《機械工程材料》課件.ppt

《《機械工程材料》課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《機械工程材料》課件.ppt（49頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第3章 機械工程材料,3.1金屬材料的性能 使用性能：金屬材料在使用條件下所表現出來的性能。 金屬材料的性能 工藝性能：金屬材料從冶煉到成品的生產過程中，在各種加工條件下表現出來 的性能。 使用性能 1.物理性能 化學性能 力學性能 鑄造性 焊接性 2. 工藝性能 鍛壓性 切削加工性 熱處理性,第3章 機械工程材料,3.1金屬材料的性能 3.1.1 金屬材料的物理性能 金屬的物理性能是金屬固有的屬性，它包括密度、熔點、導熱性、導電性、熱膨脹性和 磁性等。 3.1.2 金屬材料的化學性能 金屬的化學性能是指金屬在化學作用下所表現的性能。它包括耐腐蝕性、抗氧化性和化 學穩(wěn)定性等。 1.耐腐蝕性 金

2、屬材料在常溫下抵抗氧化、水蒸氣及其他化學介質腐蝕破壞作用的能力。 2.抗氧化性 金屬材料抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。 3.化學穩(wěn)定性 化學穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。,第3章 機械工程材料,3.1金屬材料的性能 3.1.3 金屬材料的力學性能 1.力學性能:金屬材料在外力作用下所表現出來的性能稱為力學性能。 2.載荷：金屬材料在使用及加工中所受外力稱為載荷。 3.載荷分類：根據載荷作用性質的不同，可以分為靜載荷、沖擊載荷及疲勞載荷等三種。 4.力學性能指標：強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。 強度 強度是金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強度。常用的強

3、度有： 抗拉強度（b）和屈服點（s）?？估瓘姸群颓c可以通過拉伸試驗測定。 塑性 金屬材料在靜載荷作用下，產生永久變形而不破壞的能力稱為塑性。常用的塑性指標： 延伸率（）和斷面收縮率（）。 硬度 金屬材料抵抗局部變形（特別是塑性變形）、壓痕或劃痕的能力稱為硬度。,第3章 機械工程材料,3.1金屬材料的性能 3.1.3 金屬材料的力學性能 硬度是衡量金屬材料軟硬的一個重要指標。常用測量硬度的試驗方法有壓入硬度試驗法。 常用的硬度指標有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）。 韌性 金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為韌性。常用一次擺錘沖擊彎曲試驗測定金屬材料的韌性。沖斷試樣

4、時，在試樣橫截面的單位面積所消耗的功稱為沖擊韌性。常用 k表示，單位為J/cm2。多次小能量沖擊的，其沖 擊抗力主要取決于材料的強度和韌性。 疲勞強度 金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應力稱為疲勞強度或疲勞極限。一般情況下，鋼鐵材料用107次，對非鐵金屬用108次所能承受的最大應力表示疲勞強度，對稱循環(huán)強度用-1表示。由于疲勞斷裂是突然發(fā)生的，具有很大的危險性。因此要改善零件的結構形狀。,第3章 機械工程材料,3.1金屬材料的性能 3.1.3 金屬材料的力學性能 表3.1 常用金屬材料的力學性能指標,第3章 機械工程材料,3.1金屬材料的性能 3.1.4 金屬材料的工藝性能 金屬

5、材料的工藝性能:是指在各種加工條件下表現出來的適應能力。 1.鑄造性能 金屬及合金成型獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能。灰鑄鐵比鑄鋼的鑄造性好。 2.鍛壓性能 金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度稱為鍛壓性能。一般情況下，低碳鋼的鍛壓性最 好，中碳鋼次之，高碳鋼較差。 3.焊接性能 金屬材料在一定焊接條件下，是否易于獲得優(yōu)良焊接接頭的能力稱為焊接性能。 一般情況下，低碳鋼具有良好的焊接性，高碳鋼、鑄鐵的焊接性較差。 4.切削加工性能 金屬材料切削加工的難易程度稱為切削加工性能。鑄鐵比鋼切削加工性能好，碳鋼比合金鋼 切削性能好。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.1 碳素鋼 碳

6、素鋼：含碳質量分數小于2.11%而不含有特意加入合金元素的鋼，稱為碳素鋼。 1.碳素鋼的分類 （1）按鋼的含碳質量分數分類 低碳鋼 含碳質量分數Wc0.25% 中碳鋼 含碳質量分數Wc=0.250.60% 高碳鋼 含碳質量分數Wc0.6% （2）按鋼的質量分類 根據鋼中含有害元素磷、硫質量分數劃分。 普通碳素鋼 Ws0.035%，Wp0.035% 優(yōu)質鋼 Ws0.030%，Wp0.030% 高級優(yōu)質鋼 Ws0.020%，Wp0.025%,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.1 碳素鋼 碳素鋼：含碳質量分數小于2.11%而不含有特意加入合金元素的鋼，稱為碳素鋼。 1.碳素鋼的分類

7、 （3）按用途分類 碳素結構鋼：用于制造各種機械零件和工程結構件。這類鋼一般屬于低碳、中碳鋼。 碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具和模具。這類鋼一般屬于高碳鋼。 （4）按脫氧方法分類 沸騰鋼：不完全脫氧。 鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧。 半鎮(zhèn)靜鋼：介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。 在實際使用中，鋼廠在給鋼的產品命名時，往往將成分、質量和用途三種分類方法結合起 來，如將鋼稱為優(yōu)質碳素結構鋼、高級優(yōu)質碳素工具鋼等。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.1 碳素鋼 2.碳素鋼 （1）碳素結構鋼 根據質量可分為普通碳素結構鋼和優(yōu)質碳素結構鋼。 普通碳素結構鋼 牌號：普通碳素結構鋼的牌號由 “Q”（表示屈服

8、點的漢語拼音字首）、一組數據（表示屈服 強度，單位MPa）、質量等級符號（質量分A、B、C、D四個等級）和脫氧方法符號（F沸 騰鋼、b半鎮(zhèn)靜鋼、Z鎮(zhèn)靜鋼、TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼，通常Z、TZ可省略）四個部分按順序組 成。例如Q235AF表示脫氧方法為沸騰鋼、質量等級為A級、屈服強度為235MPa的普通碳 素結構鋼。 用途：碳素結構鋼Q195、Q215、Q235塑性好、焊接性好、強度較低，主要用于工程結構和 制造受力不大的機器零件 ；Q255、Q275的強度較高，可用于制作受力中等的普通零件。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.1 碳素鋼 2.碳素鋼 （1）碳素結構鋼 優(yōu)質碳素結構鋼

9、牌號：優(yōu)質碳素結構鋼的牌號用兩位數字表示，這兩位數字代表鋼的平均含碳質量分數的萬 之一。例如45表示平均含碳質量分數為0.45%的優(yōu)質碳素結構鋼。 按照鋼中錳的含量不同，可分為普通含錳量鋼（WMn0.80%）和較高含錳量鋼（WMn =0.7%1.2%）兩種，如果是后一種鋼，則在兩位數字后面加上Mn，如45Mn表示平均含碳 量分數為0.45%的較高錳優(yōu)質碳素結構鋼。 用途：優(yōu)質碳素結構鋼既保證力學性能又保證化學成分，而且鋼中的有害雜質硫、磷質量分 數較低，質量較高，故廣泛用于制造較重要的零件。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.1 碳素鋼 3.碳素工具鋼 由于碳素結構鋼要求高硬

10、度和高耐磨性，故工具鋼含碳質量分數都在0.7%以上，都是優(yōu) 質鋼和高級優(yōu)質鋼。 牌號：以漢語拼音字母“T”后面加阿拉伯數字表示，其數字表示鋼中平均含碳質量分數的 千分之幾。 例如T8表示含碳質量分數為0.80%的碳素工具鋼。若為高級優(yōu)質碳素工具鋼，則在牌號后 面標以字母A，如T12A表示平均含碳質量分數為1.20%的高級優(yōu)質碳素工具鋼 。 用途：主要用于制造刃具、模具、量具以及其他工具,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.2 合金鋼 合金鋼：為了改善鋼的性能，特意加入其他合金元素的鋼。常用的合金元素有硅、錳、鉻、 鎳、鎢、釩、鈷、鉛、鈦和稀土金屬等。 1.合金鋼的分類 （1）按

11、用途分 合金結構鋼：主要用于制造重要的機器零件和工程結構件。 合金工具鋼：只要用于制造重要的刃具、量具和模具。 特殊性能鋼：具有某種特殊物理、化學性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。 （2）按所含合金元素總含量分 低合金鋼 合金元素總含量5% 中合金鋼 合金元素總含量510% 高合金鋼 合金元素總含量10%,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.2 合金鋼 2.合金結構鋼 合金結構鋼按用途可分為：低合金結構鋼和機械制造用鋼兩大類。 （1）合金結構鋼牌號表示方法： 合金結構鋼的牌號采用兩位數字（表示平均含碳質量分數萬分之幾）+元素符號（表示鋼中 含有主要合金元素）+數字（表示合金

12、元素含量，凡合金元素含量1.5%時不標出；如果平 均含量為1.52.5%時，則標為2；如果平均含量為2.53.5%時標為3；以此類推）。 （2）低合金結構鋼 低合金結構鋼雖然是一種低碳、低合金的鋼，但具有高的屈服強度和良好的塑性和韌性，具 有良好的焊接性和一定的耐蝕性，因此廣泛用于橋梁、船舶、車輛等領域。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.2 合金鋼 （3）機械制造用鋼 合金滲碳鋼：指用于制造滲碳零件的鋼。 合金滲碳鋼的含碳質量分數WC=0.100.25%，加入合金元素主要有鉻（WCr2%）、鎳 （WNi4%）、錳（WMn2%）等，經過滲碳后，再進行淬火+低溫回火，從而達到表

13、面 高硬度、高耐磨性和心部高強度并有足夠韌性。20CrMnTi是應用最廣泛的合金滲碳鋼。 合金調質鋼 合金調質鋼：一般指經過調質處理（淬火+高溫回火）后使用的合金結構鋼，合金調質鋼的 基本性能是具有良好的綜合力學性能。合金調質鋼的含碳質量分數一般在0.250.50%之間， 主加合金元素有鉻、鎳、錳、硅等，以增加淬透性，同時還能起固溶強化作用。 用途：用于制造重載作用下同時承受沖擊載荷作用的一些重要零件。一般的熱處理方法是淬 火后高溫回火，如果除要求材料具有良好的綜合力學性能外還要求表面層有良好的耐磨性， 對調質處理零件還要進行表面淬火及低溫回火處理。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料

14、 3.2.2 合金鋼 （3）機械制造用鋼 合金彈簧鋼 定義：合金彈簧鋼是用于制造各種彈簧的專用合金結構鋼。 基本性能：是具有高的彈簧極限、高疲勞強度，足夠的塑性和韌性，良好的表面質量。 合金彈簧鋼的含碳質量分數一般在0. 5%0.7%之間。 用途：合金彈簧鋼主要適用于各種機構和儀表、彈性元件。 熱處理方法：淬火后進行中溫回火處理。 滾動軸承鋼 定義：滾動軸承鋼是制造各種滾動軸承的滾動體和內外套圈的專用鋼。 基本性能：是具有高的接觸疲勞強度、高硬度和高耐磨性，高的彈性極限和一定的沖擊韌 性，并有一定的抗蝕性。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.2 合金鋼 （3）機械制造用鋼 滾

15、動軸承鋼 用途：常用于制造刃具、冷沖模具、量具以及性能要求與滾動軸承相似的零件。 熱處理方法：球化退火、淬火和低溫回火。 牌號：為表示鋼的用途在鋼號前冠以漢語拼音，而不標出含碳質量分數，鉻的含量用千分之 幾表示，其余元素含量仍與其他合金結構鋼表示方法相同。如GCr15表示為含鉻質量分數為 1.5%的滾動軸承鋼。GCr15SiMn表示含鉻質量分數為1.5%，含硅、錳質量分數均小于 1.5%的 滾動軸承鋼。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.2 合金鋼 3.合金工具鋼 定義：合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎上，為改善性能，再加入適量的合金元素的鋼。 基本性能：比碳素工具鋼具有更高硬

16、度、耐磨性、更好的淬透性、紅硬性和回火穩(wěn)定性等。 用途：可以制造截面大、形狀復雜、性能要求高的工具。 分類：合金工具鋼按用途可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。 （1）合金工具鋼的牌號 一位數字（表示平均含碳質量分數的千分數）+元素符號（表示鋼中含有主要合金元素）+ 數字（表示合金元素含量，表示方法與合金結構鋼相同）。 如9SiCr表示其中平均含碳質量分數為0.9%，Si、Cr的質量分數都小于1.5%的合金工具鋼,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.2 合金鋼 3.合金工具鋼 (2)刃具鋼 低合金刃具鋼 定義：低合金刃具鋼是在碳素鋼的基礎上加入少量合金元素（一般為3%5%）形成的鋼。

17、 基本性能：硬度、耐磨性、強度和淬透性都比碳素工具鋼好。 用途：主要適宜于制造形狀復雜、尺寸較大、切削用量較大的刀具，如車刀、刨刀、鉆 頭、鉸刀等。 常用熱處理的方法：球化退火、淬火加低溫回火。 高速鋼 定義：高速鋼是一種紅硬性、耐磨性較高的高合金工具鋼。 基本性能：紅硬性高達6000C，有高的強度、硬度、耐磨性和淬透性。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.2 合金鋼 3.合金工具鋼 (2)刃具鋼 高速鋼 用途：主要適宜于制造切削速度較高的刃具（如車刀、鉆頭等）和形狀復雜、負載較重的 成形刀具（如銑刀、拉刀等）。此外高速鋼還可用于制造冷沖模、冷擠壓模以及某些耐磨 零件。常用的

18、高速鋼有鎢系高速鋼，如W18Cr4V；鉬系高速鋼，如W6Mo5Cr4V2等。 (3)模具鋼 定義：主要用來制造各種模具的鋼稱為模具鋼。 冷變形模具鋼 用于制造冷態(tài)金屬成形的鋼稱為冷變形模具鋼。如冷沖模、冷壓模等。冷變形模具鋼的性 能特點是高的硬度和高耐磨性，具有足夠的強度、韌性和疲勞強度。 常用的冷變形模具鋼有9SiCr、Cr12和Cr12MoV等。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.2 合金鋼 3.合金工具鋼 熱變形模具鋼 用于制造使金屬在高溫下成形的模具。如熱鍛模、壓鑄模等。性能特點是在高溫下能保持 足夠的強度、韌性和耐磨性，以及較高的抗熱疲勞性和導熱性。 其最終熱處理一

19、般為淬火后中溫或高溫回火。 目前常采用5CrMnMo和5CrNiMo制作熱鍛模，采用了3Cr2W8制作熱擠壓模等。 （4）合金量具鋼 定義：合金量具鋼是用于制造測量工具（如游標卡尺、千分尺、塞規(guī)、量規(guī)等）的鋼。 主要性能：高硬度、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性和足夠的韌性。 一般采用微變形鋼制造精度要求較高的量具，如CrWMn、CrMn、GCr15等。一般的量具 可以用碳素工具鋼、合金工具鋼和滾珠軸承鋼來制造。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.2 合金鋼 4.特殊性能鋼 定義：特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學性能的鋼。 （1）不銹耐酸鋼 不銹耐酸鋼是指在腐蝕介質中具有高的抗腐蝕能

20、力的鋼，又稱為不銹鋼。常用的不銹鋼主 要有鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼。 鉻不銹鋼 用途：鉻不銹鋼主要用于制造在海水、蒸氣、酸性環(huán)境下工作的零件。 常見牌號：1Cr13、2Cr13、3Cr13和4Cr13，常稱為Cr13型不銹鋼。 常用的熱處理方法：淬火+低溫回火。 用途：1Cr13、2Cr13適于制造汽輪機葉片、水壓機閥等。3Cr13、4Cr13適于制造彈簧、醫(yī) 療器械及在弱腐蝕條件下工作而要求高強度的耐蝕零件。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.2 合金鋼 4.特殊性能鋼 鉻鎳不銹鋼 定義：鉻鎳不銹鋼主要用于制造在強腐蝕介質（硝酸、磷酸、有機酸及堿水溶液等）中工 作的設備。 常見

21、的牌：0Cr18Ni9 、1Cr18Ni9。 用途：適于制造吸收塔、貯槽、管道及容器等。 （2）耐熱鋼 鋼的耐熱性是高溫抗氧化性和高溫強度的總稱。耐熱鋼通常分為抗氧化鋼和熱強鋼?？寡?化鋼主要用于如加熱爐底板、滲碳箱等的零件，常用牌號有4Cr9Si2、1Cr13SiAl。熱強鋼 主要適用于高溫強度的汽油機、柴油機的排氣閥、汽輪機葉片、轉子等。常見牌號有 15CrMo、4Cr14Ni4WMo。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.2 合金鋼 4.特殊性能鋼 （3）耐磨鋼 定義：耐磨鋼是指在強烈沖擊載荷下發(fā)生沖擊硬化，從而獲得很高的耐磨性的高錳鋼。 牌號：這種鋼基本上都是鑄造成型的

22、。因而鋼號寫成ZGMn13即鑄造高錳鋼。 用途：主要用于制造鐵路道岔、坦克覆帶、挖土機鏟齒等。 3.2.3 鑄鐵 定義：鑄鐵是含碳質量分數大于2.11%的鐵碳合金。 分類：根據碳在鑄鐵中的存在形式和形態(tài)不同，鑄鐵可分為：白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄 鐵、蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵。 1.灰鑄鐵 定義：灰鑄鐵中的碳主要以片狀石墨的形式存在，斷口呈暗灰色，故稱灰鑄鐵。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.3 鑄鐵 1.灰鑄鐵 牌號：以“HT加數字組成”表示，其中“HT”是“灰”與“鐵”的漢語拼音字首表示灰口鑄鐵，數 字表示其最低的抗拉強度。如HT100表示最低抗拉強度為100MPa的灰鑄鐵。熱

23、處理可以改 變灰鑄鐵的基體組織，但不能改變其石墨形態(tài)和分布，因而對提高灰鑄鐵的力學性能作用 不大。 2.可鍛鑄鐵 鑄鐵中石墨呈緊密的團絮狀，它是用白口鑄鐵經長期退火后獲得的。由于石墨呈團絮狀， 大大減輕了對基體的割裂作用。因此這種鑄鐵強度較高，韌性好。并由此得名“可鍛”，但 實際上并不可鍛。 分類：可鍛鑄鐵有黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵。 牌號：由“KTH”、“KTZ”及后面的兩組數字組成。其中“KT”是“可鐵”二字的漢語拼音字 首，“H”表示黑心，“Z”表示以珠光體為基體。其后兩組數字分別表示最低抗拉強度b和 最低延伸率。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.3 鑄鐵 3.球

24、墨鑄鐵 球墨鑄鐵在澆注之前，往鐵水中加入一定量的球化劑（稀土鎂合金等）和孕育劑（硅鐵或 硅鈣合金），使鑄鐵中的石墨呈球狀析出的鑄鐵。 性能：球墨鑄鐵的力學性能比灰鑄鐵和可鍛鑄鐵都高，其抗拉強度、塑性、韌性與相應基 體組織的鑄鋼相近，而成本接近于灰鑄鐵，并保留了灰鑄鐵的優(yōu)良性能。 用途：球墨鑄鐵一出現就得到了廣泛的使用。如柴油機曲軸、減速箱齒輪以及軋鋼機軋輥 等。 牌號：由“QT”及后面的兩組數字組成。“QT”表示“球鐵”兩字的漢語拼音字首，后面的兩 組數字分別表示最低抗拉強度b和最低延伸率。 熱處理：球墨鑄鐵可以采用不同的熱處理工藝，改變其基體組織，從而改變球墨鑄鐵的力 學性能。經退火處理，提

25、高球墨鑄鐵的塑性和韌性，改善切削加工性能，消除內應力；經 正火處理，提高球墨鑄鐵的強度和耐磨性；經調質處理，獲得較好的綜合力學性能；經高 溫淬火，球墨鑄鐵獲得高強度、高硬度，又有高韌性的較高綜合性能。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.4 有色金屬及合金 1.鋁及鋁合金 （1）純鋁 純鋁是銀白色金屬，主要的性能特點是密度小，導電性和導熱性高，抗大氣腐蝕性能好， 塑性好，無鐵磁性。因此適宜制作要求導電的電線、電纜，以及具有導熱和耐大氣腐蝕而 對強度要求不高的某些制品。 牌號：純鋁代號用1 系列表示 。牌號的最后兩位數字表示最低鋁的百分含量，牌號 第二位的字母表示原始純鋁的改型情

26、況：A為原始純鋁，BY為其改型。例如1A35表示 =99.35%的純鋁。 工業(yè)高純鋁純度可達=99.00% =99.80%，這類鋁主要用于制成管、棒、線等型材以及配 制鋁合金的原料。 （2）鋁合金 鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.4 有色金屬及合金 （2）鋁合金 變形鋁合金 分類：按其主要性能和用途分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金。 牌號：用2 8 系列表示。牌號第一位數字表示鋁合金的組別見表3.12。牌 號的最后兩位數用來區(qū)分同一組中不同的鋁合金。第二位字母表示原始鋁合金的改型情況： A為原始鋁合金，其他為原始鋁合金的改型

27、合金。 鑄造鋁合金 分類：根據化學成分不同可分為鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系和鋁鋅系等合金。 性能：鑄造鋁合金具有優(yōu)良的鑄造性能和抗蝕性。 用途：常用于制造輕質、耐蝕、形狀復雜的零件，如活塞儀表外殼、發(fā)動機缸體等。 牌號：以“Z”（“鑄”字的漢語拼音第一個字母）為首，后加鋁的元素符號，再加主要添加 元素符號及其百分含量來表示。例如ZAlSi9Mg表示=9%，=1%，其余為鋁的鑄造鋁合金。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.4 有色金屬及合金 2.銅及銅合金 （1）工業(yè)純銅 工業(yè)純銅呈玫瑰紅色，表面氧化膜是紫色，故稱紫銅。其純度為99.599.95%。主要用于 制作導電材料及配制銅合

28、金的原料。 牌號：工業(yè)純銅用“T”和數字表示?！癟”表示“銅”字母漢語拼音字首，數字表示順序號。 順序號越大，雜質含量越高。常見牌號有T1、T2、T3和T4。 （2）銅合金 黃銅 黃銅是以鋅為主加元素的銅合金。 a.普通黃銅： 普通黃銅是銅和鋅的合金。 牌號：用“黃”字漢語拼音字母的字首“H”加數字表示。數字表示平均含銅質量分數的百分 數。如H70表示平均含銅質量分數為70%，含鋅量為30%的普通黃銅。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.4 有色金屬及合金 常用的牌號用途：H80，顏色是美麗的黃金色，又稱金黃銅，可作裝飾品；H70又稱三七 黃銅，它具有較好的塑性和冷成型性，用

29、于制造彈殼、散熱器等，故又稱為彈殼黃銅； H62又稱四六黃銅，是普通黃銅中強度最高的一種，主要用于制造彈簧、墊圈、金屬網等。 b.特殊黃銅： 在普通黃銅中再加入其它合金元素所組成的銅合金，稱為特殊黃銅。常加 入的元素有鉛、錫、鋁、錳、硅等，相應地可稱這些特殊黃銅為鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅、 錳黃銅和硅黃銅。加入合金元素提高了黃銅的強度、耐蝕性和改善工藝性。 牌號：由“H”與主加合金元素符號、銅含量百分數、合金元素含量百分數組成。如 HPb591表示含銅質量分數為59%，含鉛質量分數為1%，其余為鋅的鉛黃銅。 常用的牌號用途：鉛黃銅（HPb591）主要用于制造大型軸套、墊圈等；錳黃銅 （HMn58

30、2）主要用于制造在腐蝕條件下工作的零件，如氣閥、滑閥等。 青銅 青銅是指除黃銅和白銅以外，其余的銅合金的統(tǒng)稱。按其化學成分可分為錫青銅和無錫青銅。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.4 有色金屬及合金 青銅的牌號：由“Q”，主加元素符號及其含量百分數，其他元素的含量百分數組成。如 QSn43表示含錫質量分數為4%，其他元素為3%，其余為銅的錫青銅。 3.軸承合金 定義：在滑動軸承中，制造軸瓦或內襯的合金稱為軸承合金。 牌號：由“Z”（“鑄”字漢語拼音字首）?；w金屬元素，主要金屬元素符號和各主要合金 元素平均的百分數組成。 分類：常用的軸承合金有錫基、鉛基、鋁基軸承合金。 3

31、.2.5 硬質合金 定義：硬質合金是指以一種或幾種難溶碳化物（如碳化鎢、碳化鈦等）的粉末為主要成 分，加入起粘結作用的金屬鈷粉末，用粉末冶金方法制作的材料。 性能特點：硬度高、紅硬性好、耐磨性好。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.5 硬質合金 分類：常用硬質合金按成分和性能特點分為鎢鈷類硬質合金，鎢鈦鈷類硬質合金，鈷鈦鉭 （鈮）類硬質合金。 1.鎢鈷類硬質合金 主要成分：碳化鎢（WC）和粘接劑（Co）。 牌號：“YG”（“硬、鈷”兩字漢語拼音字首）和平均含鈷量的百分數組成。例如，YG8表示 平均WCo=8%，其余為碳化鎢的鎢鈷類硬質合金。 用途：YG類合金適合于加工脆性材料

32、。 2.鎢鈦鈷類硬質合金 主要成分：碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）和鈷（Co）。 牌號：“YT”（“硬、鈦”兩字漢語拼音字首）和碳化鈦平均含量的百分數。例如YT15表示 平均WTiC=15%，其余為碳化鎢和鈷含量的鎢鈦鈷類硬質合金。,第3章 機械工程材料,3.2 常用金屬材料 3.2.5 硬質合金 2.鎢鈦鈷類硬質合金 用途：YT類合金適合于加工塑性材料。同一類硬質合金中，含鈷量較高的適宜制造粗加 工刃具；含鈷量低的適宜制造精加工刃具。 3.鎢鈦鉭（鈮）類硬質合金 主要成分：碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（或碳化鈮）及鈷。 牌號：由“YW”（“硬、萬”兩字漢語拼音字首）加順序號組成。如YW1。 用途

33、：它適用于切削各種鋼材，特別對于切削不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等難加工的鋼材， 效果較好。它也可以代替YG類硬質合金加工鑄鐵等脆性材料。,第3章 機械工程材料,3.3 鋼熱處理 定義：熱處理是采用適當的方式對金屬材料或工件進行加熱、保溫和冷卻以獲得預期的組 織結構與性能的工藝。 熱處理工藝的分類：根據加熱和冷卻方法不同，工業(yè)生產中常用的熱處理工藝大致可分為： 普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）、表面熱處理（表面淬火、化學熱處理）。 3.3.1 退火與正火 1.鋼的退火 定義：退火是將工件加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。 目的： （1）降低硬度，提高塑性，改善切削加工和壓力

34、加工性能； （2）細化晶粒，改善內部組織和性能； （3）為以后的熱處理作準備。 分類：成分和退火目的的不同，退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火、 去應力退火等。,第3章 機械工程材料,3.3 鋼的熱處理 2.鋼的正火 定義：正火是將工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。 目的：正火目的與退火目的基本相同。正火的應用與退火一樣，一般作為預備熱處理。對 合金調質鋼，正火獲得均勻而細密的組織，為調質處理做好了組織準備；對共析鋼，正火 可消除網狀滲碳體，為球化退火做好組織準備；對低碳鋼或低碳合金鋼，正火可細化晶 粒，提高硬度，改善切削加工性；對性能要求不高的零件，以及一些大型或形

35、狀復雜的零 件，淬火容易開裂，也用正火作為最終熱處理。 3.3.2 鋼的淬火 定義：淬火是將工件加熱奧氏體化后以適當方式冷卻獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工 藝。 目的：得到馬氏體或貝氏體組織，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。 淬火常見的冷卻介質有：水、鹽水和礦物油。 常用的淬火方法有：單介質淬火、雙介質淬火、分級淬火、等溫淬火。 淬火與回火配合，能大大提高鋼的力學性能，所以淬火是強化鋼材的重要熱處理工藝。,第3章 機械工程材料,3.3 鋼的熱處理 淬硬性：是指鋼經淬火后能達到的最高硬度。主要取決于鋼中的碳含量，碳含量越高，獲 得的硬度越高。 淬透性：是指鋼經淬火獲得淬硬層深度的能力，淬透性越好，

36、淬硬層越厚。淬透性主要取 決于鋼的化學成分和淬火冷卻方式。 注意：一般合金鋼淬透性高于碳素鋼，而含碳質量分數相同的碳素鋼與合金鋼淬硬性基本 相同。 3.3.3 鋼的回火 定義：回火是將淬火鋼重新加熱到低于7270C的某一溫度，保溫一定時間，然后空冷到室 溫的熱處理工藝。 回火的目的是： （1）消除殘余應力，防止變形和開裂。 （2）調整工件硬度、強度、塑性和韌性，達到使用性能要求。 （3）穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度。 （4）改善和提高加工性能。,第3章 機械工程材料,3.3 鋼的熱處理 3.3.3 鋼的回火 分類：按回火溫度范圍，回火可分為：低溫回火、中溫回火和高溫回火。 常用回火方法特點及應用見

37、下表 ：,第3章 機械工程材料,3.3 鋼的熱處理 3.3.4 鋼的表面熱處理 表面熱處理分類：分為表面淬火與表面化學熱處理兩大類。 1.表面淬火 表面淬火是僅對工件表面層進行的淬火。其目的是使工件表面具有高硬度、耐磨性而心部 具有足夠的強度和韌性。一般包括感應淬火和火焰淬火等。 （1）感應淬火 感應淬火是利用感應電流通過工件所產生的熱效應，使工件表面受到局部加熱，并進行快 速冷卻的淬火工藝。感應電流透入工件表層的深度主要取決于電流頻率的高低。頻率越 高，淬硬層深度越淺。適用于大批量生產。 （2）火焰淬火 火焰淬火是利用氧氣一乙炔火焰使工件表層加熱并快速冷卻的淬火工藝。其淬硬層深度一 般為26

38、mm，這種方法加熱溫度及淬硬層深度不易控制，淬火質量不穩(wěn)定，但不需要特殊 設備，故適用于單件或小批量的中碳鋼、中碳合金鋼制造的大型工件。,第3章 機械工程材料,3.3 鋼的熱處理 3.3.4 鋼的表面熱處理 2.鋼的化學熱處理 化學熱處理是將工件置于適當的活性介質中加熱、保溫、冷卻，使一種或幾種元素滲入鋼 件表層，以改變鋼件表面層的化學成分、組織和性能的熱處理工藝。 化學熱處理的種類很多，根據滲入元素的不同，化學熱處理分為滲碳、滲氮、碳氮共滲等。 (1)滲碳 滲碳是把低碳鋼工件放在滲碳介質中，加熱到一定溫度，保溫足夠長的時間，使表面層的 碳濃度升高的一種熱處理工藝。根據滲碳介質不同可分為：固體

39、滲碳、液體滲碳和氣體滲 碳，其中氣體滲碳應用最廣。 工件滲碳后必須淬火和低溫回火，使表層獲得高硬度和耐磨性；心部仍保持高塑性和韌性。 滲碳主要用于承受較大沖擊載荷和在嚴重磨損條件下工作的零件，如齒輪、活塞銷、軸類 零件等。 (2)滲氮（氮化） 滲氮是在一定溫度下于一定介質中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。,第3章 機械工程材料,3.3 鋼的熱處理 3.3.5 典型零件熱處理分析 1.熱處理的技術條件的標注 熱處理技術條件,其內容包括預先熱處理和最終熱處理方法及應達到的力學性能要求等， 作為熱處理生產及檢驗時的依據。 2.熱處理工序位置安排 按熱處理的工序位置不同，分為預先熱處理和最終熱處

40、理。其工序位置安排如下： （1）預先熱處理 預先熱處理包括：退火、回火、調質等。一般安排在毛坯生產之后，切削加工之前，或粗 加工之后，半精加工之前。 退火、正火件加工路線為：毛坯生產退火（或正火）切削加工 調質件加工路線一般為：下料鍛造正火（或退火）粗加工（留余量）調 質處理半精加工（或精加工）。,第3章 機械工程材料,3.3 鋼的熱處理 3.3.5 典型零件熱處理分析 （2）最終熱處理 最終熱處理包括：淬火、回火、滲碳等。零件經最終熱處理后硬度高，除磨削外不宜進行 切削加工，故工序位置一般安排在半精加工后，磨削加工前。 淬火件工序位置分整體淬火和表面淬火兩種。 a.整體淬火加工路線一般為：

41、下料鍛造退火（或正火）粗加工、半精加工（留磨削余量）淬火、回火 （低、中溫）磨削 b.表面淬火件加工路線一般為： 下料鍛造退火（或正火）粗加工調質半精加工（留磨削余量） 表面淬火、低溫回火磨削,第3章 機械工程材料,3.3 鋼的熱處理 3.3.5 典型零件熱處理分析 滲碳件加工路線一般為： 下料鍛造正火粗加工、半精加工（留防滲余量和鍍銅）滲碳淬火、 低溫回火磨削 【例3.1】已知一汽車變速箱齒輪。經過對齒輪的結構及工作條件的分析，該齒輪選用 20CrMnTi的鍛件毛坯。它的熱處理技術條件如下： 滲碳層深度為0.81.3mm； 齒面硬度為5862HRC，心部硬度為3348HRC； 生產過程中，齒

42、輪加工工藝路線如下： 備料鍛造熱處理1機械加工熱處理2熱處理3噴丸校正花鍵 孔磨齒。 試說出各熱處理工藝的名稱及分別起什么作用？,第3章 機械工程材料,3.4 常用非金屬材料 3.4.1 高分子材料 高分子材料是以高分子化合物（分子量一般在5000以上）為主要組分的材料。常用的高分 子材料有塑料、橡膠、膠粘劑等。 1.塑料 塑料是以樹脂為主要成分，加入填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、著色劑、潤滑劑等制成的。 （1）按應用范圍分為通用塑料和工程塑料。 通用塑料 主要是指產量大、價格低、應用廣的常用塑料。主要有聚乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基 塑料等，主要用于制造日常生活用品、包裝材料和工農業(yè)生產用的一般機

43、械零件。 工程塑料 常指在工程技術中作結構材料。這類塑料具有較高的耐高溫、耐腐蝕、耐輻射等特殊性 能，因而可部分代替金屬，特別是有色金屬來制作某些機械構件或某些特殊用途的構件。 常用的工程塑料有聚酰胺（尼龍）、聚甲醛、ABS、有機玻璃等。,第3章 機械工程材料,3.4 常用非金屬材料 3.4.1 高分子材料 (2)按塑料受熱后所表現的行為分為熱塑性塑料和熱固性塑料。 熱塑性塑料 熱塑性塑料是一類可以反復通過提高溫度使之軟化、降低溫度使之硬化的材料。常用的熱 塑性塑料有尼龍（聚酰胺）、聚乙烯等。 熱固性塑料 這類塑料加熱時軟化，然后固化成型，這一過程不能重復進行。常用的有酚醛塑料、氨基 塑料、環(huán)

44、氧塑料等。 (3)塑料的性能及選用 優(yōu)點：質輕，比強度高，化學穩(wěn)定性好（能耐“王水”的腐蝕）。電絕緣性優(yōu)異。減磨、耐 磨性好。消聲和吸振性好，成型加工性好，且方法簡單，生產效率高。 缺點：強度、剛度低，耐磨性低，易燃燒，易老化，熱導性差，熱膨脹系數大，幾何精度 穩(wěn)定性差。根據這樣特別塑料選用時從使用性能、工藝性能和經濟性能三方面考慮。,第3章 機械工程材料,3.4 常用非金屬材料 3.4.1 高分子材料 2.橡膠 橡膠是以生膠為主要原料，加入適量的硫化劑、軟化劑、填充劑、防老劑等而制成的。 （1）橡膠的分類 按生膠來源不同分為：天然橡膠和合成橡膠；合成橡膠是從石油、天然氣、煤和農副產 品中提煉

45、制得的合成產物。 按應用范圍不同分為：通用橡膠和特種橡膠；特種橡膠是指能在特殊條件下（如高溫、 低溫、酸、堿、油、輻射等）下使用的橡膠。 （2）橡膠的特性 橡膠主要的特性是彈性好，去除外力后迅速恢復原狀。同時絕緣性，耐磨性好，有隔音 性，吸振能力，積儲能量的能力，有一定的耐蝕性和強度。橡膠最大的缺點是易老化。老 化影響橡膠的性能及使用壽命，加入防老化劑可延長和減輕老化過程。,第3章 機械工程材料,3.4 常用非金屬材料 3.4.1 高分子材料 （3）橡膠的用途 工業(yè)上用作輪胎、密封件、減振件、防振件、傳動件、運輸膠帶、管道、電線、電纜和絕 緣材料等。 3.膠粘劑 膠接是借助于某種物質在固體表面

46、產生的粘合力將材料牢固地連接在一起的方法。膠粘劑 是指能夠產生粘合力的物質。 （1）膠粘劑的分類 天然膠粘劑（如松香等） 有機膠粘劑 膠粘劑 合成膠粘劑（工程上應用最廣） 無機膠粘劑,第3章 機械工程材料,3.4 常用非金屬材料 3.4.1 高分子材料 合成膠粘劑是以具有粘性的合成高分子化合物為基料，加入一定量添加劑組成的膠粘劑。 他分為熱塑性樹脂膠粘劑、熱固性樹脂膠粘劑、合成橡膠膠粘劑和混合型膠粘劑。 （2）膠接的特點及用途 膠接與鉚接、焊接、螺紋連接相比，具有連接面應力分布均勻、質量輕、密封性好，可連 接各種材料，接頭平整光滑，工藝簡單等優(yōu)點。但膠接接頭強度較低，使用溫度低，易老 化，使用

47、壽命較低。廣泛應用于船舶、機械、電子儀表、化工、宇航工業(yè)等。 3.4.2 陶瓷材料 陶瓷是以天然硅酸鹽或人工合成無機化合物為原料，用粉末冶金法生產的無機非金屬材料。 陶瓷按原料不同分為普通陶瓷和特種陶瓷；按用途不同分為日用陶瓷和工業(yè)陶瓷。 1.普通陶瓷 普通陶瓷的原料是粘土、長石、石英等天然硅酸鹽礦物，又稱傳統(tǒng)陶瓷或硅酸鹽陶瓷。常 用的有日用陶瓷、建筑陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷等。,第3章 機械工程材料,3.4 常用非金屬材料 2.特種陶瓷 特種陶瓷又稱近代陶瓷。特種陶瓷具有獨特的性能，能滿足工程結構的特種需要。常見的 有氧化鋁陶瓷（剛玉）、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等。 3.4.3 復

48、合材料 復合材料是指由兩種或兩種以上不同性質的材料，經人工組合而成的新型多相材料。 復合材料的組成分為基本材料和增強材料。 1.復合材料的分類 (1)按基體材料不同：非金屬基體和金屬基體。 (2)按增強材料的種類和形狀不同：纖維增強、顆粒增強、層疊、骨架復合材料等。 (3)按性能不同：結構復合材料、功能復合材料。結構復合材料用于制造結構件，功能復合 材料是指具有某些物理功能和效應的復合材料。 2.復合材料的性能 優(yōu)點是比強度、比模量高、高溫性能好、化學穩(wěn)定性好、成型工藝簡單。,3.5 企業(yè)現場參觀、材料選用調查,3.5.1調查目的 1.掌握和了解的機械工程材料分類、牌號、性能、應用范圍及熱處理

49、； 2.熟悉常用機械工程材料的規(guī)格、價格及使用情況； 3.了解選擇和使用工程材料應遵循的基本原則； 4.了解機器中典型機械零件的常用材料； 3.5.2調查方法 1.親自到學校周圍或其他機械制造企業(yè)參觀詢問了解常用機械工程材料的分類、 牌號、規(guī)格、價格及使用情況； 2.去當地鋼材市場觀察了解統(tǒng)計企業(yè)購買使用機械工程材料的情況； 3.上互聯(lián)網或圖書館查閱了解企業(yè)利用機械工程材料的情況。 3.5.3調查任務 1.調查常用鋼鐵材料、有色金屬材料和非金屬材料的分類、牌號、性能及應用。 2.調查機器中各種典型零件（軸套類、箱體機座類、叉架類、輪盤類）所選用的 材料類型。 3.調查鋼板（熱軋鋼板、冷軋鋼板）、鋼管（無縫鋼管、有縫鋼管）、型鋼、鍛 鋼的類型、規(guī)格及其用途。 4.觀察、測量常用工程材料的規(guī)格，了解其價格及使用情況。 5.上互聯(lián)網或圖書館查閱瀏覽有關的機械工程材料手冊或機械工程材料產品樣本。,3.5 企業(yè)現場參觀、材料選用調查,3.5.4調查過程 1.全班分成若干調查小組，分別下達調查任務； 2.利用業(yè)余時間分頭進行調查，收集并整理調查資料； 3.回校召開調查報告會，分析歸納總結調查內容； 4.每人提交一份調查報告。,