機械常識與鉗工技能課件 模塊四 常用工程材料

模塊四常用工程材料§4－1常用金屬材料§4－2工程塑料§4－1常用金屬材料

金屬是由單一元素構(gòu)成的具有特殊光澤、延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性的物質(zhì)。合金是由一種金屬元素與其他金屬元素或非金屬元素通過熔煉或其他方法合成的具有金屬特性的物質(zhì)。金屬材料是金屬及其合金的總稱，即指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的，具有金屬特性的物質(zhì)。一、金屬材料的力學(xué)性能二、金屬材料的工藝性能三、非合金鋼四、合金鋼五、有色金屬與硬質(zhì)合金一、金屬材料的力學(xué)性能機械零件或工具在使用過程中往往要受到各種形式的外力作用。這就要求金屬材料必須具有一種承受機械載荷而不超過許可變形及不被破壞的能力，這種能力就是材料的力學(xué)性能。1．強度

金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強度。

抗拉強度是通過拉伸試驗測定的。圖4-1為拉伸試驗機。2.塑性材料受力后在斷裂之前產(chǎn)生塑性變形的能力稱為塑性。塑性好的材料，易于變形加工，而且在受力過大時，首先發(fā)生塑性變形而不致突然斷裂，因此比較安全。3.硬度材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力稱為硬度。它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。硬度越高，材料的耐磨性越好。通常，硬度是通過在專用的硬度試驗機上試驗測得的。圖4-2硬度試驗機4.沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌性。材料的沖擊韌性用夏比擺錘沖擊試驗來測定。圖4-3為夏比擺錘沖擊試驗機五、疲勞強度金屬材料抵抗交變載荷作用而不產(chǎn)生破壞的能力稱為疲勞強度。二、金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能是金屬材料對不同加工工藝方法的適應(yīng)能力，包括鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等。1.鑄造性能鑄造性能是鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部無明顯缺陷鑄件的能力。圖4-4為鑄造成形過程。2.鍛壓性能用鍛壓成形方法獲得優(yōu)良鍛件的難易程度稱為鍛壓性能?；瘜W(xué)成分會影響金屬的鍛壓性能，純金屬的鍛壓性能優(yōu)于一般合金。鐵碳合金中，含碳量(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù))越低，鍛壓性能越好;合金鋼中，合金元素的種類和含量越多，鍛壓性能越差，如鋼中的硫會降低鍛壓性能。金屬組織的形式也會影響其鍛壓性能。3.焊接性能焊接性能是金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，即在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。對碳素鋼和低合金鋼而言，焊接性能主要與其化學(xué)成分有關(guān)(其中碳的影響最大)，如低碳鋼具有良好的焊接性能，而高碳鋼和鑄鐵的焊接性能則較差。4.切削加工性能切削材料的難易程度稱為材料的切削加工性能。影響切削加工性能的因素主要有化學(xué)成分、組織狀態(tài)、硬度、韌性、導(dǎo)熱性及形變強化等。5.熱處理性能熱處理是改善鋼切削加工性能的重要途徑，也是改善材料力學(xué)性能的重要途徑。熱處理性能包括淬透性、淬硬性、過熱敏感性、變形開裂傾向、回火脆性傾向、氧化脫碳傾向等。三、非合金鋼非合金鋼是指鋼中各元素含量低于規(guī)定值的鐵碳合金。非合金鋼即碳素鋼，其冶煉容易，價格低廉，性能可滿足一般工程構(gòu)件、普通機械零件和工具的使用要求，在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，產(chǎn)量和用量占鋼總產(chǎn)量的80%以上。1、非合金鋼的分類1）按非合金鋼的含碳量分類低碳鋼含碳量≤0.25%。中碳鋼含碳量為0.25%~0.6%。高碳鋼含碳量≥0.60%。2）按非合金鋼的質(zhì)量等級分類普通碳素鋼特殊質(zhì)量碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼3）按非合金鋼的用途分類碳素結(jié)構(gòu)鋼2.碳素工具鋼4）其他分類方法非合金鋼還可以從其他角度進(jìn)行分類。例如，按專業(yè)領(lǐng)域分為鍋爐用鋼、橋梁鋼、礦用鋼等;按冶煉方法分為轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼等。2.常用非合金鋼的性能和用途碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼是工程中應(yīng)用最多的鋼種，其產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的70%~80%。碳素結(jié)構(gòu)鋼的雜質(zhì)和非金屬夾雜物較多，但冶煉容易，工藝性好，價格便宜，產(chǎn)量大，在性能上能滿足一般工程結(jié)構(gòu)及普遍零件的要求，因而應(yīng)用普遍。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中所含硫、磷及非金屬雜物較少，常用于制造重要的機械零件，使用前一般都要經(jīng)過熱處理來改善力學(xué)性能。碳素工具鋼由于大多數(shù)工具都要求高硬度和高耐磨性，故碳素工具鋼的含碳量均在0.70%以上，都是優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。四、合金鋼合金鋼——在碳素鋼的基礎(chǔ)上，為了改善鋼的性能，在冶煉時有目的地加入一種或數(shù)種合金元素的鋼。性能：較高的力學(xué)性能、淬透性和回火穩(wěn)定性等，有的還具有耐熱、耐酸、耐蝕等特殊性能，在機械制造中得到了廣泛應(yīng)用。1、合金鋼的分類1）按用途分類合金結(jié)構(gòu)鋼：用于制造機械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。它們又可以分為低合金高強度鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼等。合金工具鋼：用于制造各種工具的鋼，可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼等。特殊性能鋼：具有某種特殊物理、化學(xué)性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。2）按合金元素總含量分類低合金鋼：合金元素總含量＜5％。中合金鋼：合金元素總含量5％～10％高合金鋼：合金元素總含量＞10％2、常用合金結(jié)構(gòu)鋼的用途合金結(jié)構(gòu)鋼主要指機械結(jié)構(gòu)用合金鋼，它主要用于制造機械零件，如軸、連桿、齒輪、彈簧、軸承等，其質(zhì)量等級屬于特殊質(zhì)量等級要求，一般需熱處理，以發(fā)揮鋼材的力學(xué)性能潛力。合金滲碳鋼

合金滲碳鋼在經(jīng)滲碳+淬火+低溫回火的處理后，具有外硬內(nèi)韌的性能，用來制造既要有優(yōu)良的耐磨性和耐疲勞性、又能承受沖擊載荷作用的零件。含碳量在0.10％～0.25％之間，加入合金元素主要是為了提高鋼的淬透性，并防止鋼因在長時間滲碳而造成晶粒粗大。合金滲碳鋼的應(yīng)用

圖4-5合金滲碳鋼的應(yīng)用合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼用于制造一些受力較復(fù)雜的，要求具有良好的綜合力學(xué)性能的重要結(jié)構(gòu)件。圖4-6為合金調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)用舉例。圖4-6受力較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件合金彈簧鋼合金彈簧鋼的含碳量一般為0.45%~0.70%。圖4-7為合金彈簧鋼應(yīng)用舉例。圖4-7為合金彈簧鋼應(yīng)用舉例。滾動軸承鋼主要用來制造各種滾動軸承的內(nèi)外圈及滾動體（滾珠、滾柱、滾針），也可用來制造各種工具和耐磨零件。圖4-8為滾動軸承鋼應(yīng)用舉例。圖4-8為滾動軸承鋼應(yīng)用舉例3、合金工具鋼合金工具鋼按用途可分為合金刃具鋼、合金模具鋼和合金量具鋼。合金刃具鋼合金刃具鋼主要用來制造車刀、銑刀、鉆頭等各種金屬切削刀具。刃具鋼要求高硬度、耐磨、高熱硬性及足夠的強度和韌性等。圖4-9為合金刃具鋼應(yīng)用舉例。圖4-9為合金刃具鋼應(yīng)用舉例（鉆頭和銑刀）。合金模具鋼用于制造模具的鋼稱為模具鋼。圖4-10為合金模具鋼應(yīng)用舉例。

小型沖裁模

擠壓模圖4-10常用模具鋼合金量具鋼量具是測量工件尺寸的工具，如游標(biāo)卡尺、量規(guī)和樣板等。它們的工作部分一般要求具有高硬度、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性和足夠的韌性。圖4-11為合金量具鋼應(yīng)用舉例。圖4-11量規(guī)和樣板五、有色金屬與硬質(zhì)合金常用的有色金屬有銅與銅合金、鋁與鋁合金、鈦與鈦合金和滑動軸承合金等。1.銅與銅合金由于銅與銅合金具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗磁性、耐腐蝕性和工藝性，故它們在電氣工業(yè)、儀表工業(yè)、造船業(yè)及機械制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。1)純銅(Cu)純銅呈紫紅色，故又稱為紫銅。圖4-12為銅絲。圖4-12銅絲2)銅合金為了滿足制作結(jié)構(gòu)件的要求，工業(yè)上廣泛采用在銅中加入合金元素而制成性能得到強化的銅合金，常用的銅合金可分為：黃銅、白銅、青銅。黃銅黃銅是以鋅為主加合金元素的銅合金。圖4-13為黃銅應(yīng)用舉例。圖4-13黃銅的應(yīng)用白銅白銅是以鎳為主加合金元素的銅合金。白銅具有高的耐腐蝕性和優(yōu)良的冷、熱加工性，是精密儀器儀表、化工機械、醫(yī)療器械及工藝品制造中的重要材料。青銅錫青銅是以錫為主要合金元素的銅合金。硅青銅具有很好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，并具有良好的鑄造性能和冷、熱變形加工性能，常用于制造耐腐蝕和耐磨零件。2.鋁與鋁合金鋁是一種具有良好的導(dǎo)電傳熱性及延展性的輕金屬。鋁中加入少量的銅、鎂、錳等，形成堅硬的鋁合金。圖4-14為鋁與鋁合金的應(yīng)用舉例。圖4-14鋁與鋁合金的應(yīng)用1)鋁與鋁合金的性能特點密度小，熔點低，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好，磁化率低抗大氣腐蝕性能好加工性能好2)鋁及鋁合金的分類純鋁（Al）按純度分為高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁。鋁合金根據(jù)成分特點和生產(chǎn)方式不同分：變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金根據(jù)性能不同分：防銹鋁、硬鋁、超硬鋁和鍛鋁?！?－2工程塑料塑料是一種以合成或天然的高分子化合物為主要成分，在一定的溫度和壓力條件下，可塑制成一定形狀，當(dāng)外力解除后，在常溫下仍能保持其形狀不變的材料。以塑料使用特點分類，可分為兩種：通用塑料、工程塑料。一、通用塑料二、工程塑料

一、通用塑料通用塑料是指常用塑料，這類塑料用途廣、價錢平。通常是指聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙?。≒VC）、聚苯乙烯（PS）。ABS等。使用量大，長期使用溫度在100~150℃，可作為結(jié)構(gòu)材料使用的塑料材料。通用塑料的主要性能特點：拉伸強度、沖擊強度、剛性、耐磨性較好；但易受溫度和濕度的影響；在低溫和干燥條件下具有良好的電絕緣性，但在潮濕的環(huán)境中，電阻率和介電強度會降低，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗明顯增大；熔融溫度比較高，熔融溫度范圍比較窄，有明顯的熔點，熱導(dǎo)率很低。主要應(yīng)用范圍：廣泛應(yīng)用于交通運輸、機械工業(yè)、電子電器、包裝材料、光學(xué)材料、醫(yī)療器械、生活日用品等方面。2.工程塑料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，有良好的機械性能和尺寸穩(wěn)定性，在高、低溫下仍能保持其優(yōu)良性能，可以作為工程結(jié)構(gòu)件的塑料。工程塑料的性能特點主要是：具有優(yōu)良的耐熱和耐寒性能，在廣泛的溫度范圍內(nèi)機械性能優(yōu)良，適宜作為結(jié)構(gòu)材料使用；耐腐蝕性良好，受環(huán)境影響較小，有良好的耐久性；與金屬材料相比，容易加工，生產(chǎn)效率高，并可簡化程序，節(jié)省費用；有