《机械制造基础》课件-01篇 第二单元 机械制造中常用的材料

第二单元机械制造中常用的材料01篇

机械加工材料介绍教学目标:

1.了解常用工程材料的分类。2.掌握碳素钢与合金钢的牌号与含义。教学重点和难点:

1.常用工程材料分类。2.碳素钢、合金钢的分类和牌号。3.铸铁、铸钢类型和牌号。4.铝和铝合金、铜和铜合金。5.常用非金属材料。一、常用工程材料分类工程材料金属材料碳素钢合金钢碳素结构钢碳素工具钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁有色金属：铜合金、铝合金等非金属材料高分子材料：塑料、橡胶、复合材料等陶瓷材料：普通瓷、氧化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷钢（一）碳素钢分类和牌号二、常用金属材料1）按钢的含碳量分类：

低碳钢中碳钢高碳钢2）按钢的质量分类（有害杂质硫、磷的含量分）普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢1、分类3）按用途分为：

碳素结构钢：制造各种机器零件及工程构件，大都是低碳钢、中碳钢，属普通碳素钢或优质碳素钢。碳素工具钢：制造各种刃具、量具和模具等，大都是高碳钢，属优质钢或高级优质钢。4）按冶炼时脱氧程度的不同分类沸腾钢：不脱氧的钢；镇静钢：完全脱氧钢；半镇静钢：半脱氧钢。2、普通碳素结构钢含碳量在0.06%--0.38%之间，硫、磷含量较高，在供应状态下使用，不需热处理；常用于一般工程结构及普通零件。其牌号（表示方法）由代表屈服点的字母Q、屈服点的数值、质量等级符号(A、B、C、D)和脱氧方法符号(F、b、Z、TZ)组成。如Q235--A·F,表示其屈服点为235MPa，质量等级为A级，沸腾钢。3、优质碳素结构钢按化学成分和力学性能供应，杂质含量少，表面质量、组织结构的均匀性较好，需经热处理；用于重要的零件。其牌号采用两位数字来表示，表示该钢号的平均含碳量的万分之几。根据含锰量不同分为普通含锰量（0.25%-0.8%）和较高含锰量（0.75%-1.2%）两种，后者加“Mn”；如20钢为含碳0.2%；65Mn为含碳0.65%，较高含锰量。（二）合金钢分类和牌号1、分类特殊性能钢不锈钢耐热钢耐磨钢磁钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢合金工具钢刃具钢模具钢量具钢建筑及工程用钢或构件用钢合金结构钢机器制造用钢1）按用途分2）按合金元素含量（质量分数）分3）按所含合金元素种类分铬钢、锰钢、镍钢、铬锰钢、硅锰钢等。低合金钢（合金元素总含量<5%）中合金钢（合金元素总含量5%-10%）高合金钢（合金元素总含量>10%）2、合金结构钢数字+化学元素符号+数字；前面数字表示钢的平均含碳量，以万分之几表示；后面数字表示该合金元素的平均含量，以百分之几表示，但低于1.5%时不标；若为高级优质钢在最后加“A”字。如60Si2Mn；滚动轴承钢，GCr15SiMn。4、特殊性能钢数字+化学元素符号+数字；前面数字表示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但当平均含碳量小于等于0.03%时标为00，小于等于0.08%时标为0；如2Cr13。3、合金工具钢数字+化学元素符号+数字；前面数字表示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但高于1.0%时不标，高速钢例外，其低于1.0%时也不标；其余同合金结构钢。如5CrMnMo。铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，一般含碳量2.5%--4.0%；含有较多的硅、锰、硫、磷等杂质。

根据碳在铸铁中的存在形态可分为：1、白口铸铁：即生铁,碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以渗碳体形式存在，其断口呈银白色。特点是硬和脆，难以加工，但耐磨。一般不直接用来制造机器零件，常用作炼钢原料或制造可锻铸铁件。2、灰铸铁：碳主要以自由状态的片状石墨形态存在，断口为暗灰色。强度低，塑性差，但易切削，减摩消振性好，且铸造性能好，应用最广泛。（三）铸铁和铸钢

3、可锻铸铁：碳主要以团絮状石墨形态存在，因而有较高的塑性和韧性。用于受冲击和振动的薄壁小件。由白口铸铁经高温退火处理获得。4、球墨铸铁：铁液在浇注前经球化处理，碳大部分或全部以自由状态的球状石墨存在,有时出现少量团絮状。强度、塑性均高于可锻铸铁，抗拉强度甚至高于碳钢。5、铸钢1）铸钢件：将钢液直接铸成零件毛坯，以后不再进行锻造的钢件。常用于要求较高而复杂的零件。2）铸造碳钢的含碳量在0.20%--0.60%之间，含碳量太高则塑性差，易冷裂；硫、磷含量在0.040%以下。3）牌号：“ZG+两组数字”表示，数字分别表示最低屈服强度和最低抗拉强度的值。如ZG200-400。（四）有色金属

纯铜的性能特点：具有很高的导电导热性，仅次于银；化学稳定性高，抗大气腐蚀性好，无磁性，塑性好；但强度低。

工业生产中通常称铁和铁基合金为黑色金属，而把铁和铁基合金以外的金属称为有色金属。1、铜及铜合金

铜及其合金是人类应用最早的金属，目前工业上使用的主要有工业纯铜、黄铜、青铜。1）工业纯铜

纯铜呈玫瑰红色，因表面经常形成一层紫红色的氧化物，俗称紫铜，电解铜。其熔点为10830C，密度为8.96g/cm3，为面心立方晶格。牌号：工业纯铜牌号为T+顺序号，共有T1,T2,T3,T4；序号越大，纯度越低。

2）黄铜

黄铜：以锌为主要合金元素的铜基合金。它具有良好的力学性能、加工成形性、导电性和导热性，价格较低，是重有色金属中应用最广的金属材料。可分为普通和特殊黄铜两类，按加工方式分为压力加工黄铜和铸造黄铜。

青铜：除黄铜、白铜以外的铜合金均称为青铜。工业上常用的有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。一般都有高的耐蚀性、较高的导电导热性及良好的切削加工性。分为压力加工青铜和铸造青铜两类。前者的代号为Q+第一个主加元素的化学符号及其名义质量分数-数字（其它合金元素的名义质量分数），如QSn4-3表示含锡4%，含锌3%,。后者的代号为ZCu+合金元素1的化学符号及其名义质量分数+合金元素2及其名义质量分数+……如ZCuSn10Zn2。3）青铜2、铝及铝合金1）工业纯铝：2）铝合金

其熔点为660.370C，密度为2.7g/cm3,为面心立方晶格，呈银白色；强度（=80—100MPa）和硬度(20HBS)很低，塑性(=80%)很高。有良好的导热导电性。工业纯铝为L1-L7，其顺序数越大，纯度越低。

由于纯铝的强度低，不宜作承力结构材料，向纯铝中加入适量的硅、铜、镁、锌、锰等元素，通过固溶强化，沉淀硬化及组织强化，而得到的高强度合金。三、非金属材料

通常认为除金属材料以外的材料都是非金属材料，主要有高分子材料、陶瓷材料。1、塑料：以有机合成树脂为主，加入适量的添加剂，在一定温度和压力作用下加工成形的玻璃态高分子材料。塑料的组成：合成树脂和某些添加剂。塑料的分类：1）按热性能分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料：加热软化，可熔成粘稠状的液体，冷却时硬化成所需的形状。再加热时又重新软化。如聚氯乙烯，聚酰胺等。热固性塑料：树脂受热先软化，继续加热又硬固化，大分子由线型结构变成体型网状结构，固化后加热则不再软化。如酚醛塑料。2）按应用范围分：通用塑料、工程塑料、特种塑料2、橡胶是指在很宽的温度范围（-50-1500C），均处于高弹态，在很小的力作用下可发生很大的弹性变形，外力去除后能瞬间恢复原来的状态的经过硫化，并加入了配合剂的高分子材料。

橡胶的组成：生产中把未经硫化的天然胶与合成胶称为生胶，硫化后的胶称为橡胶。为提高橡胶制品的性能，常添加各种配合剂。橡胶的分类：按来源分为天然橡胶和合成橡胶两大类。常用橡胶有：天然橡胶，丁苯橡胶，顺丁橡胶。特种橡胶有；聚胺脂橡胶，硅橡胶等。3、陶瓷陶瓷是陶器和瓷器的总称，发展到近代泛指全部硅酸盐材料，而现代则扩展到所有无机非金属材料。它与金属材料，高分子材料构成三大固体材料。

陶瓷是由金属元素和非金属元素的化合物构成的多晶材料，其显微组织是由晶相、玻璃相、气相组成的。

陶瓷生产工艺特点：先成形，后烧结。如传统陶瓷选用天然原料，粘土，高岭土等，经粉碎，成形，干燥，烧结而成。常用工业陶瓷的分类：1）普通陶瓷:粘土类陶瓷，以高岭土、长石、石英为原料制成，产量大，应用广；日用陶瓷、瓷器，建筑业等。2）氧化铝陶瓷：以Al2O3位主要成分的陶瓷，也称高铝陶瓷；其熔点高，耐高温，并有较高的强度、硬度及耐磨性，但脆性大。用于制造耐高温材