机械工程技术基础知识

机械工程基础知识

前言

第一章：工程材料

一,金属材料

二，工程塑料

第二章：金属机械加工

第三章：塑料成型

第四章：金属热处理

第五章：表面处理

第六章：机械制图

第七章：机械加工工艺路线的拟订

第一章：工程材料

一,金属材料

1金属结构的基本知识

不同的金属材料有不同的性能，甚至同一种金属在不同条件下（例如受力、受热及不同加工状态等），其性能也不

相同，这与金属及合金的内部结构和引起内部结构各种变化的外因有关。

金属是由原子在空间呈有规则排列的集合体即晶体构成的，晶体有一定的熔点并具有各向异性（即在不同方向受力

时表现出不同的机械性能，或在不同方向上对超声波有不同的传播速度，或者对X射线表现有不同的吸收或衍射

等等）。大多数的金属和合金都属于多晶结构，亦即由许多方位不同的晶粒组成，称为多晶体，由于各向异性被相

互抵消而表现为各向同性（在各个方向上的机械性能，或者对超声波的传播速度，或者对射线的吸收或衍射等有相

同的表现），即所谓的“伪等向性”。

晶体是由原子堆积而成的，由于原子空间排列方式的不同而将形成不同的晶格，主要的晶格形式有：

体心立方晶格：例如910℃以下的铁（称为a-Fe）和1394℃以上的铁（称为o-Fe）,以及室温下的铭、鸨、铝、帆

等元素。

面心立方晶格：例如910℃~1390℃的铁（称为y-Fe,与前面所述的a-Fe和c-Fe称为铁的同素异构转变），以及室

温下的铜、银、金、银、铝等。

密排六方晶格：例如镁、锌、镉、钺、钛等。

体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格

不同的晶格其原子排列规则与紧密程度不同，因而使不同金属的塑性、强度、热处理、合金化效果以及其他物理化

学性能等有明显的不同，即使在相同晶格类型的情况下，视元素的原子直径大小和原子间的中心距离（晶格常数）

不同，各原子包含的电子数不同，其性能仍有很大差别。

晶体的形成是在金属从液态转变到固态的凝固过程中进行的，此过程称为金属的结晶过程。结晶过程不同，形成的

晶体结构不同，因而将有不同的性能。

金属的结晶过程可以分为三个步骤：晶核的形成；围绕晶核的长大与晶粒形成；各单独的小晶体长大而相互接触,

最终联结成整体（固体形成）。由于各晶粒的空间方位不同，在接触面附近的原子排列不会像晶体内部那样完整规

则和方位一致，因而接触面上的组织和性能与晶体内部的组织和性能将有明显的不同。各个不同方位的小晶体间交

界接触面称为晶界，被晶界包围的各小晶体称为晶粒。

此外，在金属的实际结晶过程中，由于金属材料受不同条件的加工、冶炼、熔化、浇铸或其他加工、处理以及杂质

的影响，实际晶体中的某些原子可能会离开正常的晶格结点位置，造成“空穴”，或者某些原子或杂质进入晶格原

子的间隙中成为“间隙原子”，亦即产生“点缺陷”（实际生产中也常利用这一点形成特定性能的显微结构，即“间

隙固溶体”）；在实际晶体中，同一晶粒中的某些晶体小块也会出现排列方位不i致而形成“线缺陷”，还有在多晶

体的晶界上会因各晶粒的取向、方位不同，在晶界附近表现为晶格混乱，而且杂质也多，形成“面缺陷”，这种缺

陷表现为晶界上的化学成分、组织结构、性能等方面都与晶粒内部存在较大的差异。

工亚上使用的金属材料绝大多数采用合金，因为合金的许多性能是纯金属达不到的。合金是由两种以上的金属和金

属，金属和非金属元素组成，具有金属特性的物质。组成合金的独立的最基本的单元称为“组元”或“元”，组元

可以是金属元素或非金属元素，或者由稳定的化合物组成，而合金中成分、性能和组织状态均匀一致的部分称为

“相，

合金的结构由组成合金的组元在结晶时彼此所起的作用决定，其基本结构为：

（1）固溶体-合金在液态下都呈均匀的液相，即呈液体溶液，合金在转变成固态后，仍能保持组织结构的均匀性，

这种合金结晶后所形成的固态相称为固溶体。它只有一种晶格，其内可以有两种或两种以上的元素存在，保持晶格

不变的元素称为溶剂，而其它元素称为溶质。根据溶质原子在溶剂原子晶格结点中所占的位置不同，可以把固溶体

分为置换固溶体和间隙固溶体两种：

置换固溶体：溶质原子部分占据了溶剂原子晶格结点位置，即由溶质原子部分替换了原来结点位置上的溶剂原子所

形成的固溶体。

间隙固溶体：溶质原子溶入溶剂原子晶格的间隙之中而形成的固溶体。

上述两种固溶体的共同特点是都有一定的溶解度，随着溶解度的增大，由于不同原子的直径不同，将使固溶体晶格

发生膨胀或收缩，以及引起晶格畸变，这会导致固溶体强度提高、导电性下降，这种现象称为固溶强化，对合金钢

及钢的热处理有重要意义，因为溶质原子的大小和数量多少，将决定固溶体的性能。

（2）金属化合物-金属化合物具有与形成的各元素品格完全不同的特殊晶格，其中各元素的原子呈有序排列。金属

化合物具有一定的熔化（分解）温度，形成化合物的元素在某种条件下能溶解或者被其它元素替换形成新的化合物。

化合物可以是全部金属元素，也可以是金属和非金属元素组成（例如碳化物、氮化物等）。

化合物不能单独构成合金（单一化合物一般硬而脆，不能单独应用），而只能是作为一个组元，弥散分布在固溶体

或纯金属的基体组织中，使合金的塑性变形抗力增高，或者增高抗磨性等，能有效地改善合金的机械性能和热处理

性能。

（3）机械混合物-当构成合金的两个组元在固态下既不能相互溶解，又不能彼此反应形成化合物时，就构成了机械

混合物。机械混合物中各组元各自保持自己的晶格和性能，其形状、大小、分布状况对合金的性能有明显影响。

机械混合物可由纯金属之间形成，也可由纯金属和化合物、纯金属和固溶体、固溶体和固溶体以及固溶体和化合物

之间形成。

铁碳合金的组织与性能和含碳量及温度有关，在常温下它的基本结构有：

铁素体（常用代表符号F）-碳与合金元素溶解于a-Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格，含碳量低，因而铁

素体组织具有良好的塑性和韧性，但是强度和硬度较低。

渗碳体（常用代表符号FeaC）-一种铁碳化合物，呈复杂的斜方晶格。渗碳体的熔点、硬度高，脆性大，塑性与韧

性很低。钢中含碳量增大时，渗碳体的数量也增大，从而增加了钢的强度和硬度，但使其塑性和韧性下降。

珠光体（常用代表符号P）-铁素体与渗碳体的机械混合物，呈现铁素体和渗碳体相间排列的片层状组织。珠光体

钢的强度较高，硬度适中并有一定的塑性。

奥氏体（常用代表符号A）-碳和合金元素原子溶于y-Fe中形成的间隙固溶体，呈面心立方晶格。奥氏体钢的变形

抗力较低、塑性好，而强度和硬度高于铁素体钢。

马氏体（常用代表符号M）-碳原子在a-Fe中的过饱和固溶体，使a-Fe的体心立方品格发生畸变成为体心正方晶

格。马氏体的硬度高、脆性大，塑性和韧性差。一般由奥氏体状态快速冷却时将转变成马氏体，由于马氏体的体积

要比奥氏体的大（即比容大），在转变为马氏体时，钢将会发生体积膨胀，能产生很大的相变应力（内应力，也称

为马氏体相变应力），容易导致钢制零件变形甚至破裂。马氏体在钢的显微组织中以有一定取向的针状结构存在。

金属材料性能

为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使

用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。

材料的使用性能包拈物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧

化性），力学性能也叫机械性能。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。

1.机械性能

机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。

1.强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。

2.屈服点（%）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某•临界值时，载荷不再增加变形却继续

增加或产生0.2%L。时应力值，单位用牛顿/毫米2（N/mn?）表示。

3.抗拉强度（ob）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿/毫米z（N/mm?）衣示。

4.延伸率（5）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。

5.断面收缩率（山）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。

6.硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬

度（HKA、HKB、HRC）

7.冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米z（J/cm?）.

2.工艺性能

指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。

1.铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固

时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。

2.焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满

足使用目的的特性。

3.顶气段性能：指金属材料能承授予顶锻而不破裂的性能。

4.冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度a（外角）或弯心直径d

对材料厚度a的比值表示，a愈大或d/a愈小，则材料的冷弯性愈好。

5.冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行

检验。

6.锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。

3.化学性能

指金属材料与周围介质打触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。

耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力.

抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。

金属材料的分类

1,钢的分类

钢是用生铁（炼钢生铁）或生铁加一部分废钢炼成的钢中含碳量低于2.1%,并使其杂质（主耍指S、P）含量降低到

规定标准。

钢的种类很多，按照钢的化学成分、品质、冶炼方法和用途等的不同，可对钢进行多种的分类。

1.按冶炼方法分类

O转炉钢：是把空气或氧气吹入铁水中，使铁水中的C、Mn、Si、P、S等迅速氧化、靠氧化时放出

的热量来升温，而不靠燃料供热的炼钢方法。转炉钢由于节省燃料是目前主要炼钢设备。

O平炉钢：平炉钢靠燃料（煤气或重油）的燃烧来熔化炉料和提高钢水温度，靠炉气中的氧气和加入

铁矿石进行氧化反应，由于平炉钢消耗大量燃料已逐渐淘汰，我国99年平炉钢己降到2%左右，2000

年将彻底淘汰平炉。

o电炉钢：利用电能作为热源的炼钢方法。电炉钢主要生产高质量和高合金钢。

2.按工艺方法（脱氧程度）分类

脱氧：加入脱氧剂，如Mn铁、Si铁、A1等，把钢水中多作的氧去掉。

沸腾钢：只用Mn铁（价格低、脱氧效果差）脱氧，所以钢中含氧较多，浇注时，钢中氧与碳发生作用析出

大量Co。因此钢水在钢模内呈沸腾现象，称沸腾钢。沸腾钢成材率高，成本低。但化学成份不均匀、偏析、杂质多。

沸腾钢钢号最后用“F”表示。

镇静钢：除用Mn铁，还用Si铁（有时用A1）脱氧，钢中氧已很少，浇注时没有沸腾现象。镇静钢化学成分

均匀，机械性能较好，但有缩孔，成本高。镇静钢钢号后加“Z”。

半镇静钢：脱氧程度在镇静钢与沸腾之间，性能也介于之间，钢号后加“b”。半镇静钢应用较少。

非合金钢、低合金钢和合金钢合金元素规定含量

界限值

3.按化学成分分类合金元素规定含量界限值，

%

非合金钢

非合金

低合金钢合金钢

钢

■普通质量非合金钢是指不规定生产过程中需要特

AI<0.10一>0.10

别控制质量要求，但化学成分和机械性能必须保证在规定范

B<0.0005一>0.0005

围内，杂质（主要P、S等）必须在规定范围内。

Bi<0.10—>0.10

普通质量非合金钢合金元素只含碳，不含其它合金元素，也叫普通碳Cr<0.300.30x0.50>0.50

素钢。由于不含其它合金元素，工艺简单成本低、应用也较广，主要Co<0.10一>0.10

用于生产板、带、型等普通构件，大多不经热处理直接使用。Cu<0.100.10Y0.50>0.50

Mn<1.001.00x1.40>1.40

碳素结构钢是钢中应用最多的、数量最大的。常轧

Mo<0.050.05Y0.10>0.10

制成板材、型材及异型材*一般不需要经热处理直接使用。

Ni<0.300.30^0.50>0.50

用于一般结构和工程。

Nb<0.020.02-<0.06>0.06

钢的牌号由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、Pb<0.40—>0.40

B、C、D、）脱氧方法符号等四部分按顺序组成。Se<0.10一>0.10

与GB700-88中的A3钢相当的Q235就是一种常用的碳素结构钢。Si<0.500.50-<0.90>0.90

>0.10|

Tc<0.10—

除碳素结构钢外，其它普通质量非合金钢还有用于

Ti<0.050.05-<0.13>0.13

建筑、桥梁、车辆等热轧钢板和带钢，用于生产一级建筑钢

W<0.10—>0.10|

筋钢的Q235,生产轻轨及配件的50Q和55Q等。>0.12]

V<0.040.04x0.12

优质碳素结构钢属优质钢，不仅要保证化学成分也

Zr<0.050.05。0.12>0.12

要保证机械性能。同时要求杂质（S、P）含量较低，其牌号

La系（每一种元素）

用两位数字表示，代表钢中碳的名义万分含量，少数沸腾钢<0.020.02x0.05>0.05

数字后加“F”，其中含镒量不超过0.8%的为较低含镒量钢，其他规定元素（S、

<0.05—>0.05

0.8-1.2%Mn为较高含钵量钢，并在数字后面加“Mn”。P、C、N除外）

优质碳素结构钢的用途根据化学成分和性能不同而异。低碳碳结钢（C<0.25%）,因塑性、韧性及焊接性能优良，生要

用于轧制薄板、钢带、型钢及拉丝等。08F多用于制造各种冲压件，如搪瓷制品、汽车外壳零件等。15、20、20Mn

是常用的渗碳钢，可用于制造对心部强度要求不高的渗碳零件如机械、汽车、拖拉机齿轮、凸轮、活塞销等中碳碳结

钢（C0.25-0.60%）与低碳碳结钢相比，强度较高而塑性、韧性稍低，多轧掉型钢，用于制造轴类零件，经调质外理

后使用，因此也称高质钢。45钢是应用十分广泛的中碳碳结钢，高碳碳结钢（00.60%）具有较高的强度、硬度、弹性

和耐磨性、多生产型钢，主要用于制造机具的易磨损零碎件和弹簧等，如农机的犁锌、耙片、轧机轧辐及减震弹簧、

座垫弹簧等。65Mm、70Mn、70、75、80、85钢也属于特殊质量非合金钢（弹簧钢）。

优质碳素结构钢在订货时应在合同中注明使用加工方法，一般加工方法有两种：压力加工用钢（热压力加工、顶锻及

冷拨坏料）和切削加工用钢。

冷锁钢主要用于制造螺钉、钏钉、销钉的优质碳结钢（部分合结钢）。对冷锹钢要求钢中含S、P、

Si等杂质少，保证顶锻性能及热处理后的机械化性能，冷锹钢牌号用“ML”后加碳结钢（或合结钢钢号）。

易切削结构钢是利用钢中某些元素的作用改善钢的切削加工性能，以适于在自动机床上进行高速切

削的钢利、常用改善切削加工性的元素有S、Pb、Ca、等，其中以S最常用，S在钢中形成MnS夹杂，MnS

很脆，并有一定润滑作用因而切屑易于碎断，工件表面光洁度高，减少刀具磨损，提高切削速度•易切削结

构钢虽然钢中含S、P较多，单在这类钢中是作为有益元素加入或保存下来，因此，属于优质钢。易切削结

构钢用作生产标准件如小型螺丝、螺母、油泵、于表、计算机、打字机零件、机床光杠、丝杠等。易切削结

构铜牌用“Y”加钢号表示除Y40Mn属于优质低合金钢外，其余都是优质碳结钢。

■优质碳素结构钢、冷锹钢、易切削结构钢外，其它优质非合金钢还很多，这大多生产某种专用产品,

有些钢牌号和优质碳素结构钢相同，如专门生产油桶板的08、10、08Al供镀锡、锌、铅的原板。但大部分专

门为某种行业使用的钢，牌号与优质碳素结构钢不同，如：锅炉和压力容器用钢，造船用钢、铁道用钢、桥

梁用钢、汽车用钢、锚链用钢、自行车用钢、输油及输气管用钢、工程结构用铸造碳素钢，予应力及混凝土

钢筋用优质非合金钢、焊条用钢、花纹钢板、非合金调质钢、非合金表而硬化钢、非合金弹簧钢、盘条钢、

非合金电工钢板、带等都用汉语拼音字母加在钢号中。这些钢在订货或使用中要认真查找有关标准和资料。

■特殊质量非合金钢是指在生产过程中需要特别严格控制质量和性能（例如，控制淬透性和纯洁度）

的非合金钢。

■碳素工具钢的含碳量高（0.65-1.35%）属高碳钢，具有高硬度，高耐磨性、良好的锻造性能和切削加

工性，价格便宜，唯一不足的是淬透性低。其牌号由“碳”的汉语拼音字头（T）加数字组成，数字表示碳的名

交千分含量，高级优质碳素工具钢在数字后而加字母A。

■其它特殊质量非合金钢大多也都是为某种专用产吕需要，钢材要经过特殊处理的非合金钢，如为保

证军工需要的航空用钢、兵器用钢、核压力容器用非合金钢；保证某种热处理需要的、保证淬透性钢、非合

金调质钢、非合金表面硬化钢、火焰及感应淬火硬化钢：专用原料的焊条用钢、碳素弹簧钢、特殊盘条钢、

冷顶锻和冷挤压钢、特殊易切削钢、碳素中空钢、具有规定导电性能的非合金电工钢，具有规定磁性能的非

合金软磁材料、原料纯铁等。

低合金钢

低合金钢是指在钢中加入少量合金元素（符合表5-1）由于合金元素的强化作用，低合金结构钢的屈服点比普通碳索

钢高25-150%,加之大多低碳，而具有良好的塑性韧性和焊接性能，有的还具有耐腐蚀、耐低温等特性，因此，低合

金钢是一类很有发展前途的钢，在钢的生产中比例越来越大。

低合金钢按质量和用途分为普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量低合金钢。

■一般用途低合金结构钢包括：普通质量和优质低合金结构钢、普通质量低合金钢是指生产过程中不

规定特别控制质量要求的供一般用途、优质、在生产过程中需要特别控制质量（例降低硫、磷含量、控制晶

粒度，改善表面质量等）一般用途低合金钢结构钢牌号由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、质

量等级符号（A、B、C、D、E）三个部分按照顺序排列。

在旧标准中低合金结构钢的牌号用两位阿拉伯数字和合金元素符号及数字表示，数字表示平均含碳量（以万分之几计）

平均合金含量小于1.5%时，钢号中仅标明元素符号，不标明含量；平均合金含量为1.5-2.49%,2.5-3.49%时，相应写

成品2、3...

一般用途低合金结构钢由于合金元素作用，具有较高强度和韧性，工艺性能较好，生产成本低，应用广泛，大多直接

使用，常用于铁路、桥梁、船舶、汽车、压力容器，常用作焊接结构件和机械构件等。

其它低合金钢包括普通质量、优质、特殊质量低合金钢这些钢也都是为某各专用产吕需要生产的专

用钢。可焊接低合金高强度结构钢的优质钢有锅炉和压力容器用造船用、汽车用、桥梁用、自行车用低合金钢：还有特殊质量

的核能用、压力容器用、舰船用、兵器用、保证厚度方向性能低合金钢。用作•般低合金钢筋钢的20MnSi、20MnTi、20MnSiV、

25MnSi、20MnNbb。还有铁道、矿用低合金钢等。

合金钢

合金钢分为优质合金钢和特殊质量合金钢。优质合金钢生产过程中需要特别控制质量和性能；特殊质量合金钢生产过

程中要严格控制质量和性能。

■一般工程结构用合金钢属优质合金钢俗称合结钢。主要用于制造机械结构件，大多经热处理后使用。

由于合金元素作用，增加淬透性（Mn,Mo,Cr）、细化晶粒提高淬火稳定性。低碳合金结构钢经过渗

碳，氮淬火及低温回火处理后，构件表面耐磨，心部韧性好，也叫表面硬化钢；中碳合金结构钢经过调质处

理，能获得良好的综合性能，叫调节器质钢。

■弹簧钢是用生20产各种板簧和螺旋弹簧或类似零件（如轧辑等）。弹簧是一种能产生大量弹性变形

的结构零件，通过弹簧的弹性变形，可以吸收冲击能量、缓和冲击和震动的作用，因此对弹簧钢的要求必须

有高的强度，特别是高的屈服强度和疲劳强度；要不易脱碳，有良好的表面质量，具有一定的淬透性和良好

的工艺性能。有的弹簧还要求耐热、耐腐蚀等。因此弹簧钢含碳较高。

65、70、75、80等碳素弹簧钢淬透性能较差，多用于直径或厚度小于12毫米的弹簧；65Mn淬透性能较好，可用于

制造截面尺寸为15~20毫米的弹簧，应用广泛。尺寸较大，用热轧成型法制造的弹簧大多采用55Si2Mn、60Si2Mn,

如铁道车厢、汽车、拖拉机上的钢板弹簧和螺旋弹簧等；大截面、重载荷的弹簧通常用50CrVa60Si2CrVa、50CrMn

65Si2MnWa、等制造。

滚动轴承钢也叫轴承钢。主要用来制造滚动轴承内外套圈、滚珠、滚粒、保持架等，但在量具、冷

作模具、低合金刀具、柴油机高压油泵件等方面也有广泛应用。

轴承钢种类较多有较多高碳铝、渗碳、不锈、高温、无磁轴承钢。渗碳轴承钢牌号用“G”为汉语拼音字头，后数字表

示含碳的百分数。Cr元素后数字表示铭含量名义百分数。后面用元素符号及其名义含量百分数表示。

合金工具钢：为克服碳素工具钢淬透性低的弱点，提高耐磨性，在保持较高含碳量的前提下，钢中

加入Si、Mn、Cr,W、Mo、V等，提高合工钢淬透性，广泛用于碳工钢性能有能满足要求的工具。合工钢的牌号由数字的化

学元素符号组成，当钢中含碳量小于1.00%时，牌号前数字表示含碳量的名义千分含量，牌号前原数字者表示含碳量不低于1.00%

元素符号后数字表示含金元素的名义百分数。合金工具钢按用途分为量具刃具钢、耐冲击工具钢、冷铁模具钢、热作模具钢、

磁模钢和塑料模具钢。

量具刃具钢是含碳0.08-1.45%,加入Cr、Mn、Si、W等合金元素。Cr、Si、Mn提高钢的淬透性；同时Cr、Si、还能

提高回火稳定性；Mn还减小淬火变形；W提高耐磨，细化组织。这类钢主要用于制造车刀、刨刀、较刀、拉刀等刃

具及量规、样板、千分尺、塞规等量具。耐冲击工具钢有4Cr2Si、5CrW2Si、6CrW2Si,属中碳鸨系钢。通过降低含

碳量以冲加韧性，鸨提高钢耐磨性，用于制造受冲击载荷大的工具，如冷作模具、顶锻模，风凿等。

模具钢用于制造成型模具，包括冷作模具钢，热作模具钢，热作模具钢，无磁模具钢和塑料模具钢。

高速工具钢：为满足切削过程中，刀具线速度达80米/分，刀刃温度高达60oC,刀具硬度HRC>60

要求，在高碳钢中加入大量W、Mo、Cr、V等合金元素而获得高速钢，W和Mn可提高钢的热硬性，在回火温度500oC-600oC

下，W、M。析出并生成Mo2c和W2C,发生二次硬化（温度在500oC-600oC时钢的硬度不仅不下降，反而升高的现象叶二次

硬化）。高速工具钢也叫高速钢其牌号表示方法同合工钢。

高速工具钢中W18Cr4V是世界上最早生产，也是最常用高工钢，用来制造各种刀具，如车刀、插齿刀、扩孔钻、钻

头等。但由于碳化物偏析严重、热塑性低等，限制了进步使用。CW6Moer4V2是以M。代W的M。系高速钢，其

碳化物分布均匀，热塑性好，价格便宜（我国铝储量和产量高），只是热硬性梢低，仍是高速钢的主要钢性。

4.按质量分类

按质量主要指钢中含杂质（主要指P、S等）和机械性能最低要求进行分类。

5.按用途分类

指按钢使用用途把钢分成结构钢、工具钢和特殊用途钢。

。结构钢又分为工程结构钢和机械结构钢。工程结构钢主要是指用作建筑、铁路、桥梁、容器等工程构件用钢，

这种钢制成构料大多不再进行热处理。机械结构钢指机床、武器等另构件，构件大多要进行热处理。

O工具钢主要用来制造各种工具，如量具、刃具、模具，对工具钢制成的工具都要进行热处理。

O特殊用途钢是指制成的另构件在特殊条件下工作，对钢有特殊要求，如物理、化学、机械等性能。

特殊性能钢也是特殊质量合金钢，这些钢是指有电磁、光、声、热及电化学等效应和功能的钢。常用的有不锈钢、耐

热钢、电工硅钢、电子纯铁及各种精密合金（软磁合金、象磁合金、弹性合金、膨胀合金、热双合金、电阻合金、电

偶材料等）。

■不锈钢以其良好的耐腐蚀性能而得名，它主要全金成分为珞和银。铭有很高的化学稳定性，在氧化

介质中能生成致密坚韧的纯化膜：另外，当格含量超过11.7%时，能使合金的电极电位明显提高，从而有效

地阻止了合金的进•步氧化。银也是易化元素，在铝钢中加入银，可提高合金在非氧化性介质中的耐腐蚀性

能。当铭、镶含量一定时，钢中碳含量愈低，其耐腐蚀性能就愈好。

不锈钢的耐腐蚀性能，还与基体组织的均匀程度有关。当形成均匀一致的合金固溶体时.，能有效地减少钢在电解溶液

中腐蚀速度。

奥氏体不锈钢属铭银系不锈钢，是单一的奥氏体组织，它具有良好的耐蚀性、低温韧性、压力加工和焊接工艺性、无

磁性、广泛用作腐蚀介质中工作的低温钢和无磁钢；铁素体型不锈钢主在含有络，加热和冷却过程中有发生相变，是

硝酸、氮肥工业常用的耐磨材料；马氏体不锈钢由于含碳量较高，帮淬透性好，淬火后获马氏体组织，此类钢，低碳

者韧性好，可制造在腐蚀介质中工作的耐冲击零体；高碳用于制造弹簧、轴承、手术刀片等：由奥氏体和铁素体两相

混合组织为基体的不锈钢是比相不锈钢，它具有强度高、韧性好，耐晶间腐蚀等优点。其中DoCrl8Ni5Mo3Si2钢主要

用于制造炼油、化肥、造纸、石油、化工等工'也的热交换器和冷凝器，OCr26Ni5Mo2用于制造海水腐蚀设备：沉淀硬

化型不锈钢，因含有大量的铭、银及能析出沉淀硬化相的铝、锯、铅、铜等元素，使其经过淬火时效处理后具有较高

的强度和韧性，主要用于制造弹黄、垫圈、波纹管等。

电工钢亦称硅钢是含碳量低于0.05%的铁硅二元合金。具有铁损小、矫顽力小、磁导率和磁感应强

度高等特点，是常用软磁（作短暂或反复磁化的材料）材料之一，影响电工钢性能的主要因索是化学成分和组织结构。硅对电

工钢磁性影响最显著，当纯铁中加入3.0%Si时磁导率增加1.6-2倍，磁滞损耗降低40%电阻率增大4倍（可减少涡流损耗）、

总铁损降低一倍，但硬度和强度也明显提高。通常硅含量不超过4.5%,否则太硬，不易加工。有害杂质（N、C、S、O等）的

存在，将造成钢的晶格畸变，增大应力，阻碍磁化过程，因此杂质含量要严格控制。

硅钢主要用于电机、变压器、电器、电工仪表等电力工业用，大多轧成0.3、0.35、0.5薄板，有热轧和冷轧两种。冷

轧硅钢薄板形关均匀、表面平整、无氧化膜、有利于提高组装质量和效率。

电工硅钢的牌号用汉语拼音字母和两组数字表示，“DR”表示热轧、“DQ”表示冷轧无取向（钢的各方向的磁性差别很

小）、“DQ”表示冷轧取向：第一组数字表示硅钢板的铁损（单位瓦特/千克）最大值的百分数，第二组表示硅钢板轧制

厚度的一百倍。

除电工硅钢外，电工纯铁也是应用广泛的软磁材料。

我国经过几十年的努力，钢铁工业已同过去的仅能生产100多个钢种、400多个品种的钢材发展到现在能生产1000多个钢种、

4万多个品种的钢材，特别是国防工业和高精尖技术，包括原子弹、氢弹、导弹、核潜艇、通讯卫星、火箭等需要的关键金属

材料。都已由国内自行研制开发成功，最大限度满足了其需要。

三.铸铁

常见的铸铁主要有以下几种：

灰口铸铁-其中的碳全部或大部以自由碳（石墨）的形式存在，代号HT,后面以数字表示其抗拉强度和抗弯强度。

例如HT38-60,“38”表示抗拉强度不小于38公斤力/平方毫米，“60”表示抗弯强度不小于60公斤力/平方毫米。根

据灰口铸铁的显微组织形态，还可以进一步划分为铁素体灰铸铁、珠光体/铁素体灰铸铁、珠光体灰铸铁以及变质

灰铸铁。

可锻铸铁-其中的碳全部或大部以团絮状石墨形态存在，代号KT,后面用第一个数字表示抗拉强度（公斤力/平方

毫米），第二个数字表示延伸率（％）,例如KT30-6。

球墨铸铁-其中的碳全部或大部以球状石墨形态存在，代号QT,后面用第一个数字表示抗拉强度（公斤力/平方毫

米），第二个数字表示延伸率（％）,例如QT30-6。

合金铸铁-在铸铁中加入了合金元素以提高其机械性能，还可以进一步划分为高强度合金铸铁、耐磨铸铁、耐热铸

铁等，例如稀土镁铝、铭钥铜、高硅球铁等。

四.有色金属与合金

（1）铜与铜合金

可分为：

纯铜-以Tx（x为数字）表示，例如Tl、T2、T3等

黄铜-以Hxx（x为符号与数字）表示，主要为铜锌合金,可再划分为普通黄铜（例如H80,表示含有80%Cu和20%Zn）,

锡黄铜（例如HSn90-l,表示含有90%Cu和l%Sn）,铅黄铜（例如HPb59-l）,铝黄铜（例如HA185-0.5）,硅黄铜

（例如Hsi80-3）,镒黄铜（例如HMn59-3-2）,铸造黄铜（例如ZHMn5822,ZHA166-6-3-2等）。除了普通黄铜，

其余的可归为特殊黄铜。

青铜-以Qxx（x为符号与数字）表示，这是指除锌以外的元素与铜组成的合金。例如锡青铜（又称普通青铜，例

如QSn4-3）,铝青铜（例如QallO-4-4）,镀青铜（例如Qbe2）,铅青铜（例如QPb30）等。

白铜-这是铜银合金,以Bxx表示。有普通白铜（例如B19）,铝白铜（例如Bal6-1.5）,锌白铜（例如BZnl7-18-1.8）,

铁白铜（例如Bfe5-6）等等。

滑动轴承合金-用于滑动轴承、轴瓦等，其种类有锡基合金（含有睇、铜等元素，乂称锡基巴氏合金），铅基合金（含

有锌、锡、铜等元素，又称铅基巴氏合金），锌基耐磨合金，铸造青铜等。

（2）铝合金

主要分为铸造铝合金（以ZLxx表示，例如ZL101、ZL105等）和压力加工用铝合金。

压力加工用铝合金可分为：

防锈铝：以LFxx表示，例如LF21,LF11,LF5,LF2等。

硬铝：以Lyxx表示，例如Lyll,Lyl6,Lyl2等。

超强度硬铝（简称超硬铝）：以LCxx表示，例如LC4,LC9等。

锻造铝合金（简称锻铝）：以LDxx表示，例如LD5,LD10,LD7等。

和钢相比之下，铝合金有一个明显的特点是淬火后仍能保持良好的塑性，强度没有明显增加，需要经过时效处理后

才能使其强度和硬度提高（防锈铝不能通过热处理强化）。

（3）镁合金

镁合金的塑性与耐蚀性都很差，但是其最大的特点是比重轻（约为1.7）,能得到较高的比强度（强度与比重之比）,

而其表面则通过阳极化处理以及涂敷漆层等方法实现防腐。主要应用的镁合金有铸造镁合金（以ZMxx表示）和锻

造镁合金（乂称变形镁合金，以MBxx表示，例如MB15,MB2等）。

（4）钛及钛合金

钛合金的比重也是比较轻（约4.5）,能得到较高的比强度（强度与比重之比），但其很大的特点是耐蚀性强，因而

已经得到越来越多的应用。

纯钛的牌号主要有TA1。

钛合金的分类主要依据其显微组织形态与类型，有：

a型钛合金-例如TA7o

B型钛合金-例如TB1,TB2。

a型钛合金-例如TC4,TC6,TC9,TC11等。

此外还有近a型和近B型钛合金。

五金工具常用材料成分表:

二，工程塑料

工程塑料的定义

工程塑料是指•类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使

用的高性能的高分子材料。：-般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温

下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。如ABS、尼龙、聚机等。可以做为构造用及机械零

件用之高性能塑胶，耐热性在100℃以上，主要运用在工业上

其性能包括：

1.热性质：玻璃转移温度(Tg)及熔点(Tm)高、热变形温度(HDT)高、长期使用温度高(UL-746B)、使用温度

范围大、热膨胀系数小。

2.机械性质：高强度、高机械模数、潜变性低、耐磨损、耐疲劳性。

3.其他：耐化学药品性、优良的抗电性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。

被当做通用性塑胶者包括聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)>聚醯胺(尼龙，Polyamide,PA)、聚缩醛(Polyacetal,

PolyoxyMethylene,POM)、变性聚苯醛(PolyPhenyleneOxide,变性PPE)、聚酯(PETP,PBTP)、聚苯硫酸

(PolyphenyleneSulfide,PPS)、聚芳基酯，而热硬化性塑胶则有不饱和聚酯、酚塑胶、环氧塑胶等。拉伸强度

均超过50MPa,抗拉强度在500kg/cm2以上，耐冲击性超过50J/m,弯曲弹性率在24000kg/cm2,负载挠曲温

度超过100C,其硬度、老化性优。聚丙烯若改善硬度及耐寒性，则亦可列入工程塑胶的范围。此外，较特

殊者为强度弱、耐热、耐药品性优的氟素塑胶，耐热性优的矽溶融化合物、聚酶胺醯亚胺、聚酶亚胺、

Polybismaleimide、Polysufone(PSF)、PES、丙烯塑胶、变性蜜胺塑胶、BTResin>PEEK、PEI、液晶塑胶等。

因为化学构造不同，故耐药品性、摩擦特性、电机特性等也有若干差异。且因成形性的不同，故有适用于任

何成形方式者，亦有只能以某种成形方式加工者，造成应用上的受限。热硬化型的工程塑胶，其耐冲击性较

差，因此大多添加玻璃纤维。工程塑胶除了聚碳酸酯等耐冲击性大者外，通常具有延伸率小、硬、脆的性质,

但若添加20〜30%的玻璃纤维，则可有所改善。

特种工程塑料的定义

是比普通工程塑料的耐温、冲击性能更好，但价格更贵的一些工程塑料。

比如PAI、聚对苯二甲酸环乙酯(PCT)、聚酰酮(PEK)、聚醛醛酮(PEEK)、聚醛酰亚胺(PEI)、聚砚(PSF)、

聚酸碉(PES)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫酸(PPS)等。综合性能更高，长期使用温度在150C以上的工程塑

料，主要用于高科技,军事和宇航、航空等工业

塑料的基本性能

1.质轻、比强度高。塑料质轻，一般塑料的密度都在0.9~2.3克/厘米3之间，只有钢铁的1/8~1/4、铝

的1/2左右，而各种泡沫塑料的密度更低，约在0.01-0.5克/厘米3之间。按单位质量计算的强度称为比

强度，有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。例如合金钢材，其单位质量的拉伸强度为160兆帕，而用

玻璃纤维增强的塑料可达到170〜400兆帕。

2.优异的电绝缘性能。几乎所有的塑料都具有优异的电绝缘性能，如极小的介电损耗和优良的耐电弧特性,

这些性能可与陶瓷媲美。

3.优良的化学稳定性能。一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐腐蚀能力，特别是聚四氟乙烯的耐化学

腐蚀性能比黄金还要好，甚至能耐"王水"等强腐蚀性电解质的腐蚀，被称为"塑料王"。

4.减摩、耐磨性能好。大多数塑料具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性。许多工程塑料制造的耐摩擦零件就

是利用塑料的这些特性，在耐磨塑料中加入某些固体润滑剂和填料时，可降低其摩擦系数或进一步提高其耐

磨性能。

5.透光及防护性能。多数塑料都可以作为透明或半透明制品，其中聚苯乙烯和丙烯酸酯类塑料象玻璃•样透

明。有机玻璃化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯，可用作航空玻璃材料。聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜

具有良好的透光和保暧性能，大量用作农用薄膜。塑料具有多种防护性能，因此常用作防护保装用品，如塑

料薄膜、箱、桶、瓶等。

6.减震、消音性能优良。某些塑料柔韧而富于弹性，当它受到外界频繁的机械冲击和振动时，内部产生粘性

内耗，将机械能转变成热能，因此，工程上用作减震消音材料。例如，用工程塑料制作的轴承和齿可减小噪

音，各种泡沫塑料更是广泛使用的优良减震消音材料”

上述塑料的优良性能，使它在工农业生产和人们的日常生活中具有广泛用途；它已从过去作为金属、玻璃、

陶瓷、木材和纤维等材料的代用品，而一跃成为现代生活和尖端工业不可缺少的材料。

然而，塑料也有不足之处。例如，耐热性比金属等材料差，一般塑料仅能在ioo℃以下温度使用，少数2o（rc

左右使用；塑料的热膨胀系数要比金属大3〜10倍，容易受温度变化而影响尺寸的稳定性；在载荷作用下，

塑料会缓慢地产生粘性流动或变形，即蠕变现象；此外，塑料在大气、阳光、长期的压力或某些质作用下会

发生老化，使性能变坏等。塑料的这些缺点或多或少地影响或限制了它的应用。但是，随着塑料工业的发展

和塑料材料研究工作的深入，这些缺点正被逐渐克服，性能优异的新颖塑料和各种塑料复合材料正不断涌现。

塑料的分类

塑料目前尚无确切的分类，•般分类如下：

1.按塑料的物理化学性能分

热塑性塑料：在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料。

热固性塑料：因受热或其它条件能固化成不熔不溶性物料的塑料。如酚醛塑料、环氧塑料等。

2.按塑料用选分

通用塑料：-般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。

工程塑料：-般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优

良性能，可以作为工程结构件的塑料。如ABS、尼龙、聚机等。

特种塑料：-般指具有特种功能（如耐热、自润滑等），应用于特殊要求的塑料。如氟塑料、有机硅等。

3.按塑料成型方法分

模压塑料：供模压用的树脂混合料。如般热固性塑料。

层压塑料：指浸有树脂的纤维织物，可经叠合、热压结合而成为整体材料。

注射、挤出和吹塑塑料：-股指能在料筒温度下熔融、流动，在模具中迅速硬化的树脂混合科。如般热塑

性塑料。

浇铸塑料：能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料。如MC

尼龙。

反应注射模塑料：一般指液态原材料，加压注入模腔内，使其反应固化制得成品。如聚氨脂类。

4.按塑料半制品和制品分

模塑粉：又称塑料粉，主要由热固性树脂（如酚醛）和填料等经充分混合、按压、粉碎而得。如酚醛塑料粉。

增强塑料•：加有增强材料而某些力学性能比原树脂有较大提高的一类塑料。

泡沫塑料：整体内合有无数微孔的塑料。

薄膜：一般指厚度在0.25毫米以下的平整而柔软的塑料制品。

此外，工程塑料、增强塑料和泡沫塑料又有其不同的类别：

工程塑料的分类

通用工程塑料：尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯酸、热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合

物、乙烯醉共聚物等

特种工程塑料：非交联型聚矶、聚酸机、聚苯硫酸、聚芳酯、聚酰亚胺、聚酸醛酮、氟树脂等

交联型聚氨基双马来酰胺、聚三嗪、交联聚酰亚胺、耐热环氧树脂等

增强塑料的分类

按增强材料的外形分类粒状增强塑料如钙塑塑料纤维增强塑料如玻璃纤维或玻璃布增强塑料片状增强塑

料如云母增强塑料

按增强材料的材质分类布基、石棉增强塑料如碎布增强塑料无机矿物填充塑料如石英、云母填充塑料玻纤

增强塑料如预浸渍料，SMC、BMC等特种纤维增强塑料如碳纤维、凯芙拉纤维增强塑料金属纤维增强塑料

如钢丝增强塑料

泡沫塑料的分类

硬质泡沫塑料：无柔韧性，压缩硬度大，应力达到一定值方产生变形，解除应力后本能恢复原状的泡沫塑料

半硬质泡沫塑料：柔韧性介于硬质和软质泡沫塑料之间的泡沫塑料

软质泡沫塑料：富有柔韧性，压缩硬度很小，应力解除后能恢复原状，残余变形较小的泡抹塑料

塑料原料名称中英文对照表

俗称中文学名英文学名英文简称主要用途

聚苯乙烯GeneralPurpose灯罩、仪器壳罩、玩

硬胶通用聚苯乙烯PS

类Polystyrene具等

HighImpact日用品、电器零件、

不脆胶高冲击聚苯乙烯HIPS

Polystyrene玩具等

电器用品外壳，日用

改性聚苯丙烯月青一丁二烯■苯Acrylonitrile

ABS料ABS品，高级玩具,运动用

乙烯类乙烯ButadieneStyrene

品

AS料(SANAcrylonitrileII用透明器皿，透明

丙烯月青■苯乙烯AS(SAN)

料)Styrene家庭电器用品等

BS(BDS)K特种包装，食品容器,

丁二烯■苯乙烯ButadieneStyreneBS(BDS)

料笔杆等

Acrylonitrile适于制作般建筑领

丙烯酸-苯乙烯-丙