机械设计基础机械零件的常用材料和结构工艺性

机械零件的常用材料和结构工艺性§1机械零件的常用材料及其选用§2机械零件的结构工艺性§3机械设计中的标准化§1机械零件的常用材料及其选用一、常用材料金属材料：非金属材料：复合材料：黑色金属：钢、铸铁有色金属：铜、铝及其合金工程塑料、橡胶、玻璃、皮革、木材等纤维增强塑料、金属陶瓷等1、钢：含碳量低于2%的铁碳合金。钢的强度较高，塑性较好制造机件时可以轧制、锻造、冲压、焊接和铸造，并且可以用热处理方法获得高的机械性能或改善切削性能，因此钢是机械制造中应用最广和极为重要的材料。钢的种类很多，常用的分类方法有：按化学成分：碳素钢：合金钢：低碳钢：含碳量<0.25%中碳钢：含碳量0.25%~0.5%高碳钢：含碳量>0.5%含碳量<1%碳钢中加入合金元素按质量：普通钢：优质钢：按用途：结构钢：工具钢：特殊钢：制造刀具、量具、模具等不锈钢、耐热钢等2、铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。灰铸铁：球墨铸铁：

3、有色金属：在工业上，把铁以外的金属统称为有色金属，以有色金属为主要元素组成的合金称为有色金属合金。如：铜合金和铝合金等。铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接；但其熔点较低，流动性好，因此可以铸造出形状复杂的铸件。含碳量<1%，HT

含碳量>1%，QT

4、非金属材料：工程塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、皮革、木材、纸板、毛毡等二、热处理

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却，通过改变金属材料表面或内部的组织结构来控制其力学、物理、化学性能和改善其工艺性能以获得不同的使用性能的一种工艺。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之一。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。

正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。

表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。三、选用材料的一般原则

1、使用要求

①

零件的载荷大小、性质及其应力状况；

②

零件的工作条件；

③

零件的尺寸及重量的限制；

④零件的重要性；

⑤

特殊要求。

2、工艺要求①便于制造毛坯；②便于切削加工；③便于装拆和维修—→

良好的结构工艺性3、经济要求机械零部件的工艺性问题是现代工业生产中提高效益、确保产品质量的关键。零部件的结构应满足在制造、维修全过程中符合科学性、可行性和经济性的要求。工艺性具有整体性、相对性和灵活性的特点。零件的结构设计是机械设计工作中最重要的环节之一。零件的结构设计就是要确定零件的形状、尺寸、配合精度和制造精度等。零件的结构设计注意事项：

1、便于零件毛坯的制造

2、便于零件的机械加工

3、便于零件的装卸和定位§2机械零件的结构工艺性§3机械设计中的标准化为在一定的范围内获得最佳秩序，对活动或其结果规定共同的和重复使用的规则、导则或特性的文件，称为标准。

标准化：为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动。它包括制定、发布及实施标准的过程。标准化的重要意义是改进产品、过程和服务的适用性，防止贸易壁垒，促进技术合作。标准化的基本原理通常是指统一原理、简化原理、协调原理和最优化原理。标准化的基本特性主要包括以下几个方面：①抽象性；②技术性；③经济性；④连续性，亦称继承性；⑤约束性；⑥政策性。

《中华人民共和国标准化法》将我国标准分为国家标准、行业标准、地方标准、企业标准四级。我国的国家标准由国务院标准化行政主管部门制定；行业标准由国务院有关行政主管部门制定；地方标准由省、自治区和直辖市标准化行政主管部门制定；企业标准由企业自己制定。具有法律属性，在一定范围内通过法律、行政法规等手段强制执行的标准是强制性标准（GB）；其他标准是推荐性标准（GB/T）。强制性国家标准：GB5842̶1986（液化石油气钢瓶）推荐性国家标