機械基礎(chǔ) 工程材料

機械基礎(chǔ)制作人目錄黑色金屬材料一有色金屬材料二工程塑料與橡膠三工程材料項目一黑色金屬材料

項目索引：在工業(yè)生產(chǎn)中，除了鋼鐵材料以外，有色金屬材料與非金屬材料因具有其他材料不可替代的特點和優(yōu)良性能也受到了廣泛應(yīng)用。本項目將重點討論這幾種材料的性能。活動一金屬材料的力學(xué)性能常用的力學(xué)性能指標(biāo)有強度、塑性、硬度、沖擊韌度、疲勞極限和斷裂韌度等。1.強度和塑性（1）強度。強度是材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力，強度大小用應(yīng)力來表示。金屬的強度和塑性值可通過拉伸試驗來獲得。拉伸試驗可測定出的強度指標(biāo)有屈服強度σS、抗拉強度σb、比例極限σp等。（2）塑性。塑性是材料在靜載荷作用下斷裂前發(fā)生永久變形的能力。用斷后伸長率δ（%）和斷面收縮率ψ（%）表示?；顒右唤饘俨牧系牧W(xué)性能2.硬度硬度是材料抵抗局部變形的能力。（1）布氏硬度。（2）洛氏硬度。（3）維氏硬度?；顒右唤饘俨牧系牧W(xué)性能3.沖擊韌度材料在沖擊載荷作用下，抵抗破壞的能力稱為沖擊韌度。事實上，材料的抗沖擊能力主要取決于材料強度和塑性的綜合性能指標(biāo)，大能量一次沖擊時，其抵抗能力主要取決于塑性，而小能量多次沖擊時，其抵抗能力主要取決于強度?；顒右唤饘俨牧系牧W(xué)性能4.疲勞極限疲勞失效具有兩個特征：一是突然性；二是破壞前無明顯的塑性變化，不易被察覺，所以疲勞破壞的危害性很大。疲勞破壞是一個裂紋發(fā)生和發(fā)展的漸變過程，受材料質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的影響，往往發(fā)生在組織缺陷和結(jié)構(gòu)薄弱處。為提高機件的抗疲勞能力，防止疲勞斷裂事故發(fā)生。在機件設(shè)計和加工時，應(yīng)選擇合理的結(jié)構(gòu)形狀，防止表面損傷，避免應(yīng)力集中；要優(yōu)先選擇優(yōu)質(zhì)材料，盡量減少材料內(nèi)部組織缺陷；采用表面強化處理技術(shù)等以提高抗疲勞能力?；顒佣F碳合金鋼鐵是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料，其基本組成元素是鐵和碳，故統(tǒng)稱為鐵碳合金。普通碳鋼和鑄鐵均屬鐵碳合金范疇，合金鋼和合金鑄鐵也是在此基礎(chǔ)上加入合金元素而形成的特殊鐵碳合金。金屬在固態(tài)時一般都是晶體，其內(nèi)部原子排列是有規(guī)律的?；顒佣F碳合金由于金屬原子間的結(jié)合力較強，使金屬原子總是趨于緊密排列，故大多數(shù)金屬都可歸于如圖所示3種晶格類型?；顒佣F碳合金1.鐵碳合金的基本組織及性能（1）鐵素體。（2）奧氏體。（3）滲碳體。（4）珠光體。（5）萊氏體?；顒佣F碳合金2.鐵碳合金狀態(tài)圖（1）簡化后的鐵碳合金狀態(tài)圖?；顒佣F碳合金2.鐵碳合金狀態(tài)圖（2）鐵碳合金中成分、組織、性能間的關(guān)系?；顒佣F碳合金2.鐵碳合金狀態(tài)圖（3）鐵碳合金狀態(tài)圖的應(yīng)用。鐵碳合金狀態(tài)圖在生產(chǎn)實踐中除可作為選擇材料的參考外，還是鑄造、鍛造、焊接及切削加工等工藝制定的重要依據(jù)。①材料選用。②鑄造性能。③可鍛性和可焊性。④切削加工性能?；顒尤辖痄撍^合金鋼，是指在鐵碳合金中，為改善鋼的性能，在冶煉時有目的地向鋼中加入某些合金元素而獲得的性能優(yōu)良的金屬材料。常加入的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Al、B和稀土元素等。1.低合金鋼這類鋼材一般具有較高的強度和屈強比，較好的塑性和韌性，良好的焊接性，較好的耐蝕性等優(yōu)良性能。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入少量的合金元素（wMe<3%）而制成的?；顒尤辖痄?.合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入一些合金元素而形成的鋼種。因加入合金元素較少（大多數(shù)wMe<5%），所以合金結(jié)構(gòu)鋼都屬于中、低合金鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號由“數(shù)字+元素符號+數(shù)字”三部分組成。前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分之幾，合金元素以化學(xué)符號表示，合金元素符號后面的數(shù)字表示合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分之幾。當(dāng)wMe<15%時，牌號中一般只標(biāo)出元素符號，而不標(biāo)明元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)；當(dāng)wMe≥15%、wMe≥25%、wMe≥35%…時，則在元素符號后面相應(yīng)標(biāo)出2，3，4，…按用途及熱處理特點可分為：合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動軸承鋼等?；顒尤辖痄?.合金工具鋼

合金工具鋼按用途可分為刃具鋼、模具鋼及量具鋼，它的牌號與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，但其碳溶量大于1%時含碳量不標(biāo)出；當(dāng)碳溶量小于1%時，則牌號前的數(shù)字表示含碳量的千分之幾。合金元素的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同，但由于合金工具鋼都是高級優(yōu)質(zhì)鋼，故牌號后不標(biāo)“A”?；顒尤辖痄?.高速工具鋼

高速工具鋼（簡稱高速鋼）用于制造高速切削刃具，有鋒鋼之稱。高速鋼主要有鎢系和鎢鉬系兩類。鎢系高速鋼以W18Cr4V為代表，其特點是通用性強，有適當(dāng)?shù)哪湍バ院蜔嵊残?，并具有良好的韌性和磨削加工性，廣泛用于工作溫度在600℃以下的復(fù)雜刀具，如拉刀、銑刀、機用絲錐等。鎢鉬系以W6Mo5Cr4V2應(yīng)用最廣，它具有很高的耐磨性，較好的韌性，廣泛用于承受沖擊力較大的刃具，如插齒刀、鉆頭等?；顒铀匿摰臒崽幚?.概述鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下通過加熱、保溫和冷卻，改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的一種工藝方法。鋼的熱處理主要有兩個目標(biāo)：一是清除前道工序（如鑄件、鍛件的毛坯）的缺陷，改善其工藝性能，確保后續(xù)加工的順利進(jìn)行；二是提高工件的力學(xué)性能、使用性能和使用壽命。（1）普通熱處理，如退火、正火、淬火和回火等。（2）表面熱處理，如表面淬火和化學(xué)熱處理等。（3）其他熱處理，如形變熱處理、真空熱處理、可控氣氛熱處理和激光熱處理等?；顒铀匿摰臒崽幚砘顒铀匿摰臒崽幚?.鋼的普通熱處理通常，鋼的普通熱處理工藝包括退火、正火、淬火和回火等。（1）退火。①完全退火。②等溫退火。③球化退火。④均勻化退火。⑤去應(yīng)力退火。⑥再結(jié)晶退火。（2）正火。①作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理，用以消除鑄件和鍛件生產(chǎn)中產(chǎn)生的過熱缺陷，細(xì)化組織，提高力學(xué)性能。②改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性能。③作為中低碳鋼結(jié)構(gòu)件的預(yù)先熱處理，消除熱加工中所造成的組織缺陷。代替調(diào)質(zhì)處理，為后續(xù)高頻感應(yīng)加熱表面淬火做好組織準(zhǔn)備。④消除過共析鋼中的二次滲碳體網(wǎng)，為球化退火做好組織準(zhǔn)備。活動四鋼的熱處理（3）淬火。淬火的目的主要是使鋼件獲得馬氏體組織，使零件通過適當(dāng)回火，能獲得所需要的使用性能。淬火冷卻介質(zhì)直接影響淬火效果，生產(chǎn)中應(yīng)用較多的冷卻介質(zhì)有水、鹽或堿的水溶液和油等?；顒铀匿摰臒崽幚恝鄞慊鸱椒皯?yīng)用。在淬火冷卻時，既要快速冷卻以保證淬火工件獲得馬氏體組織，又要減小工件的變形和開裂。因此，實施淬火是獲取預(yù)期效果的關(guān)鍵操作?；顒铀匿摰臒崽幚恚?）回火?；鼗鸬哪康氖菧p小和消除淬火應(yīng)力，防止工件變形與開裂，穩(wěn)定工件尺寸及獲得工件所需的組織和性能回火的種類及應(yīng)用：低溫回火（150～250℃）、中溫回火（350～500℃）和高溫回火（500～650℃）回火脆性。淬火鋼回火時，隨著回火溫度的升高，通常硬度、強度下降，而塑性、韌性則提高。但在某些溫度范圍內(nèi)回火時，鋼的韌性不僅沒有提高，反而下降，這種脆化現(xiàn)象稱為回火脆性?；鼗鸫嘈袁F(xiàn)象一般發(fā)生在250～350℃和450～650℃兩個溫度范圍段，前段稱為低溫回火脆性，后段稱為高溫回火脆性?；顒铀匿摰臒崽幚?.鋼的表面熱處理表面熱處理是僅對工件表層進(jìn)行熱處理以改變其組織和性能的工藝，一般分為表面淬火和化學(xué)熱處理。（1）表面淬火。①感應(yīng)加熱表面淬火。②火焰加熱表面淬火。（2）化學(xué)熱處理?；瘜W(xué)熱處理是將工件置于一定的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入到它的表層，以改善其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。主要用于強化工件表面和改善工件表面的物理、化學(xué)性能。有滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鉛及多元共滲幾種類型。項目二有色金屬材料

項目索引：在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把鐵碳合金之外的所有金屬材料稱為有色金屬（非鐵金屬材料）。工業(yè)上常用的有色金屬有鋁及鋁合金、銅及銅合金、鎂及鎂合金、鈦及鈦合金及滑動軸承合金等。本項目將重點介紹上述有色金屬及其合金的牌號、成分、性能及其在工業(yè)中的應(yīng)用?；顒右讳X及鋁合金工業(yè)純鋁銀白色的金屬，質(zhì)量輕，密度小，導(dǎo)電導(dǎo)熱性良好，抗大氣腐蝕性能好，塑性好，強度、硬度較低含鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99.00%時為純鋁,其牌號用1×××表示。牌號最后兩位數(shù)字表示鋁最低百分含量。牌號后第二位的字母表示原始純鋁改型情況:A為原始純鋁,B～Y為其改型,如1A35表示ωAl=99.35%的工業(yè)純鋁主要用于制造電線、電纜、管、棒、線、型材和配制合金活動一鋁及鋁合金鋁合金含有適量硅、銅、鎂、錳等合金元素的鋁合金，具有強度高、密度小、耐蝕性好、導(dǎo)熱性好的特點。形變鋁合金分為防銹鋁（LF）、硬鋁（LY）、超硬鋁（LC）和鍛鋁（LD）鑄造鋁合金：具有較好的鑄造性能的鋁合金可分為鋁-硅系、鋁-銅系、鋁-鎂系和鋁-鋅系鑄造鋁合金牌號：ZL加3位數(shù)字表示，第一位數(shù)字表示合金類別（1為鋁-硅系，2為鋁-銅系，3為鋁-鎂系，4為鋁-鋅系），第二、三位數(shù)字表示合金順序號，如ZL105表示5號鋁-硅系鑄造鋁合金活動二銅及銅合金純銅又稱紫銅、電解銅，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性，強度不高，硬度較低，塑性好，易于冷、熱壓力加工。主要用于制作導(dǎo)電材料及配制銅合金的原料工業(yè)上使用的純銅，其含銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%～99.95%，其牌號有T1、T2、T3、T4共4種，順序號越大，表示其雜質(zhì)含量越高活動二銅及銅合金銅合金黃銅以鋅為主要添加元素的銅合金，又叫響銅，用于制造鑼、鈴、號等樂器；黃銅又分為普通黃銅和特殊黃銅常用普通黃銅：H80，H70，H62；常用特殊黃銅：HPb59-1，HMn58-2青銅除鋅或鎳以外的元素與銅組成的合金；分為普通青銅（錫青銅）、特殊青銅（無錫青銅）錫青銅用于制造蝸輪、軸承和彈簧等零部件以及工藝品；特殊青銅主要用于制造高強度耐磨零件，如軸承、齒輪等白銅銅鎳合金；主要用于制造精密儀器、儀表中耐蝕零件及電阻器、熱電偶等活動三滑動軸承合金1.軸承合金的性能要求（1）在工作溫度下，具有足夠的強度和硬度，提高承載能力與耐磨性。（2）具有足夠的塑性和韌性，以保證與軸配合良好并能抵抗沖擊和振動。（3）具有較低的摩擦因數(shù)，以減少軸頸處的磨損。（4）具有良好的磨合能力，使載荷均勻分布。（5）具有良好的耐蝕性和導(dǎo)熱性，能抵抗?jié)櫥偷母g。（6）容易制造，價格低廉?；顒尤瑒虞S承合金2.軸承合金的組織特征（1）在軟基體上孤立地分布硬質(zhì)點。（2）在較硬的基體上分布著軟的質(zhì)點?；顒尤瑒虞S承合金3.常用的軸承合金工業(yè)上的軸承材料很多，常用的有鉛基軸承合金、錫基軸承合金，還有銅基、鋁基軸承合金。軸承合金的牌號是由“Z”（表示“鑄”字）+基本元素符號（Sb）+主加元素符號及含量+輔加元素符號及含量組成。錫基軸承合金是一種軟基體硬質(zhì)點的軸承合金。鉛基軸承合金也是一種軟基體硬質(zhì)點的軸承合金。常用的銅基軸承合金有錫青銅、鉛青銅兩類?；顒铀姆勰┮苯鸺坝操|(zhì)合金１.粉末冶金將金屬粉末與金屬或非金屬粉末混合，經(jīng)過成型、燒結(jié)等過程制成零件或材料的工藝方法稱為“粉末冶金”。２.硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是采用一種或多種難熔金屬的碳化物（WC、TiC等）和金屬黏結(jié)劑粉末相混合，壓制成形，再經(jīng)高溫下燒結(jié)而成的一種粉末冶金材料。常用的硬質(zhì)合金有以下幾類。（1）鎢鈷類硬質(zhì)合金的典型牌號有YG3、YG6、YG8等。這類硬質(zhì)合金具有良好的韌性和強度，適于切削脆性材料，如鑄鐵、有色金屬等。（2）鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金的典型牌號有YT5、YT15、YT30等。這種合金中由于碳化鈦的加入，使硬度、耐磨性和紅硬性都得到提高，但其強度和韌性比YG類合金低。一般用于加工韌性材料（如鋼材等）。（3）其他的合金如鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金（又稱萬能硬質(zhì)合金）適用于加工各種鋼材，特別對于高錳鋼、不銹鋼等難加工材料，效果更佳；碳化鈦鎳鉬硬質(zhì)合金具有較高的耐磨性，所以在精加工中，可以對各種鋼材進(jìn)行高速連續(xù)切削。項目三工程塑料與橡膠

項目索引：工程塑料是指一類可以作為結(jié)構(gòu)材料，在較寬的溫度范圍內(nèi)承受機械應(yīng)力，在較為苛刻的化學(xué)物理環(huán)境中使用的高性能的高分子材料。日本業(yè)界將它定義為“可以做為構(gòu)造用及機械零件用的高性能塑料，耐熱性在100℃以上，主要運用在工業(yè)上”。橡膠一詞來源于印第安語cauuchu，意為“流淚的樹”。天然橡膠由三葉橡膠樹割膠時流出的膠乳經(jīng)凝固、干燥后而制得。活動一工程塑料塑料是人們以樹脂為基礎(chǔ)，加入用于改善各種性能的添加劑（如填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑等）制成的材料。工程塑料指在工程技術(shù)中用作結(jié)構(gòu)