《機(jī)械制造基礎(chǔ)》課件-01篇 第二單元 機(jī)械制造中常用的材料

第二單元機(jī)械制造中常用的材料01篇

機(jī)械加工材料介紹教學(xué)目標(biāo):

1.了解常用工程材料的分類。2.掌握碳素鋼與合金鋼的牌號與含義。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn):

1.常用工程材料分類。2.碳素鋼、合金鋼的分類和牌號。3.鑄鐵、鑄鋼類型和牌號。4.鋁和鋁合金、銅和銅合金。5.常用非金屬材料。一、常用工程材料分類工程材料金屬材料碳素鋼合金鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵有色金屬：銅合金、鋁合金等非金屬材料高分子材料：塑料、橡膠、復(fù)合材料等陶瓷材料：普通瓷、氧化鋁陶瓷、氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷鋼（一）碳素鋼分類和牌號二、常用金屬材料1）按鋼的含碳量分類：

低碳鋼中碳鋼高碳鋼2）按鋼的質(zhì)量分類（有害雜質(zhì)硫、磷的含量分）普通碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼1、分類3）按用途分為：

碳素結(jié)構(gòu)鋼：制造各種機(jī)器零件及工程構(gòu)件，大都是低碳鋼、中碳鋼，屬普通碳素鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼。碳素工具鋼：制造各種刃具、量具和模具等，大都是高碳鋼，屬優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。4）按冶煉時(shí)脫氧程度的不同分類沸騰鋼：不脫氧的鋼；鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧鋼；半鎮(zhèn)靜鋼：半脫氧鋼。2、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼含碳量在0.06%--0.38%之間，硫、磷含量較高，在供應(yīng)狀態(tài)下使用，不需熱處理；常用于一般工程結(jié)構(gòu)及普通零件。其牌號（表示方法）由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)的數(shù)值、質(zhì)量等級符號(A、B、C、D)和脫氧方法符號(F、b、Z、TZ)組成。如Q235--A·F,表示其屈服點(diǎn)為235MPa，質(zhì)量等級為A級，沸騰鋼。3、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按化學(xué)成分和力學(xué)性能供應(yīng)，雜質(zhì)含量少，表面質(zhì)量、組織結(jié)構(gòu)的均勻性較好，需經(jīng)熱處理；用于重要的零件。其牌號采用兩位數(shù)字來表示，表示該鋼號的平均含碳量的萬分之幾。根據(jù)含錳量不同分為普通含錳量（0.25%-0.8%）和較高含錳量（0.75%-1.2%）兩種，后者加“Mn”；如20鋼為含碳0.2%；65Mn為含碳0.65%，較高含錳量。（二）合金鋼分類和牌號1、分類特殊性能鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼磁鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼合金工具鋼刃具鋼模具鋼量具鋼建筑及工程用鋼或構(gòu)件用鋼合金結(jié)構(gòu)鋼機(jī)器制造用鋼1）按用途分2）按合金元素含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分3）按所含合金元素種類分鉻鋼、錳鋼、鎳鋼、鉻錳鋼、硅錳鋼等。低合金鋼（合金元素總含量<5%）中合金鋼（合金元素總含量5%-10%）高合金鋼（合金元素總含量>10%）2、合金結(jié)構(gòu)鋼數(shù)字+化學(xué)元素符號+數(shù)字；前面數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以萬分之幾表示；后面數(shù)字表示該合金元素的平均含量，以百分之幾表示，但低于1.5%時(shí)不標(biāo)；若為高級優(yōu)質(zhì)鋼在最后加“A”字。如60Si2Mn；滾動(dòng)軸承鋼，GCr15SiMn。4、特殊性能鋼數(shù)字+化學(xué)元素符號+數(shù)字；前面數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以千分之幾表示，但當(dāng)平均含碳量小于等于0.03%時(shí)標(biāo)為00，小于等于0.08%時(shí)標(biāo)為0；如2Cr13。3、合金工具鋼數(shù)字+化學(xué)元素符號+數(shù)字；前面數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以千分之幾表示，但高于1.0%時(shí)不標(biāo)，高速鋼例外，其低于1.0%時(shí)也不標(biāo)；其余同合金結(jié)構(gòu)鋼。如5CrMnMo。鑄鐵：含碳量大于2.11%的鐵碳合金，一般含碳量2.5%--4.0%；含有較多的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)。

根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形態(tài)可分為：1、白口鑄鐵：即生鐵,碳除少量溶于鐵素體外，絕大部分以滲碳體形式存在，其斷口呈銀白色。特點(diǎn)是硬和脆，難以加工，但耐磨。一般不直接用來制造機(jī)器零件，常用作煉鋼原料或制造可鍛鑄鐵件。2、灰鑄鐵：碳主要以自由狀態(tài)的片狀石墨形態(tài)存在，斷口為暗灰色。強(qiáng)度低，塑性差，但易切削，減摩消振性好，且鑄造性能好，應(yīng)用最廣泛。（三）鑄鐵和鑄鋼

3、可鍛鑄鐵：碳主要以團(tuán)絮狀石墨形態(tài)存在，因而有較高的塑性和韌性。用于受沖擊和振動(dòng)的薄壁小件。由白口鑄鐵經(jīng)高溫退火處理獲得。4、球墨鑄鐵：鐵液在澆注前經(jīng)球化處理，碳大部分或全部以自由狀態(tài)的球狀石墨存在,有時(shí)出現(xiàn)少量團(tuán)絮狀。強(qiáng)度、塑性均高于可鍛鑄鐵，抗拉強(qiáng)度甚至高于碳鋼。5、鑄鋼1）鑄鋼件：將鋼液直接鑄成零件毛坯，以后不再進(jìn)行鍛造的鋼件。常用于要求較高而復(fù)雜的零件。2）鑄造碳鋼的含碳量在0.20%--0.60%之間，含碳量太高則塑性差，易冷裂；硫、磷含量在0.040%以下。3）牌號：“ZG+兩組數(shù)字”表示，數(shù)字分別表示最低屈服強(qiáng)度和最低抗拉強(qiáng)度的值。如ZG200-400。（四）有色金屬

純銅的性能特點(diǎn)：具有很高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，僅次于銀；化學(xué)穩(wěn)定性高，抗大氣腐蝕性好，無磁性，塑性好；但強(qiáng)度低。

工業(yè)生產(chǎn)中通常稱鐵和鐵基合金為黑色金屬，而把鐵和鐵基合金以外的金屬稱為有色金屬。1、銅及銅合金

銅及其合金是人類應(yīng)用最早的金屬，目前工業(yè)上使用的主要有工業(yè)純銅、黃銅、青銅。1）工業(yè)純銅

純銅呈玫瑰紅色，因表面經(jīng)常形成一層紫紅色的氧化物，俗稱紫銅，電解銅。其熔點(diǎn)為10830C，密度為8.96g/cm3，為面心立方晶格。牌號：工業(yè)純銅牌號為T+順序號，共有T1,T2,T3,T4；序號越大，純度越低。

2）黃銅

黃銅：以鋅為主要合金元素的銅基合金。它具有良好的力學(xué)性能、加工成形性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，價(jià)格較低，是重有色金屬中應(yīng)用最廣的金屬材料?？煞譃槠胀ê吞厥恻S銅兩類，按加工方式分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅。

青銅：除黃銅、白銅以外的銅合金均稱為青銅。工業(yè)上常用的有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。一般都有高的耐蝕性、較高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性及良好的切削加工性。分為壓力加工青銅和鑄造青銅兩類。前者的代號為Q+第一個(gè)主加元素的化學(xué)符號及其名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)-數(shù)字（其它合金元素的名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)），如QSn4-3表示含錫4%，含鋅3%,。后者的代號為ZCu+合金元素1的化學(xué)符號及其名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)+合金元素2及其名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)+……如ZCuSn10Zn2。3）青銅2、鋁及鋁合金1）工業(yè)純鋁：2）鋁合金

其熔點(diǎn)為660.370C，密度為2.7g/cm3,為面心立方晶格，呈銀白色；強(qiáng)度（=80—100MPa）和硬度(20HBS)很低，塑性(=80%)很高。有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性。工業(yè)純鋁為L1-L7，其順序數(shù)越大，純度越低。

由于純鋁的強(qiáng)度低，不宜作承力結(jié)構(gòu)材料，向純鋁中加入適量的硅、銅、鎂、鋅、錳等元素，通過固溶強(qiáng)化，沉淀硬化及組織強(qiáng)化，而得到的高強(qiáng)度合金。三、非金屬材料

通常認(rèn)為除金屬材料以外的材料都是非金屬材料，主要有高分子材料、陶瓷材料。1、塑料：以有機(jī)合成樹脂為主，加入適量的添加劑，在一定溫度和壓力作用下加工成形的玻璃態(tài)高分子材料。塑料的組成：合成樹脂和某些添加劑。塑料的分類：1）按熱性能分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑性塑料：加熱軟化，可熔成粘稠狀的液體，冷卻時(shí)硬化成所需的形狀。再加熱時(shí)又重新軟化。如聚氯乙烯，聚酰胺等。熱固性塑料：樹脂受熱先軟化，繼續(xù)加熱又硬固化，大分子由線型結(jié)構(gòu)變成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，固化后加熱則不再軟化。如酚醛塑料。2）按應(yīng)用范圍分：通用塑料、工程塑料、特種塑料2、橡膠是指在很寬的溫度范圍（-50-1500C），均處于高彈態(tài)，在很小的力作用下可發(fā)生很大的彈性變形，外力去除后能瞬間恢復(fù)原來的狀態(tài)的經(jīng)過硫化，并加入了配合劑的高分子材料。

橡膠的組成：生產(chǎn)中把未經(jīng)硫化的天然膠與合成膠稱為生膠，硫化后的膠稱為橡膠。為提高橡膠制品的性能，常添加各種配合劑。橡膠的分類：按來源分為天然橡膠和合成橡膠兩大類。常用橡膠有：天然橡膠，丁苯橡膠，順丁橡膠。特種橡膠有；聚胺脂橡膠，硅橡膠等。3、陶瓷陶瓷是陶器和瓷器的總稱，發(fā)展到近代泛指全部硅酸鹽材料，而現(xiàn)代則擴(kuò)展到所有無機(jī)非金屬材料。它與金屬材料，高分子材料構(gòu)成三大固體材料。

陶瓷是由金屬元素和非金屬元素的化合物構(gòu)成的多晶材料，其顯微組織是由晶相、玻璃相、氣相組成的。

陶瓷生產(chǎn)工藝特點(diǎn)：先成形，后燒結(jié)。如傳統(tǒng)陶瓷選用天然原料，粘土，高嶺土等，經(jīng)粉碎，成形，干燥，燒結(jié)而成。常用工業(yè)陶瓷的分類：1）普通陶瓷:粘土類陶瓷，以高嶺土、長石、石英為原料制成，產(chǎn)量大，應(yīng)用廣；日用陶瓷、瓷器，建筑業(yè)等。2）氧化鋁陶瓷：以Al2O3位主要成分的陶瓷，也稱高鋁陶瓷；其熔點(diǎn)高，耐高溫，并有較高的強(qiáng)度、硬度及耐磨性，但脆性大。用于制造耐高溫材