數(shù)控加工機(jī)械基礎(chǔ)第一章

1、項(xiàng)目一項(xiàng)目一 常用金屬材料常用金屬材料課題一課題一 碳鋼碳鋼 鋼鐵材料是鋼和鑄鐵的統(tǒng)稱。 鋼是以鐵為主要元素，含碳量一般在2.11%以下，并含有其他元素的材料。 鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳合金。含碳量2.11%通常是鋼和鑄鐵的分界線。 根據(jù)化學(xué)成分，鋼分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。一、碳鋼的分類二、碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法：由代表屈服點(diǎn)的字母q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號四部分順序組成。質(zhì)量等級有：a、b、c、d脫氧方法有：f（沸騰鋼）、b（半鎮(zhèn)靜鋼）、z（鎮(zhèn)靜鋼）、tz（特殊鎮(zhèn)靜鋼）。通常z和tz可省略。例如：q235af1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號、性能特點(diǎn)及用途見下

2、表2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示法：用兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，如40鋼。含錳量較高（wmn=0.71.2）的鋼，在兩位數(shù)字后面寫“mn”，如 60mn鋼。脫氧方法表示法同碳素結(jié)構(gòu)鋼。高級優(yōu)質(zhì)鋼，在牌號后面加“a”；特級優(yōu)質(zhì)鋼，在牌號后面加“e”。2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號、性能特點(diǎn)及用途見表（每種牌號的具體數(shù)值可查資料，這里僅按性能、用途類似的歸納作介紹）3、碳素工具鋼牌號表示法：用“碳”的漢語拼音字首“t加數(shù)字（表示鋼的平均wc的千分?jǐn)?shù)）表示，例如，t8a。這類鋼wc0.651.35，一般均需熱處理后使用，主要制作低速切削刃具,以及對熱處理變形要求低的一般

3、模具、低精度量具等。 碳素工具鋼牌號、性能特點(diǎn)及用途見表二、碳鋼的性能 材料是機(jī)器的物質(zhì)基礎(chǔ)。金屬材料的性能是選擇材料的主要依據(jù)。金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能。工藝性能是指金屬材料從冶煉到成品的生產(chǎn)過程中，在各種加工條件下表現(xiàn)出來的性能；使用性能是指金屬零件在使用條件下金屬材料表現(xiàn)出來的性能。金屬材料的使用性能決定了它的使用范圍。使用性能包括物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能。1.物理性能 (1) 密度 金屬的密度即是單位體積金屬的質(zhì)量，其單位為3。 根據(jù)密度的大小，金屬材料可分為輕金屬和重金屬。密度小于4.53 的金屬叫做輕金屬， 如鋁，鈦等。 (2)熔點(diǎn)金屬從固體狀態(tài)向液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)

4、的溫度稱為熔點(diǎn)。熔點(diǎn)一般用攝氏溫度（）表示。各種金屬都有 其固定熔點(diǎn)。如鉛的熔點(diǎn)為323 ，鋼的熔點(diǎn)為。熔點(diǎn)對于冶煉、鑄造、焊接和配制合 金等都很重要。 熔點(diǎn)低于 的金屬稱為低熔點(diǎn)金屬，熔點(diǎn)在的金屬稱為中熔點(diǎn)金屬，熔點(diǎn) 高于的金屬稱為高熔點(diǎn)金屬。 (3)導(dǎo)熱性金屬材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。一般用熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）表示金屬材料導(dǎo)熱性能的優(yōu)劣。 熱導(dǎo)率大的金屬材料的導(dǎo)熱性好。在一般情況下，金屬材料的導(dǎo)熱性比非金屬材料好。金屬的導(dǎo)熱性 以銀為最好，銅、鋁次之。導(dǎo)熱性好的金屬散熱也好，可用來制造散熱器零件，如冰箱、空調(diào)的散熱片。 (4)熱膨脹性 金屬材料在受熱時(shí)體積會(huì)增大，冷卻時(shí)則收縮，這種現(xiàn)象稱

5、為熱膨脹性。各種金屬的熱膨脹性能不同。 在實(shí)際工作中有時(shí)必須考慮熱膨脹的影響。例如，一些精密測量工具就要選用膨脹系數(shù)較小的金屬材料來制造；鋪設(shè)鐵軌、架設(shè)橋梁、金屬工件加工過程中測量尺寸等都要考慮到熱膨脹的因素。 (5)導(dǎo)電性 金屬材料傳導(dǎo)電流的性能稱為導(dǎo)電性。但各種金屬材料的導(dǎo)電性各不相同，其中以銀為最好，銅、鋁次之，工業(yè)上用銅、鋁做導(dǎo)電的材料。導(dǎo)電性差的高電阻金屬材料，如鐵鉻合金、鎳鉻鋁、康銅和錳銅等用于制造儀表零件或電熱元件，如電爐絲。 (6)磁性 金屬導(dǎo)磁的性能稱為磁性。具有導(dǎo)磁能力的金屬材料都能被磁鐵吸引。鐵、鈷等為鐵磁性材料，錳、鉻、銅、鋅為無磁性或順磁性材料。但對某些金屬來說，磁性

6、也不是固定不變的，如鐵在以上就表現(xiàn)為沒有磁性或順磁性。 鐵磁性材料可用于制作變壓器、電機(jī)的鐵心和測量儀表零件等；無（順）磁性材料可用做要求避免磁場干擾的零件。2.化學(xué)性能 金屬材料的化學(xué)性能是指金屬在化學(xué)作用下所表現(xiàn)的性能。1耐腐蝕性金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕作用的能力，稱為耐腐蝕 性。常見的鋼鐵生銹，就是腐蝕現(xiàn)象。 2抗氧化性金屬材料抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。金屬材料在加熱時(shí)，氧化作用加速，如鋼材在鍛造、熱處理、焊接等加熱作業(yè)時(shí)，會(huì) 發(fā)生氧化和脫碳，造成材料的損耗和各種缺陷。因此，在加熱坯件或材料時(shí)，常在其 周圍形成一種還原氣體或保護(hù)氣體，以避免金屬材料的氧化。

7、3化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。金屬材料在高溫下的化學(xué) 穩(wěn)定性叫做熱穩(wěn)定性。用于制造在高溫下工作的零件的金屬材料，要有良好的熱穩(wěn)定性。 3.力學(xué)性能力學(xué)性能又稱為機(jī)械性能，是指材料在力作用下所顯示的性能，主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。(1)強(qiáng)度強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形（塑性變形）和斷裂的能力。常用的強(qiáng)度判據(jù)是屈服點(diǎn)（舊稱屈服強(qiáng)度、屈服極限）和抗拉強(qiáng)度。測定強(qiáng)度判據(jù)的方法是拉伸試驗(yàn)。拉伸曲線：拉伸力（f）和伸長量（l-lo）的關(guān)系曲線。材料受外力作用后，導(dǎo)致材料內(nèi)部之間產(chǎn)生的相互作用力稱為內(nèi)力，其大小和外力相等、方向相反。單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，用符號表

8、示。1）彈性極限試樣產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。式中fe 試樣產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大拉伸力，單位n。 ao試樣原始橫截面積，單位mm2oeeafmpa2）屈服點(diǎn)定義：是指試樣在試驗(yàn)過程中力不增加還能繼續(xù)伸長時(shí)的應(yīng)力。式中 fs 試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的拉伸力，單位n。ao試樣原始橫截面積，單位mm2條件屈服強(qiáng)度ossafmpaor0.2raf2 . 0mpa3）抗拉強(qiáng)度定義：是指試樣拉斷前所能承受的最大拉應(yīng)力。式中 fb 試樣拉斷前所能承受的最大拉伸力，單位n。ao試樣原始橫截面積，單位mm2屈強(qiáng)比（s/b）工程上用的材料，除要求有較高的抗拉強(qiáng)度，還希望有一定的屈強(qiáng)比（s/b）

9、 。屈強(qiáng)比越小，零件可靠性越高，使用中超載不會(huì)立即斷裂。但屈強(qiáng)比太小，則材料強(qiáng)度的有效利用率降低。obbafmpa2、塑性指斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力。塑性判據(jù)是斷后伸長率和斷面收縮率。1）斷后伸長率斷后伸長率是指試樣拉斷后的伸長與原始標(biāo)距的百分比。100%lllook2、塑性指斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力。塑性判據(jù)是斷后伸長率和斷面收縮率。2）斷后收縮率斷后收縮率是指試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。100%aaakko3、 硬度硬度是材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力它衡量材料軟硬的判據(jù)。 目前最常用的硬度試驗(yàn)法是布氏硬度試驗(yàn)法、洛

10、氏硬度試驗(yàn)法和維氏硬度試驗(yàn)法。1）布氏硬度壓afhbwhbs)(kgf/mm2式中a壓壓痕球形表面積，mm2 壓頭直徑，mm2 壓痕平均直徑，mm。）（22ddddfhbwhbs2)(kgf/mm2 (試驗(yàn)力f單位用kgf)（可從資源中心下載拉伸試驗(yàn)視頻資料演示）1）布氏硬度布氏硬度的表示方法： 140hbs101000030 500hbw57500一般在零件圖或工藝文件上標(biāo)柱材料要求的布氏硬度值時(shí)，不規(guī)定試驗(yàn)條件，只標(biāo)出要求的硬度范圍和硬度符號，例如200230hbs。hbs用于測試硬度值小于450的材料；hbw用于測量硬度值在450650范圍的材料。布氏硬度主要用來測定鑄鐵、有色金屬、以及

11、退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的鋼材的硬度，如半成品和原材料。2）洛氏硬度002. 0hchr式中，c為常數(shù)，壓頭是金剛石圓錐時(shí)，c100；壓頭為淬火鋼球時(shí),c130。2）洛氏硬度以淬火、低溫回火以淬火、低溫回火gcr15鋼為例，測量鋼為例，測量hrc值（從資源中心下載）值（從資源中心下載）2）洛氏硬度洛氏硬度無單位，需標(biāo)明硬度標(biāo)尺符號，在符號前面寫出硬度值，如60hrc、80hra、90hrb。洛氏硬度各標(biāo)尺之間沒有對應(yīng)關(guān)系，不能直接比較硬度值的高低。洛氏硬度試驗(yàn)操作簡單、迅速、壓痕小，主要用于測試熱處理后硬度較高的成品零件及較薄的工件，對于組織和硬度不均勻的材料，硬度值波動(dòng)較大，準(zhǔn)確性不如布氏硬度值

12、。3）維氏硬度2189. 0102. 0dfafhvokgf/mm2式中 f試驗(yàn)力，n ao壓痕面積，mm2 d壓痕對角線的算術(shù)平均值，mm。以淬火、低溫回火以淬火、低溫回火t8a鋼為例，測量鋼為例，測量hv值值（從資源中心下載相關(guān)視頻資料）（從資源中心下載相關(guān)視頻資料）3）維氏硬度維氏硬度值一般不標(biāo)單位，在符號hv前寫出硬度值。維氏硬度試驗(yàn)因試驗(yàn)力?。ǔＳ?9.03n），壓痕淺，輪廓清晰，數(shù)值準(zhǔn)確，試驗(yàn)力選擇范圍大（49.03980.7n），所以可測量從很軟到很硬材料的硬度，維氏硬度值之間能直接進(jìn)行比較。維氏硬度常用來測試薄片材料、金屬鍍層及零件表面硬化層的硬度，但試驗(yàn)麻煩，不宜用于成批生產(chǎn)的常規(guī)檢驗(yàn)。特別說明：各種硬度試驗(yàn)法測得的硬度值不能進(jìn)行直接比較，必須通過硬度換算表換算成一種硬度值后，方能比較硬度高低。4.韌性與疲勞強(qiáng)度1）韌性韌性是指金屬在斷裂前吸收變形能量的能力,可用來衡量金屬材料抵抗沖擊載荷能力。韌性的判據(jù)通過沖擊試驗(yàn)來測定。（注：可從資源中心下載相關(guān)視頻資料）40cr鋼沖擊吸收功測定試驗(yàn)鋼沖擊吸收功測定試驗(yàn)5.疲勞強(qiáng)度循環(huán)應(yīng)力：應(yīng)力的大小和方向隨時(shí)間作周期性的變化。零件在循環(huán)應(yīng)力作用下，常在遠(yuǎn)小于該材料的b，