車間機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

1、 鋼的分類及其性能 鋼的熱處理基本知識(shí) 金屬材料的主要性能 公差與配合 形位公差 過盈聯(lián)接及其裝配 尺寸鏈的計(jì)算 平衡及平衡精度 滑動(dòng)軸承基本知識(shí) 劃線、鋸鑿注意事項(xiàng)按含碳量分類 低碳鋼低碳鋼 含碳量小于含碳量小于0.25% 中碳鋼中碳鋼 含碳量在含碳量在0.250.55% 高碳鋼高碳鋼 含碳量大于含碳量大于0.55%按用途分類 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 用來制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)件的碳鋼用來制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)件的碳鋼,一般含碳量小于一般含碳量小于0.7% 碳素工具鋼碳素工具鋼 用來制造各種工具、量具的碳鋼，含碳量一般大于用來制造各種工具、量具的碳鋼，含碳量一般大于0.7%按冶煉方法分類 按所

2、用的煉鋼爐，碳鋼可分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼等。 按煉鋼時(shí)鋼液的脫氧程度，碳鋼可分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半 鎮(zhèn)靜鋼。 按冶煉質(zhì)量分類 普通碳素鋼 S0.055%；P 0.045% 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 S0.045%；P 0.040% 高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼 S0.030%；P 0.035% 按形成方法分 鍛鋼、鑄鋼、熱軋鋼、冷拉鋼1、碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)牌號(hào)表示法 屈服點(diǎn)（Q-）+質(zhì)量等級(jí)（A、B、C、D、E）+脫氧方法（F、b、Z、TZ） 如Q235AF 表示屈服點(diǎn)值235MPa，質(zhì)量等級(jí)為A的沸騰鋼 專用結(jié)構(gòu)鋼一般采用屈服點(diǎn)（Q-） +用途（r、q、g、NH、HP）來表示 如Q345R 壓力容器鋼 Q

3、390g 鍋爐用鋼 Q420q 橋梁用鋼 Q340NH 耐候鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼表示方法 采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字（以萬分之幾表示含碳量） 如：45 表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼退火正火淬火回火化學(xué)熱處理 鐵素體F奧氏體A滲碳體Fe3C珠光體P萊氏體LdF 簡化的鐵碳合金狀態(tài)圖簡化的鐵碳合金狀態(tài)圖 生鐵是指把鐵礦石放到高爐中冶煉而成的產(chǎn)品,生鐵分為煉鋼用生鐵和鑄造用生鐵 把鑄造用生鐵放在熔鐵爐中熔煉,即得到鑄鐵(含碳量大于2.11%的鐵碳合金) 含碳量低于2.11%的鐵碳合金稱為鋼,把煉鋼用生鐵放到煉鋼爐內(nèi)按一定工藝熔煉,即得到鋼鐵碳合金的基本組織在鐵碳合金中,根據(jù)含碳量的不同,碳可在鐵中形

4、成固溶體,也可以與鐵組成化合物,或者形成化合物與固溶體的機(jī)械混合物,因此鐵碳合金中可出現(xiàn)以下幾種基本組織.鐵素體 碳溶解于鐵中形成的間隙式固溶體稱為鐵素體,具有體心立方晶格,用F表示,由于體心立方晶格原子之的間隙較小,所以碳在鐵中的溶解度也極小，室溫下不超過0.006%,溫度升高時(shí),溶解度略有增加,在727 時(shí)達(dá)到最大值時(shí),也僅有0.0218%.鐵素體具有高的塑性和韌性,低的強(qiáng)度和硬度,鐵素體由于含碳量很低,所以性能接近于純鐵.鐵素體在低于770時(shí)有磁性,高于770 時(shí)無磁性碳溶解于鐵中形成的間隙固溶體稱為奧氏體,常用符號(hào)A表示,奧氏體具有面心立方晶格,由于晶格原子之間的間隙較大,故奧氏體的溶

5、解碳能力比鐵素體高.在1148 時(shí),碳在鐵中的溶解度最大,為2.11%,隨著溫度下降,溶解度降低,在727 時(shí),為0.77%.奧氏體具有良好的塑性和韌性,低的變形抵抗能力,由于奧氏體比鐵素體溶解的碳量多,所以奧氏體的強(qiáng)度和硬度比鐵素體要高,大多數(shù)鋼種在高溫壓力加工和熱處理時(shí),都要求在奧氏體區(qū)進(jìn)行. 滲碳體是鐵與碳形成的多屬化合物,(Fe3C)其含碳量為6.69%,它的晶格體結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜.是一種具有復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物,在固態(tài)下不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,230 以下具有弱的鐵磁性,在此溫度以上則磁性消失.滲碳體的硬度很高,脆性極大,幾乎沒有塑性.在鐵碳合金中,滲碳體越多,合金則越硬、越脆.當(dāng)滲碳體

6、以不同的大小、形狀分布于鋼的組織中時(shí),鋼的性能隨之而受到很大的影響珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物,它是共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物,用符號(hào)P表示,珠光體的平均含碳量為0.77%.由于它是由滲碳體和鐵素體相間組成的混合物,所以其性能亦介于鐵素體和滲碳體之間,一般情況下,珠光體中的鐵素體與滲碳體一層層交替間隔,呈片狀排列.由奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物,它是共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物,稱為萊氏體,用Ld表示.由于奧氏體在727 時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w,因此,在727 以下,萊氏體由珠光體和滲碳體組成,叫做低溫萊氏體,用Ld表示,以區(qū)別于高溫萊氏體Ld.萊氏體的性能和滲碳體相似,硬度很高,塑性很差.鐵碳合金狀態(tài)圖中各區(qū)間的

7、成份不同. ACD線為液相線,以上為液態(tài),用L(liquid)表示 AEF固相線,在此線以下為固態(tài),與ACD線之間為固液共存狀態(tài) ES線為碳在奧氏體中的溶解度曲線,通常稱為Acm.可以看出,碳在奧氏體中溶解度1148 時(shí)最大,在727 時(shí)最小. GS(A3)線為奧氏體中開始析出鐵素體 ECF水平線(1148 ),自然液態(tài)冷至這一溫度時(shí),都將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,故此線稱為共晶線,C點(diǎn)稱為共晶點(diǎn) PSK(A1)線,為727 水平線,它是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,形成珠光體的線,由一種固相轉(zhuǎn)變成另外兩種不同的固相,S點(diǎn)為共析點(diǎn)F 定義 把鋼加熱到一定溫度,保溫一段時(shí)間,然后緩慢冷卻,以獲得接近平衡狀態(tài)的組織的熱

8、處理方法稱為退火退火的主要目的 1、降低硬度，提高鋼的塑性和韌性，以便于各種加工 2、改善或消除鋼在鑄造、軋制、鍛造和焊接過程中所造成的各種組織缺陷3、細(xì)化晶粒，改善鋼中碳化物的形態(tài)及分布，為最終熱處理作好組織上的準(zhǔn)備4、消除內(nèi)應(yīng)力，以減小變形和防止開裂 完全退火 不完全退火 球化退火 等溫退火 擴(kuò)散退火（均勻化退火） 消除內(nèi)應(yīng)力退火 再結(jié)晶退火 總之，所有各種鋼的退火都是先使鋼形成奧氏體后，再在某一溫度下以一定的速度冷卻，形成不同性能的鋼 定義 將鋼加熱到AC3或ACCm以上3050，保溫后用適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以得到珠光體或細(xì)小的珠光體型的索氏體組織的工藝過程，稱為正火正火的目的 對(duì)于低碳鋼，

9、退火后硬度太低，切削加工性能不好，正火時(shí)用較快的冷卻速度，能改變其顯微組織，提高硬度，改善切削性能；對(duì)于含碳量在0.250.5%的中碳鋼，正火能細(xì)化晶粒，使組織均勻，同時(shí)硬度也不高，切削性能良好，與退火相比成本較低，可代替退火 定義 鋼的淬火是把鋼加熱到臨界溫度（AC1或AC3）以上所規(guī)定的溫度，保溫一定的時(shí)間，進(jìn)行奧氏體化后，以超過臨界冷卻速度的冷速快速冷卻，以獲得馬氏體組織的一種熱處理工藝方法,淬火的目的一般都是為了得到馬氏體,提高鋼的機(jī)械性能,例如工模具、滾動(dòng)軸承等工件的淬火就是為了得到馬氏體，以提高其硬度和耐磨性 淬火對(duì)冷卻速度要求極高 5.5 /秒-珠光體 33 /秒-珠光體和少量馬

10、氏體 138/秒-馬氏體和殘余奧氏體 淬火的目的 鋼的淬火的主要目的是把奧氏體化的工件全部淬成馬氏體，以便在適當(dāng)?shù)臏囟然鼗鹬?，獲得所需要的機(jī)械性能；它能增加工件的硬度及耐磨性。它也可提高工件的強(qiáng)度，韌性和彈性等，如彈簧鋼等，它們的淬火是為了在隨后的回火中獲得一定的綜合機(jī)械性能。另外，淬火還能使工件獲得某些特殊的物理或化學(xué)性能，如提高不銹鋼的耐腐蝕性，增強(qiáng)磁鋼的永磁性等。淬透性和淬硬性 淬透性是指鋼在淬火時(shí)能夠獲得馬氏體的能力,它是鋼材本身固有的一個(gè)屬性.鋼的淬透性主要取決于其臨界冷卻速度的大小. 淬硬性是與淬透性截然不同的兩個(gè)概念,所謂淬硬性是指鋼淬火后所能到的最高硬度,它主要取決于鋼中的含

11、碳量,而與合金元素的含量關(guān)系不大,含碳量越高,鋼的淬硬性越好,鉭淬硬性高的鋼,不一定淬透性就好,而淬硬性低的鋼,也可能具有好的淬透性. 定義 所謂回火，就是把淬火的工件加熱到A1以下的某一溫度，保溫一定的時(shí)間，然后以一定方式冷卻的熱處理工藝 由于淬火件的組織極不穩(wěn)定，內(nèi)應(yīng)力和脆性都很大，所以為消除淬火工件的內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整硬度，改善韌性以達(dá)到所要求的綜合性能，必須對(duì)淬火件回火 回火的目的 1、減少內(nèi)應(yīng)力及降低脆性 2、調(diào)整工件的機(jī)械性能 3、穩(wěn)定工件的組織和尺寸 定義 所謂化學(xué)熱處理，就是將工件放在一定的化學(xué)活性介質(zhì)中加熱，使介質(zhì)中的活性原子通過擴(kuò)散滲入工件表層，然后通過一定的熱處理，使工件表層的

12、化學(xué)成分和組織發(fā)生預(yù)期的變化，從而得到我們所需要的物理化學(xué)性能。 常見有：滲碳、滲氮、碳氮共滲（氰化）等 調(diào)質(zhì)處理 淬火+高溫回火相結(jié)合 表面淬火 強(qiáng)化鋼件表面的重要手段,如齒輪、凸輪、曲軸頸、閥門等機(jī)械性能 彈性、塑性、剛度、強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性物理、化學(xué)及工藝性能 彈性和塑性 金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)其原來形狀的性能叫做彈性，這種隨著外力消失而消失的變形叫做彈性變形，其大小與外力成正比。 金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不致引起破壞的性能叫做塑性。在外力消失后留下的這部分不可恢復(fù)的變形叫做塑性變形，其大小與外力不成正比。1.1.常溫、靜載試驗(yàn)

13、常溫、靜載試驗(yàn) ：L=510dLdFF低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，然后對(duì)試件緩慢施加拉伸載荷，直至把試件拉斷。根據(jù)拉伸過程中試件承受的應(yīng)力應(yīng)力和產(chǎn)生的應(yīng)變應(yīng)變之間的關(guān)系，可以繪制出該低碳鋼的 曲線。 2.2.低碳鋼低碳鋼 曲線分析：曲線分析：Oa ab bc cd de試件在拉伸過程中經(jīng)歷了四個(gè)階段，有兩個(gè)重要的強(qiáng)度指標(biāo)。 obob段段彈性階段彈性階段(比比例極限例極限pp彈性極限彈性極限e e )bcbc段段屈服階段屈服階段屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) scdcd段段強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 bdede段段縮頸斷裂階段縮頸斷裂階段 sbpe 剛度 金屬材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力叫剛度

14、,它相當(dāng)于引起單位變形時(shí)所需要的應(yīng)力,因此,金屬材料的剛度常用彈性模數(shù)衡量,彈性模數(shù)愈大,表示在一定應(yīng)力作用下發(fā)生的彈性變形愈小,也就是剛度愈大. 相同材料的彈性模數(shù)差別不會(huì)很大,所以彈性模數(shù)被認(rèn)為是金屬材料最穩(wěn)定的性質(zhì)之一. 強(qiáng)度 強(qiáng)度是金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力,按作用力性質(zhì)的不同,可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度等，在工程上常用來表示金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。 應(yīng)用舉例如下: 如常用螺栓分為十級(jí),見下圖: 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定螺紋聯(lián)接件按材料的力學(xué)性能分出等級(jí),螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為十級(jí)，自3.6至12.9.其中小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字代表材料

15、的抗拉強(qiáng)度極限的1/100(b/100),而小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字代表材料的屈服極限(s 或0.2 )與抗拉強(qiáng)度之比(屈強(qiáng)比)的10倍(10s/ b ). 例如性能等級(jí)4.6,其中4表示材料的抗拉強(qiáng)度極限為400MPa,6表示屈服極限與抗拉強(qiáng)度極限之比為0.6 記憶b抗拉強(qiáng)度=抗拔b 螺母的性能等級(jí)分為七級(jí),從4到12,數(shù)字粗略地表示螺母保證(能承受)最小應(yīng)力min的1/100.選用時(shí)必須注意所用螺母的性能等級(jí)應(yīng)不低于與其相配螺栓的性能等級(jí) 硬度 金屬材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力，叫做硬度。它是材料性能的一個(gè)綜合物理量，表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷能力。 常用有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、維氏硬度（HV） 沖擊韌性 金屬材料抵抗沖擊載荷作用下斷裂的能力叫做沖擊韌性。現(xiàn)常用一次擺錘彎曲沖擊試驗(yàn)來測(cè)定金屬材料的沖擊韌性。 疲勞強(qiáng)度 當(dāng)金屬材料在無數(shù)次重復(fù)或交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力,叫做疲勞強(qiáng)度 鋼材的應(yīng)力基數(shù)為10M,即鋼材的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一千萬次仍不發(fā)生疲勞破壞,就認(rèn)為不會(huì)再發(fā)生疲勞破壞了 斷裂韌性 一般認(rèn)為,零件在許用應(yīng)力以下工作就不會(huì)發(fā)生塑性變形,更不會(huì)發(fā)生斷裂