高中化学 4.1 材料的加工处理 机械加工中常用材料与表面处理文字素材 苏教版选修2

机械加工中常用材料与表面处理本人虽是机械专业本科毕业，但是对于机械原理和机械设计的基本知识仅仅是知道点，而机械加工的很多基本知识连知道点都不敢说。其主要原因还是自己上课时没有好好学习，加之在学校的时候用得少，就造成一无所知了。直到工作后，才陆陆续续的画了一些的图纸，但是碰到加工方面的问题总是使自己很窘迫，因为没搞清楚或不知道而做出来废品给企业和社会造成的损失和浪费就更加惭愧了。因此查找了一些互联网上的资料，结合自己少许的经验，归纳了一些常用的机械加工中常用材料和表面处理的基本知识。一是更进一步了解这些知识点的同时加深印象；二是今后方便查看（书本早已卖掉换钱了）；三来如有需要者看到了，或者帮到了他们，就甚是欣慰了。1.材料材料大类上可以分为金属材料和非金属材料，金属材料一般都是合金，分类和命名也是根据合金中某种成分的含量进行划分的；非金属材料多为塑料，做结构时相对金属用得少，但是某些特殊的地方用起来优点很多。1.1 钢和铸铁钢和铸铁可以说都是铁碳合金，以含碳量2.11%为分界。钢又分为碳素钢和合金钢（为了获得某些特殊性能而加入一些合金元素），下面的表是一个关于钢的大概分类表格 1 钢钢（含碳量2.11%）名称与牌号用途说明碳素钢（碳钢）：含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金含碳量越高，钢的硬度越大，韧性越小碳素结构钢：Q195，Q215，Q235，Q255，Q275，Q345。这些牌号表示屈服强度Q235、Q255可用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构件；Q275用于强度较高转轴、心轴、齿轮等；Q345用于船舶、桥梁、车辆、大型钢结构。Q235（以前叫A3钢）属工程用钢，主要用作结构件，如角钢，槽钢、工字钢和钢板等，高压输电线路的杆塔很多都是Q235镀锌的，而埃菲尔铁塔是锻铁组成的。优质碳素结构钢：08、10、20、35、40、45、50。这些牌号的表示含碳量（万分之几）08钢，含碳量低，塑性好，主要用于制造冷冲压零件；10、20钢，常用于制造冲压件和焊接件；35、40、45、50钢属中碳钢，经热处理后可获得良好的综合力学性能，主要用制造齿轮、套筒、轴类零件等。45钢属机械用钢，塑性较高，强度低，易加工，一般都是表面处理提高强度硬度后用作机械零件碳素工具钢：T7T13。牌号的数字也表示含碳量（千分之几）T7、T8钢，用于制造具有较高韧性的工具，如冲头、凿子等。T9、T10、T11钢，用作要求中等韧性、高硬度的刃具，如钻头、丝锥、锯条等。T12、T13钢，用于要求更高硬度、高耐磨性的锉刀、拉丝模具等。合金钢：为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢不锈钢：含1722%的铬。（不生锈原因：表面富铬氧化物）牌号：1Cr18Ni9、0Cr19Ni9（中俄标法：化学元素和成分）200、300、400、500系列（美国或国际标法）餐具，卡尺，医疗器械，家电等需要不锈钢的地方一元硬币是钢心镀镍奥氏体304（0Cr18Ni9）是一种很常见的不锈钢，雷总的小米4的就是它，详见“一块钢板的艺术”。机械制图时若无特殊要求，可以直接材料栏中写不锈钢弹簧钢：非合金弹簧钢 65Mn合金弹簧钢 60Si2Mn由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢弹簧钢更像一种热处理方法加工弹簧时用到，材料栏也直接写弹簧钢高速工具钢：以钨、钼、铬、钒，有时还有钴为主要合金元素的高碳高合金莱氏体钢W18Cr4VW6Mo5Cr4V2用于制造高效率的切削刀具又称白钢，美国人1898创制注：表的分类方法偏向于用途且并不完全，仅仅是基于机械加工中用得多的，如合金钢还有硅钢和轴承钢等。表格 2 铸铁铸铁（含碳大于2.11%）牌号或特性用途说明白口铸铁断口呈银白色，性能硬而脆，很难进行切削加工，工业上极少用来制造机械零件(渗炭体)炼钢原料或用于可锻铸铁的毛坯全部来自百度，自己画的图都是小批量冷加工的规则形状，多用钢铝和塑料，铸铁件接触少。灰口铸铁抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好（片状石墨）用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件可锻铸铁白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁（团絮状石墨）制造形状复杂、能承受强动载荷的零件球墨铸铁灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状（球状石墨）内燃机、汽车零部件及农机具蠕墨铸铁灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得（蠕虫状石墨）制造汽车的零部件合金铸铁件加入合金元素，获得特定性能制造矿山、化工机械和仪器、仪表等1.2 铝合金铝合金的应用十分广泛，自己作图时也尽量使用铝合金，因为加工容易，密度小，不生锈表格 3 铝合金铝合金名称与牌号用途说明形变铝合金1000系：1050、1060（工业纯铝）化学化工2000系：2024、2A16（铝铜合金）硬铝LY12（2A14）制图时的结构件一般选LY12和LY143000系：3003、3A21（铝锰合金）易拉罐（3004）4000系：4A01（铝硅合金）5000系：5052（铝镁合金）其他：6000系、7000系、8000系、9000系铸造铝合金主要分铝硅系，铝铜系，铝镁系，铝锌系（合金元素含量更高）铝合金精密铸造应该是这些某些跑车发动机就是镁铝合金铸造而成1.3 铜合金铜合金在机械结构中用得相对较少，主要原因还是价格相对钢和铝偏高，只有在难以替代的时候会考虑使用铜合金。表格 4 铜合金铜合金名称或牌号用途说明紫铜工业纯铜导电导热材料黄铜铜锌合金：H59，H62数字表示铜的含量弹壳，乐器等锡青铜与黄铜的硬度差别还是比较大，需要耐磨性时选择可以冷加工的锡青铜较好，做结构可以使用黄铜。青铜锡青铜：QSn4-3，QSn4.4-2.5铝青铜：QAL7，QAL9-4青铜鼎，轴，涡轮，齿轮。青铜的力学性能比黄铜高白铜铜镍合金：B0.6、B5、B19、B30医疗器械、日用品、工艺品注：此表所描述的都是普通的黄铜、青铜和白铜（二元合金），都可以在此基础上加入其他合金元素，形成复杂的三元合金，如锡黄铜1.4 非金属非金属种类很多，但是能用来机械加工的并不多，自己接触到的有聚四氟乙烯（塑料王），尼龙，胶木，碳纤维等几种，由于加工的量少，一般都是选择性能比较好的聚四氟乙烯。关于加工材料的选择，个人认为不要总是考虑成本，尤其是单件小批量加工时，主要还是注重工件结构的优化，即使某些情况下难以确定选择什么材料，可以直接问有经验的人或联系加工厂商来确定。2.金属表面处理金属表面处理的方法十分多，随着技术的发展也是在不断变化的，本节也仅仅是一帮机械加工中常用到的，此处我也把常用热处理在这用表格进行归纳：表格 5 热处理方法热处理方法目的退火把工件加热到适当的温度，保温一定时间后随炉子降温而冷却的热处理方法。消除铸、锻、焊后的毛坯有时硬度不均匀，存在着内应力等问题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退火的另一种形式，其作用与退火相似正火冷却时不占炉子，还可使生产效率提高，成本降低。所以一般低碳和中碳结构钢等，多用正火代替退火。淬火将工件加热到适当的温度，保温后在水中或油中快速冷却的热处理方法。工件经淬火后可获得高硬度的组织，因此淬火可提高钢的强度和硬度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操作称为回火。低温回火：工具，量具中温回火：用于处理热锻模、弹簧高温回火：淬火后再加高温回火，通常称为调质处理表格 7 表面处理方法表面处理方法作用备注机械喷涂，刷涂喷涂防锈漆喷砂：利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程有利于金属与橡胶粘接喷塑：喷塑是将塑料粉末喷涂在零件上的一种表面处理方法。防锈，表面更光洁化学发蓝或发黑：将钢在空气中加热或直接浸於浓氧化性溶液中，使其表面产生极薄的氧化物膜的材料保护技术防止金属表面被腐蚀表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。电化学电镀：（镀鉻，镀锌）在电解质溶液中，工件为阴极，在外电流作用下，使其表面形成镀层的过程，称为电镀改善表面性能，防锈，美观阳极氧化：在电解质溶液中，工件为阳极，在外电流作用下，使其表面形成氧化膜层的过程表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面阳极氧化是铝合金表面处理运用最广泛最成功的。如iphone5s的外壳化学热处理（渗碳）工件与化学物质接触、加热，在高温态下令某种元素进入工件表面的过程提高表面硬度热浸镀（热镀锌）金属工件放入熔融金属中，令其表面