机械基础 高考总结 机械工程材料

机械工程材料知识结构框架使用性能一、金属材料的性能工艺性能分类碳素钢牌号分类二、钢铁材料合金钢牌号分类铸铁铸钢牌号退火正火普通热处理淬火三、钢的热处理回火表面淬火表面热处理化学热处理铝及铝合金四、有色金属材料铜及铜合金轴承合金、硬质合金知识点精讲金属材料的性能1、力学性能：材料在外力作用下所表现出的性能。2、金属材料的五大力学性能：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度。1）强度：材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。衡量指标：屈服强度σS：σS=Fs/S0（MPa）屈服强度—是塑性材料选材和评定的依据。抗拉强度σb：σb=Fb/S0（MPa）抗拉强度—是脆性材料选材的依据。2）塑性：材料在外力作用下，抵抗永久变形而不引起破坏的能力。衡量指标：断后伸长率δ：断面收缩率ψ:通常δ和ψ值越大，塑性越好。3）硬度：材料抵抗局部变形的能力。常用测定硬度的方法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度布氏硬度：球状压头，压痕大，测量数据准确，用于测原材料、半成品、厚件。洛氏硬度：锥状压头，压痕小，测量数据不准确，用于测成品，薄件。4）韧性：材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。5）疲劳强度：材料抵抗循环应力和交变载荷作用的能力。钢的应力循环次数：107有色金属的应力循环次数：108钢的热处理钢的热处理是将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。二、分类：在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。模具、滚动轴承100%需经过热处理。退火：工艺：加热保温冷却（炉冷）目的：降低硬度，消除内应力，细化晶粒正火：工艺：加热保温冷却（空冷）目的：与退火类似，改善硬度；淬火：工艺：加热保温冷却（水、油冷）目的：提高钢的强度、硬度和耐磨性。与回火配合，提高钢的综合力学性能。回火：工艺：加热（淬火钢）保温冷却目的：提高钢的综合力学性能。种类：表面淬火：仅对表面层进行淬火而芯部仍保持未淬火状态。目的：使工件表面有高硬度、耐磨性，而芯部具有足够的塑性韧性。主要用于处理轴、齿轮等零件。钢铁材料一、钢铁材料是钢和铸铁的统称。钢是含碳量在2.11%以下的铁碳合金。铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。含碳量2.11%通常是钢和铸铁的分界线。钢的分类：根据化学成分，钢分为非合金钢（碳素钢）、低合金钢和合金钢。碳素钢：1）分类：2）牌号：a、普通碳素结构钢：Q+数字——符号·（符号）由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四部分顺序组成。质量等级有：A、B、C、D脱氧方法有：F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）。通常Z和TZ可省略。例如：Q235－AF：b、优质碳素结构钢:两位数字+（符号）用两位数字表示钢平均含碳量的万分数.注：Mn：表示钢中锰的含量较高，Mn的含量为0.70%～1.2%②标A：表示是高级优质钢标E：表示特级优质钢③标F:表示脱氧方法为沸腾钢c、碳素工具钢：T+两位数字+（符号）两位数字表示钢的平均Wc的千分数标Mn：表示钢中锰的含量较高，Mn的含量为0.70%～1.2%d、铸钢：ZG+数字——数字表示屈服点的最低值表示抗拉强度的最低值例如：ZG230—450表示屈服点最低值230Mpa,表示抗拉强度最低值450Mpa的铸钢。2、合金钢：1）定义：合金钢就是在碳钢的基础上加入其他元素的钢，加入的其他元素就叫做合金元素。2）分类：按合金元素含量分为：低合金钢：合金元素总量≤5%中合金钢：合金元素总量5%～10%高合金钢：合金元素总量≥10%按用途分：合金结构钢：主要用于制造重要的机械零件和工程结构。合金工具钢：主要用于制造重要的刃具、量具和模具。特殊性能钢：具有特殊的物理、化学性能的钢。3）牌号：a、合金结构钢两位数字＋元素符号＋数字前面的两位数字表示钢的平均碳含量的万分数元素符号表示钢中所含的合金元素后面数字表示该元素平均含量的质量分数，当合金元素含量小于1.5%时，不标明含量，如果含量大于1.5%、2.5%、3.5%等，则相应地在元素符号后面标出2、3、4等。例如：60Si2Mn，表示平均碳含量为0.6%；含硅量约为2%，含锰小于1.5%b、合金工具钢一位数字＋元素符号＋数字一位数字表示平均碳含量的千分数，当碳含量大于或等于1.00%时则不予标出。例如：9SiCr，其中平均碳含量为0.9%，Si、Cr的含量都小于1.5%Cr12MoV，表示平均碳含量大于1.00%，铬含量约为12%，钼和钒的含量都小于1.5%的合金工具钢。C、滚珠轴承钢“G”＋Cr＋数字“G”为“滚”，铬元素符号后面的数字表示铬含量的千分数，其他元素仍用百分数表示。例如：GCr15SiMn，表示铬含量为1.5%，硅、锰含量均小于1.5%的滚珠轴承钢4）性能和用途：①合金结构钢：工程结构钢（普通低合金钢）：其中合金总量不超过3%，有良好的按用途分塑性、韧性、耐磨性。机械制造用钢：主要制造机械零件。合金渗碳钢：含碳量0.1%～0.25%（低碳钢）性能：表面高硬度，高耐磨性，芯部高韧性用途：用于加工高速重载的齿轮。常用牌号：20CrMnTi按用途：合金调质钢：含碳量0.25%～0.5%（中碳钢）性能：高强度，高韧性，综合力学性能良好用途：用于加工高速重载的轴及连杆。常用牌号：40Cr合金弹簧钢：含碳量0.45%～0.75%（高碳钢）性能：高弹性，高疲劳强度用途：用于加工弹簧板簧的专用零件。常用牌号：65Mn②合金工具钢：低合金刃具钢：合金元素含量3%～5%刃具钢制造丝锥、板牙、铰刀高速钢：合金元素含量10%～25%用于高速切削刀具按用途：模具钢量具钢铬不锈钢：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13不锈钢铬含量13%，碳含量0.1%～0.4%铬镍不锈钢：0Cr18Ni9碳含量≤0.1%标000Cr18Ni10碳含量≤0.03%标00③特殊性能钢：耐热钢耐磨钢主要指高锰耐磨钢ZGMn13含碳量高于1%，含锰量13%主要加工坦克、拖拉机履带、挖掘机铲齿铸铁1、性能：铸铁有良好的铸造性、耐磨性、减震性、切削加工性等，且制造容易、价格便宜。2、分类：根据碳在铸铁中存在形式不同，可分为：白口铸铁碳的存在形式：渗碳体(Fe3C)，断口为白色。灰口铸铁碳的存在形式：石墨，断口为灰黑色。灰铸铁：石墨呈片状牌号“HT+数字”：HT是“灰铁”，数字表示最低的抗拉强度值（MPa）。例：HT150，灰铸铁最低抗拉强度150MPa可锻铸铁：石墨呈团絮状牌号“KT+表示类别的字母+数字—数字”表示。KTZ珠光体可锻铸铁、KTB白心可锻铸铁、KTH黑心可锻铸铁两组数字分别表示最低抗拉强度和伸长率例：KTH370-12，黑心可锻铸铁，最低抗拉强度370MPa，最低伸长率12%球墨铸铁：石墨呈球状牌号QT+数字—数字QT是“球铁”数字表示最低的抗拉强度值（MPa）、最低伸长率（%）。例：QT600-3，球墨铸铁，最低抗拉强度600MPa，最低伸长率3%蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状牌号“RuT+一组数字”表示。RuT是“蠕铁”，一组数字表示最低的抗拉强度值（MPa）。例：RuT420，蠕墨铸铁，最低的抗拉强度420MPa。麻口铸铁碳的存在形式：石墨+渗碳体，断口为黑白色。有色金属材料一、铝及铝合金1、纯铝纯铝是银白色金属，熔点660℃，质量轻密度为2.7kg/m3；导电、导热性好，仅次于铜、银；具有较好的抗大气腐蚀能力具有较好的加工工艺性能，它的塑性好，还可以通过热处理强化，提高铝的强度。2、铝合金变形铝合金防锈铝合金（简称防锈铝）LF+数字Al—Mn系及Al—Mg系合金。硬铝合金（简称硬铝）LY+数字Al—Cu—Mg系超硬铝合金（简称超硬铝）LC+数字Al—Zn—Mg—Cu系锻铝合金（简称锻铝）LD+数字Al—Mg—Si—Cu系Al-Si系铸造铝合金1Al-Cu系铸造铝合金2铸造铝合金Al-Mg系铸造铝合金3Al-Zn系铸造铝合金4牌号：ZL+数字+两位数字第一位数表示合金类别，（1为铝硅合金、2为铝铜合金、3为铝镁合金、4为铝锌合金），后两位数字表示合金顺序号。例：ZL201：顺序号为01的铝铜系铸造铝合金。二、铜及铜合金1、纯铜纯铜呈紫红色，熔点1083℃，密度为8.96g/cm3，良好的电导性、热导性、耐蚀性、抗磁性和加工工艺性能。2、铜合金