环保设备材料及其选择单元二上

1、工程一环境工程设备常用材质与根本传动方式的运用调查义务一 环境工程常用资料及附件的运用调查单元二 资料的分类与用途.一、 资料的性能1、力学性能 资料在外力(或外加能量)作用下抵抗外力所表现的行为，包括变形和抗力，即在外力作用下不产生超越允许的变形或不被破坏的才干。 强度塑性刚度硬度韧性.常温拉应力下塑性资料-退火低碳钢的拉抻实验 l0=10d0l0= 5d0或.比例强度p 在弹性变形阶段，应力和应变关系完全符合虎克定律，极限应力即为比例强度，亦称比例极限。弹性强度e 在完全卸载后不出现任何明显的微量塑性变形的极限应力值即为弹性强度，亦称弹性极限。当应力e时，应变和应力之间能够已丧失了严厉的比

2、例关系，但变形根本上可恢复或微量剩余变形不明显。1强度：固体资料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。 .从开场加载到发生断裂所能到达的最大应力值，叫做抗拉强度。 开场出现塑性变形时的应力，称为“屈服点ss sb.金属资料接受载荷作用，当载荷不再添加或缓慢添加时，仍继续发生明显的塑性变形，这种景象就称为屈服。在外力作用下，资料产生屈服景象的应力值即为屈服强度，也叫屈服极限。 耐久强度D蠕变强度n屈服强度s(0.2)抗拉强度b疲劳极限n脆性资料，国标规定以剩余应变量到达0.2%时的应力值来表征资料的微量塑性变形的才干，称为条件屈服强度，0.2.耐久强度D蠕变强度n屈服强度s(0.2)抗拉强度

3、b疲劳极限n金属在拉伸条件下，从开场加载到发生断裂所能接受的最大应力值，叫作抗拉强度。 .耐久强度D蠕变强度n屈服强度s(0.2)抗拉强度b疲劳极限n资料在高温下，在一定的应力下，抵抗发生缓慢塑性变形的才干。. 资料在高温下，抵抗发生断裂的才干。 耐久强度D蠕变强度n屈服强度s(0.2)抗拉强度b疲劳极限n.资料在交变载荷作用下，会在远低于资料本身的屈服点时就曾经断裂了，这种景象就是疲劳。我们把经过106108次循环实验而不发生断裂的最大应力，作为疲劳强度。耐久强度D蠕变强度n屈服强度s(0.2)抗拉强度b疲劳极限n. 弹性变形量过大，那么工件也不能正常任务，由此引出的资料对弹性变形的抵抗才干

4、刚度或刚性目的。假设说强度保证了资料不发生过量塑性变形甚至断裂的话，刚度那么保证了资料不发生过量弹性变形。在-曲线的弹性变形阶段，应力和应变关系完全符合虎克定律，即=E那么 E=/把比例常数即应力与应变的比值E称为资料的弹性模量，在数值上也等于该直线的斜率即tan，可见E值越大，资料越不容易产生弹性变形，因此用弹性模量E表示资料的刚度。2刚度：弹性模量E表示资料的刚度.3塑性：塑性是指资料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的才干，即资料在断裂前发生不可逆永久变形的才干。主要有两个塑性目的：延伸率断面收缩率. 4硬度：金属资料抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形的才干。 表示金属资料在一个小的

5、体积范围内抵抗 弹性变形、塑性变形或破断的才干。布氏硬度HB普通在HB450以上就不能运用) 、 洛氏硬度HR (可以用于硬度很高的资料) 、 维氏硬度HV ( 比洛氏硬度更适宜于测定极薄试样的硬度) ，显微硬度。. 1、布氏硬度 测定原理：用直径为D的淬火钢球或硬质合金球做压头，在实验力F的作用下压入被测金属外表，坚持规定的时间后卸除实验力，那么在金属外表留下一压坑(压痕)，用读数显微镜丈量其压痕直径d，求出压痕外表积，用实验力F除以压痕外表积所得的商作为被测金属的布氏硬度值，用符号HB表示。 . 实验规范：由于金属资料有硬有软，有厚有薄，假设只采用一种规范的实验力F和压头直径D，就会出现假

6、设对硬的资料适宜，而对软的资料会发生压头堕入金属内的景象；假设对厚的工件适宜，而对薄的工件就会产生压穿的景象。因此，在进展布氏硬度实验时，要求能运用不同大小的实验力和不同直径的压头。 适用范围：用淬火钢球作压头测得的硬度用符号HBS表示，适宜于丈量布氏硬度值小于450的资料。用硬质合金球作压头测得的硬度用符号HBW表示，适宜于丈量布氏硬度值为450650的资料。.标注方法：在硬度标注时，硬度值写在硬度符号的后面，例如HBS120，表示用淬火钢球作压头测得资料的布氏硬度值为120。 运用：我国目前布氏硬度计的压头主要是淬火钢球，故主要用来测定灰铸铁、有色金属以及经退火、正火和调质处置的钢材等。.

7、2 洛氏硬度 与布氏硬度实验一样，洛氏硬度也是一种压入硬度实验，但它不是丈量压痕面积，而是丈量压痕的深度，以深度大小表示资料的硬度值。 测定原理 用顶角为120的金刚石圆锥，588.4N时，HRA， HRA 75-80，直径为1.588mm的淬火钢球作压头， 980.7N时，HRB， HRB 20-100，顶角为120的金刚石圆锥1471N， HRC, HRC 20-70,先加初载荷，再加主载荷， 将压头压入金属外表，坚持一定时间后卸除主载荷，根据压痕深 度确定硬度值。用符号HR表示。.硬度标注 为了能在同一洛氏硬度计上测定从软到硬的资料硬度，采用了由不同的压头和载荷组成的几种不同的洛氏硬度标

8、尺，并用字母在HR后加以注明，常用的洛氏硬度是HRA、HRB和HRC三种。 洛氏硬度表示时，硬度值写在硬度符号的后面。例如，HRC50表示用标尺C测得的洛氏硬度值为50。 运用 洛氏硬度实验操作简便迅速，可直接从硬度计表盘上读出硬度值。压痕小，可直接丈量废品或较薄任务的硬度。但由于压痕较小，测得的数据不够准确，通常应在试样不同部位测定三点取其算术平均值。.3)维氏硬度 维氏硬度实验原理根本上与布氏硬度一样，也是根据压痕单位外表积上的载荷大小来计算硬度值。 测试原理：采用相对面夹角为的正四棱锥体金刚石作压头，用选定的载荷F将压头压入试样外表，坚持规定时间后卸除载荷，在试样外表压出一 个四方锥形压

9、痕，丈量压痕两 对角线长度，计算出压痕外表积，以压痕单位外表积上所承 受的载荷大小表示维氏硬度值， 用符号HV表示。 .标注：与布氏硬度一样，维氏硬度值可根据d的大小查表得到。在表示硬度时，习惯上不标出单位，硬度值在硬度符号HV后，例如640HV。 运用：维氏硬度适用范围宽,可以丈量从极软到极硬资料的硬度，尤其适用于极薄工件及外表薄硬层的硬度丈量(如化学热处置的渗碳层、渗氮层等)，其结果准确可靠。缺陷是丈量较费事，任务效率不如测洛氏硬度高。.5冲击韧性 1韧性：资料的韧性是指资料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的才干，是资料强度和塑性的综合表现。 评定资料韧性普通用冲击韧性。金属资料在冲击载

10、荷作用下抵抗破坏的才干称为冲击韧性。 冲击载荷：指以很快的速度作用于零件上的载荷。资料的冲击韧度值通常采用摆锤式一次冲击实验进展测定。 2规范冲击试样：根据GB229-84和GB2106-80规定，冲击实验规范试样有夏比U型缺口试样和夏比V型缺口试样两种。. 3实验原理：将带有缺口的规范冲击试样安放在冲击实验机的支座上，试样缺口背向摆锤冲击方向。把质量为m的摆锤从一定高度h落下，将试样冲断，冲断试样后，摆锤继续摆升到h的高度。摆锤冲断试样所耗费的能量称为冲击吸收功，用符号k表示。 (4)冲击韧度：冲击吸收功可从冲击实验机的刻度盘上直接读出。将冲击吸收功除以试样缺口底部横截面积，即得到冲击韧度值

11、，用符号ak表示。冲击韧度值ak愈大，阐明资料韧性愈好。. 留意！韧性是资料在外加动载荷忽然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的才干。韧性高的资料，普通都有较高的塑性目的；但塑性较高的资料，却不一定都有高的韧性。其所以如此，就是由于静载荷下可以缓慢塑性变形的资料在动载荷下不一定能迅速塑性变形。 .6)疲劳强度 (1) 概念：零件在交变应力作用下长时间任务，虽然应力通常低于资料的屈服强度，也会发生断裂，这种景象称为疲劳断裂。 (2)特点：疲劳断裂忽然发生的，事先没有明显的塑性变形，很难事先觉察到，因此具有很大的危险性，经常呵斥严重的事故。 (3)疲劳曲线：资料抵抗疲劳断裂的才干可经过疲劳实验测定。经

12、过实验可测得资料所接受的交变应力与断裂前的应力循环次数N之间的关系曲线，该曲线称为疲劳曲线。. (4)疲劳强度：我们把资料经受无数次应力循环不破坏的最大应力称为疲劳强度。对称循环应力的疲劳强度用-1表示。 (5)疲劳断裂的过程：往往是在零件的外表，有时也能够在零件的内部某一薄弱部位产生裂纹，在交变应力作用下，裂纹不断扩展，使资料的有效承载截面不断减小，最后产生忽然断裂。. (6)提高疲劳强度的方法：如设计时，尽量防止尖角、缺口和截面突变，可防止应力集中引起的疲劳裂纹；还可以经过降低外表粗糙度值和采用外表强化的方法(如外表淬火、喷丸处置、外表滚压等)来提高疲劳强度。.7) 泊桑比泊桑比是拉伸实验

13、中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比，以表示。对于各种钢材它近乎为一个常数，即0.3。 .8磨损 任何一部机器在运转时，各机件之间总要发生相对运动。由于相对摩擦，摩擦外表逐渐有微小颗粒分别出来构成磨屑，使接触外表不断发生尺寸变化与分量损失，称为磨损。引起磨损的缘由既有力学作用，也有物理、化学作用。因此磨损是一个复杂的过程。.二、金属资料的分类及牌号1、分类1、金属的分类铸造生铁金属黑色金属有色金属生铁钢炼钢生铁合金生铁铜及其合金轻金属及其合金其它有色及其合金纯铜紫铜铜锌合金黄铜铜锡合金锡青铜无锡合金铝青铜等铝及铝合金钛及钛合金镁及镁合金铅、锡及其合金锌及其合金镍、钴及其合金.2钢的分类.2、碳

14、钢 钢主要是由铁和碳元素组成的合金。 合金是指一种或几种金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的物质。 组成合金的最根本的、独立的单元组元，简称元，金属中的元素可以是化学元素，也可以是化合物。 普通碳钢和铸铁都是由铁和碳元素组成的二元合金中，含碳量小于0.02%的铁碳合金为工业纯铁，碳的质量分数小于0.02%2.11%铁碳合金为钢，含碳量2.116.69%的铁碳合金为铸铁。. 碳的质量分数小于2.11%，并且含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质元素的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。为了提高某些性能，在碳钢的根底上参与一些元素，就成为合金钢，参与的元素称为合金元素。其中，硅和锰是有益元素，而硫和磷是有害

15、元素。 . 1碳钢的分类 1根据钢中碳的质量分数不同可分为：低碳钢、 中碳钢和高碳钢三类。 低碳钢：碳的质量分数小于或等于0.25%；大于0.02 % 中碳钢：碳的质量分数为0.250.60%； 高碳钢：碳的质量分数大于0.60%，小于2.11%。 2根据钢中有害杂质元素硫、磷的质量分数的多少可分为三类：普通质量钢；优质钢；高级优质钢。.2构造钢 构造钢按其主要用途普通分为工程构造用钢和机械制造用钢或机械构造用钢两大类。 工程构造用钢主要用于各种工程构造如建筑、桥梁、船舶、石油化工、压力容器等和机械产品中要求不高的构造零件，他们大多数是普通质量钢，其冶炼较简单，本钱低廉、工艺性能优良、可满足工

16、程构造用钢量大的需求。 机械制造用钢主要用于制造各种机械零件如轴、齿轮、弹簧、轴承等，他们通常是优质钢或高级优质钢，性能要求普通比工程构造钢高，通常需经热处置后运用。此类钢按其主要用途、热处置和性能特点不同，可分为外表硬化钢、调质钢、滚动轴承钢和超高强度钢等。 .调质钢 . 性能要求：根据普通调质零件的工件条件，调质钢应具有良好的综合力学性能。此外，还应具有良好的淬透性，以保证零件整个截面上性能均匀一致。 . 成分特点：普通碳的质量分数为0.250.50%。主加元素有Mn、Cr、Ni、B等，主要用于提高钢的淬透性；辅加元素有W、Mo、V、Ti等，主要用于细化晶粒和提高钢的耐回火性。 淬透性：指

17、在规定条件下，决议钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的才干，它表示钢接受淬火的才干。 . 常用钢号：40Cr、40MnVB、30CrMnSi、40CrNiMo等。 . 运用举例：合金调质钢常用于制造各类齿轮件、轴类件、杆类件等重要的机械零件。例如：40Cr钢常用于制造汽车半轴。 .弹簧钢 . 概念：弹簧是各种机械和仪表的重要零件，是利用弹性变形来储存能量和减缓冲击与振动的，主要在冲击、震动或周期弯曲、改动等交变应力下任务。 . 性能要求：有良好的弹性、高的屈服强度和疲劳极限、足够的塑性与韧性。 .成分特点：碳的质量分数为0.450.7%，常参与的合金元素有Si、Mn、C

18、r、V、W等，而以Si、Mn运用最多。这些元素不仅能提高淬透性，强化铁素体，还可以细化晶粒，提高耐回火性。Si常与Mn配合运用，以防止钢在加热时脱碳。弹簧钢均为优质或高级优质钢。. .常用钢号：55Si2Mn、60Si2Mn、50CrVA。 .运用举例： 55Si2Mn和60Si2Mn常用于制造汽车的板弹簧。.普通碳素构造钢：碳素构造钢的牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四部分按顺序组成。其中质量等级共有四级，分别用A、B、C、D表示。“F表示沸腾钢；“b表示半镇静钢；“Z表示镇静钢；“TZ表示特殊镇静钢，在钢号中“Z和“TZ符号可省略。例如：Q235-AF，牌

19、号中“Q代表屈服极限“屈字的汉语拼音首位字母，“235表示屈服极限S235MPa，“A表示质量等级为A级，“F表示沸腾钢(冶炼时脱氧不完全)。1碳素构造钢. 常用钢及运用：Q195、Q215、Q235属低碳钢，有良好的塑性和焊接性能，并具有一定的强度，通常轧制成型材、板材和焊接钢管等用于桥梁、建筑工程构造，在机械制造中用作受力不大的零件，如螺钉、螺帽、垫圈、地脚螺钉、法兰以及不太重要的轴、拉杆等，其中以Q235运用最广。 Q255、Q275强度较高，可用作受力较大的机械零件。碳素构造钢普通不进展热处置，以供应形状直接运用。但也可根据需求进展热加工和热处置。 优质碳素构造钢：其牌号用两位数字表示

20、，表示钢中平均碳的质量分数的万倍数。例如45钢，表示钢中平均碳的质量分数为0.45%。假设钢中锰的含量较高，那么在两位数字后面加锰元素的符号“Mn。例如65Mn钢，表示钢中平均碳的质量分数为0.65%，含锰量较高(为0.91.2%)。假设为沸腾钢，在两位数字后面加符号“F，例如08F钢。. 08F钢：是一种含碳量很低的沸腾钢，强度很低，塑性很好。普通由钢厂轧成薄钢板或钢带供应。主要用于制造冷冲压件，如外壳、容器、罩子等。 1025钢：属低碳钢，强度、硬度低，塑性、韧性好，并具有良好的冷冲压性能和焊接性能。常用于制造冷冲压件和焊接构件，以及受力不大、韧性要求高的机械零件，如螺栓、螺钉、螺母、轴套

21、、法兰盘、焊接容器等。还可用作尺寸不大，外形简单的渗碳件。 3055钢：属中碳钢，经调质处置后，具有良好的综合力学性能，主要用于制造齿轮、连杆、轴类零件等，其中以45钢运用最广。 60、65钢：属高碳钢，经适当热处置后，有较高的强度和弹性，主要用于制造弹性零件和耐磨零件，如弹簧、弹簧垫圈、轧辊等。.2低合金构造钢 低合金构造钢是在普通碳素构造钢的根底上添加合金元素而得到的，合金元素总量不超越5%，添加的合金元素主要有锰，辅加合金元素为钒、钛、铝等。 其牌号也表达了力学性能，如Q420表示其屈服强度为420MPa。低合金构造钢主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型构造等

22、。.3合金构造钢 合金构造钢主要用于制造各种机械零件，其质量等级都属于特殊质量等级。 合金钢的牌号是按照含碳量及所含合金元素的种类元素符号和含量来编制。 普通牌号的首位数字表示碳的平均质量分数，对于构造钢，以万分数计， 对于工具钢，以千分数计。 当钢中某种合金元素的平均质量分数小于1.5%时，牌号中只标出元素符号，不标明含量：当元素含量为1.5%2.5%、2.5%3.5%、时，当元素后用整数2、3、标出其近似含量如合金弹簧钢60Si2Mn。. 滚动轴承钢的牌号表示：用“+Cr+数字表示，其中数字为合金元素Cr的质量千分数，其它合金元素的表示方法与合金构造钢一样，例如：Cr15、Cr9SiMn等

23、。 常用钢及运用：GCr15、GCr15SiMn、GCr9、GCr9SiMn等。轴承钢除用于制造滚动轴承外，也常用于制造刃具、冷冲模、量具以及性能要求与轴承类似的耐磨零件。.2工具钢： 工具钢是用于制造刃具、模具、量具和合金工具钢两大类。合金工具钢可适用于截面尺寸大、外形复杂、承载才干高且要求热稳定性好的工具。按工具的运用性质和主要用途可分为刃具钢、模具钢、量具钢三类，但这种分类的界限并不严厉，由于某些工具钢如低合金工具钢CrWMn即可做刃具、又可作模具和量具。 . 碳素工具钢的牌号冠以“碳的汉语拼音字母“T，后面加数字表示钢中平均碳的质量分数的千倍数，如为高级优质碳素工具钢，那么在后面再加上

24、“A。例如T8钢表示平均碳的质量分数为0.8%的优质碳素工具钢。T10A钢表示平均碳的质量分数为1.0%的高级优质碳素工具钢。 T7、T8钢适于制造接受一定冲击而要求韧性较高的工具，如大锤、冲头、凿子、木工工具、剪刀等。 T9、T10、T11钢用于制造冲击较小而要求高硬度和较高耐磨性的工具，如丝锥、板牙、小钻头、冷冲模、手工锯条等。 T12、T13钢的硬度和耐磨性很高，韧性较差，用于制造不受冲击的工具，如锉刀、刮刀、剃刀、量具等。1、碳素工具钢.2. 合金工具钢 当平均含量1.0%时，牌号以一位数字开头，表示其平均碳的质量千分数；当平均含碳量1.0%时，牌号中不标明含碳量；后面的元素符号及数字

25、表示合金元素的平均质量分数。高速工具钢的牌号中不标明含碳量。合金工具钢都属于高级优质钢，故不标出“A。合金元素的表示方法与构造用合金钢一样。例如：9SiCr、CrWMn、W6Mo5Cr4V2等。. 刃具钢主要用于制造车刀、铣刀、钻头等切削工具。刃具钢由高的硬度、高的耐磨性、高的热应性及足够的韧性与塑性。其中有低合金工具钢和高速工具钢。 低合金工具钢最高任务温度不超越300，主要用于低速切削工具。其化学成分含碳量0.8%1.5%，常参与的合金元素有铬、锰、硅、钨、钒等。常用的牌号有9Mn2V、9SiCr、Cr06、CrWMn等。主要用于冲模、冷压模、丝锥、板牙、铰刀、拉刀、钻头、冷轧辊、量规及量

26、具等。1刃具钢.高速工具钢 .概念：高速工具钢简称高速钢，是一种高合金工具钢，主要用于切削速度较高的刃具。这种钢的热硬性高，当刀刃温度达600时，硬度仍无明显下降，适宜较高速度的切削，故称高速钢。 .性能要求： 很高的硬度和耐磨性 高的热硬性 足够的强度和韧性.成分特点：Wc为0.701. 5%，以满足高硬度、高耐磨性及热硬性的要求。主加元素有W、Mo、Cr、V等，其中W、Mo含量较高，主要用于提高钢的热硬性和耐回火性，而Cr主要用于提高钢的淬透性，V那么起着细化晶粒和提高耐磨性的作用。 .常用钢及运用：常用的高速钢有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，其中W18Cr4V广泛用于制造普通的

27、高速切削刃具和重载的冷模具。.概念：用于在冷态下使金属变形的模具，包括冷冲模、冷挤压模等。用于制造冷作模具的钢称为冷作模具钢。 .性能要求：冷作模具在任务过程中遭到很大压力、摩擦或冲击，主要因过度磨损而失效，有时也因脆断、崩刃而报废。因此，要求冷作模具钢具有高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、以及较高的淬透性。2、模具钢 模具钢是用来制造使金属塑性变形所用磨具的钢材。根据条件的不同，分为冷作模具钢和热作模具钢 冷作模具钢.常用钢号：Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9Mn2V、T10A、Cr4W2MoV等。 .运用： T10A等碳素工具钢只适宜于制造外形简单的小型模具， 9SiCr、CrW

28、Mn等低合金刃具钢常用于制造尺寸较大的轻载模具。对于截面尺寸较大的重载模具或外形复杂的高精度模具，那么普通采用Cr12型钢或高速钢W18Cr4V制造。.概念：热作模具是用来制造使加热金属(或液态金属)获得所需外形的模具，通常又分为热锻模、热挤压模和压铸模等。用于制造热作模具的钢称为热作模具钢。 .性能要求：热作模具任务时，以很大的冲击力作用于坯件，使坯件发生塑性变形。因此，要求热作模具钢具有足够的高温强度和冲击韧性，一定的硬度和耐磨性，良好的耐热疲劳性和淬透性。 热作模具钢.成分特点：热作模具钢含碳为0.300.60%，以保证具有足够的强度、韧性和一定的硬度。主要的合金元素有Cr、Ni、Mn、

29、Mo、W、V等，主要用以提高钢的强度、硬度、淬透性和耐回火性。.常用钢及运用：典型热作模具钢有5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V等。其中5CrMnMo适于制造中小型热锻模；5CrNiMo因其淬透性和韧性较好，适于制造大型热锻模；3Cr2W8V适于制造任务中接受的冲击力较小、主要用于要求高温强度和热硬性的热挤压模和压铸模。. 量具钢在运用过程中与被测工件接触，遭到磨损和碰撞，普通不接受大的载荷。 该钢种要有高的硬度和耐磨性，以保证在运用过程中不会很快磨损，有高的尺寸稳定性，以保证在运用和存放过程中外形和尺寸不发生变化，坚持其准确性；有一定的韧性，以免在运用过程中遭到冲击和损害。 量具钢的含碳量在0.90%1.50%之间，常参与的合金元素有铬、锰、钨等。 简单的钢具常用优质碳素构造钢，如15、20、50、55、60、65等，主要用于制造简单平样板、卡规、大型量具等；也可用碳素工具钢，如T10、T12 等，主要用于制造低精度塞规、块规、卡尺等。 复杂的、精度要求高的量具常用合金钢，如CrWMn、Cr2、4Cr13、9Cr18等，主要用于制造高精度量规、高精度块规、外形复杂的样板及耐腐蚀性的量具等。3量具钢.不锈耐酸钢 .概念：