机械工程概论课件学习教案

1、会计学1机械工程概论机械工程概论(giln)课件课件第一页，共39页。黑色金属黑色金属(hisjngsh)(hisjngsh)有色金属有色金属(yus jnsh)(yus jnsh)铸铁铸铁(zhti)钢钢金属材料金属材料低碳钢低碳钢 (08F) (08F) 中碳钢中碳钢 (45) (45) 高碳钢高碳钢 (60) (60) 合金钢合金钢 (1Cr18(1Cr18） 灰铸铁灰铸铁 (HT300)(HT300) 球墨铸铁球墨铸铁(QT500-5) (QT500-5) 铝合金铝合金 (LY12)(LY12)铜合金铜合金 (ZCuSn10P1)(ZCuSn10P1)高分子材料高分子材料复合材料复合材

2、料陶瓷陶瓷非金属材料非金属材料- - 塑料、橡胶、合成纤维。塑料、橡胶、合成纤维。-强如钢、轻如铝、硬如金刚石。强如钢、轻如铝、硬如金刚石。-强度高、弹性模量大、质量轻。强度高、弹性模量大、质量轻。第1页/共38页第二页，共39页。第2页/共38页第三页，共39页。第3页/共38页第四页，共39页。橡胶橡胶-橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用(chn(chn ynyn) )作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。硬橡作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。胶可用于制造用水润滑的轴承衬。 塑料塑料-塑料的比重

3、小，易于制成形状复杂的零件，而且各种塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，而且各种( ( zhnzhn) )不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热性、绝缘性、减不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其应用日益广泛。摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其应用日益广泛。 陶瓷材料陶瓷材料 典型的电和热的绝缘体且比金属和高分子材料更耐高温和腐蚀性环境典型的电和热的绝缘体且比金属和高分子材料更耐高温和腐蚀性环境。陶瓷材料塑性变形能力差，其机械。陶瓷材料塑性变形能力差，其机械(jxi)性质大多质硬耐压，但十分脆性质大多质硬耐压，但十分脆，因此

4、大大限制其工业上的应用范围。，因此大大限制其工业上的应用范围。陶瓷材料是金陶瓷材料是金属属和非金和非金属属元素元素间间的化合物。的化合物。常常见见陶瓷材料大多是由陶瓷材料大多是由粘粘土土矿矿物、水泥和玻璃所物、水泥和玻璃所组成组成的陶瓷。的陶瓷。第4页/共38页第五页，共39页。非金非金属材属材料的料的产品产品(chnpn)第5页/共38页第六页，共39页。材料材料(cilio)(cilio)与机械制造：与机械制造：“改形改形”和和“改改性性”工艺工艺材料科技的四大材料科技的四大(s d)方向方向对既有材料加以扩展应用层面，配合机械、化工、电机对既有材料加以扩展应用层面，配合机械、化工、电机等

5、需求等需求(xqi)(xqi)，针对新的应用，设计、制造新材料。，针对新的应用，设计、制造新材料。材料与产品质量材料与产品质量 ：是产品质量的重要保证：是产品质量的重要保证材料与机械设计：正确选择材料及其加工工艺材料与机械设计：正确选择材料及其加工工艺材料材料制制造造运运用熔用熔炼炼，铸造、锻造铸造、锻造，热处理热处理，粉末冶金等方法把材料，粉末冶金等方法把材料制制成可用的成可用的状态状态。材料材料鉴鉴定定鉴鉴定材料的性定材料的性质质及其及其显微镜组织显微镜组织，以，以确确保材料的品保材料的品质质。基本研究基本研究研究研究从从原子排列到整原子排列到整块块材料的材料的各种相关现象各种相关现象，以

6、明，以明了了影影响响材料性材料性质质的根本原因。的根本原因。材料材料应用应用第6页/共38页第七页，共39页。(4)(4)塑性加工塑性加工(ji gng)(ji gng)变形能力佳，富延性及展变形能力佳，富延性及展性性 常见常见(chn jin)的金属有铁、铜、锌、铅、铝、锡、镁、铬、钴、镍、的金属有铁、铜、锌、铅、铝、锡、镁、铬、钴、镍、钼、钛、钨、金、银等。钼、钛、钨、金、银等。 合金合金(hjn)常指两种以上的金属或金属与非金属结合而成且具有金常指两种以上的金属或金属与非金属结合而成且具有金属特性之材料。属特性之材料。特性：特性： 理论上，凡是把含碳量小于理论上，凡是把含碳量小于2%2%

7、，含杂质比较少的铁碳合金称为，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。钢。 钢及其特性钢及其特性 含碳量超过含碳量超过2%2%，称为，称为生铁生铁；含碳量小于；含碳量小于0.08%0.08%，称为，称为工业纯铁工业纯铁。(1)固固体状态体状态下具下具结晶结构结晶结构(2)具有具有独特独特的的金属光泽金属光泽且不透明且不透明(3)电与热电与热之良之良导体导体第7页/共38页第八页，共39页。晶体晶体(jngt)非晶体非晶体第8页/共38页第九页，共39页。晶晶体体(jngt)和和非非晶晶体体(jngt)的的比比较较第9页/共38页第十页，共39页。第10页/共38页第十一页，共39页。第11页/共38页第

8、十二页，共39页。 钢具有强度钢具有强度(qingd)(qingd)高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀。好，易于加工；但是，钢材易锈蚀。1 1、钢的冶炼、钢的冶炼(ylin)(ylin)方法方法白口铁液态生铁吹入空气或氧气钢浇注成钢锭脱 氧熔融2. 2. 钢的分类钢的分类(fn li)(fn li)钢钢按冶炼方法按冶炼方法按脱氧程度按脱氧程度平炉钢平炉钢转炉钢转炉钢酸性钢酸性钢碱性钢碱性钢按炉衬按炉衬材料分材料分沸腾钢沸腾钢镇静钢镇静钢半镇静钢半镇静钢电炉钢电炉钢特殊镇静钢特殊镇静钢第12页/共38页第十三页，共39页。钢

9、钢非合金钢非合金钢合金钢合金钢低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢低合金钢低合金钢 5%5%中合金钢中合金钢 5%5%10%10%高合金钢高合金钢 10%10%C C0.250.25C=0.25%C=0.25%0.600.60C C0.250.25普通质量钢普通质量钢钢钢特殊质量钢特殊质量钢优质钢优质钢S S 使钢在高温下呈脆性，使钢在高温下呈脆性，称为热脆性；称为热脆性；P P 使钢在常温和低温下呈使钢在常温和低温下呈脆性，称为冷脆性。脆性，称为冷脆性。钢钢结构钢结构钢工具钢工具钢碳素结构钢碳素结构钢合金结构钢合金结构钢建筑钢建筑钢碳素工具钢碳素工具钢合金工具钢合金工具钢高速工具钢高速工具钢

10、特殊性能钢特殊性能钢不锈钢不锈钢耐酸钢耐酸钢耐热钢耐热钢磁磁 钢钢第13页/共38页第十四页，共39页。第14页/共38页第十五页，共39页。第15页/共38页第十六页，共39页。冷弯性能冷弯性能(xngnng)(xngnng)可焊性可焊性切削切削(qixio)性性合金钢的牌号合金钢的牌号(piho)、性能、用途、性能、用途碳素结构钢牌号及用途碳素结构钢牌号及用途铸铁的牌号、应用及说明铸铁的牌号、应用及说明有色金属极其合金的牌号、应用有色金属极其合金的牌号、应用（3 3）力学性能）力学性能拉伸性能拉伸性能冲击韧性冲击韧性疲劳强度疲劳强度硬度硬度种类种类牌号牌号性能及选用范围性能及选用范围普通低

11、合金普通低合金结构钢钢结构钢钢9Mn29Mn2、10MnSiCu10MnSiCu、16Mn16Mn强度较高、塑性良好、具有焊接强度较高、塑性良好、具有焊接性和耐蚀性性和耐蚀性桥梁、车辆、船舶等桥梁、车辆、船舶等渗碳钢渗碳钢20CrMnTi 20CrMnTi 、20Mn2V20Mn2V20Mn2TiB20Mn2TiB心部的强度高、用于制造重要的心部的强度高、用于制造重要的或承受重载荷的大型渗碳零件或承受重载荷的大型渗碳零件调质钢调质钢40Cr40Cr、40Mn240Mn2、30CrMo30CrMo具有良好的综合力学性能，复杂具有良好的综合力学性能，复杂的重要零件的重要零件弹簧钢弹簧钢65Mn65

12、Mn、60Si2Mn60Si2Mn、60Si2CrVA60Si2CrVA淬透性好，热处理后组织可以得淬透性好，热处理后组织可以得到强化到强化滚动轴承钢滚动轴承钢GCr9GCr9，GCr15SiMnGCr15SiMn，GCrMnMoVGCrMnMoV用于制造滚动轴承的滚珠、套圈用于制造滚动轴承的滚珠、套圈第16页/共38页第十七页，共39页。名称名称牌号牌号应用举例应用举例说明说明灰铸铁灰铸铁HT150HT150“HTHT”-灰铸铁灰铸铁150-150-最低抗拉强度最低抗拉强度HT200HT200球墨铸铁球墨铸铁QT400-18QT400-18QT450-10QT450-10具有较高的强度和具有

13、较高的强度和塑性。塑性。用于受磨损和受冲用于受磨损和受冲击的零件击的零件“QTQT”-球墨铸铁；球墨铸铁；400-400-最低最低抗拉强度；抗拉强度；18-18-最低伸长率最低伸长率可锻铸铁可锻铸铁KTH300-06KTH300-06KTH330-08KTH330-08用于受冲击、振动用于受冲击、振动的零件的零件“KTHKTH”、“KTZKTZ”-黑心、白心黑心、白心可锻铸铁；可锻铸铁；300-300-最低抗拉强度；最低抗拉强度；06-06-最低伸长率最低伸长率名称名称牌号牌号应用举例应用举例说明说明普通黄铜普通黄铜H62H62散热器、垫圈等散热器、垫圈等“H H”-黄铜；、黄铜；、62-62

14、-质量分数质量分数 60.563.5%60.563.5%铸锰黄铜铸锰黄铜ZCuZnPb2ZCuZnPb2轴瓦、轴套轴瓦、轴套铸铝合金铸铝合金ZL102ZL102耐磨性中上等零耐磨性中上等零件件Z-Z-铸；铸；L-L-铝；铝；102-102-顺序顺序号号纯铜纯铜T1T1电线、导电螺钉电线、导电螺钉等等T1-T1-四种纯铜中的第一种四种纯铜中的第一种 ；99.50%99.50%第17页/共38页第十八页，共39页。第18页/共38页第十九页，共39页。复合材料复合材料(f h ci lio)(composite material)复合材料的综合性能优于原组成材料，能满足各种不同复合材料的综合性能优

15、于原组成材料，能满足各种不同(b tn)的要的要求求定义定义(dngy)由两种或两种以上的不同材料组合而成的工程材料。由两种或两种以上的不同材料组合而成的工程材料。区别：各种组成材料在性能上能互相取长补短，产生协同效应。区别：各种组成材料在性能上能互相取长补短，产生协同效应。基本组成基本组成基基 体体增强材料增强材料非金属非金属金属金属合成树脂、碳、石墨、陶瓷合成树脂、碳、石墨、陶瓷铝、镁、铜和它们的合金铝、镁、铜和它们的合金玻璃、碳、合成纤维，金属丝，硬质细粒玻璃、碳、合成纤维，金属丝，硬质细粒分类分类金属与金属金属与金属金属与非金属金属与非金属非金属与非金属复合材料非金属与非金属复合材料组

16、成组成结构结构纤维复合材料纤维复合材料层叠复合材料层叠复合材料细粒复合材料细粒复合材料骨架复合材料骨架复合材料第19页/共38页第二十页，共39页。玻璃纤维玻璃纤维(b lixinwi)增强塑料增强塑料(glass-fiber reinforced plastics，GFRP)具有优异的耐蚀性、轻量具有优异的耐蚀性、轻量(qn lin)性、强度特性、瞬时的耐高温性能性、强度特性、瞬时的耐高温性能被用来制造人造卫星被用来制造人造卫星(rnzowixng)、导弹和火箭的外壳（耐烧蚀层）、导弹和火箭的外壳（耐烧蚀层） 玻璃钢不反射无线电波，微波透过性好，是制造雷达罩的理玻璃钢不反射无线电波，微波透过

17、性好，是制造雷达罩的理想材料想材料 碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料(carbon-fiber reinforced plastics，CFRP)是最有代表性、性能最优越的塑料是最有代表性、性能最优越的塑料(即树脂即树脂)基复合材料基复合材料优点碳纤维的强度比钢大四倍，重量只有钢的优点碳纤维的强度比钢大四倍，重量只有钢的14，比铝还轻。，比铝还轻。很高的耐腐蚀性；很高的耐腐蚀性；优良的热特性优良的热特性(绝热性，隔热性和尺寸稳定性等绝热性，隔热性和尺寸稳定性等)；一定的电性能一定的电性能(通电发热，防静电干扰，导电性等通电发热，防静电干扰，导电性等)；滑动特性滑动特性(耐磨性，润滑性耐磨性，润滑性

18、)；减振性能减振性能(减振防噪等减振防噪等)；放射线特性；放射线特性(X射线透过性射线透过性)等。等。与玻璃钢相比，强度高与玻璃钢相比，强度高0.51倍，弹性模量高倍，弹性模量高24倍。倍。第20页/共38页第二十一页，共39页。过滤器过滤器团状玻璃纤维团状玻璃纤维第21页/共38页第二十二页，共39页。碳纤维增强碳纤维增强(zngqing)金属基复合材料金属基复合材料（碳铝复合材料（碳铝复合材料(f h ci lio)） 原料及加工成本低、比强度和比刚度高、高温原料及加工成本低、比强度和比刚度高、高温(gown)性能和抗拉强性能和抗拉强度好以及摩擦系数小且抗磨等优点，是电和热的良导体而且尺寸

19、度好以及摩擦系数小且抗磨等优点，是电和热的良导体而且尺寸稳定；是最有前途的金属基复合材料。稳定；是最有前途的金属基复合材料。 制造直升飞机的主要材料；坦克上的传动箱、底盘和装甲部件；制造直升飞机的主要材料；坦克上的传动箱、底盘和装甲部件；卫星上的设备支架、天线及望远镜的扇形镜面，是轻便野战桥梁卫星上的设备支架、天线及望远镜的扇形镜面，是轻便野战桥梁的理想材料。的理想材料。碳纤维外壳，更轻，更结实碳纤维外壳，更轻，更结实全缠绕碳纤维复合气瓶全缠绕碳纤维复合气瓶 第22页/共38页第二十三页，共39页。七、七、 材料材料(cilio)(cilio)应用和研究的总趋势应用和研究的总趋势 1）在材料的

20、微观结构设计方面，将从显微）在材料的微观结构设计方面，将从显微(xin wi)构造层次（构造层次（1um）向分子、原子层次（向分子、原子层次（110um）及电子层次（）及电子层次（0.11um）发展）发展（研制微米、纳米材料）。（研制微米、纳米材料）。2）将有机、无机和金属）将有机、无机和金属(jnsh)三大类材料在原子、分子水平上混合而三大类材料在原子、分子水平上混合而构成所谓构成所谓“杂化杂化”（Hybrid）材料的构思设想，以探索合成材料）材料的构思设想，以探索合成材料新途径。新途径。3）在新材料研制中，在数据库和知识库存的基础上，利用微机）在新材料研制中，在数据库和知识库存的基础上，利

21、用微机进行新材料的性能预报、模拟，以揭示新材料微观结构与性能的进行新材料的性能预报、模拟，以揭示新材料微观结构与性能的关系。关系。4）深入研究各种条件下材料的生产过程，运用新思维、新技术）深入研究各种条件下材料的生产过程，运用新思维、新技术来开发新材料，进行半导体超晶格材料的设计。来开发新材料，进行半导体超晶格材料的设计。第23页/共38页第二十四页，共39页。八、材料八、材料(cilio)的改性技术的改性技术 在不改变材料的化学成分或不改变材料基体的化学成分的条件在不改变材料的化学成分或不改变材料基体的化学成分的条件下，采用物理或化学的方法，改变材料整体或局部的组织结构下，采用物理或化学的方

22、法，改变材料整体或局部的组织结构(jigu)，从，从而改善材料的物理性能、化学性能、力学性能或加工工艺性能的方而改善材料的物理性能、化学性能、力学性能或加工工艺性能的方法。法。传统传统(chuntng)改性技术：热处理改性技术：热处理现代改性技术：现代改性技术：等离子体技术、等离子体技术、“三束技术三束技术”、表面沉积和镀膜、表面沉积和镀膜技术、材料复合技术等技术、材料复合技术等 1、常规热处理技术、常规热处理技术第24页/共38页第二十五页，共39页。第25页/共38页第二十六页，共39页。第26页/共38页第二十七页，共39页。第27页/共38页第二十八页，共39页。钢的硬度随回火温度的变

23、化（钢的硬度随回火温度的变化（flash格式格式）第28页/共38页第二十九页，共39页。2 2、 表面表面(biomin)(biomin)处处理技术理技术 表面技术是利用各种物理的、化学的或机械的方法，使金属表表面技术是利用各种物理的、化学的或机械的方法，使金属表面获得特殊的化学成分、组织结构和性能面获得特殊的化学成分、组织结构和性能(xngnng)(xngnng)，从而提高，从而提高金属零件或构件使用寿命的技术。金属零件或构件使用寿命的技术。 只需进行表面改性或强化(qinghu)，可以节约材料。 可以获得特殊的表面层。 表面涂层很薄，涂层用料少。 可以用于修复已损坏、失效的零件。 镀层（

24、电镀、化学镀等）、热喷涂、涂料涂装、陶瓷涂敷、镀层（电镀、化学镀等）、热喷涂、涂料涂装、陶瓷涂敷、化学转化膜、堆焊、气相沉积、着色染色等。化学转化膜、堆焊、气相沉积、着色染色等。特点：特点：表面技术的分类表面技术的分类表面覆层表面覆层第29页/共38页第三十页，共39页。 各种表面淬火（感应加热、激光各种表面淬火（感应加热、激光(jgung)(jgung)加热、电子束加热）、加热、电子束加热）、表面形变强化（如喷丸、滚压）等。表面形变强化（如喷丸、滚压）等。表面表面(biomin)合金化合金化表面表面(biomin)扩渗、喷焊堆焊、激光合金化、离子注入等扩渗、喷焊堆焊、激光合金化、离子注入等表

25、面处理表面处理法国西普氧化锆陶瓷喷丸法国西普氧化锆陶瓷喷丸(Zirblast)第30页/共38页第三十一页，共39页。汽车配件清洗前后汽车配件清洗前后第31页/共38页第三十二页，共39页。5-2 5-2 新型工程新型工程(gngchng)(gngchng)材料材料最近发展或正在发展的具有比传统材料更优异最近发展或正在发展的具有比传统材料更优异(yuy)性能的材料性能的材料新型新型(xnxng)工工程材料程材料 高分子材料高分子材料：由碳、氢、氧、硅、硫等元素组成的分子量：由碳、氢、氧、硅、硫等元素组成的分子量足够大的有机化合物。足够大的有机化合物。 微晶：通过快速冷凝工艺获得的晶粒尺寸小于微

26、晶：通过快速冷凝工艺获得的晶粒尺寸小于5微米（微米（m)的金属和非金属材料称为微晶材料。的金属和非金属材料称为微晶材料。 非晶体材料非晶体材料：采用超速骤冷的方法，金属原子来不及有：采用超速骤冷的方法，金属原子来不及有规则地排列就凝固了，得到的将是原子排列杂乱无章的非规则地排列就凝固了，得到的将是原子排列杂乱无章的非晶体材料。晶体材料。 第32页/共38页第三十三页，共39页。第33页/共38页第三十四页，共39页。一、一、 纳米材料纳米材料(n m ci lio)1、定义纳米材料、定义纳米材料(n m ci lio)(nano material)又称为超微颗粒材料，是尺又称为超微颗粒材料，是

27、尺寸在寸在1nm100nm间的粒子，处在原子簇和宏观物体交界的过间的粒子，处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域渡区域 第一个真正认识到纳米粒子的性能并引用纳米概念的是日第一个真正认识到纳米粒子的性能并引用纳米概念的是日本科学家。他们在本科学家。他们在20世纪世纪70年代用蒸发法做了超微粒子，并发年代用蒸发法做了超微粒子，并发现，导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，失去原来的现，导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，失去原来的性质性质(xngzh)，表现出既不导电、也不导热，表现出既不导电、也不导热纳米微粒的特性：具有小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应纳米微粒的特性：具有小尺寸效应、表面

28、效应和宏观量子隧道效应小尺寸效应：当微粒分割到达一定程度时，其性质将会发生根本小尺寸效应：当微粒分割到达一定程度时，其性质将会发生根本 性的变化。性的变化。表面效应：纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子或分子表面效应：纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子或分子 所占的比例非常大。并随纳米粒子尺寸的减小而急剧增大所占的比例非常大。并随纳米粒子尺寸的减小而急剧增大量子尺寸效应：粒径小到一定程度时，就会出现量子尺寸效应，导致纳米颗量子尺寸效应：粒径小到一定程度时，就会出现量子尺寸效应，导致纳米颗粒的光、电、磁、声、热等性质与宏观特性有着显著的差异。例如，温度为粒的光、电、磁、声、热等性质与宏观特性有着显著的差异。例如，温度为 1时，直径小于时，直径小于14 nm的银纳米颗粒会变成绝缘体的银纳米颗粒会变成绝缘体第34页/共38页第三十五页，共39页。2、 纳米技术纳米技术(n m j sh)的应用的应用（1） 纳米技术纳米技术(n m j sh)在微电子学上的应用在微电子学上的应用基于纳米粒子的量子效应