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1、2018/9/17,1,机械设计中常用材料的使用及热处理选择,武汉元丰汽车零部件有限公司,2018/9/17,2,黑色金属,有色金属,铸铁,钢,金属材料,常用工程材料,铝合金,铜合金,非金属材料,橡胶,塑料,工程材料分类：,2018/9/17,3,铸铁,铸铁和钢都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于2的铁碳合金称为钢，含碳量大于2的称为铸铁。铸铁具有适当的易熔性，良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。此外，它的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）均较好且成本低廉，因此在机械制造中应用甚广。,2018/9/17,4,性能：（与钢相比） 强度、塑性低（石墨对基体有割裂作用）
2、抗压强度不低 减震性好（机器运动时，有减震性好） 耐磨性好（碳含量高，硬度高，石墨：软，可作为润滑剂） 加工性好 成本低,铸铁,2018/9/17,5,灰口铸铁：碳以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色 可锻铸铁：团絮状石墨，塑性很低，不能锻造，只有钢能锻造，铸铁不能锻造，经过两个生产过程制得的，首先制得白口铁铸件，然后再经石墨化退火而最终制得可锻铸铁 球墨铸铁：球状石墨 白口铸铁：一般液体铁水冷却下来，发生石墨化，变成石墨，若冷的太快，变不成石墨，而是作为渗碳体保存下来，白口铸铁很硬，没有用，要避免出现 合金铸铁：在铸铁中加入数量不等的合金元素，从而改善铸铁的物理、化学和力学性能，如耐磨性、耐蚀性
3、和耐热性,根据碳在铸铁中存在的形式及石墨的形态，可将铸铁分类：,2018/9/17,6,常用铸铁（其中灰铸铁应用最广，球墨铸铁次之）,片状石墨铸铁的性能，但片状石墨对基体的分割作用，和引起应力集中效应，故其抗拉强度远 低于钢，其强度、塑性低。铸造性能好(灰铸铁含碳量高，熔点比钢低)，成本最低 （冷却下来后直接就可得到）牌号：HT250（HT：灰铁的汉语拼音首字母，250代表抗拉强度值）成分（HT250） ：碳含量：2.93.5，硅含量：1.42.1锰含量：0.71.1， 硫含量0.15，磷含量0.12常用热处理 去应力退火：加工前进行，人工时效处理高温退火：降低硬度，使渗碳体分解成铁和石墨 表
4、面淬火：提高表面耐磨性,灰口铸铁：,制动盘（HT250，190-230HBS）,2018/9/17,7,2018/9/17,8,液体铁水经过球化处理，石墨呈球状分布于基体中 性能：强度、塑性高（与灰口铸铁相比） 牌号：QT5007（QT：球铁的汉语拼音首字母，500代表最低抗拉强度值，7代表最低延伸率值）成分（QT5007）： 碳含量：3.63.8，硅含量：2.52.9锰含量0.6% ， 硫含量0.025，磷含量0.08热处理 退火：降低应力，表面白口铸铁消除，变成灰口铸铁或球墨 正火：得到以珠光体为主的基体组织淬火回火：得到回火马氏体、回火托氏体 或回火索氏体组织,球墨铸铁：,卡钳（ QT6
5、00-3，190-240HBS）支架（ QT500-7，180-240HBS）,2018/9/17,9,2018/9/17,10,钢,钢具有高的强度、韧性和塑性，并可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。钢制零件的毛坯可用锻造、冲压、焊接或铸造等方法取得，因此其应用极为广泛。,2018/9/17,11,钢的分类及牌号,按照化学成分，钢又可分为碳素钢和合金钢,a、碳素钢（简称碳钢，由于钢碳钢具有较好的力学性能和工艺性能，并且产量大，价格较低，使它成为机械工程上应用最广泛的金属材料）,按碳含量的多少分为,低碳钢：Wc0.3 中碳钢：Wc0.30.6 高碳钢：Wc0.6,2018/9/17,12,低
6、碳钢：塑性、韧性好，大型支架结构、桥梁 中碳钢：综合机械性能好，受力复杂的机器零件 高碳钢：硬度高，工具、耐磨零件,碳素钢的性质主要取决于含碳量，含碳量越高则钢的强度越高，但塑性越低,a、碳素钢,2018/9/17,13,b、合金钢,由于现代工业和科学技术的不断发展，对力学性能和物理、化学性能提出了更高的要求，碳钢虽然经过热处理，也不能满足要求，从而就发展了合金钢，合金钢就是为了改善和提高碳钢的性能或使之获得某些特殊性能，在碳钢的基础上，特意的加入某些合金元素而得到的多元的以铁为基的合金。,合金钢的优良性能不仅取决于化学成分，而且在更大程度上取决于适当的热处理,2018/9/17,14,a、结
7、构钢：大型结构和机器零件 b、工具钢：工具、模具、量具 c、特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢,2、按用途分,大平垫（1Cr13）,2018/9/17,15,a、普通钢 b、优质钢 c、高级优质钢,3、按质量分,分类方法比较多，按习惯叫即可，如45钢可被称为中碳钢、结构钢、优质钢,按S、P的含量分的，S、P含量越多，脆性越大，质量也就越差高级优质钢：S、P去的特别好,2018/9/17,16,4、牌号,普通碳素结构钢：用Q数字（屈服强度数值）表示,优质碳素结构钢：用钢中平均碳含量分数的两位数字表示，单位为万分之几，也就是说用碳含量万分之几表示,碳素工具钢：T数字，在钢号前加T（碳的汉语拼音字头
8、），数字：钢号用平均碳含量的千分数的数字表示（千分之几）,T8表示平均碳含量为0.8（千分之八）的碳素工具钢 高级优质则在钢号后加A，如T10A,2018/9/17,17,合金结构钢：数字元素数字表示,4、牌号,如：60Si2Mn（60：碳含量的万分之几，即0.6；Si、Mn：合金元素；2：表示前边合金元素的平均质量分数，当含量1.5%时，是四舍五入后的数字，当1.5时，数字省略）,合金工具钢：数字合金元素数字,如：9CrSi(9：碳含量的千分之几即0.9，当碳含量1时，此数字省略；Cr、Si含量都小于1.5),滚动轴承钢：GCr数字（G：滚；数字：Cr质量分数的千分之几）,2018/9/17
9、,18,4、牌号,数字：碳含量以千分之几表示，当碳质量分数0.03及0.08时，分别以00及0表示,特殊性能钢：数字合金元素数字,铸钢：ZG数字数字,（前边数字表示屈服强度值，后边数字表示抗拉强度值）如：ZG270-500,2018/9/17,19,结构钢,普通结构钢,普通碳素结构钢,1、普通碳素结构钢：碳含量是在0.060.38，杂质比较多，但价格便宜，成本低，适用于要求不高的机械零件和工程构件如压板（Q235A30）、推动板（Q235A）,普通低合金结构钢,2018/9/17,20,2、普通合金结构钢,普通结构钢,a、成分特点：低碳（C0.2）、低合金、Mn（以Mn为主加元素，因为锰的资源
10、丰富， 强化铁素体的效果明显，能降低钢的冷脆温度，另外，加锰后还使组织中的珠光体含量 增加，以而进一步提高强度）b、典型钢号：16Mn（16：万分之几，Mn含量1.5，数字省略）碳含量很低，只有0.16c、性能：塑性、韧性号（低碳） 强度高（与没加合金元素的低碳钢相比，高3050，但不要与45钢相比） 焊接性好（焊接最麻烦的是断裂，应力大，但是塑性、韧性好的材料不易开裂）大型结构、桥梁（不易断裂，有以上特点，价格也低，工艺很成熟）,2018/9/17,21,优质结构钢,硫、磷含量较低，非金属夹杂物也较少，强度、塑性、韧性均比普通碳素结构钢好，常用于制造较重要的零件,如齿轮(Q235A 45)，
11、支点圆柱（45 40Cr）,应用最广泛的是45钢（也被称为外能钢），经调质处理后，可获得良好的综合力学性能,1、优质碳素结构钢,2018/9/17,22,优质结构钢,2、渗碳钢,成分特点：低碳（碳含量很低，属于低碳钢）,作用：强化提高淬透性,性能：心部韧性好，表面硬度特别高,应用：受冲击同时要表面高硬度、高耐磨性的零件,压力臂（20CrMnTi ），大滚针副托架（15CrMo）,2018/9/17,23,优质结构钢,3、调质钢,淬火高温回火 后获得综合机械性能，即强度与韧性的配合,应用：受力复杂的重要零件，最普通的调质钢为35，40，45，但由 于热处理后变形大，实际都加合金元素，随合金量增加
12、强度 增加 ，顺序为 4040Cr 40CrNi 40CrNiMo,为提高某些部位耐磨性，通常要局部高频淬火或表面氮化；需提高表面疲劳抗力，有时要进行喷丸处理,主轴（40Cr，260-300HBS,表面离子氮化） 长导套（45，260-300HBS，高频淬火）,2018/9/17,24,优质结构钢,3、调质钢,35CrMo，调质后，具有高的静强度、冲击韧度和较高的疲劳强度,42CrMo，与35CrMo性能相近，强度和淬透性更好,调整六方头（35CrMo，淬火50-55） 转向节（42CrMo与40Cr）,2018/9/17,25,优质结构钢,4、弹簧钢,碳含量：0.60.9,最普通弹簧钢是Mn
13、系列和 Cr系列Mn系列选择原则65Mn60Si2Mn55SiMnMoVNbCr系列选择原则50CrMn50CrV 50CrMnV,淬火中温回火 ，获得高弹性和高韧性，通常需要进行喷丸处理获 得表面压应力,弹簧有大有小，制作方式也不一样，主要有两种：冷成型和热成型,2018/9/17,26,优质结构钢,弹簧钢的特性,基准座挡圈（65Mn），回位弹簧、波形弹簧（60Si2Mn） 大小扭簧（ 60Si2Mn 70）,高碳钢如65，70，85，经热处理和冷拔硬化后，可得较高强度和适当韧性塑性，淬透性差只适用较小尺寸弹簧,65Mn，热处理后，综合性能优于碳钢,60Si2Mn ，Si与Mn提高弹性极限、
14、屈强比、淬透性和抗松弛稳定性,2018/9/17,27,优质结构钢,4、滚动轴承钢,有高而均匀的硬度、提高耐磨性,有高的接触疲劳强度和弹性极限,滚针（GCr15 ）,2018/9/17,28,铜合金,-铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍,特点：具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具有良好的减摩性和抗腐蚀性。,青铜,黄铜,轴承合金（巴氏合金）,-含锡青铜、不含锡青铜,轴套，衬套（巴氏合金）,有色金属,2018/9/17,29,高分子材料,复合材料,陶瓷,- 塑料、橡胶、合成纤维。,-强度高、弹性模量大、质量轻。,非金属材料,-强度高、弹性模量大、质量轻。,塑料-塑料的比重小，易于制成形状复杂的零
15、件，而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其应用日益广泛。,2018/9/17,30,橡胶-橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。,螺杆防尘罩（DF 6454）,非金属材料,2018/9/17,31,非金属材料,复合材料 克服了高分子材料和陶瓷材料的不足，综合了各种不同材料的优良性能，具有高的比强度、比刚度、抗疲劳、减振、耐磨性能优良等特点。尤其是金属基复合材料，从力学性能角度看，可能是最理想的机械工程材料。但复合材料价格昂贵，除在航天航空、船舶、武器装备等国防工业中的重要结构件上应用外，在一般的民用工业上应用有限。但应注意的是，随着复合材料的生产成本降低，其应用潜力巨大、前景极其广阔。,刹车片（M432A),2018/9/17,32,陶瓷材料硬而脆、加工性能差，也不能用作重要的受力零件；目前主要应用领域是建筑陶瓷和功能材料。 陶瓷材料具有高热硬性及化学稳定性，可用作耐热、耐磨、耐蚀的零件，如燃烧器喷嘴、刀具与模具、石油化工容器等。 由于陶瓷功能材料具有极其广阔的应用前景，在高新技术产品中占据重要地位，故有人认为21世纪是“第二个石器时代”。陶瓷作为结构材料，目前尚处开发应用阶段。,非金属材料,陶瓷材料,
