5工程材料及机械制造基础ppt

1、工程材料及机械制造基础第5讲 复习 一、碳钢 碳钢铁碳合金。C0.60%（2）按钢的质量（根据钢中S、P含量）分:普通碳素钢 S0.055%,P0.045%优质碳素钢 S0.04%，P0.04%高级优质碳素钢 S0.03%，P0.035%（3）按用途不同分：碳素结构钢：主要用于制造各种工程结构（如桥梁、船舶、建筑等）、机器零件（如齿轮、螺栓等）。这类钢一般为低碳钢和中碳钢。碳素工具钢：主要用于各种刀具、量具和模具。大多为高碳钢。3、碳钢的编号和用途（1）碳素结构钢如：Q235。其中： Q 屈服强度的“屈”汉字拼音字首， 235 屈服强度的数值（MPa） 此类钢一般在供应状态下不热处理使用，必要

2、时可进行锻造、焊接等热加工，亦可通过热处理调整其机械强度。（用途见书中表格:薄板、钢管、钢筋、冲压件、焊接件等） （2）优质碳素结构钢如：45（08，10，15，20，55，60）用两个数字表示其牌号。（钢中平均含碳量）。优质碳素结构钢中的S、P含量较少，一般用于较重要的零件，常进行热处理提高其力学性能后使用。供货时既保证其力学性能又保证其化学性能。低碳钢： 、HB较低，、ak较好。可焊性、可锻性良好。 主要用于制作冲压件、焊接件、渗碳件及强度要求不高的零件。中碳钢： 、HB、ak 适中。经热处理后有较好的综合力学性能。 常用于齿轮、轴、连杆、丝杆等受力较大的零件。 高碳钢： 、HB、弹性较高

3、，、ak 较差。 常用于制造要求具有较高强度，耐磨性和弹性的零件。 如弹簧（板、螺旋、垫圈弹簧等）、轧辊、钢丝绳等。 （3）碳素工具钢 如：T12,T12A 其中： T 汉字“碳”或汉字拼音字母“T”， 12 含碳量的的千分之几， A 高级优质钢。 *碳素工具钢都是高碳钢、优质钢。 *碳素工具钢的热硬性差（200），故只能作低速切削工具。 T8，T8A 中心冲、剪刀等。T7，T7A 凿子、锤子、木工工具等。T10，T10A 丝锥、板牙、铰刀等。T12，T12A 锯条、锉刀、量具等。4 其他常用金属材料简介 随着现代科学技术的不断发展，对使用的钢材提出了越来越高的要求。要求钢材具有高强度、高韧性

4、、高耐磨性以及耐高温、抗氧化、抗腐蚀等性能。 -普通碳钢远远不能满足这些要求。一、合金钢 合金钢为了改善钢的性能，特意在碳钢的基础上加入某些合金元素所获得的钢种。合金钢中常加入的合金元素有： Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等一、合金钢在合金钢中加入合金元素的目的： 提高钢的机械性能。(如、HB、ak等) 改善钢的热处理工艺性能。(如提高淬透性，减少淬火变形等) 使钢获得某种特殊的性能。(如耐腐蚀、耐热等)牌号Q23520CrMnTi4540CrS (Mpa)235850355800一、合金钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢合金钢按用途可分为1、合金结构钢合金结构钢是用来制造各种机器零

5、件及各类工程结构的钢。牌号表示 “数字+合金元素符号（或汉字）+数字 ”前面的数字表示钢的含碳量的万分之几元素符号表示钢中所含的合金元素后面的数字表示前面合金元素的百分之几平均含量。（四舍五入，若12mm）2、合金工具钢合金工具钢是用来制造刃、量、模具等各种工具。牌号表示“数字（或无数字）+化学元素符号+数字 ”前面的数字表示钢中平均含碳量的千分之几。 （ 1%C不标，高速钢例外）。 其余同合金结构钢表示方法:元素符号表示钢中所含的合金元素后面的数字表示前面合金元素的百分之几平均含量。（四舍五入，若1.5%则不标）2、合金工具钢名 称牌 号用 途刃具钢9SiCrW18Cr4V扳牙、丝锥、铰刀、

6、钻头等车刀、铣刀、刨刀、高速钻头等量具钢CrWMn9SiCr高精度块规，螺纹塞规等模具钢Cr12MoV冷变形模具（如：冷冲模、拉丝模等）3、特殊性能钢如：不锈钢、1CrNi9Ti、0Cr18Ni9Ti等。 1Cr13、2Cr13、3Cr13等。牌号表示“数字（或无数字）+化学元素符号+数字 ”前面的数字表示钢的含碳量的千分之几;元素符号表示钢中所含的合金元素;后面的数字表示前面合金元素的百分之几平均含量。3、特殊性能钢腐蚀是金属制件经常发生的一种现象（约占其产量的10%）。化学腐蚀（如钢在高温下的氧化）电化学腐蚀（如钢在室温时的氧化（即生锈）腐蚀*（大部分腐蚀属于电化学腐蚀）F的电极电位较负，

7、成为阳极被腐蚀。Fe3C电极电位较正，成为阴极而不被腐蚀。P（置于硝酸酒精溶液中）3、特殊性能钢防止腐蚀的途径： 提高合金本身的电极电位。 在铁中加入大于13%的铬后，则铁的电极电位由0.56V突然升至0.2V，因此其抗蚀性显著提高。铁铬合金的电极电位（大气条件） 在钢中同时加入铬和镍，可能形成单一奥氏体组织。3、特殊性能钢分类：按组织分马氏体不锈钢铁素体不锈钢奥氏体不锈钢按成份分铬不锈钢铬镍不锈钢铬锰氮不锈钢3、特殊性能钢1Cr13，2Cr13（汽轮机叶片、螺栓、螺帽等）3Cr13，4Cr13（医疗工具如手术刀，量具等）M 0Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni9Ti （耐酸设备，化工容器等A

8、F 1Cr17 （管道、酸槽、食品设备等二、铸铁铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。（另外其Si、Mn、S、P均比钢中高）根据铸铁中碳的存在形式不同分类： 白口铸铁 灰口铸铁白口铸铁其碳几乎全部以化合物（Fe3C）状态存在，断口成银白色（故称白口）其性能硬而脆，很难进行切削加工（故很少用）有时利用它的高硬度、耐磨性好的特点，制造一些要求表面有高耐磨性的机件。 如轧辊（表面）、球磨机的内衬和磨球、犁铧等目前白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。 灰口铸铁其中碳全部或大部分以石墨形式存在，因断口呈暗灰色而得名。它是生产上应用最广泛的铸铁。根据灰口铸铁中石墨形状不同，灰口铸铁可分为：普通灰

9、口铸铁（简称灰铸铁）:其石墨成片状， HT150，(仅钢20-30%)可锻铸铁:其石墨成团絮状， KTH300-06，(仅钢50-70%)。又称玛铁或玛钢，不可锻球墨铸铁:其石墨成球状， QT600-02，(仅钢70-90%) 灰口铸铁石墨G在铸铁约占体积7-10%，它的 20MPa，HB3，、ak 几乎为零。但它的抗压强度接近钢。片状石墨：缩减作用；割裂作用；润滑作用。 -减振性优良：缓冲机械振动，阻止振动能量传播 -缺口敏感性低：基体已有大量缺口，外来缺口影响甚微 -耐磨性好：石墨本身是润滑剂，形成的凹坑可储润滑油 灰铸铁组织=钢的基体+G片共析钢 P+G片亚共析钢P+F+ G片F+ G片

10、G片细小粗大高低 ,HB 灰口铸铁灰铸铁的铸造工艺性优异、价格低廉、故在工业生产上应用最广，其产量约占各类铸铁产量的80%以上。 灰铸铁主要应用于盖、 支柱、底座、箱体、机体、 阀体、缸体等。铸造工艺性切削工艺性好好焊接性能锻造性能热处理性能差差差减振性减磨性缺口敏感性好好好其他性能共析钢正火状态 b 900MPaP基体的灰铸铁b 200-250MPa有色金属 工业上把铁及其合金称为黑色金属，把其它金属及其合金统称为有色金属。 1、铜及其铜合金 工业纯铜 （由于表面形成氧化膜，外观呈紫红色，习惯上称为紫铜）含铜量：99.5-99.95% （常含氧、硫、铅、砷、铋等杂质） 比重：8.94 熔点：

11、1083 纯铜具有优良的导电性、导热性、抗大气腐蚀性。 工业纯铜纯铜的强度低 b=200-250 MPa，塑性好，=45-50% 冷变形后，b=400-500 MPa，塑性降低，=5% 纯铜具有面心立方晶格，无同素异构转变。 常用工业纯铜的牌号有T1、T2、T3、T4。其中“T”为铜字的汉语拼音的第一个字母，后面数字表示顺序号。顺序号越高，其杂质含量也越高。（即铜的纯度越低）。 工业纯铜工业纯铜主要用于制造导体（如电线），热交换器和油管等。由于纯铜的机械性能不高，不宜直接用作结构件，须配制成铜合金后再使用。常用的铜合金有黄铜和青铜。 黄铜 黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金。根据黄铜中所含其它合

12、金元素的种类： 普通黄铜（铜锌合金） 特殊黄铜（在铜锌合金中再加入铝、铅、锰、锡等元素。） 黄铜黄铜的力学性能取决于含锌量： 当含锌量32%时，随含锌量的增加，强度继续升高、而塑性降低。（有硬脆相）当含锌量45%时，强度和塑性都急剧下降。（组织全部是硬脆相） 黄铜普通黄铜的牌号用“黄”字的汉语拼音的第一个字母“H”加铜量的百分数表示。 如 H70含铜量70%，含锌量30%。 ZH62含铜量62%，含锌量38%，铸造黄铜。 黄铜主要用于制造弹簧，衬套及耐蚀零件，如 ：H90 艺术品（又称金色黄铜）H68 子弹壳H62 螺钉、螺母、垫圈、弹簧等 青铜普通青铜（或锡青铜）Cu-Sn合金。 （铜与镍的

13、合金称为白铜）特殊青铜（或无锡青铜）（以Al、Si、Pb等元素） 当Sn 5-6% 时， ，； 当Sn 20 % 时， 。 青铜锡青铜主要用来制造各种耐磨件，耐蚀件及弹性元件，如轴承、弹簧等。 当Sn 10%, 常采用铸造方式成形，称为铸造锡青铜。(如ZCuSn10Pb1, 其中Sn为10%，Pb为1%)2、铝及铝合金 工业纯铝 含铝量：98-99.7%（常含铁和硅等杂质）比重：2.7g/cm3 (约为铁的三分之一) 熔点：660纯铝具有良好的导电性和导热性(仅次于银和铜)。在大气中具有良好的耐蚀性。(主要是铝的化学活泼性很高，易与空气中的氧作用在表面产生一层牢固、致密的氧化铝保护膜，从而使铝

14、不会继续被腐蚀。) 工业纯铝纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变。常用工业纯铝的牌号有L1、L2、L3、L4、L5等。“L”表示工业纯铝，后面的数字表示纯度，数字越大纯度越低。工业纯铝主要用于制造电缆和要求不高的日用器皿等。 纯铝具有很好的塑性 =35-40%，但强度低b =80-100MPa通过压力加工变形：=4-8%，b=150-250MPa 工业纯铝纯铝的强度低，一般不用于制作结构零件，常在铝中加入铜、镁、锰、硅等合金元素形成铝合金，从而提高了力学性能等。根据铝合金的成分和工艺特点分类： 形变铝合金（其塑性好，可通过各种冷、热塑性变形加工成各种型材或零件）铸造铝合金（其铸造性能好，常用铸造

15、方法生产毛坯或零件）铝合金 铝合金Al-Li系合金 铝是最轻的合金元素。铝合金中添加百分之几的锂后，可获得时效强化（即铝合金的热处理强化）效果，密度可降低10%，刚度可提高10%。但锂的熔点很低，故铝锂合金冶炼很困难。 波音747飞机的外壳用铝锂合金，大大减轻了飞机的重量。飞机每减少1kg的重量，其经济效益是按几何级数递增的，因此铝锂合金是大有作为的。 补充各类铝合金均按共晶相图结晶，如右图根据铝合金的成分及生产工艺特点分类： 形变铝合金(P点以左)铸造铝合金(P点以右) 补充 形变铝合金加热到固溶线以上时，可得到均匀的单相固溶体，其塑性好，可通过各种冷、热塑性变形加工成各种型材或零件。 不能

16、热处理强化的形变铝合金，成分在F点以左的合金，其固溶体成分不随温度而改变。能热处理强化的形变铝合金，成分在F点以右的合金，其固溶体成分能随温度而改变。 补充由于铝无同素异构转变，它主要是通过淬火（固溶处理）后，再进行时效处理而达到强化的目的。 如把含4%铜的Al-Cu合金，淬火后形成过饱和的固溶体，其强度为25MN/m2。若在保温下放置，强度将随时间的延长而逐渐提高，经过4-5天后，强度可达400 MN/m2。 补充类 别代号举例性 能 特 点用 途防锈铝LF5、F21抗腐蚀性好。塑性、韧性好。焊接性能较好。容器、管道、（油箱、油管）硬铝LY1、Y12热处理后有高的强度、硬度，但耐蚀性较差型材

17、、铆钉、飞机螺旋桨叶片超硬铝LC4、LC6热处理后强度很高(是铝合金中强度最高者)飞机大梁、蒙皮、起落架锻铝LD5、D7良好的热塑性和热处理后较高力学性能高温下复杂零件及结构件，形状复杂中等强度的锻件补充 铸造铝合金（除ZL102、ZL103外），一般都能热处理强化（人工时效进行强化） Al-Si系：ZL1*。铸造性好，机械性能低，耐蚀性好，比重小。 仪表壳体、泵体、发动机气缸等。 (硅铝明)Al-Cu系：ZL2*。耐热性好，铸造性差，抗蚀性差，比重大。Al-Mg系：ZL3*。机械性能高，抗蚀性好，比重小。Al-Zn系：ZL4*。能自动淬火，宜压铸，抗蚀性差 补充ZL102变质处理 在共晶组织

18、（+Si）中，硅是硬脆相，并是粗大针状，它严重影响合金的机械性能。（ b140MN/m2， 3%）。 为了改善合金的性能，浇铸前进行变质处理，使硅的形状发生改变，共晶体中的硅呈细小球状，并有初生固溶体出现。（其 b180 MN/m2，8%） 作业1、写出下列与失效形式相关的力学性能。失效形式磨 损断 裂塑性变形力学性能2、列表写出碳钢的分类，并大致分析Q235、45、T8A的力学性能及质量。3、HB及HRC以什么作为试样硬度值？主要用于哪些材料的硬度测量？作业4、按下表所列牌号填写有关内容牌 号名 称数字及字母的含义用途（举例)16MnW18Cr4VHT20045Q23520CrMnTi4Cr13T10A作业5、画出铁碳合金状态图钢的部分，写出20钢从液态缓慢冷却到室温时的转变？为什么它