《金屬加工與實訓-基礎(chǔ)常識（第3版）》 課件全套 第0-9章 緒論、技術(shù)測量、金屬材料的性能及常用工程材料-零件生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)知識

金屬加工與實訓—基礎(chǔ)常識（第3版）金屬加工的重要地位和作用金屬加工的主要職業(yè)(工種)及特點我國金屬加工的發(fā)展和成就本課程的性質(zhì)、任務(wù)及教學目標緒論金屬加工的安全生產(chǎn)規(guī)范金屬加工是對金屬材料進行成形生產(chǎn)的全過程，涉及金屬材料的性能、金屬零件的毛坯成形和機械加工以及整機裝配等方面，屬機械制造范疇。任何機械設(shè)備都是用不同材料通過各種成形方法加工制造而成的。

金屬加工的制造過程如圖所示。0.1金屬加工的重要地位和作用對機械的總要求裝配圖與零件圖零件制造圖選擇原材料毛坯熱處理機械零件機器熱處理鑄、鍛、焊機械加工機械加工裝配檢驗紡織機械動力機械家用電器通訊設(shè)備出版印刷網(wǎng)絡(luò)媒體文化娛樂冶金機械建筑機械交通工具環(huán)保設(shè)備軍事裝備醫(yī)療設(shè)備機器制造農(nóng)業(yè)機械化工設(shè)備金屬加工金屬加工在國民經(jīng)濟中的重要作用現(xiàn)代金屬加工技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在兩個方向上：一是精密工程技術(shù)，二是金屬加工的高度自動化。0.1金屬加工的重要地位和作用相關(guān)鏈接：機械制造業(yè)的作用與地位0.2我國金屬加工的發(fā)展和成就

1、古代成就秦代銅車馬司母戊鼎越王勾踐劍相關(guān)鏈接：中國古代金工成就

2、現(xiàn)代成就機器人載人飛船“和諧號”高速動車組0.2我國金屬加工的發(fā)展和成就0.3金屬加工的主要職業(yè)(工種)及特點

金屬加工分為熱加工和冷加工兩類相關(guān)鏈接：金屬加工方法0.4金屬加工的安全生產(chǎn)規(guī)范1、工人安全職責①參加安全活動、學習安全技術(shù)知識，嚴格遵守各項安全生產(chǎn)規(guī)章制度。②認真執(zhí)行交接班制度，接班前必須認真檢查本崗位的設(shè)備和安全設(shè)施是否齊全完好。③精心操作，嚴格執(zhí)行工藝規(guī)程，遵守紀律，記錄清晰、真實、整潔。④按時巡回檢查、準確分析、判斷和處理生產(chǎn)過程中的異常情況。⑤認真維護保養(yǎng)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)缺陷及時消除，并做好記錄，保持作業(yè)場所清潔。⑥正確使用、妥善保管各種勞動防護用品、器具和防護器材、消防器材。⑦不違章作業(yè)、并勸阻或制止他人違章作業(yè)；對違章指揮有權(quán)拒絕執(zhí)行，并及時向上級領(lǐng)導報告。0.4金屬加工的安全生產(chǎn)規(guī)范2、車間管理安全規(guī)則①車間應(yīng)保持整齊清潔。②車間內(nèi)的通道、安全門進出應(yīng)保持暢通。③工具、材料等應(yīng)分開存放，并按規(guī)定安置。④車間內(nèi)保持通風良好、光線充足。⑤安全警示標圖醒目到位，各類防護器具設(shè)放可靠，方便使用。⑥進入車間的人員應(yīng)配帶安全帽，穿好工作服等防護用品。0.4金屬加工的安全生產(chǎn)規(guī)范3、設(shè)備操作安全規(guī)則①嚴禁為了操作方便而拆下機器的安全裝置。②使用機器前應(yīng)熟讀其說明書，并按操作規(guī)則正確操作機器。③未經(jīng)許可或不太熟悉的設(shè)備，不得擅自操作使用。④禁止多人同時操作同一臺設(shè)備，嚴禁用手摸機器運轉(zhuǎn)著的部分。⑤定時維護、保養(yǎng)設(shè)備。⑥發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障應(yīng)作記錄并請專人維修。⑦如發(fā)生事故應(yīng)立即停機，切斷電源，并及時報告，注意保持現(xiàn)場。⑧嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程，嚴禁違規(guī)作業(yè)。本課程是中等職業(yè)學校機械類專業(yè)及工程技術(shù)類相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程。主要任務(wù)是：使學生掌握必備的金屬材料、熱處理、金屬加工工藝知識和技能。1、本課程的性質(zhì)和任務(wù)0.5本課程的性質(zhì)、任務(wù)及教學目標2、本課程的教學目標：培養(yǎng)“三種能力”（1）實踐能力（2）學習能力（3）社會能力機械工業(yè)的發(fā)展和進步，在很大程度上取決于切削加工技術(shù)的發(fā)展。事實證明，切削加工技術(shù)的發(fā)展水平直接影響著機械制造工業(yè)的發(fā)達程度，更是表征綜合國力的標志。在機械零件的加工制造過程中，采用鑄造、鍛壓、焊接、沖壓等制造方法，可以獲得低精度的零件。對于精度要求較高、表面粗糙度值較小的零件，主要依靠切削加工的方法來實現(xiàn)。工欲善其事，必先利其器0.5本課程的性質(zhì)、任務(wù)及教學目標相關(guān)鏈接：金屬切削機床發(fā)展史金屬加工與實訓—基礎(chǔ)常識（第3版）第1章技術(shù)測量及常用器具第1章技術(shù)測量及常用器具1.掌握長度及角度單位的換算關(guān)系。2.了解常用量具的構(gòu)成并掌握使用方法。學習目標1.1.1技術(shù)測量的含義1.1技術(shù)測量的基本知識

1.測量是以確定被測對象的量值而進行的實驗過程。在這個實驗過程中，通常是將被測的量與作為計量單位的標準量進行比較，從而確定二者比值。2.檢驗是指判斷被測量是否在規(guī)定范圍內(nèi)的過程，它不要求得到被測量的具體數(shù)值。3.檢測是指檢驗和測量的總稱。4.檢查是指測量和外觀驗收等方面的過程。測量過程四要素被測對象、計量單位、測量方法和測量精度4個方面。被測對象的結(jié)構(gòu)特征和測量要求在很大程度上決定了測量方法。測量方法是指測量時所采用的計量器具和測量條件的綜合。測量精度是指測量結(jié)果與其真值的一致程度。1.1.2測量要素1.1.3計量單位1.長度單位:

(1)國際統(tǒng)一長度單位是米(m)。機械制造中常采用的長度計量單位為毫米（mm）1mm=10-3m

在精密測量中，長度計量單位采用微米（μm）1μm=10-3mm

在超精密測量中，長度計量單位采用納米（nm）1nm=10-3μm(2)英制長度單位，常以英寸（in）作為基本單位，它與法定長度單位的換算關(guān)系是1in=25.4mm

2.角度單位（1）弧度、微弧度機械制造中常用的角度單位為弧度(rad)、微弧度(μrad)1rad=10-6μrad（2）度、分、秒另一角度單位為度(o)、分(')、秒(")。度(o)、分(')、秒(")的關(guān)系采用60進位制，即1o=60'，1'=60"(3)弧度與度的轉(zhuǎn)換關(guān)系1o=0.0174533rad1.1.3計量單位1.2常用測量器具1.2.1長度量具1.鋼直尺

鋼直尺是一種不可卷的鋼質(zhì)板狀量尺，亦可作為劃直線的導向工具。生產(chǎn)中常用的量程為150mm、300mm和1000mm三種，如圖1-1所示。使用鋼直尺時，應(yīng)以工作端邊作為測量基準，這樣不僅便于找正測量基準，而且便于讀數(shù)。用鋼直尺測量柱形工件的直徑時，先將尺的端邊或某一刻線緊貼住被測件的一邊，并來回擺動另一端，所獲得的最大讀數(shù)值，才是所測直徑的尺寸。圖1-1鋼直尺

2．卡鉗

卡鉗是一種間接量具，其本身沒有分度，所以要與其他量具配合使用。

卡鉗根據(jù)用途可分為外卡鉗和內(nèi)卡鉗兩種，前者用于測量外尺寸，后者用于測量內(nèi)尺寸，如圖1-2所示?？ㄣQ常用于測精度不高的工件。如果操作正確，測量精度可達0.02～0.05mm。3．游標卡尺游標卡尺是機械加工中使用最廣泛的量具之一。它可以直接測量出工件的內(nèi)徑、外徑、中心距、寬度、長度和深度等。

游標卡尺的測量精度有0.1mm、0.05mm和0.02mm三種，測量范圍有0～125mm、0～200mm、0～500mm等。(1)游標卡尺的刻線原理

游標卡尺是由尺身、游標、尺框所組成，如圖1-3所示。按游標讀數(shù)值的不同，分為0.1mm(1／10)、0．05mm(1／20)和0.02mm(1／50)三種。這三種游標卡尺的尺身是相同的，每小格為1mm，每大格為10mm。只是游標與尺身刻線寬度相對應(yīng)的關(guān)系不同。以0.02mm游標卡尺為例來說明其刻線原理。游標卡尺的尺身每格刻線寬度1mm，使尺身上49格刻線的寬度與游標上50格刻線的寬度相等，則游標的每格刻線寬度為49mm／50=0.98mm尺身和游標的刻線間距之差為1.00mm-0.98mm=0.02mm這個差值就是0.02mm游標卡尺的分度值。0.02mm游標卡尺的刻線原理如圖1-4所示。

0.05mm游標卡尺與上述刻線原理相同。（同學們可自己探討）圖1-4分度值為0.02mm游標卡尺的刻線原理(2)游標卡尺的讀數(shù)方法

使用游標卡尺測量工件時，讀數(shù)可分為下面3個步驟(以0.02mm游標卡尺為例)：1)讀整數(shù)。讀出游標零線左邊最近的尺身刻度值，該數(shù)值就是被測件的整數(shù)值。2)讀小數(shù)。找出游標刻線對準尺身刻線的位置，將其順序數(shù)乘以分度值0.02mm所得的積，即為被測件的小數(shù)值。3)整個讀數(shù)。把上面1)和2)兩次讀數(shù)值相加，就是被測工件的整個讀數(shù)值。讀數(shù)示例如圖1-5所示，讀數(shù)：23mm+10×0.02mm=23.20mm。(3)游標卡尺的正確使用1）應(yīng)根據(jù)所測工件的部位和尺寸精度，正確合理選擇卡尺的種類和規(guī)格。2）將工件和游標卡尺的測量面擦干凈。3）校對零點即游標零線與尺身零線，游標尾線與尺身的相應(yīng)刻線都應(yīng)相互對準。4）測量工件時，先將尺身量爪貼靠在工件測量基準面上，然后輕輕移動游標，使外量爪貼靠在工件另一面上，同時注意不要歪斜，以免讀數(shù)產(chǎn)生誤差，如圖1-6所示。a)b)圖1-6游標卡尺的使用方法4．千分尺

千分尺是用微分筒讀數(shù)的，分度值為0.01mm的量尺，是機械加工中使用最廣泛的精密量具之一。

千分尺一般按用途可分為外徑、內(nèi)徑和深度千分尺三種類型。外徑千分尺的結(jié)構(gòu)如圖1-7所示。圖1-7外徑千分尺按其測量范圍有0～25mm、25～50mm、50～75mm、75～100mm等多種規(guī)格。(1)千分尺的刻線原理

外徑千分尺是利用螺旋傳動原理，將角位移變成直線位移來進行長度測量的。

如圖1-7所示，活動套筒與其內(nèi)部的測微螺桿連接成一體，上面刻有50條等分刻線，當活動套筒旋轉(zhuǎn)一周時，由于測微螺桿的螺距一般為0.5mm，因此它就軸向移動0.5mm。

當活動套筒轉(zhuǎn)過一格時，測微螺桿軸向移動距離為0.5mm／50=0.01mm，這就是千分尺的刻線原理。(2)千分尺的讀數(shù)方法千分尺的讀數(shù)機構(gòu)是由固定套筒和活動套筒組成的。固定套筒上的縱向刻線是活動套筒讀數(shù)值的基準線，而活動套筒錐面的端面是固定套筒讀數(shù)值的指示線。固定套筒縱刻線的兩側(cè)各有一排均勻刻線，刻線的間距都是1mm，且相互錯開0.5mm，標出數(shù)字的一側(cè)表示mm數(shù)，未標數(shù)字的一側(cè)即為0.5mm數(shù)。用千分尺進行測量時，其讀數(shù)也可分為以下3個步驟：1)讀整數(shù)。讀出活動套筒錐面的端面左邊在固定套筒露出來的刻線數(shù)值，即被測件的mm整數(shù)或0.5mm數(shù)。2)讀小數(shù)。找出與基準線對準的活動套筒上的刻線數(shù)值，如果此時整數(shù)部分的讀數(shù)值為mm整數(shù)，那么該刻線數(shù)值就是被測件的小數(shù)值；如果此時整數(shù)部分的讀數(shù)值為0.5mm數(shù)，則該刻線數(shù)值還要加上0.5mm后才是被測件的小數(shù)值。3)整個讀數(shù)。將上面兩次讀數(shù)值相加，就是被測件的整個讀數(shù)值。千分尺的讀數(shù)如圖1-8所示。(3)千分尺的正確使用1）先將工件、千分尺的砧座和測微螺桿的測量面擦干凈。2）檢查千分尺的各部分是否靈活可靠，是否對零、正確。3）測量時，要使測微螺桿軸線與工件的被測尺寸方向一致，不要傾斜。4）轉(zhuǎn)動微分筒，當測量面將與工件表面接觸時，應(yīng)改為轉(zhuǎn)動棘輪(測力裝置)，直到棘輪發(fā)出“噠”“噠”的響聲后，方能進行讀數(shù)，這時最好在被測件上直接讀數(shù)。測量時可用單手或雙手操作,其具體方法如圖1-9所示。圖1-9千分尺的使用方法(a)單手(b)雙手5．百分表百分表是一種精密量具，可用來檢驗機床精度和測量工件尺寸、形狀和位置誤差。(l)百分表的結(jié)構(gòu)

百分表一般由觸頭、測量桿、齒輪、指針、表盤等組成，如圖1-10所示。l-觸頭；2-測量桿；3-小齒輪；4、7-大齒輪；5-中間小齒輪；6-長指針；8-短指針；9-表盤；10-表圈11-拉簧

圖1-10百分表的結(jié)構(gòu)(2)百分表的刻線原理刻度盤每格的讀數(shù)為1mm／100=0.01mm小指針刻度盤的圓周上有10個等分格，每格為1mm。(3)百分表的讀數(shù)方法和使用

百分表測量時大小指針所示讀數(shù)之和即為尺寸變化量。也就是說先讀小指針轉(zhuǎn)過的刻度值(即mm的整數(shù))，再讀大指針轉(zhuǎn)過的刻度數(shù)(即小數(shù)部分)，并乘以0.01，然后兩者相加，即可得到所測量的數(shù)值。其安裝和使用方法如圖1-11所示。圖1-11百分表的安裝與使用(a)百分表的安裝；(b)用百分表檢驗軸的徑向跳動；(c)用杠桿式百分表檢驗軸的徑向、軸向和端面的跳動；(d)用內(nèi)徑百分表測量孔徑（4）百分表的正確使用1）測量前，檢查表盤和指針有無松動現(xiàn)象。2）測量前，檢查長指針是否對準零位，如果未對齊應(yīng)及時調(diào)整。3）測量時，測量桿應(yīng)垂直于工作表面。4）測量時，測量桿應(yīng)有0.1～0.3mm的壓縮量，保持一定的初始測力，以免由于存在負偏差而測不出來。6．刀口形直尺刀口形直尺是用光隙法檢驗直線度或平面度的直尺，其形狀如圖1-12所示。刀口形直尺的規(guī)格用刀口長度表示，常用的有75mm、125mm、175mm、225mm和300mm等幾種。

檢驗時，將刀口形直尺的刀口與被檢平面接觸，并在尺后面放一個光源，然后從尺的側(cè)面觀察被檢平面與刀口之間的漏光大小并判斷誤差情況，如圖1-12所示。圖1-12刀口形直尺及其使用7．塞尺

塞尺是用來檢查兩貼合面之間間隙的薄片量尺，如圖1-13所示。它是由一組薄鋼片組成，其每片的厚度0.01～0.08mm不等，測量時用塞尺直接塞進間隙，當一片或數(shù)片能塞進兩貼合面之間，則該一片或數(shù)片的厚度(可由每片片身上的標記讀出)，即為兩貼合面的間隙值。使用塞尺測量時選用的薄片越小越好，而且必須先擦凈尺面和工件，測量時不能使勁硬塞，以免尺片彎曲和折斷。

圖1-13塞尺1.2.2角度量具

1.直角尺

直角尺是檢驗直角用非刻線量尺，用于檢查工件的垂直度。

檢測時，將直角尺的一邊與工件一面貼緊，工件的另一面與直角尺的另一邊相接觸，可根據(jù)接觸之間縫隙的大小來判斷角度的誤差情況。直角尺如圖1-14所示。圖1-14直角尺1.2.2角度量具2．游標萬能角度尺

(1)游標萬能角度尺構(gòu)造及讀數(shù)

游標萬能角度尺是用游標讀數(shù)，可測任意角度的量尺。一般用來測量零件的內(nèi)外角度。它的構(gòu)造如圖1-15所示。游標萬能角度尺的讀數(shù)機構(gòu)是根據(jù)游標原理制成的。

以分度值為2'的游標萬能角度尺為例，其主尺分度線每格為1o，而游標刻線每格為58'，即主尺1格與游標的1格的差為2'，它的讀數(shù)方法與游標卡尺完全相同。圖1-15游標萬能角度尺構(gòu)造1.2.2角度量具圖1-16游標萬能角度尺應(yīng)用實例

(2)游標萬能角度尺應(yīng)用

測量時應(yīng)先校對零位，當角尺與直尺均安裝好，且90o角尺的底邊及基尺均與直尺無間隙接觸，主尺與游標的“0”線對準時即調(diào)好零位。使用時通過改變基尺、角尺、直尺的相互位置，可測量游標萬能角度尺測量范圍內(nèi)的任意角度。用游標萬能角度尺測量工件時，應(yīng)根據(jù)所測范圍組合量尺。游標萬能角度尺應(yīng)用實例如圖1-16所示。1.2.3量具的保養(yǎng)量具保養(yǎng)得好壞，會直接影響它的使用壽命和零件的測量精度。因此，量具的保養(yǎng)必須做到以下幾點：1)使用前必須用絨布將其擦拭干凈。2)不能用精密量具去測量毛坯或運動著的工件。3)測量時不能用力過猛、過大，也不能測量溫度過高的工件。4)不能把量具亂扔、亂放，更不能將其當工具使用。5)不能用污油清洗量具，更不能注入污油。6)量具使用完后，應(yīng)將其擦洗干凈后涂油并放入專用的量具盒內(nèi)。小結(jié)1.單位換算關(guān)系：1m=103mm=106μm=109nm1in=25.4mm1o=0.0174533rad=60'=3600"2.常用長度量具：

鋼尺、卡鉗、游標卡尺、千分尺、百分表等。3.常用角度量具：直角尺、萬能角度尺等?！皶r間的主人”——蘇廣銘

蘇廣銘（1913-2005)，山東省平原縣人，全國著名勞動模范，哈爾濱車輛廠銑工，后任工人技師、工程師等。1956年、1959年被授予“全國先進生產(chǎn)者”稱號。

蘇廣銘一生熱愛技術(shù)革新，據(jù)統(tǒng)計，從1956年起的24年間，他在車間里、機床旁實現(xiàn)技術(shù)革新320項，最多一項革新可以使工效提高88倍。他研制發(fā)明了“玉米銑刀”、“錯齒片銑刀”。1965年，他創(chuàng)下4min加工一塊軸瓦的當時全國最高紀錄，被譽為“時間的主人”?！窘鸸な柏悺孔咴跁r間前面的人——王崇倫

王崇倫（1927-2002），遼寧省遼陽人，全國著名勞動模范，曾為鞍鋼工人。1956年、1959年被授予“全國先進生產(chǎn)者”稱號。1953年，我國開始實施第一個五年計劃，王崇倫發(fā)明了“萬能工具胎”，一年完成了幾年的生產(chǎn)任務(wù)，提前跨進了1956年，成為全國最先完成第一個五年計劃的一線工人，從此被譽為“走在時間前面的人”。1959年，毛澤東主席接見王崇倫時，稱贊他是“青年的榜樣”。蘇廣銘（1913-2005)金屬加工與實訓—基礎(chǔ)常識（第3版）第2章金屬材料的性能及常用工程材料1．了解金屬材料力學性能和工藝性能。2．了解常用工程材料的分類，熟悉常用金屬材料的性能、牌號及應(yīng)用。3.了解常用非金屬材料的性能、用途及前景。學習目標2.1.1金屬材料的力學性能2.1金屬材料的性能金屬材料因有優(yōu)良的性能而獲得廣泛的應(yīng)用。力學性能是機械制造中最重要的使用性能，它是材料在力作用下所顯示的性能，常用的有強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。1.強度與塑性

2.1.1金屬材料的力學性能(1)力—伸長曲線即拉伸試驗時拉伸力與伸長量之間的對應(yīng)關(guān)系曲線，一般在拉伸試驗機上自動繪出，如圖2-1所示。2.1.1金屬材料的力學性能

試驗時先將被測材料制成標準試樣，如圖2-2（a）所示。然后將試樣夾在拉伸試驗機上，慢慢增加拉伸力，試樣不斷變形，直至拉斷為止。通過力—伸長曲線，即可得出強度指標和塑性指標，這些指標是評定金屬材料力學性能的主要判據(jù)。2.1.1金屬材料的力學性能(2)強度

金屬材料在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強度。1)屈服強度：分為上屈服強度和下屈服強度。上屈服強度計算公式:式中ReH——上屈服強度，即發(fā)生屈服而載荷首次下降前的最高應(yīng)力（MPa）；

FeH——上屈服載荷，即試樣發(fā)生屈服而載荷首次下降前的最高載荷，N；

S。——試樣原始橫截面積（mm2）。

下屈服強度的計算公式：式中ReL——下屈服強度，是指在屈服期間的恒定應(yīng)力或不計初始瞬時效應(yīng)時的最低應(yīng)力（MPa），(下屈服強度與舊標準中的屈服點σs含義相同)；

FeL——下屈服載荷，是指在屈服期間的恒定載荷或不計初始瞬時效應(yīng)時的最低載荷（N）；

S?！嚇釉紮M截面積（mm2）。2.1.1金屬材料的力學性能

對于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，規(guī)定用產(chǎn)生0.2%殘余伸長時的應(yīng)力作為屈服強度，可以替代ReL,

用Rr0.2表示。

材料的屈服強度是工程技術(shù)中最重要的力學性能指標之一，設(shè)計零件時常以ReL或用Rr0.2作為選用金屬材料的依據(jù)。2)抗拉強度：

試樣在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力稱為抗拉強度。其計算公式如下：式中

Rm——抗拉強度（MPa）；

Fm——試樣拉斷前承受的最大載荷（N）；S0——試樣原始橫截面積（mm2）。

材料ReL，Rm可在材料手冊中查得。

一般機件都是在彈性狀態(tài)下工作，不允許有微小的塑性變形，更不允許工作應(yīng)力大于Rm.。

Rm.數(shù)據(jù)較準確，也可作為零件設(shè)計和選材的依據(jù)。2.1.1金屬材料的力學性能(3)塑性指標及其意義

斷后伸長率

A

試樣拉斷后，試樣斷后標距的殘余伸長與原始標距之比，以%表示。其計算公式為：式中A——斷后伸長率（%）；

Lu——試樣拉斷后的標距（mm）；L0———試樣的原始標距（mm）2)斷面收縮率Ｚ試樣斷裂后橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積之比，以%表示。其計算公式為式中

Ｚ——斷面收縮率（%）；S0——試樣原始橫截面積（mm2）；Su——試樣拉斷后縮頸處的橫截面積（mm2）。

金屬材料的斷后伸長率（A）和斷面收縮率（Z）數(shù)值越大，表示材料的塑性越好。2.1.1金屬材料的力學性能2.硬度硬度材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力。

（1）布氏硬度：HB

布氏硬度值是通過布氏硬度試驗確定的。

布氏硬度試驗計（圖2-4），測量壓痕d的大?。▓D2-5），查硬度表得相應(yīng)的布氏硬度值。硬度衡量：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。圖2-3HB-3000布氏硬度試驗計圖2-4布氏硬度試驗2.1.1金屬材料的力學性能布氏硬度應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點

a.應(yīng)用范圍：鑄鐵、有色金屬、非金屬材料。b.優(yōu)缺點：精確、方便、材料限制、非成品檢驗和薄片。布氏硬度用符號HBW表示，布氏硬度習慣上只定出硬度值而不注明單位。其標注方法是：符號HBW前面為硬度值，符號后面按以下順序用數(shù)字表示試驗條件：球體直徑、試驗力、試驗力保持的時間（10～15s不標注）。

例1:350HBW5/750表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球在7.355kN試驗力下保持10s-15s測定的布氏硬度值為350。例2:600HBW1/30/20表示用直徑1mm的硬質(zhì)合金球在294.2N試驗力下保持20s測定的布氏硬度值為600。布氏硬度與抗拉強度的近似關(guān)系如下：

低碳鋼的Rm≈3.53HBW，高碳鋼Rm≈3.33HBW

合金鋼的Rm≈3.19HBW，灰鑄鐵Rm≈0.98HBW2.1.1金屬材料的力學性能

（2）洛氏硬度

洛氏硬度值是由洛氏硬度試驗測定的。試驗時，在洛氏硬度試驗計（如圖2-5）上，采用金剛石圓錐體或淬火鋼球壓頭，壓入金屬表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除主試驗力，以測量的壓痕深度來計算洛氏硬度值，如圖2-6所示。

圖2-6洛氏硬度計圖2-7洛氏硬度試驗

實際測定時，試件的洛氏硬度值由洛氏硬度計的表盤上直接讀出，材料越硬，則表盤上的示值越大。洛氏硬度用符號HR表示。常用的A、B、C三種標尺，其中C標尺應(yīng)用最為廣泛。洛氏硬度表示方法如下：符號HR前面的數(shù)字表示硬度值，HR后面的字母表示不同洛氏硬度的標尺。例如45HRC表示用C標尺測定的洛氏硬度值為45。2.1.1金屬材料的力學性能

（3）維氏硬度

維氏硬度試驗原理基本和布氏硬度試驗相似，如圖2-8所示。圖2-8維氏硬度試驗原理維氏硬度在符號HV前寫出硬度值。

維氏硬度試驗因試驗力小（常用49.03N），壓痕淺，輪廓清晰，數(shù)值準確，試驗力選擇范圍大（49.03~980.7N），所以可測量從很軟到很硬材料的硬度，維氏硬度值之間能直接進行比較。

維氏硬度常用來測試薄片材料、金屬鍍層及零件表面硬化層的硬度，但試驗麻煩，不宜用于成批生產(chǎn)的常規(guī)檢驗。維氏硬度試驗計2.1.1金屬材料的力學性能

3.韌性

韌性是指金屬在斷裂前吸收變形能量的能力，可用來衡量金屬材料抵抗沖擊載荷能力。通過在金屬夏比沖擊試驗機(圖2-9)上進行測定。圖2-9夏比沖擊試驗機試樣被沖斷時所吸收的能量即是擺錘沖擊試樣所作的功，稱為沖擊吸收功。沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積，即可得到材料的沖擊韌度，用符號αK表示，單位J/cm2。沖擊韌度越大，表示材料的沖擊韌性越好。2.1.1金屬材料的力學性能

4.疲勞的概念

在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。疲勞破壞的宏觀斷口由兩部分組成，即疲勞裂紋的產(chǎn)生及擴展區(qū)（光滑部分）和最后斷裂區(qū)（粗糙部分），如圖2-11所示。疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故2.1.2金屬材料的工藝性能金屬材料的一般加工過程:

工藝性能是指金屬材料在加工過程中是否易于加工成形的能力，它包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和切削加工性能等。1.鑄造性能金屬及合金在鑄造工藝中獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能。衡量鑄造性能的主要指標有流動性、收縮性和偏析傾向等。金屬材料中，以灰鑄鐵和青銅的鑄造性能較好。2.1.1金屬材料的力學性能2.可鍛性用鍛壓成形方法獲得優(yōu)良鍛件的難易程度稱為可鍛性。塑性越好，變形抗力越小，金屬的可鍛性越好。例如黃銅和鋁合金在室溫狀態(tài)下就有良好的鍛造性能；碳鋼在加熱狀態(tài)下鍛造性能較好；鑄鐵、鑄鋁、青銅則幾乎不能鍛壓。3.焊接性焊接性是指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，也就是在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。如低碳鋼具有良好的焊接性，高碳鋼、不銹鋼、鑄鐵的焊接性較差。4.切削加工性能金屬材料的切削加工性能是指金屬材料在切削加工時的難易程度。切削加工性能一般由工件切削后的表面粗糙度及刀具壽命等方面來衡量。

一般認為金屬材料具有適當硬度（170～230HBW）和足夠的脆性時較易切削，從材料的種類而言，鑄鐵、銅合金、鋁合金及一般非合金鋼都具有較好的切削加工性能。

所以鑄鐵比鋼切削加工性能好，一般非合金鋼比高合金鋼切削加工性能好。改變鋼的化學成分和進行適當?shù)臒崽幚?，是改善鋼切削加工性能的重要途徑?.2常用工程材料簡介常見工程材料的分類金屬材料是目前應(yīng)用最廣泛的工程材料，它包括純金屬及其合金。在工業(yè)上，把金屬材料分為兩大類：

一類是鋼鐵材料，它是指鐵、錳、鉻及其合金，其中以鐵為基礎(chǔ)的合金（鋼和鑄鐵）應(yīng)用最廣；

另一類是非鐵材料，是指除鋼鐵材料以外的所有金屬及其合金。2.2.1工業(yè)用鋼1.鋼的分類(GB/T13304-2008)非合金鋼(碳素鋼)低碳鋼（wC≤0.25%）中碳鋼（0.25%＜wC≤0.6%）高碳鋼（wC＞0.6%）低合金鋼

(鋼中的每種合金元素的質(zhì)量分數(shù)都處于低合金鋼相應(yīng)元素的界限范圍內(nèi))合金鋼

(鋼中的合金元素的質(zhì)量分數(shù)處于合金鋼相應(yīng)元素的界限范圍內(nèi))(1)按化學成分分類2.2.1工業(yè)用鋼1.鋼的分類

(2)按主要質(zhì)量等級分

非合金鋼普通質(zhì)量非合金鋼優(yōu)質(zhì)非合金鋼特殊質(zhì)量低合金鋼低合金鋼普通質(zhì)量低合金鋼優(yōu)質(zhì)低合金鋼特殊質(zhì)量低合金鋼合金鋼優(yōu)質(zhì)合金鋼特殊質(zhì)量合金鋼2.2.1工業(yè)用鋼1.鋼的分類

(3)按主要性能或使用特性分類

非合金鋼以規(guī)定最高強度（硬度）為主要特性的非合金鋼以規(guī)定最低搞拉強度為主要特性的非合金鋼以限制碳含量為主要特性的非合金鋼非合金易切削鋼非合金工具鋼具有專門規(guī)定磁性或電性能的非合金鋼其他非合金鋼低合金鋼可焊接的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金耐候鐵道用低合金鋼等合金鋼工程結(jié)構(gòu)用合金鋼機械結(jié)構(gòu)用合金鋼不銹鋼、耐蝕鋼和耐熱鋼工具鋼軸承鋼等2.2.1工業(yè)用鋼2.鋼的牌號(GB/T221-2008)

鋼的牌號通常采用大寫漢語拼音字母、化學元素符號、阿拉伯數(shù)字相結(jié)合的方法表示。部分鋼的牌號及含義見下表：類

別舉

例牌號說明碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼Q235AFQ235C“Q”為屈服強度“屈”字漢語拼音字首，后面的數(shù)字為屈服點；A、B、C、D，從A到D依次提高；F、b、Z、TZ分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼。如Q235AF，表示屈服點ReL（Rr0.2）≥235MPa，質(zhì)量為A級的沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼4540Mn兩位數(shù)字表示該鋼的平均碳的質(zhì)量分數(shù)（萬分之幾），如45，表示wC=0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，“Mn”表示鋼中錳的含量較高易切削鋼Y08Y12Pb“Y”表示易切削鋼，兩位數(shù)字表示該鋼的平均碳的質(zhì)量分數(shù)（萬分之幾），如Y12Pb表示wC=0.12%的易切削鋼，易切削元素為Pb合金結(jié)構(gòu)鋼合金彈簧鋼20CrMnTi60Si2Mn前面的兩位數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)（萬分之幾），元素符號表示所含合金元素，元素符號表示該元素平均質(zhì)量分數(shù)（百分之幾）（取整數(shù)），質(zhì)量分數(shù)<1.5%時一般不標出，當平均質(zhì)量分數(shù)為1.5%~2.5%,2.5%~3.5%,3.5%~4.5%,…時，合金元素后相應(yīng)定成2，3，4，…；若為高級優(yōu)質(zhì)鋼、特種優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號后分別加“A”、“E”。如40Cr表示平均wC=0.40%、wSi=2%、wCr<1.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼碳

素工具鋼T8T12A“T”為“碳”字的漢語拼音字首，其后的數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)（千分之幾）。如T8表示wC=0.80%的碳素工具鋼?！癆”表示該碳素工具鋼為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。合

金工具鋼9SiCrCrWMn

前面的一位數(shù)表示鋼中平均碳的質(zhì)量分數(shù)（千分之幾），若wC≥1%時，則不標出。合金元素的質(zhì)量分數(shù)表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。如Cr12，表示wC≥1%，wCr為11.5%~12.5%的合金工具鋼2.2.1工業(yè)用鋼3.常用鋼的主要力學性能及應(yīng)用舉例類別典型鋼號主要力學性能應(yīng)用舉例碳素結(jié)構(gòu)鋼Q215Rm≥335MPa，A≥28%ReL≥215MPa塑性好，強度低。制造受力不大的零件，如墊圈、螺釘、螺母等Q235Rm≥375MPa，A≥23%ReL≥235MPa塑性較好，強度較低。制造金屬構(gòu)件、鋼板、鋼筋、型鋼、螺栓、螺母等Q255Rm≥410MPa，A≥21%ReL≥255MPa有一定強度和塑性。制造小軸、銷子、拉桿、鏈輪、鏈片等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20ReL≥245MPaRm≥410MPa，A≥25%塑性好，易于焊接和沖壓。制造受力不大的零件。如螺栓、螺母、墊圈、銷子及滲碳零件等45ReL≥355MPaRm≥600MPa，A≥16%綜合力學性能好，切削加工性好。可用于受力較大的零件，如主軸、齒輪、曲軸、連桿、活塞銷等65ReL≥420MPaRm≥695MPa，A≥10%有較高強度、彈性和耐磨性。可用于制造彈簧、凸輪、鋼絲繩、偏心輪、軋輥等碳素工具鋼T8淬火后硬度≥62HRC硬度高，韌度較好。制造承受沖擊的工具，如扁鏟、手鉗、沖頭T10淬火后硬度≥62HRC硬度高，韌度中等。制造不受劇烈沖擊的工具，如手鋸條、刨刀T12淬火后硬度≥62HRC硬度高，耐磨性好，韌度低，制造不受沖擊的工具，如銼刀、刮刀（1）常用碳素鋼的主要力學性能及應(yīng)用舉例2.2.1工業(yè)用鋼（2）常用合金鋼的性能特點及應(yīng)用舉例類別典型鋼號性能特點應(yīng)用舉例低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345CQ375C有較好的塑性、韌性，較高的強度，良好的焊接性。ReL≥345MPa，A≥18%用于制造工程構(gòu)件，如壓力容器、橋梁、船舶等合金結(jié)碳鋼20Cr20CrMnTi熱處理后表面硬度高，60～62HRC，耐磨性好，心部韌性好，αK≥60J/cm2用于制造汽車、拖拉機齒輪，以及重要軸類等40Cr熱處理后有良好的綜合力學性能，Rm≥980MPa、ReL≥785MPa，A≥9%,αK≥60J/cm2用于制作各種軸類、連桿、齒輪、重要螺栓等合金彈簧鋼65Mn60Si2Mn熱處理后有高屈服點(彈性好)及足夠的韌性，ReL≥850MPa，αK≥25J/cm2用于制作各種彈簧及彈性零件高碳鉻軸承鋼GCrl5熱處理后硬度高(62～66HRC)。耐磨性好，接觸疲勞強度好用于制作滾動軸承、絲杠等合金工具鋼9SiCrCrWMn熱處理后硬度高(≥62HRC)。耐磨性好，有一定紅硬性(300oC)用于制作各種低速切削刀具，如絲錐、板牙、鉸刀等Crl2MoV熱處理后硬度高(58～63HRC)，耐磨性高，熱處理變形小用于制作冷作模具，如沖裁模、冷擠壓模、拉絲模等高速鋼W18Cr4V熱處理后硬度高(≥63HRC)。耐磨性好。紅硬性好(600℃)用于制作各種高速切削刀具，如銑刀、鉆頭、刨刀、齒輪刀具等不銹鋼1Cr18Ni91Cr-13耐蝕性好，塑性好(A≥40%)用于制作硝酸、化工、化肥等工業(yè)設(shè)備零件，汽輪機葉片等2.2.2工程鑄鐵鑄鐵是碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金總稱。

鑄鐵具有較低的熔點和優(yōu)良的鑄造性能，良好的耐磨性、吸振性、切削加工性等特點，在機械制造中有著廣泛的應(yīng)用。

鑄鐵的分類如圖2-14所示。圖2-14鑄鐵的分類2.2.2工程鑄鐵1．灰鑄鐵（1）灰口鑄鐵的成分為：

Wc＝2.5%~4.0%，Wsi＝1.0%~3.0%WMn＝0.5%~1.4%，Ws≤0.15%，Wp≤0.3%。（2）灰鑄鐵的性能：1）鑄造性能好；

2）減摩性能好；

3）減震性能好；4）切削加工性能好；5）缺口敏感性較低：6）抗拉強度、塑性、韌性比相應(yīng)的基體的鋼低。（3）牌號

灰鑄鐵的牌號用“HT”及數(shù)字表示，其中“HT”是“灰鐵”兩字漢語拼音字首，數(shù)字表示最低抗拉強度值。如，HT200,表示最低抗拉強度為200Mpa的灰口鑄鐵。

灰鑄鐵中碳主要以片狀的石墨形式存在，斷口呈暗灰色，是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵材料。2.2.2工程鑄鐵(1)球墨鑄鐵的成分球墨鑄鐵與灰口鑄鐵相比，Wc、Wsi較高而WMn較低，對S、P的限制較嚴。(2)球墨鑄鐵的性能

球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，有較高的強度和良好的塑性與韌性。它的某些性能方面還可與鋼相媲美，如屈服強度比碳素結(jié)構(gòu)鋼高，疲勞強度接近中碳鋼。同時，它還具有與灰鑄鐵相類似的優(yōu)良性能。(3)牌號：球墨鑄鐵的牌號用符號“QT”及其后面兩組數(shù)字表示。前一組數(shù)字表示最低抗拉強度（Rm），后一組數(shù)字表示最小斷后延伸率（A）。如QT500－07,表示抗拉強度500MPa，延伸率7％的球墨鑄鐵2．球墨鑄鐵球墨鑄鐵的石墨呈球狀，因而對基體的割裂作用和引起的應(yīng)力集中的傾向大大減小。2.2.2工程鑄鐵(1)可鍛鑄鐵的性能

可鍛鑄鐵與灰鑄鐵相比，強度較高，并有一定的塑性和韌度，但不能鍛造。(2)可鍛鑄鐵的應(yīng)用可鍛鑄鐵適于制造形狀復雜、工作時承受沖出、振動、扭轉(zhuǎn)等載荷的薄壁零件，如汽車、拖拉機后橋殼，轉(zhuǎn)向器殼和管子接頭等。(3)牌號：可鍛鑄鐵的牌號由三個字母及兩組數(shù)字組成。其中前兩個字母“KT”是“可鐵”兩字漢語拼音的首字母，第三個字母代表類別。其后的兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度和斷后伸長率的最小值。如KTH300-06抗拉強度大于300MPa，斷后伸長率大于6%。3．可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵中的石墨呈團絮狀。2.2.2工程鑄鐵(1)蠕墨鑄鐵的性能蠕蟲狀石墨對基體產(chǎn)生的應(yīng)力集中與割裂現(xiàn)象明顯減小。因此，蠕墨鑄鐵的力學性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，而蠕墨鑄鐵在鑄造性、導熱性、減振性等方面與灰鑄鐵相似，都要比球墨鑄鐵好。切削加工性與球墨鑄鐵相似，比灰鑄鐵稍差。(2)蠕墨鑄鐵的應(yīng)用

主要用于制造排氣管、變速箱體、活塞環(huán)、汽缸套、汽車底盤零件等。(3)牌號：

蠕墨鑄鐵的牌號用“RuT”符號及其后面數(shù)字表示?！癛uT”是蠕鐵兩字漢語拼音的首字母，其后數(shù)字表示最低抗拉強度。如RuT340表示Rm≥340MPa，A≥1.0%的蠕墨鑄鐵。4．蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵大部分石墨為蠕蟲狀。2.2.2工程鑄鐵5．合金鑄鐵

合金鑄鐵是指常規(guī)元素高于規(guī)定含量或含有其它合金元素，具有較高力學性能或明顯具有某種特殊性能的鑄鐵。如耐磨、耐熱、耐蝕鑄鐵等。（2）耐熱鑄鐵

在鑄鐵中加入Al、Si、Cr等合金元素提高耐熱性。（3）耐蝕鑄鐵

在鑄鐵中加入Al、Si、Cr、Mo、Cu、Ni等合金元素。耐蝕鑄鐵廣泛用于化工部門，如管道、容器、閥門和泵類等。（1）耐磨鑄鐵常加入適量的Cu、Cr、Mo、W、Ni、Mn等合金元素，增加其韌性，并具有更高的硬度和耐磨性耐磨鑄鐵是指不易磨損的鑄鐵。

根據(jù)工作條件的不同，分為抗磨鑄鐵和減摩鑄鐵兩類?？鼓ヨT鐵是在無潤滑、干摩擦及抗磨粒磨損條件下工作的零件，如軋輥、犁鏵和球磨機磨球等。減摩鑄鐵是是在潤滑條件下工作的零件，如機床導軌、汽缸套、活塞環(huán)、軸承等，其組織應(yīng)為軟基體上分布硬組織。

2.2.3非鐵金屬1．鋁及鋁合金（1）純鋁

1）純鋁：99.9968％Al，面心立方晶格，比重小，塑性好，強度低，耐腐蝕能力強，表面易形成Al2O3，Rm＝80MPa、A＝50％、Z＝80％。

2）工業(yè)純鋁：L1～L5，數(shù)字越大，鋁純度越低。L1：99.50％Al、L2：99.00％Al、L3：98.00％。

3）性能和用途：密度低（2.72g/cm3），導電性和導熱性好，塑性好,抗大氣腐蝕性能好，強度很低主要用于制造電線、電纜、配制合金。2.2.3非鐵金屬（2）鋁合金

1）變形鋁合金：變形鋁合金的塑性好，常制成板材、管材等型材，用于制造蒙皮、油箱、鉚釘和飛機構(gòu)件等。

按主要性能特點和用途，變形鋁合金又可分為防銹鋁合金（如5A02、3A21）、硬鋁合金（如2A12）、超硬鋁合金（如7A03、7A04）和鍛鋁（如2A50、2A70）。

2）鑄造鋁合金：

鑄造鋁合金力學性能雖然不如變形鋁合金，但具有良好的鑄造性和抗蝕性，如ZL102等，可進行各種鑄造成形，生產(chǎn)形狀復雜零件毛坯。

一般用于制造復雜及有一定力學性能要求的零件，如儀表殼體、內(nèi)燃機汽缸、活塞、泵體等。2.2.3非鐵金屬2．銅及銅合金（1）純銅

1）純銅：

純銅99.95％Cu（紫銅），熔點為1083℃，密度為8.96g/cm3，無磁性。塑性好，強度低，Rm＝200～250MPa、A＝35～45％，耐蝕性強。

2)工業(yè)純銅：T1～T5，數(shù)字越大，銅純度越低。

T1：99.95％、T2：99.90％、T3：99.70％、T4：99.50％。

3)性能和用途a.有良好的導電性、導熱性b.塑性高,c.有較高的抗蝕性

d.具有抗磁性。

主要用于制造電線、電纜、配置銅合金。2.2.3非鐵金屬（2）銅合金

1）黃銅

黃銅是以鋅為主加合金元素的銅合金。加入適量的鋅，能提高銅的強度、塑性和耐蝕性。

按其含合金元素種類，又分為普通黃銅、特殊黃銅兩種。只加鋅的銅合金稱為普通黃銅（如H62、H70等）。若在普通黃銅中加入鉛、鋁、錳、錫、鐵、鎳、硅等合金元素所組成的多元合金稱為特殊黃銅（如HPb59-1、HMn58-2等）。2）青銅銅和錫往往伴生而成礦，因此銅錫合金是人類歷史上最早使用的合金，因其外觀成青黑色，所以稱之為青銅。根據(jù)主加元素如錫、鋁、鈹、鉛、硅等，分別稱為錫青銅（如QSn4-3）、鋁青銅(如QAl5)、鈹青銅（如QBe2）及用于鑄造的鑄造青銅（如ZCuSn10Pb1）等。青銅的耐磨減摩性好、耐蝕性好，主要用于制造軸瓦、蝸輪及要求減摩、耐蝕的零件等。2.2.3非鐵金屬3．硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是將一種或多種難熔金屬的碳化物和起黏合作用的金屬鈷粉末，用粉末冶金方法制成的金屬材料。（1）硬質(zhì)合金的性能特點硬質(zhì)合金的硬度高，常溫下可達86～93HRA（69～81HRC），熱硬性好，在900℃～1000℃溫度下仍然有較高的硬度，抗壓強度高，但抗彎強度低，韌性差。

一般將硬質(zhì)合金制成一定規(guī)格不同形狀的刀片，采用焊接、粘接、機械緊固等方法將其安裝在機體或模具體上使用。

（2）常用的硬質(zhì)合金

1）鎢鈷類硬質(zhì)合金主要成分為碳化鎢（WC）及鈷（Co）。其牌號用“YG”（“硬”、“鈷”兩字的漢語拼音字母字頭）加數(shù)字表示，數(shù)字表示含鈷量的百分數(shù)。例如：YG8，表示鎢估類硬質(zhì)合金，含估量為8%。鎢鈷類合金刀具主要用來切削加工產(chǎn)生斷續(xù)切屑的脆性材料，如鑄鐵、非鐵金屬、膠木及其它非金屬材料。常用YG3進行精加工，YG6進行半精加工，YG8進行粗加工。2.2.3非鐵金屬2）鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金主要成分為碳化鎢WC、碳化鈦TiC及鈷Co。

其牌號用“YT”“硬”“鈦”兩字的漢語拼音字母字頭）加數(shù)字表示，數(shù)字表示碳化鈦的質(zhì)量分數(shù)（%）。例如：YT5，表示鎢鈷類硬質(zhì)合金，碳化鈦的質(zhì)量分數(shù)為5%。硬質(zhì)合金中，碳化物質(zhì)量分數(shù)越多，鈷的質(zhì)量分數(shù)越少，則合金的硬度、熱硬性及耐磨性越高，合金的強度和韌性越低，反之則相反。鎢鈷鈦類合金主要用來切削加工韌性材料，如各種鋼。常用YT5進行粗加工，YT15進行半精加工，YT30進行精加工。3）鎢鈷鉭（鈮）類硬質(zhì)合金這類硬質(zhì)合金又稱為通用硬質(zhì)合金或萬能硬質(zhì)合金。

其牌號用“YW”（“硬”“萬”兩字漢語拼音字母字頭）加順序號表示，如YW1，YW2等。通用硬質(zhì)合金既可切削脆性材料，又可切削韌性材料，特別對于不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等難加工的鋼材，切削加工效果更好。

硬質(zhì)合金中含鈷量越高，其韌性越好，越適合于粗加工；反之，則適合于精加工。2.2.3非鐵合金類別牌號化學成分Ｗ/%性能WCTiCTaCCo鎢鈷類合金YG3X96.5-＜0.53適于鑄鐵、有色金屬及其合金的精鏜、精車等，亦可用于合金鋼、淬火鋼及鎢、鉬材料的精加工YG694.0--6適于鑄鐵、有色金屬及其合金、非金屬材料連續(xù)切削時的粗車，間斷切削時的半精車、精車YG8C92.0--8適于沖擊回轉(zhuǎn)鑿巖機鑿堅硬巖石，含堅硬夾石的切煤機齒、油井鉆頭、鉆進堅硬巖石的沖擊式鉆頭、沖壓模具、刨刀和插刀等YG1585--15適于沖擊回轉(zhuǎn)鑿巖機鑿堅硬、極堅硬巖石，在較大應(yīng)力下工作的穿孔及沖壓工具鎢鈦鈷類合金YT5855-10適于碳鋼、合金鋼、鍛件、沖壓件、鑄件的表皮加工，不平整斷面、間斷切削時的粗車、粗刨、半精刨。粗銑、鉆孔等YT157915-6適于碳鋼。合金鋼連續(xù)切削時半精車、精車，間斷切削時小斷面精車，連續(xù)面半精銑、精銑、孔精擴、粗擴等YT306630-4適于碳鋼、合金鋼精加工，如小斷面精車、精鏜、精擴等鎢鈷鉭（鈮）類硬質(zhì)合金YW184～8563～46適于耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼等難加工鋼材的精加工，及一般鋼材、普通鑄鐵、有色金屬的精加工YW282～8363～48適于耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼、高級合金鋼等難加工鋼材的半精加工，及一般鋼材、普通鑄鐵、有色金屬的半精加工2.2.4非金屬材料在機械工程中常用的新型工程材料主要有高分子材料、工業(yè)陶瓷、復合材料等。1．高分子材料高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料，高分子材料分為天然和人工合成兩大類。機械工程中常用的高分子材料主要有塑料和橡膠。（1）塑料名稱主

要

特

性應(yīng)用舉例聚甲醛耐疲勞性高，自潤滑性和耐磨性好。但熱穩(wěn)定性較差，易燃燒，曝曬易老化耐磨傳動件，如無油軸承、凸輪、齒輪、運輸帶聚酰胺減摩耐磨性好，堅韌，耐疲勞、耐蝕性好。但成形收縮率大，不耐熱，俗稱“尼龍”耐磨傳動件，如齒輪、蝸輪、密封圈、螺釘螺母、尼龍纖維布聚碳酸脂沖擊韌度高，耐熱耐寒穩(wěn)定性好。透明，俗稱“透明金屬”。但自潤滑和耐磨性較差受沖擊零件，如輕載齒輪、擋風玻璃、頭盔、高壓絕緣器件聚四氟乙烯耐高低溫、耐蝕性、電絕緣性優(yōu)異；摩擦系數(shù)極低，俗稱“塑料王”。但強度較低，加工性較差耐蝕件、減摩件、絕緣件，如管道、泵、閥門、軸承、密封圈幾種常用工程塑料的主要特性和應(yīng)用舉例2.2.4非金屬材料（2）橡膠

橡膠是在室溫下處于高彈態(tài)的高分子材料。工業(yè)上使用的橡膠是在生膠(天然或合成的)中加入各種配合劑經(jīng)硫化后制成的。

橡膠最大特點是彈性好，具有良好的吸振性、電絕緣性、耐磨性和化學穩(wěn)定性。

橡膠分天然橡膠和合成橡膠。

天然橡膠有很好的綜合性能，廣泛用于制造輪胎、膠帶、膠管等。

合成橡膠種類很多，常用的有丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等。常用于制造機械中的密封圈、減振器、電線包皮、傳動件、輪胎、膠帶等。

橡膠的彈性模量很低，伸長率很高(100％～1000％)，具有優(yōu)良的拉伸性能和儲能性能。此外，還有優(yōu)良的耐磨性、隔音性和絕緣性2.2.4非金屬材料（1）工業(yè)陶瓷的分類工業(yè)陶瓷是一種無機非金屬材料，主要包括普通陶瓷(傳統(tǒng)陶瓷)和特種陶瓷兩類。普通陶瓷是以天然硅酸鹽礦物(如黏土、長石、石英等)為原料經(jīng)過粉末冶金方法制成成品的，主要用于日用和建筑等。2．工業(yè)陶瓷（2）陶瓷的性能

1）力學性能與金屬相比，彈性模量大，硬度高，抗壓強度高。但脆性大，抗拉強度低。

2）熱性能熔點高、耐高溫、熱硬性高、熱膨脹系數(shù)和熱導系數(shù)小。

3）化學性能化學性質(zhì)非常穩(wěn)定、耐腐蝕、不會發(fā)生老化。

4）電性能大多數(shù)陶瓷絕緣性好。2.2.4非金屬材料(3)常用特種陶瓷Si3N4基陶瓷球軸承電器陶瓷陶瓷點火針常用特種陶瓷的名稱、性能與用途見下表2.2.4非金屬材料3．復合材料

復合材料是指由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，經(jīng)人工組合而形成的新型多相材料。復合材料的組成分為基體材料和增強材料。（1）復合材料分類復合材料可分為層疊型復合材料、纖維增強復合材料和細粒復合材料三類。（2）復合材料的性能

1）比強度、比模量高。比強度是鋼的8倍，比模量是鋼的4倍。

2）高溫性能好。一般鋁合金在400℃時彈性模量大幅度下降，強度也顯著下降，但以碳或硼纖維增強的鋁合金復合材料，在上述溫度時彈性模量和強度基本不變。

3）化學穩(wěn)定性好選用耐腐蝕的樹脂為基體，強度高的纖維為增強材料，能耐酸、堿、油脂等侵蝕。

4）成形工藝簡單復合材料構(gòu)件可整體成形、可用模具一次成形，節(jié)省原材料和工時。

此外，復合材料還有較好的減摩耐磨性、抗疲勞性、減振性、隔熱性等。其缺點是抗沖擊性差、不同方向上的力學性能存在較大差異構(gòu)件制造時手工勞動多，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，成本較高。2.2.4非金屬材料(3)常用復合材料波音飛機－復合材料機身段玻璃鋼復合材料（FRP）平臺常用復合材料的名稱、性能與用途2.3力學性能實驗2.3.1拉伸試驗低碳鋼拉伸試驗2.3.2硬度試驗布氏硬度試驗2.3.2硬度試驗洛氏硬度試驗2.3.2硬度試驗維氏硬度試驗【金工拾貝】2008年北京奧運會的成功舉辦圓了中國人的百年夢想。國家體育場“鳥巢”作為第29屆奧運會的主體育場，受到全世界的矚目，“鳥巢”共用了5萬t超強結(jié)構(gòu)鋼，通過焊接技術(shù)建造而成，是我國乃至世界著名的全焊鋼結(jié)構(gòu)標志性建筑，為此后的國家體育館、上海世博會等大型鋼結(jié)構(gòu)工程提供了寶貴的經(jīng)驗。

西氣東輸工程是我國規(guī)模最大，難度最大的天然氣管線，一線工程全長4176km，于2001年9月正式開工建設(shè)，2004年全線貫通，管線鋼用量約170萬t，總投資1200億元。二線工程于2008開工建設(shè)，干線總長7000km的西氣東輸工程，我國首次在工程中采用X80管線鋼（世界上其他國家采用X80鋼建設(shè)的管線總長約2000km），起到了引領(lǐng)世界管線建設(shè)的潮流，站到世界最高點?！傍B巢”與西氣東輸工程金屬加工與實訓—基礎(chǔ)常識（第3版）第3章鋼的熱處理第3章鋼的熱處理1．了解鋼的熱處理概念、目的、分類。2．熟悉鋼的退火、正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)、時效處理的方法及其應(yīng)用。3．了解熱處理的新技術(shù)、新工藝及典型零件的熱處理工藝過程。學習目標3.1鋼的熱處理的的概念、目的、分類1.鋼的熱處理的的概念

鋼的熱處理是采用適當?shù)姆绞綄虘B(tài)鋼材進行加熱、保溫和冷卻，以改變其組織，從而獲得預(yù)期的鋼材內(nèi)部組織和性能的工藝。

熱處理方法很多，其共同點是：只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，不改變表面形狀與尺寸，而且都由加熱、保溫、冷卻三階段組成，如圖3-1所示。圖3-1熱處理工藝曲線示意圖3.1鋼的熱處理的的概念、目的、分類2.鋼的熱處理的目的熱處理工藝，就是創(chuàng)造一定的外因條件（加熱、保溫、冷卻），使金屬內(nèi)部組織根據(jù)其固有規(guī)律發(fā)生人們所希望的某種變化，以期滿足零件所要求的使用性能之目的。45鋼在同樣的溫度下，采用不同冷卻速度冷卻時的力學性能數(shù)據(jù)。從表中可以看出：工件加熱到一定溫度后，當采用不同的冷卻速度冷卻時，將會轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織結(jié)構(gòu)，具備不同的性能。所以，冷卻過程是熱處理的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。冷卻方法Rm/MPaReL/MPaA(%)Z(%)HRC隨爐冷卻51927232.54915～18空氣冷卻657～70633315～1845～5018～24油中冷卻88260818～221～140～50水中冷卻10787067～8452～6045鋼加熱到840oC保溫后，不同冷卻條件下的力學性能3.1鋼的熱處理的的概念、目的、分類3.鋼的熱處理的分類熱處理的目的，除了消除毛坯缺陷，改善工藝性能，以利于進行冷熱加工外，更重要的是充分發(fā)揮材料潛力，顯著提高力學性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長使用壽命。相關(guān)鏈接：熱處理的作用圖3-2鋼的熱處理的分類常規(guī)3.2鋼的整體熱處理3.2.1退火

退火是將工件加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。

退火目的：降低鋼的硬度，細化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，改善組織。根據(jù)鋼的成分及退火目的不同，退火可分為完全退火、球化退火、去應(yīng)力退火等。

（1）完全退火

完全退火是將鋼加熱到一定溫度后緩慢冷卻的一種退火工藝。相關(guān)鏈接：45鋼鍛件完全退火操作

（2）球化退火

球化退火是使鋼中碳化物球狀化而進行的退火工藝。

（3）去應(yīng)力退火

去應(yīng)力退火主要是為了去除由于塑性變形加工、焊接等而造成的應(yīng)力和鑄件內(nèi)的殘余應(yīng)力而進行的退火。3.2鋼的整體熱處理3.2.2正火

正火是將鋼件加熱到一定溫度，保溫適當?shù)臅r間后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。

正火的主要目的是：細化晶粒、調(diào)整硬度；消除網(wǎng)狀碳化物，為后續(xù)加工及球化退火、淬火等做好組織準備。正火與退火相比，所得室溫組織相同，但正火的冷卻速度比退火要快。

因此，正火后的組織比退火組織要細小些，鋼件的強度、硬度比退火高一些。同時正火與退火相比，具有操作簡便、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率較高、成本低等特點。正火的主要應(yīng)用范圍：(1)改善切削加工性。(2)消除網(wǎng)狀碳化物，為球化退火做好組織準備。(3)用于普通結(jié)構(gòu)零件或某些大型非合金鋼工件的最終熱處理。(4)用于淬火返修零件，消除內(nèi)應(yīng)力，細化組織，以防重新淬火時產(chǎn)生變形和開裂。3.2鋼的整體熱處理3.2.3淬火1．淬火介質(zhì)淬火是將鋼件加熱到某一溫度，保溫一定時間，然后在冷卻介質(zhì)中迅速冷卻，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝。

淬火的主要目的是為了得到高硬度的組織，然后與適當?shù)幕鼗鹣嗯浜?，使工件獲得所需的使用性能。

淬火和回火是緊密相聯(lián)的兩個工藝過程，是強化鋼材、提高機械零件使用壽命的重要手段，它們通常作為鋼件的最終熱處理。

淬火介質(zhì)是指工件進行淬火冷卻時所使用的介質(zhì)。生產(chǎn)上最常用的淬火介質(zhì)有水、水溶液、油、硝鹽浴、堿浴、空氣等。2.淬火方法(1)單介質(zhì)淬火(相關(guān)鏈接:)單介質(zhì)淬火是將加熱好的工件直接放入一種淬火介質(zhì)中冷卻。一般非合金鋼采用水作淬火介質(zhì)，合金鋼采用油作淬火介質(zhì)。(2)雙介質(zhì)淬火(雙液淬火)

(相關(guān)鏈接:)雙介質(zhì)淬火是將加熱好的工件后，先浸入一種冷卻能力強的介質(zhì)中冷卻，在鋼還未達到該淬火介質(zhì)溫度之前即取出，立即轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻的方法。主要用于形狀不太復雜的高碳鋼和較大尺寸的合金鋼工件。3.2鋼的整體熱處理(3)分級淬火(相關(guān)鏈接:)分級淬火是將加熱好的工件，隨之浸入溫度稍高或稍低于（如230oC）的鹽浴或堿浴中，保持適當時間，待鋼件內(nèi)外層溫度都達到介質(zhì)溫度后取出空冷的一種淬火工藝。

分級淬火操作比雙液淬火易于控制，能減少熱應(yīng)力和變形，防止開裂。分級淬火主要用于形狀復雜、尺寸要求精確的小型非合金鋼件和合金鋼工模具。(4)等溫淬火(相關(guān)鏈接:)等溫淬火是將加熱好的工件，放入溫度稍高于（如230oC）的鹽浴或堿浴中，保溫足夠長的時間使其完成組織轉(zhuǎn)變，獲得高硬度的組織，然后再取出空冷的淬火工藝。等溫淬火處理的工件強度高、韌性和塑性好，應(yīng)力和變形很小，能防止開裂。但生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)率較低。主要用于形狀復雜，且硬度與韌性都要求較高的小型工件，如各種模具、成形刃具等的淬火。3.2鋼的整體熱處理在熱處理過理中，由于

淬火工藝控制不當，常會產(chǎn)生氧化與脫碳、過熱與過燒、變形與開裂、硬度不足及軟點等缺陷（見教材P46頁表3-2）。5.鋼的淬火缺陷3.2.4回火

回火是將鋼件淬硬后，再加熱到某一不太高的溫度（150～600℃），保溫一定時間后，冷卻至室溫的熱處理工藝?；鼗鹗蔷o接淬火后進行的一種熱處理操作，通常也是工件進行的最后一道熱處理工藝?；鼗鸬哪康氖牵悍€(wěn)定組織，使工件形狀、尺寸穩(wěn)定；減小或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，獲得工件所要求的力學性能。按回火溫度范圍不同，鋼的回火可分為低溫回火、中溫回火及高溫回火三種。相關(guān)鏈接：鋼的回火操作3.2鋼的整體熱處理(1）低溫回火

回火溫度為150～250℃。其目的是降低淬火內(nèi)應(yīng)力，減少脆性，保持淬火后的高硬度和高耐磨性。主要用于處理各種刃具、量具、冷作模具、滾動軸承、滲碳件和表面淬火件，回火后的硬度一般為58～64HRC。相關(guān)鏈接：低溫回火的應(yīng)用(2）中溫回火

回火溫度為250～500℃。其目的是獲得良好彈性和較高的屈服強度，并保持一定的沖擊韌性。主要用于要求高彈性和足夠韌性的工件，如各種彈簧、熱鍛模具等，回火后的硬度一般為35～45HRC。相關(guān)鏈接：中溫回火的應(yīng)用(3）高溫回火

回火溫度為500～650℃。其目的是獲得較高強度與足夠的塑性和韌性，即良好的綜合力學性能。高溫回火一般用于要求具有較好綜合力學性能的各種連接和傳動結(jié)構(gòu)件，如曲軸、連桿、螺栓、齒輪、軸等，回火后的硬度一般為25～35HRC。相關(guān)鏈接：高溫回火的應(yīng)用

回火方法及其應(yīng)用3.2鋼的整體熱處理3.2.5調(diào)質(zhì)處理在熱處理生產(chǎn)中，通常將淬火加高溫回火的復合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理，簡稱調(diào)質(zhì)。主要用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是交變載荷下工作的連桿、螺栓、螺帽、曲軸和齒輪等。調(diào)質(zhì)處理還可做為某些精密零件如絲杠、量具、模具等的預(yù)備熱處理，以減少最終熱處理過程中的變形。調(diào)質(zhì)鋼的硬度為20～35HRC。3.2.6時效處理為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發(fā)生變化，常在低溫回火后精加工前，把工件重新加熱到100～150℃，保持5～20小時，這種為穩(wěn)定精密制件質(zhì)量的處理，稱為時效處理。對在低溫或動載荷條件下的鋼材構(gòu)件進行時效處理，以消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鋼材組織和尺寸，顯得尤為重要。3.3鋼的表面熱處理3.3.1表面淬火對表里性能要求不一致的零件，生產(chǎn)中常采用表面熱處理來解決。

表面熱處理是指僅對工件表層進行熱處理，以改變其組織和性能的工藝。

目前最常用的表面熱處理方法是表面淬火和化學熱處理。表面熱處理常用的方法是表面淬火，表面淬火是僅對工件表層進行的淬火。一般包括感應(yīng)淬火、火焰淬火等。表面淬火目的是使工件表層具有高硬度、耐磨性，而心部具有足夠的強度和韌性。

感應(yīng)淬火是利用感應(yīng)電流