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摘要：机械工程材料是机械工程设计与质量的重要前提。因此必须做好机械工程材料的选用工作，并重视机械工程材料的研发，从而促进机械工程的取得更大的成绩，为我国工业的发展打下坚实的基础。
关键词：机械工程；材料应用；发展前景
&&&&&&& 前言
&&&&&&& 机械工程材料影响着机械的设计、制造、仿制、维修等方面，可见其是机械工程中不可或缺的重要组成部分，也是节约机械所用成本的关键所在，因此如何在保证既经济又有质量保证的前提下处理好多种工程材料的选择与应用是一个值得探讨的问题。
&&&&&&& 1机械工程材料选择选择应用的现状分析
&&&&&&& 1.1从构件失效抗力角度分析
&&&&&&& 材料失效抗力主要指构建自身是否具备抗磨损、抗变形等能力，通过对构件参量进行表征以避免构件材料在使用前便出现失效的状况。以往失效抗力在研究过程中既需考虑到材料力学性能，也需构建相应的模型确定其在实际工况中的特性。如许多学者关于热作模具钢的失效分析过程中，通过测试材料寿命并分析模具寿命，得出模具设计选材的标准，其具体选材步骤主要体现在：（1）对用于零件成形的机械材料进行确定并结合模具使用条件，以此判断选择哪种模具以及具体抗力要求；（2）通过对模具时效形式的分析对抗力指标进行确定，选择满足指标标准的钢种；（3）对满足抗力指标要求且符合模具类型的钢种确定的基础上，判断是否与首相抗力指标以及其他指标相吻合；（4）进行选材过程中还需考虑到材料的来源、经济性以及是否便于生产管理等因素。这种选材方式的研究很大程度上为热模具的选材奠定理论基础。
&&&&&&& 1.2从经济适用性角度考虑
&&&&&&& 在机械工程对于材料的选择应用首先需要关注的就是材料的适用性和经济性。比如，在机械铸造工艺中需要保正材料具备良好的吸气性、收缩性、偏折性和流动性；而在锻造工艺中则要求材料必须具备较好的冲压性、可锻性、冷镦性和断后冷却性；焊接工艺对材料的适用性和敏感性要求较高。机械加工材料的不同特性为机械工程工艺提供了不同的材料选择，在保证满足工艺需求的前提下，把握好工艺需求材料的各种特性，合理化选择材料才是机械工程发展的正确方向。在注重了机械工程材料的适用性后，还需要根据工程预算合理考虑设计材料的经济性。既要做到选材的质量要求达标，也要保证经济实惠的材料价格选择。而对于可循环利用的机械材料，在整个机械工程中应当循环利用，降低资源消耗，减少机械工程成本，提高整体的经济效益。
&&&&&&& 1.3从环保、节能角度考虑
&&&&&&& 国家制定的可持续发展战略就是要求生态、环保、节能，任何企业都必须认真贯彻党的战略方案。一般来说，在机械工程的使用材料中，很多原材料都是不可再生能源，如果过度消耗，最终势必会给机械工程行业带来极大的隐患。因此，我们在材料选择与应用工作中要做到环保和节能，尽可能的使得环保要求和使用需求都能满足。
&&&&&&& 2机械工程材料的应用
&&&&&&& 2.1钢铁材料及其应用
&&&&&&& 当前工业仍然是我国经济发展的主体行业，而钢铁材料也一直是使用较多的重要的机械材料。钢铁工业发展呈现产品结构在变化、增长，产业集中度进一步提高等趋势主要应用领域：为电力系统、汽车工业、铁路与桥梁、船舶与海上钻井平台、兵器工业、石油开采机械及输油管道、化工压力容器、建筑钢筋和构架等。
&&&&&&& 2.2镁、镁合金及其应用
&&&&&&& 镁具有优良的物理性能和机械加工性能，此外其还具有丰富的蕴藏量，因而被业内公认为最有前途的轻量化材料，其也是21世纪的绿色金属材料。汽车、摩托车等交通类产品用镁合金，镁作为实际应用中最轻的金属结构材料在汽车的减重和性能改善中的重要作用受到人们的重视，世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。另外，镁合金应用发展最快的是电子信息和仪器仪表行业，在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上电磁屏蔽、散热和环保方面的考虑，镁合金成了厂家的最佳选择，镁合金外壳可使产品更豪华、美观。近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素。
&&&&&&& 2.3铝、铝合金及其应用
&&&&&&& 密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等都是铝合金的优点，因而其被广泛的应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门。
例如，在航空航天领域，铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能，被认为是航空航天工业中的理想结构材料。在航天领域，铝锂合金己在许多航天构件上取代了常规高强铝含金，铝锂合金作为储箱、仪器舱等结构材料具有较大优势国外预测，含抗铝一镁合金及其它系列的铝合金有可能成为下一代飞机的重要结构材料。TiAi基合金的板材除了有望直接用作结构材料外，还可以用作超塑性成型的预成型材料，并用于制作近净成型航空、航天发动机的零部件及超高速飞行器的翼、壳体等又如，在汽车领域，汽车用铝合金材料的3/-4为铸造铝合金，主要是发动机部件，传动系部件，底盘行走系零部件变形铝合金主要用于热交换器系统，车身系部件铝基复合材料在某些范围内替代铝合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料，用于汽车关键零件，特别是高速运动零件，对减少质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能等具有非常积极的作用，在汽车领域有着良好的应用前景。
&&&&&&& 2.4稀有金属材料及其应用
&&&&&&& 现代机械工程中稀有金属也有着广泛的用途。例如，在电子工业领域，高纯度稀有金属锗是最王要的半导体材料之一，此外铌、钨、铝、钛等也都是电了工业的重要材料；稀有金属钽用以制造比容大、性能稳定的优质电容器，成为航空及航天设备中的重要电子元件。
&&&&&&& 又如，在钢铁工业领域，稀土金属及稀有高熔点金属都是冶炼优质钢的重要添加剂，少量稀土或钒加入到钢中，能大大提高强度和耐冲击性能，大量用于炼制各种低合金钢。钨用于炼制高速切削用钢，稀有高熔点金属的碳化物都具有很高的熔点、硬度和耐磨性能，因此广泛用于制作硬质合金。
&&&&&&& 3机械工程中材料的发展前景
&&&&&&& 3.1实用性机械材料的发展
&&&&&&& 在机械工程中对于材料的选用需要首先考虑机械材料的实用性。在机械工程中，材料的应用通常需要根据设计工艺指标进行合理铸造、加工、切削、热处理等。而这些工艺对材料特征的要求比较严格，针对不同工艺，必须选择满足工艺要求的特性材料，在保证生产需求的前提下，确保零件加工符合设计需求。零件的加工需要考虑材料的强度和耐磨性能，同时对于材料加工后的外观上很可能存在特殊要求，这就需要更具不同的零件需求特征，选择合理的加工材料，满足加工需求。
&&&&&&& 3.2载荷类型机械材料的发展
&&&&&&& 机械工程加工过程中，机械材料可能会出现失效现象，而在机械零件被应用到机械运行状态时，也可能出现抑制失效问题，这些情况都是由于设计选择的材料在负荷能力上存在差异导致的。为了有效保证机械设计正常应用，这就需要严格掌控机械工程材料的选择应用。选材时必须重点估算材料的荷载能力，结合设计需求，合理选择性价比高的综合荷载能力强的优质材料。
&&&&&&& 3.3低消耗机械材料的发展
&&&&&&& 我国可持续性发展战略应用在各行各业，对于机械工程来讲，可持续性发展就必须保证设计选材和应用的低消耗、无污染特性。在机械设计中，对材料的加工处理也需要注意低消耗和环保方式和方法。在机械加工处理工种，热处理是目前对机械材料使用寿命和性能损坏影响最大的加工工艺，而且这种加工工艺还会对环境造成重大污染。所以尽量规避热处理加工工艺，在机械工程中可选择冷、热轧状态下材料性能发挥较好的材料。如果无法避免热处理加工，则选用处理流程简便的材料，这样就可以降低消耗和减小污染。
&&&&&&& 3.4无害机械材料的发展
&&&&&&& 在机械工程加工中，很多材料可能回带来一定的危险元素，比如：Ni元素。这类元素不仅污染环境，还会对人体造成永久性伤害。所以需要在选择机械材料时，注意对材料的检测，避免有害材料混入其中，被应用到机械设备里。
&&&&&&& 3.5可回收机械材料的发展
&&&&&&& 机械工程中相当一部分零件都是金属制成，而金属的产量有限，随着机械化建设的消耗，已经越来越稀薄，这也使机械化发展受到限制。钢材的应用在机械工程中比较常见，而钢材类型众多，对于回收工作带来一定的困难。不同类型金属元素混合，导致回收工作中浪费材料。所以，在保证机械工程行业可持续发展的同时，必须保证选取可回收循环利用的机械加工材料。
&&&&&&& 4结语
&&&&&&& 科技的进步推动了我国社会主义经济建设的蓬勃发展，我国工业机械化建设也不断取得新突破，而伴随着机械化建设发展出现的就是机械工程材料面临的一些材料浪费等问题。对于机械材料的选用，需要充分分析设计需求和材料特征，合理利用经济性、绿色无污染、安全环保的新型机械加工材料，已经成为机械化发展的必然趋势。
参考文献：
[1]黎加强．机械工程村料浪费现状及节约对策分析[J]．科技创新与应用，2013（11）&
[2]呼吉迎．机诫工程材料应用现状探讨[J]．科技创新导报，2013（20）
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《模具寿命与失效》串讲
一、单选、填空、改错
1.模具在现代工业产品中的作用(P1，第一段第一句)
2.发展各种简易模具技术的材料（P2，第15行）
3.失效分析的意义（P4，第17和29行）
4.模具成型工艺（P4）
5.模具的分类（P5）
A按结晶温度分
（4）冷变形模具
（5）热变形模具
B按工作温度分
（1）热作模具
（2）冷作模具
（3）温作模具
6.模具寿命的定义（P9）
7.模具失效（P10）
8.早期失效（P11）
9.正常失效（P11）
10.我国模具的分类（P11）
11.模具安装、调试时间（P13）
12.模具修复及维护时间（P13）
13.模具工作时间（P13）
14.一般最好使用模具寿命略大于产品批量（这是P15页的一句话）
15.模具失效的分类（P16）
（6）按经济发分
（7）按失效形式和机理分
16.影响磨粒磨损的因素（P18）
17.影响粘着磨损的因素（P20）
18.气蚀磨损（P21）
19.冲蚀磨损（P22）
20.韧性断裂、脆性断裂、沿晶断裂（P24~25）
21.疲劳断裂（P27）
22.冷作模具包括（P28）
23.冷冲裁模的失效形式、模具刃口的损伤过程（P29）
24.冷拉伸模的失效形式（P30）
25.冷镦模的失效形式（P31）
26.冷挤压模的类型（P31）
27.锤锻模（P33，倒数第12行和倒数第8行）
28.热疲劳（P34）
29.压力铸造模（P36）
30.应力状态（P47）
31.裂纹扩展的基本形式（P48）
32.造成疲劳的原因（P51，倒数第16和15行）
33.模具的疲劳断裂的特点（P51，倒数第12和第6行）
34.应力集中的影响（P54）
35.拉伸试验测定的性能指标（P61）
& （1）屈服强度
& （2）抗拉强度
& （3）刚度E
& （4）延伸率
36硬度试验方法
（1）布氏硬度（P67，第二行）
（2）洛氏硬度（P68，倒数第11行）
（3）维氏硬度（P70，第14行）
37.模具的工作角度（P82）
38.模具的结构形式（P84）
& （1）整体式
& （2）组合式
39.模具的工作间隙（P86）
40.加强模具刚度的方法（P88）
41.设备特性（P92，倒数第13行）
42.强度（P94）
43.马氏体的结构（P96~97）
44.切削加工的影响（P107）
45.过热、过烧（P110）
46.产生氧化和脱碳的原因（P110）
47.热处理产生的原因（P110）
48.产生硬度不足的原因（P111）
49.产生脆性的原因（P112）
50.冷作模具钢的基本性能（P123）
& （1）硬度
& （2）耐磨性
51.热作模具钢（P124）
52.塑料模具钢的基本性能（P128，第2点和第3点）
53.钴结硬质合金（P163）
54.化学热处理（P175）
55.CD渗碳（P176）
56.渗氮（P177，第14和15行）
57.渗氮的要求（P178，第6行）
59.电镀锡的应用（P185）
60.电刷镀的工艺特点（P186）
61.Ni-P化学镀（P187）
62.气相沉积（P188）
63.化学气相沉积CVD（P189）
64.物理气相沉积PVD（P191）
65.热喷图的方法（P193）
66.火焰线材喷涂（P193，倒数6和倒数5行）
67.可以热喷涂的材料（P194）
68.激光淬火可大大提高材料的耐磨性和抗疲劳性能（这是P195页的一句话）
一、简述磨损对断裂的促进作用？（P28）
答：磨损沟痕可成为裂纹的发源地。当由磨损形成的裂纹在有利其向纵深发展的应力作用下，就会造成断裂。
二、简述塑性变形对磨损的作用？（P28）
答：模具局部磨损后，会带来承载能力的下降以及易受偏载，造成另一部位承受过大的应力而产生塑性变形。
三、简述回火不足为什么模具会开裂？（P38）
答：①当模具热处理时，由于回火不足，组织中仍有较多的残余奥氏体。
②在服役温度下残余奥氏体将转变为马氏体，从而产生相变内应力，从而引起模具开裂的因素。
四、说明布氏硬度的优点及应用？（P68）
答：①布氏硬度试验的优点是压痕面积较大，其硬度值能反映材料在较大区域内各组成相的平均性能。
②布氏硬度检验最适合测定灰铸铁、轴承合金等材料的硬度。
五、说明洛氏硬度的优点？（P69）
答：洛氏硬度试验的优点是操作简便迅速；压痕小，可对工件直接进行检验；采用不同标尺，可测定各种软硬不同和薄厚不一的试样的硬度。
六、说明维氏硬度的优点及应用？（P71）
答：①采用对角线长度计算，精确可靠；
&&& ②可以任意选择载荷，而不存在布氏硬度那种载荷F与压球直径D之间的关系约束。
&&& ③维氏硬度也不存在洛氏硬度那种不同标尺的硬度无法统一的问题。
&&& ④洛氏硬度所测试厚度更薄。
七、简述设备速度对模具发生断裂后塑性变形失效的影响？（P92）
答：模具在单位时间内收到的冲击力越大，设备施力时间越短，冲击能量来不及传递和释放，易集中在局部，造成局部应力超过模具材料的屈服应力或断裂强度，因此，设备速度越高，模具越易发生断裂或塑性变形失效。
八、简述润滑对模具寿命的影响？（P93）
答：①减少摩擦面之间的摩擦阻力和金属表面之间的磨损。
&&& ②润滑还能在一定程度上阻碍坯料向模具传热，降低模具温度，这对提高模具寿命都是有利的。
九、简述影响模具耐磨性的因素？（P98）
答：耐磨性不仅与材料的强度、韧度及硬度有关，还与钢中碳化物的数量、大小及分布有关。一般来说，强度或硬度及韧性越高，碳化物越细小、分布越均匀，材料的耐磨性越好。
十、简述高碳低合金钢的性能及应用？（P124）
答：这类钢一般采用淬火、低温回火，得回火马氏体基体，弥散分布少量碳化物。这种组织强度高，韧性好，有一定耐磨损性能。常用于工作刃口温度不高、要求强韧性好的冷挤、冷镦和冲裁摸具。
十一、简述高速钢基体钢的性能及应用？（P124）
答：高速钢基体钢既保持了高速钢的高抗压强度、红硬性和高耐磨性能，又提高了韧性和抗疲劳性能，实现了强韧性、红硬性和耐磨性较好地统一。这类钢主要用于强韧性和耐磨要求高的场合，如加入难变形材料的模具及大型复杂、受冲击载荷大的模具。
十二、简述高碳中铬耐磨钢的性能及应用？（P124）
答：这类钢一般经淬火及高温回火后，具有较强的二次硬化效应和较高的强韧性和耐磨性。主要用于代替Cr12、Cr12MoV及高碳钢模具的应用领域，有较好的技术经济效益。
十三、简述电镀镀硬铬的性能及模具上的应用？（P185）
答：硬度高，摩擦系数低，耐磨性好，耐蚀性好且镀层光亮，与基体结合力较强，可用作模具和塑料模具的表面防护层，以改善其表面性能。镀层的厚度达0.3&0.5mm，可用于尺寸超差模具的修复。镀硬铬是在模具上应用较多的表面涂镀工艺。
十四、简述电刷镀在制造模具的辅助手段方面的应用？（P187）
答：①应用电刷镀的方法刷镀光滑镀层以降低表面粗糙度值。
&&& ②修复因加工过量所短缺的尺寸，挽救模具废品。
&&& ③利用电刷镀方法还可以在模具上涂写或刻写标记、符号等。
十五、简述Ni-P化学镀应用和性能？（P187）
答：①采用Ni-P化学镀强化模具，既能提高模具表面的硬度和耐磨性。
&&& ②适于冲压模、挤压模、塑料成型模、橡胶成型模。
十六、简述激光淬火后的性能及应用？（P195）
答：①激光淬火能使硬化层内残留有相当大的压应力，从而提高材料表面的疲劳强度。还可以大大提高材料的耐磨性和抗疲劳性能。
&&& ②激光淬火的材料主要有灰铸铁、球墨铸铁、碳钢、合金钢和马氏体不锈钢等。
十七、简述激光非晶化的优点？（P195）
答：利用次加工方法，可在工件表面上形成厚度为1&10&m的玻璃态非晶化组织，这种非晶化组织具有高强度、高韧性和高的耐磨性。
十八、简述激光冲击硬化的特点？（P195）
答：①激光冲击硬化不仅可以大大提高材料的强度和硬度。
&&& ②能有效地提高抗疲劳性能。
&&& ③由于冲击波持续的时间短，因而产生的变形很小。
一、说明3种失效形式的交互作用？（P28）
答：①磨损沟痕可成为裂纹的发源地。当由磨损形成的裂纹在有利其向纵深发展的应力作用下，就会造成断裂。
&&& ②模具局部磨损后，会带来承载能力的下降以及易受偏载，造成另一部位承受过大的应力而产生塑性变形。
③局部塑性变形后，改变了模具零件&&促进断裂失效。
二、如何确定模具材料磨粒磨损的抗力指标？（P56、57）
三、减轻粘着磨损的主要措施（P99）
四、说明提高疲劳磨损抗力的措施（P99）
五、说明提高耐热疲劳抗力的措施（P100）
六、说明新型模具钢的种类和应用（P129）
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