概述及机械基础知识

概述及机械基础知识第一页，共39页。2.2常用机械知识一、机械根底知识机械根底知识包含以下内容：金属的性能；金属材料的分类钢的热处理知识螺纹连接加工偏差量具第二页，共39页。学习目的和要求：1、了解金属性能、分类。2、掌握刚的热处理工艺。3、了解螺纹连接。4、掌握公差的计算。学习重点和难点：1、重点：钢的热处理工艺。2、难点：公差的计算。第三页，共39页。1、金属的性能:分为使用性能和工艺性能A.使用性能:机械性能、物理性能、化学性能。〔1〕机械性能：金属材料在不同性质外力作用下表现的抵抗能力，也称力学性能。如：弹性、塑性、强度、硬度、韧性等。〔2〕物理性能：如导电性、导热性、热膨胀性、熔点、磁性、密度等。〔3〕化学性能：如耐酸碱、耐腐蚀、抗氧化。B.工艺性能：材料在加工制造中表现出的性能，显示了加工制造的难易程度，如：铸造性，锻造性，焊接性，切削加工性，热处理性等。第四页，共39页。2、金属材料的分类常用的金属材料主要有碳钢、铸铁、合金钢、不锈钢以及局部有色金属材料等。〔1〕钢的分类1〕按化学成分分类第五页，共39页。低碳钢第六页，共39页。中碳钢第七页，共39页。高碳钢第八页，共39页。低合金钢第九页，共39页。高合金钢第十页，共39页。2〕按质量分类按照钢中硫〔S〕和磷〔P〕的含量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。普通钢 S≤0.055%；P≤0.045%；优质钢 S、P均应≤0.04%；高级优质钢S≤0.03%；P≤0.035%3〕按用途分类根据钢的用途主要可分为构造钢、工具钢和特殊性能钢。构造钢主要用于制造各种工程构件和机器零件。这类钢一般属于低碳或中碳的碳素钢或合金钢。工具钢主要用于制造各种刀具、量具、模具。这类钢一般属于高碳钢或高碳合金钢。特殊性能钢是具有特殊物理性能或化学元素性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等，这类钢一般属于高合金钢。第十一页，共39页。〔2〕钢的编号钢的品种繁多，为了便于选择和使用，必须制定科学的编号系统。编号的要求是用简明的符号将钢中所含元素的大致百分数表示出来。有时通过编号还能说明钢的性能特征。1〕普通碳素构造钢这类钢主要保证机械性能，故其牌号用Q+数字表示，其中“Q〞为“屈〞字的汉语拼音字头，数字表示屈服强度值，例如Q275表示屈服强度为275MPa的碳素构造钢。假设牌号后面标注A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，其中A级最低，D级最高。假设在牌号后标注字母"F"则为沸腾钢，未加标注的为镇静钢。例如Q235-AoF表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。第十二页，共39页。2〕优质碳素构造钢优质碳素构造钢主要用于制造各种机器零件，这类钢的硫、磷含量都限制在0.040%以下。例如含碳为0.45%左右的优质碳素构造钢编号为45钢；含碳0.08%左右的低碳钢称为08钢等。假设钢中含锰较高则在钢号后面附以锰的元素符号Mn如15Mn、45Mn等。3〕碳素工具钢这类钢的含碳量较高，一般介于0.65~1.35％之间。它的硫、磷含量限制得更严格些。一般的碳素工具钢均属于优质钢。当硫、磷含量分别限制在0.030%以下时则为高级优质工具钢。碳素工具钢的编号是以“T〞〔碳的汉语拼音字头〕开头，后面标以数字表示含碳量的千分之几。例如T8就是代表平均含碳量为0.8%的碳素工具钢；假设为高级优质碳素工具钢，则在编号最后加以"A"，例如T8A、T13A第十三页，共39页。4〕合金构造钢这类钢的编号是利用“两位数字+元素符号+数字〞来表示。前面的两位数字代表钢中平均含碳量的万分之几，元素符号表示钢中所含的合金元素。元素后面的数字表示该元素的平均含量的百分之几。如果平均含量低于1.5%，则不标明含量。如果平均含量大于1.5%、2.5%、3.5%…，则相应地以2、3、4…等表示。例如12CrNi3钢，其平均含碳量为0.12%，平均含铬量小于1.5%，平均含镍量为3%。又如30CrMnSi钢，其平均含碳量为0.3%，铬、锰、硅三种合金元素的含量均小于1.5%。假设为高级优质合金构造钢，则在钢号的最后加"A"字，例如20Cr12Ni14WA。5〕合金工具钢编号与合金构造钢相似，仅含碳量的表示方法有所不同。当合金工具钢的平均含碳量大于或等于1.00%时，其含碳量不予标出。平均含碳量小于1.00%时，以千分之几表示。例如：9SiCr钢，其平均含碳量为0.9%，硅和铬的平均含量小于1.5%。第十四页，共39页。(3)、钢的热处理知识热处理：将钢在固态下通过加热、保温和不同的冷却方式，改变金属内部组织构造，从而获得所需性能的一种操作工艺。热处理的分类：1)普通热处理

2)外表热处理

3)化学热处理热处理的目的：不改变材料的形状的尺寸，改善其性能，包括使用性能和工艺性能，可以充分发挥材料的潜力，提高零件的内在质量,延长机械的使用寿命和节约金属材料，如在机床、汽车、拖拉机制造中80%的零件要热处理。至于刀具、量具、模具和滚动轴承等则要100%进展热处理。

热处理的三要素：1)加热温度、2)保温时间、3)冷却速度；第十五页，共39页。第十六页，共39页。A、退火：将钢件加热到临界温度〔在钢的固态范围内，引起钢内部组织构造发生变化的温度〕以上40～600C，经适当保温，然后随炉缓慢冷却从而获得接近于平衡组织的的一种工艺。用途：1〕降低硬度，以利于切削〔比较适合的切削硬度为160～260HBS〕；2〕消除内应力，稳定尺寸，防止变形或开裂；消除偏析，均匀成分；3〕细化晶粒，均匀组织，提高钢的机械性能。1)普通热处理不同钢材临界温度不一样，一般为710～7500C，个别可到达800～9000C主要退火工艺有：完全退火、球化退火和去应力退火等。第十七页，共39页。B、正火：将钢加热到临界温度以上30~500C，经适当保温，然后在空气中冷却的一种热处理工艺。

目的及作用：其冷却速度较退火快些，所得到的组织较细，作用主要是细化晶粒，均匀组织，提高机械性能；对于力学性能要求不高的普通构造零件，正火可作为最终热处理；对于低中碳构造钢，主要是提高硬度，改善切削加工性能，高碳钢则应采用退火；对于过共析钢，有利于球化退火，为淬火作组织准备。优点：正火是在炉外冷却，不占用加热设备，生产周期比退火短，生产效率高，能量消耗少，工艺简单、经济。正火的冷却速度较退火快些，所得到的组织较细，强度和硬度较高。因此正火对于亚共析钢主要是细化晶粒，均匀组织，提高机械性能，对于力学性能要求不高的普通构造零件，正火可作为最终热处理；对于低中碳构造钢，由于硬度偏低，在切削加工时易产生“粘刀〞现象，增大外表粗糙度，采用正火可提高硬度，改善切削加工性能，高碳钢则应采用退火；第十八页，共39页。C、淬火：将钢加热到临界温度以上30~70℃，适当保温，然后快速冷却的一种热处理工艺。淬火是一种很早就应用的热处理工艺，其目的是强化材料，提高材料的强度或硬度。工件淬火后通常不能直接使用，主要原因有三：

a、组织不稳定，不纯粹；

b、淬火后的性能难满足工件的使用要求，脆性太大；

c、淬火后工件内部有内应力，易致工件变形或开裂；

因此工件淬火后还应进展回火

淬火的目的：a、使钢件获得高的硬度和耐腐蚀性；b、使钢件在回火后得到某种特殊的性能，如较高的强度、弹性和韧性等。第十九页，共39页。D、回火：钢件淬火后,为了消除内应力并获得所要求的组织和性能,将其加热到临界温度以下某一温度,保温一定时间,然后置于空气或水中冷却到室温的热处理工艺。回火的目的a.降低淬火钢的脆性和内应力，防止变形或开裂。b.调整和稳定淬火钢的结晶组织以保证工件不再发生形状和尺寸的改变。c.获得不同需要的机械性能，通过适当的回火来获得所要求的强度、硬度和韧性，以满足各种工件的不同使用要求，淬火钢经回火后，其硬度随回火温度的升高而降低。回火，一般也是热处理的最后一道工序。第二十页，共39页。回火的分类和应用

a.低温回火(150～250)℃:低温回火的组织为回火马氏体。这种回火主要是为了降低淬火钢的应力和脆性，提高韧性，而保持高硬度和耐磨性。它主要用于各类高碳钢的刀具、冷作模具、量具；滚动轴承；渗碳或外表淬火件等。b.中温回火(350～500)℃:中温回火的组织为回火托氏体。这种回火可显著减少工件的淬火应力，具有较高的弹性极限和屈服极限，并有一定的韧性。它主要应用于各种弹簧、弹性夹头及锻模的处理。c.高温回火(500～650)℃:高温回火的组织为回火索氏体。这种回火可使工件获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合机械性能。淬火后高温回火的热处理称为调质处理，常用于受力情况复杂的重要零件，如各种轴类、齿轮、连杆等。第二十一页，共39页。仅对钢的外表加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺称为外表热处理,也叫外表淬火。

2)外表热处理外表热处理可以硬化外表，提高耐磨性,而保持芯部韧度不变，零件具有抵抗冲击能力。外表热处理的方法主要有：1.感应加热外表热处理

2.火焰加热外表淬火

第二十二页，共39页。3)化学热处理: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它的外表，改变其化学成分和组织，到达改进外表性能，满足技术要求的热处理过程。

a、渗碳：钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入外表的工艺称为渗碳。渗碳使低碳(0.15～0.30%)钢件外表获得高碳浓度〔约1.0%〕钢渗碳、淬火、回火后：

①外表硬度高，达58HRC～64HRC以上,耐磨性较好;心部韧性较好,硬度较低，可达30～45HRC。

②疲劳强度高。表层体积膨胀大，心部体积膨胀小，结果在表层中造成压应力，使零件的疲劳强度提高。第二十三页，共39页。b、氮化：氮化就是向钢件外表渗入氮的工艺。氮化的目的在于更大地提高钢件外表的硬度和耐磨性，提高疲劳强度和抗蚀性。c、碳氮共渗

碳氮共渗就是同时向零件外表渗入碳和氮的化学热处理工艺，也称氰化。碳氮共渗后的机械性能

(1)共渗及淬火后,耐磨性比渗碳更好。

(2)共渗层具有比渗碳层更高的压应力,因而疲劳强度更高,耐蚀性也较好。第二十四页，共39页。4、螺纹连接：把需要相对固定在一起的零件用螺纹零件联接起来，这种联接称为螺纹联接；1)螺纹的形成d2螺旋线----一动点在一圆柱体的外表上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹----一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹第二十五页，共39页。2)螺纹三要素：决定螺纹形状、性能、功用的最根本参数，它们分别是：牙型：通过螺纹轴线的螺纹牙齿的剖面形状，如三角形、梯形、锯齿形等。大径：螺纹上的最大直径，又叫公称直径。螺距：在导面的素线上相邻两牙对应两点间的距离。d1d2dψSPP/2P/2πd2S第二十六页，共39页。5、加工偏差1〕公差与配合：轴与孔的配合a、轴：工件的圆柱形外外表〔或非圆柱形外外表〕b、孔：工件的圆柱形内外表〔或非圆柱形内外表〕c、公差：由于零件在实际生产过程中受到加工、测量等诸多因素的影响，加工完一批零件的实际尺寸总存在一定的误差，为保证零件的互换性，必须将零件尺寸控制在允许的变动范围内，这个允许的尺寸变动量称为尺寸公差，简称公差。d、配合：大小一样的孔与轴相互结合的松紧程度第二十七页，共39页。2)尺寸的术语与定义a、尺寸：用特定单位表示线性长度值的数字。

b、根本尺寸：设计给定的尺寸。通过它，应用上、下偏差可算出极限尺寸。根本尺寸应按标准尺寸选取，以便于加工、检验。

c、实际尺寸：是通过测量获得的尺寸。d、局部实际尺寸：一个孔或轴的任意横截面中的任一距离，即任何两相对点之间测得的尺寸。

e、极限尺寸：是指允许尺寸变化的两个极限值。实际尺寸应位于其中，也可达极限尺寸。

第二十八页，共39页。3)公差和偏差的术语和定义a、偏差：某一尺寸减去根本尺寸所得的代数差。其值可正可负可为零。b、极限偏差：分为上偏差、下偏差。上偏差＝最大极限尺寸-根本尺寸

下偏差＝最小极限尺寸-根本尺寸c、实际偏差：实际尺寸减去根本尺寸的代数差称为实际偏差。零件尺寸的实际偏差在上、下偏差之间均为合格。d、尺寸公差：允许尺寸变动的量。为无符号的绝对值。公差＝最大极限尺寸-最小极限尺寸

公差＝上偏差-下偏差偏差与公差是两个不同的概念，不能混淆。第二十九页，共39页。例：图纸上所注的轴的值径为根据以上定义，可以清楚地把尺寸允许偏分析如下：根本尺寸：40〔mm〕最大根限尺寸：40+0.015=40.015〔mm〕；最小极限尺寸：40-0.010=39.990〔mm〕；公差：40.015-39.990=0.025〔mm〕；上偏差：40.015-40=0.015〔mm〕；下偏差：39.990-40=-0.010〔mm〕；即：如果轴的直径不大于40.015mm且不小于39.990m