第一章：机械设备常用工程材料

第一章：机械设备常用工程材料及钢的热处理第一节：机械设备用材的基本要求和特点第二节：机械设备常用材料第三节：钢的热处理2/3/20231第一节：机械设备用材的基本要求和特点一、选用材料的基本要求1、材质可靠，其机械性能与化学性能可保证使用寿命；2、良好的制造加工性能，焊接性能良好；3、经济上合算；4、材料品种应符合我国资源和供应情况。2/3/20232二、材料的基本性能特点1、材料的机械性能强度：屈服强度s、抗拉强度b、屈强比s/b。对于常温用钢，静载时，考虑常温强度；变载时，考虑持久极限D。对于温度超过400℃的用钢，还应考虑蠕变极限n。2/3/20233塑性：延伸率、断面收缩率。韧性：材料的冲击韧性(ak值）与冷脆性、断裂韧性。硬度：布氏硬度HBS、洛氏硬度HRC。2、材料的化学性能

耐腐蚀性、抗氧化性。2/3/202343、材料的物理性能导热系数、热膨胀系数、比重、熔点、导电性。4、材料的加工工艺性锻造、铸造、切削、焊接、冷冲压性能。5、材料的经济性在满足设备使用性能的前提下，选用材料还应注意其经济效果。2/3/20235第二节：机械设备常用材料碳钢、合金钢、铸铁、有色金属及其合金、非金属。一、碳钢（碳素钢）1、普通碳素钢如：Q235-A、Q235-A·F2/3/202362、优质碳素钢低碳钢：含碳量≤0.25%。常用钢有08、

10、15、20、25号。如：20R、20g中碳钢：含碳量0.25～0.6%。常用钢有30、

35、40、45、50、55号。高碳钢：含碳量≥0.6%。常用钢有60、65、70号。2/3/202373、专门用途的锅炉和容器用钢锅炉用钢：15g、20g

容器用钢：Q235-AR、16MnR2/3/20238二、合金钢1、合金结构钢如：16Mn、40Cr2、不锈钢、不锈耐酸钢如：0Cr18Ni9、0Cr18Ni12Mo2Ti3、耐热钢：工作时能承受650～800℃的高温，能抗高温氧化、抗蠕变。有热强钢和抗氧化钢。4、低温用钢：在-20℃以下的低温工作，抗冷脆。2/3/20239三、铸铁碳含量在2.5%～4.0%的铁碳合金称为铸铁。有：灰口铸铁，以HT表示；球墨铸铁，以QT表示。铸钢，用ZG表示。2/3/202310四、有色金属及其合金1、铜：纯铜又称紫铜，塑性好；铜与锌的合金叫黃铜，强度、耐腐蚀性高于纯铜；铜与银、铝、铅等的合金称为青铜，有极高的耐腐蚀性和耐磨性。2、铝：纯铝，塑性好；硬铝是铝、铜、镁的合金，强度高，耐腐蚀性好。2/3/202311五、非金属材料1、无机非金属材料如：陶瓷、搪瓷、玻璃。2、有机非金属材料如：聚乙烯、聚四氟乙烯、合成橡胶、硬聚氯乙烯、玻璃钢、木材、纸板等。2/3/202312第三节：钢的热处理所谓钢的热外理，就是将钢在固态范围内加热到一定温度后，保温一段时间，再以一定速度冷却的工艺过程。根据冷却速度的不同，热处理方法有：退火、正火、淬火、回火、调质，及化学热处理：表面渗碳、氮化、氰化等。

2/3/202313钢的热处理示意图

℃如45号钢（820～840℃）

淬火退火（炉冷）

（油、水冷）

正火（空冷）

调质

回火

0

h2/3/202314

热处理方法及其目的退火：将零件加热、保温一段时间后，随炉冷却到室温。可以消除零件的内应力，降低硬度，提高塑性，使零件便于加工。正火：其工艺过程与退火相似，不同之处是将零件置于空气中冷却。正火的作用与退火基本相同，由于零件在空气中冷却速度较快，故可提高钢的硬度与强度。2/3/202315淬火：将零件加热、保温一段时间后，把零件放入水（油或水基盐、碱溶液）中急剧冷却的处理过程。可以大幅度提高钢的硬度与强度，但材料的韧性降低，同时产生很大的内应力，零件有严重变形和开裂的危险。因此，淬火后必须进行回火处理。2/3/202316

回火：将淬火后的零件再重新加热到一定温度（低于淬火温度），保温一段时间后，置于空气或油中冷却至室温的处理过程。可以消除零件淬火时产生的内应力，提高材料的综合力学性能。高温回火又称调质。2/3/202317低温回火（150～250℃）：得到很高的硬度和耐磨性，主要用于切削工具、滚动轴承等。中温回火（350～500℃）：得到很高的弹性，主要用于各种弹簧等。

2/3/202318高温回火（500～650℃）：又称调质，获得良好的综合力学性能，用于齿轮、轴、蜗杆等。含碳量在0.35～0.5%之间的中碳钢和中碳合金钢适用于调质处理，称为调质钢。2/3/202319表面淬火：快速将零件表层迅速加热到淬火温度（零件芯部温度尚很低），然后迅速冷却的热处理过程。使零件的表层具有很高的硬度和耐磨性，而芯部仍保持材料原有的塑性与韧性。用于齿轮、轴等零件。2/3/202320

表面渗碳是化学热处理，是使钢表面强化的重要手段。它是把零件置于含有某种化学元素的介质中进行加热、保温，使化学元素的活性原子向零件表层扩散，从而改变钢材表层的化