第四章-工程材料的基本知識(shí)課件

第四章工程材料的基本知識(shí)第四章工程材料的基本知識(shí)§4-1工程材料的種類及性能§4-2常用金屬材料§4-3非金屬材料§4-4金屬材料的熱處理§4-5材料成型技術(shù)簡(jiǎn)介第四章工程材料的基本知識(shí)第四章工程材料的基本知識(shí)§4-11§4-1工程材料的種類及性能

§4-1工程材料的種類及性能1.常用工程材料的種類

2.工程材料的主要性能§4-1工程材料的種類及性能§4-1工程材料的種類及性能2§4-1工程材料的種類及性能金屬材料:包括黑色金屬（鋼鐵）和有色金屬材料工程陶瓷:由金屬和非金屬元素的化合物所構(gòu)成的各種無機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料：工程中常見的有塑料、橡膠和膠粘劑復(fù)合材料：將上述兩種或多種單一材料人工合成到一起的材料1.常用工程材料的種類

§4-1工程材料的種類及性能金屬材料:包括黑色金屬（鋼3（1）工程材料的力學(xué)性能2.工程材料的主要性能2）塑性3）硬度4）沖擊韌性5）疲勞強(qiáng)度6）耐磨性1）強(qiáng)度（2）工程材料的物理、化學(xué)及工藝性能（1）工程材料的力學(xué)性能2.工程材料的主要性能2）塑41）強(qiáng)度：強(qiáng)度是指在外力作用下材料抵抗變形與斷裂的能力i）彈性極限和彈性模量Eii)屈服極限iii）抗拉強(qiáng)度

（1）力學(xué)性能-1）強(qiáng)度1）強(qiáng)度：i）彈性極限和彈性模量Eii)屈服極限52）塑性材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力稱為塑性斷面收縮率伸長(zhǎng)率3）硬度硬度是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。硬度越高，表示材料抵抗局部塑性變形的能力越大，材料的耐磨性也較好i）布氏硬度用HBS表示ii)洛氏硬度用HRC表示2）塑性-3）硬度2）塑性材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力稱為塑性64）沖擊韌性沖擊韌性是指材料在沖擊載荷作用下抵抗斷裂的一種能力用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功Ak表示5）疲勞強(qiáng)度材料在無數(shù)次重復(fù)“交變應(yīng)力”作用下，而不引起斷裂的最大應(yīng)力值6）耐磨性材料在一定工作條件下抵抗磨損的能力用體積磨損量、質(zhì)量磨損量和長(zhǎng)度磨損量來評(píng)定4）沖擊韌性-6）耐磨性

4）沖擊韌性沖擊韌性是指材料在沖擊載荷作用下抵抗斷裂的一種7物理性能：指材料在重力、電磁場(chǎng)、熱力等物理因素作用下所表現(xiàn)出來的性能或?qū)傩?，包括材料的密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、磁性能、導(dǎo)熱性、熱膨脹性等化學(xué)性能：主要指材料的抗氧化性、耐蝕性和耐酸性等，反映了材料在常溫或高溫環(huán)境下抵抗各種化學(xué)作用的能力。材料工藝性能：指材料對(duì)各種加工工藝的適應(yīng)性（2）工程材料的物理、化學(xué)及工藝性能物理性能：指材料在重力、電磁場(chǎng)、熱力等物理因素作用化學(xué)性能：81

.碳素鋼和合金鋼2.鑄鐵

灰鑄鐵

球墨灰鑄鐵

可鍛鑄鐵

合金鑄鐵3.有色金屬材料

§4-2常用金屬材料碳素鋼合金鋼工具鋼碳素鋼工具鋼合金鋼1

.碳素鋼和合金鋼2.鑄鐵3.有色金屬材9碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素鋼代號(hào)Q+數(shù)字－字母+字母屈服強(qiáng)度值質(zhì)量等級(jí)符號(hào)脫氧方法應(yīng)用Q235—AF,KT350,用于各種工程結(jié)構(gòu)，少量用于制造零件優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼兩位數(shù)字組成表示鋼中平均含碳量的萬分之幾代號(hào)30、35、40、45、50應(yīng)用用于制造各種零件普通碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼-碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素鋼代號(hào)Q+10代號(hào)T+數(shù)字+A表示含碳量的千分之幾高級(jí)優(yōu)質(zhì)應(yīng)用T12,T12A用于制造各種刀具碳素工具鋼碳素鑄鋼ZG+數(shù)字+數(shù)字最低屈服強(qiáng)度最低抗拉強(qiáng)度代號(hào)ZG200-400應(yīng)用用于制造各種零件-碳素工具鋼代號(hào)T+數(shù)字11

合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼用于橋梁、船舶、車輛、壓力容器等大型構(gòu)件滲碳鋼與調(diào)質(zhì)鋼制造高速、中等載荷、耐沖擊耐磨損零件彈簧鋼制造各種彈簧或要求高彈性的其他零件滾動(dòng)軸承鋼-合金鋼合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼用于橋梁、船舶、車輛、壓力容12合金工具鋼合金工具鋼用來制造切削刃具、量具和模具，以高硬、耐磨為基本特征具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼稱為特殊鋼，包括不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等不銹鋼系指在腐蝕性介質(zhì)中具有抗腐蝕性能的鋼耐熱鋼用來制造在高溫下工作的零件，如鍋爐、蒸汽渦輪、燃?xì)鉁u輪耐磨鋼主要具有很高的耐磨性，用于制造經(jīng)受嚴(yán)重磨損和強(qiáng)烈沖擊的零件，如坦克的履帶、粉碎機(jī)的顎板、鐵軌道岔特殊鋼-合金工具鋼合金工具鋼合金工具鋼用來制造切削刃具、量具和模具，以高硬、13特點(diǎn)代號(hào)HT+數(shù)字(表示最小抗拉強(qiáng)度)應(yīng)用灰鑄鐵HT200,HT350,抗壓強(qiáng)度高，耐磨性、消振性好，抗壓強(qiáng)度低，韌性差機(jī)器箱體體、支架等特點(diǎn)代號(hào)HT+數(shù)字(表示最小抗拉強(qiáng)度)應(yīng)用灰鑄14特點(diǎn)代號(hào)QT+數(shù)字+數(shù)字最小抗拉強(qiáng)度斷后延長(zhǎng)率應(yīng)用球墨灰鑄鐵QT200,QT350,保留灰鑄鐵優(yōu)點(diǎn)，具有中碳鋼優(yōu)點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿等球墨灰鑄鐵特點(diǎn)代號(hào)QT+數(shù)字+15特點(diǎn)代號(hào)KT+H+數(shù)字+數(shù)字最小抗拉強(qiáng)度斷后延長(zhǎng)率應(yīng)用可鍛鑄鐵KT200,KT350,保留灰鑄鐵優(yōu)點(diǎn)，具有中碳鋼優(yōu)點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿等可鍛鑄鐵特點(diǎn)代號(hào)KT+H+數(shù)字+16特點(diǎn)代號(hào)KT+H+數(shù)字+數(shù)字

最小抗拉強(qiáng)度斷后延長(zhǎng)率應(yīng)用合金鑄鐵KT200,KT350,保留灰鑄鐵優(yōu)點(diǎn)，具有中碳鋼優(yōu)點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿等合金鑄鐵特點(diǎn)代號(hào)KT+H+數(shù)字+17鋁及其合金銅及其合金3有色金屬材料質(zhì)量輕、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、耐腐蝕，因而廣泛用于飛機(jī)制造業(yè)，成為宇航、航空等工業(yè)的主要原材料黃銅是以鋅作為主要合金元素的銅合金錫青銅以Sn為主加元素，有高的耐磨性、耐腐蝕性，好的力學(xué)性能與鑄造性能，常用來制造耐磨、減摩及耐蝕零件無錫青銅又稱特殊青銅，比錫青銅具有更高的力學(xué)性能、耐磨性和耐蝕性，主要有：鋁青銅，鈹青銅，硅青銅。3.有色金屬材料鋁及其合金銅及其合金3有色金屬材料質(zhì)量輕、比強(qiáng)度和18§4-3非金屬材料1.常用高分子材料2.陶瓷3.復(fù)合材料(1)塑料(2)橡膠§4-3非金屬材料1.常用高分子材料2.陶瓷319(1)塑料分類以樹脂為主要成分的有機(jī)高分子固體材料質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高，耐腐蝕性好，絕緣性能優(yōu)異，減摩、耐磨及自潤(rùn)滑性能突出，消音吸振性強(qiáng)，易成型加工，以及其它特殊性能按樹脂受熱后性質(zhì)：熱塑性塑料、熱固性塑料按塑料使用范圍：通用塑料、工程塑料和特種塑料塑料1.常用高分子材料(1)塑料分類以樹脂為主要成分的有機(jī)高分子固體材料質(zhì)20(2)橡膠分類以生膠為基礎(chǔ)加入適量的填加劑組成的高分子彈性體天然橡膠：從天然植物中采集到的一種聚乙戊二烯為主要成分的高聚物，用來制造輪胎，也可用作膠帶、膠管及各種橡膠制品，如剎車皮碗合成橡膠：基本性能和用途與天然橡膠相似，可用于某些特殊場(chǎng)合，如耐高溫、低溫的硅橡膠，耐油的聚硫橡膠和丁腈橡膠，特別耐腐蝕的氟橡膠等。橡膠(2)橡膠分類以生膠為基礎(chǔ)加入適量的填加劑組成的高分子212.陶瓷分類用各種粉狀原料做成一定形狀后，在高溫窯爐中燒制而成的一種無機(jī)非金屬固體材料具有硬度高、抗壓強(qiáng)度大、耐高溫、不怕氧化和腐蝕、隔熱絕緣性能好等特性普通陶瓷：廣泛用作建筑、日用、衛(wèi)生、化工、紡織、高低壓電氣等行業(yè)的結(jié)構(gòu)件和用品特種陶瓷：氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷陶瓷2.陶瓷分類用各種粉狀原料做成一定形狀后，在高溫窯爐中223.復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料復(fù)合材料至少由兩大類組成：基體相和增強(qiáng)相1）復(fù)合材料的組成及性能特點(diǎn)2）常用復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度和比剛度、高的抗疲勞性、高的斷裂韌性、強(qiáng)的減震能力、高溫性能好、抗蠕變能力強(qiáng)、以及優(yōu)良的減摩性和耐蝕性等特點(diǎn)，它還有良好的工藝性能骨架復(fù)合材料層迭增強(qiáng)復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料復(fù)合材料3.復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料復(fù)合材料至少由兩大類組23§4-4金屬材料熱處理1.鋼的整體熱處理2.鋼的表面熱處理§4-4金屬材料熱處理1.鋼的整體熱處理2.鋼24退火正火1.鋼的整體熱處理將鋼件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，隨后緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝目的是使組織與成分均勻化、或是消除形變強(qiáng)化、或是消除內(nèi)應(yīng)力、或是消除鋼種的氫鋼件加熱到某一溫度以上，保溫適當(dāng)時(shí)間后，在空氣中冷卻的熱處理工藝目的改善鋼的組織和性能，可作為最終熱處理而直接使用1.鋼的整體熱處理

淬火回火將鋼件加熱到某一溫度以上，保溫一段時(shí)間，然后以大于臨界冷卻速度冷卻，獲得馬氏體組織的熱處理工藝回火就是把已經(jīng)淬火的鋼件重新加熱到某一溫度，適當(dāng)保溫后，冷卻到室溫的熱處理工藝調(diào)質(zhì)淬火后高溫回火退火正火1.鋼的整體熱處理將鋼件加熱到適當(dāng)溫度，保溫252.鋼的表面熱處理

表面淬火化學(xué)熱處理通過快速加熱，使鋼件表層奧氏體化目的是使表層獲得高硬度、高耐磨性的馬氏體組織，而心部仍保持原來的塑性和韌性都較好的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織鋼件置于特定的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入鋼件表層、從而通過改變表層的化學(xué)成分和組織來改變其性能的一種熱處理工藝滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁等2.鋼的表面熱處理2.鋼的表面熱處理表面淬火化學(xué)熱處理通過快速加熱26§4-5材料成型技術(shù)簡(jiǎn)介1.鑄造2.塑性加工3.焊接

4.非金屬材料成型簡(jiǎn)介§4-5材料成型技術(shù)簡(jiǎn)介1.鑄造2.塑271.鑄造砂型鑄造：將金屬或合金液澆注到砂型內(nèi)，冷卻凝固后獲得鑄件，應(yīng)用最為廣泛。1.鑄造熔模鑄造：鑄件精度與表面質(zhì)量高、可獲得形狀復(fù)雜鑄件，適合各種難加工合金的成型金屬型鑄造：將金屬液澆注到金屬鑄型中獲得鑄件的方法鑄件組織致密、力學(xué)性能高，尺寸精度和表質(zhì)量好，勞動(dòng)條件改善；但鑄型成本高壓力鑄造：生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；鑄件尺寸和表面精度高，能生產(chǎn)較復(fù)雜的薄壁件；鑄件質(zhì)量好砂型鑄造基本工藝1.鑄造砂型鑄造：將金屬或合金液澆注到砂型內(nèi)，冷卻凝固后28沙型鑄造工藝圖砂型鑄造基本工藝

沙型鑄造工藝圖砂型鑄造基本工藝292.塑性加工利用金屬的塑性，使其在外力作用下成形的一種加工方法。主要有：自由鍛、模鍛、板料沖壓、軋制、擠壓、拉拔

自由鍛：利用自由鍛設(shè)備的上下砧塊或一些簡(jiǎn)單的通用工具，直接使坯料變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件模鍛：利用模具使坯料變形而獲得比自由鍛質(zhì)量更高的鍛件的鍛造2.塑性加工板料沖壓：利用安裝在壓力機(jī)上的沖模對(duì)板料加壓，使其產(chǎn)生分離或變形，以獲得零件的一種工藝方法。主要有沖裁、彎曲、拉伸2.塑性加工利用金屬的塑性，使其在外力作用下成形的一種30模鍛模具模鍛模具模鍛模具模鍛模具31沖裁板料沖壓沖裁板料沖壓32彎曲彎曲彎曲彎曲33拉伸拉伸拉伸拉伸343.焊接通過加熱或加壓，依靠金屬原子的結(jié)合與擴(kuò)散作用，使分離金屬材料牢固地連接起來熔化焊：利用熱源，將被焊金屬結(jié)合處局部加熱到熔化狀態(tài)，并與熔化的焊條金屬混合，冷卻時(shí)凝固結(jié)晶，使之焊合在一起壓力焊：利用加壓力（或同時(shí)加熱），使金屬產(chǎn)生塑性變形，實(shí)現(xiàn)原子間相互結(jié)合，組成新的晶粒，達(dá)到焊接的目的按焊接過程主要分為：釬焊：通過釬料與被焊金屬表面間的相互擴(kuò)散和溶解作用而形成焊接接頭。與熔化焊的區(qū)別是被焊金屬不熔化，只是作為填充金屬的釬料熔化3。焊接3.焊接通過加熱或加壓，依靠金屬原子的354.非金屬材料成型簡(jiǎn)介(1)工程塑料成型主要有：注射成型、擠出成型、壓制成型、吹塑成型、澆注成型、壓延成型4。非金屬材料成型簡(jiǎn)介(2)橡膠成型用生膠和各種配合劑經(jīng)煉膠機(jī)混煉成煉膠，根據(jù)需要加入能保持制品形狀和提高強(qiáng)度的各種骨架材料，放入一定形狀的模具中，獲得所需形狀和性能的橡膠制品工藝過程陶瓷制品的