第十一章 机械工程常用材料

1、第十一章 机械工程常用材料11-1 常用金属11-2 常用非金属材料和复合材料11-4 机械零件材料及毛坯选择11-3 钢的热处理工艺机械工机械工程材料程材料金金属属材材料料非非金金属属材材料料黑色金属黑色金属钢钢有色金属有色金属铸铁铸铁合金钢合金钢无机非金属材料无机非金属材料有机有机材料材料塑料塑料橡胶橡胶陶瓷陶瓷合成纤维合成纤维铝合金铝合金铜合金铜合金其他有色合金其他有色合金 机械工程材料机械工程材料第十一章 机械工程常用材料 使用性能使用性能1.物理性能物理性能 化学性能化学性能 力学性能力学性能 铸造性铸造性 焊接性焊接性2. 工艺性能工艺性能 锻压性锻压性 切削加工性切削加工性 热处

2、理性热处理性金属材料的性能金属材料的性能使用性能：金属材料在使用条件下所表现出来的性使用性能：金属材料在使用条件下所表现出来的性能。能。工艺性能：金属材料从冶炼到成品的工艺性能：金属材料从冶炼到成品的 生产过程中，生产过程中，在各种加工条件下表现出来的性能。在各种加工条件下表现出来的性能。第十一章 机械工程常用材料强度强度 强度是金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性强度是金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性 变形或变形或断裂的能力称为强度。常用的强度有：断裂的能力称为强度。常用的强度有： 抗拉强度（抗拉强度（b）和屈服点（）和屈服点（s）。抗拉强度和屈服点可）。抗拉强度和屈服点可以通过拉伸试验测定。以

3、通过拉伸试验测定。塑性塑性 金属材料在静载荷作用下，产生永久变形而不破坏金属材料在静载荷作用下，产生永久变形而不破坏的能力称为塑性。常用的塑性指标：的能力称为塑性。常用的塑性指标：延伸率（延伸率（）和断面收缩率（）和断面收缩率（）。）。硬度硬度 金属材料抵抗局部变形（特别是塑性变形）、压痕金属材料抵抗局部变形（特别是塑性变形）、压痕或划痕的能力称为硬度。或划痕的能力称为硬度。刚度刚度 材料抵抗弹性变形的能力（材料抵抗弹性变形的能力（E、G）。）。力学性能指标：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。力学性能指标：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。第十一章 机械工程常用材料 1、含碳量、含碳量 含

4、碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。含碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。 2、杂质元素：有益、杂质元素：有益Si、Mn，有害，有害S、P 3、合金元素、合金元素 加入某些合金元素，可提高和改善其综合力学性能，加入某些合金元素，可提高和改善其综合力学性能，并获得某些特殊的物理和化学性能。并获得某些特殊的物理和化学性能。 4、温度、温度 一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧性下一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧性下降降 ，高温条件下相反。，高温条件下相反。 5、热处理工艺、热处理工艺影响力学性能的主要因素影响力学性能的主要因素第十一章 机械工程常用材料一一 钢钢1. 1

5、. 非合金钢（非合金钢（碳素钢碳素钢）2. 2. 合金钢合金钢合金钢：在碳素钢的基础上，有目的的加入一些合金元合金钢：在碳素钢的基础上，有目的的加入一些合金元素素, (, (如铬如铬CrCr、钒、钒V V、镍、镍NiNi、钨、钨W)W)性能显著提高。性能显著提高。碳素钢：含碳量碳素钢：含碳量2.11%0.6%)0.6%)；1 1 碳素钢碳素钢(5)按磷、硫含量分为普通碳素钢按磷、硫含量分为普通碳素钢(含磷含磷 硫较高硫较高) 优质优质碳素钢碳素钢(含磷含磷 硫较低硫较低)和高级优质钢和高级优质钢(含磷含磷 硫更低硫更低)和特和特级优质钢。级优质钢。 11-1 常用金属材料1)有害元素有害元素碳

6、素钢微量元素碳素钢微量元素 P有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用, ,低温低温 韧性差韧性差( (冷脆冷脆) )。 S能引起钢在热加工时或高温工作开裂能引起钢在热加工时或高温工作开裂( (热裂热裂) )。 Mn脱氧、去硫，提高钢的强度和硬度。脱氧、去硫，提高钢的强度和硬度。 Si有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用,能脱氧，提高钢的强度、能脱氧，提高钢的强度、硬度和弹性，降低塑性和韧性。硬度和弹性，降低塑性和韧性。2)有益元素有益元素* * 适当增加硫、磷含量，可提高钢的切削加工性能；适当增加硫、磷含量，可提高钢的切削加工性能；* * 磷可增加钢在大气中的耐腐蚀性能磷可增加钢在大气中

7、的耐腐蚀性能11-1 常用金属材料Q 235 A F沸腾钢沸腾钢A等级等级235 MPa屈服强度屈服强度2) 普通碳素钢的编号及用途普通碳素钢的编号及用途质量等级脱氧方法11-1 常用金属材料特点特点：冶炼容易、工艺性能好、价格低廉，加工成形后一般不再冶炼容易、工艺性能好、价格低廉，加工成形后一般不再进行热处理，通常以板材、带材及各种型材向企业供应。进行热处理，通常以板材、带材及各种型材向企业供应。用途用途：Q195、Q215电力行业中的铁塔、锅炉支架、厂房钢电力行业中的铁塔、锅炉支架、厂房钢结构、水冷壁管等。结构、水冷壁管等。Q235、Q275拉杆、连杆、轴、齿轮、螺栓、螺母等拉杆、连杆、轴

8、、齿轮、螺栓、螺母等两位阿拉伯数字，表示含碳量两位阿拉伯数字，表示含碳量* * 45 - Wc = 45%45 - Wc = 45%的优质碳素结构钢的优质碳素结构钢* * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn - W45Mn - Wc c = 45% = 45%， W WMnMn = 0.7% = 0.7%1.0%1.0%3) 3) 优质碳素结构钢的编号及用途优质碳素结构钢的编号及用途特点及应用：特点及应用：低碳钢（低碳钢（C0.25%C0.25%）：强度低，塑性、韧性好，易于冲压加）：强度低，塑性、韧性好，易于冲压加工。用于螺钉、螺母、焊接件等。工。用于螺钉

9、、螺母、焊接件等。中碳钢（中碳钢（0.3%C0.5%0.3%C0.5%）：强度较高，塑性和韧性也较好。）：强度较高，塑性和韧性也较好。用于齿轮、丝虹、连杆和各种轴类零件，工作温度不太高用于齿轮、丝虹、连杆和各种轴类零件，工作温度不太高的汽轮机转子、联轴器、汽缸紧固件等。的汽轮机转子、联轴器、汽缸紧固件等。高碳钢（高碳钢（0.3%C0.5%0.3%C0.5%）：较高的强度和良好的弹性，切）：较高的强度和良好的弹性，切削性、淬透性和焊接性较。用于制造强簧和易磨损的零件。削性、淬透性和焊接性较。用于制造强簧和易磨损的零件。11-1 常用金属材料T 12 A高级优质高级优质 Wc = 12 碳素工具钢

10、碳素工具钢4) 4) 碳素工具钢碳素工具钢特点：高硬度和高耐磨性特点：高硬度和高耐磨性用途：刀具、磨具和量具用途：刀具、磨具和量具ZG 200 - 400b 400MPas 200MPa铸钢铸钢5) 5) 铸造碳钢铸造碳钢特点：高硬度和高耐磨性特点：高硬度和高耐磨性用途：刀具、磨具和量具用途：刀具、磨具和量具特点：用于制造承受重载，较少受尺寸、形状和重量特点：用于制造承受重载，较少受尺寸、形状和重量的限制的大型零件。的限制的大型零件。用途：机架、轴承座、连杆、箱体、曲轴、刚体等用途：机架、轴承座、连杆、箱体、曲轴、刚体等11-1 常用金属材料2 2 合金钢合金钢1) 1) 定义定义 合金钢是冶

11、炼时人为的在钢中加入一些合金元素所合金钢是冶炼时人为的在钢中加入一些合金元素所形成的钢，这些元素包括锰、硅、镍、钼、钨、钒、钛、形成的钢，这些元素包括锰、硅、镍、钼、钨、钒、钛、铌、稀土元素。铌、稀土元素。2) 2) 按用途分为按用途分为(1)(1)合金结构钢合金结构钢 (2) (2)合金工具钢合金工具钢 (3) (3)特殊性能钢特殊性能钢3) 3) 合金结构钢牌号和用途合金结构钢牌号和用途30CrSiMn2MoVC：0.30%,Mn:2%,Si、Mo、V：1%,Mn:2.11%主要由铁、碳和硅组成的合金总称。主要由铁、碳和硅组成的合金总称。工业常用铸铁：灰口铸铁工业常用铸铁：灰口铸铁 球墨铸

12、铁球墨铸铁 可锻铸铁可锻铸铁11-1 常用金属材料灰口铸铁的力学性能灰口铸铁的力学性能 石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得了许多钢所不及的优良性能了许多钢所不及的优良性能 优良的性能：优良的性能： 良好的铸造性能良好的铸造性能 良好的减震性良好的减震性 较低的缺口敏感性较低的缺口敏感性 良好的切削加工性良好的切削加工性 良好的减摩性良好的减摩性 良好的抗压性能良好的抗压性能11-1 常用金属材料b类类 别别牌号牌号用用 途途 举举 例例铁素体铁素体灰铸铁灰铸铁HTl00HTl00低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支低载荷和不重要

13、零件，如盖、外罩、手轮、支架等架等铁索体铁索体珠光体珠光体灰铸铁灰铸铁HT150HT150承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件珠光体珠光体灰铸铁灰铸铁HT200HT200承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等HT250HT250孕育铸铁孕育铸铁HT300HT300床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、机床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、

14、齿轮等，高压油缸、泵体、座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸体、汽缸盖等体、汽缸盖等HT350HT350灰口铸铁牌号灰口铸铁牌号11-1 常用金属材料1)1)性能特点性能特点2)2)用途：电线、电缆、器皿用途：电线、电缆、器皿1. 1. 铝及铝合金铝及铝合金密度小密度小; ;导电及导热导电及导热 性能好性能好; ;抗大气腐蚀性好抗大气腐蚀性好; ;塑性高塑性高; ;强强度低度低; ;无磁性无磁性; ;无打击火花无打击火花; ;加工工艺性好等。加工工艺性好等。3)3)纯铝的牌号：按铝的纯度来编制，如纯铝的牌号：

15、按铝的纯度来编制，如10601060表示表示99.6%99.6%铝合金：变形铝合金、铸造铝合金铝合金：变形铝合金、铸造铝合金二二 有色金属及其合金有色金属及其合金有色金属的特点：强度较低，特殊的物理化学性能。有色金属的特点：强度较低，特殊的物理化学性能。 铝、镁、钛及其合金铝、镁、钛及其合金 密度密度 铜、铝及其合金铜、铝及其合金 导电性导电性 镍、钼及其合能镍、钼及其合能 耐热性耐热性变形铝合金：防锈铝合金、硬铝合金变形铝合金：防锈铝合金、硬铝合金(2A12)(2A12)、超硬铝、超硬铝合金、煅铝合金合金、煅铝合金11-1 常用金属材料1)1)性能特点性能特点2)2)铜的分类铜的分类工业纯铜

16、工业纯铜 T1T1T4T4，含铜量依次下降；，含铜量依次下降；无氧铜无氧铜 TU2TU2密度大，导电及导热性能好，抗大气腐蚀性好，塑性高，密度大，导电及导热性能好，抗大气腐蚀性好，塑性高，强度低，无磁性，无打击火花，加工工艺性好等。强度低，无磁性，无打击火花，加工工艺性好等。2、铜及其合金、铜及其合金铜合金：铜合金：1) 1) 黄铜黄铜 、2) 2) 青铜青铜3)3) 黄铜黄铜 黄铜是铜和锌的合金，黄铜中锌含量在黄铜是铜和锌的合金，黄铜中锌含量在20%40%20%40%左右。左右。 黄铜具有优良的机械加工性能和良好的防腐性，可以黄铜具有优良的机械加工性能和良好的防腐性，可以铸造，也可以锻造。铸

17、造，也可以锻造。用途：制造耐蚀和耐磨零件，如弹簧、阀门、管件等。用途：制造耐蚀和耐磨零件，如弹簧、阀门、管件等。牌号：牌号：H65H65、HSn90-1HSn90-111-1 常用金属材料v金奖黄铜金奖黄铜 - H90- H90v弹壳黄铜弹壳黄铜 -H70 ( H68 )-H70 ( H68 )v日用黄铜日用黄铜 -H62 ( H59 )-H62 ( H59 )法兰阀法兰阀闸阀闸阀冷凝器管冷凝器管常用的黄铜常用的黄铜1)定义定义2)牌号牌号青铜青铜在黄铜中加入在黄铜中加入AlAl、FeFe、SiSi、CrCr、NiNi、SnSn、Mn Mn 等元等元素所形成的合金。素所形成的合金。QSn4-3

18、、ZCuSn5Pb5Zn53 轴承合金轴承合金用来制造轴承的特定材料。用来制造轴承的特定材料。锡锑轴承合金、铅锑轴承合金、铝基轴承合金等锡锑轴承合金、铅锑轴承合金、铝基轴承合金等11-1 常用金属材料1 1 塑料塑料1) 塑料的组成塑料的组成 塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来改善使塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的高分子材料。树脂的用性能和工艺性能的添加剂而制成的高分子材料。树脂的种类、性能、数量决定了塑料的性能，因此，塑料基本上种类、性能、数量决定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以树脂的名称命名的，例如聚氯乙烯塑料的树脂就是都是以树脂的名

19、称命名的，例如聚氯乙烯塑料的树脂就是聚氯乙烯。工业中用的树脂主要是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯。工业中用的树脂主要是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。聚氯乙烯等。2）常用塑料：）常用塑料： 聚酰胺（聚酰胺（PA、尼龙）、聚甲醛（、尼龙）、聚甲醛（OIN）、）、ABS塑料、塑料、聚碳酸酯（聚碳酸酯（PC）、聚砜（）、聚砜（PSF）、聚四氟乙烯（）、聚四氟乙烯（PTEF）11-2 常用非金属材料和复合材料2 2 橡胶橡胶1)1)橡胶的组成与性能橡胶的组成与性能 橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子材料。子材料。 橡胶具有弹性大（最高伸

20、长率可达橡胶具有弹性大（最高伸长率可达80080010001000，外力，外力去除后能迅速恢复原状），吸振能力强，耐磨性、隔声性、绝去除后能迅速恢复原状），吸振能力强，耐磨性、隔声性、绝缘性好，可积储能量，有缘性好，可积储能量，有定的耐蚀性和足够的强度等有点，定的耐蚀性和足够的强度等有点，其主要缺点是易老化。其主要缺点是易老化。 天然橡胶天然橡胶 合成橡胶合成橡胶11-2 常用非金属材料和复合材料3 3、陶瓷、陶瓷 普通陶瓷又称传统陶瓷，其原料是天然的硅酸盐产物，普通陶瓷又称传统陶瓷，其原料是天然的硅酸盐产物，如粘土、长石、石英等。这类陶瓷又称硅酸盐陶瓷，例如粘土、长石、石英等。这类陶瓷又称硅

21、酸盐陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。如日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。 特种陶瓷又称近代陶瓷，其原料是人工合成的金属特种陶瓷又称近代陶瓷，其原料是人工合成的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特种陶氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特种陶瓷具有一些独特的性能，可满足工程结构的特殊需要。瓷具有一些独特的性能，可满足工程结构的特殊需要。2 2）陶瓷的分类）陶瓷的分类 按原料不同，陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷；按用途不按原料不同，陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷；按用途不同分为日用陶瓷和工业陶瓷。同分为日用陶瓷和工业陶瓷。1 1）陶瓷的定义）陶瓷的定义 用天然

22、或人工合成的粉状化合，经过成形和高温烧结制用天然或人工合成的粉状化合，经过成形和高温烧结制成的多相固体材料。成的多相固体材料。11-2 常用非金属材料和复合材料4 4、复合材料、复合材料1 1）定义：）定义： 由两种或两种以上性质不同的物质，经人工组合而成由两种或两种以上性质不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料，称为复合材料。的多相固体材料，称为复合材料。2 2）复合材料的分类：）复合材料的分类： 按基体不同，分为两类：非金属基复合材料和金属按基体不同，分为两类：非金属基复合材料和金属 基复合材料。基复合材料。 按增强相的种类和形状不同，分为三类：颗粒复合按增强相的种类和形状不同，分为三类

23、：颗粒复合 材料、层叠复合材料和纤维增强复合材料。材料、层叠复合材料和纤维增强复合材料。 按性能，分为结构复合材料、功能复合材料等。按性能，分为结构复合材料、功能复合材料等。11-2 常用非金属材料和复合材料3 3）复合材料的性能）复合材料的性能 比强度和比模量高：例如碳纤维和环氧树脂组成的复合比强度和比模量高：例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的材料，其比强度是钢的8 8倍，比模量倍，比模量( (弹性模量与密度之比弹性模量与密度之比) )比钢大比钢大3 3倍。倍。 减振性能好：纤维与基体界面有吸振能力减振性能好：纤维与基体界面有吸振能力, ,可减小振动。可减小振动。例如例如,

24、,尺寸形状相同的梁尺寸形状相同的梁, ,金属梁金属梁9s9s停止振动停止振动, ,碳纤维复合材碳纤维复合材料制成的梁料制成的梁2.5s2.5s就可停止振动。就可停止振动。 高温性能好高温性能好 ：一般铝合金在：一般铝合金在400500时弹性模量急剧时弹性模量急剧下降下降,强度也下降。碳或硼纤维增强的铝复合材料强度也下降。碳或硼纤维增强的铝复合材料,在上述温在上述温度时度时,其弹性模量和强度基本不变。其弹性模量和强度基本不变。 抗疲劳性能好抗疲劳性能好 ：例如碳纤维：例如碳纤维-聚酯树脂复合材料的疲劳强聚酯树脂复合材料的疲劳强度是其抗拉强度的度是其抗拉强度的70-80，而大多数金属的疲劳强度是，

25、而大多数金属的疲劳强度是其抗拉强度的其抗拉强度的3050。 此外，复合材料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂安全性和此外，复合材料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工艺性等。工艺性等。11-2 常用非金属材料和复合材料一、钢的热处理定义：一、钢的热处理定义： 加热、保温、冷却加热、保温、冷却改变金属整体或表面组织，获改变金属整体或表面组织，获得所需性能。得所需性能。11-3 钢的热处理工艺二、热处理的种类二、热处理的种类 1、普通热处理：退火、正火、淬火、回火、普通热处理：退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理和化学热处理：、表面热处理和化学热处理： 感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、

26、感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗渗碳、氮化、碳氮共渗 3、其他热处理、其他热处理1 退火：退火： 加热、保温、随炉冷却加热、保温、随炉冷却 目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力，目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力， 预先热处理预先热处理2 正火正火 加热、保温、空气冷却加热、保温、空气冷却 目的：同退火，更高的力学性能目的：同退火，更高的力学性能3 淬火淬火 加热，保温，水、油或盐水冷却加热，保温，水、油或盐水冷却 目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。但淬目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。火后，出现内应力，材料变

27、脆，须回火。 方法：单介质淬火；双介质淬火方法：单介质淬火；双介质淬火三、钢的热处理工艺及用途三、钢的热处理工艺及用途11-3 钢的热处理工艺4 回火：回火： 零件淬火后，加热至临界温度之下，保温，以一定零件淬火后，加热至临界温度之下，保温，以一定速度冷却。速度冷却。 目的：达到设计图纸要求的硬度，消除内应力。目的：达到设计图纸要求的硬度，消除内应力。 回火工艺的种类：回火工艺的种类： 1）低温回火（）低温回火（150250 C） 2）中温回火（）中温回火（350500 C） 3）高温回火（）高温回火（500650 C） 调质处理淬火高温回火调质处理淬火高温回火11-3 钢的热处理工艺5 表面

28、热处理：表面热处理： 仅对钢的表面进行加热和冷却而不改变其成分仅对钢的表面进行加热和冷却而不改变其成分的热处理工艺。的热处理工艺。 目的：提高零件的表层硬度、抗磨损性能。目的：提高零件的表层硬度、抗磨损性能。 方式：方式： 感应加热感应加热：利用交流电的集肤效应，对零件：利用交流电的集肤效应，对零件 进行加热，并通过控制电流频率得到不同的淬进行加热，并通过控制电流频率得到不同的淬 硬层深度。硬层深度。 火焰加热火焰加热：利用火焰加热工件表面，然后立：利用火焰加热工件表面，然后立 即用水喷射冷却。调节烧嘴的位置和移动速度即用水喷射冷却。调节烧嘴的位置和移动速度 即可得到不同厚度的淬硬层。即可得到

29、不同厚度的淬硬层。11-3 钢的热处理工艺6 化学热处理：化学热处理： 将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表面，改变其化学成分和组织，达到改几种元素渗入其表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能、满足技术要求的热处理过程。进表面性能、满足技术要求的热处理过程。 目的：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性目的：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性和疲劳强度等力学性能。和疲劳强度等力学性能。 按表面渗入元素的不同，分为渗碳、氮化、碳氮共按表面渗入元素的不同，分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等种类。渗、渗硼、渗铝等种类。

30、 表面精饰是指在金属零件的表面附上一层覆盖层，表面精饰是指在金属零件的表面附上一层覆盖层，以达到防蚀、装饰等目的。以达到防蚀、装饰等目的。 种类种类 电镀：镀铬、镀镍、镀锌、镀镉、镀银电镀：镀铬、镀镍、镀锌、镀镉、镀银 化学处理：氧化和磷化化学处理：氧化和磷化 涂漆涂漆11-3 钢的热处理工艺满足使用性能要求满足使用性能要求材料工艺性能良好材料工艺性能良好充分考虑经济性充分考虑经济性考虑零件外形和尺寸特点考虑零件外形和尺寸特点考虑生产批量考虑生产批量一、零件材料的选择一、零件材料的选择11-4 机械零件材料及毛坯选择1 满足使用性能要求满足使用性能要求指所选用的材料在正常工作情况下能够满足产品

31、及零件的指所选用的材料在正常工作情况下能够满足产品及零件的性能要求，是保证零件的设计功能实现、安全耐用的必要性能要求，是保证零件的设计功能实现、安全耐用的必要条件。条件。 对结构零件而言，其使用性能一般以力学性能要求为对结构零件而言，其使用性能一般以力学性能要求为主，物理性能和化学性能要求为辅；主，物理性能和化学性能要求为辅； 对功能元件而言，其使用性能则以各种功能特性为主，对功能元件而言，其使用性能则以各种功能特性为主，力学性能、化学性能为辅。力学性能、化学性能为辅。 选材的最主要原则。选材的最主要原则。材料的使用性能包括力学性能、物理和化学性能等。材料的使用性能包括力学性能、物理和化学性能

32、等。11-4 机械零件材料及毛坯选择零件名称零件名称受力状况受力状况主要失效形式主要失效形式主要性能指标主要性能指标重要螺栓重要螺栓拉应力或交变拉应拉应力或交变拉应力、冲击载荷力、冲击载荷过量塑性变形、过量塑性变形、疲劳断裂疲劳断裂s、 1、 HB重要传动重要传动齿轮齿轮交变弯曲应力、冲交变弯曲应力、冲击载荷、齿面摩擦击载荷、齿面摩擦齿折断、过度磨齿折断、过度磨损、疲劳麻点损、疲劳麻点HRC、 1接触疲劳强度接触疲劳强度轴类轴类交变弯曲应力、扭交变弯曲应力、扭转应力、冲击载荷、转应力、冲击载荷、摩擦摩擦疲劳断裂、过度疲劳断裂、过度磨损磨损s、 1、 HRC几种常用零的工作条件、常见失效形式及要

33、求的力学性能几种常用零的工作条件、常见失效形式及要求的力学性能11-4 机械零件材料及毛坯选择2 材料工艺性能良好材料工艺性能良好指所选用的材料能否适应各种加工工艺，经济、高指所选用的材料能否适应各种加工工艺，经济、高效地生产出满足规定性能及结构要求零件的能力。效地生产出满足规定性能及结构要求零件的能力。3 充分考虑经济性充分考虑经济性材料价格材料价格国家资源情况国家资源情况零件的总成本零件的总成本金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能 ：铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能、铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能热处理性能 高分子材料的工艺性能高分子材料的工艺性能 陶瓷材

34、料的工艺性能陶瓷材料的工艺性能 以铁代钢以铁代钢 、选用型材、优先选用碳钢、降低零件的生、选用型材、优先选用碳钢、降低零件的生产总成本、优先选用常用材料产总成本、优先选用常用材料11-4 机械零件材料及毛坯选择例：例： 单件小批单件小批 焊接焊接轴承座、床腿等支架轴承座、床腿等支架 大批大批 铸造铸造 轴、齿轮轴、齿轮 箱体箱体 大尺寸零件大尺寸零件4 考虑零件外形和尺寸特点考虑零件外形和尺寸特点 单件小批生产单件小批生产 简单毛坯简单毛坯 大批生产大批生产 外形和尺寸与零件相近毛坯外形和尺寸与零件相近毛坯5 考虑生产批量考虑生产批量锻件锻件铸件铸件分体制造分体制造焊件焊件11-4 机械零件材

35、料及毛坯选择二、选材的方法及步骤二、选材的方法及步骤 1 零件选材的具体方法：零件选材的具体方法： 以综合力学性能为主的选材以综合力学性能为主的选材 以疲劳强度为主的选材以疲劳强度为主的选材以磨损为主的选材以磨损为主的选材1）分析零件的工作条件及失效形式，找出引起失效的主）分析零件的工作条件及失效形式，找出引起失效的主要力学性能指标，初步确定材料的类型、范围。要力学性能指标，初步确定材料的类型、范围。2）对同类产品的用材情况进行研究，进一步缩小材料的）对同类产品的用材情况进行研究，进一步缩小材料的类型、范围。类型、范围。 3）通过比较选择合适的材料。）通过比较选择合适的材料。4）确定零件的热处

36、理要求或其他强化处理方法。）确定零件的热处理要求或其他强化处理方法。5）审核关键性能指标要满足使用性能要求。）审核关键性能指标要满足使用性能要求。6）审核所选材料的综合经济指标。）审核所选材料的综合经济指标。7）投产前进行小批量生产试验。）投产前进行小批量生产试验。 2 零件选材的步骤零件选材的步骤11-4 机械零件材料及毛坯选择1、齿轮类零件、齿轮类零件 高的弯曲疲劳强度及接触疲高的弯曲疲劳强度及接触疲劳强度劳强度 齿面具有高的硬度和耐磨性齿面具有高的硬度和耐磨性心部具有足够强度和韧性心部具有足够强度和韧性三、典型零件选材及工艺流程三、典型零件选材及工艺流程 转速中等、载荷不大转速中等、载荷

37、不大 工作平稳无强烈冲击工作平稳无强烈冲击 一般选调质钢一般选调质钢 45 40Cr 备料备料锻造锻造正火正火机机械粗加工械粗加工调质调质机械半精机械半精加工加工高频淬火高频淬火+回火回火磨磨削削机床齿轮机床齿轮 工作条件恶劣工作条件恶劣 一般选用渗碳钢一般选用渗碳钢 20Cr 20CrMnTi 备料备料锻造锻造正火正火机械加工机械加工 渗碳渗碳+淬火淬火+低温回火低温回火喷丸喷丸磨磨削削汽车、拖拉机、摩托车齿轮汽车、拖拉机、摩托车齿轮11-4 机械零件材料及毛坯选择主要失效形式主要失效形式 交变载荷引起疲劳断裂交变载荷引起疲劳断裂 过载、冲击载荷引起的断裂过载、冲击载荷引起的断裂 局部过度磨损（轴颈、花键部位）局部过度磨损（轴颈、花键部位）2 轴类零件轴类零件常用材料常用材料 45 40Cr 40MnB 35CrMo 40C4NiMo受较大载荷的车床主轴可选用受较大载荷的车床主轴可选用40Cr受冲击载荷和交变载荷较大时受冲击载荷和交变载荷较大时 20