產(chǎn)品造型設(shè)計材料與工藝 第3版 課件全套 第1-11章 概述、工程材料的性能-產(chǎn)品造型材料與工藝實例

第一章概述產(chǎn)品造型設(shè)計材料與工藝21.1產(chǎn)品設(shè)計與材料及加工技術(shù)1.1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料

材料是設(shè)計的物質(zhì)基礎(chǔ)和載體，材料已由單一的木材、陶瓷、玻璃和金屬到越來越豐富的塑料、復(fù)合材料等，為產(chǎn)品設(shè)計展開了廣闊天地?；竟δ芟嗤漠a(chǎn)品，由于采用了不同的材料和加工工藝，就可以帶來巨大的形態(tài)變化，隨后帶來的是使用和功能的變化。例如電視機(jī)外殼，用木質(zhì)層板來做，因受到材料特性和加工工藝的制約，一般會做成方形。如果外殼要做成弧度就有一定的難度。但是如果用工程塑料來做音箱外殼的話，就很容易用壓注成形的方法實現(xiàn)曲面造型。機(jī)器設(shè)備、建筑物、交通工具、生活用品、藝術(shù)品等都是由材料構(gòu)成的。工業(yè)設(shè)計就是要依據(jù)對產(chǎn)品功能和外觀的需求選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，設(shè)計它們的結(jié)構(gòu)形式，確立它們的組合方式等。因此，在工業(yè)設(shè)計活動中必須考慮材料的性質(zhì)與特點。第一章概述

31.1產(chǎn)品設(shè)計與材料及加工技術(shù)1.1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料一、材料與工業(yè)設(shè)計的關(guān)系材料與工業(yè)設(shè)計的關(guān)系特點有：材料是工業(yè)設(shè)計的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料與工業(yè)設(shè)計相互促進(jìn)，材料科學(xué)是工業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)。1.材料是工業(yè)設(shè)計的物質(zhì)基礎(chǔ)由于任何產(chǎn)品都是由材料組合而成，任何設(shè)計都必須建立在可選用材料的基礎(chǔ)上，因此設(shè)計師在提出符合美學(xué)的造型設(shè)計時，必須同時考慮現(xiàn)有材料是否可以通過特定的制作工藝達(dá)到設(shè)計要求。第一章概述

41.1產(chǎn)品設(shè)計與材料及加工技術(shù)1.1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料一、材料與工業(yè)設(shè)計的關(guān)系2.材料與工業(yè)設(shè)計相互促進(jìn)材料的發(fā)展常常會給工業(yè)設(shè)計帶來突破性的發(fā)展，自由女神像的設(shè)計就是這樣的例子，當(dāng)時人們對金屬材料的高強(qiáng)度性質(zhì)已有清楚的認(rèn)識，金屬材料也步入大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，能夠提供充足、價格合理的各種銅及鋼鐵型材。另一方面新的設(shè)計思想的提出，對材料的發(fā)展提出了新的要求，也促進(jìn)材料研究人員探索和發(fā)展新材料，如消費者非常喜歡的黃金飾品，它不僅滿足人們的審美要求，而且化學(xué)穩(wěn)定性極好，但是價格十分昂貴，難以大批量使用，在市場需求的推動下，研究人員研制了仿金裝飾材料，解決了這一問題。所以說工業(yè)設(shè)計與材料的發(fā)展是相互促進(jìn)的。第一章概述

51.1產(chǎn)品設(shè)計與材料及加工技術(shù)1.1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料一、材料與工業(yè)設(shè)計的關(guān)系2.材料與工業(yè)設(shè)計相互促進(jìn)第一章概述

自由女神像6第一章概述

1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料及加工技術(shù)1.1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料一、材料與工業(yè)設(shè)計的關(guān)系3.材料科學(xué)是工業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)

設(shè)計師在進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計時，不僅要有造型美學(xué)上的考慮，還要考慮設(shè)計的合理性和可行性。也就是說材料除了滿足美學(xué)要求外，能否滿足使用性能、加工工藝、價格合理、環(huán)境友好等各方面的要求，象移動電話的外殼要考慮一定的韌性，以免不小心掉在地上摔裂，洗衣機(jī)的外殼要考慮在潮濕的環(huán)境下不會生銹等。對于工業(yè)產(chǎn)品還要考慮的性能諸如：強(qiáng)度、硬度、韌度、耐磨性和光澤等。另外，設(shè)計能否實現(xiàn)還要看能否通過一定的成形加工技術(shù)完成對材料的加工。7第一章概述

1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料及加工技術(shù)1.1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料二、材料與產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)系不同材料的性質(zhì)不同，如色彩、光澤、形態(tài)、成形工藝等，不同材料在產(chǎn)品造型中的應(yīng)用也不同。金屬在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用可以從色彩、光澤、肌理、形態(tài)等方面得到體現(xiàn)。金屬的色彩可以分為固有色彩和人為色彩，固有色彩是產(chǎn)品的重要因素，設(shè)計中必須發(fā)揮材料固有色彩的美感屬性，而不能削弱和影響材料功能的發(fā)揮，應(yīng)用對比、點綴等手法加強(qiáng)固有色彩的美感屬性，豐富其表現(xiàn)力。由于金屬加工和表面處理的不同，肌理的變化十分豐富，因此在進(jìn)行設(shè)計時要合理運用，充分發(fā)揮金屬的肌理美等。8第一章概述

1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料及加工技術(shù)1.1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料二、材料與產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)系塑料因為可以使產(chǎn)品的造型取得良好的藝術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效果，因而在工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計中得到越來越多的應(yīng)用。塑料的外觀可變性大，可塑出不同表面肌理。木材又有別于金屬和塑料，由于不同的樹種會產(chǎn)生不同的特性，不同產(chǎn)地、季節(jié)也會產(chǎn)生不同的特性、紋理，有的適合制成桌子，有的適合制成椅子，不同的加工方式、不同的木材有不同的應(yīng)用方式。9第一章概述

1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料及加工技術(shù)1.1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料三、產(chǎn)品設(shè)計中的表面處理材料表面紋理和質(zhì)感是工業(yè)設(shè)計中的重要方面，是對工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計的技術(shù)性、藝術(shù)性的總體體現(xiàn)，表面紋理和產(chǎn)品的藝術(shù)表現(xiàn)形式美的法則有調(diào)和與對比等，是指材料表面整體與局部、局部與局部的配比關(guān)系，任何工業(yè)設(shè)計產(chǎn)品的外觀結(jié)構(gòu)都是由一系列特定的表面組合而成，工業(yè)設(shè)計既要對產(chǎn)品的外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計，還必須考慮其組成表面的制造特征，好的設(shè)計不僅要有好的、合理的外觀和結(jié)構(gòu)，其組成表面還必須通過一定的加工工藝制造出來，所以產(chǎn)品設(shè)計師必須了解一定的加工工藝的基礎(chǔ)知識。10第一章概述

1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料及加工技術(shù)1.1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料三、產(chǎn)品設(shè)計中的表面處理如：金屬成形工藝的液態(tài)成形（鑄造）、塑性加工、連接成形（焊接）、粉末冶金等；塑料加工工藝的注射成形、擠出成形、吹塑成形、壓制成形、壓延成形等；木材加工的鑿削、刨削等。不同加工方法適用不同的材料，有不同的特點，制造成本也不同。所以產(chǎn)品設(shè)計中還必須考慮整個產(chǎn)品的成形工藝性，并設(shè)計合理的、經(jīng)濟(jì)的加工方式。

11第一章概述

1.1產(chǎn)品設(shè)計與材料及加工技術(shù)1.1.2產(chǎn)品設(shè)計與加工技術(shù)任何設(shè)計的產(chǎn)品都需要經(jīng)過加工制作才能成為有實用價值的產(chǎn)品。選用不同的材料就需要采用不同的加工方法，如熱加工成形、冷加工成形、注塑和快速原型技術(shù)等。為了保證設(shè)計的合理性和加工的經(jīng)濟(jì)性，在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時就應(yīng)該預(yù)先考慮到其加工技術(shù)問題。12第一章概述

1.2產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計選材及成形原則在產(chǎn)品設(shè)計中，當(dāng)材料性能難以滿足產(chǎn)品性能或壽命要求時必須改進(jìn)設(shè)計。此外，工程材料往往是各向異性的，因此結(jié)合使用材料時的取向和產(chǎn)品力學(xué)分析使材料性能得以最優(yōu)發(fā)揮也是設(shè)計選材的重要因素。

13第一章概述

1.2產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計選材及成形原則1.使用性原則主要考慮滿足產(chǎn)品本身功能、性能。包括材料的常規(guī)力學(xué)性能、疲勞斷裂性能、抗復(fù)雜環(huán)境侵蝕的性能，對特殊機(jī)電產(chǎn)品采用特殊材料，如壓電陶瓷材料、功能梯度材料、各種納米材料等的特殊性能。材料性能指標(biāo)往往受當(dāng)前材料科學(xué)發(fā)展的局限，設(shè)計選材時必須了解材料的各種特性。2.工藝性原則在設(shè)計階段考慮材料的可加工性可以提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性、減少能耗和不利副產(chǎn)品的產(chǎn)生。例如，使用粉末冶金成形技術(shù)制造齒輪等外形復(fù)雜、加工精度要求高的部件，在強(qiáng)度和壽命要求可以滿足的情況下能夠顯著提高工效、降低成本。14第一章概述

1.2產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計選材及成形原則3.性價比原則材料的價格性能比是制約設(shè)計選材的一個重要因素。但在全生命周期設(shè)計中應(yīng)當(dāng)全面分析材料的使用效能。4.環(huán)保性原則綠色環(huán)保材料應(yīng)該能夠提高效能，延長生命周期，減低產(chǎn)品的淘汰率；減少對環(huán)境有破壞和污染材料的使用，避免使用有毒材料；材料的使用單純化、少量化，盡量避免多種不同材料混合使用；選用廢棄后能自然分解并為自然界吸收的材料；選用可回收或者能重復(fù)使用的材料等。鬧鐘的環(huán)保設(shè)計和廢舊自行車零件的再利用如圖1-2所示。15第一章概述

1.2產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計選材及成形原則鬧鐘的環(huán)保設(shè)計和廢舊自行車零件的再利用如圖1-2所示。16第一章概述

1.2產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計選材及成形原則5.美學(xué)性原則產(chǎn)品的美主要體現(xiàn)在兩個方面，一個是產(chǎn)品外在的感性形式所呈現(xiàn)的美，稱為"形式美"，另一個是產(chǎn)品內(nèi)在結(jié)構(gòu)的和諧、有秩序而呈現(xiàn)出的美，稱為"技術(shù)美"。無論外在易感知的形式美，還是內(nèi)在不易感知的技術(shù)美，兩者的要素是相互聯(lián)系的。當(dāng)把這兩方面的要素有機(jī)結(jié)合時，就可以達(dá)到產(chǎn)品真正的美。形式美是指構(gòu)成事物的外在屬性（如形、色、質(zhì)等）及其組合關(guān)系所呈現(xiàn)出來的審美特性，它是人類在長期勞動中所形成的審美意識。在產(chǎn)品造型設(shè)計中必須遵循這些規(guī)律，加以靈活運用。任何藝術(shù)作品，離開形式美，美就會失去魅力，不能起到感染人的作用。17第一章概述

1.2產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計選材及成形原則5.美學(xué)性原則形式美首先展示的是材質(zhì)美。在人類社會漫長的發(fā)展歷史中，人們總是在不斷地發(fā)現(xiàn)、發(fā)明新的材料，并利用它們來創(chuàng)造周圍的一切。這些造物的材料在人類文明進(jìn)程中，往往被賦予了文化內(nèi)涵和美學(xué)屬性，不同材質(zhì)蘊(yùn)涵著不同的情感，它們構(gòu)成了五光十色的大千世界。材料的美學(xué)屬性包括：材料美的自然屬性、材料美的科技屬性和材料美的社會屬性等。材料美的自然屬性體現(xiàn)在材料的情感聯(lián)想性和材料的真實性、材料的自然生命性和材料的純凈性等方面；材料美的科技屬性體現(xiàn)在材質(zhì)的光學(xué)效應(yīng)美和材質(zhì)的工藝美兩個方面；材料美的社會屬性主要體現(xiàn)在材料的綠色性和材料的親和性方面。18第一章概述

1.2產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計選材及成形原則5.美學(xué)性原則例如，在產(chǎn)品設(shè)計中材質(zhì)親和力性較強(qiáng)的是丹麥家具，它十分講究采用天然材料，如木材、皮革、藤條等。一般木質(zhì)家具多不上油漆，而采用磨光上蠟的工藝，以保持木材的自然紋理與質(zhì)感。普通丹麥人的家居設(shè)計大都十分簡潔而實用。由于偏愛自然的色彩與質(zhì)感，給人一種溫馨、宜人的感受，為家庭成員度過漫長而寒冷的北歐嚴(yán)冬提供了重要的心理依托。優(yōu)秀的設(shè)計離不開優(yōu)美的材質(zhì)，但不是說材質(zhì)的美感可以凌駕于其它設(shè)計要素之上，產(chǎn)品的美感都是造型、材質(zhì)、功能、風(fēng)格的平衡與和諧。19第一章概述

1.2產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計選材及成形原則5.美學(xué)性原則技術(shù)美是科學(xué)技術(shù)與美學(xué)藝術(shù)相融合的新的物化形態(tài)。技術(shù)美是物質(zhì)生產(chǎn)領(lǐng)域的直接產(chǎn)物，反映的是物的社會現(xiàn)象，藝術(shù)美是精神生產(chǎn)領(lǐng)域的直接產(chǎn)物，反映的是人的社會現(xiàn)象。歸納來講美學(xué)性原則應(yīng)該體現(xiàn)在功能美、結(jié)構(gòu)美、工藝美、材質(zhì)美和舒適美等五個方面。功能美指產(chǎn)品良好的技術(shù)性能所體現(xiàn)的合理性，是科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展對產(chǎn)品造型設(shè)計的要求。技術(shù)上的良好性能是構(gòu)成產(chǎn)品功能的必要條件。20第一章概述

1.2產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計選材及成形原則5.美學(xué)性原則結(jié)構(gòu)美產(chǎn)品依據(jù)一定原理而組成的具有審美價值的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)是保證產(chǎn)品物質(zhì)功能的手段，材料是實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。同一功能要求的產(chǎn)品可以設(shè)計成多種結(jié)構(gòu)形式，若選用不同的材料其結(jié)構(gòu)形式也可產(chǎn)生多種變化。結(jié)構(gòu)形式是構(gòu)成產(chǎn)品外觀形態(tài)的依據(jù)，結(jié)構(gòu)尺寸是滿足人們使用要求的基礎(chǔ)。工藝美指產(chǎn)品通過加工制造和表面涂飾等工藝手段所體現(xiàn)的表面審美特性。工藝美的獲得主要是依靠制造工藝和面飾工藝兩種手段。制造工藝主要通過機(jī)械精整加工后所表露出的加工痕跡和特征。裝飾工藝通過涂料裝飾或電化學(xué)處理以提高產(chǎn)品的力學(xué)性能和審美情趣。21第一章概述

1.2產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計選材及成形原則5.美學(xué)性原則材質(zhì)美指選取天然材料或通過人為加工所獲得的具有審美價值的表面紋理，它的具體表現(xiàn)形式就是質(zhì)感美。質(zhì)感按人的感知特性可分為觸覺質(zhì)感和視覺質(zhì)感兩類。觸覺質(zhì)感是通過人體接觸而產(chǎn)生的一種快樂或厭惡的感覺。視覺質(zhì)感是基于觸覺體驗的積累，憑視覺就可以判斷它的質(zhì)感而無需再直接接觸。舒適美

指人們在使用某產(chǎn)品的過程中，通過人機(jī)關(guān)系的協(xié)調(diào)一致而獲得的一種美感。舒適美主要是通過人的生理感受（如操作方便、乘座舒適、不易產(chǎn)生疲勞等）和心理感受（如形態(tài)新穎、色調(diào)調(diào)和、裝飾適當(dāng)?shù)龋﹥煞矫鎭眢w現(xiàn)的，其中更側(cè)重生理上的感受。22第一章概述

1.2產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計選材及成形原則5.美學(xué)性原則材料美學(xué)如圖1-3所示。

23第一章概述

復(fù)習(xí)思考題闡述材料與工業(yè)設(shè)計的關(guān)系。簡述產(chǎn)品設(shè)計選材及成形的關(guān)系。產(chǎn)品的美學(xué)原則包括哪些方面？舉例說明。

第二章工程材料的性能產(chǎn)品造型設(shè)計材料與工藝25第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能選材不當(dāng)可造成產(chǎn)品達(dá)不到使用要求或過早失效，因此了解和熟悉材料的性能成為合理選材、充分發(fā)揮工程材料內(nèi)在性能的主要依據(jù)。材料的性能包括使用性能和工藝性能。使用性能是指材料在使用過程中表現(xiàn)出來的性能，它包括力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能等；工藝性能是指材料對各種加工工藝適應(yīng)的能力，它包括液態(tài)成形性（鑄造性能）、塑性成形性（鍛造性能）、連接成形性（焊接性能）、切削加工性能和熱處理工藝性能等。在機(jī)械制造領(lǐng)域選用材料時，大多以力學(xué)性能為主要依據(jù)。26第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能根據(jù)載荷作用性質(zhì)不同，載荷可分為靜載荷、沖擊載荷、疲勞載荷等三種。(1)靜載荷：大小不變或變動很慢的載荷，例如：機(jī)床床頭箱對機(jī)床床身的壓力。(2)沖擊載荷：突然增加或消失的載荷，例如：空氣錘錘頭下落時錘桿所承受的載荷。(3)疲勞載荷：周期性的動載荷，例如：在變載荷作用下工作的各種彈簧。常用的力學(xué)性能指標(biāo)有：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。圖2-1為部分金屬部件和建筑鋼結(jié)構(gòu)實例。27第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能圖2-1為部分金屬部件和建筑鋼結(jié)構(gòu)實例。

28第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.1強(qiáng)度材料在載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強(qiáng)度。按照載荷作用方式不同，強(qiáng)度分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等。工程上以屈服點和抗拉強(qiáng)度作為強(qiáng)度指標(biāo)。為了消除受力截面的影響，強(qiáng)度一般用單位面積上所受的力來表示，稱為應(yīng)力。屈服點或屈服強(qiáng)度（Re）在外力作用下，材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的極限應(yīng)力值。

Re＝Fe/S0式中，Re是屈服強(qiáng)度（MPa）；Fe是產(chǎn)生塑性變形時的力（N）；S0為試樣截面積（mm2）。29第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.1強(qiáng)度屈服強(qiáng)度表示材料由彈性變形階段過渡到彈-塑性變形的臨界應(yīng)力，是材料對明顯塑性變形的抗力。絕大多數(shù)零件，如緊固螺栓、汽車連桿、機(jī)床絲杠等，在工作時都不允許明顯的塑性變形，否則將喪失其自身精度或與其它零件的相對配合受影響，因此屈服強(qiáng)度是其設(shè)計與選材的主要依據(jù)之一。材料產(chǎn)生斷裂時的強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度極限Rm，單位為MPa?？估瓘?qiáng)度（Rm）材料在受力過程中，所能承受最大載荷Fb處對應(yīng)的應(yīng)力值即為抗拉強(qiáng)度。

Rm＝Fm/S0式中，

Rm是抗拉強(qiáng)度（

MPa

）；Fm是產(chǎn)生斷裂時的力（N）；S0為試樣截面積（mm2）。30第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.1強(qiáng)度對塑性較好的材料，

Rm表示了材料對最大均勻變形的抗力；而對塑性較差的材料，一旦達(dá)到最大載荷，材料迅即發(fā)生斷裂，故Rm也是其斷裂抗力（斷裂強(qiáng)度）指標(biāo)。不論何種材料，

Rm均是其最大允許承載能力的度量，且因Rm易于測定，故適合于作為產(chǎn)品規(guī)格說明或質(zhì)量控制標(biāo)志，廣泛出現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)、合同、質(zhì)量證明等文件資料中。

Rm在設(shè)計與選材中的應(yīng)用不及Re普遍，但如鋼絲繩、建筑結(jié)構(gòu)件等對塑性變形要求不嚴(yán)而僅要求不發(fā)生斷裂的零件，

Rm就是其設(shè)計與選材參數(shù)。31第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.1強(qiáng)度所有強(qiáng)度指標(biāo)均可作為設(shè)計與選材的依據(jù)，為了應(yīng)用的需要，還有一些從強(qiáng)度指標(biāo)派生出來的指標(biāo)：①比強(qiáng)度：強(qiáng)度指標(biāo)與材料密度之比，在對零件自身重量有要求或限制的場合下（如航天航空構(gòu)件、汽車等運行機(jī)械），比強(qiáng)度有著重要的應(yīng)用意義。②屈強(qiáng)比：它是材料屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比，表征了材料強(qiáng)度潛力的發(fā)揮利用程度和其零件工作時的安全程度。合金化、熱處理及各種冷熱加工可在很大程度上改變材料強(qiáng)度指標(biāo)的大小。32第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.2塑性塑性是指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力，即材料斷裂前的塑性變形的能力。在拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲等外力作用下材料所產(chǎn)生的伸長、縮短、扭曲、彎曲等都可用來表示材料的塑性。塑性用伸長率A和斷面收縮率Z來表示。伸長率試樣拉斷后，伸長量與原始標(biāo)距的百分比稱為斷后伸長率，以A表示。斷面收縮率試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比稱為斷面收縮率，以Z表示。33第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.2塑性式中，L0是試樣的原始標(biāo)距（mm）；Lu是試樣拉斷后標(biāo)距（mm）；S0是試樣原始橫截面積（mm2）；Su是試樣斷裂處的橫截面積（mm2）。伸長率或斷面收縮率越高，材料塑性越好。良好的塑性可使材料順利成形，還可在一定程度上保證零件或構(gòu)件的安全性。一般A達(dá)5％、Z達(dá)10％即可滿足絕大多數(shù)零部件的使用要求。材料的塑性與其強(qiáng)度指標(biāo)一樣，也是結(jié)構(gòu)敏感性參數(shù)，可通過各種方法改變之。金屬材料之所以應(yīng)用廣泛，其主要原因是其具有良好的強(qiáng)韌配合。34第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.3硬度硬度是指材料的軟硬程度，亦即抵抗硬物壓入或劃傷的能力。測定硬度的方法很多，主要有壓入法、刻劃法等。在機(jī)械制造中主要采用壓入法。常用的硬度測試方法有布氏硬度(HB)，洛氏硬度(HR)和維氏硬度(HV)等，均屬壓入法，即用一定的壓力將壓頭壓入材料表層，然后根據(jù)壓力的大小、壓痕面積或深度確定其硬度值的大小。35第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.3硬度1.布氏硬度(HB)布氏硬度試驗是用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球。以相應(yīng)的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力。測量試樣表面的壓痕直徑，如圖2-2所示。36第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.3硬度1.布氏硬度(HB)布氏硬度HB可用下式計算：式中，HB為布氏硬度；P為試驗載荷；D為壓頭直徑（mm）；d為卸載后試樣表面壓痕直徑（mm）。37第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.3硬度2.洛氏硬度(HR)洛氏硬度常用符號HRC表示,是將金剛石錐體壓入試樣表面，可以在試驗儀器上直接讀出。洛氏硬度的優(yōu)點是操作迅速簡便，壓痕較小，幾乎不損傷工件表面，故而應(yīng)用最廣；但因壓痕較小而代表性、重復(fù)性較差，數(shù)據(jù)分散度也較大。38第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.3硬度3.莫氏硬度莫氏硬度（又稱摩氏硬度）是以材料抵抗刻劃的能力作為衡量硬度的依據(jù)，用來表示礦物硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。莫氏硬度的標(biāo)度從軟到硬分為十級。如果一種材料不能用硬度標(biāo)號為n的礦物刻劃出劃痕，而只能用硬度標(biāo)號為(n-1)的硬度物刻劃出劃痕時，它的硬度就在此兩種硬度標(biāo)號之間，即為(n-1/2)級。十種礦物的莫氏硬度級依次為：金剛石（10），剛玉（9），黃玉（8），石英（7），長石（6），磷灰石（5），螢石（4），方解石（3），石膏（2），滑石（1）。其中金剛石最硬，滑石最軟。39第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.4韌性韌性就是材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性好的材料在使用過程中不至于產(chǎn)生突然的脆性斷裂，從而保證零件的安全性。沖擊載荷是動載荷的一種主要類型，很多零部件在動載荷下工作，如變速齒輪、飛機(jī)起落架等。在沖擊載荷作用下，材料的韌性尤為重要，通常采用帶缺口的試樣使之在沖擊載荷的作用下折斷，以試樣在變形和斷裂的過程中所吸收的能量來表示材料的韌性，這種韌性通常稱之為沖擊韌度。40第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.4韌性最常應(yīng)用的沖擊實驗方法是將具有規(guī)定形狀和尺寸的試樣放在沖擊實驗機(jī)的支座上，然后使事先調(diào)整到規(guī)定高度的擺錘下落，產(chǎn)生沖擊載荷使試樣折斷，如圖2-3所示。

1-擺錘2-試樣

41第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.5疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度是指材料在無數(shù)次循環(huán)應(yīng)力作用下仍不斷裂的最大應(yīng)力，用以表現(xiàn)材料抵抗疲勞斷裂的能力。疲勞強(qiáng)度與其斷裂前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線稱為疲勞曲線，如圖2-4所示。

42第二章工程材料的性能2.1工程材料的力學(xué)性能2.1.5疲勞強(qiáng)度由圖2-4可以看出，應(yīng)力越小，則材料斷裂前所能承受的循環(huán)次數(shù)越多，當(dāng)應(yīng)力降低到某一值時，曲線趨于水平，即表示在該應(yīng)力作用下，材料經(jīng)無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂。工程上規(guī)定,材料在循環(huán)應(yīng)力作用下達(dá)到某一基數(shù)N而不斷裂時，其最大應(yīng)力就作為該材料的疲勞極限。一般鋼鐵材料的循環(huán)基數(shù)取107次。

43第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途工程材料有各種不同的分類方法。若將工程材料按化學(xué)成分可分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料四大類。金屬材料:是最重要的工程材料，包括金屬和以金屬為基的合金?？煞譃閮纱蟛糠郑汉谏饘俨牧鲜侵歌F和以鐵為基的合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）；非鐵金屬材料是指黑色金屬以外的所有金屬及其合金，常用的有鋁合金、銅合金、鎂合金和鋅合金等。無機(jī)非金屬材料:常用造型無機(jī)非金屬材料包括玻璃、陶瓷和木材等。

44第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途有機(jī)高分子材料：有機(jī)合成材料，也稱聚合物。它具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性、較強(qiáng)的耐腐蝕性能，很好的絕緣性和重量輕等優(yōu)良性能，在工程上是發(fā)展最快的一類新型結(jié)構(gòu)材料。有機(jī)高分子材料種類很多，工程上通常根據(jù)力學(xué)性能和使用狀態(tài)將其分為：塑料、橡膠、合成纖維和木材等。復(fù)合材料：就是用兩種或兩種以上不同材料組合成的新材料，其性能是其它單質(zhì)材料所不具備的。復(fù)合材料可以由各種不同種類的材料復(fù)合組成。它在強(qiáng)度、剛度和耐蝕性方面比單純的金屬、陶瓷和聚合物都優(yōu)越，是特殊的工程材料，具有廣闊的發(fā)展前景。

45第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料

不同金屬材料性能不同,有些差異還很大,比如制作工具的鋼硬度非常高,用于制作易拉罐的鋼或鋁合金又具有非常好的塑性,為了回答這個問題,就有必要了解不同金屬或合金的微觀結(jié)構(gòu)。一、晶體與非晶體

固體金屬可以分為兩類：晶體和非晶體。原子在三維空間中有規(guī)則的周期性重復(fù)排列的物質(zhì)稱為晶體，否則為非晶體。由于晶體與非晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，其性能也有區(qū)別。晶體具有固定的熔點（如鐵為1538℃），且在不同方向上具有不同的性能，即各向異性。而非晶體沒有固定的熔點，是在一個溫度范圍內(nèi)熔化或軟化，因其在各個方向上的原子聚集密度大致相同，故而表現(xiàn)出各向同性。

46第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料二、晶體結(jié)構(gòu)（一）晶體學(xué)基本概念1.晶格晶體中原子排列的方式稱為晶體的結(jié)構(gòu)。組成晶體的物質(zhì)質(zhì)點不同，排列的規(guī)則或周期性不同，就可以形成各種各樣的晶體結(jié)構(gòu)。原子模型如圖2-5所示。

a）原子排列模型b）晶格c）晶胞

47第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料二、晶體結(jié)構(gòu)（一）晶體學(xué)基本概念2.晶胞從晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元來分析晶體中原子排列的規(guī)律，這個最小的幾何組成單元稱為晶胞，如圖2-5c所示。晶胞在三維空間的重復(fù)排列構(gòu)成晶格并形成晶體。

482.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料二、晶體結(jié)構(gòu)（一）晶體學(xué)基本概念3.晶格常數(shù)晶胞棱邊長度（圖2-5c中的a、b、c）稱為晶格常數(shù)。晶格常數(shù)的單位為埃（1?＝10-8cm），金屬的晶格常數(shù)大多為1～7?。第二章工程材料的性能

492.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料二、晶體結(jié)構(gòu)（二）典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)工業(yè)上使用的金屬元素中，絕大多數(shù)的晶體結(jié)構(gòu)比較簡單，其中最典型最常見的有三種類型，即體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)，如圖2-6所示。1.體心立方晶格原子分布在立方晶胞的八個角上

和立方體的體心，象Cr、α－Fe、

Mo、W、V等30多種金屬具有體心

立方晶格。第二章工程材料的性能

50第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料二、晶體結(jié)構(gòu)（二）典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.體心立方晶格（1）晶胞原子數(shù)。晶胞原子數(shù)是指一個晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。由于晶格是由大量晶胞堆垛而成，所以晶胞每個角上的原子在空間同時屬于8個相鄰的晶胞，這樣只有1/8個原子屬于這個晶胞，而晶胞中心的原子完全屬于這個晶胞。體心立方晶格中的原子數(shù)為2（即8×1/8＋1＝2)。

51第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料二、晶體結(jié)構(gòu)（二）典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.體心立方晶格（2）致密度。晶胞中原子的體積百分?jǐn)?shù)稱為晶格的致密度。體心立方晶格的致密度為68％。

52第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料二、晶體結(jié)構(gòu)（二）典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.面心立方晶格原子分布在立方晶胞的八個角上和六個面的中心，γ-Fe、Cu、Ni、Al、Ag等約20種金屬具有這種晶體結(jié)構(gòu)。晶格的致密度為74％，即面心立方晶格的致密度比體心立方晶格高。

53第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料二、晶體結(jié)構(gòu)（二）典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)3.密排六方晶格原子分布在六方晶胞的十二個角上以及上下底面中心和兩底面之間的三個均勻分布的間隙里，Zn、Mg、Be、Cd等金屬具有密排六方晶格。對于典型的密排六方晶格金屬，其致密度為74％。綜上所述，不同金屬具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，不同晶體結(jié)構(gòu)的材料具有不同的性能，體心立方晶格金屬材料的強(qiáng)度較高,而面心立方晶格金屬材料的塑性較好,在設(shè)計選材中可以靈活應(yīng)用。

54第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料三、純金屬結(jié)晶1.結(jié)晶條件將溫度隨時間變化的關(guān)系繪制成曲線，稱為冷卻曲線，如圖2-7所示。圖2-7純金屬結(jié)晶時的冷卻曲線。

55第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料三、純金屬結(jié)晶1.結(jié)晶條件理論上講，金屬的熔化和結(jié)晶應(yīng)在同一溫度下進(jìn)行，這個溫度稱為平衡結(jié)晶溫度(T0)，又稱為理論結(jié)晶溫度。在此溫度下，液體中金屬原子結(jié)晶到晶體上的速度與晶體上的原子熔入液體中的速度相等，晶體與液體處于平衡狀態(tài)。金屬在結(jié)晶之前溫度連續(xù)下降，當(dāng)液態(tài)金屬冷卻到理論結(jié)晶溫度T0時并未開始結(jié)晶，而是需要冷卻到T0溫度之下某一溫度T1

時才能有效地進(jìn)行結(jié)晶。實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象，稱為過冷，二者之差為過冷度，即△Ｔ＝T0－T1。過冷度越大，則實際結(jié)晶溫度越低，冷卻速度越快。

56第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料三、純金屬結(jié)晶2.結(jié)晶過程金屬的結(jié)晶包括形核與長大兩個過程，金屬結(jié)晶過程如圖2-8所示。圖2-8純金屬結(jié)晶過程示意圖。

57第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料三、純金屬結(jié)晶2.結(jié)晶過程隨著溫度的降低，一些尺寸較大的原子集團(tuán)開始變的穩(wěn)定，從而成為結(jié)晶核心，即稱為晶核。晶核按各自方向吸收液體中的金屬原子而逐漸長大，與此同時，在液態(tài)中不斷產(chǎn)生新的結(jié)晶核心，也逐漸長大。如此不斷發(fā)展，直到相鄰晶體相互接觸，液體金屬耗盡，結(jié)晶方才完畢。晶核長大為晶粒，這樣就形成一塊多晶體金屬。

58第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料三、純金屬結(jié)晶2.結(jié)晶過程金屬冷卻速度越快,則結(jié)晶核心越多,金屬的晶粒就越細(xì)小,材料強(qiáng)度和塑性就越好。圖2-9為不同冷卻速度下得到的金屬晶粒大小示意圖。

1→8冷卻速度逐漸加大59第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類及用途2.2.1金屬材料四、合金的晶體結(jié)構(gòu)由于純金屬力學(xué)性能較低，工業(yè)上多使用合金。所謂合金，就是由兩種或兩種以上的金屬元素、或金屬與非金屬元素所組成的具有金屬特性的物質(zhì)。工業(yè)上廣泛使用的碳鋼和鑄鐵，就是由鐵和碳兩種元素（組元）組成的二元合金。合金的優(yōu)良性能是由合金各組成相的結(jié)構(gòu)及其形態(tài)所決定的。根據(jù)合金元素之間相互作用的不同，合金中的相結(jié)構(gòu)可分成兩大類：一類是固溶體，另一類是金屬化合物。60第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料四、合金的晶體結(jié)構(gòu)1.固溶體溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑中所組成的合金相稱為固溶體。固溶體的點陣結(jié)構(gòu)仍保持溶劑金屬的結(jié)構(gòu)，只引起晶格參數(shù)的改變和晶格畸變。工業(yè)上所使用的金屬材料，絕大部分以固溶體為基體，有的甚至完全由固溶體所組成。例如碳鋼和合金鋼，其基體相均為固溶體。61第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料四、合金的晶體結(jié)構(gòu)1.固溶體按溶質(zhì)原子在金屬溶劑晶格中的位置，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體兩種。置換固溶體中溶質(zhì)原子占據(jù)了溶劑晶格的一些結(jié)點，在這些結(jié)點上溶劑原子被溶質(zhì)原子置換了。合金鋼中的錳、鉻、鎳、硅、鉬等各種元素都能與鐵形成置換固溶體。固溶體結(jié)構(gòu)及其晶格畸變?nèi)鐖D2-10所示。62第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料四、合金的晶體結(jié)構(gòu)1.固溶體固溶體結(jié)構(gòu)及其晶格畸變?nèi)鐖D2-10所示。63第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料四、合金的晶體結(jié)構(gòu)2.化合物合金中另一類相就是金屬化合物。金屬化合物是合金組元之間發(fā)生相互作用而形成的一種新相。

碳鋼中的滲碳體（Fe3C）即屬于金屬化合物。64第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料四、合金的晶體結(jié)構(gòu)3.機(jī)械混合物大多數(shù)工業(yè)上使用的合金既不是由單純的化合物組成，也不是由固溶體組成。因為化合物硬度高，但脆性大；固溶體強(qiáng)度較低。多數(shù)合金是用固溶體作基體和少量化合物所構(gòu)成的混合物。通過調(diào)整固溶體的溶解度和分布于其中的化合物的形態(tài)、數(shù)量、大小及分布，可使合金的力學(xué)性能發(fā)生很大變化，以便滿足不同的性能需要。65第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料四、合金的晶體結(jié)構(gòu)3.機(jī)械混合物合金鋼中碳化物的類型不同，其穩(wěn)定性不同，熔點、硬度也不同。例如，在工具鋼中的VC，可提高其耐磨性；高速鋼中的W2C、VC在高溫下比較穩(wěn)定并呈彌散分布，其在高溫下能保持高硬度和切削性能；硬質(zhì)合金中的碳化物（WC、TiC等）的高硬度保證了其優(yōu)越的切削性能。

由于不同的金屬和合金具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，也就是它們的微觀結(jié)構(gòu)不同，事實上在材料成分相同的情況下，不同的微觀結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致材料具有不同的性能。66第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料常用金屬材料包括鋼、鑄鐵、鋁合金、銅合金、鎂合金等。（一）鋼的分類及牌號1.鋼的分類依據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)不同，鋼的分類方法有多種。如按化學(xué)成分，分為碳鋼和合金鋼，其中碳鋼按碳含量又可分為低碳鋼（wc≤0.25%）、中碳鋼（wc=0.25%～0.6%）、高碳鋼（wc>0.6%）；

合金鋼按合金元素含量也可分為低合金鋼（w≤5%）、中合金鋼（w=5%～10%）、高合金鋼（w>10%）。67第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（一）鋼的分類及牌號1.鋼的分類依據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)不同，鋼的分類方法有多種。按鋼的質(zhì)量等級分，有普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。按鋼的主要用途分為結(jié)構(gòu)鋼（包括一般工程結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)器零件結(jié)構(gòu)鋼）、工具鋼（包括刀具、模具、量具）、特殊性能鋼、專業(yè)用鋼等。68第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（一）鋼的分類及牌號1.鋼的分類根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13304.1-2008和GB/T13304.2-2008，我國鋼的分類有兩部分：第一部分按化學(xué)成分分類；第二部分按主要質(zhì)量等級、主要性能及使用特性分類。圖2-11為國標(biāo)鋼分類的關(guān)系。69第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料鋼的分類關(guān)系

70第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（一）鋼的分類及牌號2.鋼鐵及合金牌號統(tǒng)一數(shù)字代號體系

GB/T17616-2013規(guī)定凡被列入國標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鋼鐵及合金產(chǎn)品應(yīng)同時列入產(chǎn)品牌號和統(tǒng)一數(shù)字代號（ISC），相互對照，并列使用，共同有效。

ISC為IronandSteelCode的縮寫，即鋼鐵及合金牌號的統(tǒng)一數(shù)字代號，ISC代號以固定的6位符號組成，其結(jié)構(gòu)式為□×××××，左邊第一位符號為大寫拉丁字母，代表不同的鋼鐵及合金類型，常見鋼鐵及合金的類型與統(tǒng)一數(shù)字代號見表2-1。71第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（一）鋼的分類及牌號2.鋼鐵及合金牌號統(tǒng)一數(shù)字代號體系72第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（一）鋼的分類及牌號3.鋼的牌號（1)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度鋼。牌號由代表屈服點的漢語拼音字母“Q”(屈)、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級、脫氧方法符號順序排列組成。如：Q235一A·F表示屈服點不小于235MPa、質(zhì)量等級為A級的碳素結(jié)構(gòu)沸騰鋼（F）。碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度鋼在牌號上的最主要區(qū)別在屈服強(qiáng)度等級上，碳素結(jié)構(gòu)鋼的最高強(qiáng)度等級為275MPa，而低合金高強(qiáng)度鋼的最低強(qiáng)度等級為295MPa。73第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（一）鋼的分類及牌號3.鋼的牌號（2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號反映鋼的化學(xué)成分(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù))。牌號通常由兩位數(shù)字組成，該數(shù)字表示鋼中碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)。如45表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為萬分之四十五，即0.45％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。74第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（一）鋼的分類及牌號3.鋼的牌號（3)合金結(jié)構(gòu)鋼。牌號組成形式為：數(shù)字(兩位)＋元素符號＋數(shù)字＋元素符號＋數(shù)字＋…，前面兩位數(shù)字表示鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)。元素符號和其后的數(shù)字表明鋼中所含合金元素種類及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)：元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5％時，不標(biāo)明含量；當(dāng)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％～2.5％時標(biāo)2；元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5％～3.5％時標(biāo)3；依此類推。高級優(yōu)質(zhì)鋼在牌號末尾加A，特級優(yōu)質(zhì)鋼在牌號末尾加E。如40Cr表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為萬分之四十(即0.4％)、WCr＜1.5％的優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼。75第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（一）鋼的分類及牌號3.鋼的牌號（4)碳素工具鋼。碳素工具鋼的牌號反映鋼材的用途和化學(xué)成分(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù))。牌號由代表碳素工具鋼的漢語拼音字母“T”(碳)和其后的數(shù)字組成，該數(shù)字表示鋼中碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)。

如T10表示碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0％的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。76第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（一）鋼的分類及牌號3.鋼的牌號（5)合合工具鋼和高速工具鋼。合金工具鋼和高速工具鋼的牌號反映鋼的化學(xué)成分。牌號組成形式與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，但最前面的—位數(shù)字表示鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)；當(dāng)鋼的Wc≥1.0％時，不標(biāo)明碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如9SiCr表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9％，Si、Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于1.5％的合金工具鋼。77第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（一）鋼的分類及牌號3.鋼的牌號（6)滾動軸承鋼。滾動軸承鋼的牌號反映其用途和化學(xué)成分。牌號由代表滾動軸承鋼的漢語拼音字母“G“(滾)和其后表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、合金元素種類及質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)字和元素符號組成。在使用最為廣泛的高碳鉻軸承鋼中，合金元素鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)用千分?jǐn)?shù)表示，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常為0.95％-1.15％，不予標(biāo)注。如GCr15表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0％、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％的高碳鉻軸承鋼。78第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（一）鋼的分類及牌號3.鋼的牌號（7)鑄鋼。鑄鋼的牌號用強(qiáng)度表示(GB/T5613-2014),由“ZG”(鑄鋼)和其后的兩組數(shù)字組成，第一組數(shù)字為最低屈服強(qiáng)度值，第二組數(shù)字為最低抗拉強(qiáng)度值，如ZG200-400表示最低屈服強(qiáng)度為200MPa、最低抗拉強(qiáng)度為400MPa的鑄鋼。79第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼是各種工程構(gòu)件和機(jī)器零件用鋼。根據(jù)其化學(xué)成分、力學(xué)性能和冶金質(zhì)量特點，結(jié)構(gòu)鋼可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等。碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼易于冶煉，價格便宜，性能能滿足一般工程結(jié)構(gòu)件的要求，大量用于制造各種金屬結(jié)構(gòu)和要求不高的機(jī)器零件，也是目前產(chǎn)量最大、使用最多的一類鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能和應(yīng)用見表2-2。80第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-2006）81第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼1.碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的質(zhì)量等級分為A、B、C、D四級，A級、B級為普通質(zhì)量鋼，C級、D級為優(yōu)質(zhì)鋼。鋼的力學(xué)性能隨鋼材厚度或直徑的增大而降低，如Q235在鋼材厚度或直徑≤16mm時，其屈服點Re為235MPa，伸長率A為26％，當(dāng)鋼材厚度或直徑＞150mm時，其Re下降到185MPa，A下降到21％。82第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼2.低合金高強(qiáng)度鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度等級較低，難以滿足重要工程結(jié)構(gòu)的要求。在碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素形成的低合金高強(qiáng)度鋼，其強(qiáng)度等級較高，加工工藝性能良好，可滿足橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道等大型重要鋼結(jié)構(gòu)對性能的要求，并且能減輕結(jié)構(gòu)自重、節(jié)約鋼材。83第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼2.低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼中的合金元素主要有Mn、Si、Ni、Cr、V、Nb、Ti，其中Mn、Si、Cr、Ni等元素主要起固溶強(qiáng)化作用，以提高基體固溶體相的強(qiáng)度；V、Ti、Nb等元素均為強(qiáng)碳化物形成元素，可形成細(xì)小彌散分布的碳化物，并可細(xì)化晶粒，從而通過彌散強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)韌化提高鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性。常見低合金高強(qiáng)度鋼的牌號和用途舉例見表2-3。84第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼2.低合金高強(qiáng)度鋼85第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼3.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造各種重要的機(jī)器零件和彈簧。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、性能和用途見表2-4。86第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼3.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼87第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼3.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能主要取決于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及熱處理狀態(tài)，從選材角度來看，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低、其強(qiáng)度、硬度越低，塑性、韌性越高；碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越低；錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的鋼，強(qiáng)度、硬度也較高。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用來制造比較重要的機(jī)械零件，因此它既保證化學(xué)成分、又保證力學(xué)性能，一般經(jīng)熱處理后使用。88第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼

合金結(jié)構(gòu)鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，加入一種或幾種合金元素而形成的能滿足更高性能要求的鋼種。按冶金質(zhì)量分類：優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼、特級優(yōu)質(zhì)鋼。按加工用途分類：壓力加工用鋼（熱壓力加工、頂鍛用鋼、冷拔坯料）、切削加工用途。按主要用途分類：合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼和合金彈簧鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼統(tǒng)一數(shù)字代號表示方法見表2-5。89第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼90第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼

(1)合金滲碳鋼。指經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后使用的結(jié)構(gòu)鋼。滲碳鋼基本上都是低碳鋼和低碳合金鋼，主要用于制造高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度和要求具有較高韌性的零件，如各種變速齒輪及凸輪軸等。低碳滲碳鋼淬透性低，經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后雖可獲得高的表面硬度，但心部強(qiáng)度低，只適用于制造受力不大的小型滲碳零件，而對性能要求高，尤其是對整體強(qiáng)度要求高或截面尺寸較大的零件則應(yīng)選用合金滲碳鋼。91第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼

(1)合金滲碳鋼滲碳鋼可根據(jù)淬透性高低分為低淬透性、中淬透性和高淬透性滲碳鋼。低淬透性滲碳鋼在水中的臨界淬透直徑為20～35mm，中淬透性滲碳鋼在油中的臨界淬透直徑為25～60mm，高淬透性滲碳鋼在油中的臨界淬透直徑在100mm以上。常見滲碳鋼的牌號20Cr、20Mn2B等。92第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼(2)合金調(diào)質(zhì)鋼。合金調(diào)質(zhì)鋼適用于對強(qiáng)度要求高、截面尺寸大的重要零件。合金調(diào)質(zhì)鋼為中碳合金鋼，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常在0.25％~0.50％之間，合金元素主要有Mn、Si、Cr、Ni、B、Ti、V、W、Mo等。合金元素提高鋼的淬透性、產(chǎn)生固溶強(qiáng)化、形成高穩(wěn)定性碳化物，起細(xì)晶強(qiáng)韌化作用，Mo、W還能防止產(chǎn)生高溫回火脆性。93第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼(2)合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼根據(jù)淬透性的高低分為低淬透性、中淬透性和高淬透性調(diào)質(zhì)鋼，它們在油中的臨界淬透直徑相應(yīng)為20～40mm、40～60mm、60～100mm。常用調(diào)質(zhì)鋼的牌號有40Cr、35CrMo等。94第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼(3)合金彈簧鋼合金彈簧鋼因主要用于制造彈簧而得名。彈簧鋼應(yīng)具有高的彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度和足夠的塑性與韌性。95第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼(3)合金彈簧鋼彈簧鋼一般為高碳鋼和中碳合金鋼、高碳合金鋼。高碳彈簧鋼(如65鋼、70鋼、85鋼)的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常較高，以保證高的強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和彈性極限，但其淬透性較差，不適于制造大截面彈簧。合金彈簧鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常在0.45％~0.70％之間，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高會導(dǎo)致塑性、韌性下降較多。96第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼(3)合金彈簧鋼合金彈簧鋼含有Si、Mn、Cr、B、V、Mo、W等合金元素，由于有合金元素的強(qiáng)化作用，既可提高淬透性又可提高強(qiáng)度和彈性極限，可用于制造截面尺寸較大、對強(qiáng)度要求高的重要彈簧。

常用的彈簧鋼的牌號有65Mn、60Si2Mn等。97第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼(3)合金彈簧鋼

圖2-12彈簧鋼制造的部分零部件98第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼(4)滾動軸承鋼滾動軸承鋼是指主要用于制造各類滾動軸承的內(nèi)圈、外圈以及滾珠、滾柱、滾針等滾動體的專用鋼，簡稱為軸承鋼。滾動軸承鋼應(yīng)具有高的抗壓強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度、高的硬度和耐磨性，同時應(yīng)具有一定的韌性和耐腐蝕性。

99第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼(4)滾動軸承鋼高碳鉻軸承鋼約占滾動軸承鋼總量的90％，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.95～1.15％，可保證高強(qiáng)度、高硬度和高耐磨性。在高碳鉻軸承鋼中以GCrl5最為常用；GCr15也常用于制造量具和冷作模具，均在淬火后低溫回火狀態(tài)下使用。

100第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼(4)滾動軸承鋼圖2-13軸承鋼生產(chǎn)的軸承件

101第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼5.鑄鋼鑄鋼是指用鑄造方法成形的結(jié)構(gòu)鋼。按鑄鋼的化學(xué)成分可將鑄鋼區(qū)分為碳素鑄鋼(常為鑄造碳鋼)和合金鑄鋼。

碳素鑄鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常在0.12％～0.62％之間，為提高鑄鋼的力學(xué)性能可在碳素鑄鋼的基礎(chǔ)上加入Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V等合金元素形成合金鑄鋼。當(dāng)要求特殊的物理、化學(xué)和力學(xué)性能時，可加入較多合金元素形成特殊鑄鋼，如耐蝕鑄鋼、耐熱鑄鋼、耐磨鑄鋼(如ZGMnl3)等。

102第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼5.鑄鋼鑄鋼常用于制造結(jié)構(gòu)件(如機(jī)座、箱體等)，通常不進(jìn)行熱處理。用于制造機(jī)器零件的鑄造碳鋼(如ZG200—400等)和鑄造合金鋼(如ZG20SiMn、ZG40Cr等)一般應(yīng)進(jìn)行正火或退火處理，以改善組織、消除殘余應(yīng)力，重要零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，要求表面耐磨的零件可進(jìn)行表面淬火、低溫回火處理。

103第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼5.鑄鋼碳素鑄鋼按用途分為一般工程用碳素鑄鋼和焊接結(jié)構(gòu)用碳素鑄鋼。

表2-6列舉了碳素鑄鋼的牌號、力學(xué)性能和用途舉例。

104第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼5.鑄鋼

105第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（二）結(jié)構(gòu)鋼5.鑄鋼

106第二章工程材料的性能2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（三）工模具鋼工模具鋼按用途分為刃具模具用非合金鋼、量具刃具用鋼、耐沖擊工具用鋼、軋輥用鋼、冷作模具用鋼、熱作模具用鋼、塑料模具用鋼和特殊用途模具用鋼等。

107第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（三）工模具鋼1.刃具模具用非合金鋼刃具模具用非合金鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.65％～1.35％，屬高碳鋼，經(jīng)淬火、低溫回火后使用。刃具模具用非合金鋼的回火穩(wěn)定性小，熱硬性差，而且其淬透性低，淬火變形大。因此，此類鋼適宜制作尺寸小、形狀簡單的低速切削刃具。常用刃具模具用非合金鋼的牌號、成分及用途見表2-7。108第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（三）工模具鋼1.刃具模具用非合金鋼109第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（三）工模具鋼2.量具刃具用鋼量具刃具用鋼是指用于制造各種測量工具、切削用工具和模具用鋼，此類鋼應(yīng)具有高硬度、高耐磨性和高的尺寸穩(wěn)定性。量具刃具用鋼多為高碳合金鋼，經(jīng)淬火和低溫回火后使用。常用量具刃具用鋼的牌號、成分及用途見表2-8。110第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（三）工模具鋼2.量具刃具用鋼111第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（三）工模具鋼2.量具刃具用鋼圖2-15為刃具鋼制產(chǎn)品。112第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（三）工模具鋼3.塑料模具用鋼無論是熱塑性塑料還是熱固性塑料，成形都是在加熱加壓條件下完成的；但一般加熱溫度不高(150～250℃)，成形壓力也不大(大多為40～200MPa），故塑料模具用鋼的常規(guī)力學(xué)性能要求不高。然而塑料制品形狀復(fù)雜、尺寸精密、表面光潔，成形加熱過程中還可能產(chǎn)生某些腐蝕性氣體。因此要求塑料模具鋼具有優(yōu)良的切削加工、冷擠壓成形和表面拋光等工藝性能，較高的硬度（～45HRC）和耐磨、耐蝕性以及足夠的強(qiáng)韌性。常用塑料模具用鋼的牌號及用途見表2-9。113第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（三）工模具鋼3.塑料模具用鋼114第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（三）工模具鋼3.塑料模具用鋼塑料模具用鋼涉及面廣，它幾乎包括了所有鋼材：從純鐵到高碳鋼，從普通鋼到專用鋼，甚至還可用非鐵合金（如銅合金、鋁合金、鋅合金等）。實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)塑料制品的種類、形狀、尺寸大小與精度以及模具使用壽命和制造周期來選用。如塑料成形時若有腐蝕性氣體放出，則多用不銹鋼（2Cr13、4Cr13）制模，若用普通鋼材則須進(jìn)行表面鍍鉻；對添加有玻璃纖維或石英粉等增強(qiáng)物質(zhì)的塑料成形時，則應(yīng)選硬度與耐磨性較好的鋼材。圖2-16為塑料模具。115第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、常用金屬材料（三）工模具鋼3.塑料模具用鋼圖2-16為塑料模具。116第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（四）不銹鋼不銹鋼通常是不銹鋼（耐大氣、蒸汽和水等弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼）和耐酸鋼（耐酸、堿、鹽等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼）的統(tǒng)稱，全稱不銹耐酸鋼。廣泛用于化工、石油、衛(wèi)生、食品、建筑、航空、原子能等行業(yè)。117第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（四）不銹鋼1.性能要求（1）優(yōu)良的耐蝕性。耐蝕性是不銹鋼的最重要性能。應(yīng)指出的是：不銹鋼的耐蝕性對介質(zhì)具有選擇性，即某種不銹鋼在特定的介質(zhì)中具有耐蝕性，而在另一種介質(zhì)中則不一定耐蝕，故應(yīng)根據(jù)零件的工作介質(zhì)來選擇不銹鋼的類型。（2）合適的力學(xué)性能。（3）良好的工藝性能（如冷塑性加工、切削加工、焊接性等）。118第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（四）不銹鋼2.成分特點（1）碳含量。不銹鋼的碳含量范圍很寬，wc＝0.03%～0.95%。從耐蝕性角度考慮，碳含量越低越好，因為碳易于與鉻生成碳化物（如Cr23C6），這樣將降低基體的Cr含量進(jìn)而降低了電極電位并增加微電池數(shù)量，從而降低了耐蝕性，故大多數(shù)不銹鋼的碳約為

wc＝0.1%～0.2%；若從力學(xué)性能角度考慮，增加碳含量雖然損害了耐蝕性，但可提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，可用于制造要求耐蝕的刀具、量具和滾動軸承。119第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（四）不銹鋼2.成分特點（2）合金元素。不銹鋼是高合金鋼，其合金元素的主要作用有提高鋼基體的電極電位、在基體表面形成鈍化膜及影響基體組織類型等，這些是不銹鋼具有高耐蝕性的根本原因。120第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（四）不銹鋼3.不銹鋼分類與常用牌號不銹鋼按其正火組織不同可分為馬氏體型、鐵素體型、奧氏體型、雙相型及沉淀硬化型等五類；其中以奧氏體型不銹鋼應(yīng)用最廣泛，約占不銹鋼總產(chǎn)量的70％左右。不銹鋼的類型、牌號、成分、性能及應(yīng)用舉例見表2-10。121第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（四）不銹鋼3.不銹鋼分類與常用牌號122第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（四）不銹鋼3.不銹鋼分類與常用牌號

圖2-17不銹鋼及其產(chǎn)品123第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（五）鑄鐵合金

鑄鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11％的鐵碳合金。鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性不如鋼，無法進(jìn)行鍛造，但它具有良好的鑄造性、減摩性、減震性和切削加工性，且熔煉簡便，成本低廉，在工業(yè)上應(yīng)用較廣。

124第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（五）鑄鐵合金1.常見鑄鐵的類型常見鑄鐵的類型根據(jù)鑄鐵中碳的存在形態(tài)不同，分為灰鑄鐵和白口鑄鐵。根據(jù)灰鑄鐵中石墨存在的形態(tài)不同，又可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵等。(1)白口鑄鐵。白口鑄鐵中碳大多以滲碳體（Fe3C）的形式存在，斷口呈銀白色。其性硬而脆，很難進(jìn)行切削加工，工業(yè)上很少用來直接加工零件，主要用于制造可鍛鑄鐵。

125第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（五）鑄鐵合金1.常見鑄鐵的類型(2)灰鑄鐵?；诣T鐵中碳以片狀石墨存在。由于石墨的尖角作用，造成其力學(xué)性能降低很多，塑性、韌性低，呈脆性。然而正因為石墨的存在，才使鑄鐵具有耐磨、減震、缺口敏感性低等優(yōu)良性能?；诣T鐵的牌號我國灰鑄鐵的牌號為HT×××，其中“HT”表示“灰鐵”二字的漢語拼音字首，而后面的×××為最低抗拉強(qiáng)度值，單位為MPa。灰鑄鐵牌號共六種，其中HT100、HT150、HT200為普通灰鑄鐵；HT250、HT300、HT350為孕育鑄鐵，灰鑄鐵的牌號和力學(xué)性能見表2-11。

126第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（五）鑄鐵合金1.常見鑄鐵的類型(2)灰鑄鐵

127第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（五）鑄鐵合金1.常見鑄鐵的類型(3)球墨鑄鐵。球墨鑄鐵中石墨呈球狀。球墨鑄鐵具有較高的強(qiáng)度，并具有一定的塑性和韌性。可用來制造受力復(fù)雜、力學(xué)性能要求高的零件，如曲軸、凸輪軸等。球墨鑄鐵的牌號“QT”表示球墨鑄鐵，后面的第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度(MPa)，第二組數(shù)字表示最低伸長率(％)，如QT600-2，表示抗拉強(qiáng)度和伸長率分別不小于600MPa和2％的球墨鑄鐵。球墨鑄鐵的牌號和力學(xué)性能見表2-12。

128第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（五）鑄鐵合金1.常見鑄鐵的類型(3)球墨鑄鐵

129第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（五）鑄鐵合金2.鑄鐵的熱處理對鑄鐵可進(jìn)行熱處理，以改善其性能，如去應(yīng)力退火、石墨化退火、正火、淬火和回火、等溫淬火。其中石墨化退火是為了消除鑄件表層和壁厚較薄的部位可能出現(xiàn)的白口組織，便于切削加工。

130第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（六）鋁及其合金工業(yè)純鋁鋁的密度約為2.7g／cm3。純鋁的熔點為660℃，具有良好的導(dǎo)電性能。鋁在大氣中易于形成致密的三氧化二鋁保護(hù)膜，故具有良好的耐大氣腐蝕性。固態(tài)的鋁強(qiáng)度、硬度很低(Rm僅為80～100MPa)，塑性很好(A為30％～40％)。工業(yè)純鋁主要用于制造電纜和強(qiáng)度要求不高的日用器皿等。

131第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（六）鋁及其合金2.鋁合金鋁與Si、Cu、Mg、Mn、Zn等元素組成的合金，具有比純鋁較高的強(qiáng)度。鋁合金由于其質(zhì)量較輕，在航空工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，還可用于制造承受較大載荷的結(jié)構(gòu)件和機(jī)器零件。鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。變形鋁合金經(jīng)壓力加工后，制成板、管等型材，用于制造螺旋槳、螺栓、螺釘?shù)?；鑄造鋁合金一般用于制造形狀復(fù)雜、耐蝕的零件，如內(nèi)燃機(jī)汽缸體、活塞等。

132第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（六）鋁及其合金

表2-13133第二章工程材料的性能

2.2工程材料的分類與結(jié)構(gòu)2.2.1金屬材料五、金屬材料（六）鋁及其合金2.鋁合金（1)鋁硅系。只含鋁和硅元素的簡單鋁硅合金，具有良好的鑄造性能，但強(qiáng)度較低?？杉尤隒u、Mg等元素提高強(qiáng)度。（2)鋁鎂系。這類合金具有密度小、耐蝕性