機(jī)械基礎(chǔ)第一章課件

1、機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)重慶市江南職業(yè)學(xué)校機(jī)械系重慶市江南職業(yè)學(xué)校機(jī)械系緒論緒論 機(jī)器的組成機(jī)器的組成機(jī)械機(jī)械 是機(jī)構(gòu)和機(jī)器的總稱。是機(jī)構(gòu)和機(jī)器的總稱。單缸內(nèi)燃機(jī)單缸內(nèi)燃機(jī)一、機(jī)器與機(jī)構(gòu)一、機(jī)器與機(jī)構(gòu)機(jī)器機(jī)器 具有以下三個(gè)共同特征：具有以下三個(gè)共同特征：1.1.都是人為的實(shí)體組合。都是人為的實(shí)體組合。例如電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)變換能量例如電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)變換能量; ;起重運(yùn)輸機(jī)傳遞物料起重運(yùn)輸機(jī)傳遞物料, ,計(jì)算計(jì)算機(jī)變換傳遞信息機(jī)變換傳遞信息. .2.2.各部分（實(shí)體）之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。各部分（實(shí)體）之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3.3.能夠變換或傳遞能量能夠變換或傳遞能量, ,物料和信息物料和信息. .代替

2、或減輕人類勞動(dòng)代替或減輕人類勞動(dòng) 原動(dòng)部分原動(dòng)部分傳動(dòng)部分傳動(dòng)部分執(zhí)行部分執(zhí)行部分控制部分控制部分機(jī)機(jī)械械傳傳動(dòng)動(dòng)液液壓壓傳傳動(dòng)動(dòng)電電 傳傳 動(dòng)動(dòng)氣氣 壓壓 傳傳 動(dòng)動(dòng)傳遞動(dòng)力、扭矩傳遞動(dòng)力、扭矩改變運(yùn)動(dòng)參數(shù)改變運(yùn)動(dòng)參數(shù)及運(yùn)動(dòng)方式及運(yùn)動(dòng)方式螺螺旋旋齒齒輪輪蝸蝸桿桿帶帶鏈鏈離離合合器器機(jī)機(jī) 器器 的的 組組 成成機(jī)器的四個(gè)組成部分機(jī)器的四個(gè)組成部分1.1.原動(dòng)部分原動(dòng)部分: :機(jī)器工作的動(dòng)力源機(jī)器工作的動(dòng)力源4.4.控制部分控制部分: :控制機(jī)器的開動(dòng)和停止控制機(jī)器的開動(dòng)和停止, ,改變運(yùn)動(dòng)的速度改變運(yùn)動(dòng)的速度和方向等等和方向等等2.2.執(zhí)行部分（工作部分）執(zhí)行部分（工作部分）: :直接完成機(jī)器

3、預(yù)定功能的部分直接完成機(jī)器預(yù)定功能的部分3.3.傳動(dòng)部分傳動(dòng)部分: :機(jī)器中將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)機(jī)器中將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給工作部分的中間部分傳遞給工作部分的中間部分, ,大多為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)大多為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)大門示意圖電動(dòng)大門示意圖門柱減速器電動(dòng)機(jī)連桿機(jī)構(gòu)大門圍墻組成組成：電動(dòng)機(jī)（原動(dòng)機(jī)）：電動(dòng)機(jī)（原動(dòng)機(jī)） 減速器（傳動(dòng)系統(tǒng)）減速器（傳動(dòng)系統(tǒng)） 連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)ABCDABCD（工作執(zhí)行系統(tǒng)）（工作執(zhí)行系統(tǒng)） 電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)由構(gòu)件組合而成，各構(gòu)件之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由構(gòu)件組合而成，各構(gòu)件之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)常常見見的的機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)鏈傳動(dòng)機(jī)

4、構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)機(jī)械的各個(gè)部分都是由機(jī)構(gòu)組合而成這種內(nèi)燃機(jī)可視為下列三種機(jī)構(gòu)的組合這種內(nèi)燃機(jī)可視為下列三種機(jī)構(gòu)的組合: 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由活塞曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由活塞4、連桿、連桿3、曲軸曲軸2和機(jī)架和機(jī)架1構(gòu)成，作用是將活塞的往構(gòu)成，作用是將活塞的往復(fù)移動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)移動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng);齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由齒輪齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由齒輪9、10和機(jī)架和機(jī)架1構(gòu)成，作用是改變轉(zhuǎn)速的大小和轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)成，作用是改變轉(zhuǎn)速的大小和轉(zhuǎn)動(dòng)的方向方向;凸輪機(jī)構(gòu)，由凸輪凸輪機(jī)構(gòu)，由凸輪8、推桿、推桿7和機(jī)架和機(jī)架1構(gòu)成，作用是將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?gòu)成，作用是將

5、凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U有規(guī)律的間歇往復(fù)移動(dòng)。推桿有規(guī)律的間歇往復(fù)移動(dòng)。二、構(gòu)件與零件二、構(gòu)件與零件構(gòu)件構(gòu)件組成機(jī)械的各個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件組成機(jī)械的各個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件, ,是機(jī)械的是機(jī)械的運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)單元. .如汽車的輪子如汽車的輪子, ,車床的主軸車床的主軸. .n專用零件專用零件: :只在某些機(jī)器中使用只在某些機(jī)器中使用. .如氣輪機(jī)中的葉片如氣輪機(jī)中的葉片. .起重機(jī)的吊鉤起重機(jī)的吊鉤. .n通用零件通用零件: :機(jī)器中普遍使用的零件機(jī)器中普遍使用的零件, ,如齒輪如齒輪, ,軸軸. .螺釘螺釘零件零件機(jī)械的機(jī)械的制造單元制造單元. .n如螺釘如螺釘, ,螺母螺母, ,軸等軸等可能是由一個(gè)

6、零件構(gòu)成，可能是由一個(gè)零件構(gòu)成，但通常是由若干個(gè)零件剛性聯(lián)接而成。但通常是由若干個(gè)零件剛性聯(lián)接而成。由若干零件組成的構(gòu)件由若干零件組成的構(gòu)件連桿連桿12341-連桿體連桿體2-螺栓螺栓3-螺母螺母4-連桿蓋連桿蓋機(jī)械的各個(gè)部分都是由機(jī)構(gòu)組合而成機(jī)械的各個(gè)部分都是由機(jī)構(gòu)組合而成 機(jī)構(gòu)由若干個(gè)構(gòu)件通過機(jī)構(gòu)由若干個(gè)構(gòu)件通過動(dòng)聯(lián)結(jié)動(dòng)聯(lián)結(jié)組合而成組合而成機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)具有機(jī)器的具有機(jī)器的 1、2 特征。特征。(1)(1)它們都是人為實(shí)體它們都是人為實(shí)體( (構(gòu)件構(gòu)件) )的組合的組合 (2)(2)各個(gè)運(yùn)動(dòng)實(shí)體之間具有確定的相各個(gè)運(yùn)動(dòng)實(shí)體之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件由若干個(gè)零件通過構(gòu)件由若干個(gè)零件通過靜

7、聯(lián)結(jié)靜聯(lián)結(jié)組裝而成組裝而成機(jī)器與機(jī)構(gòu)的區(qū)別在于：機(jī)器能完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)機(jī)器與機(jī)構(gòu)的區(qū)別在于：機(jī)器能完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能，而機(jī)構(gòu)只是完成傳遞運(yùn)動(dòng)、力或改變運(yùn)動(dòng)形式的實(shí)體械能，而機(jī)構(gòu)只是完成傳遞運(yùn)動(dòng)、力或改變運(yùn)動(dòng)形式的實(shí)體組合。組合。一、金屬材料一、金屬材料 二、熱處理二、熱處理三、非金屬材料三、非金屬材料四、材料的選擇與應(yīng)用四、材料的選擇與應(yīng)用 第一章第一章主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、一、1 1、金屬材料的地位、金屬材料的地位1 1）. .材料材料發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步有著密切關(guān)系發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步有著密切關(guān)系, ,它是衡量它是衡量人人 類類社會(huì)文明程度社會(huì)文明程度的標(biāo)志之一，金屬材料是現(xiàn)代的標(biāo)志之

8、一，金屬材料是現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)。文明的基礎(chǔ)。 石器時(shí)代石器時(shí)代青銅器時(shí)代青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代 2 2）. .目前，人類還處在金屬器時(shí)期。雖然無(wú)機(jī)非金目前，人類還處在金屬器時(shí)期。雖然無(wú)機(jī)非金 屬材料、高分子材料的使用量與日俱增，但在可屬材料、高分子材料的使用量與日俱增，但在可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，仍不會(huì)改變這種狀況。預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，仍不會(huì)改變這種狀況。2 2、金屬材料的分類、金屬材料的分類黑色黑色 金屬金屬有色有色 金屬金屬金金屬屬材材料料鑄鐵鑄鐵 鋼鋼 工程構(gòu)件用鋼工程構(gòu)件用鋼機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼 工具鋼工具鋼 特殊性能用鋼特殊性能用鋼(不銹鋼及耐熱鋼不銹鋼及耐熱鋼)輕金屬輕金屬( (鋁鋁, ,

9、鎂鎂, ,鈦鈦) ) 重金屬重金屬(銅銅,鋅鋅,鉛鉛,鎳鎳) 貴重金屬貴重金屬(金金,銀銀)稀有金屬稀有金屬(鎢鉬釩鈮鈷鎢鉬釩鈮鈷) 放射金屬放射金屬(鐳鈾釷鐳鈾釷)結(jié)構(gòu)金屬材料結(jié)構(gòu)金屬材料 功能金屬材料功能金屬材料機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 3鑄鐵 （1）.鑄鐵分類與性能 類別性能說明應(yīng)用說明灰 口鑄 鐵含碳量較高（2.7%4.0%），碳主要以片狀石墨形態(tài)存在，斷口呈灰色，簡(jiǎn)稱灰鐵。熔點(diǎn)低（11451250），凝固時(shí)收縮量小，抗壓強(qiáng)度和硬度接近碳素鋼，減震性好。用于制造機(jī)床床身、汽缸、箱體等結(jié)構(gòu)件。一般箱體類零件都用灰鑄鐵白 口鑄 鐵碳、硅含量較低，碳主要以滲碳體形態(tài)存在，斷口呈銀白色。凝

10、固時(shí)收縮大，易產(chǎn)生縮孔、裂紋。硬度高，脆性大，不能承受沖擊載荷。多用作可鍛鑄鐵的坯件和制作耐磨損的零部件。一般軋輥可用白口鑄鐵加工可 鍛鑄 鐵由白口鑄鐵退火處理后獲得，石墨呈團(tuán)絮狀分布，簡(jiǎn)稱韌鐵。其組織性能均勻，耐磨損，有良好的塑性和韌性。用于制造形狀復(fù)雜、能承受強(qiáng)動(dòng)載荷的零件。中低壓的閥門多用可鍛鑄鐵加工球 墨鑄 鐵將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)球化處理后獲得，析出的石墨呈球狀，簡(jiǎn)稱球鐵。比普通灰口鑄鐵有較高強(qiáng)度、較好韌性和塑性。用于制造內(nèi)燃機(jī)、汽車零部件及農(nóng)機(jī)具等。曲軸可用球幕鑄鐵加工機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 （2）.鑄鐵牌號(hào)組成部分表示內(nèi)容補(bǔ)充說明應(yīng)用舉例第一類型由代號(hào)和表示力學(xué)性能特征值的阿拉伯

11、數(shù)字組成主要代號(hào)有：灰口鑄鐵為HT、白口鑄鐵為BT、可鍛鑄鐵為KT、球墨鑄鐵為QT、蠕墨鑄鐵RuT。表示力學(xué)特性的數(shù)字是用拉伸強(qiáng)度值。表示合金元素含量是用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。例1：HT200該牌號(hào)表示最低抗拉強(qiáng)度為200MPa的灰口鑄鐵。例2：QT40015該牌號(hào)表示最低抗拉強(qiáng)度為400MPa，延伸率為15%的球墨鑄鐵。第二類型 由代號(hào)和主要合金元素的元素符號(hào)及名義百分含量組成第三類型 由代號(hào)和主要合金元素的元素符號(hào)及名義百分含量和和表示力學(xué)性能特征值的阿拉伯?dāng)?shù)字組成。機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 （3）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

12、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)用案例有色金屬應(yīng)用案例機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 鋁和鋁合金 純鋁的密度?。?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?？垢g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(lái)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

13、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。機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 鋁和鋁合金系列牌號(hào)性能簡(jiǎn)介應(yīng)用舉例1000純鋁1060導(dǎo)電性能很好，適用作為金屬導(dǎo)線。純鋁導(dǎo)線1085、1080成形性、表面處理性良好，在鋁合金中其耐蝕性最佳。適用于化學(xué)工業(yè)容器、散熱片、溶接線、導(dǎo)電材?；と萜?100、1200導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性很好。適用于散熱片、瓶蓋、印刷板、建材、熱交換器組件換熱器機(jī)

14、械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社4、 鋁和鋁合金2000銅為主要合金元素2011快削合金，切削性好強(qiáng)度也高。但耐蝕性不佳。適用于光學(xué)組件、螺絲頭。瞄準(zhǔn)鏡2014 、2017、 2024含有多量的Cu，耐蝕性不佳，但強(qiáng)度高，可作為構(gòu)造用材使用，鍛造品亦可適用，航空器、齒輪、油、壓組件、輪軸。航空箱2025鍛造用合金。鍛造性良好且強(qiáng)度高，但耐蝕性不佳。 適用航空器引擎、油壓組件。引擎機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 鋁和鋁合金3000錳為主要合金元素3003 、3203強(qiáng)度比1100約高10%，成形性、溶接性、耐蝕性均良好。一般器物、散熱片、化妝板、影印機(jī)滾筒、船舶用材CPU散熱片3004 、3104強(qiáng)度比

15、3003高，成形性優(yōu)越，耐蝕性也良好。鋁罐、燈炮蓋頭、屋頂板、彩色鋁板百事可樂瓶4000硅為主要合金元素4032耐熱性、耐摩秏性良好，熱膨脹系數(shù)小?；钊⑵最^。活塞4043凝固收縮少，用硫酸陽(yáng)極氧化處理呈灰色之自然發(fā)色。溶接線、建筑嵌板。建筑嵌板機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 鋁和鋁合金5000鎂為主要合金元素5005強(qiáng)度與3003相同，加工性、溶接性、耐蝕性良好，陽(yáng)極氧化后之修飾加工良好，與6063形材顏色相稱。建筑用內(nèi)外裝、車輛之內(nèi)裝、船舶之內(nèi)裝。鋁合金電動(dòng)門5052為中程度強(qiáng)度之最具代表性合金，耐蝕性、溶接性及成形性良好，特別是疲勞強(qiáng)度高，耐海水性佳。一般鈑金、船舶、車輛、建筑、瓶蓋、蜂

16、巢板。蜂巢板5454強(qiáng)度比5052約高20%，其特性與5154大致相同，但在惡烈環(huán)境下之耐蝕性比5154良好。汽車用車輪。車輪機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 鋁和鋁合金6000硅和鎂為主要合金元素6061熱處理型之耐蝕性合金。用T6處理能有非常高的耐力值，但溶接接口之強(qiáng)度低，因此使用于螺釘、鉸釘船舶、車輛、陸上構(gòu)造物。自行車車架6063代表性的擠出用合金，強(qiáng)度比6061低，擠出性良好，可作復(fù)雜的斷面形狀之形材，耐蝕性及表面處理性均佳建筑、公路護(hù)欄、高欄、車輛、家具、裝飾品。鋁合金窗6151鍛造加工性特別好，耐蝕性及表面處理性亦佳，適用于復(fù)雜的鍛造品。機(jī)械、汽車組件。 機(jī)油泵機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)

17、出版社 鋁和鋁合金7000鋅為主要合金元素7072電極電位低，主要用于防蝕性覆蓋皮材，亦適用于熱交換器之散熱片。鋁合金合板材之皮材，散熱片。電飯鍋外殼7075鋁合金中具有最高強(qiáng)度的合金之一，但耐蝕性不佳，與7072之覆蓋皮材可改善其耐蝕性，耐蝕性也非常良好。車輛、其他陸上構(gòu)造物、航空器自行車牙盤機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 5、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。純銅呈紫紅色紫紅色又稱紫銅。純銅密度為又稱紫銅。純銅密度為8.968.96熔點(diǎn)為熔點(diǎn)為10831083具有優(yōu)良的具有優(yōu)良的導(dǎo)導(dǎo)電性電性導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性

18、延展性和耐蝕性延展性和耐蝕性。主要用于制作發(fā)電機(jī)。主要用于制作發(fā)電機(jī)母線母線電纜電纜開關(guān)裝置開關(guān)裝置變壓器等電工器材和熱交換器變壓器等電工器材和熱交換器管道管道太陽(yáng)能加熱裝置太陽(yáng)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的平板集熱器等導(dǎo)熱器材。常用的銅合金分為黃銅青銅青銅白銅三大白銅三大類，如表類，如表2-122-12。表表2-12 銅合金性能分類介紹銅合金性能分類介紹類別性能說明應(yīng)用說明黃銅以鋅作主要添加元素的銅合金具有美觀的黃色統(tǒng)稱黃銅。銅鋅二元合金稱普通黃銅或稱簡(jiǎn)單黃銅。三元以上的黃銅稱特殊黃銅或稱復(fù)雜黃銅。為了改善普通黃銅的性能，常添加其他元素，如鋁、鎳、錳、錫硅鉛等。鋁能

19、提高黃銅的強(qiáng)度、硬度和耐蝕性但使塑性降低，適合作海輪冷凝管及其他耐蝕零件。錫能提高黃銅的強(qiáng)度和對(duì)海水的耐腐性，故稱海軍黃銅用作船舶熱工設(shè)備和螺旋槳等。鉛能改善黃銅的切削性能，常用作鐘表零件。黃銅鑄件常用來(lái)制作閥門和管道配件等。炮彈外殼炮彈外殼機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 銅和銅合金機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 6、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

20、。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。常用鋼鐵型材常用鋼鐵型材機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社）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： a 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。 b）殘余元素除錳、鎳外都降低鋼的沖擊韌性，增加冷脆性。 c）除硫和氧降低強(qiáng)度外

21、，其他雜質(zhì)元素均在不同程度上提高鋼的強(qiáng)度。 d）幾乎所有的雜質(zhì)元素都能降低鋼的塑性和焊接性。 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào) 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 221-2008，碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)分為四個(gè)部分組成部分表示內(nèi)容補(bǔ)充說明舉例說明第一部分 Q+強(qiáng)度值字母Q表示“屈服”，其后的強(qiáng)度值為材料的屈服極限。例：Q235-AF該牌號(hào)表示屈服強(qiáng)度為235MPa的A級(jí)優(yōu)質(zhì)沸騰鋼。第二部分（必要時(shí)）鋼的質(zhì)量等級(jí)從優(yōu)到劣用英文字母A、B、C、D、E、F表示。第三部分（必要時(shí)）脫氧方式沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼分別用F、b、Z、TZ表示。第四部分（必要時(shí)）產(chǎn)品用途、特性和工藝方法例如壓力容器用

22、鋼的符號(hào)為R、橋梁用鋼為“Q”、保證淬透性鋼為“H”。機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 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。 低碳鋼應(yīng)用案例低碳鋼應(yīng)用案例中碳鋼應(yīng)用案例中碳鋼應(yīng)用案例高碳鋼應(yīng)用案例高碳鋼應(yīng)用案例機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 （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 組成部分表示內(nèi)容補(bǔ)充說明應(yīng)用舉例第一部分表示含碳量數(shù)字以萬(wàn)分之幾計(jì)表示鋼材的平均含碳量。例1：45該牌號(hào)表示含

23、碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。例2：60 Mn該牌號(hào)表示含碳量為0.60%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，另外含有錳元素。第二部分（必要時(shí)）表示錳元素含量較高含錳元素的，加標(biāo)錳元素符號(hào)“Mn”。第三部分（必要時(shí)）鋼材冶金質(zhì)量高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼分別用“A”、“E”表示。第四部分（必要時(shí)）脫氧方式沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼分別F、b、Z、TZ表示。第五部分（必要時(shí)）產(chǎn)品用途、特性和工藝方法例如壓力容器用鋼的符號(hào)為R、橋梁用鋼為“Q”、保證淬透性鋼為“H”。機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 3.合金結(jié)構(gòu)鋼 （）碳素合金鋼性能 在普通碳素鋼基礎(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。根據(jù)添加元

24、素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに?，可獲得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無(wú)磁性等特殊性能。 合金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。機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 （2）合金工具鋼牌號(hào) 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T221-2008，合金結(jié)構(gòu)

25、鋼牌號(hào)分為四個(gè)部分： 組成部分表示內(nèi)容補(bǔ)充說明應(yīng)用舉例第一部分表示含碳量的數(shù)字以萬(wàn)分之幾計(jì)表示鋼材的平均含碳量。例1：60 Si 2 Mn該牌號(hào)表示平均碳含量為0.6%，含有2%硅，含有不超過1.5%錳的合金結(jié)構(gòu)鋼。 例2：G Cr 15 Si Mn 該牌號(hào)表示含15%鉻，含有不超過1.5%硅和錳的滾動(dòng)軸承鋼。第二部分合金元素及含量合金元素含量用元素符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，具體表達(dá)方法為：平均含量小于1.50%，僅標(biāo)出元素符號(hào) ， 不 標(biāo) 含 量 ； 平 均 含 量 為1.50%2.49%、2.50%3.49%、3.50%4.49%、4.50%5.49%時(shí)，在相應(yīng)元素符號(hào)后標(biāo)出2、3、4、5第三

26、部分（必要時(shí)）鋼材冶金質(zhì)量高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼分別用“A”、“E”表示。第四部分（必要時(shí)）脫氧方式沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼分別F、b、Z、TZ表示。機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 4.合金工具鋼（1）合金工具鋼分類與性能 類別性能說明應(yīng)用說明刃具鋼刃具在工作條件下產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損并發(fā)熱，還有震動(dòng)和承受一定的沖擊負(fù)荷。刃具用鋼應(yīng)具有高的硬度、耐磨性、紅硬性和良好的韌性。為了保證其具有高的硬度，滿足形成合金碳化物的需要，鋼中碳含量一般在0.81.45。盤形銑刀模具鋼模具大致可分為冷作模具、熱作模具和塑料模具三類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具

27、用鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。沖壓模具量具鋼量具應(yīng)具有良好的尺寸穩(wěn)定性、高耐磨性、高硬度和一定的韌性。因此量具用鋼應(yīng)具有硬度高、組織穩(wěn)定、耐磨性好，以及良好的研磨和加工性能、熱處理變形小、膨脹系數(shù)小和耐蝕性好。常用的鋼類有鉻鋼、鉻鎢錳鋼、錳釩鋼等。螺紋通規(guī)機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 合金工具鋼（2）合金工具鋼牌號(hào) 組成部分表示內(nèi)容補(bǔ)充說明應(yīng)用舉例第一部分表示含碳量的數(shù)字平均碳含量小于1.00%時(shí)，采用一位數(shù)字表示碳含量（以千分之幾計(jì)）。平均碳含量不小于1.00%時(shí)，不表明含碳量數(shù)字；例：5 Cr Mn Mo 該

28、牌號(hào)表示平均含碳量為0.5%，含有不超過1.5%鉻、錳、鉬元素的合金工具鋼。第二部分合金元素及含量合金元素含量用元素符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，具體表達(dá)方法為：平均含量小于1.50%，僅標(biāo)出元素符號(hào)，不標(biāo) 含 量 ； 平 均 含 量 為1.50%2.49%、2.50%3.49%、3 . 5 0 % 4 . 4 9 % 、4.50%5.49%時(shí)，在相應(yīng)元素符號(hào)后標(biāo)出2、3、4、5機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社第二節(jié) 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

29、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。機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社2.1 金屬材料的熱處理及應(yīng)用2.4.1 金屬材料整體熱處理 金屬熱處理工

30、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)備常用熱處理設(shè)備機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社2.4 金屬材料的熱處理及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社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，而芯部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火的方法。表面淬火時(shí)通過快速加熱，使鋼件

31、表面很快到淬火的溫度，在熱量來(lái)不及穿到工件芯部就立即冷卻，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，而芯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。 常用表面熱處理常用表面熱處理機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社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

32、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。 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社第三節(jié) 常用非金屬材料2.3.1 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(lái)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

33、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，進(jìn)入天然高分子化學(xué)改性階段，出現(xiàn)半合成高分子材料。1907年出現(xiàn)合成高分子酚醛樹脂，標(biāo)志著人類應(yīng)用合成高分子材料的開始?，F(xiàn)代，高分子材料已與金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料相同，成為科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要材料。機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 常用非金屬材料 1. 常用塑料材料常用塑料材料機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 常用非金屬材料機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 常用非金屬材料機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 常用非金屬材料 2. 常用橡膠材料常用橡膠材料機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社常用非金屬材料機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出

34、版社 常用非金屬材料2.5.2 陶瓷材料 陶瓷材料是用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無(wú)機(jī)非金屬材料。它具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)?？捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料、刀具材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。 陶瓷材料分為普通陶瓷材料和特種陶瓷材料兩大類。機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 常用非金屬材料機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 常用非金屬材料機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 常用非金屬材料2.5.3 復(fù)合材料 復(fù)合材料由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組

35、成材料而滿足各種不同的要求。 復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。 復(fù)合材料中以纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用最廣、用量最大。其特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度和比模量大。例如碳纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合的材料，其比強(qiáng)度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍，還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤(rùn)滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹脂復(fù)合可得到膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 常用非金屬材料機(jī)械工業(yè)出版

36、社機(jī)械工業(yè)出版社 常用非金屬材料 第四節(jié)第四節(jié) 材料的選用材料的選用 一、選用材料的一般原則一、選用材料的一般原則 在機(jī)械的設(shè)計(jì)制造中在機(jī)械的設(shè)計(jì)制造中合理地選擇材料合理地選擇材料，安排材料的熱處安排材料的熱處理工藝?yán)砉に囀且豁?xiàng)重要而復(fù)雜的工作。選材的質(zhì)量不僅影響到零件的是一項(xiàng)重要而復(fù)雜的工作。選材的質(zhì)量不僅影響到零件的使用性能使用性能與與壽命壽命，而且合理地選材（即選有良好的而且合理地選材（即選有良好的工藝性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性的材料）還會(huì)的材料）還會(huì)降低零件生產(chǎn)成本，提高零件的生產(chǎn)效率降低零件生產(chǎn)成本，提高零件的生產(chǎn)效率。 常用工程材料的分類及特點(diǎn)： 常用材料主要為：金屬，有機(jī)合成高分子材料， 陶瓷三 類 。 它們的特點(diǎn)： 金屬： 綜合機(jī)械性能好，強(qiáng)度高、韌性好、抗疲勞、工藝性好， 常用來(lái)制作重要的機(jī)械零件，工程構(gòu)件等。是機(jī)械工程 中最主要、最成熟的結(jié)構(gòu)材料。 有機(jī)合成高分子材料： 硬度，E，疲勞抗力及韌性都比金屬低；但減震性好， 低比重，小摩擦系數(shù)，高彈性變形。適用于制造受力小 的輕型零件、減震零件及密封零件。 陶瓷：硬而脆、耐高溫、耐蝕。常用于制造耐熱，耐蝕、耐磨 的 零件或刀具。 機(jī)械設(shè)計(jì)中什么時(shí)候要考慮選材問題機(jī)械設(shè)計(jì)中什么時(shí)候要考慮選材問題 新產(chǎn)品設(shè)計(jì)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，或?qū)υ挟a(chǎn)品進(jìn)行改變?cè)牧?、，或?qū)υ挟a(chǎn)品進(jìn)行改變?cè)牧稀?改變工藝的改變工藝的