精密机械设计基础1-材料及热处理

1、精密机械设计基础主讲教师：吴婷主讲教师：吴婷办公室: 14-413 手机短号：686592材料及钢的热处理金属材料的力学性能金属材料的力学性能常用的工程材料常用的工程材料钢的热处理钢的热处理表面精饰表面精饰精密仪器材料选用原则精密仪器材料选用原则概述v 材料 : 用于制造物品、机器或其他产品的物质。机械工程材料金属材料非金属材料黑色金属钢有色金属铸铁合金钢无机非金属材料有机材料塑料橡胶陶瓷合成纤维铝合金铜合金其他有色合金常用工程材料一、钢铁材料（黑色金属）铸铁：含碳2%4%的铁和碳的合金，少量杂质。碳钢：含碳0.02%2的铁和碳的合金，少量杂质。纯铁：含碳0.02%的铁和碳的合金合金钢：钢里加

2、入其他元素。v 铁元素是地壳中含量第二高的的金属元素；v 优点：易提炼，硬度高；v 缺点：若有杂质，在潮湿的空气中易锈蚀；v 分类：常用工程材料1、铸铁（又叫生铁）v 含碳2%4%的铁和碳合金，少量杂质。v 坚硬、耐磨、铸造性好，成本低廉，应用范围广。v 灰口铸铁：碳以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色。成本低，铸造性能好。但脆性大，不宜承受冲击载荷。用于无力学性能要求或只承受静载荷的场合。其牌号以“HT”后面附两组数字表示。v 球墨铸铁：碳以球状石墨形式存在，具有较高的强度 、良好的塑性和韧性、耐磨性。它是兼有钢和铸铁优点的优良材料，多用于受冲击载荷和耐磨性较高的场合。其牌号以“QT”后面附两

3、组数字表示。一、钢铁材料（黑色金属）常用工程材料2、（碳）钢v 含碳0.02%2以下的铁和碳合金、少量杂质。v 强度高、韧性好、易加工、抗冲击，物化性能优良。v 按含碳量分类： 低碳钢（wc 0.25）、 中碳钢（0.250.6）v 按质量(杂质S、P含量）分类： 普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢v 按用途分类： 碳素结构钢、碳素工具钢一、钢铁材料（黑色金属）常用工程材料3、纯铁（又叫熟铁）v 含碳0.02以下的铁和碳合金、少量杂质。v 优点：质地特别软，韧性特别大，不容易生锈，电磁性能很好。v 缺点：强度低，故很少用作机械结构材料，但可以做壳、罩、铁芯。v 用途：电磁原料，电器元件。一

4、、钢铁材料（黑色金属）常用工程材料4、合金钢(又叫特种钢）v 人为加入一些合金元素，如Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，以提高钢的力学、物理、化学性能，具有高强度、韧性、硬度，以及某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐高温性等）。v 工作情况复杂且热处理要求高时，选用合金钢v 种类：弹簧钢，轴承钢，工具钢，不锈钢；v v 工作情况复杂且热处理要求高时，选用合金钢，如卡尺、弹簧、轴承等。一、钢铁材料（黑色金属）常用工程材料1、铜及其合金： v 纯铜：导热和导电性能较好，铜制成的器物太软，易弯曲v 黄铜铜和锌的合金 强度高, 硬度大, 导电性、耐化学、耐腐蚀性、耐磨性强。制造导体、阀门、水管、空调内外机连接管

5、、冷凝器散热器等。 v 青铜铜与锡、铅的合金（锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、锰青铜等） 青铜的性能高于黄铜，适合於制作弹性元件和耐磨零件等复杂零件。二、有色金属常用工程材料2、铝及其合金： v 铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。v 铝及铝合金的密度小（为钢的1/3)，重量轻，具有良好的、导电性、导热性、耐热性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。v 铝有较好的延展性(它的延展性仅次于金和银)，在100 150 时可制成薄于0.01 mm的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品。二、有色金

6、属常用工程材料3、钛及其合金： v 钛在地壳中的含量排第十位，其存在分散并难于提取，被认为是一种稀有金属。v 钛的强度和钢相当，但密度小，重量轻，是金属中最高的强度重量比v 具有优良的抗腐蚀性和“亲生物”性，但加工困难。v 主要应用于航天航天（喷气发动机、导弹及航天器）、军事、造船、医学（义肢、骨科移植及牙科器械与填充物）等工业中。二、有色金属常用工程材料1、工程塑料： v 以树脂为基础，加入填充剂、增塑剂、润滑剂等而制成的高分子有机物。v 优点：密度小、重量轻、耐腐性能好，且容易加工，可用注塑、挤压成型的方法制成各种复杂，尺寸精确的精密机械零件。v 缺点：降解慢，对人身体有害，对环境造成污染

7、。三、非金属常用工程材料2、橡胶： v 从橡胶树、橡胶草等植物提取的胶乳，是一种高分子化合物。v 优点：高弹性、高耐磨性、绝缘性、不透水和空气v 缺点：空气中易老化，遇热变粘，不耐油（在矿物油或汽油中易膨胀和溶解）v 适用于制作减震（轮胎、气垫），胶带、胶管、密封材料，防雨材料，外科手术和医药制品，文教体育和生活用品三、非金属常用工程材料3、人工合成矿物： v 刚玉宝石Al2O3v 硬度仅次于金刚石，主要用于高级研磨材料，手表和精密机械的轴承材料（摩擦系数小，提高使用寿命）v 石英SiO2v 具有压电性，主要制造玻璃、陶瓷、饰品、力、加速度传感器以及电子钟、电子表的晶体振荡器。三、非金属热处理

8、v 热处理：将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构，来控制其性能的一种金属热加工工艺。v 热处理种类 保温保温冷却冷却加热加热1、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：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 3、其他热处理：真空热处理、可控气氛热处理、 形变热处理等热处理v 加热、保温、随炉冷却v 目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力一、退火二、正火v 加热、保温、空气冷却v 目的：同退火，1）由于冷却速度较退火快，所得组织比退火时要细； 2）正火后的零件的强度和硬度比退火时高，且含碳量越高，差别越大；

9、正火与退火相比热处理v 加热、保温、加热，在水、油等中迅速冷却v 目的：提高材料的硬度和耐磨性。但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。三、淬火四、回火v 将淬火后的钢重新加热到某一温度，保温，然后冷却到室温v 目的：达到所需要的性能，消除内应力。热处理零件的热处理工艺过程退火(或正火)铸造（或锻造）粗加工淬火回火精加工成品降低硬度、细化晶粒、消除内应力提高的硬度和耐磨性消除内应力热处理五、表面热处理v 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。v 目的：提高零件的表层硬度、抗磨损性能。v 方式： 1、感应加热：利用感应线圈交流电的集肤效应，对零件进行加热，并通过控制电流频率得到不同的淬硬层深度。 2、火焰加热：利用火焰加热工件表面，然后立即用水喷射冷却。调节烧嘴的位置最近、移动速度越慢，淬硬层越厚。v 热处理六、化学热处理v 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，达到改进表面性能、满足技术要求的热处理过程。v 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。v 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。热处理七、表面精饰v 表面精