【正文】 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 單位：勞動(dòng)服務(wù)公司機(jī)加廠 主講：曾雋平 2023年 6月 第一章 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 金屬材料基礎(chǔ)知識(shí) 2 第一節(jié)、常用材料比重和合金 元素符號(hào) 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 3 第二節(jié)、鋼鐵材料 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 一、鑄鐵 即生鐵。指含碳量為 ~%的鐵碳合金。依照室溫組織的不同，可將鑄鐵分為如下三類(lèi)：亞共晶鑄鐵：含碳量＜ %； 共晶鑄鐵：含碳量 %；過(guò)共晶鑄鐵：含碳量＞ % 。按主要性能和使用特性分為： ╭ 灰口鑄鐵(HT)、球墨鑄鐵 (QT)、可鍛鑄鐵（ KT） 鑄鐵 〈 抗磨鑄鐵 (KmT〉 、耐蝕鑄鐵 (ST) ╰ 耐熱鑄鐵 (RT) 代號(hào)用漢語(yǔ)拼音帶抗拉強(qiáng)度表示。 二、鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼的含碳量小于 %，而以小于 %的最為常用，即以低碳鋼為主。這類(lèi)鋼盡管硫、磷等有害雜質(zhì)的含量較高，但性能仍能滿(mǎn)足一般工程結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)及一些機(jī)件的使用要求，且價(jià)格低廉，因此在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)得到廣泛應(yīng)用?？晒┖附?、鉚接及栓接構(gòu)件之用，廣泛應(yīng)用于橋梁、船舶、建筑工程中制作各種靜負(fù)荷的金屬結(jié)構(gòu)件、不需熱處理的一般機(jī)械零件和普通焊接件，是一種用途非常廣泛的工程用鋼。 4 依據(jù) GB70088國(guó)標(biāo)規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)以屈服點(diǎn) “屈 ”字的漢語(yǔ)拼音首位字母 Q和后面三位數(shù)字來(lái)表示，如 Q21 Q23 Q255等，每個(gè)牌號(hào)的數(shù)字均表示該鋼種在厚度小于 16mm時(shí)的最低屈服點(diǎn)（ MPa）。在鋼的牌號(hào)尾部，可用A、 B、 C、 D表示鋼的質(zhì)量等級(jí)。其中 A為普通級(jí)， B、 C、D表示硫、磷含量較低的優(yōu)等級(jí)別。在牌號(hào)的最后還可用符號(hào)標(biāo)志其冶煉時(shí)的脫氧程度，如對(duì)未完全脫氧的沸騰鋼標(biāo)以符號(hào) “F”，而對(duì)已完全脫氧的鎮(zhèn)靜鋼則表以 “Z”或不標(biāo)符號(hào)。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是含少量合金元素（一般含合金總量小于 3%）的普通合金鋼，它強(qiáng)度較高，加工和焊接工藝性較好，生產(chǎn)成本接近碳素鋼，如 Q295(12Mn)、 Q345(16Mn)。 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 5 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 硫、磷含量較低（ ≤%），依據(jù) GB6991999，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，即鋼中平均含碳量的 萬(wàn)分?jǐn)?shù) 。對(duì)于沸騰鋼則在尾部增加符號(hào) F,如 08F， 15F等。半鎮(zhèn)靜鋼注“ b”，鎮(zhèn)靜鋼一般不注。當(dāng)鋼中錳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）小于 %時(shí)，稱(chēng)為普通含錳量?jī)?yōu)質(zhì)碳素鋼；當(dāng)錳含量在 %—%之間時(shí)稱(chēng)為較高含錳量?jī)?yōu)質(zhì)碳素鋼，在尾部標(biāo)以“ Mn”，錳的含量增多，可以提高鋼的淬透性。因此，比普通錳含量鋼強(qiáng)度較高，韌性和塑性稍低，硬度和耐磨性提高。 根據(jù)優(yōu)質(zhì)碳素鋼含碳量的不同，分為 低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼 ： 低碳鋼 的含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） ≤%，由于含碳量低，因而強(qiáng)度低，硬度低，但塑性、韌性高，可鍛性和焊接性好，冷塑性變形能力高。一般不采用熱處理，還可作為滲碳鋼，用于制造表面滲碳處理的中小機(jī)械零件和要求不高的模具。 6 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 中碳鋼 的含碳量為 %— %，強(qiáng)度、硬度較高，塑性、韌性稍低，熱鍛、熱壓性能良好，冷作變形能力較好，切削性能較佳，但焊接性較差，主要用于制造較大負(fù)載的機(jī)械零件。由于含碳量較高，可采用熱處理強(qiáng)化，多屬于調(diào)質(zhì)鋼（ 4 50鋼是最常用的中碳調(diào)質(zhì)鋼）。 高碳鋼 的含碳量在 %以上，焊接性能低。因?yàn)樘己扛?，所以水淬常產(chǎn)生裂紋，一般采用水淬油冷雙液淬火，而小尺寸截面零件一般采用油淬為佳。主要應(yīng)用于耐磨零件及彈簧。 合金結(jié)構(gòu)鋼 是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入適量的一種或幾種合金元素而形成的，它比碳素結(jié)構(gòu)鋼的綜合性能要好，如 20Mn 35SiMn、 40Cr、 20CrMnTi等。 7 工具鋼 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 工具鋼分為 碳素工具鋼、高速工具鋼、合金工具鋼 碳素工具鋼 是指含碳量在 %— %范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)高碳鋼，代號(hào)用 T表示碳素工具鋼，后面數(shù)字表示含碳量的千分之幾（如T T12A）等。這類(lèi)鋼由于耐熱性能很差（ 200~250℃ ），允許的切削速度很低，一般僅適用于尺寸較小、低速的手動(dòng)切削工具及形狀較簡(jiǎn)單的模具和量具。 合金工具鋼 是指含鉻、鎢、硅、錳、鉬、釩等合金元素的低合金鋼。合金工具鋼有較高的耐熱性 (300～ 400℃ )，可以允許在較高的切削速度下工作；耐磨性較好，因此可用于截面積較大，要求熱處理變形較小，對(duì)耐磨性及韌性有一定要求的低速切削工具，如板牙、手用絲錐、鉸刀、拉刀等。常用的有： 9SiCr、CrWMn等。 8 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 高速工具鋼 高速工具鋼也叫高速鋼，是一種加入了較多鎢 (W)、鉬 (Mo)、鉻 (Cr)、釩 (V)等合金元素的高合金工具鋼，含碳量在 %— %之間，合金元素在 10%— 20%范圍內(nèi)，較明顯的提高了鋼的硬度、淬透性、耐磨性及熱硬性，在 500℃ ～600℃ 溫度時(shí)，仍具有高的硬度，鑄造鈷基合金在 700℃ ～850℃ 時(shí)的硬度仍無(wú)顯著變化。 高速鋼代號(hào)表示方法：含碳量 ≥%時(shí)不予標(biāo)出，＜ %時(shí)，數(shù)字為千分之幾，后面是元素符號(hào)，數(shù)字是平均含量的百分之幾，平均合金含量＜ %鋼號(hào)中僅標(biāo)明元素，平均合金含量 ≥%， %、 %……%時(shí)，相應(yīng)寫(xiě)成 4……24，如 W18Cr4V表示含碳量大于 %，含鎢 18%，含鉻 4%，含釩小于 %。高速鋼具有優(yōu)良的綜合性能，是應(yīng)用較多的一種刀具材料。 9 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 按用途不同可分為： 通用型高速鋼 和 高性能高速鋼 。 通用型高速鋼 的碳 (C)含量 %～ %，是中等熱穩(wěn)定性高速鋼，具有一定的硬度（ 63～ 66HRC）和耐磨性，高的韌性和強(qiáng)度，良好的塑性和磨削性，廣泛用于制造各種復(fù)雜刀具，切削硬度在 250～ 280HBW以下的大部分結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵。 高性能高速鋼 是指在通用型高速鋼的成分中再增加一些含碳量、含釩量，有時(shí)添加鈷、鋁等合金元素以提高耐熱性和耐磨性的鋼種，其熱穩(wěn)定性高，加熱到630℃ ～ 650℃ 時(shí)仍保持 60HRC的硬度，具有更好的力學(xué)性能，壽命約為通用型高速鋼的 ～ 3倍。 10 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 按制造方法不同可分為：熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。粉末冶金高速鋼是用細(xì)小的高速鋼粉末（直徑 ～）在高溫（ ≈1100℃ ）高壓（ ≈100MPa）下直接壓制而成的，完全避免了碳化物偏析。粉末冶金高速鋼和熔煉高速鋼相比，強(qiáng)度比一般高速鋼提高一倍，韌性提高～ 2倍。硬度提高 ～ 1HRC。適合做插齒刀、銑刀等受沖擊大的刀具。 按化學(xué)成分（主要按含鎢量）：含鎢 12%～ 18%的鎢高速鋼（用 W18Cr4V做鉆頭、銑刀等； W12Cr4V4Mo做車(chē)刀，刨刀；9W18Cr4V2等）；含鎢 6%～ 8%的鎢鉬高速鋼：有 W6Mo5Cr4V2（耐溫高，價(jià)格低）；含鎢 2%和不含鎢的鉬高速鋼。 11 硬質(zhì)合金 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 硬質(zhì)合金是以難溶的金屬碳化物（碳化鎢 WC、碳化鈦TiC）為基礎(chǔ)，以金屬粘結(jié)劑（如鈷 Co）為粘合劑，混合壓制成型后燒結(jié)而成。 硬質(zhì)合金可分為碳化鎢基和碳（氮）化鈦基兩大類(lèi)。我國(guó)最常用的碳化鎢基硬質(zhì)合金有：鎢鈷類(lèi)（如 YG3X、 YGYG8等）和鎢鈦鈷類(lèi)（如 YT YT1 YT5等），近年來(lái)，新牌號(hào)的硬質(zhì)合金得到了快速發(fā)展。硬質(zhì)合金也是用的叫普遍的一種刀具材料。 另外因?yàn)樗捕雀撸湍バ院?，常做冷精鍛凹模，壽命可以達(dá)到幾十萬(wàn)件甚至上百萬(wàn)件。但是硬質(zhì)合金的韌性比工具鋼差得多 , 基本上不能承受拉應(yīng)力，因此在做凹模時(shí) ,給硬質(zhì)合金模芯加上預(yù)應(yīng)力圈，讓硬質(zhì)合金模芯內(nèi)表面處于壓應(yīng)力狀態(tài)，這樣在工作時(shí)可以抵消拉應(yīng)力。 12 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)： a、 硬度比高速鋼高很多。（達(dá)到 HRA88～ 91或 HRC76～ 79，比高速鋼 HRC63～ 66高）。 b、 抗彎強(qiáng)度只相當(dāng)高速鋼的 1/2～ 1/3。 (高速鋼 3000～ 4000MPa，硬質(zhì)合金 1000多 MPa) c、 韌性比高速鋼低得多（高速鋼抗拉強(qiáng)度 1500～ 2400MPa，硬質(zhì)合金＜ 800MPa）。 d、 熱物理性能：硬質(zhì)合金的熱導(dǎo)率是高速鋼的 2～ 3倍。 e、 耐熱性比高速鋼高很多。硬質(zhì)合金在 800～ 1000℃ 時(shí)尚可進(jìn)行切削，在高溫下有良好的抗塑性變形的能力。 f、 抗粘結(jié)性高于高速鋼，抗粘結(jié)磨損能力強(qiáng)。（高速鋼粘結(jié)溫度 575℃ ，鎢鈷類(lèi)粘結(jié)溫度 625～ 750℃ ，鎢鈦鈷類(lèi) 775～850℃ ）。 g、 化學(xué)穩(wěn)定性：氧化溫度高于高速鋼。 13 第三節(jié)、金屬材料的力學(xué)性能 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 金屬材料的主要力學(xué)性能有：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等。 強(qiáng)度：強(qiáng)度是金屬材料在力的作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力，強(qiáng)度有多種判據(jù)，工程上以屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度最為常用。 (1)、屈服點(diǎn) 它是指拉伸試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力?？捎?jì)算： Fs Fs—— 試樣發(fā)生屈服時(shí)所承受的最大載荷， (N)； σs= ── (MPa) Ao Ao—— 試樣原始截面積， (mm) 178。 (2)、抗拉強(qiáng)度 指金屬材料在拉斷前所承受的最大應(yīng)力，以 σb表示。 以下式表示： Fb Fb—— 試樣在拉斷前所承受的最大載 (N)； σb= ── （ MPa） Ao 由于機(jī)器零件或構(gòu)件工作時(shí)，通常不允許發(fā)生塑性變形，因此多以屈服點(diǎn) σs作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。對(duì)于脆性材料，因斷裂前基本不發(fā)生塑性形變，故無(wú)屈服點(diǎn)可言，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，則以 σb為依據(jù)。 14 常用鋼材的力學(xué)性能 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 15 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 16 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 塑性： 塑性是指金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力，通常以伸長(zhǎng)率 δ來(lái)表示： L1—L0 L0——試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度 mm； δ = ─── 100% 式中： L0 L1試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度 mm 。 伸長(zhǎng)率的數(shù)值與試樣尺寸有關(guān)，因而試驗(yàn)時(shí)應(yīng)對(duì)所選定的試樣尺寸做出規(guī)定，以便進(jìn)行比較。如 ι0=10d 0時(shí)，用 δ10表示或 δ表示； L0=5d 0時(shí)，用 δ5表示 金屬材料的塑性也可用斷面收縮率 ψ表示： Ao –A1 Ao——試樣的原始截面積， mm178。 ψ= ─── 100% Ao A1——試樣拉斷后斷口處截面積 mm δ和 ψ值愈大，材料的塑性愈好。良好的塑性不僅是金屬材料進(jìn)行軋制、鍛造、沖壓、焊接的必要條件，而且在使用時(shí)萬(wàn)一超載，由于產(chǎn)生塑性變形，能夠避免突然斷裂。 17 硬度 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕的能力稱(chēng)為硬度。硬度是衡量金屬軟硬的判據(jù)。硬度直接影響到材料的耐磨性及切削加工性。 布氏硬度（ HB） 以直徑為 D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，在載荷 F的靜壓力下，將壓頭壓入被測(cè)材料的表面，停留若干秒后，卸去載荷，然后采用帶刻度的專(zhuān)用放大鏡測(cè)出壓痕直徑 d，并依據(jù) d的數(shù)值從專(zhuān)門(mén)的硬度表格中查出相應(yīng)的 HB值。 布氏硬度通常用于 HB值小于 450的材料，如灰鑄鐵，非鐵合金或較軟的鋼材，將鋼球壓頭測(cè)出的硬度值標(biāo)以 HBS，而將硬質(zhì)合金球測(cè)出的硬度值標(biāo)以 HBW。 洛氏硬度（ HR） 在特定的壓頭上以一定壓力壓入被測(cè)材料，根據(jù)壓痕深度來(lái)度量材料的硬度，稱(chēng)為洛氏硬度。 HRC是用 1471N (150kg/f)載荷，將頂角為 120176。 的金剛石圓錐形壓頭壓入金屬表面測(cè)得的洛氏硬度值。主要用于測(cè)定淬火鋼及較硬的金屬材料。 18 機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié)、