常用工程材料综述

机械制造基础第三章第三章常用工程材料3.1工业用钢3.2铸铁3.3其他合金3.4非金属材料3.1工业用钢3.1.1钢的分类和编号3.1.2碳素钢第三章常用工程材料3.1.3合金钢钢的冶炼高炉冶炼转炉氧化原料钢第三章常用工程材料3.1.1钢的分类和编号钢的分类第三章常用工程材料3.1.1钢的分类和编号钢的编号分类典型型号编号说明碳素结构钢Q235-A.F质量为A级的沸腾钢屈服点235MPa“Q”为“屈”字的汉语拼音字首,后面的数字为屈点;A、B、C、D表示质量等级;F、b、Z、TZ依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢优质碳素结构钢45平均ωC为0.45%65Mn平均ωC为0.65%,较高含锰量两位数字表示钢的平均含碳量,以万分之几表示,化学元素符号Mn表示钢的含锰量较高一般工程用铸造碳钢ZG200-400碳素铸钢抗拉强度为400MPa屈服点为200MPa“ZG”代表铸钢,其后面第一组数字为屈服点(MPa);第二组数字为抗拉强度(MPa)第三章常用工程材料3.1.1钢的分类和编号钢的编号（续）分类典型编号编号说明合金结构钢60平均ωMn≤1.5%平均ωSi为2%平均ωC为0.6%GCr15SiMn平均ωCr为1数字+化学元素符号+数字,前面的数字表示钢的平均ωC,以万分之几表示;后面的数字表示合金元素的含量,以平均该合金元素的质量分数的百分之几表示,质量分数少于1.5%时,一般不标明含量碳素工具钢T8平均ωC为0高级优质钢“T”为“碳”字的汉语拼音字首,后面的数字表示钢的平均含碳的质量分数,以千分之几表示;“A”表示高级优质钢第三章常用工程材料分类典型编号编号说明合金工具钢5CrMnMo平均ωC为0.5%平均ωCr、ωMn、ωMo小于1.5%平均ωC<1时,以千分之几表示,ωC≥1时不标出;高速钢例外,其平均含量<1.0%时也不标出;合金元素含量的表示方法与合金结构钢相同特殊性能钢2Cr13平均ωC为0平均ωCr为13%平均ωC以千分之几表示,但当平均ωC≤0.03%及≤0.08%时,钢号前分别冠以00及0表示;合金元素含量的表示方法与合金结构钢相同3.1.1钢的分类和编号钢的编号（续）第三章常用工程材料3.1.2碳素钢碳素钢简称碳钢,它是含碳量小于2%的铁碳合金碳钢可分为碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素铸钢和碳素工具钢第三章常用工程材料3.1.2碳素钢含碳量对于碳钢性能的影响第三章常用工程材料强度硬度高、塑性韧性低塑性好、强度低增加减小3.1.2碳碳素钢碳素结构构钢第三章常常用工工程材料料碳素结构构钢的硫硫、磷的的质量分分数较高高(P≤≤0.045,S≤0.055),大部分分用于工工程结构构,小部部分用于于机械零零件碳素结构构钢一般般在供应应状态下下使用,必要时时可进行行锻造、、焊接等等热加工工,也可可通过热热处理调调整其力力学性能能3.1.2碳碳素素钢钢碳素素结结构构钢钢第三三章章常常用用工工程程材材料料Q235钢钢在工工业业上上应应用用最最多多,因因为为它它既既有有一一定定的的强强度度,又又有有较较好好的的塑塑性性3.1.2碳碳素素钢钢碳素素结结构构钢钢第三三章章常常用用工工程程材材料料3.1.2碳碳素素钢钢优质质碳碳素素结结构构钢钢第三三章章常常用用工工程程材材料料这类类钢钢的的硫硫、、磷磷的的质质量量分分数数≤≤0.035%,广广泛泛用用于于较较重重要要的的机机械械零零件件45号号钢应应用用最最广广3.1.2碳碳素素钢钢优质质碳碳素素结结构构钢钢低碳碳钢钢中碳碳钢钢高碳碳钢钢根据据含含碳碳量量多多少少应用最多第三三章章常常用用工工程程材材料料3.1.2碳碳素素钢钢碳素素铸铸钢钢第三三章章常常用用工工程程材材料料碳素素铸铸钢钢是是冶冶炼炼后后直直接接铸铸造造成成毛毛坯坯或或零零件件的的,适适用用于于形形状状复复杂杂且且韧韧性性、、强强度度要要求求较较高高的的零零件件碳素素铸铸钢钢的的ωωC一一般般在在0.15%～～0.60%范范围围内内,过过高高则则塑塑性性差差,易易产产生生裂裂纹纹3.1.2碳素钢钢碳素铸钢第三章常常用工程材材料3.1.2碳素钢钢碳素工具钢钢第三章常常用工程材材料碳素工具钢钢的含碳量量为0.7%～1.3%，含含碳量高,硬度高高、耐磨性性好碳素工具钢钢用于制造造各种刃具具、模具、、量具和其其他要求耐耐磨的机器器零件3.1.2碳素钢钢碳素工具钢钢第三章常常用工程材材料3.1.2碳素钢钢碳素工具钢钢第三章常常用工程材材料3.1.3合金钢钢所谓合金钢钢是为了改改善或提高高钢的性能能,在碳钢钢基础上特特意地加入入一种或数数种合金元元素所制成成的钢常用的合金金元素有Si、Cr、Mn、、Ni、W、Mo、、Ti和V等第三章常常用工程材材料3.1.3合金钢钢根据用途不不同可分为为三类:合金结构钢钢、合金工具钢钢和特殊性能钢钢第三章常常用工程材材料3.1.3合金钢钢合金结构钢钢第三章常常用工程材材料合金结构钢钢是合金钢钢中用途最最广、用量量最大的一一类钢,常常用于制造造重要的零零件合金结构钢钢可分为普普通低合金金钢、渗碳碳钢、调质质钢、弹簧簧钢和滚动动轴承钢等等3.1.3合金钢钢合金结构钢钢第三章常常用工程材材料3.1.3合金钢钢合金结构钢钢第三章常常用工程材材料3.1.3合金钢钢合金结构钢钢(1)普通通低合金钢钢常用用普普通通低低合合金金钢钢的的牌牌号号有有Q295、、Q345、Q390、、Q420等等第三三章章常常用用工工程程材材料料3.1.3合合金金钢钢合金金结结构构钢钢(2)渗渗碳碳钢钢常用用的的渗渗碳碳钢钢有有15、、20Cr、、20CrMnTi、18Cr2Ni4W等等第三三章章常常用用工工程程材材料料3.1.3合合金金钢钢合金金结结构构钢钢(3)调调质质钢钢常用用的的调调质质钢钢有有45、、40Cr、35SiMn、、38CrMoAlA等等第三三章章常常用用工工程程材材料料3.1.3合合金金钢钢合金金结结构构钢钢(4)弹弹簧簧钢钢常用用的的弹弹簧簧钢钢有有65、、65Mn、、60Si2Mn、50CrVA等等第三三章章常常用用工工程程材材料料3.1.3合合金金钢钢合金金结结构构钢钢(5)滚滚动动轴轴承承钢钢目前前常常用用的的是是铬铬轴轴承承钢钢(GCr9、、GCrl5、、GCrl5SiMn等等)第三三章章常常用用工工程程材材料料3.1.3合合金金钢钢合金金工工具具钢钢第三章章常常用工工程材材料合金工工具钢钢主要要用于于制造造刃具具、模模具和和量具具等，，钢中中的合合金元元素可可增加加钢的的淬透透性、、耐磨磨性和和热硬硬性合金工具钢钢主要用于于制造形状状复杂、尺尺寸较大,要求变形形小或切削削速度较高高的工模具具3.1.3合金钢钢合金工具钢钢第三章常常用工程材材料3.1.3合金钢钢合金工具钢钢第三章常常用工程材材料(1)刃具具钢3.1.3合金钢钢合金工具钢钢第三章常常用工程材材料(2)模具具钢模具钢分为为冷模具钢和热模具钢3.1.3合金钢钢合金工具钢钢第三章常常用工程材材料(3)量具具钢尽量降低淬淬火温度淬火后立即即进行-70～-80℃的冷冷处理精度要求高高的量具,在淬火、、冷处理和和低温回火火后尚需进进行时效处处理3.1.3合金钢钢特殊性能钢钢第三章常常用工程材材料(1)不锈锈钢不锈钢是指指在大气、、水、酸、、碱和盐溶溶液或其他他腐蚀性介介质中具有有高度化学学稳定性的的合金钢的的总称3.1.3合金钢钢特殊性能钢钢第三章常常用工工程材料料(2)耐耐热钢耐热钢常常分为热热化学稳稳定钢(3Cr18Ni25Si2等)和和热强钢钢(Cr12型型、Cr13型型、1Cr18Ni9Ti、、1Cr17等等)3.1.3合合金钢特殊性能能钢第三章常常用工工程材料料(3)耐耐磨钢高锰钢是是目前最最重要的的耐磨钢钢3.2铸铁3.2.1铸铸铁的石石墨化3.2.2常用用铸铁铸铁是指指ωC为为2%～～4%的的铁碳合合金,并并且还含含有较多多的Si、Mn、S、、P等元元素铸铁铁有良好好的减振振、减磨磨作用,良好的的铸造性性能及切切削加工工性能,且价格格低第三章常常用工工程材料料3.2.3合金铸铁铁3.2.1铸铸铁的石石墨化第三章常常用工工程材料料铸铁冷却却和加热热时的石石墨化过过程(1)冷冷却从液体中中析出一一次石墨墨由共晶反反应而生生成的共共晶石墨墨由奥氏体体中析出出二次石石墨由共析反反应而生生成的共共析石墨墨3.2.1铸铸铁的石石墨化第三章常常用工工程材料料铸铁冷却却和加热热时的石石墨化过过程(2)加加热Fe3C→3Fe+C3.2.1铸铸铁的石石墨化第三章常常用工工程材料料影响铸铁铁石墨化化的因素素(1)化化学成分分的影响响(2)冷冷却速度度的影响响3.2.2常常用铸铁铁第三章常常用工工程材料料灰铸铁灰铸铁的的组织是是由片状状石墨和和钢的基基体两部部分组成成灰铸铁的的性能与与普通碳碳钢相比比,具有有力学性性能低、、耐磨性性与消震震性好和和工艺性性能好等等特性3.2.2常常用铸铁铁第三章常常用工工程材料料球墨铸铁铁球墨铸铁铁中石墨墨呈球状状球墨铸铁铁兼有钢钢的高强强度和灰灰铸铁的的优良铸铸造性能能,是一一种有发发展前途途的铸造造合金,用来制制造受力力复杂、、力学性性能要求求高的铸铸件3.2.2常常用铸铁铁第三章常常用工工程材料料蠕墨铸铁铁蠕墨铸铁铁是一种种新型铸铸铁,其其中碳主主要以蠕蠕虫状形形态存在在,其石石墨形状状介于片片状和球球状之间间蠕墨铸铁铁保留了了灰铸铁铁工艺性性能优良良和球墨墨铸铁力力学性能能优良的的共同特特点,而而克服了了灰铸铁铁力学性性能低和和球墨铸铸铁工艺艺性能差差的缺点点3.2.2常常用铸铁铁第三章常常用工工程材料料可锻铸铁铁可锻铸铁铁的石墨墨呈团絮絮状,它它对基体体的割裂裂程度较较灰铸铁铁轻可锻铸铁铁性能优优于灰铸铸铁;在在铁液处处理、质质量控制制等方面面又优于于球墨铸铸铁3.2.2常常用铸铁铁名称牌号典型牌号主要用途灰铸铁HTHT150、HT200底座、刀架、阀体、水泵壳球墨铸铁QTQT400-15、QT600-3汽车、拖拉机的轮毂、中低压阀门、电动机壳、齿轮箱蠕墨铸铁RuT─生产气缸盖、钢锭模等铸件可锻铸铁KTKTH350-10、KTH450-06低压阀门、连杆、曲轴、齿轮等零件第三章常常用工工程材料料3.2.3合合金铸铁铁合金铸铁铁与合金金钢相比比,熔炼炼简单,成本低低廉,基基本上能能满足特特殊性能能的要求求,但力学性能能较差,脆性较较大第三章常常用工工程材料料常用的合合金铸铁铁有：3.2.3合合金铸铁铁耐磨铸铁铁耐热铸铁铁耐蚀铸铁铁第三章常常用工程材材料3.2.3合金铸铸铁第三章常常用工程材材料耐磨铸铁在无润滑干干摩擦条件件下工作的的零件应具具有均匀的的高硬度组组织在润滑条件件下工作的的耐磨铸铁铁,其组织织应为软基基体上分布布有硬的组组织组成物物,使软基基体磨损后后形成沟槽槽,保持油油墨3.2.3合金铸铸铁第三章常常用工程材材料耐热铸铁铸铁的耐热热性主要是是指在高温温下的抗氧氧化和抗热热生长能力力耐热铸铁按按其成分可可分为硅系系、铝系、、硅铝系及及铬系等，，主要用于于制造加热热炉附件,如炉底、、烟道挡板板、传递链链构件等3.2.3合金铸铸铁第三章常常用工程材材料耐蚀铸铁耐蚀铸铁是是指在腐蚀蚀性介质中中工作时具具有耐蚀能能力的铸铁铁耐蚀铸铁主主要用于化化工机械,如制造容容器、管道道、泵、阀阀门等3.3其它合金3.3.1铝及其其合金3.3.2铜铜及其其合金金3.3.3轴承合合金3.3.4粉末冶冶金与与硬质质合金金第三章章常常用工工程材材料3.3.1铝铝及其其合金金工业纯纯铝工业上上使用用的纯纯铝,其纯纯度(质量量分数数)为为99.7%～～98%工业纯纯铝的的牌号号为1070A、1060、、1050A工业业纯纯铝铝塑塑性性好好,但但强强度度低低第三三章章常常用用工工程程材材料料3.3.1铝铝及及其其合合金金铝合合金金的的分分类类及及热热处处理理特特点点(1)变形铝合金不可热处理强化可热处理强化防锈铝合金硬铝合金超硬铝合金锻铝合金第三三章章常常用用工工程程材材料料3.3.1铝铝及其合合金铝合金的的分类及及热处理理特点(1)变变形铝合合金防锈铝合合金属Al-Mn系合合金及Al-Mg系合合金硬铝合金金属Al-Cu-Mg系合金金超硬铝合合金属Al-Cu-Mg-Zn系合合金锻铝合金金属A1-Cu-Mg-Si系合金金第三章章常常用工工程材材料3.3.1铝铝及其其合金金铝合金金的分分类及及热处处理特特点(2)铸造造铝合合金铸造铝铝合金金是用用于浇浇注成成铸件件的铝铝合金金铸造铝铝合金金的代代号由由“ZL””根据主主加元元素的的不同同,铸铸造铝铝合金金分为为Al-Si系系、Al-Cu系、、Al-Mg系系及Al-Zn系四四类Al-Si系合合金是是工业业中应应用最最广泛泛的铸铸造铝铝合金金第三章章常常用工工程材材料3.3.2铜铜及其其合金金第三章章常常用工工程材材料工业纯纯铜工业用用纯铜铜,含含铜量量ωCu高高于99.5%,通通常呈呈紫红红色工业纯纯铜牌牌号有有T1、T2、、T3和T4四四种,序号号越大大,纯纯度越越低纯铜具具有优优良的的导电电、导导热、、耐蚀蚀和焊焊接性性能,又有有一定定的强强度,广泛泛用于于导电、、导热热和耐耐蚀器器件微量的的杂质质元素素对铜铜的力力学性性能和和物理理性能能影响响较大大3.3.2铜铜及其其合金金铜合金金铜合金黄铜青铜普通黄铜压力加工锡青铜铸造锡青铜特殊黄铜无锡青铜第三章章常常用工工程材材料3.3.2铜铜及其其合金金铜合金金第三章章常常用工工程材材料(1)黄铜铜普通黄黄铜是是以锌锌和铜铜组成成的合合金特殊黄黄铜是是在普普通黄黄铜的的基础础上加加入其其他合合金元元素的的铜合合金3.3.2铜铜及其其合金金铜合金金第三章章常常用工工程材材料(2)青铜铜压力加加工锡锡青铜铜含锡锡量一一般小小于10%,适适宜于于冷热热压力力加工工铸造锡锡青铜铜含锡锡量为为10%～～14%无锡青青铜是是指不不含锡锡的青青铜,常用用的有有铝青青铜、、铍青青铜、、铅青青铜、、锰青青铜、、硅青青铜等等3.3.3轴轴承合合金轴承合合金应应具有有如下下性能能要求求：第三章章常常用工工程材材料足够的的强度度和硬硬度足够的的塑性性、韧韧性与轴之之间有有良好好的磨磨合能能力及及较小小的摩摩擦系系数有良好好的导导热性性和抗抗蚀性性有良好好的工工艺性性,容容易制制造且且价格格低廉廉3.3.3轴轴承合合金用于制制作轴轴瓦和和轴衬衬的合合金称称为轴轴承合合金图3.1轴承合金结构示意图第三章章常常用工工程材材料3.3.3轴轴承合合金(1)锡基基轴承承合金金锡基轴轴承合合金是是工业业上广广泛应应用的的轴承承材料料典型锡锡基轴轴承合合金的的牌号号是ZChSnSb11-6第三章章常常用工工程材材料3.3.3轴轴承合合金(2)铅基基轴承承合金金典型铅铅基轴轴承合合金的的牌号号是ZChPbSbl6-16-2第三章章常常用工工程材材料主要用用于制制造如如汽车车、拖拖拉机机的曲曲轴轴轴承及及电动动机、、破碎碎机轴轴承等等3.3.3轴轴承合合金(3)其它它轴承承合金金第三章章常常用工工程材材料除了巴巴氏合合金以以外,还有有铜基基、铝铝基轴轴承合合金广泛应应用于于汽车车、拖拖拉机机、内内燃机机车等等一般般工业业轴承承特点是承承载能力力高、密密度较小小、导热热性和疲疲劳强度度好,工工作温度度高,价价格便宜宜3.3.4粉粉末冶金金与硬质质合金(1)粉粉末冶金金简介粉末冶金金是利用用金属粉粉末(或或金属粉粉末与非非金属粉粉末的混混合物)作原料料,将几几种粉末末混匀压压制成型型,并经经过烧结结而获得得材料或或零件的的加工方方法第三章常常用工工程材料料3.3.4粉粉末冶金金与硬质质合金(2)硬硬质合金金硬质合金金是以碳碳化钨(WC)、碳化化钛(TiC)等高熔熔点、高高硬度的的碳化物物的粉末末和起粘粘结作用用的金属属钴粉末末经混合合、加压压成型、、再烧结结而制成成的一种种粉末冶冶金制品品第三章常常用工工程材料料3.4非金属材材料3.4.1高高分子材材料3.4.2陶瓷瓷材料机械工业业中使用用的非金金属材料料可分为为三大类类:高分子材材料(如塑料料、胶粘粘剂、合合成橡胶胶、合成成纤维等等)、陶瓷(如日用用陶瓷、、金属陶陶瓷等)、复合材料料等。第三章常常用工工程材料料3.4.3复合材料料3.4.1高高分子材材料工程塑料料强度、硬度低耐腐蚀电绝缘性好成形性耐磨性密度小工程塑料第三章常常用工工程材料料3.4.1高高分子材材料工程塑料料(1)热热塑性塑塑料热塑性塑塑料在受受热时软软化和熔熔融,冷冷却后成成形固化化,再受受热时又又软化和和熔融,具有可塑性和重复性常用的塑塑料有聚聚烯烃、、聚氯乙乙烯、聚聚苯乙烯烯、ABS、聚聚酰胺、、聚甲醛醛、聚碳碳酸酯、、聚四氟氟乙烯和和聚甲基基丙烯酸酸甲酯等等第三章常常用工工程材料料3.4.1高高分子材材料工程塑料料(2)热热固性塑塑料热固性塑塑料不溶溶于任何何溶剂,再加热热也不软软化不能能回用常用的热热固性塑塑料有酚酚醛塑料料、环氧氧塑料等等第三章常常用工工程材料料3.4.1高高分子材材料工程塑料料第三章常常用工工程材料料ABS塑料环氧塑料3.4.1高高分子材材料橡胶(1)工工业橡胶胶的组成成工业橡胶胶的主要要成分是是生胶工业橡胶胶中还必必须加入入各种配合剂第三章常常用工工程材料料3.4.1高高分子材材料橡胶(2)橡橡胶的性性能特点点橡胶具有有良好的的回弹性，经硫化化处理后后具有良良好的耐磨性第三章常常用工工程材料料3.4.1高高分子材材料橡胶(3)常常用橡胶胶材料天然橡胶胶第三章常常用工工程材料料3.4.1高高分子材材料橡胶(3)常常用橡胶胶材料合成橡胶胶第三章常常用工工程材料料3.4.1高高分子材材料橡胶(1)天天然橡胶胶第三章常常用工工程材料料天然橡胶胶是橡胶胶树上流流出的胶胶乳,经经过加工工制成的的固态生生胶(2)合合成橡胶胶合成橡胶胶分为丁丁苯橡胶胶(SBR)和和顺丁橡橡胶(BR)3.4.1高高分子材材料橡胶第三章常常用工工程材料料生活中常常见的橡橡胶：3.4.2陶陶瓷材料料陶瓷是一一种无机机非金属属材料一般可分分为普通陶瓷瓷(普通工工业陶瓷瓷、化工工陶瓷)和特种陶瓷瓷(氧化铝铝陶瓷、、氮化硅硅陶瓷、、氮化硼硼陶瓷、、氧化镁镁陶瓷及及氧化铍铍陶瓷等等)两大大类第三章常常用工工程材料料3.4.2陶陶瓷材料料陶瓷的特特点：硬度极高高,抗压压强度高高,耐磨磨性、耐耐蚀性好好,耐高高温和抗抗氧化能能力强等等质脆易碎碎,延展展性差,抗急冷冷急热性性差等第三章常常用工工程材料料3.4.2陶陶瓷材料料为了提高高陶瓷强强度,改改善脆性性,目前前常采用用的措施施如下：：第三章常常用工工程材料料制造微晶晶、高密密度、高高纯度的的陶瓷,提高陶陶瓷中晶晶体的完完整性在陶瓷制制品表面面制造一一层残余余应力,以抵消消部分外外加拉力力,减小小应力峰峰值用碳纤维维、石墨墨纤维等等复合强强化陶瓷瓷材料3.4.2陶陶瓷材料料第三章常常用工工程材料料3.4.3复复合材料料复合材料料是由两两种或两两种以上上物理、、化学性性质不同同的物质质,经人人工合成成的多相相固体材材料复合材料料既保持了各组成成材料的的最佳性性能特点点,又具具有组合合后新的特性性第三章常常用工工程材料料3.4.3复复合材料料复合材料料的性能能特点(1)比比强度和和比模量量高(2)抗抗疲劳性性能好(3)减减震性第三章常常用工工程材料料除了了上上述述几几种种特特性性外外,复复合合材材料料还还具具有有较较高高的的耐耐热热性性和和断断裂裂