機(jī)械基礎(chǔ) 教案 模塊二 機(jī)械工程材料基礎(chǔ)

電子教案

課程模塊二機(jī)械工程材料

名稱(chēng)機(jī)械基礎(chǔ)授課章節(jié)基礎(chǔ)課時(shí)4

單元一金屬材料

教學(xué)掌握鋼的分類(lèi)、牌號(hào)、性能及應(yīng)用。

目標(biāo)掌握鑄鐵的分類(lèi)、牌號(hào)、性能及應(yīng)用。

重點(diǎn)重點(diǎn)：鋼的分類(lèi)、牌號(hào)、性能及應(yīng)用。鑄鐵的分類(lèi)、牌號(hào)、性能及應(yīng)用。

難點(diǎn)難點(diǎn)：金屬材料的牌號(hào)及應(yīng)用

教學(xué)

講授法、多媒體演示法

方法

教學(xué)內(nèi)容

鋼鐵材料與我們的日常生活息息相關(guān)，日常生活中的使用的扳手，從小至Iji把

導(dǎo)

瑞士軍刀，大到一臺(tái)挖掘機(jī)，都用到了鋼鐵材料。在這些不同的產(chǎn)品里，所用的鋼

入

鐵材料有什么不同？它們的性能又如何？

一、鋼

1.碳鋼

（1）段鋼的分類(lèi)碳鋼的分類(lèi)方法有多種，常見(jiàn)的有以下三種。

①按鋼的含碳審多少分為三類(lèi)；

低碳鋼，含碳量＜0.25%,強(qiáng)度及硬度低而軟，故又稱(chēng)軟鋼，主要應(yīng)用于汽車(chē)

車(chē)框架等零件，

中碳鋼.含碳量為0.25%?0.60%；中碳鋼主要用于制造較高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)零件，，

主要應(yīng)用于加工齒輪等零件。

教學(xué)

高碳鋼，含碳量＞0.60%。高碳鋼常稱(chēng)工具鋼，主要應(yīng)用于錘、撬棍、鉗子等

程序

新零件。

授②按鋼的質(zhì)量（即按鋼含有害元素S、P的多少）分為三類(lèi)

普通碳素鋼，鋼中S、P含量分別W0.055%和0.045%；應(yīng)用于螺栓等零件的制

內(nèi)造。

容優(yōu)質(zhì)碳素鋼，鋼中S、P含量均W0.040%；應(yīng)用于軸等零件的制造。

高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼，鋼中S、P含量分別W0.030%和0.035%。應(yīng)用于游標(biāo)卡尺等

零件的制造。

③按鋼的用途分類(lèi)分為三類(lèi)：

碳素結(jié)構(gòu)鋼，多為低碳鋼和中碳鋼（WcWO.70%）。冶煉容易、工藝性好，價(jià)廉，

而且在力學(xué)性能上也能滿足一般工程結(jié)構(gòu)及普通機(jī)器零件的要求，所以應(yīng)用廣泛。

用于制造受力不大（如螺釘、螺母、墊圈）承受中等負(fù)荷（如小軸、連桿、銷(xiāo)子、

農(nóng)機(jī)零件等）的零件。

碳素工具鋼，多為高碳鋼且為優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（Wc＞0.70%）,有害雜質(zhì)元

素（C、P）含量較少，質(zhì)量較高，碳素工具鋼主要用于制造刀具、模具和量具的鋼。

鑄造碳鋼，用于制造形狀復(fù)雜、力學(xué)性能要求較高的機(jī)械零件（Wc=0.2%-

0.6%）o

④按冶煉時(shí)脫氧程度的不同分為四類(lèi)c

沸騰鋼，為脫氧程度不完全的鋼，澆注時(shí)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象。其特點(diǎn)是材料利用率

高，成本低，組織不致密，力學(xué)性能較低,

鎮(zhèn)靜鋼，為脫氧程度完全的鋼，澆注時(shí)鋼液鎮(zhèn)靜，沒(méi)有沸騰現(xiàn)象。其特點(diǎn)是組

織致密，力學(xué)性能較高，質(zhì)量均勻，但成本較高，材料利用率低。

半鎮(zhèn)靜綱，為脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼，其生產(chǎn)過(guò)程較難控制，

故使用量不大。

特殊鎮(zhèn)靜鋼，為采用特殊脫氧工藝冶煉的脫氧完全的鋼，其脫氧程度、質(zhì)審及

性能比鎮(zhèn)靜綱高。

（2）磔鋼牌號(hào)的表示方法

①碳素結(jié)構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由屈服點(diǎn)“屈”字漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母Q、

屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D）及脫氧方法符號(hào)（F、b、Z）等四部

分按順序組成。其中質(zhì)量等級(jí)按A、B、C、D順序依次增高，F(xiàn)代表沸騰鋼，b代

表鎮(zhèn)靜鋼，Z代表鎮(zhèn)靜鋼等。如Q235-A-F表示屈服強(qiáng)度為235Mpa的A級(jí)沸騰

碳素結(jié)構(gòu)鋼。

②優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字代表

鋼中的平均含碳最的萬(wàn)分之幾。例如45鋼，表示平均含碳最為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素

結(jié)構(gòu)鋼。08鋼，表示平均含碳量為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

③碳素工具鋼。碳素工具鋼的牌號(hào)是用碳字漢語(yǔ)拼音字頭T和數(shù)字表示。其

數(shù)字表示鋼的平均含碳量的千分之幾。若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)，則在數(shù)字后面加“A”。例

如，T12鋼，表示平均含碳量為1.2%的碳素工具鋼。T8鋼，表示平均含碳量為0.8%

的碳素工具綱。T12A,表示平均含碳品為1.2%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。

（3）段鋼的用途舉例

①Q(mào)195、Q215,用于鉀釘、開(kāi)口銷(xiāo)等及沖壓零件和焊接構(gòu)件。

②Q235、Q255,用于螺栓、螺母、拉桿、連桿及建筑、橋梁結(jié)構(gòu)件。

③Q275,用于強(qiáng)度較高轉(zhuǎn)軸、心軸、齒輪等。

④Q345,用于船舶、橋梁、車(chē)輛、大型鋼結(jié)構(gòu)。

⑤08鋼，含碳量低，塑性好，主要用于制造冷沖壓零件。

⑥10、20鋼，常用于制造沖壓件和焊接件。也常用于制造滲碳件。

⑦35、40、45、50鋼屬中碳鋼，經(jīng)熱處理后可獲得良好的綜合力學(xué)性能，主

要用制造齒輪、套筒、軸類(lèi)零件等。這幾種鋼在機(jī)械制造中應(yīng)用非常廣泛。

⑧T7、T8鋼，用于制造具有較高韌性的工具，如沖頭、鑿子等。

⑨T9、T10、TU鋼，用作要求中等韌性、高硬度的刃具，如鉆頭、絲錐、鋸

條等。

⑩T12、T13鋼，用于要求更高硬度、高耐磨性的鉀.刀、拉絲模具等。

2、合金鋼

（1）合金鋼的分類(lèi)

合金鋼的分類(lèi)方法有多種，常見(jiàn)的有以下兩種。

①按用途分為三類(lèi)：

合金結(jié)構(gòu)鋼，用于制造各種性能要求更高的機(jī)械零件和工程構(gòu)件；

合金工具鋼，用丁制造各種性能耍求更高的刃具、量具和模具；

特殊性能鋼，具有特殊物理和化學(xué)性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。

②按合金元素總含量多少分為三類(lèi)：

低合金鋼，合金元素總含量小于5樂(lè)

中合金綱，合金元素總含量為5%?10機(jī)

高合金綱，合金兀素思含量大于10%<>

（2）合金鋼牌號(hào)的表示方法

合金鋼是按鋼材的含碳量以及所含合金元素的種類(lèi)和數(shù)最編號(hào)的。

①鋼號(hào)首部是表示含碳量以及所含合金結(jié)構(gòu)鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同，以萬(wàn)分之一

的碳作為單位，如首部數(shù)字為45,則表示平均含碳量為0.45%；合金工具鋼以千分

之一的含碳量作為單位，如首部數(shù)字為5,則表示平均含碳量為0.5乳

②在表示含碳量的數(shù)字后面，用元素的化學(xué)符號(hào)表示出所含的合金元素。合金

元素的含量以百分之幾表示，當(dāng)平均含量小于1.5%時(shí)，只標(biāo)明元素符號(hào)，不標(biāo)含

量。如25Mn2V,表示平均含碳量為0.25%,含鋅量約為2%,含帆量小于1.5%的合

金結(jié)構(gòu)鋼。又如9SiCr,表示平均含碳量為0.9%,含硅、銘都少于1.5%的合金工

具鋼。

③對(duì)于含碳量超過(guò)1.0$的合金工具鋼，則在牌號(hào)中不表示含碳量。如CrWMn

鋼，表示含碳量大于1.0印并含有鋁、鴇、銃三種合金元素的合金工具鋼。但也有

特例，高速鋼的含碳量小于L0樂(lè)牌號(hào)中也不表示含碳量。如晅8Cr4V鋼，其含

碳量?jī)H為0.7%?0.8%。

④特殊性能鋼牌號(hào)中也不表示方法基本上與合金工具鋼相同。如2Crl3,表示

平均含碳量為0.2%,含銘量約為13%的不銹鋼。

⑤有些特殊用鋼，則用專(zhuān)門(mén)的表示方法，如滾動(dòng)軸承鋼，其牌號(hào)以G表示，不

標(biāo)含碳量，格的平均含量用千分之幾表示。如GCH5,表示含格量為L(zhǎng)5%的滾動(dòng)軸

承鋼。

⑥對(duì)于高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，在鋼號(hào)末尾加一個(gè)“A”字，如38CrMoAIA。

（3）合金鋼的用途舉例

l）09MnNb.16Mn.15MnTi鋼屬低合金結(jié)構(gòu)鋼,用于制造橋梁、車(chē)輛、鍋爐、

油罐、建筑結(jié)構(gòu)和化工容器等。

2）14MnVTiRe>14MnMoV>18MnNb.14CrMnMoVB鋼用于制造大型船舶、重要橋

梁、電站設(shè)備及鍋爐、化工、石油等中高壓容器。

3)20Cr、20MnV鋼,適于制造滲碳小齒輪、小軸、活塞銷(xiāo)等。

4)20CrMnTi鋼，常用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)上的齒輪.

5)18Cr2Ni4WA>15CrMn2SiMo>20Cr2N14A鋼，常用于制造大型滲碳齒輪和軸

類(lèi)件。

6)40MnBs40Cr、35CrMo、40CrMnM。鋼,用于制造重要調(diào)質(zhì)件，如主軸、曲軸、

連連桿和齒輪等機(jī)械零件。

7)65Mn.60Si2Mn鋼屬?gòu)椈射?，主要月于制造截面小?5nmi的彈簧，如車(chē)箱

板簧和機(jī)車(chē)板簧、扭桿簧等。

8)GCrl5、GsiMnMoV鋼屬軸承鋼，主要用于制造滾動(dòng)釉承的內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)

體，也可用于制造冷沖模、冷軋輯等。

9)CrWMn、CrMn>9Mn2V鋼,用于制造測(cè)量工具,如卡尺、千分尺、量規(guī)、塊

規(guī)塞規(guī)等。

10)W18Cr4V.W6Mo5c4V2鋼,用于制造高速切削的刃具，如鉆頭、銃刀、滾刀、

拉刀、較刀車(chē)刀等。

H)5CrMnMo.3Cr2W8V鋼，屬熱模具鋼，用于制造熱鍛模、熱壓模、壓鑄模等。

12)Crl2.Crl2MoV鋼，屬冷模具鋼，用于制造冷沖模具、冷切剪刀具等。

13)1613、2cH3、3Crl3>4Crl3鋼,屬馬氏體不銹鋼,用于制造抗弱腐蝕性

介質(zhì)并承受沖擊載荷的零件，還可用來(lái)制造具有較高硬度和耐磨性的醫(yī)療工具等。

14)lCrl8Ni9、lCrl8Ni9Ti鋼,屬奧氏體不銹鋼,用于制造耐硝酸、冷磷酸、

有機(jī)酸及鹽、堿溶液腐蝕的設(shè)備零件。

15)Mnl3鋼，屬耐磨鋼，用于制造拖拉機(jī)鏈軌板、挖掘機(jī)鏟齒、球磨機(jī)襯板、

鐵路道岔等。

16)15CrMo、4CrlOSi2Mo鋼，屬耐熱鋼，用于制造在高溫下工作的零件或構(gòu)件。

二、鑄鐵

鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金，它含有比碳鋼更多的硅、鋅、硫、磷等

雜質(zhì)。工業(yè)上常用的鑄鐵含碳量為2.5%?4.0%。

1.鑄鐵的具體分類(lèi)與應(yīng)用

(I)灰口鑄鐵

含碳量較高(2.7%?4.0%),碳主要以片狀石墨形態(tài)存在，斷口呈灰色，簡(jiǎn)稱(chēng)

灰鐵。熔點(diǎn)詆（1145-1250*0,凝固時(shí)收縮量小，抗壓強(qiáng)度和硬度接近碳素鋼，

減篋性好。用于制造機(jī)床床身、汽缸、箱體等結(jié)構(gòu)件。

（2）白口鑄鐵

碳、硅含量較低，碳主要以滲碳體形態(tài)存在，斷口呈銀白色。凝固時(shí)收縮大,

易產(chǎn)生縮孔、裂紋。硬度高，脆性大，不能承受沖擊載荷。多用作可鍛鑄鐵的坯件

和制作耐磨損的零部件。

（3）可鍛鑄鐵

由白口鑄鐵退火處理后獲得，石墨呈團(tuán)絮狀分布，簡(jiǎn)稱(chēng)韌鐵。其組織性能均勻，

耐磨損，有良好的塑性和韌性。用于制造形狀復(fù)雜、能承受強(qiáng)動(dòng)載荷的零件。

（4）球墨鑄鐵

灰口鑄鐵鐵水經(jīng)球化處理后獲得，析巴的石墨呈球狀，簡(jiǎn)稱(chēng)球鐵。比普通灰口

鑄鐵有較高強(qiáng)度、較好韌性和塑性。用于制造內(nèi)燃機(jī)、汽車(chē)零部件及農(nóng)機(jī)具等。

2.鑄鐵的牌號(hào)

組成

表示內(nèi)容補(bǔ)充說(shuō)明應(yīng)用舉例

部分

由代號(hào)和表示力學(xué)性主要代號(hào)有：例1：HT200

第一

能特征值的阿拉伯?dāng)?shù)字組灰口鑄鐵為HT、該牌號(hào)表示

類(lèi)型白口鑄鐵為BT、最低抗拉強(qiáng)度為

成

可鍛鑄鐵為KT、200MPa的灰口

球墨鑄鐵為QT、鑄鐵。

由代號(hào)和主要合金元

第二蠕墨鑄鐵RuTo例2：

素的元素符號(hào)及名義百分

類(lèi)型表示力學(xué)特QT400—15

含量組成

性的數(shù)字是用拉該牌號(hào)表示

由代號(hào)和主要合金元伸強(qiáng)度值。最低抗拉強(qiáng)度為

第三索的元素符號(hào)及名義百分表示合金元400MPa,延伸率

類(lèi)型含量和和表示力學(xué)性能特素含量是用質(zhì)量為15%的球墨鑄

征值的阿拉伯?dāng)?shù)字組成。分?jǐn)?shù)表示。鐵。

二.鑄鋼

鑄鋼也是一種重要的鑄造合金，其應(yīng)用僅次于鑄鐵。鑄鋼件的力學(xué)性能優(yōu)于各

類(lèi)鑄件，井具有優(yōu)良的焊接性能，適于采用鑄焊聯(lián)合工藝制造重型鑄件。

1鑄鋼的類(lèi)型

常用的壽鋼有碳素鑄鋼和合金鑄鋼兩大類(lèi)，其中碳索鑄鋼應(yīng)用較廣，約占鑄鋼

件的80%o

2鑄鋼的牌號(hào)

般工程用鑄鋼的牌號(hào)由“ZG”加兩組數(shù)字表示。其中“ZG”為鑄鋼二字漢

語(yǔ)拼音第一個(gè)字母,后面兩位數(shù)字分別表示材料的最小屈服強(qiáng)度值和最小抗拉強(qiáng)度

值。如ZG2CXM00、ZG270-500.ZG340-640等

3鑄鋼的應(yīng)用

生產(chǎn)上等鋼主要用于制造形狀復(fù)雜、難于鍛造而又需承受沖擊載荷的零部件。

如機(jī)車(chē)車(chē)架、火車(chē)車(chē)輪、水壓機(jī)的缸和立柱、大型齒輪、軋鋼機(jī)機(jī)架等。

四、鋼鐵材料的現(xiàn)場(chǎng)鑒別

鋼鐵材料品種繁多，性能各異，因此對(duì)鋼鐵材料的鑒別是非常必要的。常用的

鑒別方法有火花鑒別法、色標(biāo)鑒別法、斷口鑒別法和音色鑒別法等。

1、火花鑒別法

根據(jù)鋼鐵材料在磨削過(guò)程中所出現(xiàn)的火花爆裂形狀、流線、色澤、發(fā)火點(diǎn)等特

點(diǎn)區(qū)別鋼鐵材料化學(xué)成分差異的方法，稱(chēng)為火花鑒別法。

火花鑒別專(zhuān)用電動(dòng)砂輪機(jī)的功率為0.20?0.75kW,轉(zhuǎn)速高于3000i7min。所用

砂輪粒度為40?60目，中等硬度，直徑為4>150?200m磨削時(shí)施加壓力以20?

60N為宜，輕壓看合金元素，重壓看含碳顯。

火花鑒別的要點(diǎn)是：詳細(xì)觀察火花的欠束粗細(xì)、長(zhǎng)短、花次層疊程度和它的色

澤變化情況。注意觀察組成火束的流線形態(tài)，火花束根部、中部及尾部的特殊情況

和它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，同時(shí)還要觀察火花爆裂形態(tài)、花粉大小和多少。

（1）常用鋼鐵材料的火花特征

碳是鋼鐵材料火花的基本元素，也是火花鑒別法測(cè)定的主要成分。由于含碳量

的不同，其火花形狀不同。

①碳素綱火花的特征

低碳鋼火花束較長(zhǎng)，流線少，芒線稍粗，多為一次花，發(fā)光一般，帶暗紅色,

無(wú)花粉。

中碳鋼火花束稍短，流線較細(xì)長(zhǎng)而多，爆花分叉較多，開(kāi)始出現(xiàn)二次、三次

花，花粉較多，發(fā)光較強(qiáng)，顏色橙。

高碳鋼火花束較短而粗，流線多而細(xì)，碎花、花粉多，又分叉多且多為三次

花，發(fā)光較亮。

②鑄鐵的火花特征

鑄鐵的火花束很粗，流線較多，一般為二次花，花粉多，爆花多，尾部漸粗下

垂成弧形，顏色多為橙紅。火花試驗(yàn)時(shí)，手感較軟。

③合金鋼的火花特征。

合金鋼的火花特征與其含有的合金元素有關(guān)。一股情況下，銀、硅、鋁、鴇等

元素抑制火花爆裂，而缽、鈕銘等元素卻可助長(zhǎng)火花爆裂。所以對(duì)合金鋼的鑒別難

掌握。

一般鋁鋼的火花束白亮，流線稍粗而長(zhǎng)，爆裂多為一次花、花型較大，呈大星

形，分叉多而細(xì)，附的碎花粉，爆裂的火花心較明鳧。

銀銘不銹鋼的火花束細(xì)，發(fā)光較暗，爆裂為一次花，五、六根分叉，呈星形,

尖端微有爆裂。

高速鋼火花束細(xì)長(zhǎng)，流線數(shù)量少，無(wú)火花爆裂，色澤呈暗紅色，根部和中部為

斷續(xù)流線，晶花呈弧狀。

2.色標(biāo)鑒別法

生產(chǎn)中為了表明金屬材料的牌號(hào)、規(guī)格等，常做一定的標(biāo)記，如涂色、打印、

掛牌等。金屬材料的涂色標(biāo)志是表示鋼號(hào)、鋼種的，涂在材料一端的端面或端部。

具體的涂色方法在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中做了詳細(xì)規(guī)定，現(xiàn)舉例如下：

（I）碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235鋼為紅色；

（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼為棕色加綠色，45鋼為白色加棕色；

（3）合金結(jié)構(gòu)鋼20CrMnTi鋼為黃色加黑色，40CrM。鋼為綠色加紫色；

（4）格軸承鋼GCH5鋼為藍(lán)色；

（5）高速鋼W18CMV鋼為棕色加藍(lán)色；

（6）不銹鋼lCrl8Ni9Ti鋼為綠色國(guó)藍(lán)色；

<7）熱作模具鋼5CrMnMo鋼為紫色加白色。

3.斷口宏觀鑒別法

材料或零部件因受某些物理.、化學(xué)或機(jī)械作用的影響而導(dǎo)致破斷，此時(shí)所形成

的自然表面稱(chēng)為斷口。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)斷口的自然形態(tài)判定材料的韌脆性，從而推斷

材料含碳量的高低。若斷口呈纖維狀，無(wú)金屬光澤，，顏色發(fā)暗，無(wú)結(jié)晶顆粒，且

斷口邊緣有明顯的塑性變形特征，則表明鋼材具有良好的塑性和韌性,含碳量較低。

若斷I」齊平.呈銀灰色，且具有明顯的金屬光澤和結(jié)晶顆粒，則表明屬脆性材料。

而過(guò)共析鋼或合金經(jīng)淬火后，斷口呈亮灰色，具有綢緞光澤，類(lèi)似于細(xì)究器斷口特

征。常用鋼鐵材料的斷口特點(diǎn)大致如下：

(1)低碳鋼不易敲斷，斷口邊緣有明顯的塑性變形特征，有微量顆粒；

(2)中碳鋼的斷口邊緣的塑性變形特征沒(méi)有低碳鋼明顯，斷口顆粒較細(xì)、較

多；

(3)高碳鋼的斷口邊緣無(wú)明顯塑性變形特征，斷口顆粒很細(xì)密；

(4)鑄鐵極易敲斷，斷口無(wú)塑性變形，晶粒粗大，呈暗灰色。

4.音色鑒別法

根據(jù)鋼鐵敲擊時(shí)發(fā)出的聲音不同，以區(qū)別鋼和鑄鐵的方法稱(chēng)為音色鑒別法。敲

擊時(shí)，發(fā)出比較清脆聲音的材料為鋼，發(fā)出較低沉聲音的材料為鑄鐵。

為了準(zhǔn)確地鑒別材料，在以上幾種現(xiàn)場(chǎng)鑒別的基礎(chǔ)上，一般還可采用化學(xué)分析、

金相檢驗(yàn)以及硬度試驗(yàn)等手段進(jìn)行鑒別。

一、鋼

1碳鋼

分類(lèi)應(yīng)用牌號(hào)

2合金鋼

歸分類(lèi)應(yīng)用牌號(hào)

二、鑄鐵

納分類(lèi)應(yīng)用牌號(hào)

小三、鑄鋼

分類(lèi)應(yīng)用牌號(hào)

結(jié)四、鋼鐵材料的現(xiàn)場(chǎng)鑒別

1火花鑒別法

2色標(biāo)鑒別法

3斷口鑒別法

4音色鑒別法

作

機(jī)械基礎(chǔ)配套習(xí)題集《金屬材料》

業(yè)

電子教案

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機(jī)械基礎(chǔ)授課章節(jié)課時(shí)4

名稱(chēng)亙?cè)饘俨牧系男阅?/p>

教學(xué)了解金屬材料的物理性能。

目標(biāo)掌握金屬材料的力學(xué)性能、加工性能。

重點(diǎn)重點(diǎn)：金屬材料的力學(xué)性能、加工性能

難點(diǎn)難點(diǎn)：金屬材料的力學(xué)性能、加工性能

教學(xué)

講授法、多媒體演示法

方法

教學(xué)內(nèi)容

金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能。使用性能是指金屬材料為保證機(jī)械

零件或工具正常工作應(yīng)具備的性能。使用性能包括機(jī)械性能（或力學(xué)性能）、物理

性能和化學(xué)性能等。工藝性能是指金屬材料在制造機(jī)械零件或工具的過(guò)程中，適

導(dǎo)應(yīng)各種冷、熱加工的性能，也就是金屬材料采用某種成形加工方法制成成品的難易

入程度。工藝性能包括鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、熱處理性能以及切削加工性

能等。

同學(xué)們.你知道金屬材料的性能為什么包含這么多方面以及它們各自有仆么含

義嗎？

教學(xué)一、金屬材料的物理性能

金屬的物理性能主要考慮：

程序

1.密度（比重）

P=P/V單位克/立方厘米或噸/立方米，式中P為重量，V為體積。在實(shí)際應(yīng)

用中，除了根據(jù)密度計(jì)算金屬零件的重量外,很重要的一點(diǎn)是考慮金屬的比強(qiáng)度（強(qiáng)

新度。b與密度P之比）來(lái)幫助選材，以及與無(wú)損檢測(cè)相關(guān)的聲學(xué)檢測(cè)中的聲阻抗（密

度p與聲速C的乘積）和射線檢測(cè)中密度不同的物質(zhì)對(duì)射線能量有不同的吸收能力

授等等。

內(nèi)2熔.點(diǎn)

金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)時(shí)的溫度，對(duì)金屬材料的熔煉、熱加工有直接影響，并

容與材料的高溫性能有很大關(guān)系。

3.熱膨脹性

隨著溫度變化，材料的體積也發(fā)生變化（膨脹或收縮）的現(xiàn)象稱(chēng)為熱膨脹，

多用線膨脹系數(shù)衡量，亦即溫度變化時(shí)，材料長(zhǎng)度的增減量與其0℃時(shí)的長(zhǎng)度

之比。熱膨脹性與材料的比熱有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中還要考慮比容（材料受溫度

等外界影響時(shí)，單位重量的材料其容積的增減，即容積與質(zhì)量之比），特別是對(duì)于

在高溫環(huán)境下工作,或者在冷、熱交替環(huán)境中工作的金屬零件,必須考慮其膨脹性

能的影響。

4.磁性

能吸引鐵磁性物體的性質(zhì)即為磁性，它反映在導(dǎo)磁率、磁滯損耗、剩余磁感應(yīng)

強(qiáng)度、矯頑磁力等參數(shù)上，從而可以把金屬材料分成順磁與逆磁、軟磁與硬磁材料。

5.電學(xué)性能

主要考慮其電導(dǎo)率，在電磁無(wú)損檢測(cè)中對(duì)其電阻率和渦流損耗等都有影響。

二、金屬材料的機(jī)械性能（力學(xué)性能）

1.應(yīng)力的概念

物體內(nèi)部單位截面積上承受的力稱(chēng)為應(yīng)力。由外力作用引起的應(yīng)力稱(chēng)為工作應(yīng)

力，在無(wú)外力作用條件下平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力稱(chēng)為內(nèi)應(yīng)力（例如組織應(yīng)力、熱應(yīng)

力、加工過(guò)程結(jié)束后留存下來(lái)的殘余應(yīng)力等等）。

2.機(jī)械性能

金屬在一定溫度條件下承受外力（載荷）作用時(shí)，抵抗變形和斷裂的能力稱(chēng)

為金屬材料的機(jī)械性能（也稱(chēng)為力學(xué)性能%金屬材料承受的載荷有多種形式，它

可以是靜態(tài)載荷，也可以是動(dòng)態(tài)載荷，包括單獨(dú)或同時(shí)承受的拉伸應(yīng)力、壓應(yīng)力、

彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，以及摩擦、振動(dòng)、沖擊等等，因此衡量金屬材料

機(jī)械性能的指標(biāo)主要有以下幾項(xiàng)：

（1）強(qiáng)度

①定義

強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗永久變形和斷裂的能力。當(dāng)材料在滿足

強(qiáng)度的載荷作用范圍內(nèi)是不會(huì)發(fā)生破壞，只有當(dāng)材料承受的載荷超過(guò)了自身的強(qiáng)度

時(shí)才會(huì)發(fā)生斷裂之類(lèi)的破壞。

②拉伸實(shí)驗(yàn)

根據(jù)外力作用性質(zhì)不同，主要有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。

工程常用的是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，一般在拉伸試驗(yàn)機(jī)上實(shí)驗(yàn)測(cè)得，相同條件下，

材料的強(qiáng)度越高，則構(gòu)件的承載力也就越高。

為了便于對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，試驗(yàn)時(shí)首先要把待測(cè)試的材料加工成試件。

我國(guó)國(guó)家標(biāo);隹GB/T228-1987《金屬拉力試驗(yàn)法》中規(guī)定，拉伸試件截面可采用圓

形或矩形，長(zhǎng)度可根據(jù)其截面尺寸按規(guī)定比例或不按比例適當(dāng)選取。按比例選取的

試件長(zhǎng)短兩種規(guī)格。圓截面長(zhǎng)試件其工作段長(zhǎng)度（也稱(chēng)標(biāo)距）10=10d0,短試件

10=5d0o金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)，一般采用短圓柱形試件其高度為直徑dO的1.5-3

倍。

③四個(gè)階段

第I階段（彈性變形階段）試件受力以后，長(zhǎng)度增加，產(chǎn)生變形，這時(shí)如將外

力卸去，試件工作段的變形可以消失，恢復(fù)原狀。此類(lèi)變形稱(chēng)為彈性變形，因此,

稱(chēng)第I階段為彈性變形階段。

第II階段（屈服階段）彈性變形階段以后，試件的伸長(zhǎng)顯著增加，但外力卻滯

留在很小的范圍內(nèi)上下波動(dòng)。外力不需增加,變形卻繼續(xù)增大,這種現(xiàn)象稱(chēng)為屈服

或流動(dòng)。屈服階段中拉力波動(dòng)的最低值稱(chēng)為屈服載荷，用Fs表示。所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力

稱(chēng)為屈服極限，用。$表示。

第in階段(強(qiáng)化階段)過(guò)了屈服階段以后，繼續(xù)增加變形，需要加大外力，試

件對(duì)變形的抵抗能力乂獲得增強(qiáng)，力與變形是非線性的關(guān)系。此階段稱(chēng)為強(qiáng)化階段。

第IV階段(頸縮階段)當(dāng)拉力繼續(xù)增大達(dá)某一確定數(shù)值時(shí)，可以看到，試件某

處突然開(kāi)始逐漸局部變細(xì)，形同細(xì)頸，稱(chēng)頸縮現(xiàn)象。因此，第IV階段稱(chēng)為頸縮階段。

頸縮出現(xiàn)前.試件所能承受的拉力最大值，稱(chēng)為最大載附，用林表示。所對(duì)應(yīng)的

應(yīng)力稱(chēng)為強(qiáng)度極限，用。b表不。

(3)塑性

①定義

塑性是指金屬材料在給定載荷外力的作用下，產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能

力。金屬材料在受到拉伸變形時(shí)，長(zhǎng)度和橫截面枳都要發(fā)生變化。因此，金屬的塑

性可以用材料的伸長(zhǎng)率6和截面收縮率力兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量。

②伸長(zhǎng)率6

試件拉斷后，工作段的殘余伸長(zhǎng)量△1=1071與標(biāo)距長(zhǎng)度10的比值，代表試

件拉斷后塑性變形程度，

稱(chēng)為材料的伸長(zhǎng)率，用6表示。即

S二仁3100%

1。

③截面收縮率小試件斷口處橫截面面積的相對(duì)變化率稱(chēng)為截面收縮率，

用力表示.即

"/=上工1000。

4

金屬材料的伸長(zhǎng)率和截面收縮率愈大，表示該材料的塑性愈好，即材料能承受

較大的塑性變形而不破壞。工程上通常把常溫、靜栽下伸長(zhǎng)率大于5與的金屬材料

稱(chēng)為塑性材料，如低碳鋼；而把伸長(zhǎng)率小于5%的金屬材料稱(chēng)為脆性材料，如灰口

鑄鐵等。

低碳鋼是一種塑性極好的材料，在汽車(chē)制造業(yè)中常用這種材料通過(guò)沖裁、拉

延、翻邊等玉力加工的方法來(lái)加工。

(3)硬度

①定義

金屬材料抵抗其他更硬物體壓入表面的能力稱(chēng)為硬度，或者說(shuō)是材料對(duì)局部塑

性變形的抵抗能力。例如將一個(gè)堅(jiān)硬的鋼球壓入鋼板的表面，就會(huì)在鋼板表面留下

圓形痕跡，這個(gè)痕跡的大小就反映了材料的軟硬程度。

②硬度到成

硬度是由硬度訂測(cè)試出來(lái)的。常用的便度標(biāo)準(zhǔn)有三套：布氏硬度、洛氏硬度、

維氏硬度，這三種硬度標(biāo)準(zhǔn)有不同的測(cè)試方法和應(yīng)用范圍。

類(lèi)別測(cè)試方法應(yīng)用范圍

用一定大小的試驗(yàn)力F,把直徑為D的淬火鋼球或布氏硬度測(cè)量

硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)金屬的表面，保持規(guī)定時(shí)間法適用于鑄

布氏后卸除試驗(yàn)力，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓痕平均直徑鐵、非鐵合金、

硬度d,然后按公式求出-布氏硬度HB值，或者根據(jù)d各種退火及調(diào)

(HB從已備好的布氏硬度表中查出HB值。質(zhì)的鋼材，不

)宜測(cè)定太硬、

太小、太薄的

工件。

洛氏硬度（HR）試驗(yàn)方法是用一個(gè)頂角為120度測(cè)試當(dāng)被測(cè)樣

洛氏的金剛石圓錐體或直徑為/的鋼球，在一定載荷品過(guò)小或者布

硬度下壓入被測(cè)材料表面，由壓痕深度求出材料的硬氏硬度（HB）

(HR度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料硬度的不同，可分為三種不同大于450時(shí)，

)標(biāo)度來(lái)表示：HRA、HRB、ERCo其中以HRC為最就改用洛氏硬

常用。度計(jì)星

維氏硬度測(cè)定原理與布氏硬度相似，將相對(duì)面夾適用于較大工

角為136。的正四棱錐體金剛石作為壓頭，試驗(yàn)件和較深表面

維氏

時(shí)在規(guī)定的試驗(yàn)力F（49.0：廣980.7N）作用下，層的硬度測(cè)

硬度

壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，定。還適用于

(HV

用測(cè)微儀器測(cè)出壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度，算出兩對(duì)角較薄工件、工

)

線長(zhǎng)度的平均值d后,查GB4340.4-2009附表就具表面或鍍層

可得出維氏硬度值。的硬度測(cè)定。

（4）韌性

①定義

韌性是金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力。

金屬材料的韌性大小通常采用吸收能量K（單位是J）指標(biāo)來(lái)衡量。

②夏比擺錘沖擊試驗(yàn)

夏比擺睢沖擊試樣有V型缺口試樣和U型缺口試樣兩種。夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方

法：是在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。試驗(yàn)時(shí)，將帶有缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣安放在試驗(yàn)

機(jī)的機(jī)架上，使試樣的缺口位于兩支座中間，并背向擺錘的沖擊方向。將一定質(zhì)量

的棋錘升高到規(guī)定高度hl,則擺錘具有勢(shì)能AKV1（V型缺口試樣）或AKUMU型缺口

試樣）。當(dāng)擺錘落下將試樣沖斷后，擺錘繼續(xù)向前升高到h2,此時(shí)擺錘的剩余勢(shì)能

為AKV2或AKU2,則搜錘沖斷試樣過(guò)程中所失去的勢(shì)能就等于沖擊試樣的吸收能量

Ko

吸收能量K是表征金屬材料韌性的重要指標(biāo)。顯然，吸收能量大，表示金屬材

料抵抗沖擊;式驗(yàn)力而不破壞的能力越強(qiáng)。

吸收能量對(duì)組織缺陷非常敏感，它可靈敏地反映出金屬材料的質(zhì)量、宏觀缺口

和顯微組織的差異，能有效地檢驗(yàn)金屬材料在冶煉、成形加工、熱處理工藝等方面

的質(zhì)量。

③溫度對(duì)吸收能量的影響

吸收能量對(duì)溫度非常敏感，隨著試驗(yàn)溫度的降低，吸收能量總的變化趨勢(shì)是隨

著溫度的降詆而降低，。

金屬材料在一系列不同溫度的沖擊試驗(yàn)中，吸收能量急劇變化或斷口韌性急劇

轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域,稱(chēng)為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌脆轉(zhuǎn)變溫度是衡量金屬材料冷脆傾向的指

標(biāo)。

（5）疲勞強(qiáng)度

①疲勞:許多機(jī)械零件和工程構(gòu)件，是承受交變載荷工作的。在交變載荷的作

用下，雖然應(yīng)力水平低于材料的屈服極限,但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)力反復(fù)循環(huán)作用以后，

也會(huì)發(fā)生突然脆性斷裂，這種現(xiàn)象叫做金屬材料的疲勞。由于疲勞不易發(fā)現(xiàn)，所以

對(duì)安全的影響是極大的。

②疲勞強(qiáng)度：金屬材料在循環(huán)應(yīng)力作用下能經(jīng)受無(wú)限多次循環(huán)，而不斷裂的最

大應(yīng)力值稱(chēng)為金屬材料的疲勞強(qiáng)度。金屬材料承受一定的循環(huán)應(yīng)力。與斷裂時(shí)相應(yīng)

的循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系可以用曲線來(lái)描述，這種曲線稱(chēng)為。-N曲線。這種曲線

可以在一定程度上反映金屬材料的實(shí)際服役過(guò)程。

由于大部分機(jī)械零件的損壞是由疲勞造成的，消除或減少疲勞失效，對(duì)于提高零

件使用壽命有著重要意義。影響疲勞強(qiáng)度的因素很多，除設(shè)計(jì)時(shí)在結(jié)構(gòu)上注意減輕

零件應(yīng)力集中外，改善零件表面粗糙度，減少缺口效應(yīng)，均可提高零件的疲勞強(qiáng)度

三、金屬材料的工藝性能

金屬對(duì)各種加工工藝方法所表現(xiàn)出來(lái)的適應(yīng)性稱(chēng)為工藝性能，主要有以下四個(gè)

方面:

1.切削加工性能

切削加工性能是指金屬材料在用切削刀具進(jìn)行加工時(shí)，所表現(xiàn)出來(lái)的難易程

度。它主要用切削速度、加工表面光潔度和刀具耐用度來(lái)衡量。通?；诣T鐵有良好

的切削加工性，鋼的硬度在HBW160-200范圍內(nèi)時(shí)，具有良好的切削加工性。

2.鍛造性能

反映金屬材料在壓力加工過(guò)程中成型的難易程度，例如將材料加熱到一定溫度

時(shí)其塑性的島?低（表現(xiàn)為塑性變形抗力的大?。?，允許熱壓力加工的溫度范圍大小,

熱脹冷縮特性以及與顯微組織、機(jī)械性能有關(guān)的臨界變形的界限、熱變形時(shí)金屬的

流動(dòng)性、導(dǎo)熱性能等。

3.鑄造性能

反映金屬材料熔化澆鑄成為鑄件的難易程度，表現(xiàn)為熔化狀態(tài)時(shí)的流動(dòng)性、吸

氣性、氧化性、熔點(diǎn)，鑄件顯微組織的均勻性、致密性，以及冷縮率等。

4.焊接性能

反映金屬材料在局部快速加熱，使結(jié)合部位迅速熔化或半熔化（需加壓），從

而使結(jié)合部位牢固地結(jié)合在一起而成為整體的難易程度，表現(xiàn)為熔點(diǎn)、熔化時(shí)的吸

氣性、氧化性、導(dǎo)熱性、熱脹冷縮特性、塑性以及與接縫部位和附近用材顯微組織

的相關(guān)性、對(duì)機(jī)械性能的影響等。

一、金屬材料的物理性能

二、金屬材料的機(jī)械性能(力學(xué)性能)

1.應(yīng)力的概念

2機(jī).械性能

(1)強(qiáng)度

歸(2)塑性

(3)硬度

納(4)韌性

小(5)疲勞強(qiáng)度

三、金屬材料的工藝性能

結(jié)

(1)切削加工性能

(2)鍛造性能

(3)鑄造性能

(4)焊接性能

作

機(jī)械基礎(chǔ)配套習(xí)題集《金屬材料的性能》

業(yè)

電子教案

課程模塊二機(jī)械工程材料基礎(chǔ)

機(jī)械基礎(chǔ)授課章節(jié)課時(shí)4

名稱(chēng)單元三其他金屬材料

了解鋁及鋁合金的性能、分類(lèi)、牌號(hào)、及應(yīng)用。

了解銅及銅合金的性能、分類(lèi)、牌號(hào)、及應(yīng)用。

教學(xué)

了解鈦及鈦合金合金的性能、分類(lèi)、牌號(hào)、及應(yīng)用

目標(biāo)了解滑動(dòng)軸承合金的分類(lèi)、牌號(hào)、性能及應(yīng)用

了解粉硬質(zhì)合金材料的分類(lèi)、牌號(hào)、性能及應(yīng)用

重點(diǎn)重點(diǎn)：金屬材料的分類(lèi)、牌號(hào)、及應(yīng)用

難點(diǎn)難點(diǎn)：金屬材料的分類(lèi)、牌號(hào)、及應(yīng)用

教學(xué)

講授法、多媒體演示法

方法

教學(xué)內(nèi)容

鋼鐵材料雖然有很好的性能，但是還有很多金屬制品不是選用鋼材而是選用了

非鐵金屬，豐鐵金屬是除鋼鐵材料以外的其他金屬材料的總稱(chēng)，如鋁、鎂、銅、鋅、

導(dǎo)錫、鉛、銀、鈦、金、銀、伯、銳、鋁等金屬及其合金就屬于非鐵金屬。常用的非

入鐵金屬有：鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金、滑動(dòng)軸承合金、硬質(zhì)合金等，

小到鑰匙大到飛機(jī)非鐵金屬在實(shí)際生活和工程中隨處可見(jiàn)。本課題就要介紹常用非

鐵金屬的相關(guān)性能和應(yīng)用。

一.鋁及鋁合金

1.純鋁的性能、牌號(hào)和用途

⑴性能

鋁含量不低于99.00%時(shí)稱(chēng)為純鋁。純鋁是銀白色的輕金屬，密度小(2.7g/cm3),

熔點(diǎn)低(660C)；純鋁具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；純鋁的塑性好(Z^80%),但強(qiáng)

度低(Rm%80?100MPa),不能用熱處理強(qiáng)化，冷變形強(qiáng)化是提高純鋁強(qiáng)度的主要

教學(xué)

手段。

程序(2)牌號(hào)

新純鋁牌號(hào)用IXXX四位數(shù)字或四位字符表示，牌號(hào)的最后兩位數(shù)字表示最低鋁

授百分含量。當(dāng)最低鋁百分含量精確到0.01%時(shí)，牌號(hào)的最后兩位數(shù)字就是最低鋁百

分含量中小數(shù)點(diǎn)后面的兩位。例如，1A99(原LG5),其\咕1=99.99%；1A97(原LG4),

內(nèi)其wAl-99.97%。

容(3)用途

純鋁主要用于熔煉鋁合金，制造電線、電纜、電器元件、換熱器件以及要求制作

質(zhì)輕、導(dǎo)熱與導(dǎo)電、耐大氣腐蝕但強(qiáng)度要求不高?的機(jī)電構(gòu)件等。

2.鋁金合的性能、牌號(hào)和用途

在純鋁中加入一種或幾種其他元素(如銅、鎂、硅、缽、鋅等)形成的非鐵金屬稱(chēng)

為鋁合金。

(1)鋁合金的分類(lèi)。

鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類(lèi)。

(2)鋁合金的牌號(hào)和用途

①變形鋁合金的牌號(hào)和用途.

變形鋁合金是通過(guò)沖壓、彎曲、軋、擠壓等工藝使其組織、形狀發(fā)生變化的鋁合

金，變形鋁合金包括：防銹鋁、硬鋁、超便鋁、鍛鋁。

②鑄造鋁合金的性能、牌號(hào)和用途。

鑄造鋁合金是指可用金屬鑄造成形工藝直接獲得零件的鋁合金。按其所加合金

元素的不同,鑄造鋁合金主要有Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系合金等。

鑄造鋁合金牌號(hào)由鋁和主要合金元素的化學(xué)符號(hào)，以及表示主要合金元素名義

質(zhì)量百分含量的數(shù)字組成,并在其牌號(hào)前面冠以“鑄”字的漢語(yǔ)拼音字母的字首“Z”。

例如,ZA如-2表示wSi=12%,wAl=88%的鑄造鋁合金。

二.銅和銅合金

1.純銅

純銅呈紫紅色，又稱(chēng)紫銅，工業(yè)上使用的純銅稱(chēng)為加工銅。純銅密度為8.96克/

立方厘米，溶點(diǎn)為1083℃,具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和耐蝕性。

加工銅的牌號(hào)用“T+數(shù)字”表示，“T”為“銅”的漢語(yǔ)拼音字母的字首，阿拉

伯?dāng)?shù)字“3”表示順序號(hào)，如T3表示3號(hào)純銅。順序號(hào)數(shù)字越大，則其純度越低。

加工銅有Tl、T2、T3三個(gè)牌號(hào)。

加工銅的強(qiáng)度低，不宜作為結(jié)構(gòu)材料使用，主要用于制造電線、電纜、目子器件、

導(dǎo)熱器件以及作為冶煉銅合金的原料等。

2.銅合金的性能、分類(lèi)、牌號(hào)和用途

銅合金是以銅為基體，加入合金元素形成的非鐵金屬。銅合金與工業(yè)純銅比較，

不僅強(qiáng)度高，而且還具有優(yōu)良的物理性能和化學(xué)性能，在工業(yè)上得到廣泛使用。

銅合金按其化學(xué)成分，可分為黃銅、白銅和青銅三類(lèi)。根據(jù)生產(chǎn)方法的不同，銅

合金分為加工銅合金與鑄造銅合金兩類(lèi)，其中加工銅合金包括加工黃銅、加工青銅

和加工白銅。

黃銅是指以銅為基體，以鋅為主加元素的銅合金。普通黃銅是銅鋅二元合金；在

普通黃銅中加入其它元素所形成的銅合金稱(chēng)為特殊黃銅，如鉛黃銅、鎰黃銅、鋁黃

銅等。

白銅是指以銅為基體，以銀為主加元素的銅合金。普通白銅是銅銀二元合金；在

普通白銅中加入其它元素時(shí)所形成的銅合金稱(chēng)為特殊白銅，如鋅白銅、鎰白銅、鐵

白銅等。

青銅是指除黃銅和白銅以外的銅合金，如以錫為合金元素的銅合金稱(chēng)為錫青銅，

以鋁為主要合金元素的銅合金稱(chēng)鋁青銅。比外，還有被青銅、硅青銅、錦青銅等。

與黃銅、白銅一樣，各種青銅中還可加入其他合金元素，以改善其性能。

(1)加工黃銅的性能、牌號(hào)和用途

①普通黃銅的牌號(hào)用“H+數(shù)字”表示，“H”為“黃”字漢語(yǔ)拼音字母的字首，“數(shù)

字”表示平均銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如H70表示銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%,鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%

的單相黃銅。

普通黃銅色澤美觀，具有良好的耐蝕性，加工性能較好。當(dāng)鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)

45%時(shí)，黃銅的強(qiáng)度、硬度隨著鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而升高。常用的普通黃銅有H90、

H80、H70、H62等。

②特殊黃銅的的牌號(hào)是用“H+主加合金元素符號(hào)+銅的平均質(zhì)景分?jǐn)?shù)+主加合金元

素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)”表示，如HPb59-l表示銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59%,鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%

的鉛黃銅。

加入鉛可以改善黃銅的切削加工性；加入硅能提高黃銅的強(qiáng)度和硬度，改善其鑄

造性能；加入錫能增加黃銅的強(qiáng)度及在海水中的耐蝕性，因此，錫黃銅又有海軍黃

銅之稱(chēng)。

（2）加工白銅的性能、牌號(hào)和用途

普通白銅的牌號(hào)用“B+數(shù)字”表示?！癇”是“白”字的漢語(yǔ)拼音字母的字首，“數(shù)

字”表示平均銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如B19表示立均銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19樂(lè)平均銅的質(zhì)量

分?jǐn)?shù)為8K的普通白銅。普通白銅具有優(yōu)良的塑性、耐腐蝕性、耐熱性和特殊的電

性能，它是制造精密機(jī)械零件、儀表零件、冷凝器、蒸播器、熱交換器和電器元件

不可缺少的材料。

特殊白銅的牌號(hào)用“B+主加元素符號(hào)+數(shù)字+數(shù)字”表示，“數(shù)字”依次表示鎮(zhèn)和

主加元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如BMn3-12表示平均銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%、錦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

12%的缽白銅。合金元素的加入是為了改善白銅的力學(xué)性能、工藝性能和電熱性能

以及獲得某些特殊性能，如鎰白銅（又稱(chēng)炭銅）具有較高的電阻率、熱電勢(shì)、較低

的電阻溫度系數(shù)、良好的耐熱性和耐腐蝕性，常用來(lái)制造熱電偶、變阻器及加熱器

等。

（3）加工青銅的性能、牌號(hào)和用途

加工青銅的牌號(hào)用“Q+第一個(gè)主加元素的化學(xué)符號(hào)及數(shù)字+其它元素符號(hào)及數(shù)

字”表示，“Q”是“青”字漢語(yǔ)拼音字母的字首，“數(shù)字”依次表示第一個(gè)主加元

索和其它加入元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如QSn4-3,即為錫的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4以鋅

的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)3斬其余為銅的錫青銅。

（4）鑄造銅合金的性能、牌號(hào)和用途

鑄造銅合金是指以銅為基適用于鑄造成形的銅合金。

鑄造銅合金的牌號(hào)表示方法是用“ZCu+主加元素符號(hào)+主加元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)+其他加

入元素符號(hào)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)”組成。例如，ZCuZn38表示鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38%的鑄造銅

合金。常用的鑄造黃銅合金有ZCuZn38、Z1uZn25AlFe3Mn3等。常用的鑄造青銅合

金有ZCuSnlOZn2、ZCuPb30等。

鑄造錫青銅是非鐵金屬中收縮率最小的合金,適合于鑄造對(duì)外形及尺寸要求較高

的鑄件以及形狀復(fù)雜、壁厚較大的零件。

三.鈦及鈦合金

1.純鈦的性能、牌號(hào)和用途

純鈦呈銀3色，密度為4.508g/cm3,熔點(diǎn)為1677C,熱膨脹系數(shù)小。純鈦塑性

好，強(qiáng)度低，容易加工成形。鈦與氧和氮的親和力較大，非常容易與氧和氮結(jié)合形

成一層致密的氧化物和氮化物薄膜，其穩(wěn)定性高于鋁及不銹鋼的氧化膜，故在許多

介質(zhì)中鈦的耐腐蝕性比不銹鋼更優(yōu)良，尤其是抗海水腐蝕的能力非常突出。

工業(yè)純鈦（加工鈦）的牌號(hào)用“TA+順序號(hào)”表示，如TA2表示2號(hào)工業(yè)純鈦。

工業(yè)純鈦的牌號(hào)有TAI、TA2、TA3、TA4,順序號(hào)越大,雜質(zhì)含量越多。

純鈦在航空部門(mén)用于制造飛機(jī)骨架、蒙皮、發(fā)動(dòng)機(jī)部件；在化工部門(mén)用于制造熱

交換器、泵體、攪拌器等；制造海水凈化裝置及艦船零部件。

2.加工鈦合金的分類(lèi)、牌號(hào)和用途

加工鈦合金按其使用組織狀態(tài)的不同，可分為a型鈦合金、B型鈦合金和（a+

B）型鈦合金。

加工鈦合金的牌號(hào)用“T+合金類(lèi)別代號(hào)+順序號(hào)”表示?！癟”是“鈦”字漢語(yǔ)拼

音字母的字首，合金類(lèi)別代號(hào)分別用A、B、C表示a型鈦合金、8型鈦合金、a+

B型鈦合金。例如，TA7表示7號(hào)a型鈦合金；TB2表示2號(hào)8型鈦合金；TC4表

示4號(hào)a+B型鈦合金。

a型鈦合金（如TA7）一般用于制造使用溫度不超過(guò)500℃的零件，如航空發(fā)

動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片和管道，導(dǎo)彈的燃料缸，超音速飛機(jī)的渦輪機(jī)匣及火箭、飛船的高

壓低溫容器等。

B型鈦合金（如TB2）一般用于制造使用溫度在350℃以下的結(jié)構(gòu)零件和緊固

件,如壓氣機(jī)葉片、軸、輪盤(pán)及航空航天結(jié)構(gòu)件等。

a+B型鈦合金（如TC4）一般用于制造使用溫度在400℃以下和低溫下工作的

結(jié)構(gòu)零件，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片、火箭和導(dǎo)彈的液氫燃料箱

部件等。鈦合金中a型鈦合金可以適應(yīng)各種不同的用途，是目前應(yīng)用最廣泛的

一種鈦合金。如圖2-3-4所示鈦合金應(yīng)用于航空、鈦合金自行車(chē)、鈦合金眼鏡框。

常用鈦合金有TA5、TA6、TA7、TB2、TB3、TB4、TC3、TC4、TC10等。

四.滑動(dòng)軸承合金的分類(lèi)、牌號(hào)和用途

滑動(dòng)軸承合金是用于制造滑動(dòng)軸承中內(nèi)襯或軸瓦的鑄造合金。

1.滑動(dòng)軸承合金的分類(lèi)和牌號(hào)

滑動(dòng)軸承合金有：錫基、鉛基、鋼基、侶基等滑動(dòng)軸承合金。

滑動(dòng)軸承合金牌號(hào)由字母“Z+基體金屬元素符號(hào)+主添加合金元素的化學(xué)符號(hào)+

數(shù)字+輔添加合金元素的化學(xué)符號(hào)+數(shù)字”組成。其中“Z”是“鑄”字漢語(yǔ)拼音字

母的字首。例如，ZSnSbUCu6表示平均睇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%、銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6K

其余錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為83%的錫基滑動(dòng)軸承合金。

2.滑動(dòng)軸承合金的用途

①錫基滑動(dòng)軸承合金（錫基巴氏合金）是以錫為基，加入睇（Sb）、銅等元素組成

的滑動(dòng)軸承合金。錫基滑動(dòng)軸承合金具有適中的硬度、低的摩擦系數(shù)、較好的塑性

和韌性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性。錫基滑動(dòng)軸承合金常用于制造重要滑動(dòng)軸承,

如制造汽輪機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)等高速滑動(dòng)軸承。常用錫基滑動(dòng)軸承合金有

ZSnSb8Cu4xZSnSbllCu6.ZSnSb4Cu4等。

②鉛基滑動(dòng)軸承合金（鉛基巴氏合金）是以鉛為基，加入睇、錫、銅等元素組成

的滑動(dòng)軸承合金。鉛基滑動(dòng)軸承合金的強(qiáng)度、硬度、韌性均低于錫基滑動(dòng)軸承合金,

摩擦系數(shù)較大，故適用于中等負(fù)荷的低速軸承，如汽車(chē)、拖拉機(jī)、輪船的曲軸滑動(dòng)

軸承，電動(dòng)機(jī)、空壓機(jī)、減速器的滑動(dòng)軸承等。常用鉛基滑動(dòng)軸承合金有

ZPbSbl6Snl6Cu2>ZPbSbl5SnlO等。

③銅基滑動(dòng)軸承合金是以銅合金作為滑動(dòng)軸承合金材料的合金，如錫青銅、鉛

青銅、鋁青銅、被青銅等均可作為滑動(dòng)軸承材料。

銅基滑動(dòng)軸承合金是錫基滑動(dòng)軸承合金的代用品，可以承受較大的壓力。常用

牌號(hào)是ZCuPb30鑄造鉛青銅，其平均鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%,廣泛用于制造高速、重

載荷下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)軸承，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、大功率汽輪機(jī)、柴油機(jī)等高速機(jī)器

的主滑動(dòng)軸承和連桿滑動(dòng)軸承。

④鋁基滑動(dòng)釉承合金是以鋁為基體元素，加入睇、錫或鎂等合金元素形成的

的滑動(dòng)軸承合金。鋁基滑動(dòng)軸承合金具有原料豐富、價(jià)格低廉、導(dǎo)熱性好、疲勞強(qiáng)

度高和耐腐敗性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于高速直載汽車(chē)、拖拉機(jī)及柴油機(jī)滑動(dòng)軸承。它

的主要缺點(diǎn)是線膨脹系數(shù)較大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易與軸咬合，尤其在冷起動(dòng)時(shí)危險(xiǎn)性更大。

常用鋁基滑動(dòng)軸承合金有：鋁睇鎂合金和鋁錫合金，如高錫鋁基滑動(dòng)軸承合金

ZAlSn6CulNiU

五.硬質(zhì)合金的分類(lèi)、牌號(hào)和用途

1.硬質(zhì)合金性能特點(diǎn)

硬質(zhì)合金是由作為主要組元的一種或幾種難熔金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑相組成

的燒結(jié)材料。難熔金屬碳化物主要以碳化鴿（WC）,碳化鈦（TiC）、碳化祖（TaC）.

碳化銀（NbC）等粉末為主要成分，金屬粘結(jié)劑主要以鉆（C。）粉末為主，經(jīng)混合

均勻后，放人壓模中壓制成形，最后經(jīng)高溫（1400v1500aC）燒結(jié)后形成硬質(zhì)合金

材料。

硬質(zhì)合金的硬度高（最高可達(dá)92HRA）,高于高速鋼（63、70HRC）；熱硬性高，在

800~1000℃時(shí)，硬度可保持60HRC以上，其熱硬性遠(yuǎn)高于高速鋼（500%50C）；耐

磨性好.比高速鋼要高15~20倍。這是因?yàn)榻M成硬質(zhì)合金的主要成分設(shè)、TiC、

TaC和NbC都具有很高的硬度、耐磨性和熱穩(wěn)定性。

硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度高，但抗彎強(qiáng)度低；沖擊吸收能量K較低，僅為L(zhǎng)6、4.8J,

為淬火鋼的30Q50%；線膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性差。

2.硬質(zhì)合金的分類(lèi)、代號(hào)和用途

硬質(zhì)合金按用途范圍不同，可分為切削加工用硬質(zhì)合金，地質(zhì)、礦山工具用硬質(zhì)

合金，耐磨零件用硬質(zhì)合金。

根據(jù)GB/T18376.1—2008規(guī)定，切削工具用硬質(zhì)合金牌號(hào)按使用領(lǐng)域的不同，

可分為P、M、K、N、S、H六類(lèi)。各個(gè)類(lèi)別為滿足不同的使用要求，以及根據(jù)切削

工具用硬質(zhì)合金材料的耐磨性和韌性的不同，可將切削工具用硬質(zhì)合金分成若干個(gè)

組，并用01、10、20等兩位數(shù)字表示組號(hào),如P01、PIO、P20、P30、P40、M01、

MIO.M20、M30、M40、KOI、K10、K20、K30、K40、N01、N10、N20、N30、SOUS10、

S20、S30、HOI、H10、H20、H30。必要時(shí),可在兩個(gè)組號(hào)之間插入一個(gè)補(bǔ)充組號(hào),

用05、15、25等表示。

在機(jī)械制造中，硬質(zhì)合金主要用于制造切削刀具、冷作模具、量具及耐磨零件。

另外，在采礦、采煤、石油和地質(zhì)鉆探等行業(yè)，也使用硬質(zhì)合金制造鑿巖用釬頭和

鉆頭等。

一.鋁及鋁合金

1.純鋁的性能、牌號(hào)和用途

2.鋁金合的性能、牌號(hào)和用途

二.銅和銅合金

1.純銅

歸2.銅合金的性能、分類(lèi)、牌號(hào)和用途

納三.鈦及鈦合金

1.純鈦的性能、牌號(hào)和用途

小2.加工鈦合金的分類(lèi)、牌號(hào)和用途

結(jié)四.滑動(dòng)軸承合金的分類(lèi)、牌號(hào)和用途

1.滑動(dòng)軸承合金的分類(lèi)和牌號(hào)

2.滑動(dòng)軸承合金的用途

五.硬質(zhì)合金的分類(lèi)、牌號(hào)和用途

1.硬質(zhì)合金性能特點(diǎn)

2.硬質(zhì)合金的分類(lèi)、代號(hào)和用途

作

機(jī)械基礎(chǔ)配套習(xí)題集《其他金屬材料》

業(yè)

電子教案

課程模塊二機(jī)械工程材料基礎(chǔ)

機(jī)械基礎(chǔ)授課章節(jié)課時(shí)2

名稱(chēng)單元四非金屬材料

了解高分子材料的種類(lèi)、特性及應(yīng)用

教學(xué)

了解陶瓷材料的種類(lèi)、特性及應(yīng)用

目標(biāo)了解復(fù)合材料的種類(lèi)、特性及應(yīng)用

重點(diǎn)：高分子材料的種類(lèi)、特性及應(yīng)用；陶瓷材料的種類(lèi)、特性及應(yīng)用；復(fù)合材料的種類(lèi)、

重點(diǎn)

特性及應(yīng)用

難點(diǎn)難點(diǎn)：特性及應(yīng)用

教學(xué)

講授法、多媒體演示法

方法

教學(xué)內(nèi)容

導(dǎo)非金屬材料在實(shí)際生活和工程中隨處可見(jiàn)，從日常生活用品到航空航天領(lǐng)域都

有廣泛的應(yīng)用。同學(xué)們，既然非金屬材料有非常廣泛的應(yīng)用，你知道常用的非金屬

入材料有那