第三章　常用金属材料及热处理工艺的选用.ppt

机械设计基础 主编 第三章常用金属材料及热处理工艺的选用 第一节金属材料的工程性能第二节常用金属材料的选用第三节钢的常用热处理 第三章常用金属材料及热处理工艺的选用 图3 1C620车床主轴的结构简图 第一节金属材料的工程性能 一 金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在载荷作用时所表现的性能 1 强度 1 弹性极限 2 屈服强度 3 抗拉强度2 塑性 1 断后伸长率 2 断面收缩率3 硬度 第一节金属材料的工程性能 图3 2布氏硬度试验原理 4 冲击韧度 第一节金属材料的工程性能 5 疲劳强度二 金属材料的物理性能金属材料的物理性能有 密度 重度 熔点 导热性 导电性 热膨胀性和耐磨性等 三 金属材料的化学性能金属材料在室温或高温下 抵抗各种介质发生化学反应或电化学反应的能力 称为金属材料的化学性能 四 金属材料的工艺性能金属材料是要经过一系列加工以后 才能制成符合要求的机械零件或结构件 第二节常用金属材料的选用 一 钢的分类与用途钢分为非合金钢 简称碳钢 和合金钢两大类 一 非合金钢 碳钢 1 碳钢的牌号 1 碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点 屈 字汉语拼音第一个字母Q 屈服点数值 质量等级符号 A B C D 及脱氧方法符号 F b Z 等四部分按顺序组成 2 优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示 3 碳素工具钢碳素工具钢的牌号是用碳字的汉语拼音字头T和数字表示 4 铸造碳钢铸造碳钢的牌号用ZG加两组数字表示 2 碳钢的分类 第二节常用金属材料的选用 1 按钢的含碳量多少分类低碳钢 含碳量wC0 60 2 按钢的质量 钢含有的有害元素S P的多少 分类 3 按钢的用途分类1 碳素结构钢 第二节常用金属材料的选用 表3 1碳素结构钢牌号 性能特点及用途 GB T700 1988 第二节常用金属材料的选用 表3 2优质碳素结构钢牌号 性能特点及用途 GB T699 1999 2 碳素工具钢 第二节常用金属材料的选用 表3 3碳素工具钢牌号 性能特点及用途 GB T1298 1986 3 铸钢 第二节常用金属材料的选用 表3 4铸钢的牌号 室温力学性能及用途举例 摘自GB T11352 1989 第二节常用金属材料的选用 表3 4铸钢的牌号 室温力学性能及用途举例 摘自GB T11352 1989 二 合金钢1 合金钢的牌号1 钢号首部数字表示钢中的含碳量 2 在表示含碳量的数字后面 用元素的化学符号表示出所含的合金元素 3 对于含碳量wC 1 0 的合金工具钢 则在牌号中不表示含碳量 第二节常用金属材料的选用 4 特殊性能钢牌号的表示方法基本上与合金工具钢相同 5 有些特殊用钢 则用专门的表示方法 如滚动轴承钢 其牌号以G表示 不标含碳量 铬的平均含量 质量分数 用千分之几表示 6 对于高级优质钢 在钢号末尾加一个 A 字 如38CrMoAlA 2 合金钢的分类 1 按用途分类1 低合金高强度结构钢 用于制造各种性能要求更高的机械零件和工程构件 2 合金结构钢 用于制造各种性能要求更高的机械零件和工程构件 包括合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢和滚动轴承钢 第二节常用金属材料的选用 表3 5常用低合金高强度结构钢的力学性能 用途及新旧牌号对照 摘自GB T1591 1994 第二节常用金属材料的选用 表3 5常用低合金高强度结构钢的力学性能 用途及新旧牌号对照 摘自GB T1591 1994 第二节常用金属材料的选用 钢带取横向试样 当宽度小于600mm时取纵向 常用合金渗碳钢的牌号 热处理 力学性能及用途见表3 6 表3 6常用合金渗碳钢的牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T3077 1999 第二节常用金属材料的选用 表3 6常用合金渗碳钢的牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T3077 1999 第二节常用金属材料的选用 表3 6常用合金渗碳钢的牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T3077 1999 第二节常用金属材料的选用 表3 6常用合金渗碳钢的牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T3077 1999 第二节常用金属材料的选用 常用合金调质钢牌号 热处理 力学性能及用途见表3 7 第二节常用金属材料的选用 表3 7常用合金调质钢的牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T3077 1999 第二节常用金属材料的选用 表3 7常用合金调质钢的牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T3077 1999 第二节常用金属材料的选用 常用合金弹簧钢牌号 热处理 力学性能及用途见表3 8 表3 8常用合金弹簧钢的牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T1222 1984 第二节常用金属材料的选用 表3 8常用合金弹簧钢的牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T1222 1984 第二节常用金属材料的选用 表3 8常用合金弹簧钢的牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T1222 1984 第二节常用金属材料的选用 常用轴承钢牌号 热处理 性能特点及用途见表3 9 表3 9常用轴承钢牌号 热处理 性能特点及用途 3 合金工具钢 用于制造各种性能要求更高的刃具 量具和模具 包括量具 刃具用钢 冷作模具钢 热作模具钢 高速工具钢 常用量具刃具用钢牌号 热处理 性能特点及用途见表3 10 第二节常用金属材料的选用 表3 10常用合金刃具钢牌号 热处理 性能特点及用途 摘自GB T1299 2000 常用冷作模具钢牌号 热处理 性能特点及用途见表3 11 表3 11常用冷作模具钢牌号 热处理 性能特点及用途 摘自GB T1299 2000 常用热作模具钢牌号 热处理 性能特点及用途见表3 12 第二节常用金属材料的选用 表3 12常用热作模具钢牌号 热处理 性能特点及用途 摘自GB T1299 2000 常用高速工具钢牌号 热处理 性能特点及用途见表3 13 0 TIF 表3 13常用高速工具钢牌号 热处理 性能特点及用途 摘自GB T9941 9943 1988 第二节常用金属材料的选用 表3 13常用高速工具钢牌号 热处理 性能特点及用途 摘自GB T9941 9943 1988 4 特殊性能钢 具有特殊物理和化学性能的钢 如不锈钢 耐热钢 耐磨钢等 常用不锈钢牌号 热处理 力学性能及用途见表3 14 第二节常用金属材料的选用 表3 14常用不锈钢的牌号 热处理 力学性能及用途 第二节常用金属材料的选用 表3 14常用不锈钢的牌号 热处理 力学性能及用途 常用耐热钢牌号 热处理 力学性能及用途见表3 15 第二节常用金属材料的选用 表3 15常用耐热钢的牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T1221 1992 第二节常用金属材料的选用 表3 15常用耐热钢的牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T1221 1992 常用耐磨钢牌号 热处理 力学性能及用途见表3 16 第二节常用金属材料的选用 表3 16常用高锰耐磨钢铸件牌号 热处理 力学性能及用途 摘自GB T5680 1998 2 按合金元素总含量分类二 铸铁的分类与用途铸铁是含碳量wC 2 11 的铁碳合金 它含有比碳钢更多的硅 锰 硫 磷等杂质 一 白口铸铁 第二节常用金属材料的选用 二 灰铸铁1 普通灰铸铁 表3 17灰铸铁的牌号 性能特点及用途 摘自GB T9439 1988 2 可锻铸铁3 球墨铸铁 第二节常用金属材料的选用 表3 18可锻铸铁的牌号 力学性能及用途 摘自GB T9440 1998 第二节常用金属材料的选用 表3 19球墨铸铁的牌号 力学性能及用途 摘自GB T1348 1988 4 蠕墨铸铁 第二节常用金属材料的选用 表3 20蠕墨铸铁的牌号 力学性能及用途 摘自JB T4403 1999 三 有色金属的分类与用途 一 有色金属概述1 有色金属分类 1 有色纯金属分为重金属 轻金属 贵金属 半金属和稀有金属五类 第二节常用金属材料的选用 2 有色合金按合金系统分为重有色金属合金 轻有色金属合金 贵金属合金 稀有金属合金等 按合金用途则可分为变形 压力加工用合金 合金 铸造合金 轴承合金 印刷合金 硬质合金 焊料 中间合金 金属粉未等 表3 21有色金属及合金的分类 主要性能特点 典型牌号 主要用途 第二节常用金属材料的选用 表3 21有色金属及合金的分类 主要性能特点 典型牌号 主要用途 2 有色金属的牌号1 产品牌号的命名以代号字头和元素符合的成分数字或顺序号结合产品类别和组别名称表示 第二节常用金属材料的选用 2 产品代号 采用规定的汉语拼音字母 化学元素符号及阿拉伯数字相结合的方法表示 采用汉语拼音字母 原则上只取第一个汉语拼音的第一个字母 若这个字母与另一个符号重复时则取第一个汉语拼音的第二个字母 或第三个字母 或者同时取前两个汉语拼音的第一个字母 3 产品的统称 如铝材 铜材 类别 如黄铜 青铜 以及产品标记中的品种 如板 管 棒 线 大 箔等 均用汉字表示 4 产品的状态 加工方法 特性的代号 采用标准规定的汉语拼音字母表示 二 铝合金1 变形铝合金2 铸造铝合金 第二节常用金属材料的选用 表3 22常用变形铝合金的牌号 力学性能及用途 第二节常用金属材料的选用 表3 23常用铸造铝合金的牌号 力学性能及用途 摘自GB T1173 1995 GB T8063 1994 第二节常用金属材料的选用 表3 23常用铸造铝合金的牌号 力学性能及用途 摘自GB T1173 1995 GB T8063 1994 2 ZAlZn11Si7的性能是指经过自然时效20天或人工时效后的性能 第二节常用金属材料的选用 三 铜合金1 黄铜 表3 24常用黄铜的牌号 力学性能及用途 摘自GB T5231 2001 GB T1176 1987 表3 24常用黄铜的牌号 力学性能及用途 摘自GB T5231 2001 GB T1176 1987 第二节常用金属材料的选用 2 青铜 1 锡青铜以锡为主要合金元素的铜基合金称锡青铜 表3 25常用青铜的牌号 力学性能及用途 摘自GB T5231 2001 GB T1176 1987 2 铝青铜以铝为主要合金元素的铜基合金称铝青铜 3 铍青铜以铍为主要合金元素的铜基合金称铍青铜 第二节常用金属材料的选用 四 其他有色合金1 轴承合金 其牌号 力学性能及用途见表3 26 表3 26常用锡基 铅基轴承合金的牌号 力学性能及用途 摘自GB T1174 1992 2 钛合金3 镁合金 第三节钢的常用热处理 图3 3钢的热处理工艺曲线 一 退火 第三节钢的常用热处理 退火是把工件加热到适当的温度 对碳钢一般加热至780 900 保温一定时间后随炉子降温而冷却的热处理方法 二 正火将工件放到炉中加热到适当温度 保温后出炉空冷的热处理方法叫正火 三 淬火淬火是将工件加热到适当的温度 对碳钢一般加热到760 820 保温后在水中或油中快速冷却的热处理方法 四 回火将淬火后的工件重新加热到某一温度范围并保温后 在油中或空气中冷却的方法称为回火 1 低温回火回火温度为150 250 第三节钢的常用热处理 2 中温回火回火温度为300 450 3 高温回火回火温度为500 650 五 表面热处理有些零件如齿轮 销 轴等 使用时希望它的心部保持一定的韧性 又要求表面层具有耐磨性 耐蚀性 抗疲劳性 1 表面淬火2 表面化学热处理1 根据本章研究的主要内容为常用金属材料的热处理工艺的选用 怎样根据实际情况合理地选用这些金属材料 如何兼顾产品的经济性 质量 工艺性能的统一协调 2 黑色金属材料用途广泛 它们的共同点是什么 存在什么样的差异 以及在使用中这些特点对这些黑色金属的影响 第三节钢的常用热处理 3 随着科学技术的发展 有色金属材料的用途越来越广泛 许多有色金属的共同点又是什么 存在什么样差异 以及这些特点在使用对这些有色金属的影响 4 钢的热处理是常见的材料处理工艺措施 材料使用的过程中热处理方法起到了什么样的重要作用 1 下列硬度要求和写法是否正确 2 试比较碳素工具钢 低合金工具钢和高速钢的热硬性 说明高速钢热硬性高的主要原因 3 用表格形式 将常用的低合金钢和合金钢按牌号 类别 最终热处理 或使用状态 性能特点 用途举例等进行归纳 4 说明下列牌号的意义 举例说明这些材料的应用 第三节钢的常用热处理 5 制作下列铸件应选用何种铸铁材料比较合适 这些铸件是内燃机曲轴 车床床身 化工容器 管接头 轧辊 6 简单分析锌含量对黄铜组织和性能的影响 并说明为何工业用黄铜的锌含量wSn不超过45 7 列表说明 下列各牌号合金的名称 主要性能特点及用途 8 制造下列零件选用何种有色金属材料较为合适 一 金属材料的各种性能金属材料的性能大致分为两大类 1 金属材料的使用性能2 金属材料的加工工艺性能二 常用金属材料选用1 钢的分类及选用 第三节钢的常用热处理 1 按化学成分分钢分为碳素钢 简称碳钢 与合金钢两大类 2 按钢材的用途分可分为结构钢 工具钢 特殊性能钢三大类 1 结构钢 用作各种机器零件的钢 例如渗碳钢 调质钢 弹簧钢及滚动轴承钢 用作工程结构的钢 例如低合金钢 2 工具钢 用来制造各种工具的钢 3 特殊性能钢 是具有特殊物理化学性能的钢 2 铸铁的分类及选用 1 灰铸铁含碳量较高 2 7 4 0 碳主要以片状石墨形态存在 断口呈灰色 简称灰铁 2 白口铸铁碳 硅含量较低 碳主要以渗碳体形态存在 断口呈银白色 第三节钢的常用热处理 3 可锻铸铁由白口铸铁退火处理后获得 石墨呈团絮状分布 简称韧铁 4 球墨铸铁将灰铸铁