第一章機(jī)械工程材料

1、中等職業(yè)教育課程改革國(guó)家規(guī)劃新教材PPT機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)人民郵電出版社人民郵電出版社第一章第一章 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能一一黑色金屬材料黑色金屬材料二二三三 四四n第一節(jié) 材料的力學(xué)性能1了解材料常用的力學(xué)性能指標(biāo)2熟悉材料力學(xué)性能指標(biāo)在金屬材料選擇中的應(yīng)用 材料的力學(xué)性能是指材料在外力（載荷）作用下所表現(xiàn)出的特性。一、彈性和塑性一、彈性和塑性 材料受外力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)其原來(lái)形狀的性能，稱為彈性。隨著外力的消失而消失的變形稱為彈性變形。 材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不致引起破壞的性能，稱為塑性。外力消失后留下來(lái)的這部分不可恢復(fù)的變形稱為塑

2、性變形。塑性的度量指標(biāo)有斷后伸長(zhǎng)率A 和斷面收縮率Z。A 和Z 的數(shù)值越大，表明材料的塑性越好。二、強(qiáng)度二、強(qiáng)度材料在力的作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。三、硬度三、硬度 硬度是反映材料局部體積內(nèi)抵抗另一更硬物體壓入的能力。工程上硬度常用的指標(biāo)有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、維氏硬度（HV）等。 金屬材料的硬度越高，則材料的耐磨性越好。四、韌性四、韌性 材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力稱為韌性。 沖擊韌度越大，材料的抗沖擊能力越強(qiáng)。五、疲勞五、疲勞 疲勞是指材料在低于屈服強(qiáng)度ReL 的交變應(yīng)力長(zhǎng)時(shí)間的作用下發(fā)生裂紋或斷裂的過(guò)程。 在同樣的交變應(yīng)力作用下，疲勞極限大的材料壽

3、命長(zhǎng)。一、低碳鋼拉伸一、低碳鋼拉伸1彈性變形階段2屈服階段3均勻塑性變形階段4縮頸階段二、二、* 鑄鐵拉伸鑄鐵拉伸 鑄鐵等脆性材料在斷裂前無(wú)明顯塑性變形，拉伸曲線上無(wú)屈服現(xiàn)象，而且也不產(chǎn)生“縮頸”，這種斷裂稱為脆性斷裂。鑄鐵拉伸曲線圖如圖1-1-7 所示。一、一、* 低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)第一步 試驗(yàn)準(zhǔn)備第二步 試樣拉伸 第三步 數(shù)據(jù)處理二、二、* 低碳鋼、鑄鐵壓縮試驗(yàn)低碳鋼、鑄鐵壓縮試驗(yàn)第一步 試驗(yàn)準(zhǔn)備第二步 試樣壓縮第三步 數(shù)據(jù)處理 第二節(jié) 黑色金屬材料v1理解常用碳素鋼的分類、牌號(hào)、性能和應(yīng)用v2了解合金鋼和鑄鐵的分類、牌號(hào)、性能和應(yīng)用v3熟悉常用機(jī)械工程材料的選用原則

4、以鐵或者以鐵為主形成的物質(zhì)，稱為黑色金屬。一、碳素鋼一、碳素鋼 碳素鋼又稱碳鋼，是含碳量（Wc）小于2.11% 的鐵碳合金。 含碳量對(duì)鋼的力學(xué)性能影響較大，當(dāng)Wc 0. 9% 時(shí)，隨著含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度逐漸增加，塑性和韌性逐漸降低；當(dāng)Wc 0. 9% 時(shí)，隨含碳量的繼續(xù)增加，硬度仍然增加，但強(qiáng)度開(kāi)始明顯下降，塑性、韌性繼續(xù)降低。1碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)由屈服點(diǎn)漢語(yǔ)拼音字母字首Q加屈服點(diǎn)數(shù)值表示。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。 鑄鋼牌號(hào)用“鑄”和“鋼”兩字漢語(yǔ)拼音字母字首“ZG”后加兩組數(shù)字表示，第一組數(shù)字表示屈服點(diǎn)的最低值

5、，第二組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度的最低值。2碳素工具鋼碳素工具鋼 碳素工具鋼的牌號(hào)用“碳”字漢語(yǔ)拼音字母字首“T”加上數(shù)字表示。二、合金鋼二、合金鋼在碳鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素得到合金鋼。1合金結(jié)構(gòu)鋼2合金工具鋼3特殊性能鋼4合金鋼牌號(hào)表示方法合金鋼牌號(hào)表示方法 合金鋼的牌號(hào)是由含碳量數(shù)字、合金元素符號(hào)及合金元素含量數(shù)字組成的。（1）含碳量數(shù)字。）含碳量數(shù)字。 當(dāng)含碳量數(shù)字為兩位數(shù)時(shí)，表示鋼中平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)；當(dāng)含碳量數(shù)字為一位數(shù)時(shí)，表示鋼中平均含碳量的千分?jǐn)?shù)；當(dāng)含碳量超過(guò)1% 時(shí)則不標(biāo)出。（2）合金元素含量數(shù)字。）合金元素含量數(shù)字。 合金元素含量數(shù)字表示該合金元素平均含量的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)合金元素平均含量

6、小于1.5% 時(shí)不標(biāo)數(shù)字。 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同，例如Q345。 軸承鋼的牌號(hào)是由 “滾”字的漢語(yǔ)拼音字首“G”后附元素符號(hào)“Cr” 、Cr 元素平均 含量的千分?jǐn)?shù)及其他元素符號(hào)表示。三、鑄鐵三、鑄鐵 鑄鐵是含碳量大于2.11% 的鐵碳合金。 碳在鑄鐵中的存在形式有滲碳體和石墨兩種 灰口鑄鐵中根據(jù)石墨形態(tài)不同，又分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵，石墨的形狀分別為片狀、球狀、團(tuán)絮狀以及蠕蟲(chóng)狀。 灰鑄鐵的牌號(hào)是由“灰鐵”兩字漢語(yǔ)拼音字首“HT”后附最小抗拉強(qiáng)度值（MPa）表示。 球墨鑄鐵的牌號(hào)是由“球鐵”兩字漢語(yǔ)拼音字首“QT”后附最低抗拉強(qiáng)度值（MPa）和最低

7、斷后伸長(zhǎng)率的百分?jǐn)?shù)表示。 蠕墨鑄鐵的牌號(hào)是由“蠕鐵”兩字漢語(yǔ)拼音字首“RuT”后附最低抗拉強(qiáng)度值（MPa）表示。 可鍛鑄鐵的牌號(hào)是由“可鐵黑”三字漢語(yǔ)拼音字首“KTH”或“可鐵珠”三字漢語(yǔ)拼音字首“KTZ”后附最低抗拉強(qiáng)度值（MPa）和最低斷后伸長(zhǎng)率表示。一、機(jī)械工程材料的選用原則一、機(jī)械工程材料的選用原則1適用性原則適用性原則 適用性原則是指所選擇的材料必須適應(yīng)工作狀況，并能達(dá)到令人滿意的使用要求。2工藝性原則工藝性原則 工藝性原則是指選材時(shí)要考慮材料加工工藝性，優(yōu)先選擇加工工藝性好的材料，降低材料的制造難度和制造成本。3經(jīng)濟(jì)性原則經(jīng)濟(jì)性原則 在滿足適用性和工藝性原則的前提下，選用的材料要盡

8、量使原材料與工藝成本最低、經(jīng)濟(jì)效益最好，即獲得高的性價(jià)比。二、非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件材料的選擇方法二、非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件材料的選擇方法體驗(yàn)體驗(yàn)CA6140 車床掛輪材料的選取過(guò)程車床掛輪材料的選取過(guò)程第一步 仔細(xì)觀察第二步 失效分析，提出材料應(yīng)具備的力學(xué)性能第三步 提供可選材料第四步 確定掛輪材料第三節(jié) 鋼的熱處理v1* 了解簡(jiǎn)化的Fe-Fe3C 狀態(tài)圖v2了解鋼的熱處理的目的、分類和應(yīng)用一、一、* 鐵碳合金狀態(tài)簡(jiǎn)圖鐵碳合金狀態(tài)簡(jiǎn)圖 鐵碳合金狀態(tài)圖（相圖）是在極緩慢冷卻（或加熱）情況下，不同成分的鐵碳合金在不同溫度時(shí)所具有的組織或狀態(tài)的簡(jiǎn)明圖形。二、熱處理二、熱處理 熱處理是指在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以

9、改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需性能的一種工藝方法。1熱處理分類熱處理分類2常用整體熱處理工藝常用整體熱處理工藝 退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一段時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷）的熱處理工藝。（1）完全退火）完全退火（2）球化退火）球化退火（3）去應(yīng)力退火）去應(yīng)力退火 正火是將工件加熱使組織完全奧氏體化后，經(jīng)保溫，在空氣中冷卻的熱處理工藝。 正火和退火同屬于預(yù)備熱處理工藝，差別在于冷卻方式的不同。 淬火是將工件加熱到AC3 或AC1 點(diǎn)以上某一溫度，保持一定時(shí)間，在淬火介質(zhì)中冷卻的熱處理工藝。淬火的主要目的就是為了得到高硬度、高強(qiáng)度的室溫組織。 常用的淬火冷卻介質(zhì)有水、水溶性的鹽類和堿類、礦物

10、油等。 回火是將工件淬硬后重新加熱到AC1 以下的某一溫度，保持一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。 淬火鋼在不同溫度回火時(shí)，可獲得不同的組織和性能，其變化規(guī)律是：隨著回火溫度的升高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高。3表面熱處理表面熱處理 表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對(duì)其表面進(jìn)行熱處理的工藝。4化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理 化學(xué)熱處理是將零件放入化學(xué)介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入零件表層中，從而改變表層化學(xué)成分、組織和性能的工藝方法。 滲碳是為提高工件表層的含碳量，將工件在滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使碳原子滲入的化學(xué)熱處理工藝。 滲氮是在一定溫度下，在一定介質(zhì)（氨氣）中使氮原

11、子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。制定制定CA6140 車床掛輪的熱處理工藝流程車床掛輪的熱處理工藝流程第一步 列出可選預(yù)備熱處理方式第二步 確定預(yù)備熱處理方式第三步 列出可選最終熱處理方式第四步 確定最終熱處理方式第四節(jié) 有色金屬材料和非金屬材料v1了解常用有色金屬材料的分類、牌號(hào)、性能和應(yīng)用v2* 了解工程塑料和復(fù)合材料的特性、分類和應(yīng)用v3* 了解其他新型工程材料的應(yīng)用一、有色金屬一、有色金屬有色金屬是除鐵及其合金以外的非鐵金屬及合金的統(tǒng)稱，也稱非鐵金屬。常用有色金屬包括： 1、銅及銅合金 2、鋁及鋁合金 3、鈦及鈦合金 4、軸承合金1 1銅及銅合金銅及銅合金純銅的代號(hào)用“銅”字漢語(yǔ)拼音字母字首“T”加順序號(hào)表示。白銅牌號(hào)的表示方法白銅牌號(hào)的表示方法 B Mn3 - 12B Mn3 - 12白銅白銅含錳元素含錳元素3含鎳為含鎳為122鋁及鋁合金鋁及鋁合金 純鋁代號(hào)用“鋁”字漢語(yǔ)拼音字母字首“L”加順序號(hào)表示。 v3鈦鈦及及鈦鈦合合金金v 鈦鈦及及鈦鈦合合金金牌牌號(hào)號(hào)用用“T”加加表表示