第1章 機械常用材料

了解：1、金屬材料分類2、有色金屬及其合金理解：非合金鋼的分類、合金鋼、鑄鋼、鑄鐵掌握：1、強度與塑性2、硬度3、韌性4、疲勞第1章機械常用材料第1節(jié)金屬材料的分類與組織一、金屬材料分類金屬——是指具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，具有一定的強度和塑性，并具有光澤的物質(zhì)。工業(yè)純鐵（Wc<0.0218%）鋼（0.0218%<Wc<2.11%）生鐵（2.11%＜Wc＜6.69%）

1）板材2）管材3）型材圓鋼、扁鋼、方鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼鋼軌、螺紋鋼5）其他材料4）線材（2）生鐵生鐵是由鐵礦石經(jīng)高溫冶煉而得，是煉鋼和鑄造的原材料。2．非鐵金屬除黑色金屬以外的其他金屬，都稱為非鐵金屬，如銅、鋁、鎂、鋅等。二、鋼鐵基本組織鐵碳合金在固態(tài)下的基本組織有鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。1．鐵素體（F）用符號F(或α)表示強度(Rm=180～280MPa)硬度（50～80HBW）塑性(A=30％～50％)韌性（ak=160～200J／cm2）2．奧氏體（A）奧氏體溶碳能力較大1148℃時碳含量（Wc=2.11％)最大隨著溫度下降，碳含量逐漸減少，在727℃時的碳含量為Wc=0.77％強度Rm=400MPa硬度160~220HBW塑性A=40％～50％3．滲碳體（Fe3C）滲碳體的碳含量是6.69％熔點為1227℃滲碳體的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，硬度高，脆性大。塑性與韌性極低。滲碳體是碳在鐵碳合金中的主要存在形式是亞穩(wěn)定的金屬化合物。4．珠光體（P）珠光體是鐵素體(軟)和滲碳體(硬)組成的機械混合物。珠光體碳含量為0.77％。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，有一定的強度和塑性，硬度適中。是一種綜合力學(xué)性能較好的組織。5．萊氏體(Ld)萊氏體是指高碳的鐵基合金在凝固過程中發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所形成的奧氏體和碳化物滲碳體所組成的共晶體。當(dāng)碳含量Wc>2.11％的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至1148℃時，將同時從液體中結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物，即萊氏體。萊氏體碳含量為4.3％。727℃以下的萊氏體稱為低溫萊氏體Ld′，或稱變態(tài)萊氏體。727℃以上的萊氏體稱為高溫萊氏體Ld。萊氏體的性能和滲碳體相似，硬度很高，塑性很差。三、鋼中常存雜質(zhì)元素的影響１．硫S是有害元素。當(dāng)鋼在1000~1200℃壓力加工時，由于低熔點共晶體熔化，顯著減弱晶粒之間的聯(lián)系，使鋼材在壓力加工時沿晶界開裂，這種現(xiàn)象為熱脆。

鋼中硫的質(zhì)量分數(shù)必須嚴格控制。２．磷P是有害元素。在室溫下鋼的塑性、韌性急劇下降，變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆。

鋼中磷的質(zhì)量分數(shù)也必須嚴格控制。第2節(jié)機械工業(yè)材料一、非合金鋼1．按質(zhì)量分類1）普通鋼普通鋼是指對生產(chǎn)過程中控制質(zhì)量無特殊規(guī)定的一般用途的非合金鋼，應(yīng)用時不規(guī)定熱處理。質(zhì)量等級分A級鋼和B級鋼兩種。硫、磷含量均≤0.050%。牌號用Q字打頭，Q表示屈服極限，如Q235表示σs=235MPa牌號的化學(xué)成分參見GB/T700-1988。2）優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼是指在生產(chǎn)過程中需要特別控制硫、磷的含量。質(zhì)量等級分C級鋼和D級鋼兩種。硫、磷含量≤0.040%。牌號用含碳量的萬分數(shù)表示，如20表示含炭量為0.2%。牌號參見GB/T699-1999。

2．按含碳量分類1）低碳鋼低碳鋼是指碳的質(zhì)量分數(shù)Wc<0.25%的鐵碳合金。2）中碳鋼中碳鋼是指碳的質(zhì)量分數(shù)0.25%≤Wc≤0.6%的鐵碳合金。3）高碳鋼高碳鋼是指碳的質(zhì)量分數(shù)Wc>0.6%的鐵碳合金。3．按用途分類1）結(jié)構(gòu)鋼碳的質(zhì)量分數(shù)Wc<0.7%。主要用作制造不太重要的齒輪、軸、螺栓、螺母、彈簧等機械零件。2）工具鋼含碳量分數(shù)Wc>0.7%，這類鋼熱處理后具有高的硬度和耐磨性，主要用于制造工具，如制作刃具、模具、量具等，用含碳量的千分數(shù)表示，如T7表示含碳量為千分之七。若為高級優(yōu)質(zhì)鋼則在排號后附以“A”字，如T12A等。牌號參見GB/T700-1988。三、合金鋼常加的合金元素有：Mn（錳）、Si（硅）、Cr（鉻）、Ni（鎳）、Mo（鉬）、V（釩）、Ti（鈦）、Nb（鈮）、Co（鈷）、Al（鋁）、B（硼）、Re（錸）等。合金鋼的表示方法如40Cr、20CrMnTi、35SiMn、60Si2Mn、GCr15等。牌號參見GB/T700-1988。四、鑄鋼鑄鋼牌號是“ZG+數(shù)字+數(shù)字”。第一組數(shù)字代表屈服極限，第二組數(shù)字代表強度極限。合金鑄鋼是在的牌號前加“ZG”后面的第一組數(shù)字表示鑄鋼的名義萬分碳含量的質(zhì)量分數(shù)，其后排列的是各主要合金元素符號及其名義質(zhì)量分數(shù)。牌號參見GB/T5613-1995

。五、鑄鐵1．普通灰鑄鐵斷口呈灰色。牌號用：HT+數(shù)字

如：HT200、HT250等。數(shù)字表示最低抗拉強度200表示最低抗拉強度為200MPa。牌號參見GB9439-1988。鑄鐵是含碳量2.11%＜Wc≤6.69%或者組織中具有共晶組織的鐵碳合金?；诣T鐵的應(yīng)用2．球墨鑄鐵牌號QT+數(shù)字+數(shù)字第一組數(shù)字代表最低抗拉強度第二組數(shù)字代表斷后延伸率如QT500-7、QT900-2等。牌號參見GB1348-1988。3．可鍛鑄鐵牌號：黑心可鍛鑄鐵是“KTH+數(shù)字+數(shù)字”。KTH300-06，強度Rm≥300MPa延伸率A≥6%分類：黑心可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵與白心可鍛鑄鐵等。性能：黑心可鍛鑄鐵具有一定的強度和較高的韌性；珠光體可鍛鑄鐵強度高、硬度高、耐磨性好。珠光體與白口可鍛鑄鐵：只是將KTH中的H改成Z與B，其它不變。六、有色金屬及其合金1．鋁及鋁合金1)工業(yè)純鋁2)鋁合金通過加入硅、銅、鎂、鋅、錳等合金元素主要用于需要減輕質(zhì)量的零件和結(jié)構(gòu)。2．銅及銅合金（1）純銅（2）銅合金1）錫青銅2）鋁青銅3）鈹青銅六、新型材料１.納米材料納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，大約相當(dāng)于10~100個原子緊密排列在一起的尺度。2.智能材料智能材料亦稱為靈巧或機敏材料。智能材料就是能感知外部刺激（傳感功能）、能判斷并適當(dāng)處理（處理功能）且本身可執(zhí)行（執(zhí)行功能）的材料。3.超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料是指在超低溫下失去電阻的材料，材料的這種性質(zhì)稱為超導(dǎo)電性。4.非晶態(tài)金屬非晶態(tài)金屬具有優(yōu)異的軟磁性能力學(xué)性能Rm=400MPa耐蝕性（比不銹鋼強100倍）、耐輻射、催化等特性。5.光導(dǎo)纖維由釬芯、包層、涂敷層與護套構(gòu)成，是一種多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的對稱主體材料。第3節(jié)金屬材料的力學(xué)性能和工藝性能金屬材料的力學(xué)性能是指金屬在力的作用下所顯示的如彈性、塑性、強度、硬度、韌性和疲勞強度等。彈性是指物體在外力作用下改變其形狀和尺寸，當(dāng)外力卸除后物體又回復(fù)到其原始形狀和尺寸的特性。一、強度與塑性強度是指金屬在外力作用下抵抗破壞的能力。塑性是指金屬在外力作用下抵抗永久變形的能力。1．拉伸試驗1）拉伸試樣各種試驗機觀看試驗過程塑材壓縮試驗鑄鐵拉伸試驗2．強度指標金屬材料抵抗拉伸力的強度指標有屈服極限、抗拉強度1）屈服點和屈服應(yīng)力2）抗拉強度3．塑性指標金屬材料的塑性，可以用拉伸試樣斷裂時的最大相對變形量來表示。1）斷后伸長率2）斷面收縮率

二、硬度硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標，也是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度測定指標分類1、布氏硬度（HBW）2、洛氏硬度（HRC）3、維氏硬度（HV）三、韌性1．試驗原理擺錘具有勢能AKl。擺錘的剩余勢能為AK2擺錘沖斷試樣的沖擊功為：AK=AKl－AK22．沖擊韌度沖擊韌度用表示，單位是J/cm2。

四、疲勞1．疲勞破壞現(xiàn)象機械中的零件90％以上都是因疲勞破壞造成的。循環(huán)應(yīng)力越小，則材料斷裂前所承受的循環(huán)次數(shù)越多。