第二章工程常用材料与热处理

第二章

工程常用材料与热处理主要内容2-1概述2-2金属材料的力学性能2-3常用的工程材料2-4钢的热处理2-5表面精饰2-6精密仪器材料选用原则精密机械设计基础2-1概述机械工程材料金属材料非金属材料黑色金属钢有色金属铸铁合金钢无机非金属材料有机材料塑料橡胶陶瓷合成纤维铝合金铜合金其他有色合金精密机械设计基础应力极限弹性阶段弹性极限p屈服阶段屈服点s强化阶段强度极限b颈缩阶段2-2金属材料的力学性能精密机械设计基础强度：材料抵抗破坏的能力刚度：材料抵抗变形的能力（E、G）塑性：材料破坏时，遗留变形的大小伸长率（>5%为塑性材料，<5%为脆性材料）断面收缩率硬度：材料抵抗硬物压入的能力布氏硬度HBW、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV2-2金属材料的力学性能精密机械设计基础影响力学性能的主要因素：1、含碳量含碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。2、杂质元素：有益Si、Mn，有害S、P3、合金元素加入某些合金元素（如铬、锰、镍、钨等），可提高和改善其综合力学性能，并获得某些特殊的物理和化学性能。4、温度一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧性下降，高温条件下相反。5、热处理工艺2-2金属材料的力学性能精密机械设计基础钢铁材料（黑色金属）1、非合金钢（碳钢）：含碳2％以下的铁碳合金、少量杂质1）按质量分数分类：低碳钢(Wc≤0.25%）中碳钢(0.25%<Wc≤0.6%)高碳钢(Wc>0.6%）2）按质量等级分类：普通质量(Ws≤0.055%、Wp≤0.045%)优质(Ws≤0.040%、Wp≤0.040%)高级优质(Ws≤0.030%、Wp≤0.035%)3）按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢2-3常用工程材料精密机械设计基础钢铁材料（黑色金属）2、合金钢：加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，具有高强度、韧性、硬度，及某些特殊性能（如耐腐蚀性、高温强度等）低合金钢(合金元素总质量分数<5%):用于重要结构件中合金钢(5%<合金元素总质量分数<10%):用于飞机构件、冲头高合金钢(合金元素总质量分数>10%)：用于航空工业等3、铸铁：良好的铸造性能、减摩性能、吸振性能、切削加工性能、低的缺口敏感性，生产工艺简单、成本低廉。灰铸铁：C－自由状态的片状石墨形式球墨铸铁：C－球状石墨形式，较高强度，良好塑性和韧性2-3常用工程材料精密机械设计基础有色金属1、铜及其合金：工业纯铜、黄铜（铜锌二元合金）、青铜（锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、锰青铜等）2、铝及其合金：纯铝、硬铝、铸铝3、钛及其合金：纯钛、钛合金2-3常用工程材料精密机械设计基础非金属1、工程塑料特点：密度小，比强度高，良好的抗蚀型，优良的电绝缘性，耐磨、减摩、自润滑性好，工艺性好分类：热塑性塑料、热固性塑料2、橡胶：高弹性、绝缘性－密封件、缓冲件、绝缘件上述二者易老化，难回收（污染）3、人工合成矿物：刚玉（宝石）、石英2-3常用工程材料精密机械设计基础钢的热处理加热、保温、冷却改变金属整体或表面组织，获所需性能。1、普通热处理：退火、正火、淬火、回火2、表面热处理和化学热处理：感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗3、其他热处理2-4钢的热处理精密机械设计基础钢的热处理1、退火：加热(临界温度上20~30℃)，保温、随炉冷却→预先热处理→降低硬度、细化晶粒、消除内应力，2、正火：加热(临界温度上30~50℃)，保温、空气冷却→同退火，更高的力学性能3、淬火：加热(临界温度上30~50℃)，保温，水、油冷却→提高硬度、耐磨性，强化材料。但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。2-4钢的热处理精密机械设计基础回火：零件淬火后，加热至临界温度之下，保温，以一定速度冷却。→达到设计图纸要求的硬度，消除内应力。回火工艺的种类：1、低温回火（150～250C）2、中温回火（350～500C）3、高温回火（500～650C）调质处理－淬火＋高温回火2-4钢的热处理精密机械设计基础表面热处理仅对钢的表面进行加热和冷却而不改变其成分的热处理工艺→提高零件的表层硬度、抗磨损性能。感应加热：利用交流电的集肤效应，对零件进行加热，并通过控制电流频率得到不同的淬硬层深度。火焰加热：利用火焰加热工件表面，然后立即用水喷射冷却。调节烧嘴位置和移动速度可得到不同厚度的淬硬层。2-4钢的热处理精密机械设计基础化学热处理将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能、满足技术要求的热处理过程。→提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性和疲劳强度等力学性能。按表面渗入元素的不同，分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等种类。2-4钢的热处理精密机械设计基础表面精