制造工程工藝基礎(chǔ)第一篇詳解演示文稿

制造工程工藝基礎(chǔ)第一篇詳解演示文稿當(dāng)前第1頁\共有72頁\編于星期六\22點（優(yōu)選）制造工程工藝基礎(chǔ)第一篇當(dāng)前第2頁\共有72頁\編于星期六\22點

金屬材料的分為：黑色金屬材料、有色金屬材料及粉末冶金材料等。

金屬是一種具有光澤（也就是對可見光強烈反射）、富有延展性、容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性質(zhì)的物質(zhì)。1金屬材料當(dāng)前第3頁\共有72頁\編于星期六\22點1.2金屬熱處理方法1.3鋼鐵材料1.4有色金屬材料與粉末合金1.1金屬材料的性能返回目錄當(dāng)前第4頁\共有72頁\編于星期六\22點金屬材料性能（propertiesofmetalmaterials）包括：物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能和工藝性能。1.1

金屬材料的性能1.1.1金屬材料的力學(xué)性能

金屬的力學(xué)性能（mechanicalproperty）：是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的特性，性能指標(biāo)：強度、塑形、硬度、韌性等。當(dāng)前第5頁\共有72頁\編于星期六\22點

強度（strength）：材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。1.拉伸試樣（GB6397-86）強度當(dāng)前第6頁\共有72頁\編于星期六\22點2.力——伸長曲線彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。強化階段播放暫停當(dāng)前第7頁\共有72頁\編于星期六\22點3概念1）彈性極限（elasticlimit）

在拉伸試驗過程中，金屬材料在外力作用下開始產(chǎn)生塑性變形時的應(yīng)力，用符號σe表示。2）屈服點（yieldpoint）

在拉伸試驗過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力，用符號σs表示。FeA0σe=FsA0σs=當(dāng)前第8頁\共有72頁\編于星期六\22點3概念3）抗拉強度（tensilestrength）材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，用符號σb表示。σb=FbA0

金屬材料強度在機械設(shè)計中的意義。當(dāng)前第9頁\共有72頁\編于星期六\22點

塑性（plasticity）：材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。塑性l1-l0l0×100%δ=S0-S1S0Ψ=×100%1）伸長率（δ

）2）斷面收縮率（Ψ

）當(dāng)前第10頁\共有72頁\編于星期六\22點斷面收縮率：伸長率：試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比。試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比。l1——試樣拉斷后的標(biāo)距,mm;l0——試樣的原始標(biāo)距,mm。S0——試樣原始橫截面積,mm2；S1——頸縮處的橫截面積,mm2

。當(dāng)前第11頁\共有72頁\編于星期六\22點硬度

硬度（hardness）：金屬材料抵抗集中載荷作用的能力。1）布氏硬度布氏硬度=

FA凹=0.102×2FπD[D-（D2-d2）?]當(dāng)前第12頁\共有72頁\編于星期六\22點2）洛氏硬度20~671500N120°金剛石圓錐體HRC25~1001000N1.588mm鋼球HRB70~85600N120°金剛石圓錐體HRA常用洛氏硬度標(biāo)度的試驗范圍當(dāng)前第13頁\共有72頁\編于星期六\22點沖擊韌度

沖擊韌度（impacttoughness）：金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。當(dāng)前第14頁\共有72頁\編于星期六\22點1.1.2金屬材料的其它性能1）金屬材料物理性能（physicalproperty）包括密度、熔點、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和磁性等。2）金屬材料的化學(xué)性能（chemicalproperty）：是指金屬在化學(xué)作用下所表現(xiàn)的性能。

3）金屬材料工藝性能（technologicalproperty）：指材料承受各種加工、處理的能力的那些性能。返回當(dāng)前第15頁\共有72頁\編于星期六\22點熱處理（heattreatment）：是將金屬在固態(tài)下通過加熱、保溫和冷卻，改變金屬的組織，從而改變金屬性能的一種工藝方法。1.2

金屬熱處理方法零件預(yù)備熱處理最終熱處理去應(yīng)力處理當(dāng)前第16頁\共有72頁\編于星期六\22點退火

概念：將鋼加熱到一定溫度并保溫一段時間，然后使它慢慢冷卻，稱為退火（annealing）。

目的：

①是為了消除組織缺陷，改善組織使成分均勻化以及細化晶粒，提高鋼的力學(xué)性能，減少殘余應(yīng)力；

②同時可降低硬度，提高塑性和韌性，改善切削加工性能。當(dāng)前第17頁\共有72頁\編于星期六\22點概念：正火（normalizing）是將工件加熱到臨界溫度以上，保溫之后從爐中取出，然后在空氣中自然冷卻的熱處理方法。目的：正火目的與退火相似，是為了提高零件的綜合力學(xué)性能，對要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經(jīng)濟的，可以作為最終熱處理工藝。概念：淬火（quechhardening）是將工件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然后快速冷卻下來的一種熱處理方法。淬火處理之后，再進行回火處理。目的：是改善零件的使用性能和延長使用壽命。

正火淬火注意：工件淬火之后應(yīng)該立即進行回火處理才能使用。

當(dāng)前第18頁\共有72頁\編于星期六\22點概念：將已經(jīng)淬火的鋼重新加熱到一定溫度，再用一定方法冷卻稱為回火（termpring）。目的：是消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度和脆性，以取得預(yù)期的力學(xué)性能。分類：

低溫回火：150oC~250oC

中溫回火：350oC~500oC

高溫回火：500oC~650oC

回火多與淬火、正火配合使用?；鼗甬?dāng)前第19頁\共有72頁\編于星期六\22點

為了兼顧零件表面和心部兩種不同性能要求,生產(chǎn)中廣泛采用表面熱處理的方法,即表面淬火和化學(xué)熱處理。

1.表面淬火（surfacehardening）：指僅改變鋼的表層組織的局部熱處理工藝，而零件心部組織和性能并不發(fā)生變化。

種類：

火焰加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火表面熱處理當(dāng)前第20頁\共有72頁\編于星期六\22點感應(yīng)加熱表面淬火

當(dāng)前第21頁\共有72頁\編于星期六\22點2.化學(xué)熱處理(thermo-chemicaltreatment):將鋼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層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。

分類：（1）滲碳(carburizing):將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。

（2）滲氮(nitriding)：滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的熱處理工藝。

當(dāng)前第22頁\共有72頁\編于星期六\22點化學(xué)熱處理

返回當(dāng)前第23頁\共有72頁\編于星期六\22點

習(xí)慣上把碳含量＞2.11%的歸類于鐵，碳含量＜2.11%的歸類于鋼。

1.3

鋼鐵材料

鋼是用生鐵（煉鋼生鐵）或生鐵加一部分廢鋼煉成的鋼中含碳量低于2.11%，并使其雜質(zhì)（主要指S、P）含量降低到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前第24頁\共有72頁\編于星期六\22點1.3.1鋼1、鋼的分類按化學(xué)成份分類

一、碳素鋼（carbonsteel）指鋼中除鐵、碳外，還含有少量錳、硅、硫、磷等元素的鐵碳合金。

二、合金鋼（alloysteel）為了改善鋼的性能，在冶煉碳素鋼的基礎(chǔ)上，加入一些合金元素而煉成的鋼，如鉻鋼、錳鋼、鉻錳鋼、鉻鎳鋼等。

當(dāng)前第25頁\共有72頁\編于星期六\22點按冶煉質(zhì)量分類

一、根據(jù)鋼在冶煉過程中，硫、磷的去除程度，可以分為：a.普通鋼b.優(yōu)質(zhì)鋼c.高級優(yōu)質(zhì)鋼

二、根據(jù)鋼在冶煉過程中脫氧方法的使用，可以分為：a.沸騰鋼b.鎮(zhèn)靜鋼c.半鎮(zhèn)靜鋼按鋼的用途分類

根據(jù)鋼的用途可以分為：a.結(jié)構(gòu)鋼b.工具鋼c.特殊性能鋼

當(dāng)前第26頁\共有72頁\編于星期六\22點2、鋼的編號與用途一、碳素結(jié)構(gòu)鋼由Q+數(shù)字+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號組成。

它的鋼號冠以“Q”，代表鋼材的屈服點，后面的數(shù)字表示屈服點數(shù)值，單位是Mpa。質(zhì)量等級符號分別為A、B、C、D。脫氧方法符號：F表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼：Z表示鎮(zhèn)靜鋼。例如：Q235-AF，表示屈服點σs為235MPa的A級碳素結(jié)構(gòu)鋼，且為沸騰鋼。

當(dāng)前第27頁\共有72頁\編于星期六\22點當(dāng)前第28頁\共有72頁\編于星期六\22點二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號開頭的兩位數(shù)字表示鋼的碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示。

例如平均碳含量為0.45%的鋼，鋼號為“45”，它不是順序號，所以不能讀成45號鋼；錳含量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)將錳元素標(biāo)出，例如50Mn。當(dāng)前第29頁\共有72頁\編于星期六\22點三、合金結(jié)構(gòu)鋼鋼號由開頭的兩位數(shù)字表示鋼的含碳量，以平均碳含量的萬分之幾表示，隨后的元素符號表示鋼中的合金元素，以百分之即表示。當(dāng)平均合金含量＜1.5%時，鋼號中一般只標(biāo)出元素符號，而不標(biāo)明含量，當(dāng)合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%??時，在元素符號后面應(yīng)標(biāo)明含量，可相應(yīng)表示為2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。

當(dāng)前第30頁\共有72頁\編于星期六\22點四、工具鋼鋼號中的數(shù)字表示碳含量，以平均碳含量的千分之幾表示。碳素工具鋼，例如“T8”表示平均碳含量為0.8%合金工具鋼，當(dāng)平均碳含量≥1.0%時，不標(biāo)出碳含量；當(dāng)平均碳含量＜1.0%時，以千分之幾表示，合金元素含量的表示方法，基本上與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。例如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V。

當(dāng)前第31頁\共有72頁\編于星期六\22點五、特殊性能鋼

具有特殊物理或化學(xué)性能，用來制造除要求具有一定的機械性能外，還要求具有特殊性能的零件。例如，能抵抗大氣腐蝕的鋼稱為不銹鋼常用的有“2Cr13”鋼的平均碳含量為0.2%；

耐熱鋼在高溫下不易氧化并有較好的高溫強度，常用的有高溫抗氧化鋼1Cr13Si3，高溫?zé)釓婁?5CrMo等；

耐磨鋼在強烈摩擦條件下抗磨損能力強。常用的耐磨鋼有ZGMn13、ZG30Mn2Si等。

當(dāng)前第32頁\共有72頁\編于星期六\22點

鑄鐵

鑄鐵是碳質(zhì)量分數(shù)2.11%<Wc<6.69%

、并常含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。鑄鐵的性能：

強度、塑性、韌性較低，不能進行鍛造。但鑄造性能好；切削加工性良好；減摩性好；減震性好；低的缺口敏感性。

根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式不同，可分四大類：白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵當(dāng)前第33頁\共有72頁\編于星期六\22點一、白口鑄鐵C的存在形式：滲碳體(Fe3C)，斷口為白色。

性能硬而脆，難以切削加工。主要用作煉鋼原料，高耐磨零件（如軋輥、犁鏵等）。C的存在形式：石墨，斷口為灰黑色?；诣T鐵抗拉強度低于鋼、而塑性和韌性近于零，是鑄造性能最好，應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料?；铱阼T鐵的牌號，HT+三位數(shù)字，數(shù)字表示最低抗拉強度。如，HT200表示σb≥200N/mm2的灰口鑄鐵。二、灰口鑄鐵當(dāng)前第34頁\共有72頁\編于星期六\22點三、可鍛鑄鐵先將鑄鐵澆注成白口鑄鐵,然后進行高溫石墨化退火,使?jié)B碳體分解得到團絮狀石墨?？慑戣T鐵較高的強度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼?？慑戣T鐵不可鍛。當(dāng)前第35頁\共有72頁\編于星期六\22點可鍛鑄鐵以“KT”表示，黑心可鍛鑄鐵用“KTH”表示，珠光體可鍛鑄鐵以“KTZ”表示。其后的兩組數(shù)字表示最低抗拉強度和延伸率。如：KTH350-10、KTZ600-3可鍛鑄鐵的牌號和機械性能

當(dāng)前第36頁\共有72頁\編于星期六\22點四、球墨鑄鐵在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑而直接獲得球狀石墨,得到球墨鑄鐵。球墨鑄鐵具有與鋼相近的力學(xué)性能，可代替鋼和合金鋼使用。當(dāng)前第37頁\共有72頁\編于星期六\22點用“QT”標(biāo)明，其后兩組數(shù)值表示最低抗拉強度和延伸率。如:QT420-10、QT600-2、QT800-2球墨可鍛鑄鐵的牌號和機械性能

機械性能

牌號基體bMPa0.2MPa5%akkJ/m2HB應(yīng)用舉例QT400-17鐵素體40025017600≤179

汽車、拖拉機床底盤零件；16-64大氣壓閥門的閥體、閥蓋QT420-10鐵素體42027010300≤207QT500-5鐵素體+球光體5003505－147～241

機油泵齒輪QT600-2球光體6004202－2297～302

柴油機、汽油機曲軸；磨床、銑床、車床的主軸；空壓機、冷凍機缸體、缸套QT700-2球光體7004902－2297～302QT800-2球光體8005602－2417～321返回當(dāng)前第38頁\共有72頁\編于星期六\22點1.4

有色金屬材料與粉末合金有色金屬材料(non-ferrousmetalmaterials)：除黑色金屬(鋼、鐵)以外的所有金屬。性能特點:具有獨特的物理、化學(xué)性能。

有色金屬材料當(dāng)前第39頁\共有72頁\編于星期六\22點1、鋁及其合金

鋁及其合金是航空工業(yè)中的主要結(jié)構(gòu)材料，是有色金屬中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料。純鋁呈銀白色，具有優(yōu)良的加工工藝性能、電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性和耐大氣腐蝕能力。鋁通過添加硅、銅、鎂等合金元素制成鋁合金，使得力學(xué)性能得到提高。分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。

當(dāng)前第40頁\共有72頁\編于星期六\22點(1)形變鋁合金牌號。采用四位字符牌號，第一位數(shù)字表示鋁合金的組別；第二位字母：原始合金的改型情況，最后兩位數(shù)字：表示鋁合金的強度值。例：LY12。形變鋁合金

防銹鋁合金

硬鋁合金

超硬鋁合金

鍛鋁合金

當(dāng)前第41頁\共有72頁\編于星期六\22點鑄造鋁合金Al-Si系鑄造鋁合金(硅鋁明)

Al-Cu系鑄造鋁合金

Al-Mg系鑄造鋁合金

Al-Zn系鑄造鋁合金

(2)鑄造鋁合金牌號。用“Z+Al+元素符號+數(shù)字”表示。數(shù)字是主加合金元素百分含量。例：ZAlSi9Mg。當(dāng)前第42頁\共有72頁\編于星期六\22點2、銅及其合金

純銅呈紫紅色，具有良好的電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性、耐蝕性、抗磁性和加工工藝性能。

純銅主要用于制作電線、電纜、導(dǎo)熱材料及配置合金。銅中添加其他合金元素稱為銅合金，可以分為黃銅、青銅和白銅。

當(dāng)前第43頁\共有72頁\編于星期六\22點（1）白銅是銅鎳合金，主要用來制作精密機械和儀表中的耐蝕零件、熱電偶等，價格高。（2）黃銅是銅鋅合金，以改善切削加工性、提高耐蝕性、鑄造性能和力學(xué)性能等。（3）青銅是以錫為主要添加元素的銅基合金，錫青銅的耐磨性好、無磁性和冷脆現(xiàn)象，可用于制作軸承、軸套等耐磨零件及彈簧等彈性元件。當(dāng)前第44頁\共有72頁\編于星期六\22點粉未合金（powdermetal）:是將金屬粉未(或摻入部分非金屬粉未)經(jīng)過成形和燒結(jié)，制成金屬材料或機械零件的一種加工工藝方法。1粉末合金結(jié)構(gòu)材料一般采用鐵基粉末制備機械零件。優(yōu)點：尺寸準(zhǔn)確，無需切削加工；缺點：塑性、韌性相對較差。只適宜加工形狀簡單的小尺寸零件。

粉末合金當(dāng)前第45頁\共有72頁\編于星期六\22點硬質(zhì)合金（hardmetal）:將一些難熔金屬化合物粉未和粘結(jié)劑混合，加壓成形，再經(jīng)燒結(jié)而成的一種粉未冶金材料。優(yōu)點：硬度高、耐磨性好、熱硬性好，抗壓強度和彈性模量高；缺點：脆性大，強度不高。應(yīng)用較多的為碳化鎢合金、碳化鈦硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金。2硬質(zhì)合金返回主頁當(dāng)前第46頁\共有72頁\編于星期六\22點

除了金屬材料以外，工業(yè)制造還廣泛采用非金屬材料和復(fù)合材料。2非金屬材料與復(fù)合材料2.1

非金屬材料

高分子材料和陶瓷材料是常用的非金屬材料。當(dāng)前第47頁\共有72頁\編于星期六\22點高分子材料是由相對分子質(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。機械工程中用的高分子材料主要是各種人工合成有機高分子化合物。2.1.1高分子材料當(dāng)前第48頁\共有72頁\編于星期六\22點（1）塑料的分類

按樹脂在加熱和冷卻時所表現(xiàn)的性能分熱塑性塑料和熱固性塑料。按使用范圍分通用塑料、工程塑料和耐高溫塑料。一、工程塑料

塑料是以樹脂為主要組分，加入一些能改善使用性能和工藝性能的添加劑而制成的一種高分子材料。當(dāng)前第49頁\共有72頁\編于星期六\22點（2）塑料的性能特點

優(yōu)點：質(zhì)輕、比強度高；化學(xué)穩(wěn)定性好；良好的電絕緣性能；優(yōu)良的減摩性、耐磨性和自潤滑性；消聲、減振性好；成形加工性好、方法簡單、成本低、生產(chǎn)率高。缺點：塑料的強度、硬度不及金屬材料高，耐熱性和熱導(dǎo)性差、膨脹變形大、蠕變大、易老化等。（3）常用塑料聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、ABS等。當(dāng)前第50頁\共有72頁\編于星期六\22點當(dāng)前第51頁\共有72頁\編于星期六\22點（1）橡膠的分類按生膠來源分為天然橡膠和合成橡膠。按應(yīng)用范圍分為通用橡膠和特種橡膠。二、橡膠

橡膠是一種高彈性的高分子化合物（分子量一般在10萬以上）,因而具有其它材料所沒有的高彈性.因而也稱為彈性體。當(dāng)前第52頁\共有72頁\編于星期六\22點（2）橡膠的性能特點

優(yōu)點：高彈性；一定的強度；耐磨性好；還具有良好的絕緣性、隔音性和吸振能力、一定的耐蝕性，缺點：老化。（3）常用的橡膠天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠等。當(dāng)前第53頁\共有72頁\編于星期六\22點當(dāng)前第54頁\共有72頁\編于星期六\22點（1）陶瓷的分類

按使用原料分為普通陶瓷和特種陶瓷。按用途不同分為日用陶瓷和工業(yè)陶瓷。工業(yè)陶瓷又分為工程結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。

陶瓷是以天然硅酸鹽或人工合成的無機化合物為原料，用粉末冶金法生產(chǎn)的由金屬和非金屬的無機化合物構(gòu)成的多晶固體材料。

2.1.2陶瓷當(dāng)前第55頁\共有72頁\編于星期六\22點（2）陶瓷的性能特點優(yōu)點：硬度大，抗壓強度高；熔點高，耐高溫、熱硬性高；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐腐蝕；絕緣性能好。缺點：抗拉強度低、脆性大；抗熱振性能比較差，熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)差。（3）常用的陶瓷材料普通瓷、氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷等。當(dāng)前第56頁\共有72頁\編于星期六\22點當(dāng)前第57頁\共有72頁\編于星期六\22點

復(fù)合材料（compositematerials）是指用人工的方法將一種或幾種材料均勻地與另一種材料結(jié)合而成的多相材料。人工合成的復(fù)合材料是由基體材料（高韌性和低強度）和增強材料（硬度高和脆性大）組成。性能特點：比強度和比模量高；抗疲勞性能好；減振性能好；高溫性能好和斷裂安全性能高。常用復(fù)合材料：纖維增強復(fù)合材料、層疊復(fù)合材料和顆粒復(fù)合材料等。2.2

復(fù)合材料當(dāng)前第58頁\共有72頁\編于星期六\22點纖維增強復(fù)合材料是指以各種金屬和非金屬作為基體，以各種纖維作為增強材料的復(fù)合材料。它的性能取決于纖維的特性、含量和排布方式。2.2.1纖維增強復(fù)合材料當(dāng)前第59頁\共有72頁\編于星期六\22點當(dāng)前第60頁\共有72頁\編于星期六\22點粒子增強復(fù)合材料是將粒子高度彌散地分布在基體中，使其阻礙導(dǎo)致塑性變形的位錯運動和分子鏈運動。2.2.2粒子增強復(fù)合材料當(dāng)前第61頁\共有72頁\編于星期六\22點層疊增強復(fù)合材料是指在基體中含有多重層片狀高強高模量增強復(fù)合物的復(fù)合材料。2.2.3層疊增強復(fù)合材料返回主頁當(dāng)前第62頁\共有72頁\編于星期六\22點磁性材料（magneticmaterials）已經(jīng)廣泛的用在我們的生活之中，例如將永磁材料用作馬達，應(yīng)用于變壓器中的鐵心材