機(jī)械基礎(chǔ)（少學(xué)時(shí)第3版） 課件 第2單元 機(jī)械工程材料

第2單元

機(jī)械工程材料

項(xiàng)目背景

材料是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。機(jī)械工程材料是指用于制造各類機(jī)械零

件、構(gòu)件的材料和在機(jī)械制

造過程中所應(yīng)用的工藝材

料。近幾年新材料和新工藝

廣泛應(yīng)用在國(guó)防、航天、軍事等領(lǐng)域，國(guó)家綜合實(shí)力得到極大提高。通過本單元的學(xué)習(xí)，應(yīng)了解機(jī)械工程中常用的材料有哪些，有哪些熱處理工

藝，如何根據(jù)使用要求選用合適的材料。圖2-1某汽車主要零部件應(yīng)用的材料第2單元機(jī)械工程材料

鋼鐵材料及應(yīng)用金屬材料的性能非鐵金屬和粉末冶金材料金屬材料的熱處理及應(yīng)用內(nèi)容CONTENTS常用非金屬材料思考與練習(xí)第2單元機(jī)械工程材料

知識(shí)目標(biāo)

1.熟悉常用鋼鐵材料、非鐵金屬、粉末冶金等材料的牌號(hào)、種類、性能、用途及選用。

2.了解常用金屬材料的熱處理工藝、特點(diǎn)及應(yīng)用。3.熟悉高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料的種類、性能、用途。

1.能識(shí)別機(jī)械行業(yè)常用金屬及非金屬材料，并能識(shí)讀常用材料的牌號(hào)。

2.能依據(jù)機(jī)械零件的工作要求選用合適的材料。

能力目標(biāo)第2單元機(jī)械工程材料

素質(zhì)目標(biāo)

1.強(qiáng)化工程材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的嚴(yán)謹(jǐn)性與規(guī)范性。

2.培養(yǎng)工程思維與工程安全意識(shí)。

1.各種碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金

鋼的分類、牌號(hào)表示及其熱

處理工藝的選用。2.常見非金屬材料的性能

及選用方法。

學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)2.1金屬材料的性能

金屬材料是目前應(yīng)用最廣泛的材料，常用的金屬材料有碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼、鑄鐵、非鐵金屬及合金、金屬粉末冶金材料。

金屬材料之所以能大量應(yīng)用在各行各業(yè)中，是由于金屬材料比其他種類的材料有更好的力學(xué)性能和工藝性能。

水排鼓風(fēng)煉鐵2.1金屬材料的性能2.1.1金屬材料力學(xué)性能

1.強(qiáng)度

強(qiáng)度：是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗永久變形和斷裂的能力。

當(dāng)材料在滿足強(qiáng)度的載荷作用范圍內(nèi)是不會(huì)發(fā)生破壞，只有當(dāng)材料承受的載荷超過了自身的強(qiáng)度時(shí)才會(huì)發(fā)生斷裂之類的破壞。車軸斷裂飛機(jī)起落架斷裂

2.1金屬材料的性能

根據(jù)外力作用性質(zhì)不同，主要有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。工程常用的是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。相同條件下，材料的強(qiáng)度越高，則構(gòu)件的承載力也就越高。

材料的強(qiáng)度等力學(xué)性能須通過試驗(yàn)的方法進(jìn)行測(cè)定。此類試驗(yàn)須按標(biāo)準(zhǔn)（如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部標(biāo)準(zhǔn)）中規(guī)定的方法進(jìn)行。此處重點(diǎn)介紹低碳鋼的拉伸強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)。拉伸試驗(yàn)機(jī)2.1金屬材料的性能

為了便于對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，試驗(yàn)時(shí)首先要把待測(cè)試的材料加工成試樣。我國(guó)國(guó)家標(biāo)

準(zhǔn)GB/T228.1—2021《金屬材料

拉伸試驗(yàn)

第1部分：室溫試驗(yàn)方法》中規(guī)定，拉伸試

樣橫截面可采用圓形（見圖2-4a）、矩形、多邊形或環(huán)形，長(zhǎng)度可根據(jù)其橫截面積按規(guī)定比

例或不按比例適當(dāng)選取。按比例選取的試樣規(guī)定有長(zhǎng)短兩種規(guī)格。圓形橫截面長(zhǎng)比例試樣其

原始標(biāo)距（工作段長(zhǎng)度）L0=10d0

，短比例試樣

L0=5d0。金屬材料的壓縮試驗(yàn)，

一般采用短

圓柱形試樣，其高度為直徑

d0

的1.5～3倍圖2-4標(biāo)準(zhǔn)試樣2.1金屬材料的性能

拉伸試驗(yàn)機(jī)在試驗(yàn)過程中可以繪制出施加的載荷與試樣變形的曲線，一般稱為拉伸力-伸長(zhǎng)曲線，如圖2-6所示，拉伸力-伸長(zhǎng)曲線與試樣尺寸有關(guān)。為了消除尺寸的影響，將拉力除以試樣橫截面的原始面積

S0

，得出試樣橫截面上的正應(yīng)力，用R表示；伸長(zhǎng)量ΔL

除以原

始標(biāo)距的長(zhǎng)度

L0，得出試樣在工作段內(nèi)的伸長(zhǎng)率

e，以R為縱坐標(biāo)、e為橫坐標(biāo)繪出的曲線稱為應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖2-7所示，它表明從加載開始到破壞為止，應(yīng)力與應(yīng)變的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2.1金屬材料的性能

拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)在實(shí)驗(yàn)過程中可以繪制出施加的載荷與試件變形的線圖分析2.1金屬材料的性能

2.塑性

塑性：是指金屬材料在給定外力的作用下，產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。金屬材料在

拉伸變形時(shí)，長(zhǎng)度和橫截面積都要發(fā)生變化。因此，金屬的塑性可以用材料的斷后伸長(zhǎng)率

A

和斷面收縮率

Z

兩個(gè)指標(biāo)來衡量。一般斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率是根據(jù)拉伸試驗(yàn)的試樣求得的。

2.1金屬材料的性能

2.塑性

(1)斷后伸長(zhǎng)率A:試樣拉斷后，工作段的殘余伸長(zhǎng)量ΔL=Lu-L0

與標(biāo)距長(zhǎng)度

L0

的比值代表試樣拉斷后塑性變形程度，稱為材料的斷后伸長(zhǎng)率，用A表示。即

(2)斷面收縮率Z:試樣斷口處橫截面積的相對(duì)變化率稱為斷面收縮率，用Z表示，即

2.1金屬材料的性能

金屬材料的伸長(zhǎng)率和截面收縮率愈大，表示該材料的塑性愈好，即材料能承受較大的塑性變形而不破壞。工程上通常把常溫、靜載下伸長(zhǎng)率大于5%的金屬材料稱為塑性材料，如低碳鋼；而把伸長(zhǎng)率小于5%的金屬材料稱為脆性材料，如灰口鑄鐵等。

低碳鋼是一種塑性極好的材料，在汽車制造業(yè)中常用這種材料通過沖裁、拉延、翻邊等壓力加工的方法來加工出汽車的車身覆蓋件。壓力加工汽車覆蓋件2.1金屬材料的性能

3.硬度

硬度：是指材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力,是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。例如將一個(gè)堅(jiān)硬的鋼球壓入鋼板的表面，就會(huì)在鋼板表面留下圓形痕跡，這個(gè)痕跡的大小就反映了材料的軟硬程度。硬度是由硬度計(jì)測(cè)試出來的。硬度測(cè)試原理硬度計(jì)2.1金屬材料的性能

硬度是由硬度計(jì)測(cè)試出來的。常用的硬度標(biāo)準(zhǔn)有三套：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度，這三種硬度標(biāo)準(zhǔn)有不同的測(cè)試方法和應(yīng)用范圍。布氏硬度測(cè)試原理洛氏硬度測(cè)試原理維氏硬度測(cè)試原理2.1金屬材料的性能

硬度是由硬度計(jì)測(cè)試出來的。常用的硬度標(biāo)準(zhǔn)有三套：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度，這三種硬度標(biāo)準(zhǔn)有不同的測(cè)試方法和應(yīng)用范圍。表2-2三種硬度試驗(yàn)簡(jiǎn)介和比較2.1金屬材料的性能

4.韌性

韌性表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性越好，則發(fā)生脆性斷裂的可能性越小。韌性可在材料科學(xué)及冶金學(xué)上，韌性是指當(dāng)承受應(yīng)力時(shí)對(duì)折斷的抵抗，其定義為材料在破裂前所能吸收的能量與體積的比值。

通常以沖擊強(qiáng)度的大小、晶狀斷面率來衡量。韌性是表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。衡量材料抗沖擊能力的指標(biāo)用沖擊韌度來表示。沖擊韌度是通過沖擊實(shí)驗(yàn)來測(cè)定的。沖擊試驗(yàn)原理沖擊韌性測(cè)試機(jī)2.1金屬材料的性能

5.疲勞性能

許多機(jī)械零件和工程構(gòu)件，是承受交變載荷工作的。在交變載荷的作用下，雖然應(yīng)力水平低于材料的屈服極限，但經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)力反復(fù)循環(huán)作用以后，也會(huì)發(fā)生突然脆性斷裂，這種現(xiàn)象叫做金屬材料的疲勞。由于疲勞不易發(fā)現(xiàn)，所以對(duì)安全的影響是極大的。

疲勞性能可以通過疲勞實(shí)驗(yàn)測(cè)出，主要設(shè)備為疲勞試驗(yàn)機(jī)，經(jīng)過試驗(yàn)可以將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成線圖，即為疲勞曲線。疲勞試驗(yàn)機(jī)疲勞曲線2.1金屬材料的性能

2.1.2金屬材料工藝性能

1.焊接性能

金屬的焊接性能又叫可焊性，一般是指兩塊相同的金屬材料或兩塊不同的金屬材料，在局部加熱到熔融狀態(tài)下，能夠牢固地焊合在一起的性能。焊接性能好的金屬，在焊縫部位不易產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，同時(shí)焊接接頭具有一定的機(jī)械性能。常用焊接形式2.1金屬材料的性能

2.切削性能

切削加工性能是指金屬材料在用切削刀具進(jìn)行加工時(shí)，所表現(xiàn)出來的難易程度。它主要用切削速度、加工表面光潔度和刀具耐用度來衡量。通?；诣T鐵有良好的切削加工性，鋼的硬度在HBWl60-200范圍內(nèi)時(shí)，具有良好的切削加工性。常用切削加工方式2.1金屬材料的性能

3.壓力加工性能

壓力加工性能：就是指金屬材料在壓力加工過程中成型的難易程度，例如將材料加熱到一定溫度時(shí)其塑性的高低（表現(xiàn)為塑性變形抗力的大?。?，允許熱壓力加工的溫度范圍大小，熱脹冷縮特性以及與顯微組織、機(jī)械性能有關(guān)的臨界變形的界限、熱變形時(shí)金屬的流動(dòng)性、導(dǎo)熱性能等。常用壓力成型工藝2.1金屬材料的性能

4.鑄造性能

鑄造性能：就是指反映金屬材料熔化澆鑄成為鑄件的難易程度，表現(xiàn)為熔化狀態(tài)時(shí)的流動(dòng)性、吸氣性、氧化性、熔點(diǎn)，鑄件顯微組織的均勻性、致密性，以及冷縮率等。典型鑄造件

基礎(chǔ)能力訓(xùn)練

自行車是常用的交通工具，如圖2-22～圖2-24所示。老式自行車都是用管材焊接而成；

現(xiàn)在使用最多的輕便自行車，為了強(qiáng)度和美觀，還需要對(duì)管材彎曲成型加工；山地自行車則是為高速行駛設(shè)計(jì)的。試分析這樣三款自行車在選材方面各有哪些性能要求。

圖2-22老式自行車

圖2-23輕便自行車

圖2-24山地賽車2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

案例導(dǎo)入：在日常生活中到處都能看到鋼鐵材料的產(chǎn)品，從生活中的直尺到工程中的扳手，從小到一把瑞士軍刀大到一臺(tái)挖掘機(jī)。在這些不同的產(chǎn)品里，所用的鋼鐵材料有什么不同？它們的性能又如何？

常見鋼鐵制品2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

2.2.1工業(yè)用鋼

1.普通碳素鋼

（1）碳素鋼的應(yīng)用與生產(chǎn)

碳素鋼是近代工業(yè)中使用最早、用量最大的基本材料。目前碳素鋼的產(chǎn)量在各國(guó)鋼總產(chǎn)量中的比重，約保持在80%左右，它不僅廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、鐵道、車輛、船舶和各種機(jī)械制造工業(yè)。工業(yè)用鋼主要是由冶金廠生產(chǎn)的板材、棒材、型材、管材及線材等。鋼材生產(chǎn)的主要流程是：煉鐵、煉鋼、鑄錠、壓力加工成各種規(guī)格的鋼材。

常用鋼鐵型材2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

（２）碳素鋼中的化學(xué)成分及其影響

碳素鋼的性能主要取決于鋼的含碳量和顯微組織。在退火或熱軋狀態(tài)下，隨含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和沖擊韌性下降。所以工程結(jié)構(gòu)用鋼，常限制含碳量。

碳素鋼中的殘余元素和雜質(zhì)元素如錳、硅、鎳、磷、硫、氧、氮等，對(duì)碳素鋼的性能也有影響。這些影響有時(shí)互相加強(qiáng)，有時(shí)互相抵銷。其中影響比較顯著的有：1)硫、氧、氮都能增加鋼的熱脆性，而適量的錳可減少或部分抵銷其熱脆性。2)殘余元素除錳、鎳外都降低鋼的沖擊韌性，增加冷脆性。3)除硫和氧降低強(qiáng)度外，其他雜質(zhì)元素均在不同程度上提高鋼的強(qiáng)度。4)幾乎所有的雜質(zhì)元素都能降低鋼的塑性和焊接性。

2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

圖2-28鋼材生產(chǎn)流程示意圖2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

（３）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T221-2008，碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)分為四個(gè)部分，見表2-3。

表2-3碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

（1）優(yōu)質(zhì)碳素鋼分類與性能

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，硫、磷及其他非金屬夾雜物的含量較低。根據(jù)含碳量和用途的不同，這類鋼大致又分為三類，見表2-4。

2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

（2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號(hào)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T221-2008，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)分為五個(gè)部分，見表2-5。

2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

3.合金結(jié)構(gòu)鋼

（1）合金結(jié)構(gòu)鋼的性能

在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金稱為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに嚕色@得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。

合金結(jié)構(gòu)鋼的主要合金元素有：硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、鋁、

銅、硼、稀土等。其中釩、鈦、鈮、鋯等在鋼中是強(qiáng)碳化物形成元素，只要有足夠的碳，在機(jī)械工程材料適當(dāng)條件下，就能形成各自的碳化物，當(dāng)缺碳或在高溫條件下，則以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中；錳、鉻、鎢、鉬為碳化物形成元素，其中一部分以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中，另一部分形

成置換式合金滲碳體；鋁、銅、鎳、鈷、硅等是不形成碳化物元素，

一般以原子狀態(tài)存在于

固溶體中。

2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

（2）合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T221-2008，合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)分為四個(gè)部分，如表2-6。

2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

4.合金工具鋼

（1）合金工具鋼的分類與性能

合金工具鋼是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入鉻、鉬、鎢、

釩等合金元素，以提高淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性的一類鋼種。它主要用于制造量具、

刃具、耐沖擊工具和冷、熱模具及一些特殊用途的工具。通常分為三類，見表2-7。

2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

（2）合金工具鋼牌號(hào)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T221—2008，合金工具鋼牌號(hào)分為兩個(gè)部分，

見表2-8。

2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

（2）合金工具鋼牌號(hào)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T221—2008，合金工具鋼牌號(hào)分為兩個(gè)部分，

見表2-8。

2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

課程思政案例1：項(xiàng)目2-2如圖2-32所示，國(guó)家體育館“鳥巢”主體鋼架結(jié)構(gòu)所采用的材料是Q460,是一種低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。Q460中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%，并含有錳、釩、鈦、鈮、鉻、鎳、鋁等合金元素，其屈服強(qiáng)度為460MPa。錳起到增加強(qiáng)度的作用，釩、鈦、鈮能優(yōu)化綜合力學(xué)性能，鉻、鎳能提高材料的沖擊韌度，鉻、鎳、鋁能提高鋼的抗腐蝕能力。Q460比一般建筑用鋼的強(qiáng)度要高一倍左右。

請(qǐng)查閱國(guó)家游泳中心“水立方”和廣州新電視塔主體鋼架結(jié)構(gòu)采用何種材料，并撰寫一篇調(diào)研建筑鋼架材料使用分析報(bào)告。

國(guó)家體育館“鳥巢”國(guó)家游泳中心“水立方”2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

2.2.2鑄鐵

1.鑄鐵分類與性能

鑄鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～4%。

碳在鑄鐵中多以石墨形態(tài)存在，有時(shí)也以滲碳體形態(tài)存在。鑄鐵的分類與性能介紹見表2-9。

2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

2.鑄鐵牌號(hào)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5612—2008，鑄鐵牌號(hào)的組成有以下三種類型，見表2-10。

2.2鋼鐵材料及應(yīng)用

思考與分析

某設(shè)備使用45鋼加工的齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。假設(shè)某齒輪發(fā)生斷齒，需加工一個(gè)同樣參數(shù)的齒輪替換?，F(xiàn)只有灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵三種材料，試分析應(yīng)選用哪一種。

發(fā)生斷齒的齒輪2.3非鐵金屬和粉末冶金材料

2.3.1鋁和鋁合金

鋼鐵材料雖然有很好的性能，但是還有很多金屬制品不是選用鋼材而是選用了有色金屬，小到鑰匙大到飛機(jī)有色金屬在實(shí)際生活和工程中隨處可見。本節(jié)就要介紹常用有色金屬的相關(guān)性能和應(yīng)用。

有色金屬應(yīng)用案例2.3非鐵金屬和粉末冶金材料

2.3.1鋁和鋁合金

純鋁的密度?。é?2.7g/cm3），大約是鐵的1/3，熔點(diǎn)低（660℃），鋁是面心立方結(jié)構(gòu)，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各種型材、板材。抗腐蝕性能好；但是純鋁的強(qiáng)度很低，故不宜作結(jié)構(gòu)材料。通過長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，人們逐漸以加入合金元素及運(yùn)用熱處理等方法來強(qiáng)化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。

鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。添加一定元素形成的合金在保持純鋁質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還能具有較高的強(qiáng)度。這樣使得其“比強(qiáng)度”（強(qiáng)度與比重的比值）勝過很多合金鋼，成為理想的結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于運(yùn)輸機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械及航空工業(yè)等方面，飛機(jī)的機(jī)身、蒙皮、壓氣機(jī)等常以鋁合金制造，以減輕自重。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上。2.3非鐵金屬和粉末冶金材料

常用的鋁合金材料見表2-11。2.3非鐵金屬和粉末冶金材料

常用的鋁合金材料見表2-11（續(xù)-1）2.3非鐵金屬和粉末冶金材料

常用的鋁合金材料見表2-11（續(xù)-2）2.3非鐵金屬和粉末冶金材料

常用的鋁合金材料見表2-11（續(xù)-3）2.3非鐵金屬和粉末冶金材料

常用的鋁合金材料見表2-11（續(xù)-4）2.3非鐵金屬和粉末冶金材料

常用的鋁合金材料見表2-11（續(xù)-5）2.3非鐵金屬和粉末冶金材料2.3.2銅和銅合金

銅合金以純銅為基體加入一種或幾種其他元素所構(gòu)成的合金。純銅呈紫紅色﹐又稱紫銅。純銅密度為8.96﹐熔點(diǎn)為1083℃﹐具有優(yōu)良的導(dǎo)電性﹑導(dǎo)熱性﹑延展性和耐蝕性。主要用于制作發(fā)電機(jī)﹑母線﹑電纜﹑開關(guān)裝置﹑變壓器等電工器材和熱交換器﹑管道﹑太陽能加熱裝置的平板集熱器等導(dǎo)熱器材。常用的銅合金分為黃銅﹑青銅﹑白銅三大類，如表2-12。2.3非鐵金屬和粉末冶金材料

常用的銅合金分為黃銅﹑青銅﹑白銅三大類，如表2-12。2.3非鐵金屬和粉末冶金材料2.3.3軸承合金

軸承合金又稱軸瓦合金，用于制造滑動(dòng)軸承的材料。軸承合金的組織是在軟相基體上均勻分布著硬相質(zhì)點(diǎn)，或硬相基體上均勻分布著軟相質(zhì)點(diǎn)。軸承合金具有如下性能：良好的耐磨性能和減磨性能；有一定的抗壓強(qiáng)度和硬度，有足夠的疲勞強(qiáng)度和承載能力；塑性和沖擊韌性良好；具有良好的抗咬合性；良好的順應(yīng)性；好的嵌鑲性；要有良好的導(dǎo)熱性、耐蝕性和小的熱膨脹系數(shù)。用于各類軸承材料。圖2-36滑動(dòng)軸承圖2-37汽車軸承2.3非鐵金屬和粉末冶金材料2.3.4粉末冶金材料

用粉末冶金工藝制得的多孔、半致密或全致密材料（包括制品）。粉末冶金材料具有傳統(tǒng)熔鑄工藝所無法獲得的獨(dú)特的化學(xué)組成和物理、力學(xué)性能，如材料的孔隙度可控，材料組織均勻、無宏觀偏析（合金凝固后其截面上不同部位沒有因液態(tài)合金宏觀流動(dòng)而造成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象），可一次成型等。用粉末冶金工藝制得的多孔、半致密或全致密材料（包括制品）。

粉末冶金材料具粉末冶金材料有傳統(tǒng)熔鑄工藝所無法獲得獨(dú)特的化學(xué)組成和物理、力學(xué)性能，如材料的孔隙度可控，材料組織均勻、無宏觀偏析（合金凝固后其截面上不同部位沒有因液態(tài)合金宏觀流動(dòng)而造成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象），可一次成型等。通常按用途分為7類，如表2-13。

2.3非鐵金屬和粉末冶金材料2.3非鐵金屬和粉末冶金材料2.4金屬材料的熱處理及應(yīng)用

熱處理是對(duì)固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)方式加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的加工方法。

金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。2.4金屬材料的熱處理及應(yīng)用

金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。常用熱處理設(shè)備2.4金屬材料的熱處理及應(yīng)用2.4.1金屬材料整體熱處理

整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，獲得需要的金相組織，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有正火、退火、淬火和回火等基本工藝，見表2-14。2.4金屬材料的熱處理及應(yīng)用

2.4.2金屬材料表面熱處理

1.表面淬火

表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種

局部淬火的方法。表面淬火是通過快速加熱，使鋼件表面很快升到淬火的溫度，在熱量

來不及穿到工件心部就立即冷卻，實(shí)現(xiàn)局部淬火。

表面淬火的目的在于獲得高硬度、高

耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韌性，常用于齒輪、花鍵、機(jī)床導(dǎo)軌等。常用表面熱處理2.4金屬材料的熱處理及應(yīng)用

2.滲碳淬火

滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程，也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。

滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小于0.25％)。滲碳后﹐鋼件表面的化學(xué)成分可接近高碳鋼。工件滲碳后還要經(jīng)過淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度﹐并保持心部有低碳鋼淬火后的強(qiáng)韌性﹐使工件能承受沖擊載荷。

滲碳工藝廣泛用于飛機(jī)﹑汽車和拖拉機(jī)等的機(jī)械零件﹐如齒輪﹑軸﹑凸輪軸等。2.5常用非金屬材料

非金屬材料是由非金屬元素或化合物構(gòu)成的材料。自19世紀(jì)以來，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，人類以天然的礦物、植物、石油等為原

料，制造和合成了許多新型的非金屬材料，如水泥、人造石墨、特種陶瓷、合成橡膠、合成樹脂、合成纖維等。特種陶瓷合成橡膠瓷2.5常用非金屬材料

2.5.1高分子材料

高分子材料是以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。高分子材料是由相對(duì)分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命體都可以看作是高分子的集合。

高分子材料按來源分為：天然、半合成和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和進(jìn)化的基礎(chǔ)。人類社會(huì)一開始就利用天然高分子材料作為生活資料和生產(chǎn)資料，并掌握了其加工技術(shù)。如利用蠶絲、棉、毛織成織物，用木材、棉、麻造紙等。19世紀(jì)30年代末期