的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的试验力F(kgf或N)，将其压入试样表面，经规定保持时间
t(s)后卸除试验力，试样表面将残留压痕。测量压痕球形面积A（mm2）。布氏硬度（HB）就是
试验力F除以压痕球形面积A所得的商。布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗
大晶粒或组成相的金属材料的硬度为钢件退火、正火和调质后的硬度。
（2）洛式硬度（HR）试验：洛式硬度是以测量压痕深度来表示材料的硬度值。洛式硬度试验所用
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。洛氏硬度试验常用于检查淬火后的硬度。 标尺符号压头类型总试验力F(N) 测量硬度范围应用举例 A HRA 金钢石圆锥5.884 22-88 硬质合金、表面薄层硬化钢
B HRB ￠1.558 钢球980.7 20-100 低碳钢、铜合金、铁素体可锻铸铁 C HRC 钢金石圆锥1471 20-70 淬火钢、高硬铸件、珠光体可锻铸铁
（3）维氏硬度（HV）试验：维氏硬度试验适用于常规材料，其压头是两对面夹角ɑ＝136°的金钢
石四棱锥体。压头在试验力F（N）的作用下，将试样表面压出一个四方锥形的压前，经一定保持时
间后，卸除试验力，测量出压痕对角线平均年度并计算压痕的表面积A（mm2），得到HV＝0.1891F ÷d2。
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调质钢合金弹簧钢滚珠轴承钢 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 7.材料选用的主要依据是什么？ 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备的性能（包括力学性能、物
理性能、化学性能），它是选材最主要的依据。在选材时，首先必须准确地判断零件所要求的使用
性能，然后再确定所选材料的主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，确定使用性能
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b. 进行失效分析，确定零件的主要使用性能
c. 根据零件使用性能要求提出对材料性能（力学性能、物理性能、化学性能）的要求。通过分析、
计算转化成某此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
性能数据和大致应用范围进行选材。
（2）根据材料的工艺性能选材：工艺性能表示材料加工的难易程序。所以材料应具有良好的工艺性
能，即工艺简单，加工成形容易，能源消耗少，材料利用率高，产品质量好。主要应考虑以下工艺 性：
a. 金属铸造性能
b. 金属压力加工性能 c. 金属机械加工性能 d. 金属焊接性能
e. 金属热处理工艺性能
（3）根据材料的经济性选材：选材必须考虑经济性，使生______________产零件的总成本降低。零件的总成本包括
制造成本（材料价格、零件自重、零件的加工费、试验研究费）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 其它工程材料
1.工程塑料一般具有哪些特性和主要用途？
答：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机械强度，或具备耐高温、
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。 表2.2-1 常热塑性工程塑料的性能和应用
名称聚酰胺（PA,尼龙） 聚四氟乙烯（PTFE 塑料王） ABS塑料聚甲醛（POM） 聚碳酸酯
性能特点耐冷热、耐磨、耐溶剂、耐油、强韧；易吸湿膨账磨擦系数小、化学稳定性好、耐腐蚀、
耐冷热、良好电绝缘性耐热、耐冲击；耐腐蚀性差耐热、耐疲劳、耐磨；成型尺寸精度差冲击韧
度、尺寸稳定性、低温性能、绝缘性和加工成型性均好、高透光率、化学稳定性差
应用轴承、齿轮、叶片、衬套阀门、管接头、护套、衬里等汽车、家电、管道、玩具、电器等制
品轴承、齿轮、叶片等机械零件、防弹玻璃、灯罩、防护面罩 表2.2-2 常用热工程塑料的性能和应用 名称酚醛塑料环氧塑料
性能特点强度和刚度大，尺寸稳定。耐热性，耐磨性、耐腐蚀性和绝缘性；性脆易碎，抗冲击强度
低强度高、耐热性、绝缘性和加工成型性好；成本高，固化剂有毒性
应用电器开关、插头、外壳、齿轮、凸轮、皮带轮、手柄、耐酸泵塑料模具、精密量具、绝缘器
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材、层压塑料、浇注塑料
2.简述工程塑料零件的工艺流程。 答：
3.什么是陶瓷材料？陶瓷材料有哪此特点？
答：陶瓷是无机非金属材料，是用粉状氧化物，碳化物等，通过成型和高温烧结而制成。陶瓷材料
是多相多晶材料，结构中同进存在着晶体相、玻璃相和气相，各组成相的结构、数量、形态、大小
和颁均对陶瓷性能有显著影响。陶瓷材料具有高硬度（>1500HV）、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）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10～40 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；耐蚀性和绝缘性兽。缺点是脆性大，不能受
热冲击硬度高，磨擦系数小，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、戡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瑳。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，
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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。人们通蟇改变塑料、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“的碳纳米玡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D酅_^E確A或钢件加热到Ac3(亚共析钢)Acm（过共析
钢）以上30～50℃，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
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“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2～6mm。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（100～1000kHz），淬硬层为0.2～2mm，适
用于中小齿轮、轴等零件；中频感应加热（0.5-10kHz），淬硬层为2～8mm，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600～
650℃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
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