2环保设备及应用—常用工程材料2

《环保设备及应用》——常用工程材料§2～1材料力学性能力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。常用的有强度、塑性、刚度、硬度、韧性、疲劳极限和耐磨性等指标。一、强度强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。若将断裂看成变形的极限，则可将强度称为变形的抵抗能力。§2～1材料力学性能二、塑性塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，即材料断裂前的塑性变形的能力。常用试样拉断后的伸长率A(δ)和断面收缩率Z(ψ)来表示。1.拉断后的伸长率：试样拉断后的总伸长量与原来标距长度比值的百分数称为伸长率2.断面收缩率：试样受拉伸拉断后，其截面面积的缩减量与原截面面积比值的百分数§2～1材料力学性能三、刚度刚度是指材料对弹性变形的抵抗能力。如果说强度保证了材料不发生过量塑性变形甚至断裂的话，刚度则保证了材料不发生过量弹性变形。五、硬度1．布氏硬度布氏硬度是在布氏硬度试验机进行测定的，其的试验原理、方法与条件在国标GB/T231《金属布氏硬度试验方法》中有详细说明。§2～1材料力学性能§2～1材料力学性能布氏硬度测量法适用于铸铁、非铁合金、各种退火及调质的钢材，不宜测定太硬、太小、太薄和表面不允许有较大压痕的试样或工件。范围为8~650HBW2．洛氏硬度洛氏硬度是在洛氏硬度试验机进行测定的，洛氏硬度的测试原理、方法与条件在国标GB/T230《金属洛氏硬度试验方法》有详细说明。洛氏硬度也是采用一定规格的压头，在一定载荷作用下压入试样表面，然后测定压痕的深度来确定其硬度值。§2～1材料力学性能具体试验时，又由于压头及载荷的不同而有不同的标尺表示。§2～1材料力学性能标尺压头总载荷标注测量范围应用标尺A金刚石圆锥压头588.4N（合60kgf）HRA20-88HRA用于硬度较高的材料。例如：硬质合金和薄硬钢带材料。标尺B直径为1.5875mm的淬火钢球980.7N（合100kgf）HRB20～100HRB用于硬度较低的材料。例如：软钢、有色金属、退火钢、正火钢、铸铁、部分不锈钢等。标尺C金刚石圆锥压头1471N（合150kgf）HRC20～70HRC用于硬度很高的材料。例如：淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢等。§2～1材料力学性能四、冲击韧性四、冲击韧性材料的韧性则是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，它是材料强度和塑性的综合表现。材料抵抗冲击载荷作用而不被断裂破坏的能力称为冲击韧性。为了确定材料的冲击韧性值，常用一次摆锤冲击试验冲击韧性用标准试样断裂后单位横截面面积所吸收的功来表示，符号为αK，单位为J/cm2。αK越大，表示材料的韧性越好，抵抗冲击载荷的能力越强。SKK§2～1材料力学性能五、疲劳强度零件在这种交变载荷下经较长时间工作，在远低于其抗拉强度，甚至小于屈服强度的情况下，无显著外观变形而发生断裂的现象称为疲劳。金属材料在长期经受交变载荷作用下不至于断裂的最大应力称为疲劳强度，符号为R-1。在生产实践中，通过改善零件的结构形状，避免应力集中，改善表面粗糙度，进行表面热处理、表面强化处理等措施，提高材料的疲劳强度。§2～1材料力学性能作业：P351；2§2～2常用金属材料§2～2常用金属材料一、钢(铁碳两种元素组成)（一）钢的分类1.钢按化学成分可分为：非合金钢、低合金钢和合金钢；2.合金钢按碳的质量分数可分为：低碳钢（碳的质量分数ωc≤0.25%）、中碳钢（0.25%≤ωc≤0.60%）、高碳钢（ωc≥0.60%）；3.钢按合金元素含量可分为低合金钢（合金元素总质量分数小于5%）、中合金钢（合金元素总质量分数为5%～10%）、高合金钢（合金元素总质量分数大于10%）；4.按钢的质量等级分：普通质量钢（ωs、ωp≤0.040%）、优质钢（ωs、ωp≤0.035%）和特殊质量钢（ωs、ωp≤0.025%）5.按钢的主要用途分为结构钢、工具钢、特殊性能钢、专业用钢等。§2～2常用金属材料（二）结构钢结构钢是品种最多、用途最广、使用量最大的一类钢，按其主要用途一般分为工程结构用钢和机械制造用钢（或机械结构用钢）两大类。1．非合金钢（1）普通质量非合金钢普通质量非合金钢是指对生产过程中控制质量无特殊规定的一般用途非合金钢。牌号：Q+最低屈服强度+质量等级符号+脱氧方法符号Q235BZ符号含义：Q是“屈”字的汉语拼音首位字母；§2～2常用金属材料质量等级分A、B、C、D四个等级，表示钢材质量依次提高（S、P含量依次降低）；脱氧方法用F、b、Z、TZ表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢，牌号中“Z”可以省略。例如：Q235A表示其屈服强度大于235MPa，质量等级为A级的碳素结构钢。Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个强度等级。应用：普通质量非合金钢大多用作工程结构钢，一般是热轧成钢板或各种型材如圆钢、方钢、工字钢、钢筋等，少部分也用于要求不高的机械结构。§2～2常用金属材料（2）优质非合金钢优质非合金钢是指除普通非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢，在生产过程中需要特别控制质量（如控制晶粒度，降低硫、磷含量，改善表面质量或增加工艺控制等），既保证化学成分，又保证力学性能。其中优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字表示该钢中碳的平均质量分数的万分之几。如45表示其平均含碳量为0.45%。优质碳素结构钢综合力学性能优于普通碳素钢，为了充分发挥其性能潜力，一般都须经热处理后使用。优质碳素结构钢用途广泛，如制造冲压件、焊接件、螺钉、螺母、高压法兰、齿轮、轴类、连杆等。§2～2常用金属材料2．低合金结构钢低合金结构钢是在普通碳素结构钢的基础上加入少量合金元素而得到的，合金元素总量不超过5%，常加入的合金元素有Mn、Si、Nb、Mo、Ti、Cu等。少量的合金元素的加入提高了钢的强度，同时也保持了较好的塑性、韧性、焊接性和冷、塑性加工性能。其牌号与碳素结构钢相同，质量等级用符号A、B、C、D、E表示，共五个级别。Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690八个强度等级等。如Q420A表示其屈服强度为420MPa；质量等级为A级的低合金结构钢。低合金结构钢主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型结构等。§2～2常用金属材料2．低合金结构钢§2～2常用金属材料3.合金结构钢合金结构钢主要用于制造各种机械零件，其质量等级都属于特殊质量等级，大多需经热处理后才能使用，按其用途及热处理特点可分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、超高强度钢等。（1）渗碳钢：渗碳钢通常是指需经渗碳处理后使用的钢材，具有外硬内韧的性能，用于承受冲击的耐磨件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等。§2～2常用金属材料（2）调质钢：要用于制造在多种载荷（如扭转、弯曲、冲击等）下工作，受力比较复杂，要求具有良好综合力学性能的重要零件，一般需经调质处理后使用。如汽车、拖拉机、机床等上的齿轮、轴类件、连杆、高强度螺栓等。它是机械结构用钢的主体。（3）弹簧钢：指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现永久变形§2～2常用金属材料合金钢的牌号是按照合金钢中碳的质量分数及所含合金元素的种类（元素符号）和其质量分数来编制。一般牌号的首位数字表示碳的平均质量分数，对于结构钢，以万分数计，对于工具钢，以千分数计。当钢中某种合金元素的平均质量分数小于1.5%时，牌号中只标出元素符号，不标明含量；当元素含量为1.5%～2.5%、2.5%～3.5%、……时，在该元素后用整数2、3、……标出其近似含量（如合金弹簧钢60Si2Mn）。滚动轴承钢的牌号前面以“G”（滚字汉语拼音字首）为标志，其后为铬元素符号Cr，其含量的质量分数以千分之几表示，其余与合金结构钢的牌号规定相同（如GCr15SiMn钢）。§2～2常用金属材料（二）工具钢1．碳素工具钢碳素工具钢是高碳钢，其牌号用碳字汉语拼音的第一个字母T及平均含碳量的千分数表示，例如T8，表示碳素工具钢，平均含碳量为0.8%。§2～2常用金属材料2．合金工具钢合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入适量的合金元素发展起来的。其中又可分为刃具钢、模具钢和量具钢。合金工具钢的牌号由“一位数（或不标数字）+元素符号+数字”三部分组成。当钢中ωc≤1.0%时，合金工具钢的牌号前的数字（一位数）表示碳的平均质量分数为千分之几；当钢中ωc≥1.0%时，为了避免与合金结构钢相混淆，牌号前不标数字；后面的元素符号及数字表示合金元素的平均质量分数。§2～2常用金属材料（1）刃具、量具用的合金工具钢主要用于制造金属切削刀具的合金钢。刃具钢要具有高的硬度、高的耐磨性、高的热硬性及足够的韧性与塑性。低合金工具钢最高工作温度一般不超过300℃，主要用于低速切削刀具。常用的牌号有9Mn2V、9SiCr、Cr06、CrWMn等主要用于冲模、冷压模、丝锥、板牙、绞刀、拉刀、钻头、冷轧辊、量规及量具等；CrWMn、Cr2及4Cr13、9Cr18等，主要用于制造高精度量规、高精度块规、形状复杂的样板及耐腐蚀的量具等。§2～2常用金属材料（2）模具用的合金工具钢用来制造使金属塑性变形所用的模具的钢材。根据使用条件的不同，分为冷作模具钢和热作模具钢。冷作模具钢工作温度最高在200~300℃之间。该钢种要有高的硬度和耐磨性，以保证模具的形状和尺寸不变；要有高的强度和足够的韧性，以保证工作时承受压力、弯曲力、冲击力等，不易断裂。常用的牌号有T10A、9Mn2V、CrWMn、Cr12、Cr12MoV等。热作模具钢工作温度最高在300℃以上。该钢种要有一定的硬度和耐磨性，在高温下有高的强度和足够的韧性，有良好的导热性、抗氧化性及耐热疲劳性。常用的牌号有5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V等。§2～2常用金属材料（3）高速工具钢是一种高碳高合金工具钢，由于它具有较高的热硬性，切削温度高达500~600℃时其硬度仍不降低，能以比低合金工具钢更高的切削速度进行切削，故而称为高速钢。常用的牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Al、W10Mo4Cr4V3Al等。主要用于制造较高速度切削的刃具，如车刀、刨刀、钻头、铣刀、插齿刀、绞刀、滚刀、拉刀等。§2～2常用金属材料（三）不锈钢不锈钢属于特殊性能钢，通常是不锈钢（耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质腐蚀的钢）和耐酸钢（耐酸、碱、盐等强度腐蚀介质腐蚀的钢）统称，全称不锈耐酸钢，广泛用于化工、石油、卫生、食品、建筑、航空、原子能等行业。其性能要求是要有优良的耐蚀性不锈钢的牌号与合金工具钢基本相同。当碳的质量分数小于0.08%及小于0.03%时，在牌号前分别冠以“0”及“00”表示。§2～2常用金属材料（四）铸造碳钢铸造碳钢的牌号是用“铸钢”两字的汉语拼音字首ZG与两组数字组成，第一组数字代表屈服强度最低值，第二组数字代表抗拉强度最低值。如ZG230-450表示屈服强度大于230MPa，抗拉强度大于450MPa的铸造碳钢。§2～2常用金属材料§2～2常用金属材料二、铸铁铸铁是应用广泛的一种铁碳合金材料，基本上以铸件形式使用。1.灰铸铁我国灰铸铁的牌号用“HT”和其后的一组数字表示，“HT”表示“灰铁”二字的汉语拼音字首，后面的数字为最低抗拉强度，单位为MPa。灰铸铁有六种，HT100，HT150，HT200，HT250，HT300，HT350。如HT200用于制造汽缸体、缸盖、机座等§2～2常用金属材料2.球墨铸铁我国球墨铸铁牌号由“QT”加上两组数字组成，“QT”表示“球铁”二字的汉语拼音字首，其后两组数字分别表示最低抗拉强度和最低断后伸长率。主要用于制造汽车、拖拉机轮毂（gu）、中低压阀门等。§2～2常用金属材