《机械制造技术基础》课件-第2章2.1常见工程材料概述1

第2章机械工程材料2.1.1钢铁材料1认识平面四杆机构的类型及其判别条件合金钢2铰链四杆机构的性质3铰链四杆机构的性质铸铁铰链四杆机构的性质碳素钢2.1常见工程材料概述1学习目标1.掌握常用碳钢的牌号、性能和应用；2.了解合金钢的分类、牌号、性能及应用；3.了解铸铁的分类、牌号、性能和应用。2.1常见工程材料概述机械工程材料是用于制造各类机械零件、构件的材料和在机械制造过程中所应用的工艺材料。材料发展史简介：人类虽早在公元前已了解金、银、铜、汞、锡、铁、铅等多种金属，但由于采矿和冶炼技术的限制，在相当长的历史时期内，很多器械仍用木材制造或采用铁木混合结构。直到1856年英国人H．贝塞麦发明转炉炼钢法，1856～l864年英国人K.W．西门子和法国人马丁发明平炉炼钢以后，大规模炼钢工业兴起，钢铁才成为最主要的机械工程材料。到20世纪30年代，铝、镁等轻金属逐步得到应用。第二次世界大战后，科学技术的进步促进了新型材料的发展，球墨铸铁、合金铸铁、合金钢、耐热钢、不锈钢、镍合金、钛合金和硬质合金等相继形成系列并扩大应用，同时，石油化学工业的发展促进了合成材料的兴起，工程塑料、合成橡胶和胶黏剂等在机械工程材料中的比重逐步提高。另外，宝石、玻璃和特种陶瓷材料等也逐步扩大在机械工程中的应用。工程材料常用的分类方法金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料两大类。

黑色金属材料即钢铁材料，是以铁碳为主要成分的合金；

有色金属材料是指钢铁材料以外的金属材料，如铝及铝合金，铜及铜合金等。2.1.1钢铁材料1.碳素钢碳素钢是化学成分以含铁和碳为主（碳质量分数大于0.03%，小于2.11%)，并含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金，简称碳钢。其中硅、锰是有益元素，对钢有一定的强化作用；硫、磷是有害元素，分别增加钢的热脆性和冷脆性。碳钢价格低廉，冶炼方便，工艺性能良好，并且在一般情况下能满足使用性能的要求，因而在机械制造、建筑、交通运输及其它工业部门中得到广泛的应用。

碳素钢的分类另按冶炼时脱氧程度的不同分类:

1沸腾钢（F）：脱氧程度不完全的钢。

2镇静钢(Z)：脱氧程度完全的钢。

3半镇静钢(b)：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢。

序号碳素钢的分类方法

碳素钢的类型牌号(应用)举例1按碳的质量分数分低碳钢：ωc≤O.25%10、15、Q235-A中碳钢：ωc=0.25%-0.6%35、45、Q275高碳钢：ωc≥0.6%70、75、T8、TlOA2按质量分普通碳素钢：ωs≤O.050%，ωp≤O.045%Ql95、Q235-A优质碳素钢：ωs≤O.025%,ωp≤O.035%15、45、T8高级优质碳素钢：ωs≤O.020%.ωp≤O.030%T10A3按用途分碳素结构钢用于制造机械零件和各种工程构件，属于低碳钢和中碳钢碳素工具钢:用于制造各种刃具、模具、量具,属于高碳钢常用碳素钢的种类、牌号、性能和用途种类普通碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢牌号Q195、Q215-A，Q235-C，Q225-B，Q235A-F08F，15，20，35，45，60，45Mn，65MnT7,T8,T10,T10A,T12,T13,ZG200-400,ZG270-500,ZG340-640性能

杂质和非金属夹杂物较多，冶炼容易，工艺性好。硫、磷及非金属夹杂物较少，经过热处理后或获得较好的热学性能经淬火、低温回火后硬度比较高，耐磨性好，但塑性低。力学性能高。强度越高，碳的质量分数越高（一般为0.2%~0.6%）牌号含义“Q”表示屈服点；数值表示最小屈服值；“A”表示质量等级，分A、B、C、D四级，依次提高；“F”表示沸腾钢两位数字表示钢中碳的平均质量分数的万分之几；锰的质量分数在0.7%~1.2%时加Mn表示。强度、塑性、韧性均比均碳素结构钢好。“T”表示碳素工具钢：其后的数字表示碳的质量分数的千分之几；“A”表示高级优质。“ZG”表示铸钢；前3位数字表示最小屈服强度值，后3位数字表示最小抗拉强度值；用途举例用于制造建筑结构件和一些受力不大的机械零件，如螺栓、小轴、销子、键、连杆、法兰盘、锻件坯料等用于制造重要的机械零件，如冲压件、焊接件、轴、齿轮、活塞销、套筒、蜗杆、弹簧等用于制造刀具、模具和量具，如冲头、锉刀、板牙、丝锥、钻头、镗刀、量规、圆锯片等用于制造形状复杂、力学性能要求高的机械零件。如机座、箱体、连杆、齿轮等2.合金钢为了改善和提高碳钢的性能，在碳钢的基础上有目的地加入一定量的其他合金元素的钢称为合金钢。常用的合金元素有硅、锰、镍、铬、铜、钒、钛、稀土元素等，把它们加入到钢中，可提高钢的力学性能，改善钢的热处理性能，或者使钢具有耐腐蚀、耐热、耐磨、高磁性等特殊性能。合金钢的分类序号合金钢的分类方法

合金钢的类型1按合金元素质量分数的多少分低合金钢：含合金元素总量≤５％。中合金钢：含合金元素总量为5%-10%。高合金钢：含合金元素总量≥10%。2按合金钢质量分普通低合金结构钢：ωs≤0.050%,ωp≤0.045%（如低合金高强度结构钢）。优质合金钢：ωs≤0.035%,ωp≤0.035%（如低、中合金结构钢）高级优质合金钢：ωs≤0.030%，ωp≤0.030%如滚动轴承钢、高合金钢、合金工具钢）。3按合金钢的用途分合金结构钢：含低合金高强度结构钢和低、中合金结构钢（如渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢）合金工具钢：含刃具钢、量具钢、模具钢。持殊件能钢：含不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢等。常用合金钢的种类、牌号和用途碳素工具钢易加工，价格便宜，但其热硬性差，淬透性低，且容易变形和开裂。合金工具钢具有更高的硬度、耐磨性和红硬性。所以，尺寸大、精度高，形状复杂及工作温度较高的工具都采用合金工具钢制造。3.铸铁碳质量分数大于2.ll%、小于6.69%（通常为2.8%～3.5%）的铁碳合金，称为铸铁。铸铁中此外还含有硅、锰等合金元素及硫、磷等杂质。铸铁的抗拉强度低，塑性和韧性差，但铸铁具有优良的耐磨性、减震性、铸造性能和切削加工性，而且生产方法简单，成本低廉，因此大量用于机器设备制造中，通常占机械设备总质量的30%-80%。铸铁中的碳以化合物渗碳体（Fe3C）和石墨（C）两种形式存在。根据碳在铸铁中存在形式的不同，箱体，日常生活中也应用很广，如炒菜铁锅、取暖炉、污井盖、暖气片、下水管、水龙头壳体等等铸铁的分类序号铸铁的类型碳的存在形式性能特点及应用场合1白口铸铁多数碳以Fe3C形式存在断口呈银白色，性能硬而脆，不易加工。目前主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。2灰口铸铁多数碳以石墨形式存在断口呈暗灰色，目前在工业上应用最广泛的一类铸铁。3麻口铸铁碳以Fe3C和石墨形式同时存在断口中呈黑白相间的麻点，这类铸铁也具有较大硬脆性，故工业上很少应用。灰口铸铁的类型序号类型石墨形状性能特点应用场合1灰铸铁片状铸造性能和切削加工性能很好工业上应用最广泛的铸铁；常用来制造各种承受压力和要求消振性好的床身、箱体及经受摩擦的导轨、缸体等2可锻铸铁团絮状灰铸铁相比，强度较高，并有一定的塑性和韧性，但不能锻造主要适用于制造形状复杂，工作中承受冲击、振动、扭转载荷的薄壁零件，如汽车、拖拉机后桥壳、转向器壳和管子接头等3球墨铸铁球状强度比灰铸铁高得多，并且具有一定的塑性和韧性（优于可锻铸铁），某些性能与中碳钢相近它主要用于制造受力复杂、承受载荷大的零件，如曲轴、连杆、凸轮轴、齿轮等4蠕墨铸铁蠕虫状力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间用于制造经受热循环、组织致密、强度较高、形状复杂的零件，如汽缸套、进排气管、钢锭模等常用铸铁的种类、牌号和用途种类灰铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁耐热铸铁常用牌号HT150，HT200，HT350KTH330-08,KTB350-04，KTZ650-02RuT300,RuT340,RuT380QT400-18,QT600-3,QT900-2RTCr16,RTSi5牌号意义“HT”表示灰铸铁，数字表示最小抗拉强度值“KTH”表示黑心可锻铸铁，“KTB”表示白心可锻铸铁，“KTZ”表示珠光体可锻铸铁，前面数字表示最小抗拉强度值，后面数字表示最小伸长率“RuT”表示蠕墨