工程材料基础知识培训ppt课件

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1、选矿机械点检技能提升系列课件 机械工程材料基础知识培训 选矿保障作业区 2012年2月12日,主要内容,一、金属材料的机械性能 二、碳钢 三、钢的热处理 四、合金钢 五、铸铁 六、有色金属及合金 七、非金属材料 八、材料的选用,第一部分：金属材料的机械性能,一、静载时材料的机械性能 1、静载：对试样缓慢加载，常用方法：静拉伸试验、硬度试验。 2、弹性模量E，也叫刚度。表示材料弹性变形抗力的大小。 弹性模量主要决定于材料本身，是金属材料最稳定的性能之一。合金化、热处理、冷加工对他的影响很小。,2、强度。表示材料抵抗变形和断裂的能力。按外力作用方式的不同，分为抗拉、抗压、抗扭，以抗拉强度最为常见。

2、 合金化、热处理、冷加工对材料的强度影响很大。 3、硬度。指金属表面抵抗其他硬物压入的能力。 A、布氏硬度，用HB表示； B、洛氏硬度，用HRC、HRA、HRB表示。 太薄、太硬（450HB）的材料不宜采用布氏硬度。,第二节：动载时材料的机械性能,1、动载：主要有两种形式，一是载荷以较高的速度施加到零件上，形成冲击载荷；二是载荷的大小和方向坐周期性变化，形成交变载荷。 2、冲击韧性：除取决于材料本身外，还受环境温度、试样大小、缺口形状等因素影响。 3、疲劳强度：工作时承受交变载荷，即使交变应力低于屈服强度，但经过一定循环次数后便发生断裂。 发生疲劳断裂的原因，材料内部缺陷、加工过程中形成的磨痕

3、、刀痕，或者是零件局部应力集中导致的裂纹。,第二部分：碳钢,一、碳钢的定义 含碳量小于2.11%的铁碳合金。碳钢不是单纯的铁碳合金，除碳以外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质，通过矿石、燃料、冶炼等渠道进入。他们对钢的性能有一定影响。,二、常存杂质对碳钢性能的影响 1、锰（Mn） 钢中锰含量一般在0.25-0.80%之间。锰能够提高钢的强度，当锰含量不多时，对钢的性能影响不显著。 2、硅（Si） 硅能够提高钢的强度和硬度，但塑性、韧性下降。当硅含量不多时，对钢的性能影响不显著。,3、硫（S） 当钢材在1000-1200度之间进行热加工时，硫使钢材变脆（称为热脆性），硫是一种有害杂质，必须严格控

4、制。 4、磷（P） 在室温下，使钢的塑性急剧下降，变脆（称为冷脆性），磷是一种有害杂质，必须严格控制。,第三部分：碳钢的分类,一、按钢的含碳量分 1、低碳钢： 含碳量0.25% 2、中碳钢： 含碳量在0.25%-0.6%之间 3、高碳钢： 含碳量0.6%,二、按钢的质量分类 主要是根据钢中有害杂质S、P的多少来分 1、普通碳素钢： 钢中S、P的含量分别为0.055%和0.045%； 2、优质碳素钢：钢中S、P的含量均0.040% 3、高级优质碳素钢：钢中S、P的含量分别为0.030%和0.035%,三、按用途分类 1、碳素结构钢：用于制造各种工程构件（如桥梁、船舶、建筑等）和机械零件（如齿轮、

5、轴、连杆等），这类钢一般属于低碳钢和中碳钢； 2、碳素工具钢 ：用于制造各种刀具、量具、模具，这类钢含碳量高，属于高碳钢。,第四部分：碳钢的编号,一、碳素结构钢 是工程中应用最多的钢种，产量约占钢总产量的70-80%。依据国家标准GB700-88，分为20种。 举例：Q215A、Q235A、Q255B 含义：Q 钢屈服点“屈”字汉语拼音首位字母 235 屈服点数值，单位N/mm2 A 质量等级A、B、C、D,二、优质碳素结构钢 塑性和韧性较高，用于制造较重要的零件。 编号方法：以平均含碳量万分数表示。如45号钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。,三、碳素工具钢 碳或T后加一数字，数

6、字表示钢中平均含碳量的千分数，如T7，表示平均含碳量0.7%的碳素工具钢。 碳素工具钢都是优质钢，如果是高级优质碳素工具钢，则在字母后加A，如T7A。,第五部分：钢的热处理,一、热处理的定义： 指将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得性能的一种工艺。 二、热处理的重要作用 既可以消除上一工艺过程产生的缺陷，也可以为下一工艺过程创造条件，更重要的是可以充分发挥钢材的潜力，提高工件的使用性能，提高产品质量。,三、热处理的分类 通常分为退火、正火、淬火、回火、表面淬火及化学热处理等几种主要方法。 热处理的方法很多，但任何一种热处理工艺，都要经过加热、保温、冷却三个阶段。,1、

7、退火 目的是细化晶粒，消除应力，使钢润滑以便于随后的切削加工。 分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火。 冷却方式：空冷,2、正火 目的是细化晶粒，提高其机械性能，如提高硬度。 冷却方式：空冷 与退火的区别：冷却速度快。,3、淬火 目的是提高钢的硬度和耐磨性，是强化钢材最重要的热处理方法。 冷却介质：水或者油。 衡量指标：淬透性（GB225-88），按规定方式测量其硬度HRC。,4、回火 将淬火钢重新加热、保温、冷却。 淬火钢不能直接使用，工件中存在很大的内应力，如果不及时会后，会发生变形、开裂现象。 通过淬火与回火的配合，可以调整和改善钢的性能。 分为：低温回火、中温回火、高温回火。

8、淬火加高温回火的热处理方式有称为调质。,5、表面淬火 通过快速加热对钢材表面处理，获得硬度高、耐磨的表面层，内部仍保持原来的塑性、韧性。 分为： 感应加热表面淬火（淬硬层深度10-20mm） 火焰加热表面淬火 （淬硬层深度2-6mm） 激光表面淬火 （淬硬层深度0.3-0.5mm）,第六部分：钢的化学热处理,一、化学热处理基本含义 将工件置于特定介质中进行加热和保温，使一种或几种元素渗入工件表面，改变其表层的化学成分和组织。 各种化学热处理都由以下三个基本阶段组成：分解、吸收、扩散。,二、钢的渗碳 向低碳钢或合金钢中渗入碳原子的过程。 目的是提高工件表面的硬度和耐磨性，与表面淬火相比，性能提高

9、幅度更大。主要用于承受冲击载荷和严重磨损条件下的零件。,三、钢的氮化 向钢的表面层渗入氮原子以提高表层的硬度、耐磨性、疲劳强度、耐蚀性，也称为渗氮。,第七部分：合金钢,一、碳钢的缺点： 1、淬透性低，很难淬透，对于大直径的零件，淬透性能分布不均匀，限制了大型构件的使用。 2、碳钢的强度比合金钢低。如20号钢的强度410N/mm2，16Mn仅加入少量的Mn，强度就提高为520N/mm2，可见，对于承受高负荷的零件，若采用碳钢时，就要增大尺寸，使设备庞大、笨重。 3、合金钢具有碳钢不能具备的性能，如耐高温、耐腐蚀、高耐磨性。,第一节：合金元素在钢中的作用,一、常见合金元素 锰（Mn）、硅（Si）、

10、铬（Cr） 钼（Mo）、钨（W）、钒（V） 钛（Ti）、铌（Nb）、锆（Zr） 镍（Ni）、钴（Co）、铜（Cu） 硅（Si）、铝（Al）、氮（N） 硼（B）、稀土（RE）,二、合金元素对钢中基本相的影响 碳钢中的基本相，在室温、退火、正火状态下均为铁素体和渗碳体。加入少量合金元素时，有一部分溶入铁素体中形成合金铁素体，有一部分溶入渗碳体中形成合金渗碳体。加入元素，将使钢的硬度、韧性、强度显著增加。添加量有一定的限度，超过限度时，将起反作用。 三、合金元素对钢的热处理的影响,第二节：合计钢的分类和编号方法,一、分类,合金结构钢,普通低合金钢（低合金钢强钢）,渗碳钢,调质钢,弹簧钢,轴承钢,易切

11、钢,超高强度钢,合金工具钢,刃具钢,模具钢,量具钢,特殊性能钢,不锈钢,耐热钢,耐磨钢,二、合金钢牌号表示方法 依据国家标准GB221-79的规定，采用“数字+化学元素+数字”的表示方法。 前面的数字表示钢的平均含碳量，以万分之几表示。如45钢，平均含碳量为0.45%。 合金元素直接以化学符号表示，符号后的数字表示该合金元素的含量，以平均含量的百分之几表示。 合金元素含量小于1.5%时，在元素后面不注明含量；如果平均含碳量大于或等于1.5%、2.5%、3.5%时，则相应以2、3、4等表示。,举例： 40Cr（40铬）：表示含碳量0.370.45%、铬含量0.81.1%的铬钢。 60Si2Mn：

12、表示含碳量0.570.65%、含硅量1.52.0%、含锰量0.60.9%的硅锰钢。 含硫量、含磷量较低（0.02%、 0.03%）的高级优质合金钢，在牌号后加“A”。 如12MnA、20Cr2Ni4A,第三节：合金结构钢,一、普通低合金钢 是一种低碳、低合金含量的结构钢，含碳量0.2%、含合金元素3%。有较好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性。 通常加入少量合金元素改善性能。Mn能够提高强度、改善韧性和塑性；Ti、V、Nb能够提高钢的强度及冲击韧性；Cu、P能够提高钢对大气的抗蚀能力。 如：16Mn、15MnTi、14MnVTiRE,二、渗碳钢 将低碳钢或低碳合金钢进行表面渗碳、淬火和回火处理，这类

13、钢称为渗碳钢。 表面具有高硬度、高耐磨性，而心部具有高韧性、高强度。 如20Cr、20CrMn、20CrMnTi,三、调质钢 调质钢是指经调质处理后使用的结构钢，大多数采用中碳钢，经过调质处理后钢的组织为回火索氏体，具有良好的综合机械性能，即强度高、塑性和韧性好。调质钢广泛应用于制造各种重要的机械零件，如齿轮、轴等。 钢中含碳量一般在0.250.5%之间，含碳量过低不易淬硬，得不到需要的强度；含碳量过高，硬度、强度虽然高，但韧性低。因此，一般碳素调质钢选用40、45、50钢。合金调质钢的含碳量可偏下限，如30CrMo、40Cr、30CrMnTi,合金调质钢的合金元素，主要作用是提高钢的淬透性和

14、保证良好的强度和韧性。 钢的调质处理是指淬火和高温回火。 钢经调质后的机械性能与其淬透性有密切关系。淬透性差的钢，由于淬不透，在整个截面上得不到均匀一致的机械性能，没淬透的部位强度低，韧性差。所以淬透性是调质钢的一个重要性能。Cr、Ni、Mn、Si、B等元素均能提高钢的淬透性。,常用的调质钢： 40Cr：由于Cr的存在，使淬透性提高，并改善钢的综合性能，广泛应用。 35CrMo、40CrMnMo：制作重型机械主轴、汽轮机转子。,四、弹簧钢 弹簧一般是在动载荷下工作的，收到反复弯曲或拉压应力，应此要求弹簧钢具有较高的弹性极限、疲劳强度、足够的塑性、韧性以及良好的表面质量。 常用的有65Mn、60

15、Si2Mn，高温及高负荷下用50CrVA、55SIMnMoV,五、滚动轴承钢 主要用来制作各种滚动轴承元件（滚珠、轴承套等）以及其他各种耐磨零件。滚动轴承在工作时承受较大的局部交变负荷，滚动体与套圈之间产生极大的接触应力。因此，要求滚动轴承钢具有很高的硬度、耐磨性以及良好的疲劳强度。此外，还要求具有足够的韧性和耐腐蚀性能。,滚动轴承钢的纯净度要求很高，含杂质量要求极低（S0.02%、P 0.027%），因为它们的存在会降低钢的疲劳强度，影响轴承的使用寿命。 常用轴承钢有：GCr9、GCr15用于制造中小型轴承。对于大型、重载荷轴承，采用GCr15SiMn,第四节：特殊性能钢,一、不锈钢 不锈钢

16、是指在空气、碱或盐的水溶液等腐蚀介质中具有高度化学稳定性的钢。不锈钢并不是绝对不腐蚀，只不过腐蚀速度慢一些。在同一介质中，不同种类的不锈钢耐腐蚀能力不同。在不同介质中，同一种不锈钢其腐蚀速度也不一样。,1、金属的腐蚀与防腐蚀 金属的腐蚀一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。 化学腐蚀是指金属与外界介质发生纯化学反应而被腐蚀，如钢在高温加热时发生的氧化反应，就属于化学腐蚀。 电化学腐蚀是指在腐蚀过程中有电流产生。这类腐蚀现象比较普遍，如钢在室温下的生锈就属于电化学腐蚀。,原电池的化学腐蚀现象非常广泛，例如钢中存在的夹杂物、表面局部应力、晶体内的不同相、晶界、偏析等，都会导致钢的电化学腐蚀。 实践证明，当铁中的含Cr量12%时，可以减缓腐蚀；在金属表面形成致密、连续的氧化膜，也可以阻止腐蚀，如添加