機械基礎第3章課件

1、1 材料、能源、信息和生物工程已成為當代技術的四大支柱，而材料又是能源與信息發(fā)展的物質基礎。 本章主要介紹常用工程材料的一些基本知識。工程材料的基本知識23.1金屬材料學習目標掌握金屬材料的力學性能。理解鐵碳合金相圖的特點和特性線的含義。3.1.1金屬材料的力學性能3.1金屬材料（1）強度：指金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。試樣的拉伸3.1.1金屬材料的力學性能3.1金屬材料低碳鋼的拉伸曲線3.1.1金屬材料的力學性能3.1金屬材料（2）硬度：指金屬材料表面抵抗外部壓力的能力，分為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。布氏硬度測試原理3.1.1金屬材料的力學性能3.1金屬材料洛氏硬度測試原理

2、3.1.1金屬材料的力學性能3.1金屬材料維氏硬度測試原理3.1.1金屬材料的力學性能3.1金屬材料（3）塑性：指在外載荷作用下，金屬材料斷裂前產生永久性變形的能力。（4）沖擊韌性：指金屬材料抵抗動載荷沖擊的能力。3.1.1金屬材料才力學性能3.1金屬材料擺錘沖擊測試原理1擺錘2指針3試樣4支座3.1.1金屬材料的力學性能3.1金屬材料（5）疲勞強度：（又稱為疲勞極限）指金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不被破壞的最大應力。3.1.2金屬與合金的結構3.1金屬材料1.金屬的晶體結構晶體與晶體中原子的排列3.1.2金屬與合金的結構3.1金屬材料2.金屬的結晶（1）結晶的概念結晶 絕大多數金屬制件

3、都是經過熔化、冶煉和澆注而獲得的，這種由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程，稱為凝固。如果凝固的固態(tài)物質是晶體，則這種凝固又稱為結晶。3.1.2金屬與合金的結構3.1金屬材料（2）結晶過程晶核 液態(tài)金屬的結晶是在一定低溫下，從液體中首先形成一些微小而穩(wěn)定的小晶體，這種小晶體稱為晶核 。3.1.2金屬與合金的結構3.1金屬材料液態(tài)金屬結晶過程示意圖153.1.2金屬與合金的結構3.1金屬材料3.合金的晶體結構（1）合金的基本概念1）合金 是指由一種金屬元素與一種或幾種其他元素結合而形成的具有金屬特性的新物質。163.1.2金屬與合金的結構3.1金屬材料3）相 合金中具有相同的化學成分、相同的晶體結構、相同的物

4、理和化學性能，并與該系統(tǒng)的其他部分以界面分開的組成部分稱為相。2）組元 組成合金所必需的并能獨立存在的物質稱為組元。173.1.2金屬與合金的結構3.1金屬材料（2）合金的相結構1）固溶體 一種組元均勻地溶解在另一組元中而形成的晶體相，稱為固溶體。2）金屬化合物 合金組元間發(fā)生相互作用而形成一種具有金屬特性的物質稱為金屬化合物。183.1.2金屬與合金的結構3.1金屬材料置換固溶體與間隙固溶體示意圖193.1.3鐵碳合金3.1金屬材料1.鐵碳合金的基本組織（1）鐵素體（2）奧氏體（3）滲碳體（4）珠光體（5）萊氏體203.1.3鐵碳合金3.1金屬材料鐵素體奧氏體3.1.3鐵碳合金3.1金屬材料

5、滲碳體的晶格示意圖3.1.3鐵碳合金3.1金屬材料珠光體的顯微組織3.1.3鐵碳合金3.1金屬材料2.鐵碳合金相圖3.1.3鐵碳合金3.1金屬材料（1）鐵碳合金相圖的特性點（2）（3）鐵碳合金相圖的特性線鐵碳合金相圖的特性相區(qū)3.1.3鐵碳合金3.1金屬材料鐵碳合金相圖中幾個特性點的含義3.1.3鐵碳合金3.1金屬材料鐵碳合金相圖中幾條特性線的含義3.1.3鐵碳合金3.1金屬材料鐵碳合金相圖中幾個特性相區(qū)的含義3.2碳 鋼學習目標理解碳鋼的分類。掌握常用碳鋼的牌號、性能和用途。3.2碳 鋼3.2.1碳鋼的分類 1）按碳的質量分數分 2）按碳的質量分 3）按用途分低碳鋼（wC0.25%）中碳鋼（

6、0.25%wC0.6%）高碳鋼（wC0.6%）普通碳鋼（wS0.045，wP0.045)優(yōu)質碳鋼（wS0.035，wP0.035)高級優(yōu)質碳鋼（wS0.030，wP0.030)碳素結構鋼碳素工具鋼3.2碳 鋼3.2.2常用碳鋼的牌號、性能和用途12碳素結構鋼碳素工具鋼3.2碳 鋼常用碳素結構鋼的牌號、化學成分和用途3.2碳 鋼常用碳素結構鋼的牌號、化學成分和用途3.3合金鋼學習目標了解低合金高強度結構鋼。了解合金彈簧鋼。了解滾動軸承剛。了解合金工具鋼。3.3.1低合金高強度結構鋼3.3合金鋼3.3.1低合金高強度結構鋼3.3合金鋼常用低合金高強度結構鋼的牌號、化學成分、力學性能和用途3.3.2

7、合金彈簧鋼3.3合金鋼3.3.2合金彈簧鋼3.3合金鋼常用低合金彈簧鋼的牌號、化學成分、力學性能和用途3.3.3滾動軸承鋼3.3合金鋼3.3.3滾動軸承鋼3.3合金鋼常用滾動軸承剛的牌號、化學成分、力學性能和用途（2）模具鋼（3）量具鋼（1）刃具鋼3.3.4合金工具鋼3.3合金鋼3.4鑄 鐵學習目標了解灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的牌號和用途。3.4鑄 鐵3.3.4合金工具鋼鑄鐵中石墨的形態(tài)3.4鑄 鐵3.4.1灰鑄鐵 灰鑄鐵的牌號用“HT”加一組數字表示，數字表示最低抗拉強度。常用的灰鑄鐵牌號為HT150和HT200?；诣T鐵中碳的質量分數為2.74.0，碳主要以片狀石墨形態(tài)存在，斷口

8、呈灰色，簡稱為灰鐵；熔點低（1 1451 250 ），凝固量小，抗壓強度和硬度接近碳鋼，減振性好；用于制造機床床身、汽缸、箱體等結構件。 3.4鑄 鐵3.4.1灰鑄鐵灰鑄鐵常用的熱處理工藝（1）消除內應力退火（2）消除白口組織退火（3）表面淬火3.4鑄 鐵3.4.2球墨鑄鐵 球墨鑄鐵的牌號用“QT”加兩組數字表示，兩組數字分別表示最低抗拉強度和斷后伸長率。球墨鑄鐵將灰鑄鐵鐵水經過球化處理后獲得，析出的石墨呈球狀，簡稱為球鐵。與灰鑄鐵相比，球墨鑄鐵中碳的質量分數較高，一般為過共晶成分，有利于石墨球化，且具有較高的強度、較好的塑性和韌度，用于制造內燃機、汽車零部件及農機具等。 3.4鑄 鐵3.4.

9、2球墨鑄鐵 1退火球墨鐵常用的熱處理工藝 2等溫淬火 4調質處理 3正火3.4鑄 鐵3.4.3蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵的牌號用“RuT”加一組數字表示，數字表示最低抗拉強度。蠕墨鑄鐵將灰鑄鐵鐵水經蠕化處理后獲得，析出的石墨呈蠕蟲狀。其力學性能與球墨鑄鐵相近，鑄造性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間，常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結構復雜、強度要求高的鑄件，如鋼錠模、柴油機汽缸、汽缸蓋、排氣閥、液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等。 3.4鑄 鐵3.4.4可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的牌號用“KT”加兩組數字表示，兩組數字分別表示最低抗拉強度和斷后伸長率?？慑戣T鐵由白口鑄鐵經過退火處理后獲得，石墨呈團絮狀分布。其組織性能均勻

10、，耐磨損，有良好的塑性和韌度，常用于制造形狀復雜且能承受振動載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等。 3.5有色金屬及其合金學習目標了解鋁及鋁金屬。了解銅及銅金屬。了解軸承合金。3.5.1鋁及鋁合金1.鋁3.5有色金屬及其合金 純鋁具有銀白色金屬光澤，密度為2.7 g/cm3，熔點為660 ，具有面心立方晶格結構，無同素異構轉變，具有良好的導電性和導熱性，電導率僅次于銀、銅、金，具有良好的耐大氣腐蝕能力，但不耐酸、堿、鹽的腐蝕。純鋁的強度較低（僅為80100 MPa），但塑性極高，易進行冷熱變形及切削加工。其比強度比一般的高強度鋼高得多。2.鋁合金3.5有色金屬及其合金

11、 純鋁的力學性能不高，不宜用作承受較大載荷的結構零件。為了提高純鋁的力學性能，有效地方法是在純鋁中加入適量的硅、銅、鎂、錳等合金元素，以制成鋁合金。像鋼一樣，鋁合金可借助熱處理進行強化，但與鋼的熱處理不同，固態(tài)鋁無同素異構轉變，只能通過熱處理提高其力學性能，并且這些鋁合金仍具有純鋁原有的密度小、耐蝕性好、導熱性好的特點。3.5.1鋁及鋁合金3.5.2銅及銅合金1.銅3.5有色金屬及其合金 純銅又稱為紫銅，其密度為8.96 g/cm3，熔點為1 083 ，具有面心立方晶格結構，無同素異構轉變，無磁性，具有良好的導電性、導熱性及耐大氣腐蝕性，是重要的導電材料，廣泛用作電工導體、防磁器械及傳熱體（如

12、鍋爐、制氧機中的冷凝器、散熱器、熱交換器等）。純銅的強度低，塑性好，具有良好的壓力加工性能和焊接性能，易采用冷、熱加工成形。3.5.2銅及銅合金2.銅合金3.5有色金屬及其合金 按合金成分不同，銅合金可分為黃銅、白銅和青銅。黃銅是純銅和鋅的合金，主要用于制造轉向節(jié)襯套、軸套等耐磨件，也可用于制造散熱器、冷凝器。鋁青銅主要用于制造強度及耐磨性要求較高的摩擦零件，如齒輪、蝸輪、軸套等。鈹青銅主要用于制造精密儀器、儀表中各種重要用途的彈性元件，耐蝕、耐磨件，如儀表中齒輪，航海羅盤儀中零件及防爆工具等。3.5.3軸承合金3.5有色金屬及其合金 Click to add Text Click to ad

13、d Text軸承合金的性能12 在工作溫度下具有足夠的強度、硬度，特別是抗壓強度、疲勞強度和沖擊韌性，承受軸的壓力和在交變載荷下不產生疲勞損壞。 具有較小的摩擦系數，減摩性好，儲油性好，以減少軸的磨損。3.5.3軸承合金3.5有色金屬及其合金 Add your text in here Click to add Text Click to add Text34 具有較高的磨合性能和抗咬合能力，具有足夠的塑性及韌度，可使負荷均勻分布，并能承受沖擊和振動。 具有良好的耐蝕性、導熱性和較小的膨脹系數，可保證軸承不因溫度升高而軟化或熔化。3.6非金屬材料學習目標了解塑料、橡膠、陶瓷的特性。3.6非金屬

14、材料3.6.1塑料 塑料是指以合成樹脂高分子化合物（有時用單體直接在加工過程中聚合）作為主要成分，加入某些添加劑后且在一定溫度、壓力下塑制成形的材料或制品的總稱。它具有質量輕、摩擦系數小、耐磨、吸振、耐腐蝕、絕緣、可以著色、易加工成形等優(yōu)點，因此，被廣泛應用。3.6非金屬材料3.6.2橡膠 橡膠是高聚物中具有高弱性的一種高分子材料，其所處的高弱態(tài)溫度范圍很寬，在較小外力作下能產生很大的變形，取消外力后又能很快恢復原狀。橡膠常用于制造高彈性、密封、減振、防振零件。3.6非金屬材料3.6.2橡膠 橡膠的性能特點（1）高彈性（2）耐磨性（3）老化3.6非金屬材料3.6.3陶瓷 陶瓷是無機物非金屬材料

15、中的一種，一般可分為：普通陶瓷和特種陶瓷。廣義上的陶瓷應包括：陶器、瓷器、玻璃、搪瓷、耐火材料等。 陶瓷性能的優(yōu)點是：硬度極高，抗壓強度高，耐磨性、耐腐蝕性好，耐高溫和抗氧化能力強等；缺點是質脆易碎，延展性差，抗急冷急熱性能差等。3.7零件材料的選擇學習目標熟悉零件材料的選擇。3.7零件材料的選擇3.7.1零件材料選擇的一般原則123使用性能工藝性能經濟性能3.7零件材料的選擇3.7.1零件材料選擇的一般原則對外形、材料和加工方法進行綜合考慮。決定產品每個構件所要求的性能，對各種候選材料在性能上進行比較。對產品功能要求，包括互相矛盾，確定相對優(yōu)先次序要求。零件選材的 基本步聚（1）（3）（2）3.7零件材料的選擇3.7.2典型零件的選材及工藝路線1.機床主軸C620 型車床主軸的結構簡圖3.7零件材料的選擇3.7.2典型零件的選材及工藝路線材料：45鋼熱處理：整體調質，軸頸及錐