机械基础（项目一）

—工程材料基础知识1.金属材料的力学性能1.金属材料的力学性能1)强度(2)拉伸试验拉伸试样的形状和尺寸取决于要被试验的金属产品的形状和尺寸，其横截面一般为圆形、矩形和多边形等。如图1-4所示为圆形横截面试样。扫一扫扫一扫1.2金属材料的性能3)硬度3)硬度类别试验原理简图测试方法应用范围维氏硬度F正四棱锥体金刚石压头采用顶部两相对面具有规定角度的正四棱锥体金刚石作为压头，以规定压力F压入材料表面并保持规定的时间，测量试样表面压痕对角线长度d,然后按公式计算硬度值由于压痕较小，适用于测定较薄工件、工具表面或带镀层的工件试件压痕2.金属材料的工艺性能2.金属材料的工艺性能图1-9常用的焊接方法2.金属材料的工艺性能2.金属材料的工艺性能切削加工是工程中应用最为广泛的零件加工方法。常用的切削加工方法有车削、铣削、磨削和钻削等，如图1-10所示。2.金属材料的工艺性能2.金属材料的工艺性能4)切削加工性4)切削加工性切削加工性是指对金属材料进行切削加工的难易程度。衡量切削加工性的因素有刀具的使用寿命、零件的表面质量和切削工作时间等。通常情况下，零件可以通过热处理来提高金属材料的切削加1.3非金属材料的性能及应用2)复合材料的性能及应用2)复合材料的性能及应用名称组成应用范围碳纤维增强塑料由碳纤维与聚酯、酚醛、环氧、聚四氟乙烯等树脂组成密度小，强度、比强度和比模量高，抗疲劳性、耐热性、耐蚀性、减摩性、耐磨性、自润滑性好，尺寸稳定性高用于制造人造卫星、火箭的机架、壳体等由硼纤维与环氧、聚酰亚胺等树脂组成比强度和比模量高，耐热性良好用于航天和航空工程中要求高刚度的结构件，如飞机机身、机翼等2.工业用钢2.工业用钢工业用钢一般由专门的冶金厂生产，市场上供应的钢材种类有板材(薄钢板、中等厚度钢板和钢带等)、管材(焊接钢管和无缝钢管)、型材(圆钢、方钢、工字钢和槽钢等)、线材及其他异型钢材等，如图1-16所示。2.2非铁金属材料及其合金2)铝合金(1)变形铝合金。类别牌号示例性能特点应用范围防锈铝合金塑性高、强度高、耐蚀性良好适用于制造船舶零部件、航空燃料箱、输油管道等硬铝合金强度高、耐热性良好、耐蚀性差适用于制造门窗、飞机蒙皮等超硬铝合金极高的强度(可达600MPa),热处理强化效果明显，退火后具有良好的塑性机翼接头等锻造铝合金良好的热塑性和锻造性，可进行热处理强化适用于制造飞机和发动机中形状较复杂的零部件2.2非铁金属材料及其合金类别分组号基本成分应用范围N以WC为基，以Co作黏结剂，或添加少量TaC、NbC或CrC的合金或涂层合金如铝、镁、塑料、木材等的加工S以WC为基，以Co作黏结剂，或添加少量TaC、NbC或TiC的合金或涂层合金耐热和优质合金材料的加工，如耐热钢，含镍、钴、钛等的合金材料的加工H以WC为基，以Co作黏结剂，或添加少量TaC、NbC或TiC的合金或涂层合金硬切削材料的加工，如淬硬钢、冷硬铸铁等材料的加工如图1-14(见下页)所示为几种典型机器上的金属零件，它们的工作条件和主要性能要求如表1-7所示(见下页)。课堂总结正火是指将钢件加热到(对于亚共析钢)或(对于过共析钢)以上30～50℃,保温一段时间后在空气中冷2)目的及应用扫一扫扫一扫①提高低碳钢、低碳合金钢的硬度，改善切削加工性；②细化晶粒，消除组织缺陷，为下一步热处理做好组织准备；3.2钢的整体热处理3)分类及其应用类别工艺流程应用范围单介质淬火将加热保温后的钢件直接放非合金钢采用水作为淬火介质，碳钢采用油作为淬火介质操作简单、易于实现机械化；但在水中冷却时，容易造成钢件变形和开裂；在油中冷却时，难以达到所要求的硬度或硬度分布不均匀适用于形状简单、尺寸较小的钢件双介质淬火先将加热保温后的钢件放入冷却能力强的介质中冷却，在钢件内部组织向马氏体转变前将其取出，再放入冷却能力较弱的介质中冷却，如水+油、油+空气等能综合两种淬火介质的优点，高温时快速冷却可以获得较高的组织硬度，低温时缓慢冷却可以减小钢件的变形和开裂：但钢件在第一种介质中的冷却时间难以掌握，操作技术要求较高适用于形状复杂的高碳钢零件或大型合金钢零件机械制造业中，很多机器零件要求表面耐磨损，不易产生疲劳破坏，而心部却要求有足够的塑性和韧性，如齿轮、轴、凸轮等。在这种情况下，单从材料选择入手或采用普通热处理方法(结合上节课内容),能不能满足其要求?3.3钢的表面热处理1)渗碳1)渗碳定义2.化学热处理2.化学热处理1)渗碳1)渗碳气体渗碳工艺在工业中应用最为广泛，如图1-31所渗碳适用于承受很大的磨损，且需承受冲击载荷和交变载荷的低碳钢、低合金钢工件，如汽车变速箱中2.化学热处理2.化学热处理3.3钢的表面热处理2)渗氮2)渗氮3.3钢的表面热处理3)碳氮共渗3)碳氮共渗应用请说出表面淬火与化学热处理的不同之出?履带板是工程机械的底盘零件之一，它在工作中要承受很大的压应力和冲击载荷，其表面会受到石块等硬物的磨损。如图1-21所示为履带式推土机及其履带板。履带板的材料为40SiMn2,其加工工艺为：热轧成形→下料→切削加工→调质热处理→成品。请同学们分析履带板需要具备的性能和采用的热处理工艺，并填写“任务工单1.3”。零件名称工作条件需要具备的性能履带板承受很大的压应力、冲击载荷和磨损(1)高的强度和硬度(2)良好的韧性(3)高的耐磨性2.分析履带板的热处理工艺履带板的热处理工艺采用调质处理，分为淬火和回火两个阶段，如图1-22所示。