机械制造基础 课件 第一章

机械制造基础绪

论1.机械

2.机械制造与机械制造技术

3.机械制造业与先进制造业01认识机械制造图0-2数控车床图0-1“水排”炼铁图0-3空心球1.课程性质

2.课程内容

3.学习方法02认识本课程图0-4

Z4012台钻实物照片机械工程材料选用单元一第一章

金属材料Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Maecenasporttitorconguemassa.本章知识思维导图第一节

金属材料的物理性能和化学性能01金属材料的物理性能1.密度6.磁性5.热膨胀性2.熔点4.导电性3.导热性01金属材料的物理性能金属名称元素符号密度(20℃)ρ/[(kg/m3)×103]熔点/℃热导率λ/[W/(m·K)]线胀系数(0℃-100℃)α1/(10-6/℃)电阻率(0℃)/[(Ω·m)×10-8]银Ag10.49960.8418.619.71.5铝Al2.698660.1221.923.62.655铜Cu8.961083393.5171.67-1.68(20℃)铬Cr7.191903676.212.9铁Fe7.84153875.411.769.7镁Mg1.74650153.724.34.47锰Mn7.4312444.9837185(20℃)镍Ni8.90145392.113.46.84钛Ti4.508167715.18.242.1-47.8锡Sn7.298231.9162.82.311.5钨W19.33380166.24.6(20℃)5.1表1-1常用金属材料的物理性能1.耐蚀性

2.抗氧化性

3.化学稳定性02金属材料的化学性能第二节

金属材料的力学性能1.屈服强度(屈服点)

2.抗拉强度强度、塑性、刚度1.断后伸长率

2.断面收缩率强度塑性刚度04硬度(一)常用的硬度测试方法

1.布氏硬度图1-1布氏硬度试验原理图

04硬度(一)常用的硬度测试方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度图1-2洛氏硬度试验原理图

04硬度(一)常用的硬度测试方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度硬度符号压头材料总试验力硬度测试范围应用举例HRA120º金刚石圆锥体588.4/6020-88硬质合金、碳化物、浅层表面硬化钢HRBφ1.588mm的硬质合金球980.7/10010-100非铁金属、铸铁、经退火或正火的钢HRC120º金刚石圆锥体1471.0/15020-70淬火钢、调质钢、深层表面硬化钢表1-2常用洛氏硬度的试验条件、硬度测试范围和应用举例04硬度(一)常用的硬度测试方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度3.维氏硬度图1-3维氏硬度试验原理图

04硬度(一)常用的硬度测试方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度3.维氏硬度(二)硬度试验的应用05冲击韧性1.摆锤式一次冲击试验2.多次冲击试验试验设备试验原理06疲劳1.疲劳现象在多次交变应力作用下，金属发生突然断裂时的应力值比静载荷的屈服强度极限还低,这种现象称为金属的疲劳。

2.疲劳强度影响疲劳强度的主要因素：(1)应力集中(2)表面粗糙度(3)残余应力及表面强化疲劳断裂断口示意图第三节

钢(一)非合金钢1.非合金钢的分类(1)按碳的质量分数分类01钢的分类与牌号非合金钢按碳的质量分数高低分类，可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三类。01钢的分类与牌号名称定义典型牌号低碳钢碳的质量分数w(C)<0.25%的钢铁材料08、10、15、20等中碳钢碳的质量分数w(C)=0.25%-0.60%的钢铁材料35、40、45、50、55等高碳钢碳的质量分数w(C)>0.6%的钢铁材料65、70、75、80、85等表1-4低碳钢、中碳钢和高碳钢的定义和典型牌号(一)非合金钢1.非合金钢的分类(1)按碳的质量分数分类

非合金钢按碳的质量分数高低分类，可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三类。(2)按主要质量等级和主要性能或使用特性分类根据GB/T13304.2—2008《钢分类第2部分按其主要质量等级和主要性能或使用特性的分类》，非合金钢可分为：普通质量非合金钢、优质非合金钢和特殊质量非合金钢三类。01钢的分类与牌号(一)非合金钢1.非合金钢的分类(3)按用途分类

非合金钢按用途分类，可分为碳素结构钢和碳素工具钢。(4)非合金钢的其他分类方法

非合金钢还可以从其他角度进行分类。01钢的分类与牌号(一)非合金钢2.常用非合金钢的牌号及用途(1)普通质量非合金钢的牌号及用途

普通质量非合金钢中应用最多的是碳素结构钢，其牌号由屈服强度的字首(Q)、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法四部分按顺序组成。01钢的分类与牌号图1-5角钢图1-4线材01钢的分类与牌号牌号质量等级w(C)（%）ReH/MPaRm/MPaA(%)脱氧方法Q195-≤0.12≥(195)315-430≥33F、ZQ215AA≤0.15≥215335-450≥31F、ZQ215BB≤0.15≥215335-450≥31F、ZQ235AA≤0.22≥235370-500≥26F、ZQ235BB≤0.20≥235370-500≥26F、ZQ235CC≤0.17≥235370-500≥26ZQ235DD≤0.17≥235370-500≥26TZQ275AA≤0.24≥275410-540≥22F、Z表1-5碳素机构钢的牌号、化学成分和力学性能及脱氧方法（板材厚度小于16mm）注：数据摘自GB/T700-2006《碳素结构钢》(一)非合金钢2.常用非合金钢的牌号及用途(2)优质非合金钢的牌号及用途

优质非合金钢中应用最多的是优质碳素结构钢，其牌号用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均碳的质量分数的万分之几(以0.01%为单位)。01钢的分类与牌号45平均碳的质量分数w(C)=0.45%的优质碳素结构钢08平均碳的质量分数w(C)=0.08%的优质碳素结构钢(一)非合金钢2.常用非合金钢的牌号及用途(3)其他专用优质非合金钢的牌号及用途

为了满足加工工艺和行业生产需要，在优质碳素结构钢基础上开发了一些专门用途的钢。专门用途钢的牌号表示方法是在钢号的首部或尾部用符号标明其用途。01钢的分类与牌号(二)低合金钢和合金钢1.低合金钢分类和牌号(1)低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字首、屈服强度数值、质量等级符号(A、B、C、D、E)三部分按顺序组成。(2)低合金耐候钢

耐候钢是指耐大气腐蚀钢，它是在低碳非合金钢的基础上加入少量铜、铬、镍、钼等合金元素，使钢表面形成一层保护膜。01钢的分类与牌号(二)低合金钢和合金钢1.低合金钢分类和牌号(3)低合金专用钢

为了适应某些专业的特殊需要，对低合金高强度结构钢的化学成分、加工工艺及性能作相应的调整和补充，从而发展出了门类众多的低合金专用钢，如锅炉用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽车用钢、铁轨用钢、自行车用钢、矿山用钢、预应力混凝土用钢和建筑结构用钢等，其中部分低合金专用钢已纳入国家标准。

01钢的分类与牌号(二)低合金钢和合金钢2.合金钢的分类和牌号(1)合金结构牌号

以两位数字表示钢中平均含碳量(以万分之一为单位)，写在牌号的最前面；后面跟合金元素及其含量，用化学元素符号及阿拉伯数字表示，具体表示方法为：若质量分数<1.5％时不标数字，牌号中仅标明元素；若质量分数在1.5%～2.49％之间标2，在2.5%～3.49％之间标3，以此类推。

01钢的分类与牌号01钢的分类与牌号(2)合金工具钢牌号

牌号第一部分用数字标明平均含碳量，质量分数<1.00％，以一位数字表示含碳量(以千分之一为单位)；当碳的质量分数≥1.0％时，不标明含碳量数字。

01钢的分类与牌号(3)不锈钢和耐热钢牌号

牌号第一部分用2或3位数字标明含碳量(以万分之几或十万分之几)，第二部分用化学元素符号及阿拉伯数字表示合金元素含量，表示方法同合金结构钢。

01钢的分类与牌号(3)不锈钢和耐热钢牌号

牌号第一部分用2或3位数字标明含碳量(以万分之几或十万分之几)，第二部分用化学元素符号及阿拉伯数字表示合金元素含量，表示方法同合金结构钢。

01钢的分类与牌号(4)滚动轴承钢牌号

在牌号头部加符号“G”，渗碳轴承钢采用合金结构钢的牌号表示法，高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢采用不锈钢和耐热钢的牌号表示法。

01钢的分类与牌号(一)退火与正火1.退火2.正火

02钢的热处理(1)完全退火(5)均匀化退火

(4)去应力退火(2)球化退火

(3)等温退火完全退火是获得接近平衡组织的退火。等温退火的目的与完全退火相同，但等温退火可以缩短退火时间，获得比较均匀的组织与性能，其应用与完全退火和球化退火基本相同。

去应力退火是为去除工件塑性形变、切削加工或焊接造成的内应力及铸件内存在的残余应力而进行的退火。均匀化退火是以减少工件化学成分和组织的不均匀程度为主要目的，将工件加热到高温并长时间保温，然后缓慢冷却的退火。

球化退火是使工件中碳化物球状化而进行的退火。(二)淬火1.冷却介质

2.淬透性与淬硬性

3.淬火缺陷

02钢的热处理氧化是指工件加热时，介质中的氧、二氧化碳、水蒸气等与之反应生成氧化物的过程。氧化与脱碳钢件淬火后较大区域内硬度达不到技术要求的现象称为硬度不足。

硬度不足和软点工件加热温度偏高，而使晶粒过度长大，以致力学性能显著降低的现象称为过热。

过热与过烧变形是淬火时钢件产生形状或尺寸偏差的现象。变形和开裂01020304淬火缺陷(二)淬火3.淬火缺陷

02钢的热处理图1-6热应力和相变应力使工件产生变形的情况

a)工件原形b)热应力产生的变形c)相变应力产生的变形

(三)回火

02钢的热处理低温回火高温回火中温回火500℃以上

250℃以下

250-450℃

(四)表面热处理与化学热处理1.表面热处理

(1)表面淬火和回火

表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的工艺，其目的是使工件表面获得高硬度和高耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性，以提高其在扭转、弯曲、循环应力，或在摩擦、冲击、接触应力等工作条件下的使用寿命，是最常用的表面热处理工艺之一。

(2)气相沉积

气相沉积是利用气相中发生的物理、化学过程，改变工件表面成分，在工件表面形成具有特殊性能的金属或其化合物涂层的表面处理技术。02钢的热处理(四)表面热处理与化学热处理2.化学热处理02钢的热处理在一定温度下处于一定渗氮介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗氮。

渗氮同时将碳、氮原子渗入工件表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮共渗，其目的主要是提高工件表层的硬度和耐磨性。碳氮共渗为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。

渗碳010203第四节

铸铁(二)低合金钢和合金钢1.灰铸铁01常用铸铁牌号力学性能用途举例Rm/MPa硬度/HBWHT100≥100143～229制作低载荷和不重要的零件，如盖、外罩、手轮、支架等HT150≥150163～229制作承受中等应力的零件，如底座、床身、齿轮箱、工作台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件HT200≥200170～241制作承受较大应力和重要的零件，如气缸体、齿轮、机座、床身、活塞、制动轮、液压缸等HT250≥250170～241HT300≥300187～255制作床身导轨、车床、压力机等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压液压缸、泵体、阀体、衬套、凸轮大型发动机的曲轴、气缸体等HT350≥350197～269表1-7常用灰铸铁的牌号、力学性能及用途举例(二)低合金钢和合金钢2.球墨铸铁01常用铸铁表1-8部分球墨铸铁的牌号、力学性能及用途牌号Rm/MPaRr0.2/MPaA11.3(%)硬度HBW应用举例QT400-15≥400≥250≥15130～180制作阀体，汽车或内燃机车上的零件，机床零件，减速器壳，齿轮壳，汽轮机壳，低压气缸等QT450-10≥450≥310≥10160～210QT500-7≥500≥320≥7170～230制作机油泵齿轮，水轮机阀门体，铁路机车轴瓦，飞轮，电动机壳，齿轮箱，千斤顶座等QT600-3≥600≥370≥3190～270QT700-2≥700≥420≥2225～305作柴油机曲轴，凸轮轴，气缸体、气缸套，活塞环，球磨机齿轴等QT800-2≥800≥480≥2245～335QT900-2≥900≥600≥2280～360制作汽车的弧齿锥齿轮、

万向节、

传动轴，

拖拉机减速齿轮，

内燃机的凸轮轴或曲轴等(二)低合金钢和合金钢3.蠕墨铸铁01常用铸铁表1-9常用蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途牌号Rm/MPaRr0.2/MPaA11.3(%)硬度HBW应用举例RuT500≥500≥350≥2.0220～260用于制造要求高强度或高耐磨性的零件，如活塞环、气缸套、制动盘等RuT450≥450≥315≥1.0200～250RuT400≥400≥280≥1.0180～240用于制造齿轮箱、飞轮、制动鼓等RuT350≥350≥245≥1.5160～220用于制造排气管、气缸盖、钢锭模RuT300≥300≥210≥2.0140～210用于制造废气涡轮增压器壳体等(二)低合金钢和合金钢4.可锻铸铁01常用铸铁表1-10可锻铸铁的牌号、力学性能及主要用途类型牌号Rm/MPaA11.3(%)硬度HBW应用举例黑心可锻铸铁KTH300-06≥300≥6150用于制作管道配件，如弯头、三通、管体、阀门等KTH330-08≥330≥8用于制作钩形扳手、铁道扣板、车轮壳和农具等KTH350-10≥350≥10汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座，差速器壳，电动机壳，农具等KTH370-12≥370≥12珠光体可锻铸铁KTZ550-04≥550≥4180～230用于制作曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，摇臂，活塞环，轴套，万向节头，农具等KTZ700-02≥700≥2240～290白心可锻铸铁KTB360-12≥360≥12≤200具有良好的焊接性和切削加工性能，用于制作壁厚小于15mm的铸件和焊接后不需进行热处理的铸件等KTB400-05≥400≥5≤22002铸铁的热处理1.消除应力退火6.表面淬火5.球墨铸铁的等温淬火2.消除铸件白口的高温石墨化退火4.球墨铸铁的淬火及回火3.球墨铸铁的正火第五节

非铁金属(一)纯铝1.纯铝的性能及用途

2.纯铝的牌号

01铝及铝合金(一)铝合金1.变形铝合金01铝及铝合金图1-7铝合金的一般类型(二)铝合金1.变形铝合金01铝及铝合金类别牌号主要特征用途举例防锈铝5A02热处理不能强化，强度不高，塑性与耐蚀性好，焊接性好制作在液体介质中工作的零件，如油箱、油管、液体容器、防锈蒙皮等，中载荷零件和焊接件3A21硬铝2A11可热处理强化，力学性能良好，但耐蚀性不高制作中高强度的零件和构件，如飞机上的骨架、螺旋桨叶片、蒙皮、螺栓和铆钉局部镦粗等零件2A12超硬铝7A04室温强度高，塑性较低，耐蚀性不高制作高载荷零件，如飞机上的大梁、桁条、加强框、起落架等7A09锻铝2A50高强度锻铝，可锻性好，耐蚀性不高，切削加工性好制作形状复杂和中等强度的锻件、冲压件等2A70耐热锻铝，热强性较高，耐蚀性不高，压力加工性好制作内燃机活塞、叶轮、胀圈、叶片，在高温下工作的复杂锻件等表1-11部分变形铝合金的牌号、主要特性及用途举例(二)铝合金2.铸造铝合金(三)铝合金的热处理01铝及铝合金表1-12部分铸造铝合金的牌号、性能特点和用途类别合金牌号性能特点用途铝硅合金ZAISi12铸造性能好，耐磨性好，线胀系数小，强度中等用于制作结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等ZAlSi7MgZAlSi7Cu4良好的铸造性能、力学性能和耐热性用于制作活塞及高温条件下工作的部件铝铜合金ZAlCu5Mn耐热性好，热强性高，但铸造性能和耐蚀性较差用