《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課件-第2章2.1常見工程材料概述1

第2章機械工程材料2.1.1鋼鐵材料1認(rèn)識平面四桿機構(gòu)的類型及其判別條件合金鋼2鉸鏈四桿機構(gòu)的性質(zhì)3鉸鏈四桿機構(gòu)的性質(zhì)鑄鐵鉸鏈四桿機構(gòu)的性質(zhì)碳素鋼2.1常見工程材料概述1學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握常用碳鋼的牌號、性能和應(yīng)用；2.了解合金鋼的分類、牌號、性能及應(yīng)用；3.了解鑄鐵的分類、牌號、性能和應(yīng)用。2.1常見工程材料概述機械工程材料是用于制造各類機械零件、構(gòu)件的材料和在機械制造過程中所應(yīng)用的工藝材料。材料發(fā)展史簡介：人類雖早在公元前已了解金、銀、銅、汞、錫、鐵、鉛等多種金屬，但由于采礦和冶煉技術(shù)的限制，在相當(dāng)長的歷史時期內(nèi)，很多器械仍用木材制造或采用鐵木混合結(jié)構(gòu)。直到1856年英國人H．貝塞麥發(fā)明轉(zhuǎn)爐煉鋼法，1856～l864年英國人K.W．西門子和法國人馬丁發(fā)明平爐煉鋼以后，大規(guī)模煉鋼工業(yè)興起，鋼鐵才成為最主要的機械工程材料。到20世紀(jì)30年代，鋁、鎂等輕金屬逐步得到應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)后，科學(xué)技術(shù)的進步促進了新型材料的發(fā)展，球墨鑄鐵、合金鑄鐵、合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼、鎳合金、鈦合金和硬質(zhì)合金等相繼形成系列并擴大應(yīng)用，同時，石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展促進了合成材料的興起，工程塑料、合成橡膠和膠黏劑等在機械工程材料中的比重逐步提高。另外，寶石、玻璃和特種陶瓷材料等也逐步擴大在機械工程中的應(yīng)用。工程材料常用的分類方法金屬材料分為黑色金屬材料和有色金屬材料兩大類。

黑色金屬材料即鋼鐵材料，是以鐵碳為主要成分的合金；

有色金屬材料是指鋼鐵材料以外的金屬材料，如鋁及鋁合金，銅及銅合金等。2.1.1鋼鐵材料1.碳素鋼碳素鋼是化學(xué)成分以含鐵和碳為主（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.03%，小于2.11%)，并含有少量的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素的鐵碳合金，簡稱碳鋼。其中硅、錳是有益元素，對鋼有一定的強化作用；硫、磷是有害元素，分別增加鋼的熱脆性和冷脆性。碳鋼價格低廉，冶煉方便，工藝性能良好，并且在一般情況下能滿足使用性能的要求，因而在機械制造、建筑、交通運輸及其它工業(yè)部門中得到廣泛的應(yīng)用。

碳素鋼的分類另按冶煉時脫氧程度的不同分類:

1沸騰鋼（F）：脫氧程度不完全的鋼。

2鎮(zhèn)靜鋼(Z)：脫氧程度完全的鋼。

3半鎮(zhèn)靜鋼(b)：脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼。

序號碳素鋼的分類方法

碳素鋼的類型牌號(應(yīng)用)舉例1按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分低碳鋼：ωc≤O.25%10、15、Q235-A中碳鋼：ωc=0.25%-0.6%35、45、Q275高碳鋼：ωc≥0.6%70、75、T8、TlOA2按質(zhì)量分普通碳素鋼：ωs≤O.050%，ωp≤O.045%Ql95、Q235-A優(yōu)質(zhì)碳素鋼：ωs≤O.025%,ωp≤O.035%15、45、T8高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：ωs≤O.020%.ωp≤O.030%T10A3按用途分碳素結(jié)構(gòu)鋼用于制造機械零件和各種工程構(gòu)件，屬于低碳鋼和中碳鋼碳素工具鋼:用于制造各種刃具、模具、量具,屬于高碳鋼常用碳素鋼的種類、牌號、性能和用途種類普通碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼鑄造碳鋼牌號Q195、Q215-A，Q235-C，Q225-B，Q235A-F08F，15，20，35，45，60，45Mn，65MnT7,T8,T10,T10A,T12,T13,ZG200-400,ZG270-500,ZG340-640性能

雜質(zhì)和非金屬夾雜物較多，冶煉容易，工藝性好。硫、磷及非金屬夾雜物較少，經(jīng)過熱處理后或獲得較好的熱學(xué)性能經(jīng)淬火、低溫回火后硬度比較高，耐磨性好，但塑性低。力學(xué)性能高。強度越高，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高（一般為0.2%~0.6%）牌號含義“Q”表示屈服點；數(shù)值表示最小屈服值；“A”表示質(zhì)量等級，分A、B、C、D四級，依次提高；“F”表示沸騰鋼兩位數(shù)字表示鋼中碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分之幾；錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.7%~1.2%時加Mn表示。強度、塑性、韌性均比均碳素結(jié)構(gòu)鋼好?！癟”表示碳素工具鋼：其后的數(shù)字表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分之幾；“A”表示高級優(yōu)質(zhì)。“ZG”表示鑄鋼；前3位數(shù)字表示最小屈服強度值，后3位數(shù)字表示最小抗拉強度值；用途舉例用于制造建筑結(jié)構(gòu)件和一些受力不大的機械零件，如螺栓、小軸、銷子、鍵、連桿、法蘭盤、鍛件坯料等用于制造重要的機械零件，如沖壓件、焊接件、軸、齒輪、活塞銷、套筒、蝸桿、彈簧等用于制造刀具、模具和量具，如沖頭、銼刀、板牙、絲錐、鉆頭、鏜刀、量規(guī)、圓鋸片等用于制造形狀復(fù)雜、力學(xué)性能要求高的機械零件。如機座、箱體、連桿、齒輪等2.合金鋼為了改善和提高碳鋼的性能，在碳鋼的基礎(chǔ)上有目的地加入一定量的其他合金元素的鋼稱為合金鋼。常用的合金元素有硅、錳、鎳、鉻、銅、釩、鈦、稀土元素等，把它們加入到鋼中，可提高鋼的力學(xué)性能，改善鋼的熱處理性能，或者使鋼具有耐腐蝕、耐熱、耐磨、高磁性等特殊性能。合金鋼的分類序號合金鋼的分類方法

合金鋼的類型1按合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少分低合金鋼：含合金元素總量≤５％。中合金鋼：含合金元素總量為5%-10%。高合金鋼：含合金元素總量≥10%。2按合金鋼質(zhì)量分普通低合金結(jié)構(gòu)鋼：ωs≤0.050%,ωp≤0.045%（如低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼）。優(yōu)質(zhì)合金鋼：ωs≤0.035%,ωp≤0.035%（如低、中合金結(jié)構(gòu)鋼）高級優(yōu)質(zhì)合金鋼：ωs≤0.030%，ωp≤0.030%如滾動軸承鋼、高合金鋼、合金工具鋼）。3按合金鋼的用途分合金結(jié)構(gòu)鋼：含低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼和低、中合金結(jié)構(gòu)鋼（如滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼）合金工具鋼：含刃具鋼、量具鋼、模具鋼。持殊件能鋼：含不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、耐磨鋼等。常用合金鋼的種類、牌號和用途碳素工具鋼易加工，價格便宜，但其熱硬性差，淬透性低，且容易變形和開裂。合金工具鋼具有更高的硬度、耐磨性和紅硬性。所以，尺寸大、精度高，形狀復(fù)雜及工作溫度較高的工具都采用合金工具鋼制造。3.鑄鐵碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.ll%、小于6.69%（通常為2.8%～3.5%）的鐵碳合金，稱為鑄鐵。鑄鐵中此外還含有硅、錳等合金元素及硫、磷等雜質(zhì)。鑄鐵的抗拉強度低，塑性和韌性差，但鑄鐵具有優(yōu)良的耐磨性、減震性、鑄造性能和切削加工性，而且生產(chǎn)方法簡單，成本低廉，因此大量用于機器設(shè)備制造中，通常占機械設(shè)備總質(zhì)量的30%-80%。鑄鐵中的碳以化合物滲碳體（Fe3C）和石墨（C）兩種形式存在。根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，箱體，日常生活中也應(yīng)用很廣，如炒菜鐵鍋、取暖爐、污井蓋、暖氣片、下水管、水龍頭殼體等等鑄鐵的分類序號鑄鐵的類型碳的存在形式性能特點及應(yīng)用場合1白口鑄鐵多數(shù)碳以Fe3C形式存在斷口呈銀白色，性能硬而脆，不易加工。目前主要用作煉鋼原料和生產(chǎn)可鍛鑄鐵的毛坯。2灰口鑄鐵多數(shù)碳以石墨形式存在斷口呈暗灰色，目前在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一類鑄鐵。3麻口鑄鐵碳以Fe3C和石墨形式同時存在斷口中呈黑白相間的麻點，這類鑄鐵也具有較大硬脆性，故工業(yè)上很少應(yīng)用。灰口鑄鐵的類型序號類型石墨形狀性能特點應(yīng)用場合1灰鑄鐵片狀鑄造性能和切削加工性能很好工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的鑄鐵；常用來制造各種承受壓力和要求消振性好的床身、箱體及經(jīng)受摩擦的導(dǎo)軌、缸體等2可鍛鑄鐵團絮狀灰鑄鐵相比，強度較高，并有一定的塑性和韌性，但不能鍛造主要適用于制造形狀復(fù)雜，工作中承受沖擊、振動、扭轉(zhuǎn)載荷的薄壁零件，如汽車、拖拉機后橋殼、轉(zhuǎn)向器殼和管子接頭等3球墨鑄鐵球狀強度比灰鑄鐵高得多，并且具有一定的塑性和韌性（優(yōu)于可鍛鑄鐵），某些性能與中碳鋼相近它主要用于制造受力復(fù)雜、承受載荷大的零件，如曲軸、連桿、凸輪軸、齒輪等4蠕墨鑄鐵蠕蟲狀力學(xué)性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間用于制造經(jīng)受熱循環(huán)、組織致密、強度較高、形狀復(fù)雜的零件，如汽缸套、進排氣管、鋼錠模等常用鑄鐵的種類、牌號和用途種類灰鑄鐵可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵耐熱鑄鐵常用牌號HT150，HT200，HT350KTH330-08,KTB350-04，KTZ650-02RuT300,RuT340,RuT380QT400-18,QT600-3,QT900-2RTCr16,RTSi5牌號意義“HT”表示灰鑄鐵，數(shù)字表示最小抗拉強度值“KTH”表示黑心可鍛鑄鐵，“KTB”表示白心可鍛鑄鐵，“KTZ”表示珠光體可鍛鑄鐵，前面數(shù)字表示最小抗拉強度值，后面數(shù)字表示最小伸長率“RuT”表示蠕墨