【正文】 50 第 十一 章 機(jī)械工程常用材料 授課學(xué)時(shí)： 1學(xué)時(shí) 51 碳鋼的主要成分為鐵和碳兩種元素 ， 此外還含有少量的錳 、 硅 、 硫 、 磷 、 氫 、 氧等元素 。 （ 3） 碳素工具鋼 用來制造各種刃具 、 量具 、 模具 。 按 含合金元素?cái)?shù)量多少 分為 低合金鋼 、 中合金鋼和高合金鋼 ；按所 含合金元素質(zhì)量高低 分為 鉻鋼 、 鉻鎳鋼 、 錳鋼和硅錳鋼 等；按 用途 分為合金結(jié)構(gòu)鋼 、 合金工具鋼和特殊性能鋼 。 Cw （ 2） 合金工具鋼 ① 不銹鋼 ：具有很高的耐腐蝕性 ， 主要用來制作在各種腐蝕介質(zhì)中工作并具有較高抗腐蝕能力的零件 ， 如化工裝置中的各種管道 、 泵 ， 醫(yī)療器械和日常生活用品等； ② 耐熱鋼 是指在高溫下具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和強(qiáng)度的鋼 ， 主要用于汽輪機(jī) 、 內(nèi)燃機(jī) 、 鍋爐等設(shè)備中 。 常用于制造形狀復(fù)雜 、 承受沖擊和振動(dòng)載荷的零件 ， 如汽車的后橋外殼 、 管接頭等 。 Cw 55 工程上通常將鋼鐵材料以外的金屬及其合金 ， 稱為 有色金屬及其合金 （ 或 非鐵金屬及其合金 ） 。 按純鋁中鋁的含量不同 ， 純鋁可分為： 高純鋁 （ 鋁含量為 ～ %） ， 主要用于科學(xué)研究和制作電容器 。 純銅呈 紫紅色 ， 俗稱 紫銅 ， 主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金；由于強(qiáng)度低 ， 不宜作結(jié)構(gòu)件 。 主要用于鉚釘 、 管道 、 受力構(gòu)件及高載荷零件 ， 形狀復(fù)雜的鍛件 。 按化學(xué)成分 ， 黃銅可分為 普通黃銅 和 復(fù)雜黃銅 。 鑄造黃銅主要用于散熱器和耐腐蝕 、 耐磨零件 ， 如軸承 、 襯套等 。 鑄造青銅主要用于閥門 、泵體 、 齒輪及軸承等耐磨零件 。 如鋁鎂合金可以被擠壓成角形型材 、 丁字型材 、 槽形型材 、 工字型材 。 鋼的熱處理 是把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度后保溫一段時(shí)間 ， 再以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度進(jìn)行冷卻 ，從而改變鋼的內(nèi)部組織 ， 以獲得預(yù)期的性能的工藝方法 。 （ 2） 正火 將鋼件加熱到某一合適溫度范圍 ， 保溫一段時(shí)間后 ， 從爐中取出工件在空氣中冷卻的熱處理方法 。 61 Cw （ 4） 回火 將淬火后的鋼件加熱到某一合適溫度 ， 保溫一段時(shí)間后 ， 然后冷卻到室溫的熱處理方法 。 特殊熱處理可分為 表面熱處理和化學(xué)熱處理 。 鋼的表面淬火是通過感應(yīng)加熱 、 火焰加熱等快速加熱方法將工件表面迅速地加熱到某一個(gè)溫度 ， 在心部組織尚未發(fā)生相變時(shí) ， 立即予以淬火冷卻 ， 使工件表層發(fā)生相變 ， 獲得硬且耐磨的組織的一種工藝 。 滲碳 是將鋼件放在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫 ， 使碳原子滲入到鋼件表層的化學(xué)熱處理 。它包括工程塑料 、 橡膠 、 纖維和粘結(jié)劑 。 64 Cw 陶瓷 是指用各種粉狀原料做成一定形狀后 ， 在高溫窯爐中燒制而成的一種非金屬固體材料 。 復(fù)合材料的 性能特點(diǎn) 是：比強(qiáng)度和比剛度高；抗疲勞性能好；抗斷裂能力強(qiáng)；減震能力強(qiáng)；高溫性能好 。 66 Cw 機(jī)械設(shè)計(jì)不僅包括機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 、 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ， 還包括零件的材料選擇 。 67 Cw 使用性能 是指零件在工作狀態(tài)下為了完成所規(guī)定的功能 ， 要求材料應(yīng)具有的力學(xué)性能 、 物理和化學(xué)性能 。 ② 工作環(huán)境情況 包括物理環(huán)境 （ 溫度 、 摩擦等 ） 和化學(xué)環(huán)境 （ 酸 、 堿 、 鹽的腐蝕等 ） 。 經(jīng)濟(jì)性 也是選材的根本原則之一。 （ 2）齒部承受一定的沖擊載荷。 （ 3） 齒面點(diǎn)蝕 即齒面接觸疲勞破壞，在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微裂紋，微裂紋發(fā)展，引起點(diǎn)狀剝落。 （ 3）應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和沖擊韌性。此外，這類鋼的工藝性能好，經(jīng)濟(jì)上也較合理。 （ 3） 型材 是鋼、有色金屬或塑料等通過軋制、拉拔、擠壓等方式生產(chǎn)出來的，沿長(zhǎng)度方向橫截面不變的材料。 （ 1） 適用性原則 （ 2） 經(jīng)濟(jì)性原則 毛坯的選擇 72 Cw（ 1） 零件材料對(duì)工藝性能的要求 。 。 （ 3） 零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸和設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。 （ 4） 焊接件 用焊接方法組合在一起的毛坯。 71 Cw （ 1） 鑄件 適用于制作形狀復(fù)雜的零件毛坯，尤其是用其他方法難以成形的復(fù)雜件毛坯。 齒輪類零件材料要求的性能主要是疲勞強(qiáng)度高，并且應(yīng)有足夠的沖擊韌性。 70 Cw（ 1） 應(yīng)具有較高的彎曲疲勞強(qiáng)度 。 （ 1） 疲勞斷裂 是齒輪最嚴(yán)重的失效形式，主要在根部發(fā)生。 69 Cw 齒輪是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的零件之一，主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩和調(diào)節(jié)速度。 68 Cw 工藝性能 是指材料加工的難易程度 。 零件材料的使用性能是在充分分析零件工作條件和失效形式基礎(chǔ)上提出的 。 選擇零件材料時(shí)必須保證零件在使用過程中具有良好的工作性能 ， 在加工過程中具有良好的工藝性能 ， 并盡量降低零件的成本 。 按基體和增強(qiáng)相不同 ， 復(fù)合材料的分類 。 陶瓷的 性能特點(diǎn) ：剛性和硬度在各種材料中最高；抗拉強(qiáng)度很低 、 抗彎強(qiáng)度較好 、 抗壓強(qiáng)度非常高；在室溫下幾乎沒有塑性；韌性極低 、 脆性極高 ， 抗沖擊韌性極差 （陶瓷的最大缺點(diǎn) ） ；熱膨脹系數(shù)低；導(dǎo)熱性差 ， 是較好的絕緣材料；熱穩(wěn)定性很低 ， 在不同溫度范圍波動(dòng)時(shí)容易破裂 （ 陶瓷的又一缺點(diǎn) ） ；化學(xué)穩(wěn)定性好 ， 具有很高的耐火性或不可燃性 ， 是很好的耐火材料；另外 ， 陶瓷對(duì)于酸 、堿 、 鹽等腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)均有較強(qiáng)的抗蝕能力 。 此過程可重復(fù)進(jìn)行 。 碳氮共滲 是同時(shí)向鋼件表面滲入碳和氮的工藝 。 化學(xué)熱處理 是指將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫 ， 使一種或幾種元素滲入它的表面 ， 達(dá)到改變表層的成分 、 組織和性能 ， 滿足技術(shù)要求的熱處理工藝 。 表面熱處理 是指僅對(duì)鋼的表面進(jìn)行加熱 、 冷卻 ， 改變其表層組織和性能而不改變其內(nèi)部的組織和性能的熱處理工藝 。 （ 5） 調(diào)質(zhì)處理 是指淬火加高溫回火的熱處理工藝 。 （ 3） 淬火 將鋼件加熱到某一合適溫度范圍 ， 保溫一段時(shí)間后 ， 在水中或油中急劇冷卻的熱處理方法 。 常規(guī)熱處理包括 ： （ 1） 退火 將鋼件加熱到某一合適溫度范圍 ， 保溫一段時(shí)間后 ， 在爐中或埋入導(dǎo)熱性差的介質(zhì)中 ， 使其緩慢冷卻的熱處理方法 。 鐵碳合金的成分不同 （ 碳和鐵的含量不同 ） ， 則內(nèi)部組織和性能不同 ， 在實(shí)際中應(yīng)用也不同 。銅合金一般分為黃銅和青銅。 青銅可分為壓力加工青銅 （ 以青銅加工產(chǎn)品的形式供應(yīng) ） 和鑄造青銅 。 其中 ， 普通黃銅主要用于機(jī)械及電器零件 、沖壓件 、 散熱器外殼等 。 主要用于形狀復(fù)雜的零件 ， 如汽車 、 飛機(jī) 、 儀器零件和抽水機(jī)殼體等 。 鋁合金一般分為 變形鋁合金 和 鑄造鋁合金 。 工業(yè)純鋁 （ 鋁含量為 ～ %） ， 用于制作電線 、 電纜 、 日用器皿及配制合金 。 （ 1） 鋁及其合金 密度小 、 比強(qiáng)度高；導(dǎo)電性好 、 抗大氣腐蝕能力好；磁化率極低；具有良好的冷成形 、 切削加工和鑄造成形性能 。 （ 4） 蠕墨鑄鐵 其強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵 ， 并具有一定的韌性 、 較高的耐磨性和良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性能 ，主要用于制造氣缸蓋 、 氣缸體等 。 （ 1） 灰鑄鐵 拉伸強(qiáng)度和塑性較低 ， 但價(jià)格便宜 ， 主要用來制造閥殼 、 軸承座 ， 機(jī)床底座 、 床身 、 滑臺(tái)等 。 機(jī)床的各種重要零件 ， 如齒輪 、 連桿； ④ 彈簧鋼 ， 主要用于制造各種彈簧和彈性組件； ⑤ 滾動(dòng)軸承鋼 ， 主要用于制造軸承中的滾動(dòng)體 （ 如滾柱 、 滾針等 ） 、 內(nèi)外滾套 。 Cw 52 合金鋼 是指特意加入合金元素的碳鋼 。 （ 1） 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼簡(jiǎn)稱碳鋼 ， 磷 、 硫含量較高 ，多用于工程結(jié)構(gòu)件 ， 如軋制鋼板 、 鋼筋 、 鋼管 、 建筑物構(gòu)件 、 普通螺釘 、 螺母等 ， 其中 Q