第一章 机械零件的常用材料

第一章机械零件的常用材料和结构工艺性§1-1机械零件的常用材料一、现代工业中的材料及发展趋势人类使用材料已经有几万年的历史;机械工程材料已不仅是工业生产的基础，而且成为推动工业技术不断前进的重要保证。材料分为三大类:金属材料,非金属材料,复合材料。材料：1.金属材料：分为黑色金属(钢铁)材料和有色金属(非铁金属及其合金)；2.复合材料：通常指将两种以上材料用人工方法合成的材料。(金属陶瓷、强化塑料)3.非金属材料：以上两种之外的材料。（玻璃、橡胶、皮革、木材等等）二、常用金属材料的分类从应用的角度将材料分大类一类是以机械性能为主要的“结构材料”.另一类叫做“功能材科”——是指那些具行特异物理化学性质的材料，如超导材料、激光材料、半导体材料、形状记忆材料等。机械工程中所用的主要是结构材料。近年来，材料迅速发展，其总的趋势是金属材料的统治地位巳被动摇，开始出现金属材料、陶瓷材料和高分子材料三足鼎立的局面。三、常用金属材料的机械性能和命名方法钢定义：含碳量2%的铁碳合金.分为:结构钢、工具钢、特殊钢。结构钢:按钢的品质分为:普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金钢、铸钢。普通碳素结构钢：含硫量0.05%，含磷量0.045％的钢.特点:塑性好;所以，其焊接性能、冲压性能都好；但是强度低些。牌号:用材料的屈服点数值前加Q（屈服的首字母）如：Q235。(表示材料的屈服点数值=235MPa)性能等级:A、B、C、D(从低到高)优质碳素结构钢：含硫量0.035%，含磷量0。035％的钢.牌号:用两位数字表示;数字代表该钢的平均含碳量为万分之几。（如：45钢，含碳量为:0.45%）。优质碳素结构钢根据含碳量的多少又可以分为：低碳钢:（含碳量0.25%)强度和硬度低，塑性和焊接性能好;中碳钢:（0.25%含碳量0.6%)综合性能好，应用最广;高碳钢:（0.6%含碳量)硬度大，耐磨。合金钢：在碳素结构钢中加入合金元素所形成的材料。目的:为改善钢的力学、工艺或者物理性能;牌号:用数字和合金元素符合表示。前面的数字为:含碳量(万分之)，合金元素后面数字为:其含量(%)，合金元素含量1.5%时，省略。如:60Si2Mn（含碳量C0.6%,含硅量Si2%,含锰量Mn1.5%)。合金钢牌号后面加A，则表示优质——其他材料铸钢：含碳量2%可用于铸造毛坯。牌号：ZG+σ0.2*(屈服)－σb(抗拉)如ZG230–450(表示其σs=230MPa,σb=450MPa)σ0.2是应变ε=0.2时的应力值.铸铁：含碳量2%特点：脆性大，不宜焊接和锻压.常见的有：灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等.牌号：灰口铸铁(HT)、球墨铸铁(QT)、可锻铸铁(KT).如HT150(表示灰口铸铁,其σb=150MPa)有色金属：铜、铝等合金;见P8和表1－6，1－7.工程塑料。——常用钢材的命名及其性能钢牌号σb抗拉强度MPaσs屈服点MPa普通碳素结构钢Q215Q255335~345410~550215255优质碳素结构钢2045410600245355合金结构钢20Cr35CrMo835980540835铸钢ZG200-400ZG310-570400570200310四、金属材料的热处理钢的热处理就是:对固态的钢材加热的一种处理方法.目的：通过不同温度的加热、保温和冷却的工艺方法，使钢的内部结构发生变化，从而达到改善钢材性能（硬度、强度、韧性、可加工行等等）的目的，从而可以提高零件的质量，尽量降低成本.方法：退火、正火、淬火、回火和调质及化学处理等方法.五、热处理方法退火：加热临界温度以上、保温、随炉冷却目的:消除内应力正火：加热临界温度以上、保温、空气冷却目的:改善材料的综合力学性能淬火：加热临界温度以上、保温油冷水冷特点：硬度、脆性增大，内应力增加甚至开裂回火：把淬火后的零件再次加热到一定温度(低于临界温度),保温一定时间,然后在空气中冷却.再次加热到一定温度:150~250Cº:低温回火;350~500Cº:中温回火;500~650Cº:高温回火;调质：淬火+高温回火表面淬火：高频淬火、火焰表面淬火六、化学热处理(把零件放入化学介质中加热保温使介质元素渗入零件表层中,使其化学成分改变,从而使表层的组织性能变化.)渗碳：钢材的特点-C低则软。渗碳可提高表面硬度和耐磨性，心部仍保持塑性和韧性。用于低碳钢和低碳合金钢渗氮：可在表面形成高硬度层，但是不能承受大的冲击和压力渗氮零件。用于低碳钢和中碳钢氰化处理：碳氮共渗以后，淬火，低温回火具有前两种的共同优点用于低碳钢和中碳钢七、选材原则1.满足使用方面的要求载荷性质：拉、压、冲击、交变等工况条件：温度、环境、腐蚀重量尺寸：重要程度:2.满足工艺方面的要求3.满足经济方面要的求§1-2零件的结构工艺性工艺性：就是结构设计中一些具体结构的具体处理方式。它是大量工程经验的总结。原则是：以最低的成本和最少的劳动造出合格的便于替换的零件。具体情况怎么处理，参考P13－17(表1-9等）。结构设计中的注意事项：1.要便于零件毛坯的制造2.要便于零件的机械加工3.要便于零件的装卸和可靠定位§1-3机械设计中的标准化目的：保证质量、减轻设计工作量，便于零件互换和组织专业化的生产，以降低成本。（设计要尽量遵守标准、选用标准件）标准有:国家标准(GB)、行业标准、专业标准。强制性国家标准(1993实行）：代号：GBxxxx(序号）－xxxx（批准年号）***必须严格遵照执行,否则就是违法.推荐性国家标准(1993实行）：代号：GB/Txxxx(序号）－xxxx（批准年号）***无特殊理由和特殊需要,必须遵守.准备转为行业标准的国家标准：代号：GB/*xxxx(序号）－xxxx（批准年号）