【正文】 Q——鋼材屈服點(diǎn)“屈”字漢語(yǔ)拼音首位字母；A、B、C、D——質(zhì)量等級(jí)；F——沸騰鋼“沸”字漢語(yǔ)拼音首位字母；b——半鎮(zhèn)靜鋼“半”字漢語(yǔ)拼音首位字母；Z——鎮(zhèn)靜鋼“鎮(zhèn)”字漢語(yǔ)拼音首位字母；TZ——特殊鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”兩字漢語(yǔ)拼音首位字母；（2） 合金結(jié)構(gòu)鋼：鋼的牌號(hào)有表示屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)的數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)三個(gè)部分按順序組成。③特殊性能鋼——特殊的物理化學(xué)性能、如不銹鋼，耐熱、耐磨鋼等。（3） 按用途分類：①結(jié)構(gòu)鋼——制造多種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)。②合金鋼：加入一種或數(shù)種合金元素的鋼稱合金鋼，比碳素鋼有較高強(qiáng)度和韌性，或有特殊性能。中碳鋼: ～%之間,強(qiáng)度高 塑性、焊接性差。磷可與αFe相溶，形成脆性很大的Fe3P，使鋼在高溫下塑性和韌性急劇下降，此現(xiàn)象稱為冷脆性。硫和磷是有害元素。 碳素鋼中還含有少量的硅、錳、硫、磷，它們對(duì)鋼的組織和性能也有很大影響。%，它的強(qiáng)度高,塑性、韌性和硬度介于滲碳體與鐵素體之間.（5） 萊氏體：高溫狀態(tài)下奧氏體和滲碳體的混合物，硬度很高，塑性很差。（4） 珠光體：是鐵素體與滲碳體的混合物，用P表示。（3） 滲碳體：%的鐵與碳的金屬化合物，分子式Fe3C用符號(hào)Cm表示。（2） 奧氏體：碳溶于γFe中的固溶體稱為奧氏體，符號(hào)為A。鐵碳合金的基本組織：（1） 鐵素體：碳溶于αFe中的固溶體稱為鐵素體，符號(hào)為Fe。混合物中多部分仍按自己原來(lái)的晶格形式結(jié)合而成晶體，顯微鏡下可區(qū)別出多組元的晶體。其晶體結(jié)構(gòu)與性能和兩組元都不同，如鐵碳合金中鐵和碳組成的碳化物稱為滲碳體，化學(xué)式為Fe3C。固溶體是合金中一種組元（溶劑）溶解其他組元（溶質(zhì)），或組元之間互相溶解而形成的一種均勻固相，形成單一的均勻物質(zhì)，其中所溶解的組元在顯微鏡下也區(qū)別不出來(lái)。在液態(tài)時(shí)，鐵和碳可以溶解為一個(gè)均勻的液相。鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鋼鐵能夠進(jìn)行熱處理的重要依據(jù)。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程也是重結(jié)晶過(guò)程。非晶體內(nèi)部的原子則雜亂無(wú)章地?zé)o規(guī)則的規(guī)程，如玻璃、瀝青、石臘和松香等都是非晶體。一切固態(tài)物質(zhì)，根據(jù)其內(nèi)部原子的聚集狀態(tài)可分為晶體與非晶體兩大類。目前應(yīng)用的鐵碳合金，%以下，%的鐵碳合金脆性極大，沒(méi)有實(shí)用意義。（三）鐵碳合金的基本組織及性能普通碳鋼和鑄鐵均屬鋼碳合金范疇，合金鋼和合金鑄鐵是有意加入合金元素的鐵碳合金。按工藝方法不同，工藝性能主要有鑄造性能、鍛造性能、焊接性和切削加工性能。工件用途不同，對(duì)金屬材料的物理性能要求不一樣金屬材料的化學(xué)性能主要指金屬材料在定溫或高溫條件下抵抗活潑介質(zhì)對(duì)其浸蝕的能力。另外，改善零件結(jié)構(gòu)形狀避免應(yīng)力集中；降低表面粗糙度；采取表面強(qiáng)化處理等都能有效提高金屬工件的抗疲勞能力。生產(chǎn)中多數(shù)金屬工件是在交變負(fù)荷下工作的，疲勞破壞是破裂的主要形式。當(dāng)鋼鐵材料的循環(huán)次數(shù)達(dá)到107，有色金屬的循環(huán)次數(shù)達(dá)到108 時(shí)，若試樣仍不發(fā)生疲勞破壞，其最大應(yīng)力稱為該材料的疲勞極限。在交變負(fù)荷作用下金屬工件所受應(yīng)力大小和斷裂前應(yīng)力交變循環(huán)的次數(shù)有關(guān)。這種周期變化的負(fù)荷稱為交變負(fù)荷。強(qiáng)度越高，壽命越長(zhǎng)，設(shè)計(jì)中可不必過(guò)分追求高沖擊值?，F(xiàn)在普通采用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料的沖擊韌性。 硬度表示金屬材料在局部范圍內(nèi)對(duì)塑性變形的抗力，所以硬度與強(qiáng)度間有一定的換算關(guān)系。壓痕越深表示材料越軟，硬度值越低。壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)用HBW，適用于布氏硬度值在650以下的材料。 P — 加在淬火鋼球上的負(fù)荷，kgf； D — 淬火鋼球直徑，㎜。以壓痕球狀表面積所承受的平均負(fù)荷作為布氏硬度值，用符號(hào)HBS（HBW）表示。生產(chǎn)中有不同的測(cè)定方法，常用的有布氏硬度和洛氏硬度。硬度硬度是金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，一般說(shuō)，硬度高的材料耐磨性較好，強(qiáng)度也比較高。δ、φ的數(shù)值越大，說(shuō)明金屬材料的塑性越好，反之亦然。式中 φ — 試樣的斷面收縮率，%；F0 — 試樣原橫截面積，㎜2 。（1） 伸長(zhǎng)率：試樣拉斷后標(biāo)距部分所增加的長(zhǎng)度與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比，用δ表示。塑性 塑性是金屬材料受外力作用時(shí)斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。σb= Pb/Fo式中： σb — 抗拉強(qiáng)度，Mpa ； Pb — 試樣拉斷前的最大拉力，N；Fo — 原橫截面積，㎜2 。負(fù)荷超過(guò)S點(diǎn)后，形變量隨負(fù)荷增加而急劇增加，當(dāng)過(guò)B點(diǎn)，形變部位出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，試樣已不能抵抗外力作用，在K點(diǎn)發(fā)生斷裂。產(chǎn)生現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)，用σs表示。當(dāng)負(fù)荷超過(guò)E點(diǎn)，試樣開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形，這一段曲線幾乎呈水平，表明試樣在拉伸過(guò)程中，負(fù)荷不增加甚至有降低，試樣繼續(xù)塑性形變，材料喪失了抵抗變形的能力。金屬材料由彈性變形過(guò)渡到塑性變形時(shí)的應(yīng)力稱為彈性極限，用σe表示。以試樣的受拉力P為縱坐標(biāo)，伸長(zhǎng)值⊿L為橫坐標(biāo)，給制出拉伸曲線。強(qiáng)度可通過(guò)拉力試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。P — 拉伸外力，N；F — 試樣的橫截面積，mm2。在拉伸和壓縮時(shí)應(yīng)力用符號(hào)σ表示。當(dāng)金屬材料受外力作用時(shí)，其內(nèi)部還將產(chǎn)生一個(gè)與外力相對(duì)抗的內(nèi)力，它的大小與外力相等，方向相反。金屬材料的變形和應(yīng)力金屬材料受外力作用時(shí)引起的形狀改變稱為變形。金屬材料的機(jī)械性能主要包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)概述作者：日期：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)概述第一章 金屬材料的有關(guān)問(wèn)題（一） 金屬材料的機(jī)械性能金屬零件受一定外力作用時(shí)，對(duì)金屬材料有一定的破壞作用。因此要求金屬材料具有抵抗外力的作用而不被破壞的性能，這種性能稱為機(jī)械性能。它們的具體數(shù)值是在專門(mén)的試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定出來(lái)的。變形分為彈性變形（當(dāng)外力取消后，變形消失并恢復(fù)到原來(lái)形狀）和塑性變形（當(dāng)外力除去后，不能恢復(fù)到原來(lái)形狀，保留一部分殘余形變）。單位截面上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。σ=P/F式中： σ — 應(yīng)力，MPa。強(qiáng)度強(qiáng)度是金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。將圖（a）所示標(biāo)準(zhǔn)樣安裝在拉力試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)其施加一個(gè)平穩(wěn)而無(wú)沖擊逐漸遞增的軸向拉力，隨著拉力的增加試樣產(chǎn)生形變?nèi)鐖D（B）直到斷裂如圖（C）。OE段：負(fù)荷與伸長(zhǎng)成線性關(guān)系，是材料的彈性變形階段。σe=Pe/Fo式中： σe — 彈性極限，MPa；Pe — 材料開(kāi)始塑性變形時(shí)的負(fù)荷，N；Fo — 試樣原橫截面積，㎜2 。這種現(xiàn)象稱為屈服。σs=Ps/Fo式中： σs — 屈服點(diǎn)，Mpa ；Ps — 材料產(chǎn)生明顯形變時(shí)的負(fù)荷，N；Fo — 試樣原橫截面積，㎜2 。試樣拉斷前能承受的最大負(fù)荷 Pb所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用σb表示。屈服強(qiáng)度（σs），抗拉強(qiáng)度（σb）和屈強(qiáng)比（屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比σs/σb）是評(píng)定金屬材料質(zhì)量的重要機(jī)械性能指標(biāo)，是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一。通常用兩種方法來(lái)表示。δ=（L1－L0）/L0100%式中：δ — 試樣的伸長(zhǎng)率，%；L1 — 試樣拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度，㎜；L0 — 試樣原標(biāo)距長(zhǎng)度，㎜.(2) 斷面收縮率：試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原截面積的百分比，用φ表示。F1 — 試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面積，㎜2 。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。硬度是評(píng)價(jià)金屬材料質(zhì)量的機(jī)械性能指標(biāo)，也是機(jī)械零件設(shè)計(jì)要求的技術(shù)條件之一。(1) 布氏硬度：用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保荷時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕直徑。HBS（HBW）=式中：HBS（HBW）— 布氏硬度值，kgf－㎜2 。壓頭為鋼球時(shí)用HBS，適用于布氏硬度值在450以下的材料，如鑄鐵和有色金屬。（2）洛氏硬度：用壓頭壓入的壓痕深度表示材料的硬度值。兩種硬度可以利用特制的表格進(jìn)行換算。沖擊韌性沖擊韌性是金屬材料抗擊沖擊負(fù)荷的能力。實(shí)驗(yàn)表明，材料受小能量多次重復(fù)沖擊的能力，主要取決于材料強(qiáng)度。疲勞強(qiáng)度實(shí)際中許多工件所承受負(fù)荷的方向和大小是周期變化的。金屬工件在交變負(fù)荷作用下，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為金屬疲勞。應(yīng)力越大，則斷裂前能隨承受的循環(huán)次數(shù)越低。當(dāng)應(yīng)力交變循環(huán)對(duì)稱時(shí)，疲勞極限用σ1表示。因此疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)是材料的重要強(qiáng)度計(jì)算之一。（二）金屬材料的其他性能金屬材料的物理性能包括比重、溶點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和膨脹性等。金屬材料的工藝性能是金屬材料物理和化學(xué)性能的綜合，是否易于加工成型的能力。在設(shè)計(jì)零件及選擇加工方法時(shí)要考慮材料的工藝性能。鐵和碳是鋼鐵材料的兩個(gè)最基本的組元。%的鐵碳合金稱為鋼，%的鐵碳合金稱為生鐵。晶體內(nèi)部的原子在空間作規(guī)則的排列，如食鹽、金剛石、石墨和所有的金屬都是晶體。大多數(shù)金屬在固態(tài)下的晶格保持不變，但是有些金屬，如鐵、鋅、銻、錳、鉬等在固態(tài)下，隨著溫度的變化，其晶體結(jié)構(gòu)還會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，這種晶體形式的轉(zhuǎn)變稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。如純鐵的溶點(diǎn)為1534℃和912℃時(shí)先后發(fā)生兩次晶格形式的轉(zhuǎn)變；①在1538～1394℃時(shí)為體心立方晶格，稱為σ——鐵，②1394～912℃為面心立方晶格，稱γ——鐵，③在912℃以下為體心立方晶格，稱為α——鐵。各種金屬材料具有不同的性能，這是由于其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)決定的。在固態(tài)時(shí)，它可以形成固溶體、化合物或混合物。金屬化合物，是兩組元相互作用而形成的一種新的具有金屬特性的物質(zhì)。混合物是純金屬，固溶體或化合物按一定重量比例組成的均勻物質(zhì)。絕大多數(shù)工業(yè)用合金都是混合物，其性能取決于這些混合物多部分的性能及它們的形態(tài)、大小和分布。鐵素體含碳量非常低，在727℃%，其機(jī)械性能與純鐵相似，強(qiáng)度和硬度不高，塑性和韌性好。穩(wěn)定的奧氏體存在溫度為727℃，%，奧氏體的強(qiáng)度，硬度和塑性都很好，是大多數(shù)鋼進(jìn)行高溫鍛造或軋制時(shí)所要求的組織。硬度高，塑性差，硬而脆，鋼中滲碳體數(shù)量增多，強(qiáng)度和硬度提高而塑性下降。顯微鏡下滲碳體和鐵素體片層相間，交替排列。上述五種組織中，鐵素體、奧氏體和滲碳體是鐵碳合金的基本相。硅和錳是有益元素，可溶于αFe內(nèi)，使鋼的強(qiáng)度和硬度提高。硫以FeS的形式存在，削弱了晶粒間連接，在軋制或鍛造時(shí)會(huì)造成鋼材開(kāi)裂，此現(xiàn)象稱為熱脆性。（四）鋼的分類和編號(hào)鋼的分類（1） 按化學(xué)成分分類有：①碳素鋼：根據(jù)含碳量多少又分為：低碳鋼：含C量﹤%,強(qiáng)度低,但塑性、焊接性好。高碳鋼:含C量﹥%，塑性及焊接性都差，熱處理后有較高強(qiáng)度和硬度。（2） 按質(zhì)量分類：碳素鋼質(zhì)量的高低是根據(jù)鋼中雜質(zhì)——磷、硫的含量來(lái)區(qū)分的普通鋼：鋼中磷、硫的含量較高；優(yōu)質(zhì)鋼：鋼中磷、硫的含量較低；高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：鋼中磷、硫的含量很低。②工具鋼——制造多種刃具、量具和模具。鋼碳素鋼合金鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)“普通碳素結(jié)構(gòu)鋼”碳素工具鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼甲類鋼乙類鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼低合金工具鋼高“低合金工具鋼”不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼鋼的編號(hào)（1） 碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼的牌號(hào)有表示屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)的數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法等四個(gè)部分按順序組成。Q——鋼材屈服點(diǎn)“屈”字漢語(yǔ)拼音首位字母；A、B、C、D——質(zhì)量等級(jí)；(五) 鋼的熱處理鋼的熱處理是將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱，保溫和冷卻，以改變其整體或表面組織，獲得所需性能的工藝方法。大多數(shù)的熱處理都要將鋼加熱到相變溫度以上，使其組織由鐵素體和滲碳體的混 合物轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體。鋼的熱處理工藝主要有退火、正火、淬火、回火和表面熱處理等。根據(jù)退火目的將退火分為以下兩種：（1） 完全退火：使用最廣泛，主要用于亞共析鋼（C﹤%）鍛件，軋件和鑄件退火，其目的是通過(guò)重結(jié)晶使晶粒細(xì)化，均勻組織，消除殘余應(yīng)力。正火將工件加熱后，保溫適當(dāng)時(shí)間后在自由流通的空氣中冷卻得到球光體組織。對(duì)過(guò)共析鋼或合金工具鋼，正火目的是減少滲碳體數(shù)量，便于球化退火。淬火將合金加熱到相變溫度以上，保溫，快速冷卻，獲得不穩(wěn)定組織。如刃具和模具要求高的硬度和耐磨性，多種軸類和齒輪要求較好的韌性都是通過(guò)淬火和回火來(lái)達(dá)到的?；鼗馂橄龤堄鄳?yīng)力及獲得所要求的組織和性能，將淬火后的工件加熱到一定溫度保溫，然后冷卻到室溫。根據(jù)加熱溫度范圍，回火可分為低溫、中溫和高溫回火，其中低溫回火應(yīng)用于高碳工具模具、量具、滲碳后表面淬火的工件；中溫回火用于多種彈簧、彈性?shī)A頭及鍛模；高溫回火用于重要工件如軸、齒輪、連桿和螺栓等。最常用的是表面淬火，使工件表層變硬，而心部仍保持原來(lái)的組織。表面淬火有火焰加熱表面淬火和高頻感應(yīng)加熱表面淬火等。利用中、高頻（頻率一般為500～30萬(wàn)HZ）高變電磁場(chǎng)在工件表面產(chǎn)生感應(yīng)電流進(jìn)行加熱的熱處理工藝稱為感應(yīng)加熱表面淬火。頻率越高，電流密度極大的表層越薄。一但表層溫度上升到淬火加熱溫度時(shí)，立即噴水冷卻（合金鋼浸油淬火），表面形成馬氏體，工件表面變硬。化學(xué)熱處理將工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，改變表面的化學(xué)成份，組織和性能，提高工件表面的耐磨性、耐腐蝕性及抗氧化性等。滲碳多用氣體滲碳，在專用井式電阻爐中進(jìn)行。適用低碳鋼和低碳合金鋼，提高工件表面硬度，耐磨性和使用壽命。氮化可使工件表面得到一定的氮化層，有更高的硬度和耐磨性，高的耐疲勞強(qiáng)度。但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，成本高。碳氮共滲時(shí)通入碳氮?dú)怏w和一定數(shù)量的干燥無(wú)水的氨氣，使其發(fā)生分解，形成活性碳原子和氮原子，同時(shí)被工件表面吸附并擴(kuò)散形成氰化層。碳氮共滲工件變形小，滲層有較高的耐磨性，疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。第二章 機(jī)械零件的聯(lián)接與緊固機(jī)械零件的連接與緊固方法很多，主要有焊接、螺紋連接、鉚釘連接、銷釘連接、鍵連接等等，這里主要介紹焊接與螺紋連接（一）焊接焊接特點(diǎn)通過(guò)焊接，被連接的焊件不僅在宏觀上建立了永久性