机械设计基础 材料

1、11 1 机械零件常用材料机械零件常用材料2 2 钢的热处理简介钢的热处理简介3 3 选择材料的基本原则选择材料的基本原则2非金属材料如工程塑料、橡胶、玻璃、纤维等有色金属金属材料黑色金属（钢、铸铁）重金属：4.5g/cm3,如铜等轻金属：如铝、钛、镁等贵金属：如金、银、铂等稀有金属：如铀、钨、钼复合材料金属基复合材料非金属基复合材料3钢钢铁碳合金（C2%）；强度高，韧性好；易加工 。结构钢（机械零件、工程结构等）工具钢（刀具、量具、模具等）特殊钢（不锈钢、耐热钢、耐酸钢等）碳素钢低合金钢合金钢41.1.普通普通碳素结构钢碳素结构钢牌 号力学性能（不小于）用 途抗拉强度b/MPa屈服点s/MP

2、a伸长率/%Q19531543019533冲压件、焊接件及受载小的机械零件，如垫圈、开口销、地脚螺栓等Q215Q2353354503755002152353126焊接件、金属结构件及螺栓、螺母、铆钉、销轴、连杆、支座等受载不大的机械零件Q255Q2754105504906302552752420金属结构件及螺栓、螺母、垫圈、楔、转轴、心轴、链轮、吊钩、连杆等受力较大的机械零件牌号：尺寸2%），灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。表表1-5 灰铸铁灰铸铁牌 号力学性能用 途抗拉强度b/MPa抗压强度s/MPaHT200200750气缸、齿轮、机床、飞轮、齿条、衬筒、一般机床铸有导轨的床身、液

3、压筒、泵的壳体等HT2502501000阀壳、油缸、气缸、联轴器、机体、齿轮、齿轮箱外壳、飞轮、凸轮、轴承座等HT3003001100齿轮、凸轮、车床卡盘、压力机的床身、导板、增压液压筒、泵的壳体等铸铁：脆性大，抗拉能力差，不适合锻压和焊接，常用于铸造形状复杂的零件。9有色金属有色金属 1.1.铜铜及铜合金及铜合金牌 号力学性能材料状态用 途抗拉强度b/MPa伸长率/%ZCuSn10P1(10-1锡青铜)22031032砂 模金属模受冲击载荷的耐磨件，如齿轮、涡轮、轴瓦、衬套、丝杆螺母等ZCuAl10Fe3(10-3铝青铜)4905401012砂 模金属模重要的轴承、轴套、轮缘及大型铸件等H6

4、2(62黄铜)37049棒 材螺母、垫圈、铆钉、弹簧等表表1-6 铜合金铜合金 黄铜：Cu与Zn合金；青铜：Cu与Sn的合金；无锡青铜：Cu与铅、铝等的合金。 导电性、导热性、减摩耐磨性、耐腐蚀性良好。10纯铝，密度低，物理性能优良，但强度、硬度低。应用最广的轻金属，分为形变铝合金和铸造铝合金。 重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近。2. 2. 铝及铝合金铝及铝合金表表1-7 铝合金铝合金牌 号力学性能材料状态（棒材）用 途抗拉强度b/MPa伸长率/%2Al1(LY11，硬铝)42015砂 模金属模中等强度零件及焊接件，如螺栓、铆钉、接头、骨架等7A04(

5、LC4，超硬铝)60012砂 模金属模高强度零件、大梁、框架等ZAlSi7Mg(ZL101铸铝硅合金)2221棒 材中等强度、形状复杂的零件，如支架、客体、发动机附件等11机械中采用的非金属材料有工程塑料、橡胶、涂料等。表1-8 工程塑料牌 号力学性能用 途抗拉强度b/MPa伸长率/%尼龙664681.360200适用于中等载荷、温度100120、无润滑或少润滑条件下工作的耐磨受力传动零件聚四氟乙烯(PTEE，F-4)13.724.5250350主要用作耐化学腐蚀、耐高温的密封元件，也用作输送腐蚀介质的高温管道、耐腐蚀衬里、容器以及轴承、导轨、无油润滑活塞环、密封圈等酚醛塑料(PF)24.5常

6、用的为层压酚醛塑料和粉末状压制塑料，有板材、管材及帮料等。可用作轴承、轴瓦、带轮、齿轮、制动装置和离合装置的零件、摩擦轮及电器绝缘零件等12概 念：将钢在固态下加热到一定温度，进行必要的保温，然后采用不同的冷却速度，以改变钢的组织结构，从而得到所需性能的工艺方法。目 的：热处理能充分发挥材料的潜力，节省钢材，延长机械的使用寿命。13退火正火淬火回火调质化学热处理时间温度加热保温临界温度淬火回火调质退火正火14 将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后随炉冷却。1)消除内应力，降低硬度，便于切削；2)提高塑性和韧性；3)改善组织为进一步热处理作准备。1. 1. 退火退火2. 2. 正火正火1)消除

7、内应力(不如退火彻底)， 钢的强度、硬度较退火高；2)不占用设备，生产率较高。将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后在空气中冷却。15 将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后在水或油中快速冷却。1) 钢的硬度急剧增加，但存在很大的内应力，脆性增加；2) 为了减少内应力、降低脆性和获得良好的机械性能，淬火后一般均需回火。3. 3. 淬火淬火16 将淬火钢重新加热到某一低于临界温度，保温一段时间，然后在空气中冷却。4. 4. 回火回火l150250l作用：减少内应力、降低脆性；同时保存淬火钢的高硬度和耐磨性。l应用：刀具，量具l350500l作用：弹性，硬度l应用：有弹性要求的零件，如：弹簧l50

8、0650l作用：强度、硬度、塑性和韧性等都较好l应用：重要的机械零件，如：齿轮，轴等。高温回火中温回火低温回火17调质即淬火和高温回火的综合热处理工艺。5.5.调质调质 调质可以提高材料的综合力学性能，一些重要的受载零件，常采用调整处理，如齿轮、轴等。6.6.表面表面淬火淬火 将机械零件表面迅速加热到淬火温度，热量未传至中心，即快速冷却的热处理方法。18 将机械零件放在含有某种化学元素的介质中加热和保温，使该元素的活性原子渗入到零件表面的热处理方法。7.7.化学化学热处理热处理作用：表面硬而耐磨，芯部仍保持原有韧性。v 渗碳v 渗氮（氮化）v 碳氮共渗（氰化）191. 零件所受载荷的大小和性质 （拉、压、冲击等） 2. 零件的工作条件 （温