常用機械工程材料課件

常用機械工程材料[機械制造工程]精品課程小組[機械制造工程]精品課程小組教學目的與要求:

1.掌握常用金屬材料的種類、牌號、成份、性能及應用情況。2.了解常用非金屬材料和復合材料的特點及應用。3.掌握選材的原則及一般方法。教學目的與要求:教學內(nèi)容：

1.碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬合金的牌號、成份、熱處理、組織、性能、用途。2.硬質(zhì)合金、高溫合金、軸承合金的種類、牌號、性能及用途。3.工程材料選用的原則及方法步驟。重點：

材料的分類與牌號的識別。難點：

合金鋼中合金元素的作用。

教學內(nèi)容：主要參考書：1.王金鳳主編，《機械制造工程概論》（第三版），航空工業(yè)出版社，2005。2.周鳳云主編.工程材料及應用.武漢：華中科技大學出版社，2002。3.于永泗主編.機械工程材料.大連：大連理工大學出版社，2003。4.盧秉恒主編.機械制造技術基礎.北京：機械工業(yè)出版社，1999。主要參考書：1.王金鳳主編，《機械制造工程概論》（第機械制造工業(yè)上把金屬材料分為兩大部分：1.鋼鐵材料---鐵和以鐵為基的合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）；2.非鐵金屬材料---鋼鐵材料以外的所有金屬及其合金（硬質(zhì)合金、高溫合金等特殊合金除外）。第一節(jié)金屬材料機械制造工業(yè)上把金屬材料分為兩大部分：第一節(jié)金屬材料一、鋼鐵材料的分類及應用(一)碳素鋼1.常存元素對碳鋼性能的影響

(1)硅和錳(2)硫(3)磷2.碳素鋼的分類、牌號和用途

（1）碳素鋼的分類一、鋼鐵材料的分類及應用(一)碳素鋼碳素鋼的分類碳素鋼的分類（2）碳素鋼的牌號和用途A.碳素結(jié)構鋼碳素結(jié)構鋼的牌號是由Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法四部分自左向右順序組成。Q---“屈”字漢語拼音字首；A、B、C、D---質(zhì)量等級符號，從左至右，質(zhì)量依次提高；F、b、Z、TZ---依次表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼；例如Q235—A?F表示屈服點為235Mpa、質(zhì)量為A級的沸騰鋼。（2）碳素鋼的牌號和用途A.碳素結(jié)構鋼常用碳素結(jié)構鋼：

Q195、Q215、Q235A、Q235B

塑性較好，有一定的強度，通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等，可用于做橋梁、建筑物等構件，也可用做普通螺釘、螺帽、鉚釘?shù)取?/p>

Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。

Q255、Q275強度較高，可軋制成型鋼、鋼板作構件用。這類鋼常在熱軋狀態(tài)下使用，不再進行熱處理。但對某些零件，也可以進行正火、調(diào)質(zhì)、滲碳等處理，以提高其使用性能。

常用碳素結(jié)構鋼：

Q195、Q215、Q235A、Q碳素結(jié)構鋼的一些應用：碳素結(jié)構鋼的一些應用：B．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼的鋼號用平均碳質(zhì)量分數(shù)的萬分數(shù)的數(shù)字表示。例如：鋼號“20”即表示碳質(zhì)量分數(shù)為0.20%（萬分之二十）的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼。

若鋼中錳含量較高，則在這類鋼號后附加符號“Mn”，如15Mn、45Mn等。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼主要用來制造各種機器零件。

B．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼：08F

塑性好，可制造冷沖壓零件；10、20鋼

冷沖壓性與焊接性能良好，可用作沖壓件及焊接件，經(jīng)過熱處理（如滲碳）也可以制造軸、銷等零件；35、40、45、50鋼

經(jīng)熱處理后，可獲得良好的綜合機械性能，用來制造齒輪、軸類、套筒等零件；60、65鋼

主要用來制造彈簧。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼使用前一般都要經(jīng)過熱處理。

常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼：08F

塑性好，可制造冷沖壓零件；優(yōu)質(zhì)

碳素

結(jié)構

鋼的

一些

應用優(yōu)質(zhì)

碳素

結(jié)構

鋼的

一些

應用C．碳素工具鋼碳素工具鋼的碳質(zhì)量分數(shù)在0.65%～1.35%之間，鋼號用平均碳質(zhì)量分數(shù)的千分數(shù)的數(shù)字表示，數(shù)字之前冠以“T”（“碳”的漢語拼音字頭）。例如，T9表示碳質(zhì)量分數(shù)為0.9%（即千分之九）的碳素工具鋼。碳素工具鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼，若含硫、磷更低，則為高級優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號后標注“A”字。例如，T12A表示碳質(zhì)量分數(shù)為1.2%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。碳素工具鋼用來制造各種刃具、量具、模具等。C．碳素工具鋼常用碳素工具鋼T7、T8硬度較高、韌性較高，可制造沖頭、鑿子、錘子等工具。

T9、T10、T11硬度高，韌性適中，可制造鉆頭、刨刀、絲錐、手鋸條等刃具及冷作模具等。

T12、T13硬度很高，韌性較低，可制作銼刀、刮刀等刃具及量規(guī)、樣套等量具。

碳素工具鋼使用前都要進行熱處理（淬火+低溫回火）。常用碳素工具鋼T7、T8硬度較高、韌性較高，可制造沖頭、鑿碳素工具鋼的一些應用碳素工具鋼的一些應用D．鑄造碳鋼鑄造碳鋼的牌號以“鑄鋼“二字的漢語拼音字首“ZG”與其后的兩組數(shù)字構成。第一組數(shù)字表示厚度為100mm以下的鑄件的室溫屈服強度；第二組數(shù)字表示該鑄件的抗拉強度。例如ZG200－400，表示σS=200MPa，σb=400MPa的鑄造碳鋼。常用鑄造碳鋼：例如，ZG270-500有較高的強度和較好的塑性，鑄造性良好，焊接性較好，切削加工性好，可用作軋鋼機機架、軸承座、連桿、箱體、曲軸、缸體等。鑄鋼主要用于制造形狀復雜，需要一定強度、塑性和韌性的零件，例如機車車輛、船舶、重型機械的齒輪、軸，以及軋輥、機座、缸體、外殼、閥體等。D．鑄造碳鋼鑄鋼的一些應用外殼軋輥重型機械齒輪鑄鋼的一些應用外殼軋輥重型機(二)合金鋼合金鋼是指為提高鋼的機械性能與工藝性能，或者為獲得某些特殊物理、化學性能，特地向碳鋼中加入定量其他元素（稱合金元素）的鋼。在合金鋼中，常加入的合金元素有錳（Mn）、硅（Si）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、鎢（W）、釩（V）、鈦（Ti）、鈮（Nb）、鋯（Zr）、稀士元素（Re）等。(二)合金鋼合金鋼是指為提高鋼的機械性能與工藝性能，或者為獲1、合金元素在鋼中的作用（1）提高機械性能A、形成合金鐵素體；B、形成合金碳化物；C、細化晶粒。（2）提高熱處理工藝性A、提高鋼的淬透性；B、提高鋼的回火穩(wěn)定性。（3）獲得特殊的物理、化學性能1、合金元素在鋼中的作用（1）提高機械性能2、合金鋼的分類、牌號和用途

(1)合金鋼的分類2、合金鋼的分類、牌號和用途

(1)合金鋼的分類(2)合金結(jié)構鋼的牌號和用途牌號首部用數(shù)字標明碳質(zhì)量分數(shù)。規(guī)定結(jié)構鋼以萬分之一為單位的數(shù)字（兩位數(shù)）、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數(shù)字（一位數(shù)）來表示碳質(zhì)量分數(shù)，而工具鋼的碳質(zhì)量分數(shù)超過1%時，碳質(zhì)量分數(shù)不標出。

在表明碳質(zhì)量分數(shù)數(shù)字之后，用元素的化學符號表明鋼中主要合金元素，質(zhì)量分數(shù)由其后面的數(shù)字標明，平均質(zhì)量分數(shù)少于1.5%時不標數(shù),平均質(zhì)量分數(shù)為1.5%～2.49%、2.5%～3.49%……時,相應地標以2、3……。

(2)合金結(jié)構鋼的牌號和用途牌號首部用數(shù)字標明碳質(zhì)量分數(shù)。合金結(jié)構鋼40Cr，平均碳質(zhì)量分數(shù)為0.40%，主要合金元素Cr的質(zhì)量分數(shù)在1.5%以下。合金工具鋼5CrMnMo，平均碳質(zhì)量分數(shù)為0.5%,主要合金元素Cr、Mn、Mo的質(zhì)量分數(shù)均在1.5%以下。專用鋼用其用途的漢語拼音字首來標明。如:滾珠軸承鋼,在鋼號前標以“G”。GCr15表示碳質(zhì)量分數(shù)約1.0%、鉻質(zhì)量分數(shù)約1.5%(這是一個特例,鉻質(zhì)量分數(shù)以千分之一為單位的數(shù)字表示)的滾珠軸承鋼。

Y40Mn,表示碳質(zhì)量分數(shù)為0.4%、錳質(zhì)量分數(shù)少于1.5%的易切削鋼等等。對于高級優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼的末尾加“A”字表明，例如20Cr2Ni4A等。合金結(jié)構鋼40Cr，平均碳質(zhì)量分數(shù)為0.40%，主要合金元素A.合金結(jié)構鋼a.低合金高強度結(jié)構鋼低合金高強度結(jié)構鋼是在碳素結(jié)構鋼基礎上加入少量合金元素（主要有Mn、V、Ti、Nb、Cu等），由于少量合金元素的加入，使鋼的強度有了顯著地提高，所以稱這類鋼為低合金高強度鋼。

主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構等。

A.合金結(jié)構鋼低合金高強度結(jié)構鋼的一些應用低合金高強度結(jié)構鋼的一些應用b.合金滲碳鋼

合金滲碳鋼的含碳量一般都很低，在0.15%～0.25%，屬于低碳鋼。合金滲碳鋼是因為在熱處理工序上要進行滲碳后淬火加低溫回火而得名，通過滲碳、淬火和低溫回火處理后，心部是低碳淬火組織，保證了高韌性和足夠的強度，而表層則是高碳回火馬氏體，獲得了很高的硬度和耐磨性。主要用于制造汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等機器零件。這類零件在工作中遭受強烈的摩擦磨損，同時又承受較大的交變載荷，特別是沖擊載荷。

b.合金滲碳鋼撥叉齒輪凸輪機構合金滲碳鋼的一些應用撥叉齒輪凸輪機構合金滲碳鋼的一些應用c.合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼的含碳量一般在0.35%～0.50%之間，屬于中碳鋼。合金調(diào)質(zhì)鋼是因為在熱處理上要進行調(diào)質(zhì)處理而得名，通過調(diào)質(zhì)處理，可以獲得回火索氏體組織，從而具有良好的綜合機械性能。合金調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件，如機床齒輪、主軸、汽車發(fā)動機曲軸、連桿、螺栓等。c.合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼的一些應用合金調(diào)質(zhì)鋼的一些應用d.合金彈簧鋼合金彈簧鋼的含碳量一般在0.45%～0.70%之間，常加入的合金元素有Si、Mn、Cr、V、等，尤以Mn、Si元素應用最廣。合金彈簧鋼常進行淬火加中溫回火處理，從而獲得回火屈氏體以保證良好彈性。合金彈簧鋼是一種專用結(jié)構鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性元件。d.合金彈簧鋼合金彈簧鋼的一些應用合金彈簧鋼的一些應用e.滾動軸承鋼滾動軸承鋼的含碳量較高（wc=0.95%～1.10%）從而保證硬度及耐磨性，加入鉻提高的淬透性，并使鉻碳化合物均勻細小。主要用來制造滾動軸承的滾動體（滾珠、滾柱、滾針）、內(nèi)外套圈等，屬專用結(jié)構鋼。從化學成分上看它屬于工具鋼，所以也用于制造精密量具、冷沖模、機床絲杠等耐磨件。

e.滾動軸承鋼滾動軸承鋼的一些應用滾珠滾珠軸承滾動軸承鋼的一些應用滾珠滾珠軸承B.合金工具鋼用來制造各種刃具、模具、量具等工具的合金鋼稱為合金工具鋼。主要要求高硬度和高耐磨性，一般都是高碳鋼。合金工具鋼按用途不同分為：刃具鋼、模具鋼和量具鋼三種。但實際應用界限并非絕對。

B.合金工具鋼a.刃具鋼刃具鋼主要指制造車刀、銑刀、鉆頭等切削刀具的鋼種，工作任務就是通過切削加工將鋼材或坯料加工成為工件。根據(jù)刃具的工作條件，通常對刃具鋼提出如下性能要求：高硬度和高耐磨性能；足夠的強度、塑性和沖擊韌性；高紅硬性。合金刃具鋼分為兩類：低合金刃具鋼和高合金刃具鋼。a.刃具鋼?。┑秃辖鹑芯咪?/p>

低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎上，加入一些合金元素（總含量小于5%）發(fā)展起來的。低合金刃具鋼除了高的含碳量以外，常加入Cr、Mn、Si、Mo、V等合金元素。最常用的低合金刃具鋼是9SiCr和CrWMn。

ⅱ）高合金刃具鋼

高合金刃具鋼又稱為高速鋼，鋼中含有W、Mo、Cr、V等合金元素，且總量超過10%。用高速鋼制成的刀具在切削時比低合金刃具鋼刀具更加鋒利，所以又被稱作鋒鋼。

ⅰ）低合金刃具鋼刃具鋼的一些應用銑刀英制模板刀刃具鋼的一些應用銑刀英制模板刀b.模具鋼?。├渥髂＞咪摾渥髂＞咪撌侵腹ぜ诶鋺B(tài)下成形的模具鋼；冷模具用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200℃～300℃。冷作模具鋼應具備以下性能要求：高硬度和耐磨性，保證模具在工作時磨損小，形狀、尺寸變化小。高強度和足夠的韌性，保證模具在工作時能承受各種載荷，不致發(fā)生崩角、早期疲勞和斷裂。良好的工藝性。常用的冷作模具鋼有：Cr12、Cr12MoVb.模具鋼ⅱ）熱作模具鋼熱作模具鋼是指工件在熱態(tài)下成形的模具鋼。熱作模具如熱鍛模、熱擠壓模、高速鍛模等。熱作模具鋼應具備以下性能要求：足夠的硬度和耐磨性；良好的強韌性；良好的抗熱疲勞性、抗氧化性；良好的導熱性。常用的熱作模具鋼有：5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、4CrSi等。ⅱ）熱作模具鋼模具鋼的應用模具模具鋼的應用模具c.量具鋼量具包括各種量規(guī)、塊規(guī)、卡尺等度量尺寸和形狀的工具。量具鋼應具備的性能要求：高硬度、高耐磨性、高尺寸穩(wěn)定性；良好的磨削加工性及較小的淬火變形；良好的耐腐蝕性能。常用的合金量具鋼有：CrWMn、GCr15、9Cr18等。c.量具鋼量具鋼的一些應用量具鋼的一些應用C.特殊性能鋼

a.不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中具有高的抗腐蝕性能的鋼稱作不銹鋼，應具有抵抗空氣、水、堿、鹽類溶液或其他介質(zhì)腐蝕作用的能力。不銹鋼的分類：按耐酸鋼分：分為不銹鋼和耐酸鋼；按金相組織分：鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼。按成分分：Cr不銹鋼、CrNi不銹鋼、CrNiTi不銹鋼……C.特殊性能鋼a.不銹鋼不銹機理：提高基體的電極電位；形成單相組織；形成鈍化膜；表面防腐；降低鋼的含碳量。常用的不銹鋼：1Cr13、1Cr17、1Cr18Ni9Ti等。不銹機理：不銹鋼的一些應用不銹鋼剪刀1Cr18Ni9Ti不銹鋼表帶不銹鋼容器不銹鋼船用螺旋槳不銹鋼的一些應用不銹鋼剪刀1Cr18Ni9Ti不銹鋼表帶不銹b.耐熱鋼耐熱鋼是指在高溫下具有高的熱化學穩(wěn)定性和熱強性的特殊鋼。

?。┛寡趸摚ㄓ址Q不起皮鋼）

具有很好的抗氧化性能的鋼稱為抗氧化鋼。耐熱鋼中不可缺少的合金元素是Cr、Si或Al，特別是Cr，他們分別在鋼表面形成Cr2O3、SiO2和Al2O3薄膜，有效地阻擋外界氧原子向內(nèi)部擴散。典型合金：1Cr13Si13用于制造各種承受應力不大的爐用構件，如噴嘴、爐罩、托架、吊掛等。b.耐熱鋼ⅱ）熱強鋼在高溫下既具有良好的抗氧化能力又具有較高強度的合金鋼稱為熱強鋼。Mo、W、V、Ti等元素加入鋼中，能形成細小彌散的碳化物，起彌散強化的作用，提高室溫和高溫強度。鋼在高溫下的強度指標主要有兩個：持久強度和蠕變強度。典型合金：4Cr9Si2用于作動力、石油部門的鍋爐及管道材料；1Cr18Ni9Ti用于高壓鍋爐的過熱器、化工高壓反應器、噴氣發(fā)動機尾噴管等ⅱ）熱強鋼在高溫下既具有良好的抗氧化能力又具有較高強度的合金耐熱鋼的應用燃氣輪機耐熱鋼的應用燃氣輪機c.耐磨鋼耐磨鋼，又稱高錳鋼，是一種在強烈沖擊載荷作用下才表現(xiàn)出高耐磨性的特殊鋼種。成分特點：高碳、高錳、一定量的硅。典型合金：Mn13鋼，含碳量為1.0%～1.3%,含錳量為11%～14%，只能通過鑄造成形，故牌號寫作ZGMn13。高錳鋼都采用“水韌處理”。耐磨鋼主要用于運轉(zhuǎn)過程中承受嚴重磨損和強烈沖擊的零件，如車輛履帶、挖掘機鏟斗、破碎機鄂板和鐵軌分道叉等。c.耐磨鋼耐磨鋼，又稱高錳鋼，是一種在強烈沖擊載荷作用下才耐磨鋼的一些應用履帶鐵軌分道叉破碎機顎板挖掘機斗齒耐磨鋼的一些應用履帶鐵軌分道叉破碎機挖掘機斗齒d.低溫用鋼低溫用鋼是指用于生產(chǎn)工作溫度低于0℃的零件的鋼種。

性能要求：冷脆轉(zhuǎn)變溫度低、低溫沖擊韌性高；一定的強度與耐蝕性；優(yōu)良的焊接性能與冷塑性成形性能。成分特點：低碳；添加合金元素Mn、Ni提高低溫韌性；添加合金元素V、Ti、Nb、Al細化晶粒進一步改善低溫韌性；嚴格控制損害韌性的元素P、Si的含量；使材料盡量形成面心立方晶格結(jié)構。廣泛應用于鋼鐵冶煉、化工、冷凍設備等。d.低溫用鋼低溫用鋼是指用于生產(chǎn)工作溫度低于0℃的零件的鋼（三）鑄鐵1.碳在鑄鐵中的存在形式和形態(tài)在鑄鐵中，碳有兩種主要存在形式，即化合態(tài)的滲碳體和游離態(tài)的石墨（G），其中具有使用價值的鑄鐵中的碳主要是以石墨形式存在，所以鑄鐵的組織是由金屬基體和石墨組成的。金屬基體鐵素體、珠光體及鐵素體+珠光體三類，相當于鋼的組織，因此鑄鐵的組織特點，可以看成是在鋼的基體上分布著不同形狀的石墨。

（三）鑄鐵1.碳在鑄鐵中的存在形式和形態(tài)影響鑄鐵石墨化的因素:(1)化學成分的影響(a)C和Si鑄鐵中的C和Si是促進石墨化的元素。(b)SS是強烈阻礙石墨化的元素。(c)MnMn雖是阻礙石墨化的元素，但Mn與S能形成MnS，從而減弱了S阻礙石墨化的作用，一定程度上還是起到了間接促進石墨化的作用。(d)PP有微弱促進石墨化的作用，但它可以形成Fe3P，會使鑄鐵的性能變脆，導致開裂。影響鑄鐵石墨化的因素:(1)化學成分的影響(2)冷卻速度的影響(2)冷卻速度的影響鑄鐵中的石墨形態(tài)（1）片狀石墨（2）球狀石墨（3）團絮狀石墨鑄鐵中的石墨形態(tài)（1）片狀石墨（2）球狀石墨2.鑄鐵的性能特點（和鋼相比）（1）力學性能低；（2）使用性能：優(yōu)良的耐磨性與減震性。（3）工藝性能：優(yōu)良的鑄造性；良好的切削加工性。（4）價格便宜。2.鑄鐵的性能特點（和鋼相比）（1）力學性能低；3.鑄鐵的分類、牌號和用途（1）鑄鐵的分類白口鑄鐵：碳除少量溶于鐵素體外，大部分以化合態(tài)的滲碳體析出，斷口呈白亮的顏色，故稱白口鑄鐵。麻口鑄鐵：一部分碳以化合態(tài)的滲碳體析出，一部分碳以游離態(tài)的石墨析出，斷口夾雜著白亮的滲碳體和暗灰色的石墨，如同黑、白相間的麻點，故稱作麻口鑄鐵?；铱阼T鐵：大部分碳以游離態(tài)的石墨析出，斷口呈暗灰色，故稱作灰口鑄鐵。

3.鑄鐵的分類、牌號和用途（1）鑄鐵的分類（2）常用灰口鑄鐵的牌號及用途A．普通灰鑄鐵灰鑄鐵的牌號HT150、HT250、HT400：

“HT”表示“灰鐵”，后面的數(shù)字表示最低抗拉強度?；诣T鐵有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種基體；普通灰鑄鐵中的石墨呈片狀?；铱阼T鐵的顯微組織主要用于制造汽車、拖拉機的汽缸、汽缸蓋、剎車帶、摩擦片，以及機床的床身、底座、支柱等耐壓、耐磨件。

（2）常用灰口鑄鐵的牌號及用途A．普通灰鑄鐵灰口鑄鐵的顯微組織灰口鑄鐵的顯微組織普通灰鑄鐵的應用普通灰鑄鐵的應用B．可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵的顯微組織及牌號一類為F+團絮狀G，其中心呈黑灰色，故稱黑心可鍛鑄鐵，牌號為KTH（可鐵黑的漢語拼音字首）和兩組數(shù)字，數(shù)字的含義分別表示最低抗拉強度和最低延伸率。如：KTH350-10。另一類為P+團絮狀G，稱為珠光體可鍛鑄鐵，牌號為KTZ（可鐵珠的漢語拼音字首）和兩組數(shù)字，數(shù)字的含義同黑心可鍛鑄鐵。如：KTZ600-3?？慑戣T鐵的顯微組織

可鍛鑄鐵常用來制造形狀復雜、承受沖擊和振動載荷的零件，如汽車拖拉機的后橋外殼、管接頭、低壓閥門等。B．可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵的顯微組織及牌號可鍛鑄鐵的顯微組織可鍛鑄鐵的顯微組織C．球墨鑄鐵球墨鑄鐵的牌號：QT400-15、QT600-3、QT800-2球墨鑄鐵牌號用“QT”標明，其后兩組數(shù)值表示最低抗拉強度極限和延伸率。球墨鑄鐵的組織：鐵素體+球狀石墨、鐵素體和珠光體+球狀石墨、珠光體+球狀石墨三種。球墨鑄鐵的顯微組織應用：用來制造一些受力復雜，強度、韌性和耐磨性要求高的零件。C．球墨鑄鐵球墨鑄鐵的牌號：球墨鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的應用球墨鑄鐵管道接口球墨鑄鐵的應用球墨鑄鐵管道接口D、特殊性能鑄鐵加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，可獲得耐磨鑄鐵；加入Al、Si、Cr等合金元素，可獲得耐熱鑄鐵。D、特殊性能鑄鐵加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，可獲得耐二、非鐵金屬材料（有色金屬）（一）鋁及鋁合金1、鋁及鋁合金的特點(1)密度小、比強度高；(2)有優(yōu)良的物理、化學性能；(3)加工性能良好。二、非鐵金屬材料（有色金屬）（一）鋁及鋁合金2、鋁合金

鋁合金按其成分及工藝特點不同分為變形鋁合金與鑄造鋁合金兩大類。按強化方法不同，可分為熱處理強化鋁合金和不可熱處理強化鋁合金。鋁合金分類示意圖

2、鋁合金鋁合金按其成分及工藝特點不同分為變形鋁合金與鑄造（1）變形鋁合金A、防銹鋁合金牌號：用“LF+順序號”表示，“LF”是“鋁防”二字的漢語拼音字首，順序號表示化學成分。防銹鋁合金主要有Al-Mg或Al-Mn系合金。典型合金：LF21（Al-Mn）；LF5、LF11（Al-Mg）。多用于制造要求受力小、質(zhì)輕、耐腐蝕的沖壓、焊接結(jié)構件，如油箱、油管、鉚釘、制冷裝置結(jié)構件以及日用器皿等。（1）變形鋁合金A、防銹鋁合金B(yǎng)、硬鋁合金牌號：用“LY+順序號”表示，“LY”是“鋁硬”二字的漢語拼音字首，順序號表示化學成分。硬鋁合金為Al-Cu-Mg系合金,另含有少量錳。典型合金：YF11硬鋁合金主要是用來制造中等強度的飛機隔框、翼肋、鉚釘、螺旋槳、蒙皮等結(jié)構件。B、硬鋁合金牌號：用“LY+順序號”表示，“LY”是“鋁硬”C、超硬鋁合金牌號：用“LC+順序號”表示，“LC”是“鋁超”二字的漢語拼音字首，順序號表示化學成分。超硬鋁合金為Al-Cu-Mg-Zn系合金，另含有少量的鉻和錳。典型合金：LC4超硬鋁合金多用于制造受力大的重要構件，例如飛機大梁、起落架等。C、超硬鋁合金牌號：用“LC+順序號”表示，“LC”是“鋁超D、鍛鋁合金牌號：用“LD+順序號”表示，“LD”是“鋁鍛”二字的漢語拼音字首，順序號同樣也是表示化學成分。超硬鋁合金為Al-Cu-Mg-Si系合金。典型合金：LD5用于制造形狀復雜、比強度要求較高的受力結(jié)構件，如離心式壓氣機的葉輪、飛機操縱系統(tǒng)中的搖臂等。D、鍛鋁合金牌號：用“LD+順序號”表示，“LD”是“鋁變形鋁合金的一些應用變形鋁合金的一些應用變形鋁合金的一些應用變形鋁合金的一些應用（2）鑄造鋁合金A.鋁硅系合金B(yǎng).鋁銅系合金C.鋁鎂系合金D.鋁鋅系合金牌號：用“鑄鋁”二字的漢語拼音字首“ZL”加三位數(shù)字來表示，第一位數(shù)字表示合金系別：1為鋁硅系合金，2為鋁銅系合金，3為鋁鎂系合金，4為鋁鋅系合金；后兩位數(shù)字是合金的序號，表示不同的化學成分。例如，ZL102表示2號鋁硅系鑄造鋁合金。（2）鑄造鋁合金A.鋁硅系合金鑄造鋁合金的一些應用

鋁合金發(fā)動機缸體和缸蓋鑄造鋁合金的一些應用鋁合金發(fā)動機缸體和缸蓋（二）銅及銅合金1、銅及銅合金的特點（1）優(yōu)異的物理、化學性能；（2）良好的加工性能；（3）具有某些特殊機械性能；（4）色澤美觀。（二）銅及銅合金1、銅及銅合金的特點2.銅合金（1）黃銅

以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。按照化學成分，黃銅分普通黃銅和復雜黃銅兩種。A、普通黃銅普通黃銅是銅鋅二元合金，其退火組織可以是單相α或雙相α+β’,并分別稱為α黃銅(單相黃銅)和雙相黃銅。普通黃銅的代號用“H+數(shù)字”來表示，“H”是“黃”字的漢語拼音字首，數(shù)字表示含銅量的百分數(shù),如H80表示含80%Cu，20%Zn的普通黃銅。典型合金：H80、H70、H68（單相黃銅）塑性很好，適于制作冷軋板材、冷拉線材、管材及形狀復雜的深沖零件。H62、H59（雙相黃銅)可進行熱變形，常熱軋成棒材、板材，可鑄造。2.銅合金（1）黃銅B、特殊黃銅在普通黃銅中加入其他合金元素所組成的合金，稱為特殊黃銅，常加入的合金元素有Sn、Si、Pb、Fe等。牌號：用“H+主加元素符號（鋅除外）+銅含量的百分數(shù)+主加元素含量的百分數(shù)”表示,如HPb63-3表示含63%的銅和3%的鉛、其余為鋅的鉛黃銅。若為鑄造用黃銅，則以“Z”（鑄字的漢語拼音字首）+Cu+其他元素符號+數(shù)字來表示，數(shù)字表示前邊元素的百分含量。

B、特殊黃銅在普通黃銅中加入其他合金元素所組成的合金，稱為黃銅的一些應用黃銅的一些應用（2）青銅

除了以鋅或鎳為主加元素的銅合金外，其余銅合金稱為青銅,外觀色澤多為棕綠色,分為普通青銅（錫青銅）和特殊青銅（無錫青銅）兩類。A、普通青銅以錫為主要合金元素的銅基合金稱錫青銅。牌號：用“Q+主加元素符號+主加元素平均含量的百分數(shù)+其他合金元素平均含量的百分數(shù)”?！癚”是“青”字的漢語拼音字首，如QSn10-1表示含錫量為10%，其他合金元素含量為1%的錫青銅。錫青銅具有良好的減磨性、抗磁性及低溫韌性,在大氣、淡水、海水及高壓過熱蒸汽中的耐蝕性能比黃銅更高，但抗酸腐蝕能力差。

（2）青銅除了以鋅或鎳為主加元素的銅合金外，其B.特殊青銅特殊青銅是不含錫的青銅合金,根據(jù)主加元素的不同，主要有鋁青銅、硅青銅、鈹青銅和鉛青銅等。

特殊青銅的表示方法與普通青銅類似，如QAl9-4表示主加元素鋁含量為9%左右，含其他元素平均含量為4%的鋁青銅。B.特殊青銅特殊青銅是不含錫的青銅合金,根據(jù)主加元素的不同（3）白銅

以鎳為主添加元素的銅合金稱為白銅，分為普通白銅（只含有Cu與Ni）和特殊白銅（除Cu、Ni外，還含有其它合金元素）兩類。A.普通白銅

普通白銅具有較好的強度和優(yōu)良的塑性，能進行冷、熱變形，抗蝕性很好，電阻率較高且電阻溫度系數(shù)很小。牌號：表示方法是：“B+主加元素的平均含量百分數(shù)”,如B5表示含5%Ni的普通白銅。主要用于制造船舶儀器零件、化工機械零件及醫(yī)療器械等。（3）白銅以鎳為主添加元素的銅合金稱為白銅，分為B.特殊白銅

在普通白銅的基礎上添加鋅、錳、鋁等其它合金元素形成的，分別稱鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等，其耐蝕性、強度、塑性高，成本低。牌號：表示方法是：“B+除Ni以外的主加元素符號+鎳平均含量的百分數(shù)+主加元素平均含量的百分數(shù)”。典型白銅：BMn40-1.5(康銅)，含Ni量40%，含Mn量1.5%，用于制造精密機械、儀表零件及醫(yī)療器械等。B.特殊白銅在普通白銅的基礎上添加鋅、錳、鋁等其它三、其它金屬材料（一）硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是以一種或幾種難熔、高硬度的金屬碳化物（如WC、TiC等）粉末為主要成分，以鐵族元素（常用鈷、鎳）作粘結(jié)劑，經(jīng)粉末冶金方法生產(chǎn)的一種多相組合材料，是重要的刀具材料。

三、其它金屬材料（一）硬質(zhì)合金1、硬質(zhì)合金的性能特點（1）硬度高，耐磨性好。（2）強度高。（3）耐腐蝕，抗氧化性能好。（4）線膨脹系數(shù)小，導電、導熱性能與鐵相近。（5）適用于制造高速、強力切削刀具，切削速度可為高速鋼的4～10倍，壽命較長。（6）塑性和沖擊韌性差，難以承受塑性變形。1、硬質(zhì)合金的性能特點2.硬質(zhì)合金的分類、牌號與用途（1）鎢鈷類硬質(zhì)合金

牌號用“硬”“鈷”漢語拼音字首YG加數(shù)字表示，數(shù)字表明鈷的平均百分含量，如YG6表示平均含鈷6%的鎢鈷類硬質(zhì)合金。

鈷含量較高的鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具常用于有沖擊振動的粗加工；鈷含量較少的鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具常用于比較平穩(wěn)的精加工。鎢鈷類硬質(zhì)合金制成的刀具多用于加工鑄鐵和有色金屬。2.硬質(zhì)合金的分類、牌號與用途（1）鎢鈷類硬質(zhì)合金（2）鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金牌號用“硬”“鈦”的汊語拼音字首YT加數(shù)字表示，數(shù)字表明碳化鈦的平均含量，如YT14表示平均含碳化鈦14%的鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金。碳化鈦含量較多的合金用于較平穩(wěn)的精加工；而碳化鈦含量較少的則用于粗加工。鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金制成的刀具多用于加工鋼材。（2）鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金牌號用“硬”“鈦”的汊語拼音字首YT加（3）通用硬質(zhì)合金該類硬質(zhì)合金是以碳化鉭或碳化鈮取代鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金中一部分碳化鈦而形成的，牌號有YW1、YW2，其中“YW”是硬”、“鎢”的漢語拼音字首。通用硬質(zhì)合金的紅硬性極好，常用來加工不銹鋼、耐熱鋼、高速鋼等難以加工的鋼材，所以也被稱作“萬能硬質(zhì)合金”。（3）通用硬質(zhì)合金該類硬質(zhì)合金是以碳化鉭或碳化鈮取代鎢鈷鈦類（二）高溫合金

高溫合金是以高熔點金屬Ni、Co、Nb、Mo等為基體，加入一定量的其它元素所構成的在高溫（700℃以上）下使用的金屬材料。1、高溫合金的性能特點（與耐熱鋼相比）（1）具有較高的熱穩(wěn)定性。（2）具有較高的熱強性。（3）比強度和彈性模量高，熱膨脹系數(shù)小，導熱系數(shù)大。（4）具有良好的工藝性能。（二）高溫合金高溫合金是以高熔點金屬Ni、Co、N2.高溫合金的分類、牌號與用途（1）變形高溫合金變形高溫合金按基體組元和強化方法的不同，分為四種：固溶強化型鐵基合金；時效強化型鐵基合金；固溶強化型鎳基合金；時效強化型鎳基合金。牌號表示方法是“GH”加四位數(shù)字，“GH”是“高合”的漢語拼音字首，第一位數(shù)字表示分類號，后面三位數(shù)字則表示化學成分，如GH2302表示一種時效強化型鐵基變形高溫合金。常用于航空、航天、燃氣輪機等渦輪葉片的轉(zhuǎn)動承力部件的生產(chǎn)。2.高溫合金的分類、牌號與用途（1）變形高溫合金（2）鑄造高溫合金牌號表示方法是“K”加三位數(shù)字，其中第一位數(shù)字表示分類號（同變形高溫合金），后兩位數(shù)字表示化學成分。如K417表示鎳基時效強化型的鑄造高溫合金。鑄造高溫合金高溫強度高，適宜于鑄造精度高、形狀復雜的零件，所以該類高溫合金常用于葉片的生產(chǎn)。（2）鑄造高溫合金牌號表示方法是“K”加三位數(shù)字，其中第一（三）軸承合金滑動軸承的結(jié)構（三）軸承合金滑動軸承的結(jié)構1.性能要求(1)足夠的強度和硬度，以承受軸頸較大的單位壓力。(2)足夠的塑性和韌性，高的疲勞強度，以承受軸頸的周期性載荷，并抵抗沖擊和振動。(3)良好的磨合能力，使其與軸能較快地緊密配合。(4)高的耐磨性，與軸的摩擦系數(shù)小，并能保留潤滑油，減輕磨損。(5)良好的耐蝕性、導熱性、較小的膨脹系數(shù)，防止摩擦升溫而發(fā)生咬合。1.性能要求(1)足夠的強度和硬度，以承受軸頸較大的單位2.組織要求（1）在軟的基體上孤立地分布有硬質(zhì)點（一般為化合物）。（2）在較硬（低于軸頸硬度）的基體上分布有軟的質(zhì)點。

軸瓦2.組織要求（1）在軟的基體上孤立地分布有硬質(zhì)點（一般為化3.軸承合金的分類、牌號與用途（1）錫基軸承合金(錫基巴氏合金)

該合金的摩擦系數(shù)和膨脹系數(shù)小，塑性和導熱性好，適于制作最重要的軸承，如汽輪機、發(fā)動機和壓氣機等大型機器的高速軸瓦。但錫基軸承合金的疲勞強度較低，許用溫度也較低(不高于150℃)。

（2）鉛基軸承合金(鉛基巴氏合金)

該合金的鑄造性能和耐磨性較好(但比錫基軸承合金低)，價格較便宜，可用于制造中、低載荷的軸瓦，例如汽車、拖拉機曲軸的軸承等。3.軸承合金的分類、牌號與用途（1）錫基軸承合金(錫基巴氏合（3）牌號表示方法：

牌號用“軸”“承”“合”的漢語拼音字首“ZCh”+基本元素與主加元素的符號+主加元素與輔加元素平均含量的百分數(shù)表示，如ZChSnSb11-6表示主加元素銻為11%，輔加元素為6%，其余含量為錫的錫基滑動軸承。（3）牌號表示方法：牌號用“軸”“承”“合”的漢語非金屬材料分為兩大類：無機非金屬材料有機非金屬材料無機非金屬材料：有玻璃、陶瓷、石棉、云母、水泥等，不易燃燒、耐熱性好、組成穩(wěn)定、脆性較大。有機非金屬材料：有塑料、橡膠、纖維素、石油制品等，多數(shù)能燃燒，高溫時分解，受日光和大氣長期作用后易發(fā)生老化。在機械制造中，工程塑料、橡膠和陶瓷是使用較多的三種非金屬材料。第二節(jié)常用工程非金屬材料非金屬材料分為兩大類：第二節(jié)常用工程非金屬材料一、工程塑料1.工程塑料的組成

合成樹脂填充劑穩(wěn)定劑增塑劑染料固化劑染料防老化劑發(fā)泡劑一、工程塑料1.工程塑料的組成（二）工程塑料的性能

與金屬材料相比，塑料具有質(zhì)軟、比強度高、絕緣、耐腐蝕、減磨、消聲、吸震、自潤滑等優(yōu)點，另外，透光性、絕緣性也為一般金屬所不及。缺點：強度低、耐熱性差、膨脹系數(shù)大、易老化等。（二）工程塑料的性能

與金屬材料相比，塑料具有質(zhì)軟、比強度高（三）常用工程塑料簡介常用工程塑料可分為兩類：熱塑性塑料（受熱時變軟，冷卻時固化，而且可以重復出現(xiàn)）熱固性塑料（受熱硬化后不軟化）1.熱塑性塑料（1）聚酰胺（代號PA）：為尼龍或錦綸它目前機械制造工程中應用較廣的一種工程塑料。它具有突出的耐磨性和自潤滑性能；良好的機械性能，即韌性很好，強度較高；耐蝕性好；抗霉、無毒；成形性能好。（三）常用工程塑料簡介常用工程塑料可分為兩類：尼龍的缺點：耐熱性不高、導熱性較差、吸水率較高和成形收縮率大。尼龍在機械工業(yè)上可用于制造要求耐磨、耐蝕的某些承載和傳動零件。例如，軸承、齒輪、螺釘?shù)?。?）有機玻璃（代號PMMA）學名叫聚甲基丙烯酸甲酯。它具有良好的透光性、比重輕、強度高、熔點低、易于加工成形的特點，但易吸水、絕緣性差、硬度低、易溶于有機溶劑。有機玻璃廣泛用于航空、汽車、儀表、光學等工業(yè)中，制作飛機座艙、風擋、舷窗、電視及雷達的屏幕、儀表護罩、光學元件等。（3）聚四氟乙烯（代號F-4）俗稱塑料王具有非常優(yōu)良的耐高、低溫性能，幾乎能耐所有化學藥品的腐蝕，不吸水，絕緣性能優(yōu)良，摩擦系數(shù)小，但熱脹冷縮程度較大、熔融后粘度高，不易加工成形。在工業(yè)中主要用于制造耐磨絕緣件、密封件等。尼龍的缺點：耐熱性不高、導熱性較差、吸水率較高和成形收縮率大2.熱固性塑料

酚醛塑料（代號PF）它是由酚醛樹脂加填料組成，俗稱電木，具有較高的強度、剛性、耐熱性、絕緣性和耐蝕性。它的成形工藝簡單，價格低廉，廣泛用于制作各種電訊器材和電木制品，如插頭、開關、電話機殼、儀表盒等，也可用于制作齒輪、皮帶輪、化工用耐酸泵、墊圈等。2.熱固性塑料

酚醛塑料（代號PF）二、橡膠

橡膠是以生膠（有天然和合成兩種）為基礎，加入適量配合劑所組成的高分子彈性體材料。它具有高彈性和蓄能作用，是常用的彈性材料，橡膠按用途可分為普通橡膠和特殊橡膠兩類。1.橡膠的組成生膠、硫化劑、軟化劑、補強劑等。2.橡膠的性能橡膠具有機械強度高（通常分子鏈交聯(lián)越多，分子量越大、強度越高）、耐磨性、耐蝕性、絕緣性好等特征，但最突出的特點是具有高彈性。二、橡膠橡膠是以生膠（有天然和合成兩種）為基礎，3.常用橡膠簡介

丁苯橡膠丁苯橡膠是目前合成橡膠中產(chǎn)量最大、應用最廣的一類，約占80%，可用于橡膠通用制品以及膠板、膠布、輪胎的生產(chǎn)。氯丁橡膠俗稱“萬能橡膠”，具有較好的耐油性、耐磨性、耐熱性、耐燃性及耐老化性，常用于管道、膠帶、防毒面具、電纜外皮、粘合劑以及輪胎的生產(chǎn)。丁腈橡膠丁腈橡膠具有突出的耐油性，但電絕緣性差，常用于耐油制品，如接觸油類密封墊圈、輸油管、貯油箱、耐油減震制品的生產(chǎn)。3.常用橡膠簡介

丁苯橡膠三、陶瓷

陶瓷是一種無機非金屬材料，是由天然的或人工合成的無機粉狀化合物構成的。陶瓷可分為普通陶瓷和特種陶瓷（如氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等）兩類。1.陶瓷的組成陶瓷材料的顯微組織非常復雜且不均勻，通常認為由晶體相、玻璃相和氣相三部分組成。2.陶瓷的性能陶瓷材料具有很好的剛度和硬度，但強度較低、韌性很差。陶瓷材料的耐熱性能好，是傳統(tǒng)的耐高溫材料，并且絕緣性、抗蝕性很強。三、陶瓷

陶瓷是一種無機非金屬材料，是由天然的或3.常用陶瓷簡介普通陶瓷即粘土類陶瓷，除日用陶瓷件生產(chǎn)外，工業(yè)上主要用于絕緣的電瓷件、耐酸堿的化學瓷件以及要求較低的結(jié)構零件的生產(chǎn)。氧化鋁陶瓷所含玻璃相、氣相極少，硬度高，抗蝕性及介電性能好，耐高溫，但脆性大，不宜承受溫度的劇烈變化。主要用于制造熱電偶絕緣套、內(nèi)燃機火花塞、拉絲模、切削刀具等。氮化硅陶瓷

化學穩(wěn)定性好、硬度高、抗熱震性強、強度較高，可用于制作燃氣輪機轉(zhuǎn)子葉片、水泵密封環(huán)、閥門、熱電偶套以及高溫軸承材料。3.常用陶瓷簡介普通陶瓷復合材料具有性能可設計性、材料與結(jié)構同一性、復合效應、材料性能對復合工藝的依賴性等特點，由此可具有高硬度、高比強度、高比剛性、阻尼減震性好、破損安全性高等突出優(yōu)點。一、復合材料的組成復合材料一般是以強度較低、韌性較好的材料為基體，以高強度、高彈性模量的材料為增強體，兩者摻勻后，經(jīng)適當加熱與加壓結(jié)合而成。1.基體復合材料基體主要有樹脂基體、金屬基體、陶瓷基體、水泥基體等，并有相應基體的復合材料。第三節(jié)復合材料復合材料具有性能可設計性、材料與結(jié)構同一性、復合2.增強體

⑴纖維

玻璃纖維:它是開發(fā)、應用較早的纖維增強體，具有不燃、耐腐蝕、耐高溫、吸濕小、伸長小等優(yōu)良特性。在電氣、力學、化學以及光學等方面也有很優(yōu)良的特性，與樹脂復合相容性好，成形工藝簡單，性能價格比高，因此是理想的增強體材料，并獲得廣泛的應用。碳纖維的主要性能特點是：質(zhì)輕、強度高、比強度大、模量高、比模量大、疲勞強度大、耐疲勞、自潤滑、耐磨損、吸能減震、耐腐蝕、生物相親性好、導電性能好、柔軟、后加工及復合性好。因此，碳纖維具有優(yōu)異的綜合性能，是新一代軍民兩用的增強纖維，成為先進復合材料的主要增強纖維之一。

目前還研制出高強高模聚乙烯纖維、芳綸纖維等，已經(jīng)形成一個增強纖維大家族。2.增強體

⑴纖維⑵晶須晶須是指以單晶形式生長的形狀類似短纖維，而尺寸遠小于短纖維的針狀單晶體。目前已經(jīng)開發(fā)出一百多種不同的晶須，主要包括Sn、Fe、Cu、Cd、Ni等金屬晶須和Si3N4、SiC、Al2O3、TiN、ZrO2、AlN、TiO2、TiC等非金屬晶須兩大類?，F(xiàn)已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的晶須主要有SiC、Si3N4、TiN、Al2O3、莫來石等。晶須作為一種增強體復合進基體后，可以提高復合材料的強度、硬度、耐熱性、耐磨性、耐腐蝕性、觸變性等，還可具有導電、絕緣、抗靜電、減震、阻尼、吸波、阻燃等多種特殊功能。⑵晶須晶須是指以單晶形式生長的形狀類似短纖維，而⑶其它增強體當今已經(jīng)研制出微纖、析出晶等細觀增強體以及納米、剛性棒狀分子等微觀增強體，并應用于復合材料加工，使宏觀復合材料一直難以解決的增強體與基體之間的結(jié)合界面問題得到解決，表現(xiàn)出較好的發(fā)展前景。3.復合材料的發(fā)展方向⑴復合材料的設計由常規(guī)設計向仿生設計和計算機輔助設計方向發(fā)展；⑵復合材料的應用由航空、航天領域向民用領域擴展；⑶復合材料向綠色化方向發(fā)展。⑶其它增強體當今已經(jīng)研制出微纖、析出晶等細觀增強一、選材的基本原則（一）保證使用性能要求1.工作條件；2.失效形式；3.性能指標。第四節(jié)工程材料的選用一、選材的基本原則第四節(jié)工程材料的選用（二）考慮工藝性能要求1.液態(tài)成形工藝（鑄造）；2.固態(tài)成形工藝（壓力加工）；3.連接成形工藝（焊接）；4.去除成形工藝（切削）；5.熱處理工藝。（二）考慮工藝性能要求1.液態(tài)成形工藝（鑄造）；（三）滿足經(jīng)濟性要求1.材料來源；2.材料成本；3.材料二次加工成本；4.材料的代用和新材料的應用。（三）滿足經(jīng)濟性要求1.材料來源；二、選用程序1.確定工作條件；2.確定失效形式；3.列出能保證材料使用性能要求的細目；4.經(jīng)濟性分析。二、選用程序1.確定工作條件；三、選材方法1.查表法；2.排除法（篩選法）；3.類比法；4.試驗法。三、選材方法1.查表法；

本章主要講述了常用金屬材料：碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬合金、硬質(zhì)合金、高溫合金、軸承合金。要求掌握這些常用金屬材料的種類、牌號、性能及用途，以及選材的原則及一般方法。其中要求重點掌握材料的分類與牌號的識別。本章小結(jié):本章主要講述了常用金屬材料：碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有作業(yè)1、與碳鋼相比，合金鋼有哪些優(yōu)點？2、與鋼相比，鑄鐵在性能上（包括工藝性能）有何優(yōu)缺點？3、說明下列牌號材料的分類。Q235-A﹒F45T8AZG200-400Q345A12Cr2Ni440CrMn60Si2MnGCr159SiCrW18Cr4VHT100KT300-06QT450-054、說明下列材料牌號中符號的意義，并指出屬于哪一種合金：LF11LY1LC4LD7H80HPb59-1QSn10-1B19BZn15-20YG6YT14YW2GH2302K417ZChSnSb11-6作業(yè)1、與碳鋼相比，合金鋼有哪些優(yōu)點？常用機械工程材料[機械制造工程]精品課程小組[機械制造工程]精品課程小組教學目的與要求:

1.掌握常用金屬材料的種類、牌號、成份、性能及應用情況。2.了解常用非金屬材料和復合材料的特點及應用。3.掌握選材的原則及一般方法。教學目的與要求:教學內(nèi)容：

1.碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬合金的牌號、成份、熱處理、組織、性能、用途。2.硬質(zhì)合金、高溫合金、軸承合金的種類、牌號、性能及用途。3.工程材料選用的原則及方法步驟。重點：

材料的分類與牌號的識別。難點：

合金鋼中合金元素的作用。

教學內(nèi)容：主要參考書：1.王金鳳主編，《機械制造工程概論》（第三版），航空工業(yè)出版社，2005。2.周鳳云主編.工程材料及應用.武漢：華中科技大學出版社，2002。3.于永泗主編.機械工程材料.大連：大連理工大學出版社，2003。4.盧秉恒主編.機械制造技術基礎.北京：機械工業(yè)出版社，1999。主要參考書：1.王金鳳主編，《機械制造工程概論》（第機械制造工業(yè)上把金屬材料分為兩大部分：1.鋼鐵材料---鐵和以鐵為基的合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）；2.非鐵金屬材料---鋼鐵材料以外的所有金屬及其合金（硬質(zhì)合金、高溫合金等特殊合金除外）。第一節(jié)金屬材料機械制造工業(yè)上把金屬材料分為兩大部分：第一節(jié)金屬材料一、鋼鐵材料的分類及應用(一)碳素鋼1.常存元素對碳鋼性能的影響

(1)硅和錳(2)硫(3)磷2.碳素鋼的分類、牌號和用途

（1）碳素鋼的分類一、鋼鐵材料的分類及應用(一)碳素鋼碳素鋼的分類碳素鋼的分類（2）碳素鋼的牌號和用途A.碳素結(jié)構鋼碳素結(jié)構鋼的牌號是由Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法四部分自左向右順序組成。Q---“屈”字漢語拼音字首；A、B、C、D---質(zhì)量等級符號，從左至右，質(zhì)量依次提高；F、b、Z、TZ---依次表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼；例如Q235—A?F表示屈服點為235Mpa、質(zhì)量為A級的沸騰鋼。（2）碳素鋼的牌號和用途A.碳素結(jié)構鋼常用碳素結(jié)構鋼：

Q195、Q215、Q235A、Q235B

塑性較好，有一定的強度，通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等，可用于做橋梁、建筑物等構件，也可用做普通螺釘、螺帽、鉚釘?shù)取?/p>

Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。

Q255、Q275強度較高，可軋制成型鋼、鋼板作構件用。這類鋼常在熱軋狀態(tài)下使用，不再進行熱處理。但對某些零件，也可以進行正火、調(diào)質(zhì)、滲碳等處理，以提高其使用性能。

常用碳素結(jié)構鋼：

Q195、Q215、Q235A、Q碳素結(jié)構鋼的一些應用：碳素結(jié)構鋼的一些應用：B．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼的鋼號用平均碳質(zhì)量分數(shù)的萬分數(shù)的數(shù)字表示。例如：鋼號“20”即表示碳質(zhì)量分數(shù)為0.20%（萬分之二十）的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼。

若鋼中錳含量較高，則在這類鋼號后附加符號“Mn”，如15Mn、45Mn等。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼主要用來制造各種機器零件。

B．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼：08F

塑性好，可制造冷沖壓零件；10、20鋼

冷沖壓性與焊接性能良好，可用作沖壓件及焊接件，經(jīng)過熱處理（如滲碳）也可以制造軸、銷等零件；35、40、45、50鋼

經(jīng)熱處理后，可獲得良好的綜合機械性能，用來制造齒輪、軸類、套筒等零件；60、65鋼

主要用來制造彈簧。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼使用前一般都要經(jīng)過熱處理。

常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼：08F

塑性好，可制造冷沖壓零件；優(yōu)質(zhì)

碳素

結(jié)構

鋼的

一些

應用優(yōu)質(zhì)

碳素

結(jié)構

鋼的

一些

應用C．碳素工具鋼碳素工具鋼的碳質(zhì)量分數(shù)在0.65%～1.35%之間，鋼號用平均碳質(zhì)量分數(shù)的千分數(shù)的數(shù)字表示，數(shù)字之前冠以“T”（“碳”的漢語拼音字頭）。例如，T9表示碳質(zhì)量分數(shù)為0.9%（即千分之九）的碳素工具鋼。碳素工具鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼，若含硫、磷更低，則為高級優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號后標注“A”字。例如，T12A表示碳質(zhì)量分數(shù)為1.2%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。碳素工具鋼用來制造各種刃具、量具、模具等。C．碳素工具鋼常用碳素工具鋼T7、T8硬度較高、韌性較高，可制造沖頭、鑿子、錘子等工具。

T9、T10、T11硬度高，韌性適中，可制造鉆頭、刨刀、絲錐、手鋸條等刃具及冷作模具等。

T12、T13硬度很高，韌性較低，可制作銼刀、刮刀等刃具及量規(guī)、樣套等量具。

碳素工具鋼使用前都要進行熱處理（淬火+低溫回火）。常用碳素工具鋼T7、T8硬度較高、韌性較高，可制造沖頭、鑿碳素工具鋼的一些應用碳素工具鋼的一些應用D．鑄造碳鋼鑄造碳鋼的牌號以“鑄鋼“二字的漢語拼音字首“ZG”與其后的兩組數(shù)字構成。第一組數(shù)字表示厚度為100mm以下的鑄件的室溫屈服強度；第二組數(shù)字表示該鑄件的抗拉強度。例如ZG200－400，表示σS=200MPa，σb=400MPa的鑄造碳鋼。常用鑄造碳鋼：例如，ZG270-500有較高的強度和較好的塑性，鑄造性良好，焊接性較好，切削加工性好，可用作軋鋼機機架、軸承座、連桿、箱體、曲軸、缸體等。鑄鋼主要用于制造形狀復雜，需要一定強度、塑性和韌性的零件，例如機車車輛、船舶、重型機械的齒輪、軸，以及軋輥、機座、缸體、外殼、閥體等。D．鑄造碳鋼鑄鋼的一些應用外殼軋輥重型機械齒輪鑄鋼的一些應用外殼軋輥重型機(二)合金鋼合金鋼是指為提高鋼的機械性能與工藝性能，或者為獲得某些特殊物理、化學性能，特地向碳鋼中加入定量其他元素（稱合金元素）的鋼。在合金鋼中，常加入的合金元素有錳（Mn）、硅（Si）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、鎢（W）、釩（V）、鈦（Ti）、鈮（Nb）、鋯（Zr）、稀士元素（Re）等。(二)合金鋼合金鋼是指為提高鋼的機械性能與工藝性能，或者為獲1、合金元素在鋼中的作用（1）提高機械性能A、形成合金鐵素體；B、形成合金碳化物；C、細化晶粒。（2）提高熱處理工藝性A、提高鋼的淬透性；B、提高鋼的回火穩(wěn)定性。（3）獲得特殊的物理、化學性能1、合金元素在鋼中的作用（1）提高機械性能2、合金鋼的分類、牌號和用途

(1)合金鋼的分類2、合金鋼的分類、牌號和用途

(1)合金鋼的分類(2)合金結(jié)構鋼的牌號和用途牌號首部用數(shù)字標明碳質(zhì)量分數(shù)。規(guī)定結(jié)構鋼以萬分之一為單位的數(shù)字（兩位數(shù)）、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數(shù)字（一位數(shù)）來表示碳質(zhì)量分數(shù)，而工具鋼的碳質(zhì)量分數(shù)超過1%時，碳質(zhì)量分數(shù)不標出。

在表明碳質(zhì)量分數(shù)數(shù)字之后，用元素的化學符號表明鋼中主要合金元素，質(zhì)量分數(shù)由其后面的數(shù)字標明，平均質(zhì)量分數(shù)少于1.5%時不標數(shù),平均質(zhì)量分數(shù)為1.5%～2.49%、2.5%～3.49%……時,相應地標以2、3……。

(2)合金結(jié)構鋼的牌號和用途牌號首部用數(shù)字標明碳質(zhì)量分數(shù)。合金結(jié)構鋼40Cr，平均碳質(zhì)量分數(shù)為0.40%，主要合金元素Cr的質(zhì)量分數(shù)在1.5%以下。合金工具鋼5CrMnMo，平均碳質(zhì)量分數(shù)為0.5%,主要合金元素Cr、Mn、Mo的質(zhì)量分數(shù)均在1.5%以下。專用鋼用其用途的漢語拼音字首來標明。如:滾珠軸承鋼,在鋼號前標以“G”。GCr15表示碳質(zhì)量分數(shù)約1.0%、鉻質(zhì)量分數(shù)約1.5%(這是一個特例,鉻質(zhì)量分數(shù)以千分之一為單位的數(shù)字表示)的滾珠軸承鋼。

Y40Mn,表示碳質(zhì)量分數(shù)為0.4%、錳質(zhì)量分數(shù)少于1.5%的易切削鋼等等。對于高級優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼的末尾加“A”字表明，例如20Cr2Ni4A等。合金結(jié)構鋼40Cr，平均碳質(zhì)量分數(shù)為0.40%，主要合金元素A.合金結(jié)構鋼a.低合金高強度結(jié)構鋼低合金高強度結(jié)構鋼是在碳素結(jié)構鋼基礎上加入少量合金元素（主要有Mn、V、Ti、Nb、Cu等），由于少量合金元素的加入，使鋼的強度有了顯著地提高，所以稱這類鋼為低合金高強度鋼。

主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構等。

A.合金結(jié)構鋼低合金高強度結(jié)構鋼的一些應用低合金高強度結(jié)構鋼的一些應用b.合金滲碳鋼

合金滲碳鋼的含碳量一般都很低，在0.15%～0.25%，屬于低碳鋼。合金滲碳鋼是因為在熱處理工序上要進行滲碳后淬火加低溫回火而得名，通過滲碳、淬火和低溫回火處理后，心部是低碳淬火組織，保證了高韌性和足夠的強度，而表層則是高碳回火馬氏體，獲得了很高的硬度和耐磨性。主要用于制造汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等機器零件。這類零件在工作中遭受強烈的摩擦磨損，同時又承受較大的交變載荷，特別是沖擊載荷。

b.合金滲碳鋼撥叉齒輪凸輪機構合金滲碳鋼的一些應用撥叉齒輪凸輪機構合金滲碳鋼的一些應用c.合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼的含碳量一般在0.35%～0.50%之間，屬于中碳鋼。合金調(diào)質(zhì)鋼是因為在熱處理上要進行調(diào)質(zhì)處理而得名，通過調(diào)質(zhì)處理，可以獲得回火索氏體組織，從而具有良好的綜合機械性能。合金調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件，如機床齒輪、主軸、汽車發(fā)動機曲軸、連桿、螺栓等。c.合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼的一些應用合金調(diào)質(zhì)鋼的一些應用d.合金彈簧鋼合金彈簧鋼的含碳量一般在0.45%～0.70%之間，常加入的合金元素有Si、Mn、Cr、V、等，尤以Mn、Si元素應用最廣。合金彈簧鋼常進行淬火加中溫回火處理，從而獲得回火屈氏體以保證良好彈性。合金彈簧鋼是一種專用結(jié)構鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性元件。d.合金彈簧鋼合金彈簧鋼的一些應用合金彈簧鋼的一些應用e.滾動軸承鋼滾動軸承鋼的含碳量較高（wc=0.95%～1.10%）從而保證硬度及耐磨性，加入鉻提高的淬透性，并使鉻碳化合物均勻細小。主要用來制造滾動軸承的滾動體（滾珠、滾柱、滾針）、內(nèi)外套圈等，屬專用結(jié)構鋼。從化學成分上看它屬于工具鋼，所以也用于制造精密量具、冷沖模、機床絲杠等耐磨件。

e.滾動軸承鋼滾動軸承鋼的一些應用滾珠滾珠軸承滾動軸承鋼的一些應用滾珠滾珠軸承B.合金工具鋼用來制造各種刃具、模具、量具等工具的合金鋼稱為合金工具鋼。主要要求高硬度和高耐磨性，一般都是高碳鋼。合金工具鋼按用途不同分為：刃具鋼、模具鋼和量具鋼三種。但實際應用界限并非絕對。

B.合金工具鋼a.刃具鋼刃具鋼主要指制造車刀、銑刀、鉆頭等切削刀具的鋼種，工作任務就是通過切削加工將鋼材或坯料加工成為工件。根據(jù)刃具的工作條件，通常對刃具鋼提出如下性能要求：高硬度和高耐磨性能；足夠的強度、塑性和沖擊韌性；高紅硬性。合金刃具鋼分為兩類：低合金刃具鋼和高合金刃具鋼。a.刃具鋼ⅰ）低合金刃具鋼

低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎上，加入一些合金元素（總含量小于5%）發(fā)展起來的。低合金刃具鋼除了高的含碳量以外，常加入Cr、Mn、Si、Mo、V等合金元素。最常用的低合金刃具鋼是9SiCr和CrWMn。

ⅱ）高合金刃具鋼

高合金刃具鋼又稱為高速鋼，鋼中含有W、Mo、Cr、V等合金元素，且總量超過10%。用高速鋼制成的刀具在切削時比低合金刃具鋼刀具更加鋒利，所以又被稱作鋒鋼。

?。┑秃辖鹑芯咪撊芯咪摰囊恍勉姷队⒅颇０宓度芯咪摰囊恍勉姷队⒅颇０宓禸.模具鋼ⅰ）冷作模具鋼冷作模具鋼是指工件在冷態(tài)下成形的模具鋼；冷模具用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200℃～300℃。冷作模具鋼應具備以下性能要求：高硬度和耐磨性，保證模具在工作時磨損小，形狀、尺寸變化小。高強度和足夠的韌性，保證模具在工作時能承受各種載荷，不致發(fā)生崩角、早期疲勞和斷裂。良好的工藝性。常用的冷作模具鋼有：Cr12、Cr12MoVb.模具鋼ⅱ）熱作模具鋼熱作模具鋼是指工件在熱態(tài)下成形的模具鋼。熱作模具如熱鍛模、熱擠壓模、高速鍛模等。熱作模具鋼應具備以下性能要求：足夠的硬度和耐磨性；良好的強韌性；良好的抗熱疲勞性、抗氧化性；良好的導熱性。常用的熱作模具鋼有：5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、4CrSi等。ⅱ）熱作模具鋼模具鋼的應用模具模具鋼的應用模具c.量具鋼量具包括各種量規(guī)、塊規(guī)、卡尺等度量尺寸和形狀的工具。量具鋼應具備的性能要求：高硬度、高耐磨性、高尺寸穩(wěn)定性；良好的磨削加工性及較小的淬火變形；良好的耐腐蝕性能。常用的合金量具鋼有：CrWMn、GCr15、9Cr18等。c.量具鋼量具鋼的一些應用量具鋼的一些應用C.特殊性能鋼

a.不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中具有高的抗腐蝕性能的鋼稱作不銹鋼，應具有抵抗空氣、水、堿、鹽類溶液或其他介質(zhì)腐蝕作用的能力。不銹鋼的分類：按耐酸鋼分：分為不銹鋼和耐酸鋼；按金相組織分：鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼。按成分分：Cr不銹鋼、CrNi不銹鋼、CrNiTi不銹鋼……C.特殊性能鋼a.不銹鋼不銹機理：提高基體的電極電位；形成單相組織；形成鈍化膜；表面防腐；降低鋼的含碳量。常用的不銹鋼：1Cr13、1Cr17、1Cr18Ni9Ti等。不銹機理：不銹鋼的一些應用不銹鋼剪刀1Cr18Ni9Ti不銹鋼表帶不銹鋼容器不銹鋼船用螺旋槳不銹鋼的一些應用不銹鋼剪刀1Cr18Ni9Ti不銹鋼表帶不銹b.耐熱鋼耐熱鋼是指在高溫下具有高的熱化學穩(wěn)定性和熱強性的特殊鋼。

?。┛寡趸摚ㄓ址Q不起皮鋼）

具有很好的抗氧化性能的鋼稱為抗氧化鋼。耐熱鋼中不可缺少的合金元素是Cr、Si或Al，特別是Cr，他們分別在鋼表面形成Cr2O3、SiO2和Al2O3薄膜，有效地阻擋外界氧原子向內(nèi)部擴散。典型合金：1Cr13Si13用于制造各種承受應力不大的爐用構件，如噴嘴、爐罩、托架、吊掛等。b.耐熱鋼ⅱ）熱強鋼在高溫下既具有良好的抗氧化能力又具有較高強度的合金鋼稱為熱強鋼。Mo、W、V、Ti等元素加入鋼中，能形成細小彌散的碳化物，起彌散強化的作用，提高室溫和高溫強度。鋼在高溫下的強度指標主要有兩個：持久強度和蠕變強度。典型合金：4Cr9Si2用于作動力、石油部門的鍋爐及管道材料；1Cr18Ni9Ti用于高壓鍋爐的過熱器、化工高壓反應器、噴氣發(fā)動機尾噴管等ⅱ）熱強鋼在高溫下既具有良好的抗氧化能力又具有較高強度的合金耐熱鋼的應用燃氣輪機耐熱鋼的應用燃氣輪機c.耐磨鋼耐磨鋼，又稱高錳鋼，是一種在強烈沖擊載荷作用下才表現(xiàn)出高耐磨性的特殊鋼種。成分特點：高碳、高錳、一定量的硅。典型合金：Mn13鋼，含碳量為1.0%～1.3%,含錳量為11%～14%，只能通過鑄造成形，故牌號寫作ZGMn13。高錳鋼都采用“水韌處理”。耐磨鋼主要用于運轉(zhuǎn)過程中承受嚴重磨損和強烈沖擊的零件，如車輛履帶、挖掘機鏟斗、破碎機鄂板和鐵軌分道叉等。c.耐磨鋼耐磨鋼，又稱高錳鋼，是一種在強烈沖擊載荷作用下才耐磨鋼的一些應用履帶鐵軌分道叉破碎機顎板挖掘機斗齒耐磨鋼的一些應用履帶鐵軌分道叉破碎機挖掘機斗齒d.低溫用鋼低溫用鋼是指用于生產(chǎn)工作溫度低于0℃的零件的鋼種。

性能要求：冷脆轉(zhuǎn)變溫度低、低溫沖擊韌性高；一定的強度與耐蝕性；優(yōu)良的焊接性能與冷塑性成形性能。成分特點：低碳；添加合金元素Mn、Ni提高低溫韌性；添加合金元素V、Ti、Nb、Al細化晶粒進一步改善低溫韌性；嚴格控制損害韌性的元素P、Si的含量；使材料