车间机械基础知识培训

1、 钢的分类及其性能 钢的热处理基本知识 金属材料的主要性能 公差与配合 形位公差 过盈联接及其装配 尺寸链的计算 平衡及平衡精度 滑动轴承基本知识 划线、锯凿注意事项按含碳量分类 低碳钢低碳钢 含碳量小于含碳量小于0.25% 中碳钢中碳钢 含碳量在含碳量在0.250.55% 高碳钢高碳钢 含碳量大于含碳量大于0.55%按用途分类 碳素结构钢碳素结构钢 用来制造机械零件和工程结构件的碳钢用来制造机械零件和工程结构件的碳钢,一般含碳量小于一般含碳量小于0.7% 碳素工具钢碳素工具钢 用来制造各种工具、量具的碳钢，含碳量一般大于用来制造各种工具、量具的碳钢，含碳量一般大于0.7%按冶炼方法分类 按所

2、用的炼钢炉，碳钢可分为平炉钢、转炉钢、电炉钢等。 按炼钢时钢液的脱氧程度，碳钢可分为沸腾钢、镇静钢、半 镇静钢。 按冶炼质量分类 普通碳素钢 S0.055%；P 0.045% 优质碳素钢 S0.045%；P 0.040% 高级优质碳素钢 S0.030%；P 0.035% 按形成方法分 锻钢、铸钢、热轧钢、冷拉钢1、碳素结构钢和低合金高强度结构牌号表示法 屈服点（Q-）+质量等级（A、B、C、D、E）+脱氧方法（F、b、Z、TZ） 如Q235AF 表示屈服点值235MPa，质量等级为A的沸腾钢 专用结构钢一般采用屈服点（Q-） +用途（r、q、g、NH、HP）来表示 如Q345R 压力容器钢 Q

3、390g 锅炉用钢 Q420q 桥梁用钢 Q340NH 耐候钢 优质碳素结构钢表示方法 采用两位阿拉伯数字（以万分之几表示含碳量） 如：45 表示平均含碳量为0.45%的优质碳素钢退火正火淬火回火化学热处理 铁素体F奥氏体A渗碳体Fe3C珠光体P莱氏体LdF 简化的铁碳合金状态图简化的铁碳合金状态图 生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品,生铁分为炼钢用生铁和铸造用生铁 把铸造用生铁放在熔铁炉中熔炼,即得到铸铁(含碳量大于2.11%的铁碳合金) 含碳量低于2.11%的铁碳合金称为钢,把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼,即得到钢铁碳合金的基本组织在铁碳合金中,根据含碳量的不同,碳可在铁中形

4、成固溶体,也可以与铁组成化合物,或者形成化合物与固溶体的机械混合物,因此铁碳合金中可出现以下几种基本组织.铁素体 碳溶解于铁中形成的间隙式固溶体称为铁素体,具有体心立方晶格,用F表示,由于体心立方晶格原子之的间隙较小,所以碳在铁中的溶解度也极小，室温下不超过0.006%,温度升高时,溶解度略有增加,在727 时达到最大值时,也仅有0.0218%.铁素体具有高的塑性和韧性,低的强度和硬度,铁素体由于含碳量很低,所以性能接近于纯铁.铁素体在低于770时有磁性,高于770 时无磁性碳溶解于铁中形成的间隙固溶体称为奥氏体,常用符号A表示,奥氏体具有面心立方晶格,由于晶格原子之间的间隙较大,故奥氏体的溶

5、解碳能力比铁素体高.在1148 时,碳在铁中的溶解度最大,为2.11%,随着温度下降,溶解度降低,在727 时,为0.77%.奥氏体具有良好的塑性和韧性,低的变形抵抗能力,由于奥氏体比铁素体溶解的碳量多,所以奥氏体的强度和硬度比铁素体要高,大多数钢种在高温压力加工和热处理时,都要求在奥氏体区进行. 渗碳体是铁与碳形成的多属化合物,(Fe3C)其含碳量为6.69%,它的晶格体结构异常复杂.是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物,在固态下不发生同素异构转变,230 以下具有弱的铁磁性,在此温度以上则磁性消失.渗碳体的硬度很高,脆性极大,几乎没有塑性.在铁碳合金中,渗碳体越多,合金则越硬、越脆.当渗碳体

6、以不同的大小、形状分布于钢的组织中时,钢的性能随之而受到很大的影响珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物,它是共析转变的产物,用符号P表示,珠光体的平均含碳量为0.77%.由于它是由渗碳体和铁素体相间组成的混合物,所以其性能亦介于铁素体和渗碳体之间,一般情况下,珠光体中的铁素体与渗碳体一层层交替间隔,呈片状排列.由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物,它是共晶转变的产物,称为莱氏体,用Ld表示.由于奥氏体在727 时转变为珠光体,因此,在727 以下,莱氏体由珠光体和渗碳体组成,叫做低温莱氏体,用Ld表示,以区别于高温莱氏体Ld.莱氏体的性能和渗碳体相似,硬度很高,塑性很差.铁碳合金状态图中各区间的

7、成份不同. ACD线为液相线,以上为液态,用L(liquid)表示 AEF固相线,在此线以下为固态,与ACD线之间为固液共存状态 ES线为碳在奥氏体中的溶解度曲线,通常称为Acm.可以看出,碳在奥氏体中溶解度1148 时最大,在727 时最小. GS(A3)线为奥氏体中开始析出铁素体 ECF水平线(1148 ),自然液态冷至这一温度时,都将发生共晶转变,故此线称为共晶线,C点称为共晶点 PSK(A1)线,为727 水平线,它是奥氏体发生共析转变,形成珠光体的线,由一种固相转变成另外两种不同的固相,S点为共析点F 定义 把钢加热到一定温度,保温一段时间,然后缓慢冷却,以获得接近平衡状态的组织的热

8、处理方法称为退火退火的主要目的 1、降低硬度，提高钢的塑性和韧性，以便于各种加工 2、改善或消除钢在铸造、轧制、锻造和焊接过程中所造成的各种组织缺陷3、细化晶粒，改善钢中碳化物的形态及分布，为最终热处理作好组织上的准备4、消除内应力，以减小变形和防止开裂 完全退火 不完全退火 球化退火 等温退火 扩散退火（均匀化退火） 消除内应力退火 再结晶退火 总之，所有各种钢的退火都是先使钢形成奥氏体后，再在某一温度下以一定的速度冷却，形成不同性能的钢 定义 将钢加热到AC3或ACCm以上3050，保温后用适当的速度冷却，以得到珠光体或细小的珠光体型的索氏体组织的工艺过程，称为正火正火的目的 对于低碳钢，

9、退火后硬度太低，切削加工性能不好，正火时用较快的冷却速度，能改变其显微组织，提高硬度，改善切削性能；对于含碳量在0.250.5%的中碳钢，正火能细化晶粒，使组织均匀，同时硬度也不高，切削性能良好，与退火相比成本较低，可代替退火 定义 钢的淬火是把钢加热到临界温度（AC1或AC3）以上所规定的温度，保温一定的时间，进行奥氏体化后，以超过临界冷却速度的冷速快速冷却，以获得马氏体组织的一种热处理工艺方法,淬火的目的一般都是为了得到马氏体,提高钢的机械性能,例如工模具、滚动轴承等工件的淬火就是为了得到马氏体，以提高其硬度和耐磨性 淬火对冷却速度要求极高 5.5 /秒-珠光体 33 /秒-珠光体和少量马

10、氏体 138/秒-马氏体和残余奥氏体 淬火的目的 钢的淬火的主要目的是把奥氏体化的工件全部淬成马氏体，以便在适当的温度回火之后，获得所需要的机械性能；它能增加工件的硬度及耐磨性。它也可提高工件的强度，韧性和弹性等，如弹簧钢等，它们的淬火是为了在随后的回火中获得一定的综合机械性能。另外，淬火还能使工件获得某些特殊的物理或化学性能，如提高不锈钢的耐腐蚀性，增强磁钢的永磁性等。淬透性和淬硬性 淬透性是指钢在淬火时能够获得马氏体的能力,它是钢材本身固有的一个属性.钢的淬透性主要取决于其临界冷却速度的大小. 淬硬性是与淬透性截然不同的两个概念,所谓淬硬性是指钢淬火后所能到的最高硬度,它主要取决于钢中的含

11、碳量,而与合金元素的含量关系不大,含碳量越高,钢的淬硬性越好,钽淬硬性高的钢,不一定淬透性就好,而淬硬性低的钢,也可能具有好的淬透性. 定义 所谓回火，就是把淬火的工件加热到A1以下的某一温度，保温一定的时间，然后以一定方式冷却的热处理工艺 由于淬火件的组织极不稳定，内应力和脆性都很大，所以为消除淬火工件的内应力，调整硬度，改善韧性以达到所要求的综合性能，必须对淬火件回火 回火的目的 1、减少内应力及降低脆性 2、调整工件的机械性能 3、稳定工件的组织和尺寸 定义 所谓化学热处理，就是将工件放在一定的化学活性介质中加热，使介质中的活性原子通过扩散渗入工件表层，然后通过一定的热处理，使工件表层的

12、化学成分和组织发生预期的变化，从而得到我们所需要的物理化学性能。 常见有：渗碳、渗氮、碳氮共渗（氰化）等 调质处理 淬火+高温回火相结合 表面淬火 强化钢件表面的重要手段,如齿轮、凸轮、曲轴颈、阀门等机械性能 弹性、塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性物理、化学及工艺性能 弹性和塑性 金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能叫做弹性，这种随着外力消失而消失的变形叫做弹性变形，其大小与外力成正比。 金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能叫做塑性。在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形叫做塑性变形，其大小与外力不成正比。1.1.常温、静载试验

13、常温、静载试验 ：L=510dLdFF低碳钢标准拉伸试件安装在拉伸试验机上，然后对试件缓慢施加拉伸载荷，直至把试件拉断。根据拉伸过程中试件承受的应力应力和产生的应变应变之间的关系，可以绘制出该低碳钢的 曲线。 2.2.低碳钢低碳钢 曲线分析：曲线分析：Oa ab bc cd de试件在拉伸过程中经历了四个阶段，有两个重要的强度指标。 obob段段弹性阶段弹性阶段(比比例极限例极限pp弹性极限弹性极限e e )bcbc段段屈服阶段屈服阶段屈服点屈服点 scdcd段段强化阶段强化阶段 抗拉强度抗拉强度 bdede段段缩颈断裂阶段缩颈断裂阶段 sbpe 刚度 金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力叫刚度

14、,它相当于引起单位变形时所需要的应力,因此,金属材料的刚度常用弹性模数衡量,弹性模数愈大,表示在一定应力作用下发生的弹性变形愈小,也就是刚度愈大. 相同材料的弹性模数差别不会很大,所以弹性模数被认为是金属材料最稳定的性质之一. 强度 强度是金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力,按作用力性质的不同,可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等，在工程上常用来表示金属材料强度的指标有屈服强度和抗拉强度。 应用举例如下: 如常用螺栓分为十级,见下图: 国家标准规定螺纹联接件按材料的力学性能分出等级,螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级，自3.6至12.9.其中小数点前的数字代表材料

15、的抗拉强度极限的1/100(b/100),而小数点后的数字代表材料的屈服极限(s 或0.2 )与抗拉强度之比(屈强比)的10倍(10s/ b ). 例如性能等级4.6,其中4表示材料的抗拉强度极限为400MPa,6表示屈服极限与抗拉强度极限之比为0.6 记忆b抗拉强度=抗拔b 螺母的性能等级分为七级,从4到12,数字粗略地表示螺母保证(能承受)最小应力min的1/100.选用时必须注意所用螺母的性能等级应不低于与其相配螺栓的性能等级 硬度 金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力，叫做硬度。它是材料性能的一个综合物理量，表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断能力。 常用有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、维氏硬度（HV） 冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力叫做冲击韧性。现常用一次摆锤弯曲冲击试验来测定金属材料的冲击韧性。 疲劳强度 当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力,叫做疲劳强度 钢材的应力基数为10M,即钢材的应力循环次数达到一千万次仍不发生疲劳破坏,就认为不会再发生疲劳破坏了 断裂韧性 一般认为,零件在许用应力以下工作就不会发生塑性变形,更不会发生断裂