下的低合金钢多采用二苯卡巴肼比色法,而对于高含铬量的合金钢则采用过硫酸铵银盐容量法。（4）含钼量的测定方法ﻩ硫氰酸盐直接比色法可合用于含钼质量分数为０．1%~2.0％的钢和合金铸铁。(5)含钨量的测定方法 硫氰酸盐直接比色法可合用于含钨质量分数为０.０5%~1.0％的碳钢和合金钢。２.火花鉴别法依靠观测材料被砂轮磨削时产生的流线、节点、苞花、爆花和尾花及色泽特性、形态来鉴别钢铁牌号。砂轮片宜采用中硬度4６~60号普通氧化铝砂轮，不宜使用碳化硅或白色氧化铝砂轮。火花鉴别法只能定性和半定量地对碳钢和合金元素含量较高的合金钢进行鉴别，适宜于生产现场初步判断钢种。光谱分析法大型精密光谱仪合用中央实验室,对于热解决现场,一般可使用台式光谱仪或便携式光谱仪。看谱镜法通常的化学分析法、光谱分析法和火花鉴别法只能测出材料的平均成分,无法测定微观尺度上元素分布不均或沉淀相及夹杂物的化学成分。目前微区化学成分分析的重要方法有电子探针X射线分析、离子探针显微分析、俄歇电子能谱分析以及激光显微光谱分析等。金相分析包含以下三个方面:原材料缺陷的低倍检查、断口分析和显微组织检查。钢的低倍检查通常是用肉眼或低倍放大后观测判断的,因此也称为宏观检查。钢材进厂前或使用前必须进行缺陷检查。低倍检查的内容一般涉及疏松、缩孔、偏析、白点、夹杂和裂纹等。低倍检查的一般方法有:酸浸蚀方法，涉及冷浸蚀、热浸蚀和电解浸蚀。评级标准参照《结构钢低倍组织缺陷评级图》。钢中若硫化物和磷化物偏析严重,最方便的检查方法是印痕法(硫印法和磷印法）。断口分析重要用于失效分析、原材料缺陷分析、零件加工缺陷分析、热解决质量分析、使用环境分析。常用的断口分析方法有：宏观观测分析、光学显微镜分析、电子显微镜分析。典型的断口形貌特性可分为：韧性断口、解理型和准解理型脆性断口、沿晶开裂的脆性断口、疲劳断口、氢脆断口、应力腐蚀断口等。显微组织检查:光学显微镜分析方法、定量金相分析方法、晶粒度测定方法、电子显微镜分析方法。采用X射线探伤法可检查焊缝和铸钢件的内部缺陷,如焊缝中较宽的裂缝未熔合、未焊透、夹渣、气孔及铸钢件中的冷隔和缩孔等,但对于零件内部的裂纹不宜采用此法。对于焊缝中的裂纹、未熔合、未焊透，锻件及轧材中的白点、夹渣、缩孔等采用超声波探伤法其灵敏度和穿透深度都超过射线探伤法。检查截面均一的型材、管材、棒材和线材等金属材料表面和内部的缺陷采用涡流探伤法，检查速度快。该方法多用于流水生产线上自动进行探伤。磁粉探伤和莹光探伤多用于检查材料零件表面上的缺陷(如裂纹);莹光及着色探伤多用于不锈钢及有色金属等非磁性材料的表面缺陷探伤。钢按用途分类：碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。碳素结构钢普通碳素结构钢如Q1９5、Ｑ２15，Q２35，Q255,Q２75等。一般情况下都不经热解决,而在供应状态下直接使用。优质碳素结构钢重要用于制造机器零件，一般都要通过热解决以提高力学性能。1５、20、25钢用于制做尺寸较小、负荷较轻、表面规定耐磨、心部强度规定不高的渗碳零件，如活塞销、样板等；30、35、４0、４5、50钢经热解决调质后用于制做(受力不大的)轴类零件；５0、55、65钢经淬火+中温回火后具有高的弹性极限,常用于制做负荷不大、尺寸较小（截面尺寸小于1２mm)的弹簧。碳素工具钢ﻩT7、Ｔ7Ａ钢经淬火＋低温回火热解决后制造承受振动与冲击载荷、规定较高韧性的工具,如凿子、打铁用模、各种锤子、木工工具等;Ｔ8、T8A钢经热解决后制造承受振动与冲击载荷、规定足够韧性和较高硬度的各种工具,如简朴模子、冲头、剪切金属用剪刀、木工工具、煤矿用凿等;T10、T10A钢用于制造不受忽然振动、在刃口上规定有少许韧性的工具、如刨刀、冲模、丝锥、板牙、手锯锯条、卡尺等；T1２、Ｔ12A钢等用于制造不受振动，规定极高硬度的工具，如钻头、丝锥、锉刀、刮刀等。低合金结构钢16Mｎ钢经热轧空冷后σs≥325MPa,广泛用于制做桥梁、船舶及车辆等结构件；14CrＭnMoVB钢经调质解决后σs≥６50ＭPａ,用于制做中温高压容器(＜5６０℃)。合金渗碳钢通过渗碳热解决后使用的低合金钢重要用于制造在摩擦力、交变接触应力和冲击条件下工作的零件,表面规定高的硬度及高的接触疲劳强度，心部则规定有良好的韧性。低淬透性合金渗碳钢（σb=8０0～1000MPａ)如20MｎZ、20ＭnＶ、2０Ｃr、２０CrV钢等,用于制造尺寸较小的零件,如小齿轮、活塞销等；中淬透性合金渗碳钢(σb=1000～1２００ＭPａ)如２０CｒＭｎ、20CrＭｎTi、2０MｎTiB、20CrＭnMo钢等，应用最广泛的是20CrＭnTi钢,用于制造受高速、中速、冲击和在剧烈摩擦条件下工作的零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、离合器轴等;高淬透性合金渗碳钢(σb＞１2０0MPa）如１8Cr2Ni4ＷＡ钢等,用于制造大截面、高负荷以及规定高耐磨性及良好韧性的重要零件，如飞机、坦克的曲轴、齿轮及内燃机车的积极牵引齿轮等。合金调质钢重要用于制造受力复杂,规定综合力学性能的重要零件。这些零件在工作过程中承受弯曲、扭转或拉—压交变载荷与冲击载荷的复合作用,它们既要有高强度，又要有高的塑性、韧性、良好的综合力学性能。低淬透性合金调质钢如４0Ｃｒ、40MnB钢等,用于制造截面尺寸较小或载荷较小的连杆螺栓、机床主轴等零件；中淬透性合金调质钢,如35CrＭo、3８CｒSｉ钢等，用于制造截面尺寸较大的火车发动机曲轴、连杆等；高淬透性合金调质钢,如38ＣrＭｏA1A、４０CrNiMoA钢等，用于制造截面尺寸大，载荷大的零件，如精密机床主轴、汽轮机主轴、航空发动机曲轴、连杆等。合金弹簧钢弹簧应具有高的弹性极限和屈服强度，以保证其吸取大量的弹性能而不发生塑性变形。此外,还应具有较高的疲劳强度和足够的塑性、韧性，以防止弹簧发生疲劳断裂和冲击断裂。合金弹簧钢６5、6５Mn、６0Ｓi2Ｍn、７0Si3MｎA钢重要用于制造截面<25mm的各种螺旋弹簧、板弹簧;50CrVＡ、５0CrMnA、6０SiZＭnWA、５5SiＭｎＭｏVNb、60Sｉ2MnBRe、6５Si2MnWＡ钢等用于制造截面尺寸≤3０mm，并在3５０~400℃工作的重载弹簧,如阀门弹簧、内烧机的汽阀弹簧等。滚珠轴承钢重要用于制造滚珠、滚针和套圈等,也可用于制造精密量具、冷冲模、机床丝杠及精密偶件如针阀体、柱塞、柱塞套等。滚珠轴承在工作时,承受高达３０0０~５００0MPa的交变接触压应力及很大的摩擦力,还会受到大气、润滑油的浸蚀。因此,滚珠轴承应具有高的接触疲劳强度和高而均匀的硬度和耐磨性及一定的韧性和耐腐蚀性能。GCr9、GCr１5淬透性较低，用于制做中、小型滚动轴承及冷冲模、量具、丝杠等;GCｒ9SiMn、GCr15SｉMn钢用于制做大型滚动轴承。合金工具钢各类工具大多数在工作中既要承受很大的局部压力与磨损，又要承受冲击、振动与热的作用。因此，工具既要有高的硬度和耐磨性，又要有足够的韧性,对于刃口或型腔温度高的工具还应有高的热稳定性或耐疲劳性。9Mn2V、9CrＳi、Cｒ2、ＣrWＭn等高碳低合金工具钢，重要用于制做低速、中速切削刀具(板牙、丝锥、钻头、铰刀等）、中档负荷的冷成形模具(冷冲模冷轧辊、冷压模、冷轧辊等)及量具；5CrＭnＭo钢、5CｒNｉMｏ钢用于制做热锻模;３Cr2Ｗ8V钢用于制做高应力压模、铆钉或螺钉热压模、压铸模等；Cr12MoV钢用于制做冷切剪刀、圆锯、切边模、滚边模、标准工具与量规、拉丝模、螺纹滚模等。高速钢W１8Cr４、Ｗ６Mｎ5Cｒ4V2等重要用于制造车刀、刨刀、钻头、铣刀等，还广泛应用于冷、热变形模具。铸铁与钢相比，虽然抗拉强度、塑性、韧性较低，但都具有优良的铸造性、可切削加工性、减振性,生产成本较低,在工业上得到广泛应用。灰铸铁具有高的抗压强度、优良的耐磨性和消振性，低的缺口敏感性。H１50、HT200、HＴ250、HT300、ＨT350等重要用于制造汽车、拖拉机中的气缸、气缸套、机床的床身等承受压力及振动的零件。若将液态灰铸铁进行孕育解决即孕育铸铁或变质铸铁。可制造压力机的机身、重负荷机床的床身、高压液压筒等机件。球墨铸铁既具有灰铸铁优点，又具有中碳钢的抗拉强度、弯曲疲劳强度及良好的塑性与韧性。此外，还可以通过合金化及热解决来提高它的性能。QT400－１8、QT400-１5、QＴ45０-10铁素体球铁重要制做汽车、拖拉机底盘零件及1600~6400MＰa阀门的阀体和阀盖;ＱT500-7球铁用于制造机油泵齿轮;QＴ6００－3、QT７00-2、QＴ800-2等球铁重要制做曲轴、机床主轴、空压机、冷冻机缸体、缸套等;QT9０0-2球铁用于制造传动齿轮。可锻铸铁由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体的切割作用小,故其强度、塑性及韧性均比灰铸铁高，特别是珠光体可锻铸铁可与铸钢媲美，但不能锻造。KTＨ3０0－０6合用于制造弯头、三通等管件;KTH３３0-08合用于制造螺丝扳手、犁刀、犁柱、车轮壳等;KTH3５０-10、KT370-12用于制造汽车、拖拉机前后轮壳、减速器壳、转向节壳、制动器等;KTＺ4５０－06、ＫTＺ5５０-０4、KTＺ650-02、KＴZ700-02等可用于制造凸轮轴、连杆、齿轮、活塞环、轴套、耙片、万向接头、扳手、传动链条等。白心可锻铸铁因工艺复杂,常用黑心可锻铸铁代替,生产上应用较少。蠕墨铸铁其抗拉强度、塑性、疲劳强度等均优于灰铸铁，而接近铁素体基体的球铁。此外,它的导热性、铸造性、可切削加工性均优于球铁，与灰铸铁相近。有色金属及其合金与钢铁材料相比具有许多优良特性，如特殊的电、磁、热性能，耐腐蚀性及高的比强度等。铸造铝合金重要有Al－Si系、Aｌ-Cu系、Aｌ-Mg系及Al-Ｚn系四类。其中以Al－Si系应用最多。常用代号ZL101、ZＬ104、ZＬ１05、ZＬ10７、ZL１09、ZL１１1等。这类合金用于制造低、中强度的形状复杂铸件,如缸体、风机叶片、变速箱体等。特别是ZL1０８和ZＬ109合金，由于密度小、抗蚀性好、线膨胀系数小、强度和硬度高，耐磨性和耐热性较好，因而常用于制造活塞。变形铝合金分为防锈铝合金和硬铝合金。防锈铝合金重要是Al－Mn和Aｌ－Mg合金。铜及铜合金铜具有良好的导电性、导热性和抗蚀性，在冷态或热态下具有良好的塑性。铝黄铜强度很高，塑性良好,抗蚀性也较高,如ＨＡ15９-3-2铝黄铜可用来制做在常温下工作的高强度及高化学稳定性零件，在造船、电机及化学土业中广泛应用。锡青铜重要有QSn４-3、QＳn6.５-0．４、ZＣuSn１０P1等重要用于制造弹性元件、轴承等耐磨零件、抗磁及耐蚀零件。铝青铜。低铝青铜ＱA１５、QA17重要用于制造规定高耐蚀性的弹簧及弹性元件;ＱA19－４、QAl１０-3－1.５、ＺCｕA１8Mn１3Fe3Ｎi2等高铝青铜重要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强度、耐磨和耐蚀零件,如齿轮、轴承、蜗轮、阀座、轴套、螺旋浆等。铍青铜具有高的硬度、强度、耐磨性、弹性极限、抗蚀性、导电性、并有耐低温性、无磁性、受冲击不起火花,以及良好的冷、热加工性能等优良特性，并具有强烈的淬火时效硬化效应，可用于制造各种精密仪表的重要弹性元件、耐磨零件（如钟表、齿轮、高温高压高速工作的轴承和轴套）和其他重要零件（电焊机电机、航海罗盘、防爆工具等)。常用的铍青铜有QBｅ２、ＱBｅ１.7、QBｅ1.9。规定零件具有高导电性和导热性,应选铜、铝等金属材料；规定零件具有好的绝缘性，则应选高分子材料和陶瓷材料；规定零件耐腐蚀或抗氧化，则应选不锈钢或耐热钢和陶瓷材料;规定零件质量轻,则应选用铝合金、钛合金或纤维增强复合材料等。碳纤维复合材料(CＦＲP)具有最佳的强度、刚度和比强度、比刚度、质量轻、尺寸小,是制做梁的最佳材料,但价格昂贵。习题6.请画表列出常金属材料的分类。答：钢碳素结构钢合金结构钢碳素工具钢合金工具钢不锈钢耐热钢耐磨钢低合金结构钢合金渗碳钢(合金渗碳钢重要用来制造工作中承受较强烈的冲击作用和磨损条件下的渗碳零件。例如,制作承受动载荷和重载荷的汽车变速箱齿轮、汽车后桥齿轮和内燃机里的凸轮轴、活塞销等。这类钢经渗碳、淬火和低温回火后表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有较高的强度和足够韧性的零件。）合金调质钢(合金调质钢指调质解决后使用的合金结构钢，其基本性能是具有良好的综合力学性能。）合金弹簧钢(弹簧应具有高的弹性极限和屈服强度,以保证其吸取大量的弹性能而不发生塑性变形。此外,还应具有较高的疲劳强度和足够的塑性、韧性,以防止弹簧发生疲劳断裂和冲击断裂。)滚珠轴承钢；铸铁：灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁合金铸铁；铝合金:铸造铝合金变速铝合金超硬铝合金锻铝合金防锈铝合金硬铝合金;铜合金：黄铜青铜锌黄铜铝黄铜锰黄铜锰铁黄铜锡青铜铝青铜铍青铜。习题7.材料选用的重要依据是什么?答:在设计和制造工程结构和机构零件时，考虑材料的使用性能、材料的工艺性能和经济性。(１）根据材料的使用性能选材:使用性能是零件工作过程中所应具有的性能（涉及力学性能、物理性能、化学性能）,它是选材最重要的依据。在选材时,一方面必须准确地判断零件所规定的使用性能,然后再拟定所选材料的重要性能指标及具体数值并进行选材。具体方法如下：ａ．分析零件的工作条件，拟定使用性能；ｂ.进行失效分析，拟定零件的重要使用性能。失效分为三大类：过量变形、断裂、表面损伤；c.根据零件使用性能规定提出对材料性能(力学性能、物理性能、化学性能)的规定。通过度析、计算转化成某些可测量的实验室性能指标和具体数值,按这些性能指标数据查找手册中各类材料的性能数据和大体应用范围进行选材。（2)根据材料的工艺性能选材：工艺性能表达材料加工的难易程序。材料应具有良好的工艺性能，即工艺简朴,加工成形容易,能源消耗少,材料运用率高,产品质量好。重要应考虑以下工艺性：a.铸造性能,重要指流动性、收缩、偏析、吸气性等。接近共晶成分的合金铸造性能最佳。铸造性能较好的金属材料有铸铁、铸钢、铸造铝合金和铜合金等，铸造铝合金和铜合金优于铸铁,而铸铁又优于铸钢。b.压力加工性能,重要指冷、热压力加工时的塑性和变形抗力及可热加工的温度范围,抗氧化性和加热、冷却规定等。变形铝合金、低碳钢和低碳合金钢的塑性好,有较好的冷压力加工性能，铸铁和铸造铝合金不能进行冷、热压力加工，变形铝合金和铜合金、低碳合金钢有较好的冷压力加工性能。c.机械加工性能,重要指切削加工性、磨削加工性等。铝及铝合金的机械加工性能较好，钢中以易切削钢的切削性能最佳，而奥氏体不锈钢及高碳高合金钢的切削加工性能较差。ｄ.焊接性能，重要指焊缝区形成冷裂或热裂及气孔的倾向。铜合金和铝合金焊接性能不好，高碳钢的焊接性能差,低碳钢的焊接性能好。ｅ．热解决工艺性能，重要指加热温度范围、氧化和脱碳倾向、淬透性、变形开裂倾向等。大多数钢和铝合金、钛合金都可进行热解决强化，少数铜合金可进行热解决强化。合金钢的热解决工艺性能比碳钢好，故对结构形状复杂或尺寸较大且强度规定高的重要零件都要用合金钢制造。（3)根据材料的经济性选材:选材必须考虑经济性,使生产零件的总成本减少。零件的总成本涉及制导致本（材料价格、零件自重、零件的加工费、实验研究费）和附加成本(零件寿命，即更换零件和停机损失费及维修费等）。·２.2其他工程材料按材料组成物质属性的特点将材料划分为三大类,即金属材料(原子重要是以金属键相结合）、高分子材料（原子则是以共价键和分子键相结合)、陶瓷材料(原子重要是以离子键相结合)。常用的高分子材料涉及工程塑料和橡胶材料。习题1．工程塑料一般具有哪些特性和重要用途?工程塑料是指在工程中做结构材料的塑料，这类塑料一般具有较高的机械强度,或具有耐高温、耐腐蚀、耐磨性等良好性能，因而可代替金属做某些机械零件。常用热塑性工程塑料聚酞胺（商品名称为尼龙或锦龙）具有较高的强度和韧性，低的摩擦系数，有自润滑性,其耐磨性比青铜还好,适于制造耐磨的机器零件。但尼龙吸水性大，影响尺寸稳定性,新品种尼龙已克服了这一缺陷。一般尼龙使用温度在100℃以下。常用的尼龙有尼龙6、尼龙６6、尼龙１０１0等几十个品种。尼龙后面的数字代表链节中碳原子个数。尼龙１０1０是我国独创的一种工程塑料,用蓖麻油做原料，提取癸二胺及癸二酸再缩合而成的。成本低、经济效果好、自润滑性和耐磨性极好、耐油性好，脆性转化温度低(约在-６0℃），机械强度较高，广泛用于机械零件和化工、电气零件。铸造尼龙(MＣ尼龙)也称单体浇铸尼龙,力学性能和物理性能都比尼龙6高。可制作几十公斤的齿轮、蜗轮、轴承和导轨等。芳香尼龙是由芳香胺和芳香酸缩合而成。具有耐磨、耐热、耐辐射和突出的电绝缘性能，在95%相对湿度下不受影响,能在2０0℃下长期工作,是尼龙中耐热性最佳的一种。可用于在高温下工作的耐磨零件、绝缘材料和宇宙服。聚甲醛是一种高强度工程塑料。其耐疲劳性在热塑性塑料中是最高的。其弹性模量高于尼龙66、ABS、聚碳酸脂,同时具有优良的耐磨性和自润滑性,对金属的摩擦系数小。此外，尚有好的耐水、耐油、耐化学腐蚀和绝缘性。缺陷是热稳定性差、易燃，长期在大气中曝晒会老化。特别合用于制造不允许使用润滑油的齿轮轴承和衬套。聚碳酸脂具有优异的冲击韧度和尺寸稳定性，较好的耐低温性能，使用温度范围为-１00~１30℃,良好的绝缘性和加工成型性。聚碳酸脂透明,具有高透光率。缺陷是化学稳定性差,易受碱、胺、脂、酮、芳香烃的浸蚀，在四氯化碳中会发生“应力开裂”现象。聚碳酸脂用途十分广泛,可制做机械零件，还可制做防弹玻璃、灯罩、防护面罩、安全帽及其他高级绝缘零件。ABS塑料具有高的硬度和强度，高的弹性、韧性和耐冲击，耐油性和耐蚀性好,并具有良好的绝缘性、着色性和成型加工性。使ABＳ塑料成为一种“质坚、性韧、刚性大”的优良工程塑料。缺陷是耐高温、耐低温性能差，易燃，不透明。ABＳ塑料在工业上应用广泛,汽车的方向盘、仪表盘、飞机舱内的装饰板窗框、隔音板，机械中的手柄、齿轮、泵叶轮等。聚四氟乙烯（塑料王)聚四氟乙烯是线型晶态高聚合物，结晶度为55%~7５％，理论熔点为3２7℃,具有极优越的化学稳定性、热稳定性和良好的电性能。它不受任何化学试剂的浸蚀，即使在高温下的强酸（王水)、强碱、强氧化剂中也不受腐蚀。它的热稳定性和耐寒性都好,在-195~２5０℃内长期使用，其力学性能不发生变化。它的摩擦系数小（０.04），并有自润滑性。它的吸水性小,在潮湿的条件下仍能保持良好的绝缘性能，它的介电性能既与频率无关,也不随温度而改变。缺陷是强度较低,特别是耐压强度不高。在温度高于390℃时，它分解挥发出有毒气体。加工成型性较差,加热至4５0℃也不会从高弹态变为粘流态，因此不能用注射法成型。常用热固性工程塑料酚醛塑料具有一定强度，层压塑料抗拉强度可达１40MPa,刚度大，制品尺寸稳定。有良好的耐热性,可在１１0~１40℃下使用。具有较好的耐磨性、耐蚀性和良好的绝缘性。用于制作电器开关、插头、外壳等各种电气绝缘零件；还可制做齿轮、凸轮、皮带轮、手柄等；此外还可做为化工用耐酸泵等。但是酚醛塑料（电木）性脆易碎,抗冲击强度低,在阳光下易变化,因此多做成黑色、棕色等。环氧塑料具有比强度高、耐热性、绝缘性和加工成型性好等特点。缺陷是成本高,所用的固化剂有毒性。重要用于制造塑料模具、精密量具和各种绝缘器件,也可制做层压塑料、浇注望料等。工程塑料的应用一般结构件一般机械上的外壳、手柄、手轮、支架,仪器仪表的底座、罩壳、盖板等。这些构件使用时负荷小，只规定一定的机械强度和耐热性。一般选用价格低廉,成型性好的塑料,如聚氯乙稀、聚丙烯、聚苯乙烯、ＡSS等。若制品常与热水或蒸汽接触或稍大的壳体构件规定有刚性时，可选用聚碳酸醋、聚砜等，如规定透明的零件，可选用有机玻璃、聚碳酸脂等。普通传动零件机器上的齿轮、凸轮、蜗轮等，这类零件规定有较高的强度、韧性、耐磨性和耐疲劳性及尺寸稳定性。可选用尼龙、ＭC尼龙、聚甲醛、聚碳酸脂、夹布酚醛、增强聚丙烯等。大型齿轮和蜗轮,可选用MC尼龙浇注成型;需要高的疲劳强度时选用聚甲醛；在腐蚀介质中工作的可选用聚氯醚；聚四氟乙烯充填的聚甲醛可用于有重载摩擦的场合。摩擦零件轴承、轴套、导轨和活塞环等规定强度一般,但规定摩擦系数小和良好的自润滑性,一定的耐油性和热变形温度，导热率低，可选用尼龙1010、MC尼龙、聚甲醛、聚四氟乙烯。由于塑料的线膨胀系数大,因此,只有在低负荷、低速条件下才适宜选用。耐蚀零件全塑结构的耐蚀零件，还规定较高的强度和抗热变形的性能。常用的耐蚀塑料有:聚丙烯、填充聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯等。尚有耐蚀工程结构采用塑料涂层结构或多种材料的复合结构。通常选用热膨胀系数小、粘附性好的树脂及玻璃钢做衬里材料。电器零件用于工频、低压下工作的普通电器元件可选用酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料等;对于高压电器的绝缘材料，规定耐压强度高、介电常数小、抗电晕及优良的耐候性,则常用:聚碳酸脂、氟塑料和环氧塑料；用于高频设备中的绝缘材料可选用聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯等热固性塑料，也可选用聚酞亚胺、聚砜、聚丙烯等。陶瓷是无机非金属材料,是用天然的或人工合成的粉状化合物，通过成型和高温烧结而制成的多晶固体材料。目前己同金属材料、高分子材料合称为三大固体材料。陶瓷材料具有高硬度(＞１50０HV)、耐高温(熔点>202３℃）、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)以及其他优良的物理、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１0~４0倍)，大多数工程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、小负荷维氏硬度或努氏硬度表达。陶瓷材料按原料来源，一般可分为普通陶瓷和特种陶瓷。特种陶瓷又分为氧化铝瓷、氮化硅瓷、氮化硼瓷、氧化镁瓷、碳化硅瓷、氧化铍瓷和氧化锆瓷等。(习题3)氧化铝陶瓷强度高于普通陶瓷2～3倍,抗拉强度达２50MPa；硬度高,仅次于金刚石、碳化硅、立方氮化硼和碳化硼而居第五位；耐高温，可在１600℃高温下长期工作;有高的蠕变能力，在空气中最高使用温度为19８0℃;耐蚀性和绝缘性好。缺陷是脆性大，不能承受环境温度的忽然变化。氧化铝陶瓷重要用于制做内燃机的火花塞，火箭、导弹的导流罩，石油化工泵的密封环，坩埚、热电偶套管、刀具和拉丝模具等。氮化硅陶瓷热压烧结/反映烧结氮化硅陶瓷。硬度高，摩擦系数小（０.1~0.2),并有自润滑性,是极好的耐磨材料;蠕变抗力高,热膨胀系数小，抗热振性在陶瓷中最佳；化学稳定性好,能耐各种酸（除氢氟酸）、王水和碱液的腐蚀；还具有优异的电绝缘性能。氮化硅陶瓷重要用于耐磨，耐腐蚀、耐高温零件，如石油、化工泵的密封环、电磁泵管道、阀门，热电偶套管，转子发动机刮片,高温轴承,刀具等。碳化硅陶瓷最大优点是高温强度高,在140０℃时，其抗弯强度仍保持５00~60０MPa，工作温度可达成1600～17００℃,导热性好；其稳定性、抗蠕变能力、耐磨性、耐蚀性好;并且耐放射元素的幅射。碳化硅陶瓷重要用于制做火箭尾喷管的喷嘴,浇注金属的浇道口、热电偶套管、炉管，气轮叶片，高温轴承,热互换器及核燃料包封材料等。氮化硼陶瓷具有良好的耐热性和导热性，其热导率与不锈钢相称,膨胀系数比金属和其他陶瓷低得多,故其抗热振性和热稳定性好;高温绝缘性好，在2023℃仍是绝缘体；化学稳定性好,能抗铁、铝、镍等金属的侵蚀,其硬度较其他陶瓷低，可进行切削加工；有自润滑性，耐磨性好。氮化硼陶瓷常用于制做热电偶套管，熔炼半导体、金属的坩埚和冶炼用高温容器的管道，高温轴承，玻璃制品成型模,高温绝缘材料等。金属陶瓷具有某些金属性质的陶瓷,它是制造刀具、模具和耐磨零件的重要材料。光学纤维亦称光纤,是一种非常细的可弯曲的光导材料。单根光纤的直径约为几到几十微米，它是由内层材料（芯料）和包层材料(涂层)组成的复合结构。为了保护其不受损坏，最外面再加一层塑料套管。光纤按其结构可分为阶跃型和梯度型两种。按光的传输模式可分为单模光纤和多模光纤,按制造光纤芯子的材料可分为石英玻璃芯子光纤、多组分玻璃芯子光纤、晶伴芯子光纤和塑料芯子光纤。按制造光纤包层的材料又可将其分为石英玻璃包层光纤、多组分玻璃包层光纤和塑料包层光纤。光纤按其用途可分为用于传递信息的光导纤维和用于传递能量的导光纤维两种。光导纤维的用途是传输信息，它重要有两方面的用途,一是光纤通信，二是光纤传感。导光纤维的用途是传输能量。添加纳米粉体的材料与相同组成的普通粉体材料相比,材料的成分自身虽然并未改变，但活性增强，重要表现为高抗菌、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性。例简述碳纳米管的重要性能与用途。解碳纳米管只有头发丝的十万分之一,但是导电率是铜的1万倍;强度是钢的10０倍，而重量只有钢的六分之一。由于其强度是其他纤维的2０0倍,具有经受10万MＰａ而不破碎的奇异效果。广泛应用于金属、水泥、塑料、纤维等复合材料领域,在军事工业可制做防弹衣不仅轻巧并且具有防火、防毒、防辐射、防刀枪、防化学毒剂的功能，清洗简朴；还可用于计算机领域和信息领域进行高密度信息存贮，一个DVD光盘可以看1000部电影。在医疗领域可以对癌症初期诊断、初期发现、初期治疗。习题2.简述工程塑料零件的工艺流程。5.什么是纳米材料？纳米材料有哪些重要的特性?答：纳米是一个长度计量单位,一纳米相称于十亿分之一米。当物质颗粒小到纳米级后,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有的特性,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,材料的万分自身虽然并未改变，但活性增强，重要表现为高抗菌、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性。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热解决图１－8钢的热解决工艺曲线钢的热解决习题1.简述钢的热解决工艺方法和目的。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解决工艺。恰当的热解决工艺不仅可以消除铸、锻、焊等热加工工艺导致的各种缺陷，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、减少硬度，便于切削加工;通过热解决工艺可以强化金属材料、充足挖掘材料潜力，减少结构件重量、节省材料和能源，提高机械产品质量，大幅度提高零件的耐磨性、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。★钢的热解决原理①铁碳合金平衡图Fe-Fe３C平衡图中的临界点（A1、Ａ３、Acm）是对的选择钢在热解决加热时的加热温度和冷却时结构发生变化温度的重要依据。②钢在加热时的转变珠光体向