精密機械設計-2

1、第二章 工程材料和熱處理 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 金屬材料的力學性能 第三節(jié) 常用的工程材料 第四節(jié) 鋼的熱處理 第五節(jié) 表面精飾 第六節(jié) 材料的選擇原則第一節(jié) 概述結構材料： 工程上要求強度、韌性、塑性、硬度、耐磨性等力學性能的材料。功能材料： 具有電、光、聲、熱、磁等功能和效應的材料。按用途不同，分：金屬材料： 黑色金屬材料 有色金屬材料無機非金屬材料 陶瓷：有機材料： 高強度、塑性、耐腐蝕性、絕緣性，密度小 塑料、橡膠和合成纖維按材料結合鍵的特點和性質，分：局部頸縮階段局部頸縮階段ef 在比例極限范圍內，應力與應變成正比，比例常數E E （= = / / ）。）。 反映材料抵抗變形的能力，

2、是衡量剛度的指標。 注意：不同鋼種的彈性模量相差甚微。為提高剛度采用合金鋼無效。二、彈性模量二、彈性模量E E兩個塑性指標兩個塑性指標: :%100001lll斷后伸長率斷后伸長率斷面收縮率斷面收縮率%100010AAA%5為塑性材料為塑性材料%5為脆性材料為脆性材料低碳鋼的低碳鋼的%3020%60為塑性材料為塑性材料0三、延展性三、延展性四、沖擊韌度四、沖擊韌度在有缺口的試件上，缺口底部單位面積上所能承受的在有缺口的試件上，缺口底部單位面積上所能承受的沖擊功。沖擊功。是衡量材料抵抗沖擊載荷能力的指標。工程上常用一是衡量材料抵抗沖擊載荷能力的指標。工程上常用一次擺錘沖擊彎曲試驗來測定。次擺錘沖

3、擊彎曲試驗來測定。AAKK彈性能Ee： 在彈性變形范圍內，應變能將以勢能的形式儲存在材料內部，撤去外力后又全部釋放，這種應變能為彈性能。韌性能Et： 若應力超過比例極限，材料就要產生永久變形，應變能的大部分將消耗在材料的塑性變形上，并以熱的形式散失。 材料在斷裂前所能吸收的能量稱為韌性能。鑄鐵等脆性材料所能吸收的彈性能和韌性能均很低，故不能用于彈性元件和承受沖擊載荷的零件。五、彈性能Ee和韌性能Et六、硬度 材料表面在一個小體積范圍內抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力。材料硬度越高，強度和耐磨性越好；塑性越低。特別是硬度與強度之間有一定的關系。根據強度可以大致估計材料的抗拉強度。常用硬度指標：

4、 布氏硬度 (HBS) 洛氏硬度 (HRC) 維氏硬度 (HV) :主要用于薄工件或薄表面硬化層的硬度測試各種硬度值之間可以相互折算1）布氏硬度 (HB) 在一定直徑的淬火鋼球或硬質合金球上，加以一定的載荷，壓入被測金屬材料的表面，測出壓痕直徑上的平均壓力，即為布氏硬度。 實際測定中，用放大鏡測量壓痕直徑后，可查表直接求硬度值。 測試數據重復性好，準確度較洛氏硬度高。測量費時，不適于成品檢驗。常用于HB值小于450的材料。 HBS-鋼球壓頭鋼球壓頭測出的硬度值；測出的硬度值；HBW-硬質合金球壓頭硬質合金球壓頭測出的測出的硬度值硬度值2）洛氏硬度 (HR) 是以頂角為120壓頭壓入試樣表面，測

5、量壓痕深度為指標，壓痕越深表示材料越軟，硬度越低。洛氏硬度有三種標度，分別為HRA、HRB、HRC 測試簡單、迅速，因壓痕小，適于成品檢驗。但測試硬度值重復性差，故需在不同部位測數次?？捎糜跍y量硬度很高的材料，如淬火鋼和低溫回火鋼。3）維氏硬度 (HV) 根據壓痕單位面積上的載荷計算硬度值，用金剛石的正四棱錐體壓頭壓入試樣表面，然后測量四方錐形壓痕的對角線長度，借以計算壓痕表面積。標尺標尺 壓壓 頭頭 總載荷總載荷/N 適用測試教材適用測試教材 有效植有效植HRA 120金剛石圓錐體金剛石圓錐體 600 硬質合金、表面淬火鋼硬質合金、表面淬火鋼 7085HRB 1.588mm淬火鋼球淬火鋼球

6、1000 退火鋼、非鐵合金退火鋼、非鐵合金 25 100HRC 120金剛石圓錐體金剛石圓錐體 1500 一般淬火件一般淬火件 20 67 洛氏硬度的測試范圍洛氏硬度的測試范圍金屬材料在加工和使用過程中影響力學性能的因素含碳量的影響-強度、硬度；塑性、切削性、鍛造性、焊接性、導電性、導熱性合金元素的影響溫度的影響熱處理工藝的影響第三節(jié) 常用的工程材料碳鋼與合金鋼 常用合金元素：常用合金元素：Mn、Si、Cr、Mo、W、V、 Ti、Nb、Zr、Ni、RE(稀土稀土) 碳素結構鋼：受力不大，基本承受靜載荷的零件。 優(yōu)質碳素結構鋼：受力較大，承受變應力或沖擊載荷的零件。 合金鋼：受力較大，承受變應力

7、、工況復雜，熱處理要求較高的零件一、黑色金屬碳鋼的分類 按鋼的含碳量分類： 低碳鋼：Wc0.6% 按鋼的質量分類： 普通碳素鋼：Ws0.055% Wp0.045% 優(yōu)質碳素鋼：Wp Ws0.040% 高級優(yōu)質碳素鋼：Ws0.030% Wp0.035% 按鋼的用途分類： 碳素結構鋼：制造各種工程構件和機器零件 碳素工具鋼：制造各種刀具、量具、模具碳鋼的編號和用途碳鋼的編號和用途 普通碳素結構鋼普通碳素結構鋼 五類五類20種，種，Q235中中Q屈服強度，屈服強度，235為為s MPa 優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼 平均含碳量的萬分數平均含碳量的萬分數 碳素工具鋼碳素工具鋼 T7（A），），T碳素工

8、具鋼，碳素工具鋼，7_平均含碳量的千分平均含碳量的千分數數碳素鋼1、碳素結構鋼（C：0.25%)Q215、Q235、Q255Q215-A.F表示最低屈服點表示最低屈服點215MPa的普通等級碳素結構鋼的普通等級碳素結構鋼（沸騰鋼）（沸騰鋼）Q235用途最廣，通常熱軋成鋼板、型鋼、鋼管、鋼筋等。塑性、韌性優(yōu)良。建筑構件，車輛，不重要的軸，螺釘、螺母，沖壓件鍛件、焊接件等。2、優(yōu)質碳素結構鋼（Mn、P：=0.035%)用兩位數字表示鋼中平均含碳量的萬分數低碳鋼：08、10、15、20、25：塑性好，易拉拔、沖壓、擠壓、鍛造和焊接螺釘、螺母、墊圈、小軸、沖壓件、焊接件中碳鋼：30、35、40、45、

9、50、55：強度、硬度好，淬火后硬度顯著增加。綜合性能優(yōu)良，常用于軸、絲杠、齒輪、連桿、套筒、鍵、重要的螺釘和螺母。高碳鋼：60、65、70、75：強度、硬度好，彈性優(yōu)良。用于小彈簧、發(fā)條、鋼絲繩、軋輥等。3、碳素工具鋼（C：0.7%1.35%)淬火后高硬度和良好的耐磨性，用于鍛工、木工、鉗工工具和小型模具。T7-平均含碳量為平均含碳量為0.7%的碳素工具鋼的碳素工具鋼T8：韌性最好，多用于制造成受沖擊的工具，鏨子、鍛工工具。T10、T10A：硬度較高，有一定韌性，多用于制造鋼鋸條、小沖模T12：硬度最高，耐磨性好，但脆性大，用于制造不成受沖擊的耐磨工具，鋼銼、刮刀合金鋼的分類(按用途)合金鋼

10、1、合金結構鋼為改善鋼的某些性能，特意加入一種或幾種合金元素所煉成的鋼.兩位數字+元素符號+數字所含合金元素及其平均含量的百分數，若含量小于1.5%，則不標。鋼的平均含碳量的萬分數用于尺寸較大，形狀復雜或要求淬火變形小的零件。2、合金工具鋼一位數字+元素符號+數字鋼的平均含碳量的千分數，當含碳量大于1%時，則不標出用于刃具、模具和量具。形狀復雜尺寸較大、切削速度較高或工作溫度較高的工具和模具。3、特殊性能鋼9SiCr、9Mn2V:絲錐、板牙。W18Cr4V:高速鋼，鉆頭、銑刀或拉刀不銹鋼、耐熱鋼、磁鋼、耐磨鋼2Cr13、1Cr18Ni9鑄鋼 與鍛鋼力學性能大體相近 與灰鑄鐵比：減震性、鑄造性均

11、差；彈性模量、伸長率、熔點均高。 主要用于承受重載、形狀復雜的大型零件灰鑄鐵 成本低，鑄造性好，可制成形狀復雜的零件；良好的減震性；抗壓強度高于抗拉強度，適于制造在受壓狀態(tài)下工作的零件；脆性大，不宜承受沖擊載荷。球墨鑄鐵 較高的延展性和耐磨性；強度高于灰鑄鐵；減震性優(yōu)于鋼。 多用于制造受沖擊載荷的零件一、黑色金屬從表中的數值可見：鑄鋼的綜合機械性能高于鑄鐵，而且鑄鋼的可焊性好于鑄鐵。常用的灰鑄鐵牌號二、有色金屬銅合金黃銅：銅鋅合金，可鑄可鍛，良好的機加工性青銅：除除ZnZn以外，所有以外，所有CuCu合金的總稱合金的總稱 含錫量小于8%的錫青銅適于壓力加工 含錫量超過10%的錫青銅適于鑄造鋁合

12、金 不耐磨，可用鍍鉻的方法提高耐磨性； 切削性好，鑄造性差； 不產生電火花，用于儲存易燃、易爆物品的容器鈦合金 密度小，高、低溫性能好，良好的耐蝕性，用于航空、造船、化工業(yè)錫青銅錫青銅的性能：良好的耐蝕性、減磨性、抗磁性和低溫韌性，在大氣、海水、蒸氣、淡水及無機鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在亞硫酸鈉、酸和氨水中的耐蝕性較差。常用錫青銅：QSn4-3、QSn6.5-0.4、 ZCuSn10Pb1等，主要用于制造彈性元件、耐磨零件、抗磁及耐蝕零件，如彈簧、軸承、齒輪、蝸輪、墊圈等。鋁青銅鋁青銅的性能：強度、硬度、耐磨性、耐熱性、耐蝕性都高于黃銅和錫青銅，是無錫青銅中應用最廣的一種。常用鋁青銅

13、：低鋁和高鋁兩種。低鋁青銅如QAl5、QAl7等，具有一定的強度，較高的塑性和耐蝕性，一般在壓力加工狀態(tài)使用，主要用于制造高耐蝕彈性元件；高鋁青銅如QAl9-4、QAl10-4-4等，具有較高的強度、耐磨性、耐蝕性，主要用于制造齒輪、軸承、摩擦片、蝸輪、螺旋槳等。鈹青銅銅合金性能最好的一種銅合金，唯一可固溶強化的銅合金；具有很高的強度、彈性、耐磨性、耐蝕性及耐低溫性，良好的導電、導熱性，無磁性、受沖擊時不產生火花，還具有良好的冷、熱加工和鑄造性能；常用代號QBe2、QBe1.9等；用于制造重要的精密彈簧、膜片等彈性元件，高速、高溫、高壓下工作的軸承等耐磨零件，防爆工具等。 工程塑料塑料的組成：

14、合成樹脂填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、固化劑、發(fā)泡劑、著色劑、阻燃劑、防老化劑等制成的。優(yōu)點：密度小、質量輕，耐腐蝕性好，易加工應用：可用注塑、擠壓的方法制成各種形狀復雜，尺寸精確的零件三、非金屬材料塑 料（分類）（1）按塑料成型工藝的特點分： 熱塑性塑料受熱時軟化或熔融、冷卻后硬化，并可反復多次進行。它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龍）、聚甲醛、聚碳酸酯(透明金屬）、聚苯醚、聚砜、聚四氟乙烯等。 熱固性塑料在加熱、加壓并經過一定時間后發(fā)生化學反應而固化為不溶、不熔的堅硬制品，不可再生。常用熱固性塑料有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、呋喃樹脂、有機硅樹脂等。塑 料（分類）

15、（2）按塑料的功能和用途分： 通用塑料：產量大用途廣價格低的塑料。主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料等，產量占塑料總產量的75%以上。工程塑料：具有較高性能，能替代金屬制造機械零件和工程構件的塑料。聚酰胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、環(huán)氧樹脂等。特種塑料：導電塑料、導磁塑料、感光塑料等。橡膠 橡膠是以生膠為主要成分，添加各種配合劑和增強材料制成的。 較大的彈性、良好的絕緣性、耐磨損、耐化學腐蝕、耐放射性人工合成礦物剛玉（寶石）:Al2O3,硬度僅次于鉆石 紅寶石：滲入氧化鉻和二氧化鈦-寶石軸承 藍寶石：滲入氧化鐵和氧化鈦石英：SiO

16、2 具有壓電效應 -晶體振蕩器 由兩種或兩種以上性質不同的金屬材料或非金屬材料，按設計要求進行定向處理或復合得到的一種新型材料。自然界：天然復合材料如竹子、木材、骨骼等分類： 纖維增強復合材料-用于薄壁壓力容器 (長纖維或連續(xù)纖維、短纖維或晶須) 顆粒增強復合材料 (純顆粒增強復合材料和彌散增強) 層迭增強復合材料 骨架增強復合材料四、復合材料 鋼的熱處理就是在固態(tài)下，通過加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變鋼的內部組織結構，從而獲得所需性能的工藝方法。1、消除毛坯中的缺陷，改善工藝性能，為切削加工或熱處理做組織和性能上的準備。叫預先熱處理。 2、提高金屬材料的力學性能，充分發(fā)揮材料的潛力，節(jié)約材

17、料延長零件使用壽命。叫最終熱處理。 目的：第四節(jié) 鋼的熱處理熱處理的方法（按工藝方法不同分） 1.退火（燜火） 將鋼件加熱到稍高于臨界溫度,保溫一定時間,隨后在爐內或埋入導熱性較差的介質中緩慢冷卻,以獲得接近平衡的組織。目的:鑄件、鍛件、焊接件、熱軋件、冷拉件在制造過程中將聚集殘余應力低溫退火3) 消除殘余應力防止變形開裂 2) 細化晶粒,改善組織提高力學性能1) 軟化工件，降低硬度切削加工一、普通熱處理*無組織變化 低溫退火（又叫去應力退火）:將鋼隨爐緩慢加熱到500-650，保溫后緩冷至300-200 以下出爐.目的目的: :發(fā)生再結晶發(fā)生再結晶, ,消除加工硬化消除加工硬化. .2. 正

18、火（?；? 正火冷速快,得到比退火后的組織更細些，從而力學性能高。加熱溫度和保溫時間與退火相似,不同：空冷目的：目的：目的: 2) 低、中碳素結構鋼的預熱處理，以獲得合適的硬度，便于后續(xù)的切削加工1) 普通結構零件的最終熱處理退火和正火的加熱溫度范圍3.淬火（整體淬火） 將鋼件加熱到臨界溫度以上的某一溫度,經過保溫后在冷卻介質（水、鹽水或油）中迅速冷卻,以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝.目的:提高硬度,耐磨性應用:工具,模具,量具,滾動軸承.注意：整體淬火后的零件會有較大的內應力，故淬火后必須回火4. 回火低溫回火:加熱溫度 150-250 將淬火后的零件重新加熱到臨界溫度以下某一溫度,保溫

19、一定時間,后在空氣中或油中冷卻到室溫的熱處理工藝.目的: 消除淬火后因冷卻快而產生的內應力,降低脆性,使其具有一定韌性,防止變形,開裂,調整機械性能.應用: 需要高硬度（HRC59-62）的工具和受強烈摩擦的零件如切削工具、模具和滾動軸承目的: 消除淬火應力和脆性,硬度不降. 回火溫度不是獨立的工序，是淬火后必須進行的工序中溫回火:加熱溫度 300-450淬火+高溫回火-調質處理應用: 主軸、齒輪,曲軸,連桿等(受交變載荷)目的: 消除內應力,較高韌性,硬度更低（200-350HBS).高溫回火:500-650應用:需要一定的硬度（HRC35-45）、好的彈性和一定韌性的零件，如(0.45-0

20、.9%)彈簧,熱壓模具 高強度結構鋼 目的:減少內應力,提高彈性,一定的硬度和韌性. 軟化回火：高合金鋼 尺寸穩(wěn)定處理或時效處理：某些量具等精密工件保持淬火后的高硬度及尺寸穩(wěn)定性。 冷處理：穩(wěn)定尺寸，提高硬度、耐磨性和壽命二、 表面熱處理1.表面淬火表面淬火用鋼的含碳量：0.40%-0.50%應用：表面硬度高、內部韌性大的零件，如機床主軸、齒輪、發(fā)動機主軸 通過快速加熱和立即淬火冷卻，表面層淬透到一定深度而中心部仍保持原狀態(tài).表面淬火方法：感應加熱（高頻、中頻、低頻）火焰加熱電接觸加熱感應加熱感應加熱: : 設備昂貴，質量設備昂貴，質量可控，機械化可控，機械化 、自動化、自動化火焰火焰: :

21、設備簡單，成本低，設備簡單，成本低，生產率低，單件小批局部生產率低，單件小批局部, ,質質量不穩(wěn)量不穩(wěn)與表面淬火比：表面層不僅有組織變化，還有成分變化。2. 化學熱處理 工件放在某種化學介質中加熱,保溫,使介質中的活性原子滲入工件表面,改變工件表層的化學成分和組織，以改善工件表面性能. 應用: 受交變載荷,強烈磨損,或在腐蝕,高溫等條件下工作的工件.滲碳 將鋼件在滲碳介質中加熱并保溫使碳原子滲入表層的化學熱處理工藝。目的:使低碳(wc=0.100.25%)鋼件表面得到高碳(wc=1.01.2%)，經適當的熱處理(淬火+低溫回火)后獲得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定強度及較高的塑性、韌性

22、.適用:同時受磨損和較大沖擊載荷的低碳、低合金鋼零件，如齒輪、活塞銷、套筒及要求很高的噴油嘴偶件等。鋼的滲碳原理示意圖氣體滲碳 方法：滴注式滲碳 介質：苯、醇、煤油等液體 工藝：將工件裝在密封的滲碳爐中，加熱到900950(常用930)，向爐內滴入煤油、苯、甲醇、丙酮等有機液體，在高溫下分解成CO、CO2、H2及CH4等氣體組成的滲碳氣氛，在高溫下與工件接觸時便在工件表面進行下列反應，生成活性碳原子。生成活性碳原子：2COC+CO2 CH4C+2H2 CO+H2C+H2O 隨后活性碳原子被鋼表面吸收而溶入奧氏體中，并向內部擴散而形成一定深度的滲碳層。氣體滲碳的優(yōu)點是： 生產率高，勞動條件好，滲

23、碳過程容易控制，容易實現機械化、自動化，適用于大批量生產。鋼的氮化（滲氮）滲氮一般在臨界溫度以下使活性氮原子滲入工件表面的化學熱處理工藝。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞強度、耐蝕性及熱硬性。分類：氣體滲氮和離子滲氮。氣體滲氮氣體滲氮 利用氨氣加熱分解出活性氮原子，在氣體介質中進行滲氮的工藝稱為氣體滲氮。工藝過程 在滲氮爐內通入氨氣，在380以上氨分解出活性氮原子:2NH33H2+2N活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保溫過程中向里擴散，形成滲氮層。工藝特點：溫度低：500600常用550570，遠低于滲碳溫度。由于氮在鐵素體中有一定的溶解能力，無需加熱到高溫。時間長：2050h，氮化

24、層厚度為0.40.6mm。需調質預處理：改善機加工性能和獲得均勻的回火索氏體組織，保證較高的強度和韌性。與滲碳淬火比：可獲得更高的表面硬度、耐磨性、疲l勞強度、抗腐蝕性。氮化后不再淬火，變形小。應 用：硬度和耐磨性高，不宜磨削的精密零件，如高速傳動的精密齒輪（尤內齒輪）、高速柴油機曲軸、鏜桿、精密絲杠、高精度機床主軸及量具、模具技術要求：需選用含與N親合力大的Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的合金鋼，如38CrMoAlA、35CrAlA、38CrMo等。技術要求：應注明氮化層深度、表面硬度、氮化部位、心部硬度等，對于零件上不需滲氮的部位鍍錫或鍍銅保護，或增加加工余量、氮化后去除。工藝路線：

25、鍛造正火粗加工調質 精加工去應力粗磨氮化 精磨或研磨 碳氮共滲（氰化） 在氣體介質中將碳和氮同時滲入工件表層并以滲碳為主的化學熱處理工藝稱為氣體碳氮共滲。提高工件表面硬度、耐磨性和疲勞強度。 常用于處理汽車、機床的各種齒輪、蝸輪、蝸桿和軸類零件(20CrMnTi)。 CH4+NH3HCN+3H2 CO+NH3HCN+H2O 2HCNH2+2C+2N氣體氮碳共滲（氣體軟氮化） 在氣體介質中對工件同時滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學熱處理工藝稱為氣體氮碳共滲。目前氮碳共滲已廣泛應用于模具、量具、高速鋼刀具、曲軸、齒輪、氣缸套等耐磨件的處理，但由于表層碳氮化合物層太薄，僅有0.010.02mm，不宜用

26、于重載條件下。尿素分解(NH2)2COCO+2H2+2N 2COCO2+C 第五節(jié) 表面精飾 表面精飾指在金屬零件表面附上一層覆蓋層，以達到防蝕、裝飾等目的。 分類： 電鍍 化學處理 涂漆一、電鍍鍍鉻：鍍鉻層化學穩(wěn)定性好，外觀顏色好，在潮濕大氣中顏色不變，有較高的硬度、耐磨性。鍍鉻層拋光后反射率高；鉻的深度和擴散能力差。 適用：鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金；不宜鍍復雜零件。鍍鎳：鎳在大氣中十分穩(wěn)定，抗堿、弱酸和各種鹽，導電性良好，磁性。 適用：鋼、銅合金、鋁合金；不宜鍍防磁零件?？勺鲥冦t層的底層和導電零件、彈性元件的保護層。鍍鎘：鍍鎘層對堿和稀硫酸的化學穩(wěn)定好 適用：鋼、銅合金、鋁合金；主要用于

27、儀器直接受海水作用和飽含海水蒸汽的大氣條件下的零件。一、電鍍鍍鋅：鋅鍍層屬陽極鍍層，對鋼質零件起電化學保護作用，在潮濕空氣及含工業(yè)廢氣的環(huán)境中，鋅比鎘防腐能力強。中等硬度，低耐磨性。 適用：鋼、銅合金、鋁合金。鍍銀：良好的化學穩(wěn)定性和導電性，反射率高達90%以上；與氯氣、硫化物作用可使其變黑。 適用：銅合金；不宜鍍于直接與橡膠接觸的零件。二、化學處理二、化學處理金屬零件表面的化學處理方法主要有：氧化：在零件表面上形成氧化膜磷化：在零件表面上生成一層在大氣中較穩(wěn)定的磷酸鹽膜常用類型： 黑色金屬的氧化與磷化 鋁及鋁合金的陽極氧化 銅及銅合金的氧化二、化學處理黑色金屬的氧化與磷化： 氧化膜層： 較薄

28、，厚約1.5m，不影響尺寸精度，保護能力差，適用于儀器內部零件。 磷化膜層： 結晶細，色澤均勻，成黑灰色，厚約2-4m，不影響尺寸精度，膜層與機體結合牢，保護能力強。 氧化-磷化處理： 可用于精密鑄件，經鈍化和浸油處理，可提高其防腐能力。鋁及鋁合金的陽極氧化： 在大氣條件下極為穩(wěn)定，與機體金屬結合牢固，耐熱性好，膜層較硬，耐磨，是涂漆的良好底層。經鈍化處理后，可提高化學穩(wěn)定性。 用于保護和裝飾性覆蓋層；不能用于鑲有鋼、銅及銅合金的鋁及鋁合金零件上。二、化學處理銅及銅合金的氧化： 膜層為黑色，與機體金屬結合牢固，但耐磨性、防腐能力不強，在大氣條件容易變色。 黃銅用氨液氧化后能獲得良好的氧化膜層：

29、 膜層薄，穩(wěn)定性差，但表面不易附著灰塵，適用于與光學零件接觸的零件及形狀復雜零件。 電解氧化的膜層： 膜層較厚，穩(wěn)定性強，但表面易附著灰塵，不宜用于與光學零件接觸的零件。二、化學處理三、涂漆 涂漆是在金屬制品的表面上涂以清漆或磁漆的薄膜，是制品表面與外界環(huán)境中的有害物質隔開，對制品起保護和裝飾作用。 也有的是起到消光作用或絕緣作用。第六節(jié) 材料的選擇原則 材料的選擇與應用是精密機械設計與制造工作中重要的基礎環(huán)節(jié)，自始至終地影響整個設計過程。 選材的核心問題是在技術和經濟合理的前提下，保證材料的使用性能與零件（產品）的設計功能相適應。 掌握各類工程材料的特性、正確選用材料及相宜的加工方法（路線）

30、是對精密機械設計與制造工程人員的基本要求。 一、使用要求 分析零件的工作條件，確定其使用性能：受力情況：如載荷性質（靜載、動載、交變載荷）、形式（拉壓、彎曲、扭轉、剪切）、分布（均勻分布、集中分布）與大小，應力狀態(tài)；工作環(huán)境：如溫度（常溫、高溫、低溫或變溫），介質（有無腐蝕介質、潤滑劑），摩擦性質；對零件尺寸和質量的限制：按使用要求選材的一般原則：零件的尺寸取決于強度，且尺寸和質量又受到某些限制強度較高的材料；零件的尺寸取決于剛度彈性模量較大的材料；零件的尺寸取決于接觸強度可進行表面強化處理的材料（調質鋼、滲碳鋼、滲氮鋼）；滑動摩擦下工作的零件減摩性好的材料；高溫下工作的零件耐熱材料；腐蝕性介

31、質工作的零件耐腐蝕性材料；熱處理工藝二、工藝要求 材料的工藝性能：材料經濟地適應各種加工工藝而獲得規(guī)定的使用性能和外形的能力，因此工藝性能影響了零件的內在性能、外部質量以及生產成本和生產效率等。 材料選擇與工藝方法的確定應同步進行，工藝性能也是選材時應考慮的因素。 理想情況下，所選材料應具有良好的工藝性能，即技術難度小、工藝簡單、能量消耗低、材料利用率高，保證甚至提高產品的質量。 1.鑄造性能 鑄鐵、鑄造鋁合金、鑄造銅合金的鑄造性能優(yōu)良；在應用最廣泛的鋼鐵材料中，鑄鐵的鑄造性能優(yōu)于鑄鋼，在鋼的范圍，中、低碳鋼的鑄造性能又優(yōu)于高碳鋼，故高碳鋼較少用做鑄件。按工藝要求選材的一般原則： 2.壓力加工

32、性能 包括變形抗力，變形溫度范圍，產生缺陷的可能性及加熱、冷卻要求等。一般來說，鑄鐵不可壓力加工，而鋼可以壓力加工但工藝性能有較大差異，隨著鋼中碳及合金元素的含量增高，其壓力加工性能變差；故高碳鋼或高碳高合金鋼一般只進行熱壓力加工，且熱加工性能也較差，如高鉻鋼、高速鋼等；高溫合金因合金含量更高，故熱壓力加工性能更差。變形鋁合金和大多數銅合金，像低碳鋼一樣具有較好的壓力加工性能。按工藝要求選材的一般原則： 3.焊接性能 鋼鐵材料的焊接性隨其碳和合金元素含量的提高而變差，因此鋼比鑄鐵易于焊接，且低碳鋼焊接性能最好、中碳鋼次之，高碳鋼最差。鋁合金、銅合金的焊接性能一般不好，應采用一些高級的焊接方法（

33、如氬弧焊）或特殊措施進行焊接。按工藝要求選材的一般原則： 4.機械加工性能 主要指切削加工性和磨削加工性，其中切削加工性最重要。一般來說材料的硬度越高、加工硬化能力越強、切屑不易斷排、刀具越易磨損，其切削加工性能就越差。在鋼鐵材料中，易切削鋼、灰鑄鐵和硬度處于180230HBS范圍的鋼具有較好的切削加工性能；而奧氏體不銹鋼、高碳高合金鋼(高鉻鋼、高速鋼、高錳耐磨鋼)的切削加工性能較差。鋁、鎂合金及部分銅合金具有優(yōu)良的切削加工性能。按工藝要求選材的一般原則： 5.熱處理工藝性能 必須首先區(qū)分是否可進行熱處理強化，如純鋁、純銅、部分銅合金、單相奧氏體不銹鋼一般不可熱處理強化；對可熱處理強化的材料而

34、言，熱處理工藝性能相當的重要。按工藝要求選材的一般原則： 高分子材料的加工工藝主要為成型加工，且工藝性能良好，所用工具為成型模（其中主要為塑料模），具體的成型方法很多，如注射成型、吹塑成型、擠壓成型等；也易于進行切削加工，但因其導熱性能較差，在切削過程中應注意工件溫度急劇升高而導致的軟化（熱塑性塑料）和燒焦（熱固性塑料）現象。少數情況下，高分子材料還可進行焊接與熱處理，其工藝簡單易行。 按工藝要求選材的一般原則： 陶瓷材料:硬而脆且導熱性較差。根據陶瓷制品的材料、性能要求、形狀尺寸精度及生產率不同，可選用粉漿成形、壓制成形、擠壓成形、可塑成形等方法。陶瓷材料的切削加工性能極差，除極少數陶瓷外(

35、如氮化硼陶瓷)，其它陶瓷均不可切削加工；陶瓷雖可磨削加工，但其磨削性能也不佳，且必須選用超硬材料砂輪(如金剛石砂輪)。陶瓷也可進行熱處理，但因導熱性與耐熱沖擊性差，故加熱與冷卻時應小心，否則極易產生裂紋。按工藝要求選材的一般原則：三、經濟要求 質優(yōu)、價廉、壽命高，是保證產品具有競爭力的重要條件；在選擇材料和制定相應的加工工藝時，應考慮選材的經濟性原則。 所謂經濟性選材原則，不僅是指選擇價格最便宜的材料、或是生產成本最低的產品，而是指運用價值分析的方法，綜合考慮材料對產品的功能與成本的影響，以達到最佳的技術經濟效益。 可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下的材料選擇 1.選擇綠色材料 綠色材料：在生產、使用、報廢及回收處理再利用過程中，能節(jié)約資源和能源，保護生態(tài)環(huán)境和勞