第二章工程常用材料與熱處理

第二章

工程常用材料與熱處理主要內(nèi)容2-1概述2-2金屬材料的力學(xué)性能2-3常用的工程材料2-4鋼的熱處理2-5表面精飾2-6精密儀器材料選用原則精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2-1概述機(jī)械工程材料金屬材料非金屬材料黑色金屬鋼有色金屬鑄鐵合金鋼無機(jī)非金屬材料有機(jī)材料塑料橡膠陶瓷合成纖維鋁合金銅合金其他有色合金精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)應(yīng)力極限彈性階段彈性極限p屈服階段屈服點(diǎn)s強(qiáng)化階段強(qiáng)度極限b頸縮階段2-2金屬材料的力學(xué)性能精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)強(qiáng)度：材料抵抗破壞的能力剛度：材料抵抗變形的能力（E、G）塑性：材料破壞時(shí)，遺留變形的大小伸長(zhǎng)率（>5%為塑性材料，<5%為脆性材料）斷面收縮率硬度：材料抵抗硬物壓入的能力布氏硬度HBW、洛氏硬度HRC、維氏硬度HV2-2金屬材料的力學(xué)性能精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)影響力學(xué)性能的主要因素：1、含碳量含碳量越高，強(qiáng)度和硬度越高，但塑性顯著降低。2、雜質(zhì)元素：有益Si、Mn，有害S、P3、合金元素加入某些合金元素（如鉻、錳、鎳、鎢等），可提高和改善其綜合力學(xué)性能，并獲得某些特殊的物理和化學(xué)性能。4、溫度一般，低溫條件下強(qiáng)度有所增加，塑性和沖擊韌性下降，高溫條件下相反。5、熱處理工藝2-2金屬材料的力學(xué)性能精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)鋼鐵材料（黑色金屬）1、非合金鋼（碳鋼）：含碳2％以下的鐵碳合金、少量雜質(zhì)1）按質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類：低碳鋼(Wc≤0.25%）中碳鋼(0.25%<Wc≤0.6%)高碳鋼(Wc>0.6%）2）按質(zhì)量等級(jí)分類：普通質(zhì)量(Ws≤0.055%、Wp≤0.045%)優(yōu)質(zhì)(Ws≤0.040%、Wp≤0.040%)高級(jí)優(yōu)質(zhì)(Ws≤0.030%、Wp≤0.035%)3）按用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼2-3常用工程材料精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)鋼鐵材料（黑色金屬）2、合金鋼：加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，具有高強(qiáng)度、韌性、硬度，及某些特殊性能（如耐腐蝕性、高溫強(qiáng)度等）低合金鋼(合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)<5%):用于重要結(jié)構(gòu)件中合金鋼(5%<合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)<10%):用于飛機(jī)構(gòu)件、沖頭高合金鋼(合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)>10%)：用于航空工業(yè)等3、鑄鐵：良好的鑄造性能、減摩性能、吸振性能、切削加工性能、低的缺口敏感性，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉?；诣T鐵：C－自由狀態(tài)的片狀石墨形式球墨鑄鐵：C－球狀石墨形式，較高強(qiáng)度，良好塑性和韌性2-3常用工程材料精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)有色金屬1、銅及其合金：工業(yè)純銅、黃銅（銅鋅二元合金）、青銅（錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、錳青銅等）2、鋁及其合金：純鋁、硬鋁、鑄鋁3、鈦及其合金：純鈦、鈦合金2-3常用工程材料精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)非金屬1、工程塑料特點(diǎn)：密度小，比強(qiáng)度高，良好的抗蝕型，優(yōu)良的電絕緣性，耐磨、減摩、自潤(rùn)滑性好，工藝性好分類：熱塑性塑料、熱固性塑料2、橡膠：高彈性、絕緣性－密封件、緩沖件、絕緣件上述二者易老化，難回收（污染）3、人工合成礦物：剛玉（寶石）、石英2-3常用工程材料精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)鋼的熱處理加熱、保溫、冷卻改變金屬整體或表面組織，獲所需性能。1、普通熱處理：退火、正火、淬火、回火2、表面熱處理和化學(xué)熱處理：感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、電解加熱、滲碳、氮化、碳氮共滲3、其他熱處理2-4鋼的熱處理精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)鋼的熱處理1、退火：加熱(臨界溫度上20~30℃)，保溫、隨爐冷卻→預(yù)先熱處理→降低硬度、細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力，2、正火：加熱(臨界溫度上30~50℃)，保溫、空氣冷卻→同退火，更高的力學(xué)性能3、淬火：加熱(臨界溫度上30~50℃)，保溫，水、油冷卻→提高硬度、耐磨性，強(qiáng)化材料。但淬火后，出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，材料變脆，須回火。2-4鋼的熱處理精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)回火：零件淬火后，加熱至臨界溫度之下，保溫，以一定速度冷卻?！_(dá)到設(shè)計(jì)圖紙要求的硬度，消除內(nèi)應(yīng)力?；鼗鸸に嚨姆N類：1、低溫回火（150～250C）2、中溫回火（350～500C）3、高溫回火（500～650C）調(diào)質(zhì)處理－淬火＋高溫回火2-4鋼的熱處理精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表面熱處理僅對(duì)鋼的表面進(jìn)行加熱和冷卻而不改變其成分的熱處理工藝→提高零件的表層硬度、抗磨損性能。感應(yīng)加熱：利用交流電的集膚效應(yīng)，對(duì)零件進(jìn)行加熱，并通過控制電流頻率得到不同的淬硬層深度?；鹧婕訜幔豪没鹧婕訜峁ぜ砻妫缓罅⒓从盟畤娚淅鋮s。調(diào)節(jié)燒嘴位置和移動(dòng)速度可得到不同厚度的淬硬層。2-4鋼的熱處理精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)化學(xué)熱處理將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入其表面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進(jìn)表面性能、滿足技術(shù)要求的熱處理過程?！岣咪摷韺拥哪湍バ浴⒛臀g性、抗氧化性和疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能。按表面滲入元素的不同，分為滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等種類。2-4鋼的熱處理精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表面精