材料性能及工业用钢

1、LOGO金属材料性能金属材料性能及机械零件毛坯的选择及机械零件毛坯的选择金属工艺学金属工艺学机械设备的制造过程机械设备的制造过程矿矿藏藏机机器器原原材材料料冶冶金金工工业业铸铸造造锻压锻压焊焊接接热处热处理理毛毛坯坯零零件件切削加工切削加工特特种种加工加工零零件件装配装配调试调试焊焊接接热处热处理理热热加工工加工工艺艺冷加工工冷加工工艺艺零件零件现现代制造技代制造技术术、信息技、信息技术术金属材料的性能金属材料的性能工程材料是人类社会赖以生存和发展重要物质基础工程材料是人类社会赖以生存和发展重要物质基础工程材料的分类工程材料的分类金属材料、非金属材料、复合材料现代机器以金属材料为基础现代机器以

2、金属材料为基础使用性能满足大多数要求工艺性好很少用纯金属，多用合金材料很少用纯金属，多用合金材料: :性能决定性能决定了解金属材料，有助于了解金属材料，有助于理解工艺方法的实质合理选择零件材料及其生产工艺金属材料的性能金属材料的性能工程材料工程材料金金属属材料材料非金非金属属材料材料黑色金黑色金属属有色金有色金属属无机材料无机材料有机材料有机材料轻轻金金属属重金重金属属复复合材料合材料一、金属材料的主要性能一、金属材料的主要性能物理性能物理性能 密度、熔点、热膨胀、导热、导电、磁性密度、熔点、热膨胀、导热、导电、磁性 对工艺性有影响对工艺性有影响化学性能化学性能 常温常温/高温下抵抗介质腐蚀的

3、能力高温下抵抗介质腐蚀的能力 耐酸、耐碱、抗氧化性能耐酸、耐碱、抗氧化性能力学性能力学性能 强度与塑性强度与塑性 硬度硬度 韧性韧性 疲劳强度疲劳强度工艺性能：非常重要工艺性能：非常重要 热处理、铸造、锻造、焊接、切削加工性能热处理、铸造、锻造、焊接、切削加工性能其它性能其它性能 经济性经济性力学性能力学性能拉伸实验力学性能力学性能强度 金属材料抵抗外力引起的塑性变形和断裂的能力 屈服点：s 抗拉强度：b塑性 金属材料产生塑性变形而不破坏的能力 延长率、断面收缩率塔科马海峡大桥塔科马海峡大桥力学性能力学性能韧性 金属材料断裂前吸收的能量 冲击韧性 影响因素太多，仅作参考泰坦尼克号泰坦尼克号力学

4、性能力学性能硬度： 抵抗外力不产生局部塑性变形（压痕）的能力 衡量金属软硬程度 影响耐磨性、切削加工性度量方法 布氏硬度（HB） 洛氏硬度（HR） 维氏硬度（HV）：金刚石10000为标准度量布氏硬度（布氏硬度（HB）稳定可靠仅用于测量HB450以内的材料不用于成品硬质合金压头 （HBS）金刚石压头 （HBW）洛氏硬度（洛氏硬度（HR）力学性能力学性能疲劳强度 周期性/非周期性动载荷下 断裂破坏应力远低于强度极限 原因 杂质 表面划痕 微裂纹 缺陷扩展工业用钢工业用钢按化学成分 碳素钢 、 合金钢按用途 结构钢 、 工具钢 、 特殊性能钢按质量 普通钢 、 优质钢 、 高级优质钢按脱氧程度 镇

5、静钢 、 沸腾钢工业用钢种类汇总工业用钢种类汇总碳碳素素钢钢碳碳素素结结构构钢钢优优质质碳碳素素结结构构钢钢碳碳素素工工具具钢钢合金合金钢钢合合金金结结构构钢钢特特殊殊性性能能钢钢合合金金工工具具钢钢低合金低合金结构钢结构钢渗渗碳钢碳钢调质钢调质钢弹弹簧簧钢钢滚动轴滚动轴承承钢钢刃具刃具钢钢模具模具钢钢量具量具钢钢不不锈钢锈钢耐耐热钢热钢耐磨耐磨钢钢其其它它碳素钢（碳素钢（C%1.5%）C的影响如图P冷脆性 0.045%以下S热脆性 0.05%以下P、S衡量质量Si、Mn有益碳素结构钢碳素结构钢C%0.38%（0.25%以下常用）GB700-88规定 Q215/Q235/Q255:屈服极限21

6、5/235/255Mpa A普通；B/C/D优质，含P/S较少 未完全脱氧F（沸腾钢） 完全脱氧Z（镇静钢）Q215-AF Q235（A3）最常用碳素结构钢的牌号和用途碳素结构钢的牌号和用途牌号牌号用途举例用途举例Q215塑性好通常轧制成薄板、钢管、型塑性好通常轧制成薄板、钢管、型材制造钢结构，也用于制作铆钉、材制造钢结构，也用于制作铆钉、螺钉、冲压件、开口销等螺钉、冲压件、开口销等Q235强度较高，塑性也较好，常轧制成强度较高，塑性也较好，常轧制成各种型钢、钢管、钢筋等制成各种各种型钢、钢管、钢筋等制成各种钢构件、冲压件、焊接件及不重要钢构件、冲压件、焊接件及不重要的轴类、螺钉、螺母等的轴类

7、、螺钉、螺母等Q255强度更高，用作键、轴、销、齿轮、强度更高，用作键、轴、销、齿轮、拉杆、连杆、销钉等拉杆、连杆、销钉等优质碳素结构钢优质碳素结构钢(P/S)60HRC淬透性、热硬性很差国标规定 T8A：含碳0.8，A：含PS很少的优质钢T8、T10、T10A、T12常用碳素工具钢牌号热处理及用途碳素工具钢牌号热处理及用途牌号淬火温度回火温度用途举例T8780-800180-200冲头、錾子、锻工工具、木工冲头、錾子、锻工工具、木工工具、台钳钳口等工具、台钳钳口等T10760-780180-200硬度较高、但仍要求一定韧性硬度较高、但仍要求一定韧性的工具，如手锯条、小冲模、的工具，如手锯条、

8、小冲模、丝锥、板牙等丝锥、板牙等T10A760-780180-200T12760-780180-200适用于不受冲击的耐磨工具，适用于不受冲击的耐磨工具，如钢锉、刮刀、铰刀等如钢锉、刮刀、铰刀等合金钢合金钢合金结构钢 含碳量的万分数元素符号百分数 合金含量1%不标：9Cr2 CrWMn 9SiCr W18Cr4V特殊性能钢：不锈钢（2Cr13、1Cr18Ni9）几种合金钢的热处理及用途几种合金钢的热处理及用途类类别别牌号牌号热处理及硬度热处理及硬度用途举例用途举例合合金金结结构构钢钢20Cr渗碳、淬油、低温回火渗碳、淬油、低温回火小齿轮、活塞销、小齿轮、活塞销、齿轮轴、蜗杆等齿轮轴、蜗杆等20

9、CMnTi渗碳、淬油、低温回火渗碳、淬油、低温回火汽车、拖拉机变汽车、拖拉机变速箱齿轮、爪形速箱齿轮、爪形离合器等离合器等40Cr调质处理：调质处理：207HBS（有时还（有时还进行表面淬火）进行表面淬火）轴、齿轮、连杆、轴、齿轮、连杆、螺栓、蜗杆等螺栓、蜗杆等40mNvB调质处理：调质处理：207HBS（有时还（有时还进行表面淬火）进行表面淬火）代替代替40Cr作转向作转向节、半轴、花键节、半轴、花键轴等轴等60Sis2Mn淬油、中温回火淬油、中温回火机车板簧、测力机车板簧、测力弹簧弹簧几种合金钢的热处理及用途几种合金钢的热处理及用途类类别别牌号牌号热处理及硬度热处理及硬度用途举例用途举例合

10、合金金工工具具钢钢9SiCr淬油、低温回火淬油、低温回火60-62HRC板牙、丝锥、铰板牙、丝锥、铰刀、搓丝板、冷刀、搓丝板、冷冲模冲模CrWMn淬油、低温回火淬油、低温回火62HRC板牙、丝锥、量板牙、丝锥、量具、冷冲模具、冷冲模W18Cr4V淬油、三次回火淬油、三次回火63HRC钻头、铣刀、拉钻头、铣刀、拉刀刀几种合金钢的热处理及用途几种合金钢的热处理及用途类类别别牌号牌号热处理及硬度热处理及硬度用途举例用途举例特特殊殊性性能能钢钢3Cr13980淬油，淬油，600-750回火后快冷：回火后快冷：55HRC耐蚀、耐磨工具，耐蚀、耐磨工具，医疗工具，滚动医疗工具，滚动轴承轴承1Cr19Ni9

11、1010-1150快冷快冷187HBS硝酸、化工、化硝酸、化工、化肥等工业设备零肥等工业设备零件件ZGMn131050-1100淬水淬水破碎机齿板，坦破碎机齿板，坦克、拖拉机履带克、拖拉机履带板板工业纯铝工业纯铝导电性，导热性很高 ，热膨胀性较大 良好的反辐射热性能 （隔热铝箔 ）良好的耐蚀性 铝合金铝合金提高纯铝的强度 （合金强化）变形铝合金不能热处理强化的铝合金Al-Mn合金、Al-Mg合金能热处理强化的变形铝合金Al-Cu-Mg-Mn系列合金 硬铝Al-Zn-Mg-Cu系列合金 超硬铝Al-Mg-Si系列合金 锻铝铝合金铝合金铸造铝合金Al-Si系列Al-Cu系列Al-Mg系列Al-Zn

12、系列飞机上常用的铝合金及特点飞机上常用的铝合金及特点飞机上常用的铝合金及特点飞机上常用的铝合金及特点合金合金材料提供方式材料提供方式主要应用主要应用使用理由使用理由2024-T32024-T3厚板、挤压型厚板、挤压型材材机翼下表面、水平尾机翼下表面、水平尾翼上表面翼上表面高抗疲劳和断裂能力较高的抗拉强度高抗疲劳和断裂能力较高的抗拉强度和防腐性能和防腐性能7178/7075-T67178/7075-T6厚板、挤压型厚板、挤压型材材机翼上表面、水平尾机翼上表面、水平尾翼下表面翼下表面高抗压强度和足够的抗疲劳和断裂能高抗压强度和足够的抗疲劳和断裂能力、防腐性能力、防腐性能2024-T32024-T3

13、薄板薄板机身机身高抗疲劳和断裂能力较高的强度高抗疲劳和断裂能力较高的强度( (抗抗拉、抗压和抗剪拉、抗压和抗剪) )和防腐性能和防腐性能7075-T67075-T6厚板、挤压型厚板、挤压型材材垂直尾翼垂直尾翼高的强度高的强度( (抗拉、抗压和抗剪抗拉、抗压和抗剪) )、较高、较高的抗疲劳和断裂能力和防腐性能的抗疲劳和断裂能力和防腐性能7178/7075-T67178/7075-T6挤压型材挤压型材龙骨梁龙骨梁高抗压强度、较高的抗疲劳和断裂能高抗压强度、较高的抗疲劳和断裂能力和防腐性能力和防腐性能7075-T737075-T73锻件、挤压型锻件、挤压型材材机翼、机身隔框和接机翼、机身隔框和接头头

14、杰出的抵抗应力和剥蚀能力、较高的杰出的抵抗应力和剥蚀能力、较高的强度抗疲劳和断裂能力强度抗疲劳和断裂能力356/A356/A357356/A356/A357铸件铸件液力总管和操纵连杆液力总管和操纵连杆比锻件成本低、较高的抗疲劳性能比锻件成本低、较高的抗疲劳性能铝合金铆钉的种类铝合金铆钉的种类纯铝铆钉纯铝铆钉由工业纯铝（含铝由工业纯铝（含铝99%以上）制成，如以上）制成，如1100-F铆钉，铆钉，强度低，用于非结构件连接，如客舱内装饰的连接。强度低，用于非结构件连接，如客舱内装饰的连接。硬铝铆钉硬铝铆钉外场铆钉：外场铆钉：使用前不需热处理使用前不需热处理（厂家已热处理过），如（厂家已热处理过），

15、如2117-T3。有较高的剪切强度和良好的耐腐蚀性能。在。有较高的剪切强度和良好的耐腐蚀性能。在航空器结构上，大部分铆钉是这种外场铆钉。航空器结构上，大部分铆钉是这种外场铆钉。“冰箱冰箱”铆钉：使用前应经热处理，淬火后放在冰箱内铆钉：使用前应经热处理，淬火后放在冰箱内冷冻保存（冷冻保存（延迟时效硬化延迟时效硬化），施工时从冰箱中取出，如），施工时从冰箱中取出，如2024-T31从冰箱取出后从冰箱取出后1020min内使用，而内使用，而2017-T3铆钉从冰箱内取出后要在铆钉从冰箱内取出后要在1h内使用。内使用。超硬铝铆钉：有超硬铝铆钉：有7050和和7075两种，剪切强度比硬铝两种，剪切强度比

16、硬铝铆钉高，用铆钉高，用-T73的过时效处理后，铆钉有较高的耐应的过时效处理后，铆钉有较高的耐应力腐蚀能力。力腐蚀能力。防锈铝合金铆钉：含防锈铝合金铆钉：含5%的镁，有很好的耐腐蚀性能，的镁，有很好的耐腐蚀性能，如如5056-H32铆钉，用于铆接镁合金结构件。铆钉，用于铆接镁合金结构件。铝合金铆钉的种类铝合金铆钉的种类铝合金铆钉铝合金铆钉铆钉头上的铆钉头上的标记标记表明该铆钉所用金属材料。表明该铆钉所用金属材料。不锈钢铆钉的钉头上没有标记；蒙乃尔镍不锈钢铆钉的钉头上没有标记；蒙乃尔镍合金铆钉的钉头上有两个凹坑。合金铆钉的钉头上有两个凹坑。 铝合金铆钉铝合金铆钉铆钉件号铆钉件号铝材加工注意事项铝

17、材加工注意事项铝材应使用软铅笔划线，以免损伤铝材表面；所有的铝材，尤其是薄板构件，必须去除毛刺；变形加工时一定要注意铝材的方向;每一种冷形变加工均会引起硬化;时效硬化一般在结果结束后进行.铝合金结构修理流程铝合金结构修理流程检查机身凹坑的损伤允许标准。检查机身凹坑的损伤允许标准。附结构修理手册图并说明：凹坑必须是光滑的并且不能有尖锐的折痕，凿痕，或裂纹和没有明显被拉松动的铆钉。A是凹坑的宽度（最小的宽度）Y是凹坑的深度，Y最大是0.125英寸。A/Y不能小于30。 凹坑发生在机身蒙皮长行之间的典型修理方案的查找凹坑发生在机身蒙皮长行之间的典型修理方案的查找 在在SRM中，针对机身修理的章节是中

18、，针对机身修理的章节是53章。章。发生在机身的损伤修理方案要在53章中查询！当损伤发生在长行之间时，要在53章中寻找相应的修理方案。Procedure53-00-01-2R-2-Fuselage Skin-Flush Repair Between Strings.结构修理章节号 机身蒙皮 长行之间齐平修理 铝合金结构修理流程铝合金结构修理流程介绍结构修理手册中规定的修理步骤。介绍结构修理手册中规定的修理步骤。修理说明修理说明:1、切除并去除蒙皮的损伤部分。2、制作修理件。3、组装修理件并钻紧固件孔。4、拆除修理件。5、打磨原有件和修理件的锐边到0.015R到0.030R。6、去除原有件和修理件

19、所有的刻痕、划伤、毛刺、锐边和角。7、在修理件和原由件裸露的部件上涂一层化学保护层。参照SRM51-20-118、在部件2和部件1的内表面以及现有蒙皮和部件1的裸露边缘涂一层BMS10-11类型1的底漆。参照SOPM20-41-029、安装修理件，在结合面使用BMS5-95封严胶。安装HI-LOK也要用BMS5-95封严胶。10、满足部件间间隙的空气动力光滑。11、恢复外表面和内表面的涂层。参照AMM51-21。钢的热处理钢的热处理目的：强度、硬度、韧性、弹性、工艺性讨论：现代机器中的热处理 机床中 汽车中 刃具、量具、磨具改变？ 外形？ 组织？热处理工艺方法热处理工艺方法普通热处理 “四火”

20、：退火、正火、淬火、回火表面热处理 表面淬火 化学热处理 渗碳、渗氮、碳氮共渗表面淬火与化学热处理表面淬火与化学热处理表面耐磨，内部坚韧表面淬火 工艺原理 用途 设备：感应线圈、火焰、激光化学热处理 化学介质中加热保温 表层渗碳、渗氮坚韧坚韧的基体的基体坚坚硬的外硬的外壳壳铁碳合金相图（全图铁碳合金相图（全图2）钢和铁的分界：钢和铁的分界：C%=2.11钢：C%2.11 C%0.77%：过共析钢铸铁：C%【2.116.69%】 C%4.3%：过共晶铸铁热处理工艺热处理工艺温温度度时间时间临临界界温温度度保保温温冷却冷却加加热热退火和正火的加热温度范围退火和正火的加热温度范围退火 目的 种类正火

21、 用途 索氏体 硬度强度比珠光体高 韧性相同退火加热温度范围退火加热温度范围淬火与回火淬火与回火马氏体（M） C原子来不及从A中渗出 过饱和C使晶格严重畸变 硬度高低温回火中温回火高温回火几种合金钢的热处理及用途几种合金钢的热处理及用途类类别别牌号牌号热处理及硬度热处理及硬度用途举例用途举例合合金金结结构构钢钢20Cr渗碳、淬油、低温回火渗碳、淬油、低温回火小齿轮、活塞销、小齿轮、活塞销、齿轮轴、蜗杆等齿轮轴、蜗杆等20CMnTi渗碳、淬油、低温回火渗碳、淬油、低温回火汽车、拖拉机变汽车、拖拉机变速箱齿轮、爪形速箱齿轮、爪形离合器等离合器等40Cr调质处理：调质处理：207HBS（有时还（有时

22、还进行表面淬火）进行表面淬火）轴、齿轮、连杆、轴、齿轮、连杆、螺栓、蜗杆等螺栓、蜗杆等40mNvB调质处理：调质处理：207HBS（有时还（有时还进行表面淬火）进行表面淬火）代替代替40Cr作转向作转向节、半轴、花键节、半轴、花键轴等轴等60Sis2Mn淬油、中温回火淬油、中温回火机车板簧、测力机车板簧、测力弹簧弹簧几种合金钢的热处理及用途几种合金钢的热处理及用途类类别别牌号牌号热处理及硬度热处理及硬度用途举例用途举例合合金金工工具具钢钢9SiCr淬油、低温回火淬油、低温回火60-62HRC板牙、丝锥、铰板牙、丝锥、铰刀、搓丝板、冷刀、搓丝板、冷冲模冲模CrWMn淬油、低温回火淬油、低温回火6

23、2HRC板牙、丝锥、量板牙、丝锥、量具、冷冲模具、冷冲模W18Cr4V淬油、三次回火淬油、三次回火63HRC钻头、铣刀、拉钻头、铣刀、拉刀刀几种合金钢的热处理及用途几种合金钢的热处理及用途类类别别牌号牌号热处理及硬度热处理及硬度用途举例用途举例特特殊殊性性能能钢钢3Cr13980淬油，淬油，600-750回火后快冷：回火后快冷：55HRC耐蚀、耐磨工具，耐蚀、耐磨工具，医疗工具，滚动医疗工具，滚动轴承轴承1Cr19Ni91010-1150快冷快冷187HBS硝酸、化工、化硝酸、化工、化肥等工业设备零肥等工业设备零件件ZGMn131050-1100淬水淬水破碎机齿板，坦破碎机齿板，坦克、拖拉机履

24、带克、拖拉机履带板板铝合金的热处理铝合金的热处理退火：退火：变形铝合金的退火主要是再结晶退火 目的是恢复塑性，便于继续加工去应力退火：去应力退火：不能用热处理强化的铝合金，加热温度在再结晶退火的温度之下 ，目的是消除内应力 淬火淬火铝合金淬火的目的是得到过饱和的固溶体 。也称固溶热处理。时效处理时效处理定义：淬火后的铝合金，在一定温度下，随着时间的增长，强度和硬度得到提高的现象，称为铝合金的时效 铝合金热处理强化是通过固溶强化和时效强化达到的，而且时效强化的效果最为显著 铝合金的时效分为自然时效和人工时效两种 温度和强度的关系温度和强度的关系冷冻储藏 ：（例如50） 重新放回冷藏室之前，必须进

25、行回归处理 ，回归处理次数以34次为限 自然时效 ：室温 过程较慢人工时效 ：一定温度 进程较快 铝合金状态代号铝合金状态代号代号代号名称名称状态状态代号代号热处理状态热处理状态F自由加工状态自由加工状态T3固溶、冷作、自然固溶、冷作、自然时效时效O退火状态退火状态T4固溶、自然时效固溶、自然时效H加工硬化状态加工硬化状态T6固溶、人工时效固溶、人工时效W固溶热处理状态固溶热处理状态T7固溶、过时效固溶、过时效T热处理状态（不同于热处理状态（不同于F、O、H状态）状态）T8固溶、冷作、人工固溶、冷作、人工时效时效机械零件在机器中的作用机械零件在机器中的作用机械零件在机器中的作用机械零件在机器中

26、的作用机械零件制造机械零件制造l毛坯成型毛坯成型l切削加工切削加工毛坯选择影响毛坯选择影响l制造质量制造质量l使用性能使用性能l生产周期生产周期l制造成本制造成本摩托车发动机摩托车发动机焊接机器人自动生产线焊接机器人自动生产线零件毛坯的类型及特征零件毛坯的类型及特征毛坯类型毛坯类型铸件铸件锻件锻件冲压件冲压件焊接件焊接件轧材轧材成型特点成型特点液态成型液态成型塑性成型塑性成型塑性成型塑性成型永久性连永久性连接接同锻件同锻件结构特征结构特征复杂复杂简单简单简单，轻巧简单，轻巧轻巧轻巧简单简单工艺性要求工艺性要求流动性好，流动性好，收缩率低收缩率低塑性好，塑性好，变形抗力小变形抗力小塑性好，塑性好

27、，变形抗力小变形抗力小强度高，强度高，塑性好塑性好同锻件同锻件常用材料常用材料铸铁、铸钢，铸铁、铸钢，铝合金铝合金中碳钢及合金中碳钢及合金结构钢结构钢低碳钢，有色低碳钢，有色金属薄板金属薄板低碳钢，低合低碳钢，低合金钢金钢碳钢，合金结碳钢，合金结构钢构钢组织特征组织特征晶粒粗大，晶粒粗大，疏松疏松晶粒细小，晶粒细小，致密致密拉深时拉深时组织有变化组织有变化接头组织接头组织不均匀不均匀同锻件同锻件机械性能机械性能较差较差好好好好较低较低好好材料利用率材料利用率高高低低高高较高较高较低较低生产周期生产周期长长长长/短短长长较短较短短短生产成本生产成本低低较高较高很低很低中中应用举例应用举例机架，床身机架，床身轴，齿轮轴，齿轮油箱油箱车身，船体车身，船体丝杠，螺栓丝杠，螺栓减速器减速器毛坯选择的原则及依据毛坯选择的原则及依据l毛坯选择的原则毛坯选择的原则 u保证零件的使用要求保证零件的使用要求 形状精度形状精度外部质量外部质量 表面质量表面质量 尺寸精度尺寸精度 成分组织成分组织内部质量内部质量 力学性能力学性能 物理性能、化学性能物理性能、化学性能u降低制造成本降低制造成本制造成本制造成本材料费，消耗的燃料和动力费、材料费，消耗的燃料和动力费、工资、设备费用等工资、设备费用等焊接结构焊接结构毛坯选择的原则及依据毛坯选择的原则及依据l零件的