機(jī)械基礎(chǔ)：第03章機(jī)械工程材料課件

第3章

機(jī)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(xiàn)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(chǎn)過程中，在各種加工條件下表現(xiàn)出來的性能。

使用性能1.物理性能化學(xué)性能力學(xué)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(jī)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(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。3.1.2金屬材料的化學(xué)性能

金屬的化學(xué)性能是指金屬在化學(xué)作用下所表現(xiàn)的性能。它包括耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性等。1.耐腐蝕性金屬材料在常溫下抵抗氧化、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)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(xué)穩(wěn)定性化學(xué)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(jī)械工程材料3.1金屬材料的性能

3.1.3金屬材料的力學(xué)性能1.力學(xué)性能:金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的性能稱為力學(xué)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(jù)載荷作用性質(zhì)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(xué)性能指標(biāo)：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。

①強(qiáng)度強(qiáng)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(qiáng)度。常用的強(qiáng)度有：抗拉強(qiáng)度（σb）和屈服點(diǎn)（σs）?？估瓘?qiáng)度和屈服點(diǎn)可以通過拉伸試驗(yàn)測定。

②塑性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)：延伸率（δ）和斷面收縮率（ψ）。

③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(jī)械工程材料3.1金屬材料的性能

3.1.3金屬材料的力學(xué)性能表3.1常用金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)力學(xué)性能性能指標(biāo)符號名稱單位強(qiáng)度σb抗拉強(qiáng)度MPa（N/mm2）σs屈服點(diǎn)塑性δ斷后伸長率%ψ斷面收縮率硬度HB布氏硬度HR洛氏硬度HC維氏硬度韌性αk沖擊韌性J/cm2疲勞強(qiáng)度σ-1對稱循環(huán)強(qiáng)度MPa第3章

機(jī)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材料的工藝性能:是指在各種加工條件下表現(xiàn)出來的適應(yīng)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?；诣T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。

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機(jī)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)分類低碳鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc≤0.25%中碳鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc=0.25~0.60%高碳鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc≥0.6%（2）按鋼的質(zhì)量分類根據(jù)鋼中含有害元素磷、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)劃分。普通碳素鋼Ws≤0.035%，Wp≤0.035%優(yōu)質(zhì)鋼Ws≤0.030%，Wp≤0.030%高級優(yōu)質(zhì)鋼Ws≤0.020%，Wp≤0.025%

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機(jī)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(jié)構(gòu)鋼根據(jù)質(zhì)量可分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

①普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由“Q”（表示屈服點(diǎn)的漢語拼音字首）、一組數(shù)據(jù)（表示屈服強(qiáng)度，單位MPa）、質(zhì)量等級符號（質(zhì)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Q235—A?F表示脫氧方法為沸騰鋼、質(zhì)量等級為A級、屈服強(qiáng)度為235MPa的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼Q195、Q215、Q235塑性好、焊接性好、強(qiáng)度較低，主要用于工程結(jié)構(gòu)和制造受力不大的機(jī)器零件；Q255、Q275的強(qiáng)度較高，可用于制作受力中等的普通零件。第3章

機(jī)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(jié)構(gòu)鋼②優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字代表鋼的平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬之一。例如45表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。按照鋼中錳的含量不同，可分為普通含錳量鋼（WMn≤0.80%）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(shù)字后面加上Mn，如45Mn表示平均含碳量分?jǐn)?shù)為0.45%的較高錳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。用途：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼既保證力學(xué)性能又保證化學(xué)成分，而且鋼中的有害雜質(zhì)硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，質(zhì)量較高，故廣泛用于制造較重要的零件。

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機(jī)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(jié)構(gòu)鋼要求高硬度和高耐磨性，故工具鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在0.7%以上，都是優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。牌號：以漢語拼音字母“T”后面加阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其數(shù)字表示鋼中平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分之幾。例如T8表示含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.80%的碳素工具鋼。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在牌號后面標(biāo)以字母A，如T12A表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.20%的高級優(yōu)質(zhì)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(jī)械工程材料3.2常用金屬材料3.2.2合金鋼2.合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼按用途可分為：低合金結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械制造用鋼兩大類。

（1）合金結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法：合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號采用兩位數(shù)字（表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)萬分之幾）+元素符號（表示鋼中含有主要合金元素）+數(shù)字（表示合金元素含量，凡合金元素含量＜1.5%時不標(biāo)出；如果平均含量為1.5～2.5%時，則標(biāo)為2；如果平均含量為2.5～3.5%時標(biāo)為3；以此類推）。（2）低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼雖然是一種低碳、低合金的鋼，但具有高的屈服強(qiáng)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(lǐng)域。

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機(jī)械工程材料3.2常用金屬材料3.2.2合金鋼（3）機(jī)械制造用鋼①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(zhì)量分?jǐn)?shù)WC=0.10～0.25%，加入合金元素主要有鉻（WCr＜2%）、鎳（WNi＜4%）、錳（WMn＜2%）等，經(jīng)過滲碳后，再進(jìn)行淬火+低溫回火，從而達(dá)到表面高硬度、高耐磨性和心部高強(qiáng)度并有足夠韌性。20CrMnTi是應(yīng)用最廣泛的合金滲碳鋼。②合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼：一般指經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）后使用的合金結(jié)構(gòu)鋼，合金調(diào)質(zhì)鋼的基本性能是具有良好的綜合力學(xué)性能。合金調(diào)質(zhì)鋼的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.25~0.50%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(qiáng)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(xué)性能外還要求表面層有良好的耐磨性，對調(diào)質(zhì)處理零件還要進(jìn)行表面淬火及低溫回火處理。

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機(jī)械工程材料3.2常用金屬材料3.2.2合金鋼（3）機(jī)械制造用鋼③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(jié)構(gòu)鋼。基本性能：是具有高的彈簧極限、高疲勞強(qiáng)度，足夠的塑性和韌性，良好的表面質(zhì)量。合金彈簧鋼的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.5%~0.7%之間。用途：合金彈簧鋼主要適用于各種機(jī)構(gòu)和儀表、彈性元件。

熱處理方法：淬火后進(jìn)行中溫回火處理。④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(nèi)外套圈的專用鋼?；拘阅埽菏蔷哂懈叩慕佑|疲勞強(qiáng)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。

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機(jī)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(chǔ)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(fù)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(shù)字（表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)）+元素符號（表示鋼中含有主要合金元素）+數(shù)字（表示合金元素含量，表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同）。如9SiCr表示其中平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%，Si、Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都小于1.5%的合金工具鋼第3章

機(jī)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

①低合金刃具鋼定義：低合金刃具鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素（一般為3%～5%）形成的鋼?；拘阅埽河捕?、耐磨性、強(qiáng)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(fù)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。

②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(dá)6000C，有高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和淬透性。第3章

機(jī)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②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(fù)雜、負(fù)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。①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(diǎn)是高的硬度和高耐磨性，具有足夠的強(qiáng)度、韌性和疲勞強(qiáng)度。常用的冷變形模具鋼有9SiCr、Cr12和Cr12MoV等。第3章

機(jī)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(xué)性能的鋼。（1）不銹耐酸鋼不銹耐酸鋼是指在腐蝕介質(zhì)中具有高的抗腐蝕能力的鋼，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。①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(jī)葉片、水壓機(jī)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(qiáng)度的耐蝕零件。第3章

機(jī)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

②鉻鎳不銹鋼定義：鉻鎳不銹鋼主要用于制造在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)（硝酸、磷酸、有機(jī)酸及堿水溶液等）中工作的設(shè)備。常見的牌：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(qiáng)度的總稱。耐熱鋼通常分為抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼?？寡趸撝饕糜谌缂訜釥t底板、滲碳箱等的零件，常用牌號有4Cr9Si2、1Cr13SiAl。熱強(qiáng)鋼主要適用于高溫強(qiáng)度的汽油機(jī)、柴油機(jī)的排氣閥、汽輪機(jī)葉片、轉(zhuǎn)子等。常見牌號有15CrMo、4Cr14Ni4WMo。第3章

機(jī)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(qiáng)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。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(jī)鏟齒等。3.2.3鑄鐵定義：鑄鐵是含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金。分類：根據(jù)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(jī)械工程材料3.2常用金屬材料3.2.3鑄鐵3.球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(xué)性能比灰鑄鐵和可鍛鑄鐵都高，其抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性與相應(yīng)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(xiàn)就得到了廣泛的使用。如柴油機(jī)曲軸、減速箱齒輪以及軋鋼機(jī)軋輥等。牌號：由“QT”及后面的兩組數(shù)字組成?！癚T”表示“球鐵”兩字的漢語拼音字首，后面的兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度σb和最低延伸率δ。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(xué)性能。經(jīng)退火處理，提高球墨鑄鐵的塑性和韌性，改善切削加工性能，消除內(nèi)應(yīng)力；經(jīng)正火處理，提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度和耐磨性；經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，獲得較好的綜合力學(xué)性能；經(jīng)高溫淬火，球墨鑄鐵獲得高強(qiáng)度、高硬度，又有高韌性的較高綜合性能。第3章

機(jī)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(diǎn)是密度小，導(dǎo)電性和導(dǎo)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(dǎo)電的電線、電纜，以及具有導(dǎo)熱和耐大氣腐蝕而對強(qiáng)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(shù)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況：A為原始純鋁，B~Y為其改型。例如1A35表示=99.35%的純鋁。工業(yè)高純鋁純度可達(dá)=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(jī)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①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(shù)字表示鋁合金的組別見表3.12。牌號的最后兩位數(shù)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合金。②鑄造鋁合金分類：根據(jù)化學(xué)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(zhì)、耐蝕、形狀復(fù)雜的零件，如活塞儀表外殼、發(fā)動機(jī)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(jī)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(qiáng)度最高的一種，主要用于制造彈簧、墊圈、金屬網(wǎng)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(yīng)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(qiáng)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?jǐn)?shù)、合金元素含量百分?jǐn)?shù)組成。如HPb59—1表示含銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59%，含鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，其余為鋅的鉛黃銅。常用的牌號用途：鉛黃銅（HPb59—1）主要用于制造大型軸套、墊圈等；錳黃銅（HMn58—2）主要用于制造在腐蝕條件下工作的零件，如氣閥、滑閥等。②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(xué)成分可分為錫青銅和無錫青銅。第3章

機(jī)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?jǐn)?shù)，其他元素的含量百分?jǐn)?shù)組成。如QSn4—3表示含錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(nèi)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?jǐn)?shù)組成。分類：常用的軸承合金有錫基、鉛基、鋁基軸承合金。3.2.5硬質(zhì)合金定義：硬質(zhì)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(jié)作用的金屬鈷粉末，用粉末冶金方法制作的材料。性能特點(diǎn)：硬度高、紅硬性好、耐磨性好。第3章

機(jī)械工程材料3.2常用金屬材料3.2.5硬質(zhì)合金分類：常用硬質(zhì)合金按成分和性能特點(diǎn)分為鎢鈷類硬質(zhì)合金，鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金，鈷鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金。1.鎢鈷類硬質(zhì)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?jǐn)?shù)組成。例如，YG8表示平均WCo=8%，其余為碳化鎢的鎢鈷類硬質(zhì)合金。用途：YG類合金適合于加工脆性材料。2.鎢鈦鈷類硬質(zhì)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?jǐn)?shù)。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(zhì)合金。第3章

機(jī)械工程材料3.2常用金屬材料3.2.5硬質(zhì)合金2.鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金用途：YT類合金適合于加工塑性材料。同一類硬質(zhì)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(zhì)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：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(zhì)合金加工鑄鐵等脆性材料。第3章

機(jī)械工程材料3.3鋼熱處理定義：熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜM(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理工藝的分類：根據(jù)加熱和冷卻方法不同，工業(yè)生產(chǎn)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(xué)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(dāng)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加工性能；（2）細(xì)化晶粒，改善內(nèi)部組織和性能；（3）為以后的熱處理作準(zhǔn)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(yīng)力退火等。第3章

機(jī)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(yīng)用與退火一樣，一般作為預(yù)備熱處理。對合金調(diào)質(zhì)鋼，正火獲得均勻而細(xì)密的組織，為調(diào)質(zhì)處理做好了組織準(zhǔn)備；對共析鋼，正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火做好組織準(zhǔn)備；對低碳鋼或低碳合金鋼，正火可細(xì)化晶粒，提高硬度，改善切削加工性；對性能要求不高的零件，以及一些大型或形狀復(fù)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(dāng)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(qiáng)度、硬度和耐磨性。淬火常見的冷卻介質(zhì)有：水、鹽水和礦物油。常用的淬火方法有：單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)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(xué)性能，所以淬火是強(qiáng)化鋼材的重要熱處理工藝。第3章

機(jī)械工程材料3.3鋼的熱處理淬硬性：是指鋼經(jīng)淬火后能達(dá)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(jīng)淬火獲得淬硬層深度的能力，淬透性越好，淬硬層越厚。淬透性主要取決于鋼的化學(xué)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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?；鼗鸬哪康氖牵海?）消除殘余應(yīng)力，防止變形和開裂。（2）調(diào)整工件硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性，達(dá)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(jī)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(diǎn)及應(yīng)用見下表：

種類

低溫回火中溫回火高溫回火

方法工件在2500C以下進(jìn)行的回火。工件在2500C～5000C之間進(jìn)行的回火。工件在5000C以上進(jìn)行的回火。特點(diǎn)保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火殘余應(yīng)力和脆性。得到較高的彈性和屈服點(diǎn)，適當(dāng)?shù)捻g性。得到強(qiáng)度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能。應(yīng)用范圍刃具、量具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火的零件等。彈簧、鍛模、沖擊工具等廣泛用于各種較重要的受力結(jié)構(gòu)件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類零件等。第3章

機(jī)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(xué)熱處理兩大類。1.表面淬火表面淬火是僅對工件表面層進(jìn)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(qiáng)度和韌性。一般包括感應(yīng)淬火和火焰淬火等。（1）感應(yīng)淬火感應(yīng)淬火是利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面受到局部加熱，并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝。感應(yīng)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(chǎn)。（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2~6mm，這種方法加熱溫度及淬硬層深度不易控制，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定，但不需要特殊設(shè)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(jī)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(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)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(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理的種類很多，根據(jù)滲入元素的不同，化學(xué)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(zhì)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(jù)滲碳介質(zhì)不同可分為：固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳，其中氣體滲碳應(yīng)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(yán)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(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。第3章

機(jī)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(shù)條件的標(biāo)注熱處理技術(shù)條件,其內(nèi)容包括預(yù)先熱處理和最終熱處理方法及應(yīng)達(dá)到的力學(xué)性能要求等，作為熱處理生產(chǎn)及檢驗(yàn)時的依據(jù)。2.熱處理工序位置安排按熱處理的工序位置不同，分為預(yù)先熱處理和最終熱處理。其工序位置安排如下：（1）預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理包括：退火、回火、調(diào)質(zhì)等。一般安排在毛坯生產(chǎn)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(chǎn)——退火（或正火）——切削加工調(diào)質(zhì)件加工路線一般為：下料——鍛造——正火（或退火）——粗加工（留余量）——調(diào)質(zhì)處理——半精加工（或精加工）。第3章

機(jī)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(jīng)最終熱處理后硬度高，除磨削外不宜進(jìn)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。①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：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(diào)質(zhì)——半精加工（留磨削余量）——表面淬火、低溫回火——磨削第3章

機(jī)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(jīng)過對齒輪的結(jié)構(gòu)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(shù)條件如下：滲碳層深度為0.8～1.3mm；齒面硬度為58～62HRC，心部硬度為33～48HRC；生產(chǎn)過程中，齒輪加工工藝路線如下：備料——鍛造——熱處理1——機(jī)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(jī)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(yīng)用范圍分為通用塑料和工程塑料。①通用塑料主要是指產(chǎn)量大、價格低、應(yīng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)用的一般機(jī)械零件。②工程塑料常指在工程技術(shù)中作結(jié)構(gòu)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(jī)械構(gòu)件或某些特殊用途的構(gòu)件。常用的工程塑料有聚酰胺（尼龍）、聚甲醛、ABS、有機(jī)玻璃等。第3章

機(jī)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(xiàn)的行為分為熱塑性塑料和熱固性塑料。①熱塑性塑料熱塑性塑料是一類可以反復(fù)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。②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(fù)進(jìn)行。常用的有酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料等。(3)塑料的性能及選用優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)輕，比強(qiáng)度高，化學(xué)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(chǎn)效率高。缺點(diǎn)：強(qiáng)度、剛度低，耐磨性低，易燃燒，易老化，熱導(dǎo)性差，熱膨脹系數(shù)大，幾何精度穩(wěn)定性差。根據(jù)這樣特別塑料選用時從使用性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性能三方面考慮。第3章

機(jī)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①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(nóng)副產(chǎn)品中提煉制得的合成產(chǎn)物。②按應(yīng)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(fù)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(qiáng)度。橡膠最大的缺點(diǎn)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(jī)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(yùn)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(zhì)在固體表面產(chǎn)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(chǎn)生粘合力的物質(zhì)。（1）膠粘劑的分類天然膠粘劑（如松香等）有機(jī)膠粘劑膠粘劑合成膠粘劑（工程上應(yīng)用最廣）