第十一章 機械工程常用材料

1、第十一章 機械工程常用材料11-1 常用金屬11-2 常用非金屬材料和復(fù)合材料11-4 機械零件材料及毛坯選擇11-3 鋼的熱處理工藝機械工機械工程材料程材料金金屬屬材材料料非非金金屬屬材材料料黑色金屬黑色金屬鋼鋼有色金屬有色金屬鑄鐵鑄鐵合金鋼合金鋼無機非金屬材料無機非金屬材料有機有機材料材料塑料塑料橡膠橡膠陶瓷陶瓷合成纖維合成纖維鋁合金鋁合金銅合金銅合金其他有色合金其他有色合金 機械工程材料機械工程材料第十一章 機械工程常用材料 使用性能使用性能1.物理性能物理性能 化學(xué)性能化學(xué)性能 力學(xué)性能力學(xué)性能 鑄造性鑄造性 焊接性焊接性2. 工藝性能工藝性能 鍛壓性鍛壓性 切削加工性切削加工性 熱處

2、理性熱處理性金屬材料的性能金屬材料的性能使用性能：金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來的性使用性能：金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來的性能。能。工藝性能：金屬材料從冶煉到成品的工藝性能：金屬材料從冶煉到成品的 生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)過程中，在各種加工條件下表現(xiàn)出來的性能。在各種加工條件下表現(xiàn)出來的性能。第十一章 機械工程常用材料強度強度 強度是金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性強度是金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性 變形或變形或斷裂的能力稱為強度。常用的強度有：斷裂的能力稱為強度。常用的強度有： 抗拉強度（抗拉強度（b）和屈服點（）和屈服點（s）?？估瓘姸群颓c可）?？估瓘姸群颓c可以通過拉伸試驗測定。以

3、通過拉伸試驗測定。塑性塑性 金屬材料在靜載荷作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞金屬材料在靜載荷作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力稱為塑性。常用的塑性指標(biāo)：的能力稱為塑性。常用的塑性指標(biāo)：延伸率（延伸率（）和斷面收縮率（）和斷面收縮率（）。）。硬度硬度 金屬材料抵抗局部變形（特別是塑性變形）、壓痕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?；騽澓鄣哪芰ΨQ為硬度。剛度剛度 材料抵抗彈性變形的能力（材料抵抗彈性變形的能力（E、G）。）。力學(xué)性能指標(biāo)：強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。力學(xué)性能指標(biāo)：強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。第十一章 機械工程常用材料 1、含碳量、含碳量 含

4、碳量越高，強度和硬度越高，但塑性顯著降低。含碳量越高，強度和硬度越高，但塑性顯著降低。 2、雜質(zhì)元素：有益、雜質(zhì)元素：有益Si、Mn，有害，有害S、P 3、合金元素、合金元素 加入某些合金元素，可提高和改善其綜合力學(xué)性能，加入某些合金元素，可提高和改善其綜合力學(xué)性能，并獲得某些特殊的物理和化學(xué)性能。并獲得某些特殊的物理和化學(xué)性能。 4、溫度、溫度 一般，低溫條件下強度有所增加，塑性和沖擊韌性下一般，低溫條件下強度有所增加，塑性和沖擊韌性下降降 ，高溫條件下相反。，高溫條件下相反。 5、熱處理工藝、熱處理工藝影響力學(xué)性能的主要因素影響力學(xué)性能的主要因素第十一章 機械工程常用材料一一 鋼鋼1. 1

5、. 非合金鋼（非合金鋼（碳素鋼碳素鋼）2. 2. 合金鋼合金鋼合金鋼：在碳素鋼的基礎(chǔ)上，有目的的加入一些合金元合金鋼：在碳素鋼的基礎(chǔ)上，有目的的加入一些合金元素素, (, (如鉻如鉻CrCr、釩、釩V V、鎳、鎳NiNi、鎢、鎢W)W)性能顯著提高。性能顯著提高。碳素鋼：含碳量碳素鋼：含碳量2.11%0.6%)0.6%)；1 1 碳素鋼碳素鋼(5)按磷、硫含量分為普通碳素鋼按磷、硫含量分為普通碳素鋼(含磷含磷 硫較高硫較高) 優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼(含磷含磷 硫較低硫較低)和高級優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼(含磷含磷 硫更低硫更低)和特和特級優(yōu)質(zhì)鋼。級優(yōu)質(zhì)鋼。 11-1 常用金屬材料1)有害元素有害元素碳

6、素鋼微量元素碳素鋼微量元素 P有很強的固溶強化作用有很強的固溶強化作用, ,低溫低溫 韌性差韌性差( (冷脆冷脆) )。 S能引起鋼在熱加工時或高溫工作開裂能引起鋼在熱加工時或高溫工作開裂( (熱裂熱裂) )。 Mn脫氧、去硫，提高鋼的強度和硬度。脫氧、去硫，提高鋼的強度和硬度。 Si有很強的固溶強化作用有很強的固溶強化作用,能脫氧，提高鋼的強度、能脫氧，提高鋼的強度、硬度和彈性，降低塑性和韌性。硬度和彈性，降低塑性和韌性。2)有益元素有益元素* * 適當(dāng)增加硫、磷含量，可提高鋼的切削加工性能；適當(dāng)增加硫、磷含量，可提高鋼的切削加工性能；* * 磷可增加鋼在大氣中的耐腐蝕性能磷可增加鋼在大氣中

7、的耐腐蝕性能11-1 常用金屬材料Q 235 A F沸騰鋼沸騰鋼A等級等級235 MPa屈服強度屈服強度2) 普通碳素鋼的編號及用途普通碳素鋼的編號及用途質(zhì)量等級脫氧方法11-1 常用金屬材料特點特點：冶煉容易、工藝性能好、價格低廉，加工成形后一般不再冶煉容易、工藝性能好、價格低廉，加工成形后一般不再進(jìn)行熱處理，通常以板材、帶材及各種型材向企業(yè)供應(yīng)。進(jìn)行熱處理，通常以板材、帶材及各種型材向企業(yè)供應(yīng)。用途用途：Q195、Q215電力行業(yè)中的鐵塔、鍋爐支架、廠房鋼電力行業(yè)中的鐵塔、鍋爐支架、廠房鋼結(jié)構(gòu)、水冷壁管等。結(jié)構(gòu)、水冷壁管等。Q235、Q275拉桿、連桿、軸、齒輪、螺栓、螺母等拉桿、連桿、軸

8、、齒輪、螺栓、螺母等兩位阿拉伯?dāng)?shù)字，表示含碳量兩位阿拉伯?dāng)?shù)字，表示含碳量* * 45 - Wc = 45%45 - Wc = 45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼* * 較高錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼較高錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 45Mn - W45Mn - Wc c = 45% = 45%， W WMnMn = 0.7% = 0.7%1.0%1.0%3) 3) 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的編號及用途優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的編號及用途特點及應(yīng)用：特點及應(yīng)用：低碳鋼（低碳鋼（C0.25%C0.25%）：強度低，塑性、韌性好，易于沖壓加）：強度低，塑性、韌性好，易于沖壓加工。用于螺釘、螺母、焊接件等。工。用于螺釘

9、、螺母、焊接件等。中碳鋼（中碳鋼（0.3%C0.5%0.3%C0.5%）：強度較高，塑性和韌性也較好。）：強度較高，塑性和韌性也較好。用于齒輪、絲虹、連桿和各種軸類零件，工作溫度不太高用于齒輪、絲虹、連桿和各種軸類零件，工作溫度不太高的汽輪機轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器、汽缸緊固件等。的汽輪機轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器、汽缸緊固件等。高碳鋼（高碳鋼（0.3%C0.5%0.3%C0.5%）：較高的強度和良好的彈性，切）：較高的強度和良好的彈性，切削性、淬透性和焊接性較。用于制造強簧和易磨損的零件。削性、淬透性和焊接性較。用于制造強簧和易磨損的零件。11-1 常用金屬材料T 12 A高級優(yōu)質(zhì)高級優(yōu)質(zhì) Wc = 12 碳素工具鋼

10、碳素工具鋼4) 4) 碳素工具鋼碳素工具鋼特點：高硬度和高耐磨性特點：高硬度和高耐磨性用途：刀具、磨具和量具用途：刀具、磨具和量具ZG 200 - 400b 400MPas 200MPa鑄鋼鑄鋼5) 5) 鑄造碳鋼鑄造碳鋼特點：高硬度和高耐磨性特點：高硬度和高耐磨性用途：刀具、磨具和量具用途：刀具、磨具和量具特點：用于制造承受重載，較少受尺寸、形狀和重量特點：用于制造承受重載，較少受尺寸、形狀和重量的限制的大型零件。的限制的大型零件。用途：機架、軸承座、連桿、箱體、曲軸、剛體等用途：機架、軸承座、連桿、箱體、曲軸、剛體等11-1 常用金屬材料2 2 合金鋼合金鋼1) 1) 定義定義 合金鋼是冶

11、煉時人為的在鋼中加入一些合金元素所合金鋼是冶煉時人為的在鋼中加入一些合金元素所形成的鋼，這些元素包括錳、硅、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、形成的鋼，這些元素包括錳、硅、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、稀土元素。鈮、稀土元素。2) 2) 按用途分為按用途分為(1)(1)合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 (2) (2)合金工具鋼合金工具鋼 (3) (3)特殊性能鋼特殊性能鋼3) 3) 合金結(jié)構(gòu)鋼牌號和用途合金結(jié)構(gòu)鋼牌號和用途30CrSiMn2MoVC：0.30%,Mn:2%,Si、Mo、V：1%,Mn:2.11%主要由鐵、碳和硅組成的合金總稱。主要由鐵、碳和硅組成的合金總稱。工業(yè)常用鑄鐵：灰口鑄鐵工業(yè)常用鑄鐵：灰口鑄鐵 球墨鑄

12、鐵球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵11-1 常用金屬材料灰口鑄鐵的力學(xué)性能灰口鑄鐵的力學(xué)性能 石墨雖然降低了灰鑄鐵的力學(xué)性能，但卻使灰鑄鐵獲得石墨雖然降低了灰鑄鐵的力學(xué)性能，但卻使灰鑄鐵獲得了許多鋼所不及的優(yōu)良性能了許多鋼所不及的優(yōu)良性能 優(yōu)良的性能：優(yōu)良的性能： 良好的鑄造性能良好的鑄造性能 良好的減震性良好的減震性 較低的缺口敏感性較低的缺口敏感性 良好的切削加工性良好的切削加工性 良好的減摩性良好的減摩性 良好的抗壓性能良好的抗壓性能11-1 常用金屬材料b類類 別別牌號牌號用用 途途 舉舉 例例鐵素體鐵素體灰鑄鐵灰鑄鐵HTl00HTl00低載荷和不重要零件，如蓋、外罩、手輪、支低載荷和不重要

13、零件，如蓋、外罩、手輪、支架等架等鐵索體鐵索體珠光體珠光體灰鑄鐵灰鑄鐵HT150HT150承受中等應(yīng)力的零件，如底座、床身、工作臺、承受中等應(yīng)力的零件，如底座、床身、工作臺、閥體、管路附件及一般工作條件要求的零件閥體、管路附件及一般工作條件要求的零件珠光體珠光體灰鑄鐵灰鑄鐵HT200HT200承受較大應(yīng)力和較重要的零件，如汽缸體、齒承受較大應(yīng)力和較重要的零件，如汽缸體、齒輪、機座、床身、活塞、齒輪箱、油缸等輪、機座、床身、活塞、齒輪箱、油缸等HT250HT250孕育鑄鐵孕育鑄鐵HT300HT300床身導(dǎo)軌，車床、沖床等受力較大的床身、機床身導(dǎo)軌，車床、沖床等受力較大的床身、機座、主軸箱、卡盤、

14、齒輪等，高壓油缸、泵體、座、主軸箱、卡盤、齒輪等，高壓油缸、泵體、閥體、襯套、凸輪，大型發(fā)動機的曲軸、汽缸閥體、襯套、凸輪，大型發(fā)動機的曲軸、汽缸體、汽缸蓋等體、汽缸蓋等HT350HT350灰口鑄鐵牌號灰口鑄鐵牌號11-1 常用金屬材料1)1)性能特點性能特點2)2)用途：電線、電纜、器皿用途：電線、電纜、器皿1. 1. 鋁及鋁合金鋁及鋁合金密度小密度小; ;導(dǎo)電及導(dǎo)熱導(dǎo)電及導(dǎo)熱 性能好性能好; ;抗大氣腐蝕性好抗大氣腐蝕性好; ;塑性高塑性高; ;強強度低度低; ;無磁性無磁性; ;無打擊火花無打擊火花; ;加工工藝性好等。加工工藝性好等。3)3)純鋁的牌號：按鋁的純度來編制，如純鋁的牌號：

15、按鋁的純度來編制，如10601060表示表示99.6%99.6%鋁合金：變形鋁合金、鑄造鋁合金鋁合金：變形鋁合金、鑄造鋁合金二二 有色金屬及其合金有色金屬及其合金有色金屬的特點：強度較低，特殊的物理化學(xué)性能。有色金屬的特點：強度較低，特殊的物理化學(xué)性能。 鋁、鎂、鈦及其合金鋁、鎂、鈦及其合金 密度密度 銅、鋁及其合金銅、鋁及其合金 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 鎳、鉬及其合能鎳、鉬及其合能 耐熱性耐熱性變形鋁合金：防銹鋁合金、硬鋁合金變形鋁合金：防銹鋁合金、硬鋁合金(2A12)(2A12)、超硬鋁、超硬鋁合金、煅鋁合金合金、煅鋁合金11-1 常用金屬材料1)1)性能特點性能特點2)2)銅的分類銅的分類工業(yè)純銅

16、工業(yè)純銅 T1T1T4T4，含銅量依次下降；，含銅量依次下降；無氧銅無氧銅 TU2TU2密度大，導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能好，抗大氣腐蝕性好，塑性高，密度大，導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能好，抗大氣腐蝕性好，塑性高，強度低，無磁性，無打擊火花，加工工藝性好等。強度低，無磁性，無打擊火花，加工工藝性好等。2、銅及其合金、銅及其合金銅合金：銅合金：1) 1) 黃銅黃銅 、2) 2) 青銅青銅3)3) 黃銅黃銅 黃銅是銅和鋅的合金，黃銅中鋅含量在黃銅是銅和鋅的合金，黃銅中鋅含量在20%40%20%40%左右。左右。 黃銅具有優(yōu)良的機械加工性能和良好的防腐性，可以黃銅具有優(yōu)良的機械加工性能和良好的防腐性，可以鑄造，也可以鍛造。鑄

17、造，也可以鍛造。用途：制造耐蝕和耐磨零件，如彈簧、閥門、管件等。用途：制造耐蝕和耐磨零件，如彈簧、閥門、管件等。牌號：牌號：H65H65、HSn90-1HSn90-111-1 常用金屬材料v金獎黃銅金獎黃銅 - H90- H90v彈殼黃銅彈殼黃銅 -H70 ( H68 )-H70 ( H68 )v日用黃銅日用黃銅 -H62 ( H59 )-H62 ( H59 )法蘭閥法蘭閥閘閥閘閥冷凝器管冷凝器管常用的黃銅常用的黃銅1)定義定義2)牌號牌號青銅青銅在黃銅中加入在黃銅中加入AlAl、FeFe、SiSi、CrCr、NiNi、SnSn、MnMn 等元等元素所形成的合金。素所形成的合金。QSn4-3、

18、ZCuSn5Pb5Zn53 軸承合金軸承合金用來制造軸承的特定材料。用來制造軸承的特定材料。錫銻軸承合金、鉛銻軸承合金、鋁基軸承合金等錫銻軸承合金、鉛銻軸承合金、鋁基軸承合金等11-1 常用金屬材料1 1 塑料塑料1) 塑料的組成塑料的組成 塑料是以合成樹脂為主要成分，加入一些用來改善使塑料是以合成樹脂為主要成分，加入一些用來改善使用性能和工藝性能的添加劑而制成的高分子材料。樹脂的用性能和工藝性能的添加劑而制成的高分子材料。樹脂的種類、性能、數(shù)量決定了塑料的性能，因此，塑料基本上種類、性能、數(shù)量決定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以樹脂的名稱命名的，例如聚氯乙烯塑料的樹脂就是都是以樹脂的名稱

19、命名的，例如聚氯乙烯塑料的樹脂就是聚氯乙烯。工業(yè)中用的樹脂主要是合成樹脂，如聚乙烯、聚氯乙烯。工業(yè)中用的樹脂主要是合成樹脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。聚氯乙烯等。2）常用塑料：）常用塑料： 聚酰胺（聚酰胺（PA、尼龍）、聚甲醛（、尼龍）、聚甲醛（OIN）、）、ABS塑料、塑料、聚碳酸酯（聚碳酸酯（PC）、聚砜（）、聚砜（PSF）、聚四氟乙烯（）、聚四氟乙烯（PTEF）11-2 常用非金屬材料和復(fù)合材料2 2 橡膠橡膠1)1)橡膠的組成與性能橡膠的組成與性能 橡膠是以生膠為主要原料，加入適量配合劑而制成的高分橡膠是以生膠為主要原料，加入適量配合劑而制成的高分子材料。子材料。 橡膠具有彈性大（最高伸長

20、率可達(dá)橡膠具有彈性大（最高伸長率可達(dá)80080010001000，外力，外力去除后能迅速恢復(fù)原狀），吸振能力強，耐磨性、隔聲性、絕去除后能迅速恢復(fù)原狀），吸振能力強，耐磨性、隔聲性、絕緣性好，可積儲能量，有緣性好，可積儲能量，有定的耐蝕性和足夠的強度等有點，定的耐蝕性和足夠的強度等有點，其主要缺點是易老化。其主要缺點是易老化。 天然橡膠天然橡膠 合成橡膠合成橡膠11-2 常用非金屬材料和復(fù)合材料3 3、陶瓷、陶瓷 普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷，其原料是天然的硅酸鹽產(chǎn)物，普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷，其原料是天然的硅酸鹽產(chǎn)物，如粘土、長石、石英等。這類陶瓷又稱硅酸鹽陶瓷，例如粘土、長石、石英等。這類陶瓷又稱硅酸

21、鹽陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷等。如日用陶瓷、建筑陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷等。 特種陶瓷又稱近代陶瓷，其原料是人工合成的金屬特種陶瓷又稱近代陶瓷，其原料是人工合成的金屬氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特種陶氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特種陶瓷具有一些獨特的性能，可滿足工程結(jié)構(gòu)的特殊需要。瓷具有一些獨特的性能，可滿足工程結(jié)構(gòu)的特殊需要。2 2）陶瓷的分類）陶瓷的分類 按原料不同，陶瓷分為普通陶瓷和特種陶瓷；按用途不按原料不同，陶瓷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。同分為日用陶瓷和工業(yè)陶瓷。1 1）陶瓷的定義）陶瓷的定義 用天然或

22、人工合成的粉狀化合，經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制用天然或人工合成的粉狀化合，經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的多相固體材料。成的多相固體材料。11-2 常用非金屬材料和復(fù)合材料4 4、復(fù)合材料、復(fù)合材料1 1）定義：）定義： 由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的物質(zhì)，經(jīng)人工組合而成由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的物質(zhì)，經(jīng)人工組合而成的多相固體材料，稱為復(fù)合材料。的多相固體材料，稱為復(fù)合材料。2 2）復(fù)合材料的分類：）復(fù)合材料的分類： 按基體不同，分為兩類：非金屬基復(fù)合材料和金屬按基體不同，分為兩類：非金屬基復(fù)合材料和金屬 基復(fù)合材料?；鶑?fù)合材料。 按增強相的種類和形狀不同，分為三類：顆粒復(fù)合按增強相的種類和形狀不同，分為三類：

23、顆粒復(fù)合 材料、層疊復(fù)合材料和纖維增強復(fù)合材料。材料、層疊復(fù)合材料和纖維增強復(fù)合材料。 按性能，分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、功能復(fù)合材料等。按性能，分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、功能復(fù)合材料等。11-2 常用非金屬材料和復(fù)合材料3 3）復(fù)合材料的性能）復(fù)合材料的性能 比強度和比模量高：例如碳纖維和環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合比強度和比模量高：例如碳纖維和環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合材料，其比強度是鋼的材料，其比強度是鋼的8 8倍，比模量倍，比模量( (彈性模量與密度之比彈性模量與密度之比) )比鋼大比鋼大3 3倍。倍。 減振性能好：纖維與基體界面有吸振能力減振性能好：纖維與基體界面有吸振能力, ,可減小振動?？蓽p小振動。例如例如, ,

24、尺寸形狀相同的梁尺寸形狀相同的梁, ,金屬梁金屬梁9s9s停止振動停止振動, ,碳纖維復(fù)合材碳纖維復(fù)合材料制成的梁料制成的梁2.5s2.5s就可停止振動。就可停止振動。 高溫性能好高溫性能好 ：一般鋁合金在：一般鋁合金在400500時彈性模量急劇時彈性模量急劇下降下降,強度也下降。碳或硼纖維增強的鋁復(fù)合材料強度也下降。碳或硼纖維增強的鋁復(fù)合材料,在上述溫在上述溫度時度時,其彈性模量和強度基本不變。其彈性模量和強度基本不變。 抗疲勞性能好抗疲勞性能好 ：例如碳纖維：例如碳纖維-聚酯樹脂復(fù)合材料的疲勞強聚酯樹脂復(fù)合材料的疲勞強度是其抗拉強度的度是其抗拉強度的70-80，而大多數(shù)金屬的疲勞強度是，而

25、大多數(shù)金屬的疲勞強度是其抗拉強度的其抗拉強度的3050。 此外，復(fù)合材料還有較好的減摩性、耐蝕性、斷裂安全性和此外，復(fù)合材料還有較好的減摩性、耐蝕性、斷裂安全性和工藝性等。工藝性等。11-2 常用非金屬材料和復(fù)合材料一、鋼的熱處理定義：一、鋼的熱處理定義： 加熱、保溫、冷卻加熱、保溫、冷卻改變金屬整體或表面組織，獲改變金屬整體或表面組織，獲得所需性能。得所需性能。11-3 鋼的熱處理工藝二、熱處理的種類二、熱處理的種類 1、普通熱處理：退火、正火、淬火、回火、普通熱處理：退火、正火、淬火、回火 2、表面熱處理和化學(xué)熱處理：、表面熱處理和化學(xué)熱處理： 感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、電解加熱、感

26、應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、電解加熱、滲碳、氮化、碳氮共滲滲碳、氮化、碳氮共滲 3、其他熱處理、其他熱處理1 退火：退火： 加熱、保溫、隨爐冷卻加熱、保溫、隨爐冷卻 目的：降低硬度、細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力，目的：降低硬度、細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力， 預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理2 正火正火 加熱、保溫、空氣冷卻加熱、保溫、空氣冷卻 目的：同退火，更高的力學(xué)性能目的：同退火，更高的力學(xué)性能3 淬火淬火 加熱，保溫，水、油或鹽水冷卻加熱，保溫，水、油或鹽水冷卻 目的：提高零件的硬度和耐磨性，強化材料。但淬目的：提高零件的硬度和耐磨性，強化材料。但淬火后，出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，材料變脆，須回火?；鸷?，出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，材料變脆

27、，須回火。 方法：單介質(zhì)淬火；雙介質(zhì)淬火方法：單介質(zhì)淬火；雙介質(zhì)淬火三、鋼的熱處理工藝及用途三、鋼的熱處理工藝及用途11-3 鋼的熱處理工藝4 回火：回火： 零件淬火后，加熱至臨界溫度之下，保溫，以一定零件淬火后，加熱至臨界溫度之下，保溫，以一定速度冷卻。速度冷卻。 目的：達(dá)到設(shè)計圖紙要求的硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。目的：達(dá)到設(shè)計圖紙要求的硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。 回火工藝的種類：回火工藝的種類： 1）低溫回火（）低溫回火（150250 C） 2）中溫回火（）中溫回火（350500 C） 3）高溫回火（）高溫回火（500650 C） 調(diào)質(zhì)處理淬火高溫回火調(diào)質(zhì)處理淬火高溫回火11-3 鋼的熱處理工藝5 表面熱

28、處理：表面熱處理： 僅對鋼的表面進(jìn)行加熱和冷卻而不改變其成分僅對鋼的表面進(jìn)行加熱和冷卻而不改變其成分的熱處理工藝。的熱處理工藝。 目的：提高零件的表層硬度、抗磨損性能。目的：提高零件的表層硬度、抗磨損性能。 方式：方式： 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱：利用交流電的集膚效應(yīng)，對零件：利用交流電的集膚效應(yīng)，對零件 進(jìn)行加熱，并通過控制電流頻率得到不同的淬進(jìn)行加熱，并通過控制電流頻率得到不同的淬 硬層深度。硬層深度。 火焰加熱火焰加熱：利用火焰加熱工件表面，然后立：利用火焰加熱工件表面，然后立 即用水噴射冷卻。調(diào)節(jié)燒嘴的位置和移動速度即用水噴射冷卻。調(diào)節(jié)燒嘴的位置和移動速度 即可得到不同厚度的淬硬層。即可得到不

29、同厚度的淬硬層。11-3 鋼的熱處理工藝6 化學(xué)熱處理：化學(xué)熱處理： 將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或?qū)摷糜谝欢囟鹊幕钚越橘|(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入其表面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改幾種元素滲入其表面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進(jìn)表面性能、滿足技術(shù)要求的熱處理過程。進(jìn)表面性能、滿足技術(shù)要求的熱處理過程。 目的：提高鋼件表層的耐磨性、耐蝕性、抗氧化性目的：提高鋼件表層的耐磨性、耐蝕性、抗氧化性和疲勞強度等力學(xué)性能。和疲勞強度等力學(xué)性能。 按表面滲入元素的不同，分為滲碳、氮化、碳氮共按表面滲入元素的不同，分為滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等種類。滲、滲硼、滲鋁等種類。

30、表面精飾是指在金屬零件的表面附上一層覆蓋層，表面精飾是指在金屬零件的表面附上一層覆蓋層，以達(dá)到防蝕、裝飾等目的。以達(dá)到防蝕、裝飾等目的。 種類種類 電鍍：鍍鉻、鍍鎳、鍍鋅、鍍鎘、鍍銀電鍍：鍍鉻、鍍鎳、鍍鋅、鍍鎘、鍍銀 化學(xué)處理：氧化和磷化化學(xué)處理：氧化和磷化 涂漆涂漆11-3 鋼的熱處理工藝滿足使用性能要求滿足使用性能要求材料工藝性能良好材料工藝性能良好充分考慮經(jīng)濟(jì)性充分考慮經(jīng)濟(jì)性考慮零件外形和尺寸特點考慮零件外形和尺寸特點考慮生產(chǎn)批量考慮生產(chǎn)批量一、零件材料的選擇一、零件材料的選擇11-4 機械零件材料及毛坯選擇1 滿足使用性能要求滿足使用性能要求指所選用的材料在正常工作情況下能夠滿足產(chǎn)品及

31、零件的指所選用的材料在正常工作情況下能夠滿足產(chǎn)品及零件的性能要求，是保證零件的設(shè)計功能實現(xiàn)、安全耐用的必要性能要求，是保證零件的設(shè)計功能實現(xiàn)、安全耐用的必要條件。條件。 對結(jié)構(gòu)零件而言，其使用性能一般以力學(xué)性能要求為對結(jié)構(gòu)零件而言，其使用性能一般以力學(xué)性能要求為主，物理性能和化學(xué)性能要求為輔；主，物理性能和化學(xué)性能要求為輔； 對功能元件而言，其使用性能則以各種功能特性為主，對功能元件而言，其使用性能則以各種功能特性為主，力學(xué)性能、化學(xué)性能為輔。力學(xué)性能、化學(xué)性能為輔。 選材的最主要原則。選材的最主要原則。材料的使用性能包括力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能等。材料的使用性能包括力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能等

32、。11-4 機械零件材料及毛坯選擇零件名稱零件名稱受力狀況受力狀況主要失效形式主要失效形式主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)重要螺栓重要螺栓拉應(yīng)力或交變拉應(yīng)拉應(yīng)力或交變拉應(yīng)力、沖擊載荷力、沖擊載荷過量塑性變形、過量塑性變形、疲勞斷裂疲勞斷裂s、 1、 HB重要傳動重要傳動齒輪齒輪交變彎曲應(yīng)力、沖交變彎曲應(yīng)力、沖擊載荷、齒面摩擦擊載荷、齒面摩擦齒齒折斷、過度磨折斷、過度磨損、疲勞麻點損、疲勞麻點HRC、 1接觸疲勞強度接觸疲勞強度軸類軸類交變彎曲應(yīng)力、扭交變彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、沖擊載荷、轉(zhuǎn)應(yīng)力、沖擊載荷、摩擦摩擦疲勞斷裂、過度疲勞斷裂、過度磨損磨損s、 1、 HRC幾種常用零的工作條件、常見失效形式及要求

33、的力學(xué)性能幾種常用零的工作條件、常見失效形式及要求的力學(xué)性能11-4 機械零件材料及毛坯選擇2 材料工藝性能良好材料工藝性能良好指所選用的材料能否適應(yīng)各種加工工藝，經(jīng)濟(jì)、高指所選用的材料能否適應(yīng)各種加工工藝，經(jīng)濟(jì)、高效地生產(chǎn)出滿足規(guī)定性能及結(jié)構(gòu)要求零件的能力。效地生產(chǎn)出滿足規(guī)定性能及結(jié)構(gòu)要求零件的能力。3 充分考慮經(jīng)濟(jì)性充分考慮經(jīng)濟(jì)性材料價格材料價格國家資源情況國家資源情況零件的總成本零件的總成本金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能 ：鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、切削加工性能、鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、切削加工性能、熱處理性能熱處理性能 高分子材料的工藝性能高分子材料的工藝性能 陶瓷材料

34、的工藝性能陶瓷材料的工藝性能 以鐵代鋼以鐵代鋼 、選用型材、優(yōu)先選用碳鋼、降低零件的生、選用型材、優(yōu)先選用碳鋼、降低零件的生產(chǎn)總成本、優(yōu)先選用常用材料產(chǎn)總成本、優(yōu)先選用常用材料11-4 機械零件材料及毛坯選擇例：例： 單件小批單件小批 焊接焊接軸承座、床腿等支架軸承座、床腿等支架 大批大批 鑄造鑄造 軸、齒輪軸、齒輪 箱體箱體 大尺寸零件大尺寸零件4 考慮零件外形和尺寸特點考慮零件外形和尺寸特點 單件小批生產(chǎn)單件小批生產(chǎn) 簡單毛坯簡單毛坯 大批生產(chǎn)大批生產(chǎn) 外形和尺寸與零件相近毛坯外形和尺寸與零件相近毛坯5 考慮生產(chǎn)批量考慮生產(chǎn)批量鍛件鍛件鑄件鑄件分體制造分體制造焊件焊件11-4 機械零件材料

35、及毛坯選擇二、選材的方法及步驟二、選材的方法及步驟 1 零件選材的具體方法：零件選材的具體方法： 以綜合力學(xué)性能為主的選材以綜合力學(xué)性能為主的選材 以疲勞強度為主的選材以疲勞強度為主的選材以磨損為主的選材以磨損為主的選材1）分析零件的工作條件及失效形式，找出引起失效的主）分析零件的工作條件及失效形式，找出引起失效的主要力學(xué)性能指標(biāo)，初步確定材料的類型、范圍。要力學(xué)性能指標(biāo)，初步確定材料的類型、范圍。2）對同類產(chǎn)品的用材情況進(jìn)行研究，進(jìn)一步縮小材料的）對同類產(chǎn)品的用材情況進(jìn)行研究，進(jìn)一步縮小材料的類型、范圍。類型、范圍。 3）通過比較選擇合適的材料。）通過比較選擇合適的材料。4）確定零件的熱處理

36、要求或其他強化處理方法。）確定零件的熱處理要求或其他強化處理方法。5）審核關(guān)鍵性能指標(biāo)要滿足使用性能要求。）審核關(guān)鍵性能指標(biāo)要滿足使用性能要求。6）審核所選材料的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。）審核所選材料的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。7）投產(chǎn)前進(jìn)行小批量生產(chǎn)試驗。）投產(chǎn)前進(jìn)行小批量生產(chǎn)試驗。 2 零件選材的步驟零件選材的步驟11-4 機械零件材料及毛坯選擇1、齒輪類零件、齒輪類零件高的彎曲疲勞強度及接觸疲高的彎曲疲勞強度及接觸疲勞強度勞強度齒面具有高的硬度和耐磨性齒面具有高的硬度和耐磨性心部具有足夠強度和韌性心部具有足夠強度和韌性三、典型零件選材及工藝流程三、典型零件選材及工藝流程轉(zhuǎn)速中等、載荷不大轉(zhuǎn)速中等、載荷不大工作

37、平穩(wěn)無強烈沖擊工作平穩(wěn)無強烈沖擊一般選調(diào)質(zhì)鋼一般選調(diào)質(zhì)鋼 45 40Cr 備料備料鍛造鍛造正火正火機械機械粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)機械半精加機械半精加工工高頻淬火高頻淬火+回火回火磨削磨削機床齒輪機床齒輪工作條件惡劣工作條件惡劣一般選用滲碳鋼一般選用滲碳鋼 20Cr 20CrMnTi 備料備料鍛造鍛造正火正火機械加工機械加工滲碳滲碳+淬火淬火+低溫回火低溫回火噴丸噴丸磨削磨削汽車、拖拉機、摩托車齒輪汽車、拖拉機、摩托車齒輪11-4 機械零件材料及毛坯選擇主要失效形式主要失效形式交變載荷引起疲勞斷裂交變載荷引起疲勞斷裂過載、沖擊載荷引起的斷裂過載、沖擊載荷引起的斷裂局部過度磨損（軸頸、花鍵部位）局部過度磨損（軸頸、花鍵部位）2 軸類零件軸類零件常用材料常用材料 45 40Cr 40MnB 35CrMo 40C4NiMo受較大載荷的車床主軸可選用受較大載荷的車床主軸可選用40Cr受沖擊載荷和交變載荷較大時受沖擊載荷和交變載荷較大