《第1章材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章材料（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、潘昌实 金 工 实 训 q 前言 性质：是建立在金工实习基础上实践性很强的综合性 技术基础课；是金工实习的深化和延续；为学习其它 课程打下有关制造技术的基础。 机械制造过程可作为其它工业生产过程的借鉴 内容：现代机械制造业的生产方式和工艺过程。 主要机械加工方法及所用设备 各种工艺方法本身的规律性及其在机械制 造中的应用和相互联系。 金属零件的加工工艺过程和结构工艺性; 常用金属材料性能对加工的影响; 加工工艺方法的综合比较。 原材料 毛坯 成形加工 机械制造工艺过程 机械加工、特种加工 热处理、表面处理 零件 成品 原材料：金属材料、非金属材料、复合材料 毛坯成形加工：铸、锻、冲、焊等 机械
2、加工、特种加工：切削、磨削、特种加工 热处理、表面处理：材料的改性与处理 检测与质量监控：保证质量的措施 装配：零件的固定、连接、调整、检验和产品试验。 装配 q第1章 工程材料及热处理 1.1 工程材料 1.1.1 工程材料概述 工程材料是在各工程领域使用的材料 常用工程材料可分为金属材料、非金属材料和 复合材料三大类 工程材料也可按用途分为结构材料和功能材料 工程材料还可按应用领域分为信息材料、能源 材料、建筑材料等 工程上使用的以某种金属元素为主，加入其它 金属元素或非金属元素，得到的新的具有金属特性 的新材料 C、Si、Mn、S、P通常称为黑色金属的五大元素 锰和硅在钢中有利于提高钢的
3、强度和硬度，但 也使塑性、韧性降低。 硫可使钢引起热脆性 磷可使钢引起冷脆性 故硫、磷都必须限制含量，通常均0.045 1.1.2 金属材料 黑色金属材料常指钢铁材料。即以铁为基础， 并含有主要成分碳的金属材料，加入其它各种元素 又可使其具有所需特殊性能，即合金钢。 合金元素的影响 为改善钢的某些性能在钢中特意加入的元素 大部份合金元素使钢的强度、硬度提高 ，如Si、 Mn 、N、Cr、 Nb、V、Al、Ti 等 Nb、V等元素可细化晶粒，显著提高钢的韧性 大部份合金元素在提高钢的强度、硬度的同时， 一般都使钢的塑性和韧性降低 按化学成分分类 按主要质量等级分类 按使用特性分类 1碳素钢 1）
4、碳素结构钢 Q 表示屈服点值 主要用来制造一般工程结构和普通机械零件 2）优质碳素结构钢 表示钢中平均碳的质量分数（万分数） 主要用来制造重要工程结构和重要机械零件 4）碳素工具钢 T 一位或两位数字平均碳的质量分数（千分数） 用于制造不受冲击、高硬度、耐磨的工具 3）铸造碳钢 ZG 前表示屈服点，后表示抗拉强度 主要用来铸造普通机械零件 2. 合金钢 1）普通低合金结构钢：二位数字+化学元素符号+数字 平均碳的质量分数（万分数） 合金元素平均质量分数（百分数） 常用来制造重要的机器零件，如齿轮、轴类、弹簧等 2）合金工具钢 前面的数字表示碳的平均质量分数（千分数） 广泛用来制造各种刃具、量具
5、、模具等，如钻头、 铰刀、量块和冲模等 3）滚动轴承钢 GCr G表示滚动轴承钢 数字表示铬和合金元素的平均质量分数（千分数） 用来制造滚动轴承的滚珠、内、外圈 按石墨化程度不同可获得三种不同基体的组织， 珠光体+石墨 铁素体+珠光体+石墨 铁素体+石墨 石墨化程度在一定程度上决定了基体组织的类 型，影响铸铁的性能 3. 铸铁 铸铁中，碳的存在形式有渗碳体（Fe3C）和游离 状态的石墨（C）两种。 影响铸铁石墨化的因素 (1) 化学成分 C 形成石墨的元素 Si 是强烈促进石墨化 Mn 阻碍石墨化，但能减弱S的不利影响， 还能促进珠光体形成，强化基体 调节元素 P 微弱促进石墨化，增加铸铁的流
6、动 性和耐磨性，但也会增加铸铁的冷脆性 控制使用 S 强烈组碍石墨化，且易增加铸铁 的热裂倾向 限制使用 (2) 冷却速度 冷却速度越慢，越有利于碳的扩散和石墨形成 对冷却速度影响较大的是铸型材料和铸件壁厚 铸铁的分类、牌号及应用 按碳的存在形 式和石墨形态不同 可将铸铁分为白口 铸铁、麻口铸铁、 灰铸铁、球墨铸铁 、可锻铸铁、蠕墨 铸铁等类型 铸铁 白口铸铁 C Fe3C 麻口铸铁 C Fe3C + 石墨 灰口铸铁 普通灰铸铁 F 片墨 + F+P P HT (孕育铸铁 细片墨 + P） 可锻铸铁 团絮墨 + F P KTH (Z) 球墨铸铁 F 球墨 + F+P P QT 蠕墨铸铁 蠕墨
7、+ 基体 RuT 合金铸铁 铸铁 + 合金元素 灰 铸 铁 的 性 能 耐磨性能好 减振性能好 对外来缺口（如刀纹、划痕等）的敏感性小。 铸造性能很好、切削加工性能良好； 锻造 性能、焊接性和热处理性能差 抗压性能并不低 v 铸铁的应用：有抗磨、耐震要求的承压件 类类 别别牌 号应应 用 举举 例 普 通 灰铸铁铸铁 HT100 负负荷很小的不重要零件或薄壁件，如手轮轮、防 护护罩、盖板、支架、底座等 HT150 承受中等负负荷的零件，如支柱、机座、箱体、 泵泵体、阀阀体、带轮带轮 、缝纫缝纫 机零件等 HT200 承受中等负负荷的重要零件，如机床床身、齿轮齿轮 、汽缸、齿齿条、飞轮飞轮 、机
8、体、中等压压力阀阀体等 孕 育 铸铸 铁铁 HT250 要求较较高的强度、耐磨性、减震性及一定密封 性的零件，如汽缸、油缸、齿轮齿轮 、衬衬套等 HT300 承受高负负荷、高耐磨和高气密性的重要零件，如 重型机床的床身、压压力机床床身、高压压油缸、泵泵 体、齿轮齿轮 、凸轮轮等 HT350 牌 号应应 用 举举 例 QT400-18、QT400-15承受冲击击、振动动的零件，如汽车车、拖拉机底盘盘 零件 QT450-10、QT500-7、 QT600-3 负负荷大、受力复杂杂的零件，如汽车车和拖拉机的 曲轴轴、连连杆、凸轮轴轮轴 等 QT700-2、QT800-2、 QT900-2 高强度齿轮
9、齿轮 ，如汽车车后桥桥螺旋锥齿轮锥齿轮 、大减速 齿轮齿轮 等 类类 别别 牌 号应应 用 举举 例 黑心可 锻铸铁锻铸铁 KTH300-06 KTH330-08 KTH350-10 KTH370-12 承受冲击击、振动动及扭转负转负 荷的零件，如汽车车和拖拉机 的后桥桥壳、轮轮壳、转转向机构壳体、机床附件；各种低 压阀门压阀门 、管件、纺织纺织 机和农农机零件 珠光体 可锻铸锻铸 铁铁 KTZ450-06 KTZ550-04 KTZ650-02 KTZ700-02 负负荷较较高和耐磨损损零件，如曲轴轴、连连杆、齿轮齿轮 、凸 轮轴轮轴 等 4. 有色（非铁）金属及其合金 钢铁材料以外的其它金
10、属材料，统称为有 色金属材料 有色金属材料具有钢铁材料所不具备的某些 特殊性能，是现代工业中不可缺少的材料 机械工业中常用的有色金属材料有铜及铜 合金、铝及铝合金等 尤其在新型工业部门中，有色金属材料的 应用更为广泛。 （1）铜及铜合金 工业纯铜 （紫铜）(T1T5) 有良好的导电性、导热性和耐蚀性以及优良的 塑性。广泛用于电器设备及冷凝器、热交换器等 铜合金 黄铜 H Cu+Zn 工业上应用较多 Cu+Zn(+Sn、Pb ) 提高强度和耐蚀性等 青铜 锡青铜 Cu+Sn 抗蚀性好，耐磨性高 特殊青铜 Cu+Al、Be 性能更好 制造轴瓦、轴套等 QS6-6-3, QS10-1 白铜 Cu+N
11、i等 耐蚀性好、电阻率高 多用来制造船舶仪器零件、 化工机械零件和医疗器械等。 B （2）铝及铝合金 1) 纯铝 质轻、熔点低，具有良好的塑性、耐蚀 1070A 性、导热性和导电性 用于制作电线、电缆、耐蚀器皿和生活用具 2) 铝合金 变形铝合金 塑性较好，宜于进行压力加工 用于铆钉、滑架、锻件等 LF(Al-Mg,Mn), LY(AlCuMg), LC(AlZnMg) 铸造铝合金 力学性能不如变形铝合金， 但铸造性能好 ZL 适于制造中、小型形状复杂 的铸件 Al-Si系应用最广 5金属材料的性能 物理、化学性能 机械零件的用途不同，对材料的物理、化学性能要 求也不同 。 金属材料的物理、化
12、学性能对制造工艺也有影 响 。 工艺性能 金属材料对加工工艺的适应性称为工艺性能 力学性能 金属材料在受到各种作用力时的反应称为力 学性能。 力学性能直接决定了材料的应用。 静拉伸试验弹性、塑性和强度 O P e S b k l ( =P/F0) (= l/L0) 静拉伸试验弹性、塑性和强度 O P e S b k l ( =P/F0) (= l/L0) =(L-L0)/L0100 L 均匀变形非均匀变形 O P e S b k l ( =P/F0) (= l/L0) b s q结论 弹性 即物体在外力作用下改变其形状和尺 寸，当外力卸除后物体又回复到其原始 形状和尺寸的特性。 弹性极限：即金
13、属材料不产生塑性变形时所能 承受的最大应力 eFe / S0 Mpa 刚度: 即材料抵抗弹性变形的能力 以弹性模量E来衡量 E=/ Mpa 强度 金属抵抗永久变形和断裂的能力 屈服强度：试样在试验过程中力不增加（保持恒定） 仍能继续伸长（变形）时的应力 s s =Fs / S0 Mpa 抗拉强度：即试样拉断前承受的最大标称拉应力 b=Fb / S0 q 零件选材的基本依据 塑性 断裂前材料发生不可逆永久变形的能力 伸长率：即试样拉断后标距的伸长与原始 标距的百分比 断面收缩率：即试样拉断后，缩颈处横截面 积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 q 良好的塑性是材料塑性加工的必要条件 (L1L0
14、) /L0100 （S0S1) /S0 100% 硬度 材料抵抗局部变形，特别是抵抗 塑性变形、压痕或划痕的能力 (1) 布氏硬度试验： (2) 洛氏硬度试验 HBS（HBW)=0.102 2F/ D(D- ) HRA（HRC）= 100- (h2-h1)/0.002 q 布氏硬度试验测定的硬度值较准确，但不能测薄 片材料，也不宜测成品，主要用于较软的金属材料及 半成品的硬度测定。 q 洛氏硬度试验测量简便迅速，压痕小而不损伤工 件表面，且可测薄试样和硬材料，常用于成品检验。 q 布氏硬度值和洛氏硬度值之间可通过硬度换算表进 行比较 。 通常可用 1HRC=10HBS（HBW）估算 q 布氏硬
15、度HBS值和强度值有如下粗略换算关系 碳素钢 b0.35HBS 黄铜及青铜： b0.4HBS（冷变形） 硬 铝： b0.37HBS 灰铸铁：b0.1HBS 韧性 金属在断裂前吸收变形能量的能力 常用的韧性判据是冲击韧度ak ak= Ak /A= m（h1h2）/ A 通常将ak值低的材料称为脆性材料，反之称为 韧性材料 冲击韧度一般仅作为选材的参考 ,但ak对材料 的组织缺陷十分敏感，能够灵敏地反映出材料质 量的变化 疲劳强度疲劳强度 机械上的许多零件，如曲轴、齿轮、连杆、弹簧 等是在周期性或非周期性动载荷（称为疲劳载荷）的 作用下工作的。这些承受疲劳载荷的零件发生断裂时 ，其应力往往大大低于该材料的强度极限，这种断裂 成为疲劳强度。 当应力下降到某值之后， 疲劳曲线成为水平线，表示 该材料可经受无数次应力循 环而仍不发生疲劳断裂，这 个应力值称为疲劳极限或疲 劳强度。钢的应力循环基数 为107 提高零件的疲劳强度，除应改善其结构形
