第一章機械工程材料

1、中等職業(yè)教育課程改革國家規(guī)劃新教材PPT機械基礎(chǔ)機械基礎(chǔ)人民郵電出版社人民郵電出版社第一章第一章 機械工程材料機械工程材料材料的力學性能材料的力學性能一一黑色金屬材料黑色金屬材料二二三三 四四n第一節(jié) 材料的力學性能1了解材料常用的力學性能指標2熟悉材料力學性能指標在金屬材料選擇中的應(yīng)用 材料的力學性能是指材料在外力（載荷）作用下所表現(xiàn)出的特性。一、彈性和塑性一、彈性和塑性 材料受外力作用時會產(chǎn)生變形，當外力去掉后能恢復(fù)其原來形狀的性能，稱為彈性。隨著外力的消失而消失的變形稱為彈性變形。 材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不致引起破壞的性能，稱為塑性。外力消失后留下來的這部分不可恢復(fù)的變形稱為塑

2、性變形。塑性的度量指標有斷后伸長率A 和斷面收縮率Z。A 和Z 的數(shù)值越大，表明材料的塑性越好。二、強度二、強度材料在力的作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強度。三、硬度三、硬度 硬度是反映材料局部體積內(nèi)抵抗另一更硬物體壓入的能力。工程上硬度常用的指標有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、維氏硬度（HV）等。 金屬材料的硬度越高，則材料的耐磨性越好。四、韌性四、韌性 材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力稱為韌性。 沖擊韌度越大，材料的抗沖擊能力越強。五、疲勞五、疲勞 疲勞是指材料在低于屈服強度ReL 的交變應(yīng)力長時間的作用下發(fā)生裂紋或斷裂的過程。 在同樣的交變應(yīng)力作用下，疲勞極限大的材料壽

3、命長。一、低碳鋼拉伸一、低碳鋼拉伸1彈性變形階段2屈服階段3均勻塑性變形階段4縮頸階段二、二、* 鑄鐵拉伸鑄鐵拉伸 鑄鐵等脆性材料在斷裂前無明顯塑性變形，拉伸曲線上無屈服現(xiàn)象，而且也不產(chǎn)生“縮頸”，這種斷裂稱為脆性斷裂。鑄鐵拉伸曲線圖如圖1-1-7 所示。一、一、* 低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗第一步 試驗準備第二步 試樣拉伸 第三步 數(shù)據(jù)處理二、二、* 低碳鋼、鑄鐵壓縮試驗低碳鋼、鑄鐵壓縮試驗第一步 試驗準備第二步 試樣壓縮第三步 數(shù)據(jù)處理 第二節(jié) 黑色金屬材料v1理解常用碳素鋼的分類、牌號、性能和應(yīng)用v2了解合金鋼和鑄鐵的分類、牌號、性能和應(yīng)用v3熟悉常用機械工程材料的選用原則

4、以鐵或者以鐵為主形成的物質(zhì)，稱為黑色金屬。一、碳素鋼一、碳素鋼 碳素鋼又稱碳鋼，是含碳量（Wc）小于2.11% 的鐵碳合金。 含碳量對鋼的力學性能影響較大，當Wc 0. 9% 時，隨著含碳量的增加，鋼的強度和硬度逐漸增加，塑性和韌性逐漸降低；當Wc 0. 9% 時，隨含碳量的繼續(xù)增加，硬度仍然增加，但強度開始明顯下降，塑性、韌性繼續(xù)降低。1碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號由屈服點漢語拼音字母字首Q加屈服點數(shù)值表示。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量的萬分數(shù)。 鑄鋼牌號用“鑄”和“鋼”兩字漢語拼音字母字首“ZG”后加兩組數(shù)字表示，第一組數(shù)字表示屈服點的最低值

5、，第二組數(shù)字表示抗拉強度的最低值。2碳素工具鋼碳素工具鋼 碳素工具鋼的牌號用“碳”字漢語拼音字母字首“T”加上數(shù)字表示。二、合金鋼二、合金鋼在碳鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素得到合金鋼。1合金結(jié)構(gòu)鋼2合金工具鋼3特殊性能鋼4合金鋼牌號表示方法合金鋼牌號表示方法 合金鋼的牌號是由含碳量數(shù)字、合金元素符號及合金元素含量數(shù)字組成的。（1）含碳量數(shù)字。）含碳量數(shù)字。 當含碳量數(shù)字為兩位數(shù)時，表示鋼中平均含碳量的萬分數(shù)；當含碳量數(shù)字為一位數(shù)時，表示鋼中平均含碳量的千分數(shù)；當含碳量超過1% 時則不標出。（2）合金元素含量數(shù)字。）合金元素含量數(shù)字。 合金元素含量數(shù)字表示該合金元素平均含量的百分數(shù)。當合金元素平均含量

6、小于1.5% 時不標數(shù)字。 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同，例如Q345。 軸承鋼的牌號是由 “滾”字的漢語拼音字首“G”后附元素符號“Cr” 、Cr 元素平均 含量的千分數(shù)及其他元素符號表示。三、鑄鐵三、鑄鐵 鑄鐵是含碳量大于2.11% 的鐵碳合金。 碳在鑄鐵中的存在形式有滲碳體和石墨兩種 灰口鑄鐵中根據(jù)石墨形態(tài)不同，又分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵，石墨的形狀分別為片狀、球狀、團絮狀以及蠕蟲狀。 灰鑄鐵的牌號是由“灰鐵”兩字漢語拼音字首“HT”后附最小抗拉強度值（MPa）表示。 球墨鑄鐵的牌號是由“球鐵”兩字漢語拼音字首“QT”后附最低抗拉強度值（MPa）和最低

7、斷后伸長率的百分數(shù)表示。 蠕墨鑄鐵的牌號是由“蠕鐵”兩字漢語拼音字首“RuT”后附最低抗拉強度值（MPa）表示。 可鍛鑄鐵的牌號是由“可鐵黑”三字漢語拼音字首“KTH”或“可鐵珠”三字漢語拼音字首“KTZ”后附最低抗拉強度值（MPa）和最低斷后伸長率表示。一、機械工程材料的選用原則一、機械工程材料的選用原則1適用性原則適用性原則 適用性原則是指所選擇的材料必須適應(yīng)工作狀況，并能達到令人滿意的使用要求。2工藝性原則工藝性原則 工藝性原則是指選材時要考慮材料加工工藝性，優(yōu)先選擇加工工藝性好的材料，降低材料的制造難度和制造成本。3經(jīng)濟性原則經(jīng)濟性原則 在滿足適用性和工藝性原則的前提下，選用的材料要盡

8、量使原材料與工藝成本最低、經(jīng)濟效益最好，即獲得高的性價比。二、非標準結(jié)構(gòu)件材料的選擇方法二、非標準結(jié)構(gòu)件材料的選擇方法體驗體驗CA6140 車床掛輪材料的選取過程車床掛輪材料的選取過程第一步 仔細觀察第二步 失效分析，提出材料應(yīng)具備的力學性能第三步 提供可選材料第四步 確定掛輪材料第三節(jié) 鋼的熱處理v1* 了解簡化的Fe-Fe3C 狀態(tài)圖v2了解鋼的熱處理的目的、分類和應(yīng)用一、一、* 鐵碳合金狀態(tài)簡圖鐵碳合金狀態(tài)簡圖 鐵碳合金狀態(tài)圖（相圖）是在極緩慢冷卻（或加熱）情況下，不同成分的鐵碳合金在不同溫度時所具有的組織或狀態(tài)的簡明圖形。二、熱處理二、熱處理 熱處理是指在固態(tài)下進行加熱、保溫和冷卻，以

9、改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需性能的一種工藝方法。1熱處理分類熱處理分類2常用整體熱處理工藝常用整體熱處理工藝 退火是將工件加熱到適當溫度，保持一段時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷）的熱處理工藝。（1）完全退火）完全退火（2）球化退火）球化退火（3）去應(yīng)力退火）去應(yīng)力退火 正火是將工件加熱使組織完全奧氏體化后，經(jīng)保溫，在空氣中冷卻的熱處理工藝。 正火和退火同屬于預(yù)備熱處理工藝，差別在于冷卻方式的不同。 淬火是將工件加熱到AC3 或AC1 點以上某一溫度，保持一定時間，在淬火介質(zhì)中冷卻的熱處理工藝。淬火的主要目的就是為了得到高硬度、高強度的室溫組織。 常用的淬火冷卻介質(zhì)有水、水溶性的鹽類和堿類、礦物

10、油等。 回火是將工件淬硬后重新加熱到AC1 以下的某一溫度，保持一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。 淬火鋼在不同溫度回火時，可獲得不同的組織和性能，其變化規(guī)律是：隨著回火溫度的升高，鋼的強度、硬度下降，塑性、韌性提高。3表面熱處理表面熱處理 表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對其表面進行熱處理的工藝。4化學熱處理化學熱處理 化學熱處理是將零件放入化學介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入零件表層中，從而改變表層化學成分、組織和性能的工藝方法。 滲碳是為提高工件表層的含碳量，將工件在滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使碳原子滲入的化學熱處理工藝。 滲氮是在一定溫度下，在一定介質(zhì)（氨氣）中使氮原

11、子滲入工件表層的化學熱處理工藝。制定制定CA6140 車床掛輪的熱處理工藝流程車床掛輪的熱處理工藝流程第一步 列出可選預(yù)備熱處理方式第二步 確定預(yù)備熱處理方式第三步 列出可選最終熱處理方式第四步 確定最終熱處理方式第四節(jié) 有色金屬材料和非金屬材料v1了解常用有色金屬材料的分類、牌號、性能和應(yīng)用v2* 了解工程塑料和復(fù)合材料的特性、分類和應(yīng)用v3* 了解其他新型工程材料的應(yīng)用一、有色金屬一、有色金屬有色金屬是除鐵及其合金以外的非鐵金屬及合金的統(tǒng)稱，也稱非鐵金屬。常用有色金屬包括： 1、銅及銅合金 2、鋁及鋁合金 3、鈦及鈦合金 4、軸承合金1 1銅及銅合金銅及銅合金純銅的代號用“銅”字漢語拼音字母字首“T”加順序號表示。白銅牌號的表示方法白銅牌號的表示方法 B Mn3 - 12B Mn3 - 12白銅白銅含錳元素含錳元素3含鎳為含鎳為122鋁及鋁合金鋁及鋁合金 純鋁代號用“鋁”字漢語拼音字母字首“L”加順序號表示。 v3鈦鈦及及鈦鈦合合金金v 鈦鈦及及鈦鈦合合金金牌牌號號用用“T”加加表表示