全套课件：机械基础

目录

绪论一、模块一机械概述

二、模块二构件的静力分析三、模块三材料力学四、模块五机械零件六、模块六平面连杆机构

七、模块七机械传动八、模块八液压传动九、模块四机械工程材料五、模块一机械概述

课题一机器1.1课题二机器零件材料及强度1.2课题三摩擦、磨损和润滑1.3模块二构件的静力分析

课题一力与力偶2.1课题二物体受力分析和受力简图2.2课题三平衡方程及其应用2.3模块三材料力学

课题一拉伸与压缩3.1课题二剪切和挤压3.2课题三圆轴扭转3.3课题四直梁的弯曲3.4模块四机械工程材料

课题一钢铁材料及热处理4.1课题二有色金属与非金属材料4.2模块五机械零件

课题一轴与轴承5.1课题二键联接、销联接和螺纹联接5.2课题三联轴器、离合器和制动器5.3模块六平面连杆机构

课题一平面连杆机构6.1课题二凸轮机构6.2模块七机械传动模块八液压传动

课题一液压传动基础及元件8.1课题二液压控制回路及典型的液压系统8.2第0章绪论通过本课程和学习,应达到下列要求:1.掌握物体受力的分析方法，学会计算物体的受力掌握杆件变形的基本规律，学会校核构件的强度掌握金属材料的牌号、性能及应用范围，明确热处理方法、目的；掌握常用机械零件的结构、性能及国家标准；掌握常用机构的结构特点、工作原理，应用场合。模块一机械概述

课题一机器1.1课题二机器零件材料及强度1.2课题三摩擦、磨损和润滑1.3模块一机械概述１．机器机器的种类很多，如电动机、机床、机器人、汽车等。它们的结构形式和用途虽然各不相同，但从其组成、运动方式和功能角度看，却具有下列共同特征。（１）机器是人工的物体组合；（２）各总分（实体）之间具有确定的相对运动；（３）能够转换或传递能量和信息，代替或减轻人类的劳动。２．机构机构是人工的物体组合，各部分这间具有一定的相对运动。机器与机构的区别主要是：机器能完成有用的机械功或转换机械能，而机构只是完成传递运动、力或改变运动形式的实体的组合。机器包含着机构，机构是机器的主要组成部分。任务一机器和机构

课题一机器1.13．机械机械就是实现某些工作任务的装备或器具，也是机器和机构的总称。４．构件、零件

构件是指相互之间能作相对运动的机件（实体）零件是构件系统的制造单元，构件可以由一个零件组成，也可以由一组零件组成。

总结：构件是运动单元，零件是制造单元，零件组成构件。构件是组成机构的各个相对运动的实体。机构是机器的重要组成部分。机器和机构统称为机械。模块一机械概述任务二机器组成的四部分

机器的功能需要多种机构配合才能完成。按照各部分实体的不同功能，一台完整的机器，通常有以下四个部分组成。１．原动机部分

原动机部分也称动力装置，其作用是把其他形式的能量转变成机械能，以驱动机器各部分运动、工作。

２．执行部分执行部分也称工作部分（装置）。它是机器中直接完成具体工作任务的部分。３．传动部分（装置）这部分是原动机到工作机构这间的联系机构，用以完成运动和动力的传递和转换。４．操纵或控制部分这部分的作用是实现和反映机器的运行位置和状态，控制机器正常运行和工作。模块一机械概述任务一金属材料的性能1金属材料的物理性能金属的物理性能是金属固有的属性，它包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。2金属材料的化学性能

金属的化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。它包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。（１）耐腐蚀性金属材料在常温下抵抗氧化、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力。（2）抗氧化性金属材料抵抗氧化作用的能力，称为抗氧化性。（3）化学稳定性化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。模块一机械概述课题二机器零件材料及强度1.23金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的抵抗性能。机械零件在使用、制造过程中都要受外力的作用。其外界作用力叫载荷（或称负载或负荷）从性质上载荷分为静载荷、冲击载荷及疲劳载荷等三种。在这些载荷的作用下，金属材料的力学性能主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。（1）强度强度是金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。常用的强度有：抗拉强度（σb）和屈服点（σs）。抗拉强度和屈服点可以通过拉伸试验测定。（2）塑性金属在材料在静载荷作用下，产生永久变形而不破坏的能力称为塑性。常用的塑性指标：延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）。（3）硬度金属材料抵抗局部变形（特别是塑性变形）、压痕或划痕的能力称为硬度。模块一机械概述硬度是衡量金属材料软硬的一个重要指标。常用测量硬度的试验方法有压入硬度试验法。常用的硬度指标有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）。④韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为韧性。常用一次摆锤冲击弯曲试验测定金属材料的韧性。冲断试样时，在试样横截面的单位面积所消耗的功称为冲击韧性。常用αk表示，单位为J/cm2。多次小能量冲击的，其冲击抗力主要取决于材料的强度和韧性。⑤疲劳强度金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。一般情况下，钢铁材料用107次，对非铁金属用108次所能承受的最大应力表示疲劳强度，对称循环强度用σ-1表示。由于疲劳断裂是突然发生的，具有很大的危险性。因此要改善零件的结构形状。模块一机械概述4金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能:是指它是否易于加工成优良的机械零件或零件毛坯的性能。根据金属材料加工工艺的不同，工艺性能可分为以下几种：（1）铸造性金属及合金成型获得优良铸件的能力称为铸造性能。灰铸铁比铸钢的铸造性好。（2）锻压性金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻压性能。一般情况下，低碳钢的锻压性最好，中碳钢次之，高碳钢较差。（3）切削加工性金属材料切削加工的难易程度称为切削加工性能。铸铁比钢切削加工性能好，碳钢比合金钢切削性能好。（4）焊接性金属材料在一定焊接条件下，是否易于获得优良焊接接头的能力称为焊接性能。一般情况下，低碳钢具有良好的焊接性，高碳钢、铸铁的焊接性较差。

模块一机械概述

强度是零件应满足的基本要求。零件强度是指零件受载抵抗断裂、塑性变形和表面失效的能力。为了保证零件具有足够的强度，必须使零件在受载后的工作应力不超过零件许用应力。零件的工作应力的类型不同，可能是静应力（即应力不随时间变化或变化缓慢），也可能是交变应力（即应力随时间变化）；分布不同，其强度表现行为也不同。１．零件的体积强度零件受载时，如果应力在较大的体积内产生，则称这种应力状态下的零件强度为体积强度。２．零件的表面强度零件受载时，如果应力是在较浅的表层内产生，则称这种应力状态下的零件强度为表面强度模块一机械概述任务二机械零件的强度任务一摩擦

1.基本概念(1)静态摩擦两个相对相互静止物体间的摩擦。(2)临界摩擦(起动摩擦)运动开始时的摩擦(3)动态摩擦两个相对、相互运动物体间的摩擦(4)惯性摩擦运动结束时的摩擦，即速度大约为零的摩擦

摩擦和磨损是自然界和社会生活中普遍存在的现象。世界上1/3~1/2的能源消耗在摩擦上，各种机械零件因磨损失效的也占全部失效零件的一半以上。因此，零件的磨损是决定机器使用寿命的主要因素。模块一机械概述课题三摩擦、磨损和润滑1.3（1）干摩擦两物体的滑动表面为无任何润滑剂或保护膜的纯金属。（2）液体摩擦两摩擦表面不直接接触，被油膜隔开。2.分类按摩擦状态，即表面接触情况和油膜厚度，可以将滑动摩擦分为四大类，干摩擦、边界摩擦（润滑）、液体摩擦（润滑）和混合摩擦（润滑）。（3）边界摩擦两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开。（4）混合摩擦处于摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态。模块一机械概述摩擦状态（1）固体摩擦（2）液体摩擦（3）气体摩擦（4）混合摩擦摩擦系数影响摩擦系数的因素很多，有摩擦副配偶材料的性质、表面膜、镀层或涂层、环境温度及表面粗糙度等。模块一机械概述任务二磨损

运动副之间的摩擦将导致机件表面材料的逐渐丧失或转移，即形成磨损。１．磨损过程一个机件磨损过程大致可分为以下三个阶段：

1.跑合（磨合）磨损阶段

2.稳定磨损阶段

3.剧烈磨损阶段模块一机械概述２．磨损的类型按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同把磨损分为：（1）粘着磨损粘着作用引起的磨损，称为粘着磨损。（2）磨料磨损由于摩擦表面上的硬质突出物或从外部进入摩擦表面的硬质颗粒，对摩擦表面起到切削或刮擦作用，从而引起表层材料脱落的现象，称为磨粒磨损。（3）疲劳磨损两摩擦表面为点或线接触时，由于局部的弹性变形形成了小的接触区。这些小的接触区形成的摩擦副如果受变化接触应力的作用，则在其反复作用下，表层将产生裂纹。（4）冲蚀磨损当一束含有硬质微粒的流体冲击到固体表面上时就会造成冲蚀磨损（5）磨蚀磨损摩擦副受到空气中的酸或润滑油、燃油中残存的少量无机酸（如硫酸）及水分的化学作用或电化作用，在相对运动造成材料的损失，叫磨蚀磨损模块一机械概述任务三润滑剂１．润滑剂的分类及其特点在摩擦面间加入润滑剂的主要作用是改善摩擦、减轻磨损，同时减振、防锈等作用，液体润滑剂还能带走摩擦热、污物等。润滑剂有液体润滑剂、气体润滑剂、润滑脂和固体润滑剂。２．润滑剂的性能指标粘度(2)油性(3)凝点(4)闪点(5)滴点(6)锥入度３．润滑剂及润滑油添加剂的选择模块一机械概述(1)润滑剂的选用

润滑剂选用的基本原则是：在低速、重载、高温、间隙大的情况下，应选用粘度较大的润滑油；而在高速、轻载、低温、间隙小的情况下应选粘度较小的润滑油。润滑脂主要用于速度低、载荷大、不需经常加油、使用要求不高或灰尘较多的场合。气体、固体润滑剂主要用于高温、高压、防止污染等一般润滑剂不能适用的场合。(２)润滑油添加剂的选择润滑材料是润滑技术发展的核心内容。润滑油中加入添加剂可以大幅度提高其工作性能。常用的润滑油添加剂有硫系、磷系、氯系和复合添加剂。模块一机械概述模块二构件的静力分析

课题一力与力偶2.1课题二物体受力分析和受力简图2.2课题三平衡方程及其应用2.3模块二构件的静力分析1．力的概念力是物体间的相互作用，其效果是使物体的运动状态发生变化，或使物体变形。力使物体运动状态发生变化的效应称为力的外效应，使物体产生变形的效应称为力的内效应。力是物体间的相互机械作用，力不能脱离物体而存在。力的三要素：对物体作用效果取决于力的大小、方向和作用点三个要素。力是矢量，具有大小和方向。力的单位以“牛顿”(N)或“千牛”（kN）表示。三要素中任何一个要素改变，都会使力的作用效果改变。

任务一力

课题一力与力偶2.1

力的图示法用有向线段能表示力的三要素，如图1.1所示，这种方法叫做力的图示法。矢量的长度按一定的比例表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，线段的起点或终点表示力的作用点。通过作用点，沿着力的方向引出的直线，称为力的作用线。例如：小车受到100N的推力，可用下图的有向线段来表示。

力的3要素示意图模块二构件的静力分析

2．静力学的基本公理公理1：二力平衡公理只受两个力作用的刚体，使刚体保持平衡状态的充要条件是：两力等值、反向、共线，如图所示。刚体处于平衡状态时的受力示意图

公理2：加减平衡力系公理在已知力系上加上或减去任一平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。模块二构件的静力分析推论1：力的可传递原理作用于刚体上某一点的力可沿其作用线移至刚体上的任一点，而不会改变原力系对刚体的作用效应。如图所示,力作用在刚体上A点和作用在刚体上B点效果是一样的。

力的可传递性

公理3：力的平行四边形公理作用于物体上某一点的两个力的合力也作用于该点，合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成平行四边形的对角线来确定。模块二构件的静力分析推论2：三力平衡汇交定理刚体上受同一平面内互不平行的三力作用而且相互平衡时，则此三个力的作用线汇交于一点，并在同一平面内。公理4：作用与反作用公理两个物体间的作用力和反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿着同一直线（简称等值、反向、共线），分别作用在这两个物体上。

作用力与反作用力模块二构件的静力分析

1．力矩的概念和合力矩的定理

人用扳手转动螺母，会感到加在扳手上的力越大，或者力的作用线离中心越远，就越容易转动螺母，如图所示。力使刚体绕某点O转动的效应，不仅与力的大小成正比，而且与O至力作用线的垂直距离成正比。乘积加上适当的正负号，称为力对O点的矩，简称力矩，记作M(F)=±F.d力矩任务二力矩模块二构件的静力分析

注意：力矩在下列两种情况下为零：（1）力等于零；（2）力臂等于零，即力的作用线通过矩心。

合力矩定理定理：平面汇交力系的合力对平面任一点的矩，等于力系中所有各分力对于该点力矩的代数和，即：

模块二构件的静力分析

在日常生活中，常遇到力矩平衡的情况。以杆秤为例，不计杆秤自重，重物对O点的力矩大小为，秤砣对O点力矩大小为。力P与对O点的矩必定大小相等，转向相反，使杆秤处于平衡情况，即

各力对转动中心O点的矩的代数和等于零，即合力矩等于零。用公式表示：

力矩的平衡模块二构件的静力分析

2

．力偶和力偶矩

作用在一物体上大小相等、方向相反、作用线平行而不重合的两个力称为力偶。如图所示，用双手转动方向盘、用两手指旋转水龙头、钳工用板牙攻螺纹等，都是施加力偶的例子。力偶用符号表示。力偶的两力之间的垂直距离d称为力偶臂。力偶中两力所在平面称力偶作用面。

实践可得，力偶对物体作用效果的大小，与力F的大小成正比，又与力偶臂d的大小成正比，由此，可用Fd来度量力偶作用效果的大小。

模块二构件的静力分析

力偶

力偶矩的大小等于力的大小与力偶臂的乘积，正、负号表示力偶的转向，并规定逆时针转向为正，顺时针转向为负。力偶的单位与力矩的单位相同。如果力偶对物体的作用，可以用另一力偶来代替，则这两个力偶称为等效力偶。若两个在同平面内的力偶，力偶矩相等，则这两个力偶彼此等效。

模块二构件的静力分析

3．力偶的基本性质：

模块二构件的静力分析（1）力偶无合力，力偶不能用一个力平衡，只能和力偶相平衡。（2）力偶对其作用面上任意点之矩，恒等于力偶矩，而与矩心的位置无关。（3）力偶的等效性：同一平面内的两个力偶，只要力偶矩相等，则两个力偶彼此等效。

根据力偶的等效性，可以得出两个推论：推论1：力偶可在其作用面内任意移转而不改变它对物体的转动效应。即力偶对物体的转动效应与它在作用面内的位置无关。推论2：在保持力偶矩大小和力偶转向不变的情况下，可任意改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，而不改变它对物体的转动效应。

4．力的平移：如图所示，力作用于刚体上A点，根据加减平衡力系公理，可平行移到刚体上任一点O，可在O点加上一对大小相等，方向相反，与F等值的平行力F'、F"，作用于A点的力F'与力F"构成了一力偶即作用在A点的力F平移到O点后，应同时在O点加上一力偶，这个力偶称为附加力偶。附加力偶矩的大小及转向与原力F对O点的力矩相同。即

力的平移

小结：作用于刚体的力的作用线可等效地平移到任一点O，但须加一附加力偶。此附加力偶矩等于原力对O点的矩。模块二构件的静力分析

位移不受限制的物体称为自由体，位移受限制的物体称为非自由体。约束是指对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体。而约束限制物体运动的力称为该物体的约束力。能够使物体产生运动趋势或运动的力称为主动力，如重力、拉力、推力。而阻碍物体运动或运动趋势的力，称为被动力。约束力是阻碍物体运动的力，属被动力。确定约束力有如下原则：(1)约束力的作用点就是约束与被约束物体的相互接触点或相互连接点；(2)约束力的方向与该约束所阻碍的运动趋势方向相反；(3)约束力的大小可采用平衡条件计算确定。模块二构件的静力分析课题二物体受力分析和受力简图2.2任务一约束和约束反力1.常见约束类型(1)光滑面约束当两物体直接接触，且表面光滑，接触处摩擦力很小，可略去摩擦不计，这种光滑面构成的约束称为光滑面约束。这类约束不能限制物体沿约束表面切线的位移，只能阻碍物体沿接触面法线并向约束内部的位移。因此，光滑接触面的约束力必通过接触点，方向沿着接触面在该点的公法线并指向受力物体。这类约束力称法向力，常用N表示，如图所示。光滑面约束模块二构件的静力分析(2)柔性体约束工程上常见的传动带、柔软的绳索和链条等构成的约束称柔性体约束。绳本身只能承受拉力，不能承受压力。绳索给物体的约束力也只能是拉力。由图所示绳索对物体的约束力大小与重物相等，作用点为绳索和重物的接触点，方向沿着绳索背离物体，通常用T表示这类约束力。柔性体约束模块二构件的静力分析(3)光滑铰链约束由铰链构成的约束称铰链约束。圆柱销钉将两个具有相同大小圆柱孔的构件连接在一起，如图a所示。物体B的运动受到圆柱销钉C的限制，只能转动，不能移动。图b所示的连杆与曲柄用曲柄销连接(A处)，连杆与活塞用活塞销连接(B处)，它们都是铰链连接。铰链约束

常见的铰链支座约束有固定铰链支座(构件中其中一个固定在地面或机架上)和活动铰链支座(支座中有几个圆柱滚子可沿某一方向作滚动)两种.模块二构件的静力分析

在工程实际中，为了求未知的约束力，需根据已知力，应用平衡条件求解。为此需对构件的受力个数、受力方向和作用位置进行分析，这个分析过程称物体的受力分析。为研究物体的受力情况，需把研究的物体(称受力体)从周围的物体(称施力体)中分离出来，单独画出它的简图，这个步骤叫做取研究对象或取分离体。然后画出分离体上所受的力(包括主动力和约束力)，这种表示物体受力的简明图形，称为受力图。小结：画受力图的步骤为

1.确定研究对象，画出分离体；

2.分离体上画出全部主动力；

3.分离体上画出全部约束力。模块二构件的静力分析任务二物体受力分析和受力图

平面力偶系的合成作用在物体同一平面内的多个力偶，称为平面力偶系。平面力偶系可以合成一个合力偶，设为平面力偶系中各力偶的力偶矩，M为合力的合力偶矩，它等于各力偶矩的代数和，即

平面力偶系的平衡条件当合力偶矩等于零时，说明物体顺时针方向转动的力偶矩和物体逆时针方向转动的力偶矩相等，物体保持平衡状态。因此，平面力偶系平衡的条件是所有各力偶矩的代数和等于零，即：

模块二构件的静力分析任务三物体受力偶作用的分析

用几何法求解平面汇交力系平衡问题，作图很难做到精确，若作图后用几何关系计算，则当力系中力较多时，运算比较繁琐。因此在工程实践中，应用较多的是解析法。平面汇交力系合成的解析法是以力在坐标轴上的投影为基础建立起来的。

1．平面受力时的解析表示法力在坐标轴上的投影课题三平衡方程及其应用2.3模块二构件的静力分析力在坐标轴上的分解

如图a所示，刚体上有平面汇交力系F1、F2、F3，各力作用线汇交于A点，现用几何法求力系的合力。为此，可连续应用力的三角形法则，将这些力依次相加，便可求出合力的大小和方向。

在图b中，先将F1与F2合成一合力R12，再将R12与F3合成R，R的作用线通过A点。从图c中可见，中间矢量不必作出，而只需将已知力矢沿环绕多边形边界的同一方向首尾相接。而合力则沿多边形相反方向连接多边形的缺口。力系的合成模块二构件的静力分析2．平面受力时的平衡方程

因平面汇交力系可用其合力来代替，所以，平面汇交力系平衡的充分和必要条件是：该力系的合力等于零。用矢量式表示。即

平面汇交力系平衡的必要与充分几何条件是：该力系的力多边形是自行封闭的。提示：用几何图解法求解平面汇交力系的平衡问题，应在分析清楚物体上所受的力后，按比例画出封闭的力多边形，再用尺和量角器在图上量出所要求的未知量。也可根据图形的几何关系，利用三角形公式计算出所需求的未知量。R=F1+F2+…+Fn=∑F模块二构件的静力分析

在平面力系中各力的作用线互相平行，这种力系称平面平行力系。平面平行力系是平面任意力系的特殊情况，它的平衡方程由平面任意力系平衡方程导出。如选坐标轴与各力垂直，各力在轴上的投影为零。即满足，所以平面平行力系独立的平衡方程数目只有两个，即：

另一种形式为

上式的使用条件是：A、B两点连线不能与力系中的各力平行。模块二构件的静力分析3．平面平行力系的平衡方程模块三材料力学

课题一拉伸与压缩3.1课题二剪切和挤压3.2课题三圆轴扭转3.3课题四直梁的弯曲3.4模块三材料力学1.杆件的基本变形形式工程中折大多数构件，如轴、丝杆、螺栓等都是轴向尺寸远大于横向尺寸的构件，材料力学中把这类构件称为杆，轴线是曲线的杆，称为曲标。轴线是直线的杆，则称为直杆，材料力学研究的主要对象是直杆。任务一 构件的承载能力

课题一拉伸与压缩3.1模块三材料力学2.承载能力指标为了保证机械或结构在载荷作用下能正常工作，必须要求每个构件都具有足够的承受载荷的能力，简称承载能力，其承载能力可主要从以下三个方面衡量。（1）足够的强度：把构件抵抗破坏的能力称为强度。（2）足够的刚度：把构件抵抗变形的能力称为刚度。（3）足够的稳定性：杆件受压时能够保持其原有直线平衡状态的能力称为压杆稳定性。综上所述，为了保证构件能安全、正常地工作，构件必须具有足够的承载能力，即具有足够的强度、刚度和稳定性。模块三材料力学1.内力和截面法（1）内力的概念：内力：杆件在外力作用下产生变形，其内部的一部分对另一部分的作用称为内力。轴力：拉压杆上的内力又称轴力。（2）截面法求内力：截面法：将受外力作用的杆件假想地切开来用以显示内力，并以平衡条件来确定其合力的方法，称为截面法。具体方法如右图所示：①

截开

沿欲求内力的截面，假想把杆件分成两部分。②

代替

取其中一部分为研究对象，画出其受力图。③

代替在截面上用内力代替移去部分对留下部分的作用。④平衡列出平衡方程，确定未知的内力的大小和方向。FX=0，得N-F=0故N=F任务二 拉伸和压缩2.拉伸和压缩的概念拉伸

压缩拉伸和压缩受力特点是：作用在杆端的两外力（或外力的合力）大小相等，方向相反，作用线与杆的轴线重合。变形特点：杆件沿轴线方向伸长或缩短。

模块三材料力学模块三材料力学

3.拉伸（压缩）时材料的力学性质图1.

低碳钢拉伸变形σ—ε曲线图2.

灰铸铁拉伸变形σ—ε曲线(1)碳钢拉伸时的力学性质低碳钢拉伸变形过程如图1所示低碳钢拉伸变形过程如图1.所示可分为四个阶段：①

弹性阶段②

屈服阶段③

强化阶段④

颈缩阶段(2)铸铁拉伸时的力学性质如图2所示

模块三材料力学

(3)材料压缩时的力学性质

低碳钢压缩时的σ—ε曲线铸铁压缩时的σ—ε曲线

从图中可以看出，低碳钢压缩时的弹性模量与拉伸时相同，但由于塑性材料，所以试件愈压愈扁，可以产生很大的塑性变形而不破坏，因而没有抗压强度极限。从图中可以看出，铸铁在压缩时其线性阶段不明显，强度极限σb比拉伸时高2~4倍，破坏突然发生，断口与轴线大致成45°~55°的倾角。由于脆性材料抗压强度高，宜用于制作承压构件。模块三材料力学

4.许用应力和安全系数

许用应力：在强度计算中，把材料的极限应力除以一个大于1的系数n（称为安全系数），作为构件工作时所允许的最大应力，称为材料的许用应力。用表示。

s=s/nb=b/n式中，n为安全系数。它反映了构件必要的强度储备。在工程实际中，静载时塑性材料一般取n=1.2~2.5；对脆性材料一般取n=2~3.5。安全系数也反映了经济与安全之间的矛盾关系。取值过大，许用应力过低，造成材料浪费。反之，取值过小，安全得不到保证。塑性材料一般取屈服点σs作为极限应力；脆性材料取强度极限σb作为极限应力。模块三材料力学5.拉伸和压缩时的强度校核

N/A利用强度条件可解决工程中的三类强度计算问题：

1.强度校核N/A

2.选择截面尺寸AN/3.确定许可载荷N/A【例2.3】如右图所示为铸造车间吊运铁水包的双套吊钩。吊钩杆部横截面为矩形。b=25mm，h=50mm。杆部材料的许用应力=50MPa。铁水包自重8kN，最多能容30kN重的铁水。试校核吊杆的强度。模块三材料力学1.剪切(1)剪切的概念:①剪切变形的受力特点是：作用于构件两侧面上外力的合力大小相等，方向相反，且作用线相距很近。②剪切变形的特征是：构件的两个力作用线之间的部分相对错动。

③剪切面：在承受剪切的构件中，发生相对错动的截面，称为剪切面。课题二剪切和挤压3.2任务一 剪切与挤压基本概念(2)剪力和剪切应力:剪力：在剪切面m-n上,必存在一个大小相等而方向与F相反的内力Q,称为剪力。

=FQ/A式中：——剪切应力，单位MPa；FQ——剪切面上的剪力，单位N；

A——剪切面积，单位mm2。模块三材料力学(3)剪切强度:为了保证受剪构件在工作时安全可靠,必须使构件的工作剪应力不超过许用剪应力,即

=FQ/A≤[}式中[}表示材料的许用剪应力，其大小可以从相关设计手册中查得。模块三材料力学2.挤压（1）挤压的概念：①挤压:机械中受剪切作用的联接件，在传力的接触面上，由于局部承受较大的压力，而出现塑性变形，这种现象称为挤压。如图下a所示②挤压面:构件上产生挤压变形的表面称为挤压面。如图下b所示（ａ）（ｂ）（2）挤压应力:挤压作用引起的应力称为挤压应力，用符号σｊｙ表示。挤压应力在挤压面上的分布也很复杂，工程中近似认为挤压应力在挤压面上均匀分布。则

σｊｙ＝Ｐ／Ａｊｙ

模块三材料力学(3)挤压强度:为了保证构件不产生局部塑性变形,必须满足最大挤压应力不得超过许用挤压应力,即

σBｍａｘ＝FB／ＡB≤[σB]式中：σBｍａｘ——最大挤压应力；[σB]——挤压许用应力；

FB——接触面间挤压力。FB——挤压计算表面积。工程中，常用作联接的螺栓、键、销、铆钉等标准件，常利用抗剪强度、挤压强度计算公式进行强度校核、设计截面尺寸以及确定许用载荷。【例3-3】如下图所示，已知钢板厚度t=10mm，其剪切极限应力为[τ]=300MPa，若用冲床在钢板上冲出直径d=25mm的孔，问需多大的冲剪力P？

任务二 剪切与挤压在生产实践中的应用模块三材料力学【例3-4】如下图表示齿轮用平键与轴联接，已知轴的直径d=70mm，键的尺寸为ｂ×ｈ×Ｌ２０mm×１２mm×１０mm，传递的转距m=2kＮ·m，键的许用应力[τ]=60MPa，[σｊｙ]=100MPa，试校核键的强度。模块三材料力学【例3-5】如下图所示的起重机吊钩，上端用销钉联接。已知最大起重量F=120kN，联接处钢板厚度t=15mm，销钉的许用剪应力[τ]=60MPa，许用挤压应力[σjy]=180MPa，试计算销钉的直径d。模块三材料力学1.扭转的概念一对大小相等，转向相反，且作用平面垂直于杆件轴线的力偶作用下,杆件上的各个横截面发生相对转动，这种变形称为扭转变形。工程上常把以扭转变形为主要变形特征的杆件称为轴。

2.外力偶矩的计算:凡输入功率的主动外力偶矩，m的方向与轴的转向一致；凡输入功率的阻力偶矩，m的方向与轴向相反。若已知电动机传递的功率P和转速n，则电动机给轴的外力偶矩为M=9550P/n（N·m）式中式中：M——轴的外力偶矩，N·m

；P——轴传递的功率，kW；

n——轴的转速，r/min

课题三圆轴扭转3.3任务一 圆轴扭转的应力模块三材料力学3.扭矩的计算：（1）截面法求内力:圆轴在外力偶矩作用下发生扭转变形，其横截面上将产生内力。轴上已知的外力偶矩为m，因为力偶只能用力偶来平衡，显然截面上的分布内力必构成力偶，内力偶矩以符号MT表示，即为扭矩。（2）扭矩符号规定：按右手螺旋法则，将扭矩表示为矢量，四指弯向表示扭矩的转向，则大拇指指向为扭矩矢量的方向，如下图所示，若矢量的指向离开截面时，扭矩为正；反之为负。模块三材料力学（3）画轴力图:当轴上承受多个外力偶矩作用时，各横截面上的扭矩是不同的。为了确定最大扭矩的所在位置，以便分析危险截面，常需画出扭矩随截面位置变化的图形，这种图形称为扭矩图。扭矩图横坐标表示横截面的位置，纵坐标表示各横截面上扭矩的大小。【例2.7】如图2.21所示，求传动轴截面1-1、2-2的扭矩，并画出扭矩图。

MA=1.8kN·mMB=3kN·mMC=1.2kN·m4.圆轴扭转时的应力

:(1)圆轴扭转时剪应力分布规律圆轴横截面上任一点的剪应力与该点所在圆周的半径成正比，方向与过该点的半径垂直，剪应力最大处发生在半径最大处。模块三材料力学应力分布规律如下图所示。

（a）心轴（b）空心轴（2）剪应力计算公式根据静力学关系导出切应力计算公式为：τ=MTρ/IPMPa

当ρ=R时,切应力最大,即τmax=MTR/IP

令IP/R=Wn,,则上式可改写为:τmax=MT/Wn（3）圆轴抗扭截面模量计算公式

机器中轴的横截面通常采用实心圆和空心圆两种形状。它们的极惯性矩Ip和抗扭截面系数Wn

计算公式如下：模块三材料力学①实心圆轴（设直径为D）极惯性矩:IP=ΠD4/32≈0.2D4

抗扭截面系数:Wn=ΠD3/16≈0.2D3②空心圆轴（设轴的外径为D，内径为d）极惯性矩:IP=ΠD4/32-Πd4/32≈0.1D4(1-α4)

抗扭截面系数:Wn=ΠD3(1-α3)/16≈0.2D3(1-α3)式中,α=d/D

模块三材料力学

对于塑性材料[τ]=（0.6~0.8）[σ]；对于脆性材料[τ]=（0.8~1.0）[σ]

扭转强度条件也可用来解决强度校核，选择截面尺寸及确定许可载荷等三类强度计算问题。

2.运用强度条件解决实际问题的步骤为（1）计算轴上的外力偶矩；（2）计算内力（扭矩），并画出扭矩图；（3）分析危险截面（即按各段的扭矩与抗扭截面系数，找出最大应力所在截面）；（4）计算危险截面的强度，必要时还可进行刚度计算。

任务二 圆轴扭转的强变1.圆轴扭转的强度条件：（1）圆轴扭转的强度条件为：

τmax=MTmax/Wt≤[τ]模块三材料力学【例2.8】如图所示的传动轴AB，由45号无缝钢管制成，外径D=90mm，壁厚t=2.5mm，传递的最大扭矩为m=1.5kN·m，材料的[τ]=60MPa。①试校核AB的强度。②如果轴AB设计成实心轴，直径应为多少？③比较空心轴和实心轴的重量。结论：在条件相同的情况下，采用空心轴可节省大量材料，减轻重量提高承载能力。因此在汽车、船舶和飞机中的轴类零件大多采用空心。模块三材料力学2.提高轴抗扭能力的方法(1)选用合理截面，提高轴的抗扭截面模量(2)合理安排受力情况，降低最大扭矩MTmax除了抗扭强度的影响外，对许多轴来说，还要考虑刚度对抗扭能力的影响，即在轴满足强度条件下，还要使轴避免产生过大扭转变形。我们把抗扭转变形的能力称为抗扭刚度。提高抗扭刚度的方法有：（1）合理安排受力，降低最大扭矩。（2）合理选择截面，提高抗扭刚度。（3）在强度条件许可的条件下，选择刚度大的材料。模块三材料力学1.弯曲变形的概念：（1）梁:以弯曲变形为主要变形的杆件称为梁。（2）弯曲变形的特点:杆件所受的力是垂直于梁轴线的横向力，在其作用下梁的轴线由直线变成曲线。

（3）平面弯曲:若梁上的外力都作用在纵向对称面上，而且各力都与梁的轴线垂直，则梁的轴线在纵向对称面内弯曲成一条平面曲线，这种弯曲称为平面弯曲。如下图所示

课题四直梁的弯曲3.4任务一 直梁弯曲应力模块三材料力学（4）梁的类型根据约束特点对支座简化，分为下列三种基本形式：

①简支梁如下图a所示桥式起重机的横梁AB，可以简化成一端为固定铰链支座，另一端为活动铰链支座的梁，这种梁图称为简支梁。图a图b

②悬臂梁

如上图b所示的车刀，可简化成一端为固定端，一端为自由端的约束情况。用固定端可阻止梁移动和转动，故有一约束力和一约束力偶，这种梁称为悬臂梁。模块三材料力学③外伸梁如下图所示的车床主轴，它的支座可简化成与简支梁一样的形式，但梁的一端(或两端)向支座外伸出，并在外伸端有载荷作用。这种梁称为外伸梁。模块三材料力学2.直梁弯曲时的内力（1）剪力和弯矩:梁的内力包括剪力FQ和弯矩M，下面以简支梁，如右下图所示为例加以说明，梁在C点受集中力F。

求梁上所受约束力

FRA=F×b/L;FRB=F×a/L用截面法求得内力①在截面m-m处假想地把梁切为两段取左端为研究对象，由于左端作用着外力FRA则在截面上必有与FRA大小相等,

方向相反的力FQ,由于该内力切于截面,因此称为剪力。又由于FRA

与FQ形成一个力偶,因此在截面处必存在一个内力偶M与之平衡,该内力偶称为弯矩。

②建立平衡方程：ΣF=0,得FRA-FQ=0,FQ=FRA;ΣM=0,得M=FRA·x;

由此可以看出：弯曲时，梁的横截面上产生两种内力：一个是剪力，一个是弯矩。模块三材料力学弯矩符号的规定：如下图所示，梁弯曲成凹面向上时，横截面上的弯矩为正；弯曲成凸面向下时，弯矩为负。

（2）剪力图和弯矩图一般情况下，在梁的不同截面向上，弯矩是不相同的，并随着横截面位置的不同而改变，若以横坐标X表示横截面在梁轴线上的位置，纵坐标Y表示横截面上对应弯矩M，则弯矩可表示为M=M（X），此式称为弯矩方程；同理，剪力可表示为FQ=FQ（X），此式称为剪力方程；把M沿着X轴的变化情况用图线在坐标内表示出来，所得的图称为弯矩图；FQ沿着X轴的变化情况用图线在坐标内表示出来所得的图称为剪力图；【例2.9】齿轮轴作用于轮上的径向力F通过轮毂传给轴，可简化为如右下图所示的简支梁AB，在C上受集中力F作用，试作出梁AB的弯矩图。

1.梁的强度（1）纯弯曲:只有弯曲作用而没有剪力作用的梁，称为纯弯曲梁。（2）正应力:为横截面上各点正应力的大小，与该点到中性轴的距离成正比。如右图所示，在中性轴处正应力为零，离中性轴最远的截面上，下边正应力最大。正应力沿截面高度按直线规律分布。

模块三材料力学

任务二 梁的强度

常见截面的I、W计算公式弯曲正应力最大正应力的计算公式:σmax=Mmax·ymax/Iz

常见截面的I、W

计算公式见右表。

模块三材料力学模块三材料力学（2）弯曲正应力强度条件:要使梁具有足够的强度，必须要满足以下条件公式:

σmax=Mmax/Wz≤[σ]根据梁的强度条件公式可以解决弯曲强度极核，选择截面尺寸和确定许可载荷这三大类强度计算问题。【例2.10】如下图所示，已知压板长3a=180mm,压板材料的弯曲许用应力=140MPa，设对2件的压紧力Q=4kN，试校核压板的强度。模块三材料力学2.提高抗弯能力的主要措施

根据梁的强度条件公式

:σmax=Mmax/Wz≤[σ]

可知，要提高梁的抗弯能力主要有下列措施：

1.选择合理的截面形状，提高抗弯截面系数Wz

样大小的截面积，做成槽形和I字形比和矩形抗弯能力强。

2.合理布置载荷，降低最大弯矩Mmax

在条件许可的情况下，将集中载荷变为均布载荷，或集中载荷靠近支座及适当调整梁的支座位置都可以达到降低最大弯矩的目的。

3.采用变截面梁，以节省材料

按各截面的弯矩来设计梁的截面尺寸，而梁的截面尺寸沿梁长度是变化的。这种梁为变截面梁。如汽上的钢板弹簧、阶梯轴都是变截面梁的实例。模块四机械工程材料

课题一钢铁材料及热处理4.1课题二有色金属与非金属材料4.2模块四机械工程材料1.非金属材料(碳素钢)碳素钢：含碳质量分数小于2.11%而不含有特意加入合金元素的钢，称为碳素钢。(1).碳素钢的分类①按钢的含碳质量分数分类低碳钢含碳质量分数Wc≤0.25%

中碳钢含碳质量分数Wc=0.25~0.60%

高碳钢含碳质量分数Wc≥0.6%②按钢的质量分类根据钢中含有害元素磷、硫质量分数划分。普通碳素钢Ws≤0.035%，Wp≤0.035%

优质钢Ws≤0.030%，Wp≤0.030%

高级优质钢Ws≤0.020%，Wp≤0.025%

课题一钢铁材料及热处理4.1任务一钢铁材料模块四机械工程材料③按用途分类碳素结构钢：用于制造各种机械零件和工程结构件。这类钢一般属于低碳、中碳钢。碳素工具钢：用于制造各种刀具、量具和模具。这类钢一般属于高碳钢。④按脱氧方法分类沸腾钢：不完全脱氧。镇静钢：完全脱氧。半镇静钢：介于沸腾钢和镇静钢之间。在实际使用中，钢厂在给钢的产品命名时，往往将成分、质量和用途三种分类方法结合起来，如将钢称为优质碳素结构钢、高级优质碳素工具钢等。

模块四机械工程材料（2）碳素结构钢根据质量可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。

①普通碳素结构钢牌号：普通碳素结构钢的牌号由“Q”（表示屈服点的汉语拼音字首）、一组数据（表示屈服强度，单位MPa）、质量等级符号（质量分A、B、C、D四个等级）和脱氧方法符号（F—沸腾钢、b—半镇静钢、Z—镇静钢、TZ—特殊镇静钢，通常Z、TZ可省略）四个部分按顺序组成。例如Q235—A·F表示脱氧方法为沸腾钢、质量等级为A级、屈服强度为235MPa的普通碳素结构钢。用途：碳素结构钢Q195、Q215、Q235塑性好、焊接性好、强度较低，主要用于工程结构和制造受力不大的机器零件；Q255、Q275的强度较高，可用于制作受力中等的普通零件。模块四机械工程材料②优质碳素结构钢牌号：优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字代表钢的平均含碳质量分数的万之一。例如45表示平均含碳质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。按照钢中锰的含量不同，可分为普通含锰量钢（WMn≤0.80%）和较高含锰量钢（WMn=0.7%～1.2%）两种，如果是后一种钢，则在两位数字后面加上Mn，如45Mn表示平均含碳量分数为0.45%的较高锰优质碳素结构钢。用途：优质碳素结构钢既保证力学性能又保证化学成分，而且钢中的有害杂质硫、磷质量分数较低，质量较高，故广泛用于制造较重要的零件。

模块四机械工程材料(3)碳素工具钢由于碳素结构钢要求高硬度和高耐磨性，故工具钢含碳质量分数都在0.7%以上，都是优质钢和高级优质钢。牌号：以汉语拼音字母“T”后面加阿拉伯数字表示，其数字表示钢中平均含碳质量分数的千分之几。例如T8表示含碳质量分数为0.80%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后面标以字母A，如T12A表示平均含碳质量分数为1.20%的高级优质碳素工具钢。用途：主要用于制造刃具、模具、量具以及其他工具(4)铸钢铸钢良好的塑性，韧性和焊接性，焊补不需要预热。用于受力不大，要求韧性好的各种机械零件，如机座、变速器等。模块四机械工程材料2合金钢合金钢：为了改善钢的性能，特意加入其他合金元素的钢。常用的合金元素有硅、锰、铬、镍、钨、钒、钴、铅、钛和稀土金属等。

1.合金钢的分类（1）按用途分

合金结构钢：主要用于制造重要的机器零件和工程结构件。合金工具钢：只要用于制造重要的刃具、量具和模具。特殊性能钢：具有某种特殊物理、化学性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。（2）按所含合金元素总含量分低合金钢合金元素总含量＜5%

中合金钢合金元素总含量5～10%

高合金钢合金元素总含量＞10%

模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.2合金钢2.合金结构钢合金结构钢按用途可分为：低合金结构钢和机械制造用钢两大类。

（1）合金结构钢牌号表示方法：合金结构钢的牌号采用两位数字（表示平均含碳质量分数万分之几）+元素符号（表示钢中含有主要合金元素）+数字（表示合金元素含量，凡合金元素含量＜1.5%时不标出；如果平均含量为1.5～2.5%时，则标为2；如果平均含量为2.5～3.5%时标为3；以此类推）。（2）低合金结构钢低合金结构钢虽然是一种低碳、低合金的钢，但具有高的屈服强度和良好的塑性和韧性，具有良好的焊接性和一定的耐蚀性，因此广泛用于桥梁、船舶、车辆等领域。

模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.2合金钢（3）机械制造用钢

①合金渗碳钢：指用于制造渗碳零件的钢。合金渗碳钢的含碳质量分数WC=0.10～0.25%，加入合金元素主要有铬（WCr＜2%）、镍（WNi＜4%）、锰（WMn＜2%）等，经过渗碳后，再进行淬火+低温回火，从而达到表面高硬度、高耐磨性和心部高强度并有足够韧性。20CrMnTi是应用最广泛的合金渗碳钢。②合金调质钢合金调质钢：一般指经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的合金结构钢，合金调质钢的基本性能是具有良好的综合力学性能。合金调质钢的含碳质量分数一般在0.25~0.50%之间，主加合金元素有铬、镍、锰、硅等，以增加淬透性，同时还能起固溶强化作用。用途：用于制造重载作用下同时承受冲击载荷作用的一些重要零件。一般的热处理方法是淬火后高温回火，如果除要求材料具有良好的综合力学性能外还要求表面层有良好的耐磨性，对调质处理零件还要进行表面淬火及低温回火处理。

模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.2合金钢（3）机械制造用钢③合金弹簧钢定义：合金弹簧钢是用于制造各种弹簧的专用合金结构钢。基本性能：是具有高的弹簧极限、高疲劳强度，足够的塑性和韧性，良好的表面质量。合金弹簧钢的含碳质量分数一般在0.5%~0.7%之间。用途：合金弹簧钢主要适用于各种机构和仪表、弹性元件。

热处理方法：淬火后进行中温回火处理。④滚动轴承钢定义：滚动轴承钢是制造各种滚动轴承的滚动体和内外套圈的专用钢。基本性能：是具有高的接触疲劳强度、高硬度和高耐磨性，高的弹性极限和一定的冲击韧性，并有一定的抗蚀性。

模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.2合金钢（3）机械制造用钢④滚动轴承钢用途：常用于制造刃具、冷冲模具、量具以及性能要求与滚动轴承相似的零件。热处理方法：球化退火、淬火和低温回火。牌号：为表示钢的用途在钢号前冠以汉语拼音，而不标出含碳质量分数，铬的含量用千分之几表示，其余元素含量仍与其他合金结构钢表示方法相同。如GCr15表示为含铬质量分数为1.5%的滚动轴承钢。GCr15SiMn表示含铬质量分数为1.5%，含硅、锰质量分数均小于1.5%的滚动轴承钢。

模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.2合金钢

3.合金工具钢定义：合金工具钢是在碳素工具钢的基础上，为改善性能，再加入适量的合金元素的钢。

基本性能：比碳素工具钢具有更高硬度、耐磨性、更好的淬透性、红硬性和回火稳定性等。

用途：可以制造截面大、形状复杂、性能要求高的工具。分类：合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。（1）合金工具钢的牌号一位数字（表示平均含碳质量分数的千分数）+元素符号（表示钢中含有主要合金元素）+数字（表示合金元素含量，表示方法与合金结构钢相同）。如9SiCr表示其中平均含碳质量分数为0.9%，Si、Cr的质量分数都小于1.5%的合金工具钢模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.2合金钢3.合金工具钢

(2)刃具钢

①低合金刃具钢定义：低合金刃具钢是在碳素钢的基础上加入少量合金元素（一般为3%～5%）形成的钢。基本性能：硬度、耐磨性、强度和淬透性都比碳素工具钢好。用途：主要适宜于制造形状复杂、尺寸较大、切削用量较大的刀具，如车刀、刨刀、钻头、铰刀等。常用热处理的方法：球化退火、淬火加低温回火。

②高速钢

定义：高速钢是一种红硬性、耐磨性较高的高合金工具钢。基本性能：红硬性高达6000C，有高的强度、硬度、耐磨性和淬透性。模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.2合金钢3.合金工具钢(2)刃具钢②高速钢用途：主要适宜于制造切削速度较高的刃具（如车刀、钻头等）和形状复杂、负载较重的成形刀具（如铣刀、拉刀等）。此外高速钢还可用于制造冷冲模、冷挤压模以及某些耐磨零件。常用的高速钢有钨系高速钢，如W18Cr4V；钼系高速钢，如W6Mo5Cr4V2等。(3)模具钢定义：主要用来制造各种模具的钢称为模具钢。①冷变形模具钢用于制造冷态金属成形的钢称为冷变形模具钢。如冷冲模、冷压模等。冷变形模具钢的性能特点是高的硬度和高耐磨性，具有足够的强度、韧性和疲劳强度。常用的冷变形模具钢有9SiCr、Cr12和Cr12MoV等。模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.2合金钢3.合金工具钢②热变形模具钢用于制造使金属在高温下成形的模具。如热锻模、压铸模等。性能特点是在高温下能保持足够的强度、韧性和耐磨性，以及较高的抗热疲劳性和导热性。其最终热处理一般为淬火后中温或高温回火。目前常采用5CrMnMo和5CrNiMo制作热锻模，采用了3Cr2W8制作热挤压模等。（4）合金量具钢定义：合金量具钢是用于制造测量工具（如游标卡尺、千分尺、塞规、量规等）的钢。主要性能：高硬度、高耐磨性、高的尺寸稳定性和足够的韧性。一般采用微变形钢制造精度要求较高的量具，如CrWMn、CrMn、GCr15等。一般的量具可以用碳素工具钢、合金工具钢和滚珠轴承钢来制造。模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.2合金钢

4.特殊性能钢定义：特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。（1）不锈耐酸钢不锈耐酸钢是指在腐蚀介质中具有高的抗腐蚀能力的钢，又称为不锈钢。常用的不锈钢主要有铬不锈钢和铬镍不锈钢。①铬不锈钢用途：铬不锈钢主要用于制造在海水、蒸气、酸性环境下工作的零件。常见牌号：1Cr13、2Cr13、3Cr13和4Cr13，常称为Cr13型不锈钢。常用的热处理方法：淬火+低温回火。用途：1Cr13、2Cr13适于制造汽轮机叶片、水压机阀等。3Cr13、4Cr13适于制造弹簧、医疗器械及在弱腐蚀条件下工作而要求高强度的耐蚀零件。模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.2合金钢4.特殊性能钢

②铬镍不锈钢定义：铬镍不锈钢主要用于制造在强腐蚀介质（硝酸、磷酸、有机酸及碱水溶液等）中工作的设备。常见的牌：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9。用途：适于制造吸收塔、贮槽、管道及容器等。（2）耐热钢钢的耐热性是高温抗氧化性和高温强度的总称。耐热钢通常分为抗氧化钢和热强钢。抗氧化钢主要用于如加热炉底板、渗碳箱等的零件，常用牌号有4Cr9Si2、1Cr13SiAl。热强钢主要适用于高温强度的汽油机、柴油机的排气阀、汽轮机叶片、转子等。常见牌号有15CrMo、4Cr14Ni4WMo。模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.2合金钢4.特殊性能钢

（3）耐磨钢定义：耐磨钢是指在强烈冲击载荷下发生冲击硬化，从而获得很高的耐磨性的高锰钢。牌号：这种钢基本上都是铸造成型的。因而钢号写成ZGMn13即铸造高锰钢。用途：主要用于制造铁路道岔、坦克覆带、挖土机铲齿等。

3.1.3铸铁定义：铸铁是含碳质量分数大于2.11%的铁碳合金。分类：根据碳在铸铁中的存在形式和形态不同，铸铁可分为：白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁和球墨铸铁。

1.灰铸铁定义：灰铸铁中的碳主要以片状石墨的形式存在，断口呈暗灰色，故称灰铸铁。模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.3铸铁1.灰铸铁牌号：以“HT加数字组成”表示，其中“HT”是“灰”与“铁”的汉语拼音字首表示灰口铸铁，数字表示其最低的抗拉强度。如HT100表示最低抗拉强度为100MPa的灰铸铁。热处理可以改变灰铸铁的基体组织，但不能改变其石墨形态和分布，因而对提高灰铸铁的力学性能作用不大。2.可锻铸铁铸铁中石墨呈紧密的团絮状，它是用白口铸铁经长期退火后获得的。由于石墨呈团絮状，大大减轻了对基体的割裂作用。因此这种铸铁强度较高，韧性好。并由此得名“可锻”，但实际上并不可锻。分类：可锻铸铁有黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。牌号：由“KTH”、“KTZ”及后面的两组数字组成。其中“KT”是“可铁”二字的汉语拼音字首，“H”表示黑心，“Z”表示以珠光体为基体。其后两组数字分别表示最低抗拉强度σb和最低延伸率δ。

模块四机械工程材料3.1常用金属材料3.1.3铸铁3.球墨铸铁球墨铸铁在浇注之前，往铁水中加入一定量的球化剂（稀土镁合金等）和孕育剂（硅铁或硅钙合金），使铸铁中的石墨呈球状析出的铸铁。性能：球墨铸铁的力学性能比灰铸铁和可锻铸铁都高，其抗拉强度、塑性、韧性与相应基体组织的铸钢相近，而成本接近于灰铸铁，并保留了灰铸铁的优良性能。用途：球墨铸铁一出现就得到了广泛的使用。如柴油机曲轴、减速箱齿轮以及轧钢机轧辊等。牌号：由“QT”及后面的两组数字组成。“QT”表示“球铁”两字的汉语拼音字首，后面的两组数字分别表示最低抗拉强度σb和最低延伸率δ。热处理：球墨铸铁可以采用不同的热处理工艺，改变其基体组织，从而改变球墨铸铁的力学性能。经退火处理，提高球墨铸铁的塑性和韧性，改善切削加工性能，消除内应力；经正火处理，提高球墨铸铁的强度和耐磨性；经调质处理，获得较好的综合力学性能；经高温淬火，球墨铸铁获得高强度、高硬度，又有高韧性的较高综合性能。模块四机械工程材料任务二钢的热处理钢的热处理定义：热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。热处理工艺的分类：根据加热和冷却方法不同，工业生产中常用的热处理工艺大致可分为：普通热处理（退火、正火、淬火、回火）、表面热处理（表面淬火、化学热处理）。1.钢的退火定义：退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。目的：（1）降低硬度，提高塑性，改善切削加工和压力加工性能；（2）细化晶粒，改善内部组织和性能；（3）为以后的热处理作准备。分类：成分和退火目的的不同，退火可分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火等。模块四机械工程材料2.钢的正火定义：正火是将工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。目的：正火目的与退火目的基本相同。正火的应用与退火一样，一般作为预备热处理。对合金调质钢，正火获得均匀而细密的组织，为调质处理做好了组织准备；对共析钢，正火可消除网状渗碳体，为球化退火做好组织准备；对低碳钢或低碳合金钢，正火可细化晶粒，提高硬度，改善切削加工性；对性能要求不高的零件，以及一些大型或形状复杂的零件，淬火容易开裂，也用正火作为最终热处理。

3.钢的淬火定义：淬火是将工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。目的：得到马氏体或贝氏体组织，提高钢的强度、硬度和耐磨性。淬火常见的冷却介质有：水、盐水和矿物油。常用的淬火方法有：单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬火。淬火与回火配合，能大大提高钢的力学性能，所以淬火是强化钢材的重要热处理工艺。模块四机械工程材料淬硬性：是指钢经淬火后能达到的最高硬度。主要取决于钢中的碳含量，碳含量越高，获得的硬度越高。淬透性：是指钢经淬火获得淬硬层深度的能力，淬透性越好，淬硬层越厚。淬透性主要取决于钢的化学成分和淬火冷却方式。注意：一般合金钢淬透性高于碳素钢，而含碳质量分数相同的碳素钢与合金钢淬硬性基本相同。4钢的回火定义：回火是将淬火钢重新加热到低于7270C的某一温度，保温一定时间，然后空冷到室温的热处理工艺。回火的目的是：（1）消除残余应力，防止变形和开裂。（2）调整工件硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求。（3）稳定组织与尺寸，保证精度。（4）改善和提高加工性能。模块四机械工程材料钢的回火分类：按回火温度范围，回火可分为：低温回火、中温回火和高温回火。

常用回火方法特点及应用见下表：

种类

低温回火

中温回火

高温回火

方法工件在2500