機械制造基礎(chǔ) 課件 第一章

機械制造基礎(chǔ)緒

論1.機械

2.機械制造與機械制造技術(shù)

3.機械制造業(yè)與先進制造業(yè)01認識機械制造圖0-2數(shù)控車床圖0-1“水排”煉鐵圖0-3空心球1.課程性質(zhì)

2.課程內(nèi)容

3.學(xué)習(xí)方法02認識本課程圖0-4

Z4012臺鉆實物照片機械工程材料選用單元一第一章

金屬材料Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Maecenasporttitorconguemassa.本章知識思維導(dǎo)圖第一節(jié)

金屬材料的物理性能和化學(xué)性能01金屬材料的物理性能1.密度6.磁性5.熱膨脹性2.熔點4.導(dǎo)電性3.導(dǎo)熱性01金屬材料的物理性能金屬名稱元素符號密度(20℃)ρ/[(kg/m3)×103]熔點/℃熱導(dǎo)率λ/[W/(m·K)]線脹系數(shù)(0℃-100℃)α1/(10-6/℃)電阻率(0℃)/[(Ω·m)×10-8]銀Ag10.49960.8418.619.71.5鋁Al2.698660.1221.923.62.655銅Cu8.961083393.5171.67-1.68(20℃)鉻Cr7.191903676.212.9鐵Fe7.84153875.411.769.7鎂Mg1.74650153.724.34.47錳Mn7.4312444.9837185(20℃)鎳Ni8.90145392.113.46.84鈦Ti4.508167715.18.242.1-47.8錫Sn7.298231.9162.82.311.5鎢W19.33380166.24.6(20℃)5.1表1-1常用金屬材料的物理性能1.耐蝕性

2.抗氧化性

3.化學(xué)穩(wěn)定性02金屬材料的化學(xué)性能第二節(jié)

金屬材料的力學(xué)性能1.屈服強度(屈服點)

2.抗拉強度強度、塑性、剛度1.斷后伸長率

2.斷面收縮率強度塑性剛度04硬度(一)常用的硬度測試方法

1.布氏硬度圖1-1布氏硬度試驗原理圖

04硬度(一)常用的硬度測試方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度圖1-2洛氏硬度試驗原理圖

04硬度(一)常用的硬度測試方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度硬度符號壓頭材料總試驗力硬度測試范圍應(yīng)用舉例HRA120o金剛石圓錐體588.4/6020-88硬質(zhì)合金、碳化物、淺層表面硬化鋼HRBφ1.588mm的硬質(zhì)合金球980.7/10010-100非鐵金屬、鑄鐵、經(jīng)退火或正火的鋼HRC120o金剛石圓錐體1471.0/15020-70淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、深層表面硬化鋼表1-2常用洛氏硬度的試驗條件、硬度測試范圍和應(yīng)用舉例04硬度(一)常用的硬度測試方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度3.維氏硬度圖1-3維氏硬度試驗原理圖

04硬度(一)常用的硬度測試方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度3.維氏硬度(二)硬度試驗的應(yīng)用05沖擊韌性1.擺錘式一次沖擊試驗2.多次沖擊試驗試驗設(shè)備試驗原理06疲勞1.疲勞現(xiàn)象在多次交變應(yīng)力作用下，金屬發(fā)生突然斷裂時的應(yīng)力值比靜載荷的屈服強度極限還低,這種現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。

2.疲勞強度影響疲勞強度的主要因素：(1)應(yīng)力集中(2)表面粗糙度(3)殘余應(yīng)力及表面強化疲勞斷裂斷口示意圖第三節(jié)

鋼(一)非合金鋼1.非合金鋼的分類(1)按碳的質(zhì)量分數(shù)分類01鋼的分類與牌號非合金鋼按碳的質(zhì)量分數(shù)高低分類，可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼三類。01鋼的分類與牌號名稱定義典型牌號低碳鋼碳的質(zhì)量分數(shù)w(C)<0.25%的鋼鐵材料08、10、15、20等中碳鋼碳的質(zhì)量分數(shù)w(C)=0.25%-0.60%的鋼鐵材料35、40、45、50、55等高碳鋼碳的質(zhì)量分數(shù)w(C)>0.6%的鋼鐵材料65、70、75、80、85等表1-4低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼的定義和典型牌號(一)非合金鋼1.非合金鋼的分類(1)按碳的質(zhì)量分數(shù)分類

非合金鋼按碳的質(zhì)量分數(shù)高低分類，可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼三類。(2)按主要質(zhì)量等級和主要性能或使用特性分類根據(jù)GB/T13304.2—2008《鋼分類第2部分按其主要質(zhì)量等級和主要性能或使用特性的分類》，非合金鋼可分為：普通質(zhì)量非合金鋼、優(yōu)質(zhì)非合金鋼和特殊質(zhì)量非合金鋼三類。01鋼的分類與牌號(一)非合金鋼1.非合金鋼的分類(3)按用途分類

非合金鋼按用途分類，可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。(4)非合金鋼的其他分類方法

非合金鋼還可以從其他角度進行分類。01鋼的分類與牌號(一)非合金鋼2.常用非合金鋼的牌號及用途(1)普通質(zhì)量非合金鋼的牌號及用途

普通質(zhì)量非合金鋼中應(yīng)用最多的是碳素結(jié)構(gòu)鋼，其牌號由屈服強度的字首(Q)、屈服強度數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法四部分按順序組成。01鋼的分類與牌號圖1-5角鋼圖1-4線材01鋼的分類與牌號牌號質(zhì)量等級w(C)（%）ReH/MPaRm/MPaA(%)脫氧方法Q195-≤0.12≥(195)315-430≥33F、ZQ215AA≤0.15≥215335-450≥31F、ZQ215BB≤0.15≥215335-450≥31F、ZQ235AA≤0.22≥235370-500≥26F、ZQ235BB≤0.20≥235370-500≥26F、ZQ235CC≤0.17≥235370-500≥26ZQ235DD≤0.17≥235370-500≥26TZQ275AA≤0.24≥275410-540≥22F、Z表1-5碳素機構(gòu)鋼的牌號、化學(xué)成分和力學(xué)性能及脫氧方法（板材厚度小于16mm）注：數(shù)據(jù)摘自GB/T700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(一)非合金鋼2.常用非合金鋼的牌號及用途(2)優(yōu)質(zhì)非合金鋼的牌號及用途

優(yōu)質(zhì)非合金鋼中應(yīng)用最多的是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其牌號用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示該鋼的平均碳的質(zhì)量分數(shù)的萬分之幾(以0.01%為單位)。01鋼的分類與牌號45平均碳的質(zhì)量分數(shù)w(C)=0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼08平均碳的質(zhì)量分數(shù)w(C)=0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(一)非合金鋼2.常用非合金鋼的牌號及用途(3)其他專用優(yōu)質(zhì)非合金鋼的牌號及用途

為了滿足加工工藝和行業(yè)生產(chǎn)需要，在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上開發(fā)了一些專門用途的鋼。專門用途鋼的牌號表示方法是在鋼號的首部或尾部用符號標(biāo)明其用途。01鋼的分類與牌號(二)低合金鋼和合金鋼1.低合金鋼分類和牌號(1)低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服強度的漢語拼音字首、屈服強度數(shù)值、質(zhì)量等級符號(A、B、C、D、E)三部分按順序組成。(2)低合金耐候鋼

耐候鋼是指耐大氣腐蝕鋼，它是在低碳非合金鋼的基礎(chǔ)上加入少量銅、鉻、鎳、鉬等合金元素，使鋼表面形成一層保護膜。01鋼的分類與牌號(二)低合金鋼和合金鋼1.低合金鋼分類和牌號(3)低合金專用鋼

為了適應(yīng)某些專業(yè)的特殊需要，對低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分、加工工藝及性能作相應(yīng)的調(diào)整和補充，從而發(fā)展出了門類眾多的低合金專用鋼，如鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、船舶用鋼、橋梁用鋼、汽車用鋼、鐵軌用鋼、自行車用鋼、礦山用鋼、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼和建筑結(jié)構(gòu)用鋼等，其中部分低合金專用鋼已納入國家標(biāo)準(zhǔn)。

01鋼的分類與牌號(二)低合金鋼和合金鋼2.合金鋼的分類和牌號(1)合金結(jié)構(gòu)牌號

以兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量(以萬分之一為單位)，寫在牌號的最前面；后面跟合金元素及其含量，用化學(xué)元素符號及阿拉伯?dāng)?shù)字表示，具體表示方法為：若質(zhì)量分數(shù)<1.5％時不標(biāo)數(shù)字，牌號中僅標(biāo)明元素；若質(zhì)量分數(shù)在1.5%～2.49％之間標(biāo)2，在2.5%～3.49％之間標(biāo)3，以此類推。

01鋼的分類與牌號01鋼的分類與牌號(2)合金工具鋼牌號

牌號第一部分用數(shù)字標(biāo)明平均含碳量，質(zhì)量分數(shù)<1.00％，以一位數(shù)字表示含碳量(以千分之一為單位)；當(dāng)碳的質(zhì)量分數(shù)≥1.0％時，不標(biāo)明含碳量數(shù)字。

01鋼的分類與牌號(3)不銹鋼和耐熱鋼牌號

牌號第一部分用2或3位數(shù)字標(biāo)明含碳量(以萬分之幾或十萬分之幾)，第二部分用化學(xué)元素符號及阿拉伯?dāng)?shù)字表示合金元素含量，表示方法同合金結(jié)構(gòu)鋼。

01鋼的分類與牌號(3)不銹鋼和耐熱鋼牌號

牌號第一部分用2或3位數(shù)字標(biāo)明含碳量(以萬分之幾或十萬分之幾)，第二部分用化學(xué)元素符號及阿拉伯?dāng)?shù)字表示合金元素含量，表示方法同合金結(jié)構(gòu)鋼。

01鋼的分類與牌號(4)滾動軸承鋼牌號

在牌號頭部加符號“G”，滲碳軸承鋼采用合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示法，高碳鉻不銹軸承鋼和高溫軸承鋼采用不銹鋼和耐熱鋼的牌號表示法。

01鋼的分類與牌號(一)退火與正火1.退火2.正火

02鋼的熱處理(1)完全退火(5)均勻化退火

(4)去應(yīng)力退火(2)球化退火

(3)等溫退火完全退火是獲得接近平衡組織的退火。等溫退火的目的與完全退火相同，但等溫退火可以縮短退火時間，獲得比較均勻的組織與性能，其應(yīng)用與完全退火和球化退火基本相同。

去應(yīng)力退火是為去除工件塑性形變、切削加工或焊接造成的內(nèi)應(yīng)力及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進行的退火。均勻化退火是以減少工件化學(xué)成分和組織的不均勻程度為主要目的，將工件加熱到高溫并長時間保溫，然后緩慢冷卻的退火。

球化退火是使工件中碳化物球狀化而進行的退火。(二)淬火1.冷卻介質(zhì)

2.淬透性與淬硬性

3.淬火缺陷

02鋼的熱處理氧化是指工件加熱時，介質(zhì)中的氧、二氧化碳、水蒸氣等與之反應(yīng)生成氧化物的過程。氧化與脫碳鋼件淬火后較大區(qū)域內(nèi)硬度達不到技術(shù)要求的現(xiàn)象稱為硬度不足。

硬度不足和軟點工件加熱溫度偏高，而使晶粒過度長大，以致力學(xué)性能顯著降低的現(xiàn)象稱為過熱。

過熱與過燒變形是淬火時鋼件產(chǎn)生形狀或尺寸偏差的現(xiàn)象。變形和開裂01020304淬火缺陷(二)淬火3.淬火缺陷

02鋼的熱處理圖1-6熱應(yīng)力和相變應(yīng)力使工件產(chǎn)生變形的情況

a)工件原形b)熱應(yīng)力產(chǎn)生的變形c)相變應(yīng)力產(chǎn)生的變形

(三)回火

02鋼的熱處理低溫回火高溫回火中溫回火500℃以上

250℃以下

250-450℃

(四)表面熱處理與化學(xué)熱處理1.表面熱處理

(1)表面淬火和回火

表面淬火是指僅對工件表層進行淬火的工藝，其目的是使工件表面獲得高硬度和高耐磨性，而心部保持較好的塑性和韌性，以提高其在扭轉(zhuǎn)、彎曲、循環(huán)應(yīng)力，或在摩擦、沖擊、接觸應(yīng)力等工作條件下的使用壽命，是最常用的表面熱處理工藝之一。

(2)氣相沉積

氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過程，改變工件表面成分，在工件表面形成具有特殊性能的金屬或其化合物涂層的表面處理技術(shù)。02鋼的熱處理(四)表面熱處理與化學(xué)熱處理2.化學(xué)熱處理02鋼的熱處理在一定溫度下處于一定滲氮介質(zhì)中，使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲氮。

滲氮同時將碳、氮原子滲入工件表層，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝稱為碳氮共滲，其目的主要是提高工件表層的硬度和耐磨性。碳氮共滲為提高工件表層碳的質(zhì)量分數(shù)并在其中形成一定的碳含量梯度，將工件在滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使碳原子滲入的化學(xué)熱處理工藝稱為滲碳。

滲碳010203第四節(jié)

鑄鐵(二)低合金鋼和合金鋼1.灰鑄鐵01常用鑄鐵牌號力學(xué)性能用途舉例Rm/MPa硬度/HBWHT100≥100143～229制作低載荷和不重要的零件，如蓋、外罩、手輪、支架等HT150≥150163～229制作承受中等應(yīng)力的零件，如底座、床身、齒輪箱、工作臺、閥體、管路附件及一般工作條件要求的零件HT200≥200170～241制作承受較大應(yīng)力和重要的零件，如氣缸體、齒輪、機座、床身、活塞、制動輪、液壓缸等HT250≥250170～241HT300≥300187～255制作床身導(dǎo)軌、車床、壓力機等受力較大的床身、機座、主軸箱、卡盤、齒輪等，高壓液壓缸、泵體、閥體、襯套、凸輪大型發(fā)動機的曲軸、氣缸體等HT350≥350197～269表1-7常用灰鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途舉例(二)低合金鋼和合金鋼2.球墨鑄鐵01常用鑄鐵表1-8部分球墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途牌號Rm/MPaRr0.2/MPaA11.3(%)硬度HBW應(yīng)用舉例QT400-15≥400≥250≥15130～180制作閥體，汽車或內(nèi)燃機車上的零件，機床零件，減速器殼，齒輪殼，汽輪機殼，低壓氣缸等QT450-10≥450≥310≥10160～210QT500-7≥500≥320≥7170～230制作機油泵齒輪，水輪機閥門體，鐵路機車軸瓦，飛輪，電動機殼，齒輪箱，千斤頂座等QT600-3≥600≥370≥3190～270QT700-2≥700≥420≥2225～305作柴油機曲軸，凸輪軸，氣缸體、氣缸套，活塞環(huán)，球磨機齒軸等QT800-2≥800≥480≥2245～335QT900-2≥900≥600≥2280～360制作汽車的弧齒錐齒輪、

萬向節(jié)、

傳動軸，

拖拉機減速齒輪，

內(nèi)燃機的凸輪軸或曲軸等(二)低合金鋼和合金鋼3.蠕墨鑄鐵01常用鑄鐵表1-9常用蠕墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途牌號Rm/MPaRr0.2/MPaA11.3(%)硬度HBW應(yīng)用舉例RuT500≥500≥350≥2.0220～260用于制造要求高強度或高耐磨性的零件，如活塞環(huán)、氣缸套、制動盤等RuT450≥450≥315≥1.0200～250RuT400≥400≥280≥1.0180～240用于制造齒輪箱、飛輪、制動鼓等RuT350≥350≥245≥1.5160～220用于制造排氣管、氣缸蓋、鋼錠模RuT300≥300≥210≥2.0140～210用于制造廢氣渦輪增壓器殼體等(二)低合金鋼和合金鋼4.可鍛鑄鐵01常用鑄鐵表1-10可鍛鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及主要用途類型牌號Rm/MPaA11.3(%)硬度HBW應(yīng)用舉例黑心可鍛鑄鐵KTH300-06≥300≥6150用于制作管道配件，如彎頭、三通、管體、閥門等KTH330-08≥330≥8用于制作鉤形扳手、鐵道扣板、車輪殼和農(nóng)具等KTH350-10≥350≥10汽車、拖拉機的后橋外殼、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、彈簧鋼板支座，差速器殼，電動機殼，農(nóng)具等KTH370-12≥370≥12珠光體可鍛鑄鐵KTZ550-04≥550≥4180～230用于制作曲軸，連桿，齒輪，凸輪軸，搖臂，活塞環(huán)，軸套，萬向節(jié)頭，農(nóng)具等KTZ700-02≥700≥2240～290白心可鍛鑄鐵KTB360-12≥360≥12≤200具有良好的焊接性和切削加工性能，用于制作壁厚小于15mm的鑄件和焊接后不需進行熱處理的鑄件等KTB400-05≥400≥5≤22002鑄鐵的熱處理1.消除應(yīng)力退火6.表面淬火5.球墨鑄鐵的等溫淬火2.消除鑄件白口的高溫石墨化退火4.球墨鑄鐵的淬火及回火3.球墨鑄鐵的正火第五節(jié)

非鐵金屬(一)純鋁1.純鋁的性能及用途

2.純鋁的牌號

01鋁及鋁合金(一)鋁合金1.變形鋁合金01鋁及鋁合金圖1-7鋁合金的一般類型(二)鋁合金1.變形鋁合金01鋁及鋁合金類別牌號主要特征用途舉例防銹鋁5A02熱處理不能強化，強度不高，塑性與耐蝕性好，焊接性好制作在液體介質(zhì)中工作的零件，如油箱、油管、液體容器、防銹蒙皮等，中載荷零件和焊接件3A21硬鋁2A11可熱處理強化，力學(xué)性能良好，但耐蝕性不高制作中高強度的零件和構(gòu)件，如飛機上的骨架、螺旋槳葉片、蒙皮、螺栓和鉚釘局部鐓粗等零件2A12超硬鋁7A04室溫強度高，塑性較低，耐蝕性不高制作高載荷零件，如飛機上的大梁、桁條、加強框、起落架等7A09鍛鋁2A50高強度鍛鋁，可鍛性好，耐蝕性不高，切削加工性好制作形狀復(fù)雜和中等強度的鍛件、沖壓件等2A70耐熱鍛鋁，熱強性較高，耐蝕性不高，壓力加工性好制作內(nèi)燃機活塞、葉輪、脹圈、葉片，在高溫下工作的復(fù)雜鍛件等表1-11部分變形鋁合金的牌號、主要特性及用途舉例(二)鋁合金2.鑄造鋁合金(三)鋁合金的熱處理01鋁及鋁合金表1-12部分鑄造鋁合金的牌號、性能特點和用途類別合金牌號性能特點用途鋁硅合金ZAISi12鑄造性能好，耐磨性好，線脹系數(shù)小，強度中等用于制作結(jié)構(gòu)件，如殼體、缸體、箱體和框架等ZAlSi7MgZAlSi7Cu4良好的鑄造性能、力學(xué)性能和耐熱性用于制作活塞及高溫條件下工作的部件鋁銅合金ZAlCu5Mn耐熱性好，熱強性高，但鑄造性能和耐蝕性較差用