机械基础课件资料

1、copyright 机械工业出版社机械工业出版社 书名：机械基础（少学时）书名：机械基础（少学时） isbn： 978-7-111-38419-9 作者：曾德江作者：曾德江 出版社：机械工业出版社出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件本书配有电子课件 机械基础（少学时）机械基础（少学时） 高职高专高职高专 ppt ppt 课件课件 copyright 机械工业出版社机械工业出版社 机械工程材料机械工程材料 机械基础（少学时）机械基础（少学时） 高职高专高职高专 ppt ppt 课件课件 机械工业出版社机械工业出版社 案例导入案例导入 汽车是一种生活中常用的机械产品，用多种材料生产汽车是一种生

2、活中常用的机械产品，用多种材料生产 制造出来。以下通过汽车中典型的零件来简单认识一下工制造出来。以下通过汽车中典型的零件来简单认识一下工 程中常用的材料。程中常用的材料。 某汽车主要零件应用材料某汽车主要零件应用材料 活活 塞塞 （铝合金）（铝合金） 车身结构车身结构 （冷轧钢板）（冷轧钢板） 挡风玻璃挡风玻璃 (夹层钢化玻璃夹层钢化玻璃 发动机发动机 变速箱变速箱 车车 身身内内 饰饰 连连 杆杆 （40cr） 曲曲 轴轴 （球墨铸铁）（球墨铸铁） 齿齿 轮轮 （20crmnti） 滚动轴承滚动轴承 （轴承钢）（轴承钢） 变速器壳体变速器壳体 （灰铸铁）（灰铸铁） 保险杠保险杠 （聚丙烯（聚

3、丙烯pp） 仪表板仪表板 (工程塑料工程塑料abs) 安全带安全带 （尼龙）（尼龙） 顶顶 棚棚 （复合纤维板）（复合纤维板） 机械基础（少学时）机械基础（少学时） 高职高专高职高专 ppt ppt 课件课件 机械工业出版社机械工业出版社 案例导入案例导入 问题：问题：（1）常用工程材料有哪些？）常用工程材料有哪些？ （2）如何根据零件工作要求选用材料？）如何根据零件工作要求选用材料？ 活活 塞塞 （铝合金）（铝合金） 车身结构车身结构 （冷轧钢板）（冷轧钢板） 挡风玻璃挡风玻璃 (夹层钢化玻璃夹层钢化玻璃 发动机发动机 变速箱变速箱 车车 身身内内 饰饰 连连 杆杆 （40cr） 曲曲 轴轴

4、 （球墨铸铁）（球墨铸铁） 齿齿 轮轮 （20crmnti） 滚动轴承滚动轴承 （轴承钢）（轴承钢） 变速器壳体变速器壳体 （灰铸铁）（灰铸铁） 保险杠保险杠 （聚丙烯（聚丙烯pp） 仪表板仪表板 (工程塑料工程塑料abs) 安全带安全带 （尼龙）（尼龙） 顶顶 棚棚 （复合纤维板）（复合纤维板） 某汽车主要零件应用材料某汽车主要零件应用材料 机械基础（少学时）机械基础（少学时） 高职高专高职高专 ppt ppt 课件课件 机械工业出版社机械工业出版社 机械工程材料机械工程材料 金属材料的性能金属材料的性能 1 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 2 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 3

5、 金属材料的热处理及应用金属材料的热处理及应用 4 常用非金属材料常用非金属材料 5 机械基础（少学时）机械基础（少学时） 高职高专高职高专 ppt ppt 课件课件 机械工业出版社机械工业出版社 学习目标学习目标 熟悉常用金属材料和非金属熟悉常用金属材料和非金属 材料种类、性能、用途与选用材料种类、性能、用途与选用 了解常用金属材料热处理工了解常用金属材料热处理工 艺的特点及应用艺的特点及应用 熟练高分子材料、陶瓷材料、熟练高分子材料、陶瓷材料、 复合材料的种类、性能和用途复合材料的种类、性能和用途 机械基础（少学时）机械基础（少学时） 高职高专高职高专 ppt ppt 课件课件 机械工业出

6、版社机械工业出版社 学习重点、难点学习重点、难点 常见非金属材料的性能及常见非金属材料的性能及 选用方法选用方法 常用钢材的牌号、分类及常用钢材的牌号、分类及 热处理工艺选用热处理工艺选用 机械基础（少学时）机械基础（少学时） 高职高专高职高专 ppt ppt 课件课件 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料性能金属材料性能 金属材料是目前应用最广泛的材料，常用的金属材料有碳素金属材料是目前应用最广泛的材料，常用的金属材料有碳素 结构钢、合金钢、铸铁、非铁金属及合金、金属粉末冶金材料。结构钢、合金钢、铸铁、非铁金属及合金、金属粉末冶金材料。 一般联结件一般联结件 (普通碳素钢普通碳素钢

7、) 机床床身机床床身 （灰铸铁）（灰铸铁） 中低压阀门中低压阀门 （可锻铸铁）（可锻铸铁） 曲轴曲轴 （球墨铸铁）（球墨铸铁） 热水器内胆热水器内胆 （不锈钢）（不锈钢） 车刀刀片车刀刀片 （硬质合金）（硬质合金） 制动器制动器 (粉末冶金摩擦材料粉末冶金摩擦材料) 低载齿轮低载齿轮 (粉末冶金结构材料粉末冶金结构材料) 铣刀铣刀 （刃具钢）（刃具钢） 冲压模具冲压模具 （模具钢）（模具钢） 机床主轴机床主轴 (优质碳素钢优质碳素钢) 游标卡尺游标卡尺 (碳素工具钢碳素工具钢） 锅炉结构件锅炉结构件 （耐热钢）（耐热钢） 挖掘机铲斗挖掘机铲斗 （高猛钢）（高猛钢） 深沟球轴承深沟球轴承 （轴承

8、钢）（轴承钢） 蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆 （铜合金）（铜合金） 自行车架自行车架 （铝合金）（铝合金） 滑动轴承滑动轴承 （轴承合金）（轴承合金） 碳素钢碳素钢合金钢合金钢有色金属有色金属铸铸 铁铁 粉末冶金材料粉末冶金材料 常用金属材料应用案例常用金属材料应用案例 机械基础（少学时）机械基础（少学时） 高职高专高职高专 ppt ppt 课件课件 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 2.1.1 2.1.1 金属材料力学性能金属材料力学性能 1.1.强度强度 强度强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。当材料在满是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂

9、的能力。当材料在满 足强度的载荷作用范围内是不会发生破坏，只有当材料承受的载荷超过了自身足强度的载荷作用范围内是不会发生破坏，只有当材料承受的载荷超过了自身 的强度时才会发生断裂之类的破坏。的强度时才会发生断裂之类的破坏。 车轴断裂车轴断裂 机械基础（少学时）机械基础（少学时） 高职高专高职高专 ppt ppt 课件课件 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 根据外力作用性质不同，主要有根据外力作用性质不同，主要有屈服强屈服强 度度、抗拉强度抗拉强度、抗压强度抗压强度、抗弯强度抗弯强度等。工程等。工程 常用的是屈服强度和抗拉强度。相同条件下，常用的是屈服强度和抗拉

10、强度。相同条件下， 材料的强度越高，则构件的承载力也就越高。材料的强度越高，则构件的承载力也就越高。 材料的强度等力学性能须通过试验的方材料的强度等力学性能须通过试验的方 法进行测定。此类试验须按标准（如国家标准、法进行测定。此类试验须按标准（如国家标准、 部标准）中规定的方法进行。此处重点介绍部标准）中规定的方法进行。此处重点介绍低低 碳钢的拉伸强度测试实验碳钢的拉伸强度测试实验。 拉伸试验机拉伸试验机 机械基础（少学时）机械基础（少学时） 高职高专高职高专 ppt ppt 课件课件 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 为了便于对试验结果进行比较，试验时首先要

11、把待测试的材料加工成为了便于对试验结果进行比较，试验时首先要把待测试的材料加工成 试件。我国国家标准试件。我国国家标准gb/t228-1987gb/t228-1987金属拉力试验法金属拉力试验法中规定，拉伸试件中规定，拉伸试件 截面可采用圆形（如图截面可采用圆形（如图2-4a2-4a）或矩形，长度可根据其截面尺寸按规定比例）或矩形，长度可根据其截面尺寸按规定比例 或不按比例适当选取。按比例选取的试件长短两种规格。圆截面长试件其或不按比例适当选取。按比例选取的试件长短两种规格。圆截面长试件其 工作段长度（也称标距）工作段长度（也称标距）l0=10d0l0=10d0，短试件，短试件l0=5d0l0

12、=5d0。金属材料的压缩实验，。金属材料的压缩实验， 一般采用短圆柱形试件，其高度为直径一般采用短圆柱形试件，其高度为直径d0d0的的1.5-31.5-3倍。倍。 拉伸试件拉伸试件 压缩试件压缩试件 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 拉伸实验机在实验过程中可以绘制出施加的载荷与试件变形的线图，拉伸实验机在实验过程中可以绘制出施加的载荷与试件变形的线图， 一般称为一般称为拉伸曲线拉伸曲线。随试件尺寸的不同，会使拉伸图在量的方面有所差异。随试件尺寸的不同，会使拉伸图在量的方面有所差异。 为了消除尺寸的影响，将拉力除以试件横截面的原始面积为了消除尺寸的影响，将拉力除

13、以试件横截面的原始面积a a0 0，得出试件横截，得出试件横截 面上的正应力用面上的正应力用表示；伸长量表示；伸长量l l除以标距的原始长度除以标距的原始长度l l0 0，得出试件在工，得出试件在工 作段内的相对伸长量作段内的相对伸长量，以，以为纵坐标、为纵坐标、为横坐标绘出的曲线称为为横坐标绘出的曲线称为应应 力力应变图应变图，它表明从加载开始到破坏为止，应力与应变的对应关系，反，它表明从加载开始到破坏为止，应力与应变的对应关系，反 映了材料的性能。映了材料的性能。 拉伸曲线图拉伸曲线图应力应力- -应变图应变图 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 拉伸实验机

14、在实验过程中可以绘制出施加的载荷与试件变形的线图，拉伸实验机在实验过程中可以绘制出施加的载荷与试件变形的线图， 阶段力学特性 拉伸图（应力- 应变线图）特征 第阶段 （弹性变形 阶段） 试件受力以后，长度增加，产生变形，这时如将外力卸 去，试件工作段的变形可以消失，恢复原状。此类变形称 为弹性变形弹性变形，因此，称第阶段为弹性变形阶段弹性变形阶段。 曲线呈直线状 第阶段 （屈服阶段） 弹性变形阶段以后，试件的伸长显著增加，但外力却滞 留在很小的范围内上下波动。外力不需增加，变形却继续 增大，这种现象称为屈服或流动屈服或流动。屈服阶段中拉力波动的 最低值称为屈服载荷屈服载荷，用fs表示。所对应的

15、应力称为屈服屈服 极限极限，用s表示。 曲线出现波动 第阶段 （强化阶段） 过了屈服阶段以后，继续增加变形，需要加大外力，试 件对变形的抵抗能力又获得增强，力与变形是非线性的关 系。此阶段称为强化阶段强化阶段。 曲线非线性增长 第阶段 （颈缩阶段） 当拉力继续增大达某一确定数值时，可以看到，试件某 处突然开始逐渐局部变细，形同细颈，称颈缩现象。因此， 第阶段称为颈缩阶段。颈缩出现前，试件所能承受的拉 力最大值，称为最大载荷，用fb表示。所对应的应力称为 强度极限强度极限，用b表示。 曲线单调下降 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 2.2.强度强度 塑性塑性是指

16、金属材料在给定载荷外力的作用下，产生永久变形而不被破坏的是指金属材料在给定载荷外力的作用下，产生永久变形而不被破坏的 能力。金属材料在受到拉伸变形时，长度和横截面积都要发生变化。因此，金能力。金属材料在受到拉伸变形时，长度和横截面积都要发生变化。因此，金 属的塑性可以用材料的伸长率属的塑性可以用材料的伸长率和截面收缩率和截面收缩率两个指标来衡量。两个指标来衡量。 伸长率伸长率 试件拉断后，工作段的残余伸长量试件拉断后，工作段的残余伸长量l=ll=l0 0-l-l1 1与标距长度与标距长度l l0 0的比值，的比值， 代表试件拉断后塑性变形程度，代表试件拉断后塑性变形程度， 称为材料的伸长率，用

17、称为材料的伸长率，用表示。即表示。即 截面收缩率截面收缩率 试件断口处横截面面积试件断口处横截面面积 的相对变化率称为截面收缩率，的相对变化率称为截面收缩率， 用用表示，即表示，即 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 金属材料的伸长率和截面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材金属材料的伸长率和截面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材 料能承受较大的塑性变形而不破坏。工程上通常把常温、静载下伸长率大料能承受较大的塑性变形而不破坏。工程上通常把常温、静载下伸长率大 于于5%5%的金属材料称为的金属材料称为塑性材料塑性材料，如低碳钢；而把伸长率小于，如低碳钢；而把

18、伸长率小于5%5%的金属材料的金属材料 称为称为脆性材料脆性材料，如灰口铸铁等。，如灰口铸铁等。 低碳钢是一种塑性极好的材料，在汽车制造业中常用这种材料通过冲低碳钢是一种塑性极好的材料，在汽车制造业中常用这种材料通过冲 裁、拉延、翻边等压力加工的方法来加工出汽车的车身覆盖件。裁、拉延、翻边等压力加工的方法来加工出汽车的车身覆盖件。 压力加工压力加工汽车覆盖件汽车覆盖件 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 3.3.硬度硬度 硬度硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，是衡量材料软硬程度的指标。是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，是衡量材料软硬程度的指标。 例如

19、将一个坚硬的钢球压入钢板的表面，就会在钢板表面留下圆形痕迹，这个例如将一个坚硬的钢球压入钢板的表面，就会在钢板表面留下圆形痕迹，这个 痕迹的大小就反映了材料的软硬程度。痕迹的大小就反映了材料的软硬程度。 硬度是由硬度计测试出来的。硬度是由硬度计测试出来的。 硬度测试原理硬度测试原理硬度计硬度计 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 硬度是由硬度计测试出来的。常用的硬度标准有三套：硬度是由硬度计测试出来的。常用的硬度标准有三套：布氏硬度布氏硬度、洛氏洛氏 硬度硬度、维氏硬度维氏硬度，这三种硬度标准有不同的测试方法和应用范围。，这三种硬度标准有不同的测试方法和应用范围

20、。 布氏硬度布氏硬度 测试原理测试原理 洛氏硬度洛氏硬度 测试原理测试原理 维氏硬度维氏硬度 测试原理测试原理 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 硬度是由硬度计测试出来的。常用的硬度标准有三套：硬度是由硬度计测试出来的。常用的硬度标准有三套：布氏硬度布氏硬度、 洛氏硬度洛氏硬度、维氏硬度维氏硬度，这三种硬度标准有不同的测试方法和应用范围。，这三种硬度标准有不同的测试方法和应用范围。 类别类别测试方法测试方法应用范围应用范围 布氏 硬度 （hb） 用一定大小的试验力f,把直径为d的淬火钢球或 硬质合金球压入被测金属的表面，保持规定时间后 卸除试验力，用读数显微镜

21、测出压痕平均直径d，然 后按公式求出-布氏硬度hb值，或者根据 d 从已备 好的布氏硬度表中查出hb值。 布氏硬度测量法适 用于铸铁、非铁合金、 各种退火及调质的钢 材，不宜测定太硬、 太小、太薄的工件。 洛氏 硬度 （hr） 洛氏硬度（hr）试验方法是用一个顶角为120度 的金刚石圆锥体或直径为 / 的钢球，在一定载荷下 压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。 根据实验材料硬度的不同，可分为三种不同标度来 表示： hra、hrb、hrc。 测试当被测样品过 小或者布氏硬度 （hb）大于450时， 就改用洛氏硬度计量。 维氏 硬度 （hv） 以49.03980.7n的负荷,将相对面夹角为

22、138的方 锥形金刚石压入材料表面,保持规定时间后，用测量 压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。维 氏硬度还有小负荷维氏硬度和显微维氏硬度，试验 负荷1.961n，试验负荷1.96149.03n，它 适用于较大工件和 较深表面层的硬度测 定。还适用于较薄工 件、工具表面或镀层 的硬度测定。 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 4.4.韧性韧性 韧性韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，则发表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，则发 生脆性断裂的可能性越小。韧性可在材料科学及冶金学上，韧性是指当承受应生脆性断裂的可能性

23、越小。韧性可在材料科学及冶金学上，韧性是指当承受应 力时对折断的抵抗，其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的比值。力时对折断的抵抗，其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的比值。 通常以冲击强度的大小、晶状断面率来衡量。韧性是表示材料在塑性变形通常以冲击强度的大小、晶状断面率来衡量。韧性是表示材料在塑性变形 和断裂过程中吸收能量的能力。衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧度来表示。和断裂过程中吸收能量的能力。衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧度来表示。 冲击韧度是通过冲击实验来测定的。冲击韧度是通过冲击实验来测定的。 韧性测试原理韧性测试原理韧性测试机韧性测试机 机械工业出版社机械工业出版社

24、2.1 金属材料的性能金属材料的性能 5.5.疲劳性能疲劳性能 许多机械零件和工程构件，是承受许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷交变载荷工作的。在交变载荷的作用下，工作的。在交变载荷的作用下， 虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后， 也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的疲劳疲劳。由于疲劳不易发现，。由于疲劳不易发现， 所以对安全的影响是极大的。所以对安全的影响是极大的。 疲劳性能可以通过疲劳实验测出，主要设备为疲劳试验机，经过试验可以疲劳性能

25、可以通过疲劳实验测出，主要设备为疲劳试验机，经过试验可以 将实验数据整理成线图，即为疲劳曲线。将实验数据整理成线图，即为疲劳曲线。 疲劳试验机疲劳试验机疲劳曲线疲劳曲线 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 2.1.2 2.1.2 金属材料工艺性能金属材料工艺性能 1.1.焊接性能焊接性能 金属的焊接性能又叫金属的焊接性能又叫可焊性可焊性，一般是指两块相同的金属材料或两块，一般是指两块相同的金属材料或两块 不同的金属材料，在局部加热到熔融状态下，能够牢固地焊合在一起的不同的金属材料，在局部加热到熔融状态下，能够牢固地焊合在一起的 性能。焊接性能好的金属，在焊缝部位

26、不易产生裂纹、气孔、夹渣等缺性能。焊接性能好的金属，在焊缝部位不易产生裂纹、气孔、夹渣等缺 陷，同时焊接接头具有一定的机械性能。陷，同时焊接接头具有一定的机械性能。 常用焊接形式常用焊接形式 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 2.1.2 2.1.2 金属材料工艺性能金属材料工艺性能 2.2.切削性能切削性能 切削加工性能是指金属材料在用切削刀具进行加工时，所表现出来切削加工性能是指金属材料在用切削刀具进行加工时，所表现出来 的难易程度。它主要用切削速度、加工表面光洁度和刀具耐用度来衡量。的难易程度。它主要用切削速度、加工表面光洁度和刀具耐用度来衡量。 通常灰铸

27、铁有良好的切削加工性，钢的硬度在通常灰铸铁有良好的切削加工性，钢的硬度在hbwl60-200hbwl60-200范围内时，具范围内时，具 有良好的切削加工性。有良好的切削加工性。 常用切削加工方式常用切削加工方式 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 2.1.2 2.1.2 金属材料工艺性能金属材料工艺性能 3.3.压力加工性能压力加工性能 压力加工性能就是指金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，压力加工性能就是指金属材料在压力加工过程中成型的难易程度， 例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为

28、塑性变形抗力的大 小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、 机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。 常用压力成型工艺常用压力成型工艺 机械工业出版社机械工业出版社 2.1 金属材料的性能金属材料的性能 2.1.2 2.1.2 金属材料工艺性能金属材料工艺性能 4.4.铸造性能铸造性能 铸造性能就是指反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现铸造性能就是指反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现 为熔化状态时的流动

29、性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀 性、致密性，以及冷缩率等。性、致密性，以及冷缩率等。 典型铸造件典型铸造件 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 在日常生活中到处都能看到钢铁材料的产品，从生活中的直尺到工程中在日常生活中到处都能看到钢铁材料的产品，从生活中的直尺到工程中 的扳手，从小到一把瑞士军刀大到一台挖掘机。在这些不同的产品里，所的扳手，从小到一把瑞士军刀大到一台挖掘机。在这些不同的产品里，所 用的钢铁材料有什么不同？它们的性能又如何？用的钢铁材料有什么不同？它们的性能又如何？ 常见钢

30、铁制品常见钢铁制品 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 2.2.1 2.2.1 工业用钢工业用钢 1.1.普通碳素钢普通碳素钢 （1 1）碳素钢的应用与生产）碳素钢的应用与生产 碳素钢是近代工业中使用最早、用量最大的基本材料。目前碳素钢碳素钢是近代工业中使用最早、用量最大的基本材料。目前碳素钢 的产量在各国钢总产量中的比重，约保持在的产量在各国钢总产量中的比重，约保持在80%80%左右，它不仅广泛应用于左右，它不仅广泛应用于 建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造工业。工业用钢主要是建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造工业。工业用钢主要是 由冶金厂生产

31、的板材、棒材、型材、管材及线材等。钢材生产的主要流由冶金厂生产的板材、棒材、型材、管材及线材等。钢材生产的主要流 程是：炼铁、炼钢、铸锭、压力加工成各种规格的钢材。程是：炼铁、炼钢、铸锭、压力加工成各种规格的钢材。 常用钢铁型材常用钢铁型材 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 （）碳素钢中的化学成分及其影响（）碳素钢中的化学成分及其影响 碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。在退火或热轧状碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。在退火或热轧状 态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降。态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑

32、性和冲击韧性下降。 所以工程结构用钢，常限制含碳量。所以工程结构用钢，常限制含碳量。 碳素钢中的残余元素和杂质元素如碳素钢中的残余元素和杂质元素如锰、硅、镍、磷、硫、氧、氮锰、硅、镍、磷、硫、氧、氮等，对等，对 碳素钢的性能也有影响。这些影响有时互相加强，有时互相抵销。其中碳素钢的性能也有影响。这些影响有时互相加强，有时互相抵销。其中 影响比较显著影响比较显著的有：的有： 1 1）硫、氧、氮都能增加钢的）硫、氧、氮都能增加钢的热脆性热脆性，而适量的锰可减少或部分抵销其，而适量的锰可减少或部分抵销其 热脆性。热脆性。 2 2）残余元素除锰、镍外都降低钢的冲击韧性，增加）残余元素除锰、镍外都降低钢

33、的冲击韧性，增加冷脆性冷脆性。 3 3）除硫和氧降低强度外，其他杂质元素均在不同程度上提高钢的强度。）除硫和氧降低强度外，其他杂质元素均在不同程度上提高钢的强度。 4 4）几乎所有的杂质元素都能降低钢的塑性和焊接性。）几乎所有的杂质元素都能降低钢的塑性和焊接性。 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 （）（）碳素结构钢的牌号碳素结构钢的牌号 按照国家标准按照国家标准gb/t 221-2008gb/t 221-2008，碳素结构钢牌号分为四个部分，碳素结构钢牌号分为四个部分 组成部分组成部分表示内容表示内容补充说明补充说明举例说明举例说明 第一部分 q+强度值 字母

34、q表示“屈服”，其后的强度值 为材料的屈服极限。 例：q235-af 该牌号表示屈 服强度为235mpa 的a级优质沸腾 钢。 第二部分 （必要时） 钢的质量 等级 从优到劣用英文字母a、b、c、d、 e、f表示。 第三部分 （必要时） 脱氧方式沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇 静钢分别用f、b、z、tz表示。 第四部分 （必要时） 产品用途、 特性和工 艺方法 例如压力容器用钢的符号为r、桥梁 用钢为“q”、保证淬透性钢为“h”。 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 2. 2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 （1 1）优质碳素钢分类与性能）优质碳素钢分类与性能

35、优质碳素结构钢和普通碳素结构钢相比，硫、磷及其他非金属夹杂物优质碳素结构钢和普通碳素结构钢相比，硫、磷及其他非金属夹杂物 的含量较低。根据含碳量和用途的不同，这类钢大致又分为三类。的含量较低。根据含碳量和用途的不同，这类钢大致又分为三类。 低碳钢应用案例低碳钢应用案例中碳钢应用案例中碳钢应用案例高碳钢应用案例高碳钢应用案例 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 （2 2）优质碳素钢的牌号优质碳素钢的牌号 按照国家标准按照国家标准gb/t221-2008gb/t221-2008，优质碳素结构钢牌号分

36、为五个部分，优质碳素结构钢牌号分为五个部分 组成部分组成部分表示内容表示内容 补充说明补充说明应用举例应用举例 第一部分表示含碳量数字 以万分之几计表示钢材的 平均含碳量。 例1：45 该牌号表示含 碳量为0.45%的优 质碳素结构钢。 例2：60 mn 该牌号表示含 碳量为0.60%的优 质碳素结构钢，另 外含有锰元素。 第二部分 （必要时） 表示锰元素含量 较高含锰元素的，加标锰 元素符号“mn”。 第三部分 （必要时） 钢材冶金质量 高级优质钢和特级优质钢 分别用“a”、“e”表示。 第四部分 （必要时） 脱氧方式 沸腾钢、半镇静钢、镇静 钢、特殊镇静钢分别f、b、 z、tz表示。 第五

37、部分 （必要时） 产品用途、特性 和工艺方法 例如压力容器用钢的符号 为r、桥梁用钢为“q”、保 证淬透性钢为“h”。 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 3.3.合金结构钢合金结构钢 （）碳素合金钢性能（）碳素合金钢性能 在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。 根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、高强度、高韧性、耐磨、 耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等

38、特殊性能。 合金钢的主要合金元素有合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、 铝、铜、硼、稀土铝、铜、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只 要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件 下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一 部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成

39、置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、 钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 （2 2）合金工具钢牌号）合金工具钢牌号 按照国家标准按照国家标准gb/t221-2008gb/t221-2008，合金结构钢牌号分为四个部分：，合金结构钢牌号分为四个部分： 组成部分组成部分表示内容表示内容补充说明补充说明应用举例应用举例 第一部分 表示含碳量的 数字 以万分之几计表示钢材的平均含 碳量。 例

40、1：60 si 2 mn 该牌号表示平 均碳含量为0.6%， 含有2%硅，含有 不超过1.5%锰的 合金结构钢。 例2：g cr 15 si mn 该牌号表示 含15%铬，含有 不超过1.5%硅和 锰的滚动轴承钢。 第二部分 合金元素及含 量 合金元素含量用元素符号和阿拉 伯数字表示，具体表达方法为：平 均含量小于1.50%，仅标出元素符 号 ， 不 标 含 量 ； 平 均 含 量 为 1.50%2.49%、2.50%3.49%、 3.50%4.49%、4.50%5.49% 时，在相应元素符号后标出2、3、 4、5 第三部分 （必要时） 钢材冶金质量高级优质钢和特级优质钢分别用 “a”、“e”

41、表示。 第四部分 （必要时） 脱氧方式沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特 殊镇静钢分别f、b、z、tz表示。 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 4. 4.合金工具钢合金工具钢（1 1）合金工具钢分类与性能）合金工具钢分类与性能 类别类别性能说明性能说明应用说明应用说明 刃具钢 刃具在工作条件下产生强烈的磨损并发热，还有震 动和承受一定的冲击负荷。刃具用钢应具有高的硬度、 耐磨性、红硬性和良好的韧性。为了保证其具有高的 硬度，满足形成合金碳化物的需要，钢中碳含量一般 在0.81.45。 盘形铣刀 模具钢 模具大致可分为冷作模具、热作模具和塑料模具三 类，用于锻造、冲压

42、、切型、压铸等。由于各种模具 用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢，按其所 制造模具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨 性，足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工 艺性能。 冲压模具 量具钢 量具应具有良好的尺寸稳定性、高耐磨性、高硬度 和一定的韧性。因此量具用钢应具有硬度高、组织稳 定、耐磨性好，以及良好的研磨和加工性能、热处理 变形小、膨胀系数小和耐蚀性好。常用的钢类有铬钢、 铬钨锰钢、锰钒钢等。 螺纹通规 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 4. 4.合金工具钢合金工具钢（2 2）合金工具钢牌号）合金工具钢牌号 组成部分组成部分表示内容表示内容补

43、充说明补充说明应用举例应用举例 第一部分 表示含碳量 的数字 平均碳含量小于1.00%时， 采用一位数字表示碳含量 （以千分之几计）。平均碳 含量不小于1.00%时，不表明 含碳量数字； 例：5 cr mn mo 该牌号表示平 均含碳量为0.5%， 含有不超过1.5% 铬、锰、钼元素 的合金工具钢。第二部分 合金元素及 含量 合金元素含量用元素符号 和阿拉伯数字表示，具体表 达方法为：平均含量小于 1.50%，仅标出元素符号，不 标 含 量 ； 平 均 含 量 为 1.50%2.49%、2.50%3.49%、 3 . 5 0 % 4 . 4 9 % 、 4.50%5.49%时，在相应 元素符号

44、后标出2、3、4、 5 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 2.2.2 2.2.2 铸铁铸铁 1.1.铸铁分类与性能铸铁分类与性能 类别类别性能说明性能说明应用说明应用说明 灰 口 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，简称灰铁灰铁。熔点低（11451250），凝固时收缩量小， 抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、汽缸、 箱体等结构件。 一般箱体类零件 都用灰铸铁 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。凝 固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。硬度高，脆性大，不能承受冲击 载荷。

45、多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。 一般轧辊可用白 口铸铁加工 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。其 组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、 能承受强动载荷的零件。 中低压的阀门多 用可锻铸铁加工 球 墨 铸 铁 将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球 铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃 机、汽车零部件及农机具等。 曲轴可用球幕铸 铁加工 机械工业出版社机械工业出版社 2.2 钢铁材料及应用钢铁材料及应用 2. 2.铸铁牌号铸铁牌号 组成组成 部分部分 表示内容表示内容 补充说明补充说明

46、应用举例应用举例 第一 类型 由代号和表示力学性 能特征值的阿拉伯数字 组成 主要代号有：灰口 铸铁为ht、白口铸铁 为bt、可锻铸铁为kt、 球墨铸铁为qt、蠕墨 铸铁rut。 表示力学特性的数 字是用拉伸强度值。 表示合金元素含量 是用质量分数表示。 例1：ht200 该牌号表示最低抗拉 强度为200mpa的灰口 铸铁。 例2：qt40015 该牌号表示最低抗拉 强度为400mpa，延伸 率为15%的球墨铸铁。 第二 类型 由代号和主要合金 元素的元素符号及名义 百分含量组成 第三 类型 由代号和主要合金 元素的元素符号及名义 百分含量和和表示力学 性能特征值的阿拉伯数 字组成。 机械工业

47、出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 2.3.1 2.3.1 铝和铝合金铝和铝合金 钢铁材料虽然有很好的性能，但是还有很多金属制品不是选用钢材钢铁材料虽然有很好的性能，但是还有很多金属制品不是选用钢材 而是选用了有色金属，小到钥匙大到飞机有色金属在实际生活和工程中而是选用了有色金属，小到钥匙大到飞机有色金属在实际生活和工程中 随处可见。本节就要介绍常用有色金属的相关性能和应用。随处可见。本节就要介绍常用有色金属的相关性能和应用。 有色金属应用案例有色金属应用案例 机械工业出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 2.3.1

48、 2.3.1 铝和铝合金铝和铝合金 纯铝纯铝的密度小（的密度小（=2.7g/cm3=2.7g/cm3），大约是铁的），大约是铁的1/31/3，熔点低，熔点低 （660660），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，易于加工，可制成），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，易于加工，可制成 各种型材、板材。各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，故不宜作结构抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，故不宜作结构 材料。材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运 用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。用热处理等方

49、法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 铝合金铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航 天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。添加一定元素形天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。添加一定元素形 成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度。成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度。这样使得这样使得 其其“比强度比强度”（强度与比重的比值）胜过很多合金钢，成为理想的结构（强度与比重的比值）胜过很多合金钢，成为理想的结构 材料，材料，广泛用于运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、

50、广泛用于运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、 蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材 料的焊接，结构重量可减轻料的焊接，结构重量可减轻50%50%以上。以上。 机械工业出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 2.3.1 2.3.1 铝和铝合金铝和铝合金 系列系列牌号牌号性能简介性能简介应用举例应用举例 1000 纯铝 1060 导电性能很好，适用作为金属 导线。 纯铝导线 1085、1080 成形性、表面处理性良好，在 铝合金中其耐蚀性最佳。适用于 化学工业容器

51、、散热片、溶接线、 导电材。 化工容器 1100、1200 导电性和导热性很好。适用于 散热片、瓶盖、印刷板、建材、 热交换器组件 换热器 机械工业出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 2.3.1 2.3.1 铝和铝合金铝和铝合金 200 0 铜为 主要 合金 元素 20112011 快削合金，切削性好强度也高。但耐 蚀性不佳。适用于光学组件、螺丝头 。 瞄准镜 2014 、 2017 、 2024 含有多量的cu，耐蚀性不佳，但强度 高，可作为构造用材使用，锻造品亦 可适用，航空器、齿轮、油、压组件 、轮轴。 航空箱 20252025 锻造用合金。锻造性

52、良好且强度高， 但耐蚀性不佳。 适用航空器引擎、油 压组件。 引擎 机械工业出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 2.3.1 2.3.1 铝和铝合金铝和铝合金 3000 锰为主 要合金 元素 3003 、3203 强度比1100约高10%，成 形性、溶接性、耐蚀性均良 好。一般器物、散热片、化 妆板、影印机滚筒、船舶用 材 cpu散热片 3004 、3104 强度比3003高，成形性优 越，耐蚀性也良好。铝罐、 灯炮盖头、屋顶板、彩色铝 板 百事可乐瓶 4000 硅为主 要合金 元素 4032 耐热性、耐摩秏性良好，热 膨胀系数小。活塞、汽缸头 。 活塞

53、4043 凝固收缩少，用硫酸阳极氧 化处理呈灰色之自然发色。 溶接线、建筑嵌板。 建筑嵌板 机械工业出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 2.3.1 2.3.1 铝和铝合金铝和铝合金 5000 镁为 主要 合金 元素 5005 强度与3003相同，加工性、溶接性、 耐蚀性良好，阳极氧化后之修饰加工良 好，与6063形材颜色相称。建筑用内 外装、车辆之内装、船舶之内装。 铝合金电动门 5052 为中程度强度之最具代表性合金，耐蚀 性、溶接性及成形性良好，特别是疲劳 强度高，耐海水性佳。一般钣金、船舶 、车辆、建筑、瓶盖、蜂巢板。 蜂巢板 5454 强度比50

54、52约高20%，其特性与5154 大致相同，但在恶烈环境下之耐蚀性比 5154良好。汽车用车轮。 车轮 机械工业出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 2.3.1 2.3.1 铝和铝合金铝和铝合金 6000 硅和镁 为主要 合金元 素 6061 热处理型之耐蚀性合金。用t6处 理能有非常高的耐力值，但溶接 接口之强度低，因此使用于螺钉 、铰钉船舶、车辆、陆上构造物 。 自行车车架 6063 代表性的挤出用合金，强度比 6061低，挤出性良好，可作复 杂的断面形状之形材，耐蚀性及 表面处理性均佳建筑、公路护栏 、高栏、车辆、家具、装饰品。 铝合金窗 6151

55、锻造加工性特别好，耐蚀性及表 面处理性亦佳，适用于复杂的锻 造品。机械、汽车组件。 机油泵 机械工业出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 2.3.1 2.3.1 铝和铝合金铝和铝合金 70 00 锌 为 主 要 合 金 元 素 7072 电极电位低，主要用于防蚀性覆盖皮电极电位低，主要用于防蚀性覆盖皮 材，亦适用于热交换器之散热片。铝材，亦适用于热交换器之散热片。铝 合金合板材之皮材，散热片。合金合板材之皮材，散热片。 电饭锅外壳 7075 铝合金中具有最高强度的合金之一， 但耐蚀性不佳，与7072之覆盖皮材可 改善其耐蚀性，耐蚀性也非常良好。 车辆、其他

56、陆上构造物、航空器 自行车牙盘 机械工业出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 2.3.2 2.3.2 铜和铜合金铜和铜合金 铜合金以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。纯铜呈铜合金以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。纯铜呈 紫红色紫红色又称紫铜。纯铜密度为又称紫铜。纯铜密度为8.968.96熔点为熔点为10831083具有优良的具有优良的导导 电性导热性延展性和耐蚀性电性导热性延展性和耐蚀性。主要用于制作发电机母线电缆。主要用于制作发电机母线电缆 开关装置变压器等电工器材和热交换器管道太阳能加热装置开关装置变压器等电工器材和热交换器管

57、道太阳能加热装置 的平板集热器等导热器材。常用的铜合金分为黄铜青铜白铜三大的平板集热器等导热器材。常用的铜合金分为黄铜青铜白铜三大 类，如表类，如表2-122-12。 表表2-12 铜合金性能分类介绍铜合金性能分类介绍 类别 黄铜 性能说明性能说明 以锌作主要添加元素的铜合金具有美观的黄色统称黄铜以锌作主要添加元素的铜合金具有美观的黄色统称黄铜 。铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜。铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜 称特殊黄铜或称复杂黄铜。为了改善普通黄铜的性能，常添称特殊黄铜或称复杂黄铜。为了改善普通黄铜的性能，常添 加其他元素，如铝、镍、锰、锡硅铅等。铝能

58、提高黄铜加其他元素，如铝、镍、锰、锡硅铅等。铝能提高黄铜 的强度、硬度和耐蚀性但使塑性降低，适合作海轮冷凝管的强度、硬度和耐蚀性但使塑性降低，适合作海轮冷凝管 及其他耐蚀零件。锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性，及其他耐蚀零件。锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性， 故称海军黄铜用作船舶热工设备和螺旋桨等。铅能改善黄故称海军黄铜用作船舶热工设备和螺旋桨等。铅能改善黄 铜的切削性能，常用作钟表零件。黄铜铸件常用来制作阀门铜的切削性能，常用作钟表零件。黄铜铸件常用来制作阀门 和管道配件等。和管道配件等。 应用说明应用说明 炮弹外壳炮弹外壳 机械工业出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料

59、非铁金属和粉末冶金材料 2.3.1 2.3.1 铜和铜合金铜和铜合金 机械工业出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 2.3.3 2.3.3 轴承合金轴承合金 轴承合金又称轴承合金又称轴瓦合金轴瓦合金，用于制造滑动轴承的材料。轴承合金的组，用于制造滑动轴承的材料。轴承合金的组 织是在软相基体上均匀分布着硬相质点，或硬相基体上均匀分布着软织是在软相基体上均匀分布着硬相质点，或硬相基体上均匀分布着软 相质点。轴承合金具有如下性能：相质点。轴承合金具有如下性能：良好的耐磨性能和减磨性能；有一良好的耐磨性能和减磨性能；有一 定的抗压强度和硬度，有足够的疲劳强度和承载

60、能力；塑性和冲击韧定的抗压强度和硬度，有足够的疲劳强度和承载能力；塑性和冲击韧 性良好；具有良好的抗咬合性；良好的顺应性；好的嵌镶性；要有良性良好；具有良好的抗咬合性；良好的顺应性；好的嵌镶性；要有良 好的导热性、耐蚀性和小的热膨胀系数。好的导热性、耐蚀性和小的热膨胀系数。用于各类轴承材料。用于各类轴承材料。 图2-36 滑动轴承 图2-37 汽车轴承 机械工业出版社机械工业出版社 2.3 非铁金属和粉末冶金材料非铁金属和粉末冶金材料 2.3.4 2.3.4 粉末冶金材料粉末冶金材料 用粉末冶金工艺制得的多孔、半致密或全致密材料（包用粉末冶金工艺制得的多孔、半致密或全致密材料（包 括制品）。粉