第1章 机械常用材料

了解：1、金属材料分类2、有色金属及其合金理解：非合金钢的分类、合金钢、铸钢、铸铁掌握：1、强度与塑性2、硬度3、韧性4、疲劳第1章机械常用材料第1节金属材料的分类与组织一、金属材料分类金属——是指具有良好的导电性和导热性，具有一定的强度和塑性，并具有光泽的物质。工业纯铁（Wc<0.0218%）钢（0.0218%<Wc<2.11%）生铁（2.11%＜Wc＜6.69%）

1）板材2）管材3）型材圆钢、扁钢、方钢、角钢、工字钢、槽钢钢轨、螺纹钢5）其他材料4）线材（2）生铁生铁是由铁矿石经高温冶炼而得，是炼钢和铸造的原材料。2．非铁金属除黑色金属以外的其他金属，都称为非铁金属，如铜、铝、镁、锌等。二、钢铁基本组织铁碳合金在固态下的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。1．铁素体（F）用符号F(或α)表示强度(Rm=180～280MPa)硬度（50～80HBW）塑性(A=30％～50％)韧性（ak=160～200J／cm2）2．奥氏体（A）奥氏体溶碳能力较大1148℃时碳含量（Wc=2.11％)最大随着温度下降，碳含量逐渐减少，在727℃时的碳含量为Wc=0.77％强度Rm=400MPa硬度160~220HBW塑性A=40％～50％3．渗碳体（Fe3C）渗碳体的碳含量是6.69％熔点为1227℃渗碳体的结构较复杂，硬度高，脆性大。塑性与韧性极低。渗碳体是碳在铁碳合金中的主要存在形式是亚稳定的金属化合物。4．珠光体（P）珠光体是铁素体(软)和渗碳体(硬)组成的机械混合物。珠光体碳含量为0.77％。珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，有一定的强度和塑性，硬度适中。是一种综合力学性能较好的组织。5．莱氏体(Ld)莱氏体是指高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变所形成的奥氏体和碳化物渗碳体所组成的共晶体。当碳含量Wc>2.11％的铁碳合金从液态缓冷至1148℃时，将同时从液体中结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，即莱氏体。莱氏体碳含量为4.3％。727℃以下的莱氏体称为低温莱氏体Ld′，或称变态莱氏体。727℃以上的莱氏体称为高温莱氏体Ld。莱氏体的性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。三、钢中常存杂质元素的影响１．硫S是有害元素。当钢在1000~1200℃压力加工时，由于低熔点共晶体熔化，显著减弱晶粒之间的联系，使钢材在压力加工时沿晶界开裂，这种现象为热脆。

钢中硫的质量分数必须严格控制。２．磷P是有害元素。在室温下钢的塑性、韧性急剧下降，变脆，这种现象称为冷脆。

钢中磷的质量分数也必须严格控制。第2节机械工业材料一、非合金钢1．按质量分类1）普通钢普通钢是指对生产过程中控制质量无特殊规定的一般用途的非合金钢，应用时不规定热处理。质量等级分A级钢和B级钢两种。硫、磷含量均≤0.050%。牌号用Q字打头，Q表示屈服极限，如Q235表示σs=235MPa牌号的化学成分参见GB/T700-1988。2）优质钢优质钢是指在生产过程中需要特别控制硫、磷的含量。质量等级分C级钢和D级钢两种。硫、磷含量≤0.040%。牌号用含碳量的万分数表示，如20表示含炭量为0.2%。牌号参见GB/T699-1999。

2．按含碳量分类1）低碳钢低碳钢是指碳的质量分数Wc<0.25%的铁碳合金。2）中碳钢中碳钢是指碳的质量分数0.25%≤Wc≤0.6%的铁碳合金。3）高碳钢高碳钢是指碳的质量分数Wc>0.6%的铁碳合金。3．按用途分类1）结构钢碳的质量分数Wc<0.7%。主要用作制造不太重要的齿轮、轴、螺栓、螺母、弹簧等机械零件。2）工具钢含碳量分数Wc>0.7%，这类钢热处理后具有高的硬度和耐磨性，主要用于制造工具，如制作刃具、模具、量具等，用含碳量的千分数表示，如T7表示含碳量为千分之七。若为高级优质钢则在排号后附以“A”字，如T12A等。牌号参见GB/T700-1988。三、合金钢常加的合金元素有：Mn（锰）、Si（硅）、Cr（铬）、Ni（镍）、Mo（钼）、V（钒）、Ti（钛）、Nb（铌）、Co（钴）、Al（铝）、B（硼）、Re（铼）等。合金钢的表示方法如40Cr、20CrMnTi、35SiMn、60Si2Mn、GCr15等。牌号参见GB/T700-1988。四、铸钢铸钢牌号是“ZG+数字+数字”。第一组数字代表屈服极限，第二组数字代表强度极限。合金铸钢是在的牌号前加“ZG”后面的第一组数字表示铸钢的名义万分碳含量的质量分数，其后排列的是各主要合金元素符号及其名义质量分数。牌号参见GB/T5613-1995

。五、铸铁1．普通灰铸铁断口呈灰色。牌号用：HT+数字

如：HT200、HT250等。数字表示最低抗拉强度200表示最低抗拉强度为200MPa。牌号参见GB9439-1988。铸铁是含碳量2.11%＜Wc≤6.69%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。灰铸铁的应用2．球墨铸铁牌号QT+数字+数字第一组数字代表最低抗拉强度第二组数字代表断后延伸率如QT500-7、QT900-2等。牌号参见GB1348-1988。3．可锻铸铁牌号：黑心可锻铸铁是“KTH+数字+数字”。KTH300-06，强度Rm≥300MPa延伸率A≥6%分类：黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁与白心可锻铸铁等。性能：黑心可锻铸铁具有一定的强度和较高的韧性；珠光体可锻铸铁强度高、硬度高、耐磨性好。珠光体与白口可锻铸铁：只是将KTH中的H改成Z与B，其它不变。六、有色金属及其合金1．铝及铝合金1)工业纯铝2)铝合金通过加入硅、铜、镁、锌、锰等合金元素主要用于需要减轻质量的零件和结构。2．铜及铜合金（1）纯铜（2）铜合金1）锡青铜2）铝青铜3）铍青铜六、新型材料１.纳米材料纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。2.智能材料智能材料亦称为灵巧或机敏材料。智能材料就是能感知外部刺激（传感功能）、能判断并适当处理（处理功能）且本身可执行（执行功能）的材料。3.超导材料超导材料是指在超低温下失去电阻的材料，材料的这种性质称为超导电性。4.非晶态金属非晶态金属具有优异的软磁性能力学性能Rm=400MPa耐蚀性（比不锈钢强100倍）、耐辐射、催化等特性。5.光导纤维由钎芯、包层、涂敷层与护套构成，是一种多层介质结构的对称主体材料。第3节金属材料的力学性能和工艺性能金属材料的力学性能是指金属在力的作用下所显示的如弹性、塑性、强度、硬度、韧性和疲劳强度等。弹性是指物体在外力作用下改变其形状和尺寸，当外力卸除后物体又回复到其原始形状和尺寸的特性。一、强度与塑性强度是指金属在外力作用下抵抗破坏的能力。塑性是指金属在外力作用下抵抗永久变形的能力。1．拉伸试验1）拉伸试样各种试验机观看试验过程塑材压缩试验铸铁拉伸试验2．强度指标金属材料抵抗拉伸力的强度指标有屈服极限、抗拉强度1）屈服点和屈服应力2）抗拉强度3．塑性指标金属材料的塑性，可以用拉伸试样断裂时的最大相对变形量来表示。1）断后伸长率2）断面收缩率

二、硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标，也是指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。硬度测定指标分类1、布氏硬度（HBW）2、洛氏硬度（HRC）3、维氏硬度（HV）三、韧性1．试验原理摆锤具有势能AKl。摆锤的剩余势能为AK2摆锤冲断试样的冲击功为：AK=AKl－AK22．冲击韧度冲击韧度用表示，单位是J/cm2。

四、疲劳1．疲劳破坏现象机械中的零件90％以上都是因疲劳破坏造成的。循环应力越小，则材料断裂前所承受的循环次数越多。