机械设计工艺与规范.ppt

1、机械专业培训课,机械工艺设计规范 目 录,机械工艺设计规范目 录,1 材料选择 2 图纸标准化 3 公差设计准则 4 工艺设计准则 5 标准件设计准则 6 薄板件设计准则 7 焊接件设计准则 8 工艺流程设计 9 工艺审核 10 塑胶件设计准则 11 腐蚀设计准则,12 力学原理设计准则 13 运动部件设计准则 14 轴支承设计准则 便于装配设计准则 16 工艺设计基础 17 工装设计 18 机械加工工艺 19 可靠性设计准则 20 热应力设计准则 21 铸件设计准则,第一章 材料选择,1.1 材料的分类 1.2 金属材料的主要性能 1.3 非金属材料的主要性能 1.4 通过热处理改变材料的特

2、性 1.5 通过表面处理改变材料的特性 1.6 型材的种类 1.7 材料的选用原则 1.8 复合材料 1.9 功能材料 1.10 电磁材料 1.11 毛坯的规格与下料 1.12 原材料的性状 1.13 材料的存放周转与布局,1.1 材料的分类,. 材料分类：材料分为两大类 金属材料 黑金属和有色金属 非金属材料 工程塑料、陶瓷、橡胶、光学纤维、纳米材料等 铸铁 灰铸铁-HT200 球墨铸铁QT400-15 可锻铸铁（黑心） KTH330-08 可锻铸铁（白心）KTB380-12 1.1.1 黑金属 铸钢：ZG200 钢: 碳素结构钢 碳素工具钢 合金结构钢 合金工具钢 1.1.2 有色金属 铜

3、：纯铜T1 TU1 黄铜H62 锡黄铜HSn70-1 青铜QSn4-1 QBe2 铝：纯铝L1 防锈铝LF2 硬铝LY11 锻铝LD2 铸铝ZL102 鎂：鎂 鎂合金MB变形 ZM铸造 YM压铸 YM5航空用 1.1.3非金属材料：工程塑料：热固性塑料 热塑性塑料 陶瓷：传统陶瓷和新型陶瓷、 橡胶：天然橡胶 合成橡胶 光学纤维： 纳米材料等,1.2 金属材料的主要性能,1.2.1钢按用途分类 普通碳素结构钢（Q195 Q215-屈服极限s=215） 碳素结构钢 (做各种机加的焊接的冲压的折弯的结构 件 ） 优质碳素结构钢（20、45） (含碳0.3%以下低碳钢可做各种机加的焊接的冲压的 碳素钢

4、 折弯的结构件，含碳0.30.6%的中碳钢可做结构件 （碳钢） 但不适合焊接和折弯拉伸件） 优质碳素工具钢（T7、T8、T12） 碳素工具钢 高级优质碳素工具钢（T12A） （可做一般工具，刀具，刃具，不复杂的冲模，塑料模）,热模具钢（5CrMnMo,3Cr2W8V,8407）-锻模压铸模 量具钢（Gcr15、CrWMn） 不锈钢（1Cr13）-有防锈要求的机加件焊接件冲压件折弯件1.2.1.钢按用途分类 低合金结构钢（16Mn）-有强度要求的结构件 合金渗碳钢（20Cr、20CrMnTi）-表面有硬度，耐磨的结构件 合金结构钢 合金调质钢（40Cr）-做各种轴，有强度要求的结构件 合金弹簧钢

5、（60Si2Mn，65Mn）-做各种弹簧 滚动轴承钢（Gcr15）-做轴承零件 低合金刃具钢（9Sicr） -刀具，刃具，冲头 合金钢 高速钢（W18Cr4V）-刀具，刃具 合金工具钢 冷模具钢（9Mn2V，Cr12MoV）-刀具，刃具，冲头 模具钢 塑模钢（CrWMn,P20,718H）-各种塑料模 特殊性能钢 耐酸钢（1Cr18Ni9Ti）-含C0.1%-做耐酸蚀，不被磁化的零件 耐磨钢（ZGMn13）-有耐磨要求的运动零件。 耐热钢 (0Cr18Ni9)-有耐热环境要求 的零件。,1.2.2铸铁的概念、特点和种类 概念铸铁是碳含量2.11%的铁碳合金。 特点 与钢相比b、塑性、韧性较低

6、具有优良的铸造性、可切削性，减振性 生产成本低 种类 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 蠕墨铸铁 合金铸铁,1.2.2五种铸铁的特点和应用 灰铸铁 特点：碳多以片状形式存在。具有高的抗压强度、优良的耐磨性和消振性，低的缺口敏感性。 应用：HT150、HT200、HT300、HT350等主要用于制造汽车、拖拉机中的汽缸、汽缸套、机床的床身等承受压力及振动的零件。其中HT300和HT350称为变质铸铁（或孕育铸铁），可制造压力机的机身、重负荷机床的床身、高压液压筒等机件。 球墨铸铁 特点：球铁中的石墨呈球状，石墨球越细，球的直径越小分布越均匀，则球铁的力学性能越高。既有灰铸铁优点，又具有中碳钢的b，弯曲

7、疲劳强度及良好的塑性、韧性。另外还可以通过合金化及热处理来提高它的性能。 应用：QT400-18、QT400-15主要做汽车、拖拉机底盘零件。,1.2.2五种铸铁的特点和应用 可锻铸铁 特点：是由白口铸铁经可锻化退火而获得团絮状石墨的铸铁。强度、塑性及韧性比灰铸铁高，但不可锻造。 应用：KTH300-06适用于制造弯头、三通；KTH330-08适用制造螺丝扳手、犁刀等；KTZ450-06适用制造凸轮轴、连杆、活塞环、万向接头等。 蠕墨铸铁 特点：碳主要以蠕虫状石墨形态存在，其形状形似蠕虫。其力学性能介于相同基本组织的灰铸铁和球墨铸铁之间。其铸造性能、减震能力以及导热性能都优于球铁，并接近灰铸铁

8、。 应用：RUT420适用于制造在热循环载荷条件下工作的零件，如柴油机汽缸、刹车件等。 合金铸铁 特点：在熔炼时有意加入一些合金元素制成合金铸铁（或称特殊性能铸铁）。与相似条件下使用的合金钢相比，熔炼简单，成本低廉。 种类：耐磨铸铁、耐热铸铁和耐蚀铸铁,1.2.3.金属的使用性能和工艺性能 使用性能：指金属材料在正常工作条件下所表现出来的力学性能、物理性能、化学性能。一般机械零件常以力学性能作为设计和选材的依据， 这是我们重点要掌握的内容。 工艺性能：指材料在加工过程中反映出来的性能。（金属材料使用某种工艺方法，如：机械加工性能、铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能等进行加工的难易程度

9、。）,1.2.4力学性能的概念及主要指标 金属材料的力学性能：是指材料在外力作用下表现出来的性能。 表示金属材料力学性能的主要指标有五个： 强度 塑性 硬度 冲击韧性 抗疲劳性（或疲劳强度）,1.2.5强度的概念及分类 强度：是指材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。 根据外力作用方式，材料的强度可分为四种： 抗拉强度 （ b ）表示材料被拉断前所承载的最大应力。 b是零部件设计和评定材料时的重要强度指标。 抗压强度 抗弯强度 抗剪强度 注：对拉伸过程中屈服现象不明显的材料（如铸铁）按GB228-87规定以伸长率为0.2%时的应力值作为它的条件屈服强度，用0.2表示,1.2.6金属的塑性 是指

10、材料在外力作用下产生塑性 变形而不断裂的能力。 表示塑性的两个指标： 伸长率（ ） 断面收缩率（ ） 注：当材料的和 值愈高时表示材料的塑性愈好。一般达5%， 达10%就可满足绝大多数零件的要求。,1.2.7硬度的概念及主要测定指标 硬度：是指金属材料抵抗更硬的物体压入表面的能力。 根据测定硬度方法的不同，可用布氏硬度（HB） 、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）等多种硬度指标表示材料的硬度。 布氏硬度（HBS）：用淬火钢球做压头测出的硬度值。适用测量硬度小于450HBS材料。如结构钢、铸铁及有色金属等。 布氏硬度（HBW) ：用硬质合金球做压头测出的硬度值。适用测量硬度值不超过650HBS的

11、材料。此方法的优点是：测量结果准确。缺点是：压痕较大，不适用成品检验。 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC)：常用的三种测试方法中HRC用得最多。常用于淬火钢的检验。此方法的优点是：操作简便迅速，压痕较小，可在工件上直接打硬度。缺点是：压痕小，代表性差，所测 硬度值重复性差，分散度大。 维氏硬度（HV)：测量原理基本以布氏硬度相同.适用测量较薄的材料、表面硬化层及金属镀层的硬度。此方法的优点是：所用载荷小，压痕深度浅，测量精度高，范围大。缺点是：操作复杂，效率低，不宜用做大批量检测。由于压痕小致使所测硬度重复性差，分散度大。,1.2.8冲击韧性的概念及特点 冲击韧性：是指在冲击载荷作用下，金属材

12、料抵抗变形和断裂的能力。其值以“ak ”来表示。 冲击韧性的特点： ak值越大，材料的韧性就越好，在受到冲击时越不容易断裂。 材料的冲击韧性值可以用冲击实验方法测定。,1.2.9疲劳强度的概念及提高材料疲劳强度的方法 疲劳强度：是指材料经无数次的应力循环仍不断裂的最大应力，用来表示材料抵抗疲劳断裂的能力。工程上规定，材料在循环应力作用下达到某一基数而不断裂，其最大应力就作为该材料的疲劳极限。用“-1”表示。 提高材料疲劳强度的方法：在生产中常采用各种材料表面强化处理技术如：喷丸、滚压、渗碳、渗氮和表面淬火等。此外，减小零件表面粗糙度也可以显著地提高材料的疲劳极限。 材料的疲劳强度 可以用疲劳实

13、验机进行测定。,1.2.10物 理 性 能 金属材料主要的六种物理性能： 比重 熔点 热膨胀性 导热性 导电性 磁性 产品不同对其物理性能的要求也不同。例如： 飞机、导弹零件为减轻自重则选用比重小的，强度高的铝合金制造。 电器零件要求导电性。 制造变压器选用硅钢片，要求具有良好磁性。 物理性能对加工工艺也有影响，如导热性差的材料，在经热处理或锻压工艺加工的加热速度应缓慢些，防止产生裂纹。 在铸造中，对熔点不同的材料，所选择的浇注温度也有所不同。熔点低的金属，铸造性能好，对铸造工艺有利。,1.2.11化 学 性 能 化学性能概念：是指金属及合金在常温或高温时抵抗各种化学作用的能力。 化学性能种类

14、：耐酸性、耐碱性和抗氧化性。,1.2.12工 艺 性 能 工艺性能概念：是指材料加工成形的难易程度。 工艺性能种类： 铸造性能（可铸性） 压力加工性能（可锻性） 焊接性能（可焊性） 机械加工性能（切削加工性） 热处理工艺性能（热处理性）,1.2.13结晶的概念及基本规律 结晶的概念：由液态金属转变为固态晶体的过程。 结晶的基本规律：过冷现象 每一种金属都有一个平衡结晶温度 ，称为理论结晶温度用“TO”表示。 只有冷却到低于TO温度才能结晶，这种现象称为“过冷度”。用“T”表示。 过冷度 理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。 影响“过冷度”的因素：冷却速度 “冷却速度”与“过冷度”之间的关

15、系： 冷却速度越快，过冷度越大。,1.2.14结晶的过程和晶粒大小对金属力学性能的影响 结晶的过程：结晶是在一定过冷度下，从无到有，从小到大的过程。即是形核-长大的过程。 晶粒大小对金属力学性能的影响： 晶粒愈细，其金属的强度愈高，塑性和韧性愈好。 细化晶粒的方法： 过冷度的影响（提高冷却速度 ） 变质处理在金属液中加入某些杂质，进行非自发形核，以细化晶粒。如在铸铁中加入硅钙合金的处理。 采用机械振动、超声波振动和电磁搅拌,1.2.15合金的概念及合金相结构的分类 合金将两种或两种以上的金属或金属与非金属融合在一起，获得的具有金属性质的物质，称为合金。 三种合金相结构： 固溶体：合金各组元在固

16、态时具有相互溶解能力而形成的均匀固体，这种固体合金称为固溶体。 化合物：合金各组元按一定原子数量比化和而成的一种新物质。(它具有特殊晶格) 性能特点：熔点高，硬度、脆性大 机械混合物：组成合金的各组元在固态下以混合形式组合在一起组成物。 性能特点：具有比单一固溶体更高的硬度、强度、耐磨性和良好的切削加工性，但塑性和抗蚀性较差,1.2.16铁碳合金在固态下的基本组织 铁素体（F）碳在-Fe中形成的间隙固溶体。用符号“F”表示。 性能特点：强度、硬度不高，但塑性、韧性好。 奥氏体（A）碳在-Fe中形成的间隙固溶体，以符号 “A”表示。 性能特点：硬度低、塑性高、易于塑性成型。 渗碳体（Fe3C）是

17、Fe和C的化合物，分子式为Fe3C,含C量为6.69%。 性能特点：硬度高、脆性大、塑性和冲击韧性几乎等于零，在钢中起强化作用。 珠光体（P）是F+Fe3C组成的机械混合物称为珠光体，用“P”表示。 性能特点：机械性能介于Fe3C片和F片两者之间，即强度较好，硬度适中并具有一定塑性。 莱氏体（Ld）是A+Fe3C组成的机械混合物称为莱氏体。用“Ld”表示。 性能特点：硬度高，塑性差。,1.2.17铁碳合金状态图 概念是表示在极缓慢冷却（或加热）情况下，不同成分的铁碳合金在不同温度所具有的组织或状态的图形。 Fe-Fe3C状态图中点、线的含义 特性点（见书P15表1-1） 特性线（见书P16）

18、Fe-C合金的分类 工业纯铁:含碳量小于0.0218%的铁碳合金。室温组织为F。 钢：含碳量在0.0218% 2.11%的铁碳合金。根据含碳量和室温组织的不同可分为三种： 共析钢-含碳量为0.77 %，室温组织为P。 亚共析钢-含碳量为0.02 % 0.77 %，室温组织为F+P。 过共析钢-含碳量为0.77 % 2.11 %，室温组织为P+ Fe3C 。 生铁：含碳量在2.11% 6.69%的铁碳合金。根据含碳量和室温组织的不同可分为三种： 共晶生铁-含碳量为4.3 %，室温组织为Ld。 亚共晶生铁-含碳量为2.11% 4.3 %，室温组织为P+Fe3C +Ld 。 过共晶生铁-含碳量为4.

19、3 % 6.69%，室温组织为Fe3c +Ld。,1.2.18含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 碳对平衡组织的影响 随着含碳量的增加，铁碳合金的组织发生如下变化：工业纯铁（F）亚共析钢（F+P）共析钢（P）过共析钢（P+Fe3C ）亚共晶生铁（P+Fe3C +Ld）共晶生铁（Ld）过共晶生铁（Fe3c +Ld），从以上组织变化可看出，随着含碳量的变化组织中不仅Fe3C的数量增加，而且Fe3C的存在形式也在变化。如共析Fe3C(分布在铁素体内的层片状） Fe3C(沿奥氏体晶界分布的网状） 共晶Fe3C（为莱实体的基体） Fe3C（分布在莱氏体上的粗大片状） 碳对力学性能的影响 低碳钢的组织多

20、为铁素体，强度硬度较低，而塑性、韧性很高。 随着含碳量的增加，钢的组织中铁素体量 不断减少，而珠光体量不断增加，导致强度，硬度提高，而塑性、韧性下降，当钢的含碳增到0.9%时，其组织大多数为珠光体，且有尚未成为网状的渗碳体作为强化相，使其强度达最高。当含C1.0%，由于网状二次渗碳体的出现，导致钢的强度下降。为了保证工业用钢具有足够的强度、硬度和适宜的塑性、韧性，其含碳量一般不超过1.3%1.4%。,1.2.19金属在固态下转变的性质和种类 金属在固态下转变的性质：一些金属，如Fe 、Co 、Ti 、Mn等，在结晶之后的继续冷却时，还会出现晶体结构变化，从一种晶体转变成另一种晶体。 金属在固态

21、下的两种转变： 同素异晶转变金属在固态下随着温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的变化。 磁性转变磁性转变不发生晶格类型转变，而是发生磁性和无磁性转变。铁的磁性转变温度是768 ，低于此温度铁才具有磁性。,1.2.20铁碳相图的应用 为选材提供成分依据 若零件要求塑性、韧性好，如建筑结构、容器等，应选用低碳钢（含碳量小于0.25%） 若零件要求强度、塑性、韧性都好，如轴类等零件，应选用中碳钢（含碳为0.25%0.60%） 若零件要求硬度高、耐磨性好，如工具等，应选用高碳钢（含碳量大于0.60%.） 为制定热加工工艺提供了依据 铸造：根据相图可以确定不同成分的钢或铸铁的熔点，确定铸造温度；根据相

22、图中 液相线和固相线之间的距离估计铸造性能好坏，距离越小，铸造性能越好，因此，共晶成分的铸铁常用来浇注铸件，其流动性好，分散缩孔小，显微偏析少。 锻造：根据相图可以确定锻造温度。钢处于奥氏体状态时，强度低、塑性高，便于塑性变形。因此锻造或轧制温度必须选择在单相奥氏体区的适当温度范围内。实际生产中各种碳钢 的始锻和始轧温度为11501250 ，终轧和终锻温度为750850 。 焊接：可根据相图来分析碳钢的焊接组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性和焊接应力。 热处理：热处理的加热温度都以相图上的临界点A1、A3、Acm为依据.,1.2.21有 色 金 属 概念除钢铁材料以外的金属或合金

23、统称为有色金属（或称为非铁金属。） 特点有色金属及其合金与钢铁材料相比具有许多优良特性 ，如特殊的电、磁、热性能、耐腐蚀性及高的比强度等。 种类 铝及铝合金 铜及铜合金 镁及镁合金 钛及钛合金 铅,锌等,1.2.22铝及铝合金 一工业纯铝（含Al99.7%98%） 特点：密度小、强度低、导电性和导热性好，抗大气腐蚀性好。 应用：制作导线、装饰品（灯具）及日常生活用品等。 二铝合金 变形铝合金分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金 铸造铝合金主要有Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系及等。 Al-Zn系,三 .变形铝合金 防锈铝合金5A05、3A21（LF5、LF21） 特点：抗蚀性

24、好、塑性好、易于变形加工、焊接性好，但切削性差。 应用：容器、管道、飞机蒙皮、冲压零件等。 硬铝2A01、2A12（LY1、LY12） 特点：主要加入Cu、Mg、等元素，可通过时效处理提高其强度和硬度，又可以进行变形强化，但防腐蚀能力较低。 应用：在航空工业应用广泛（如飞机蒙皮、挤压螺旋桨、叶片等） 超硬铝7A04（LC4） 特点：主要加入Cu、Mg、Zn等元素，硬度比硬铝高，切削性能良好，但耐蚀性更差。 应用：用于制造外形复杂的锻件和模锻件。如飞机的起落架。 锻铝2A50（LD5） 特点：在加热状态下有良好的塑性和耐热性，具有良好的锻造性能。 应用：用于中等强度、形状复杂的锻件。,四. 铸造

25、铝合金 特点：铸造性能好，可铸造形状复杂的零件毛坯。抗蚀性好和 良好的切削加工性能。 类型：根据加入元素不同分为四类 AlSi系 (ZL101) AlMg系(ZL301) AlCu系(ZL201) AlZn系(ZL401) 其中Al-Si系合金的力学性能和铸造性能较好，得到广泛应用。 应用：一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂、要求一定力学性能的零件。,1.2.23铜及铜合金 一特点铜具有良好的导电性、导热性和抗蚀性，在冷态和热态下具有良好的塑性。 二纯铜工业纯铜强度低，不宜做结构材料，一般加工成棒、线、板、管等制品供应，用于制造电线、电缆、电器零件及熔制各种铜合金。,铜 合 金 三黄铜是铜和锌的

26、合金。 普通黄铜铜和锌的合金。 单相黄铜如H68、H70；塑性好、强度低；大量用于 枪、炮弹壳、有“弹壳黄铜”之称。 双相黄铜如H62、H59；塑性好、适于热加工；大量 用于水管、油管、散热器等 特殊黄铜根据加入元素不同有铝黄铜、铅黄铜等。特别是铝黄铜强度很高，塑性良好，抗蚀性也较高，如HAl159-3-2。 应用：钟表、船舶零件、涡轮、电机及化学工业中广泛应用,铜 合 金 四青铜是铜和锡的合金。 锡青铜以锡为主要加入元素的铜合金称为锡青铜。如QSn4-3、QSn6.5-0.4。 应用：主要用于制造弹性元件，轴承等耐磨零件，抗磁及耐蚀零件。 无锡青铜将含Al、铍（Be）、铅（Pb）、Mn、Si

27、等的铜合金称为无锡青铜。 特点：强度高、耐磨性好，受冲击力不产生火花。如：QAl15、QA19-4。 应用： QAl15用于制造要求高耐蚀的弹簧及弹性元件； QA19-4用于制作齿轮、轴承、轴套等。 铍青铜 特点：具有高的硬度、强度、耐磨性、弹性极限、抗蚀性、导电性，并且耐低温、无磁性、受冲击不起火花，以及良好的冷、热加工性能。 应用：各种精密仪表的重要弹性元件、耐磨零件（如钟表、齿轮、轴承等）等。常用的铍青铜有QBe2、QBe1.7。,1.2.24 有色金属的热处理,1.各种有色金属铸造件，锻件，大的粗加工的机加件 都要进行去内应力的退火处理； 2.有的铜合金可以淬火：如铍青铜做电器件的弹簧

28、比钢好，它的淬火硬度可达 HRC45，如做插座的座簧，强度高、弹性好、耐蚀、不易起电弧；,1.3 非金属材料的主要性能,1.3.1工 程 塑 料 分类 按材料组成属性的特点将材料划分为三大类，即金属材料、高分子材料、陶瓷材料。 常用的高分子材料包括工程塑料和橡胶材料。 工程塑料是指在工程中做结构材料的塑料。 特点具有较高的强度或具备耐高温、耐腐蚀、耐磨、质量轻、易于加工成型等良好性能，因而可代替金属做某些机械零件。 类型 热固性工程塑料 热塑性工程塑料,一. 热塑性工程塑料 特点加热可软化熔融，冷却后即成型固化，可多次反复使用，不影响性能。成型加工简单，但钢度和耐热性较差。 种类 聚酰胺PI（

29、尼龙或锦龙） 聚甲醛是以聚甲醛树脂为基的塑料，也是一种高强度工程塑料，其耐疲劳性在热塑性塑料中是最高，它的价格低廉，且综合性能好，可取代尼龙制作各种机器零件，尤其适用制允许使用润滑油的齿轮轴承。 聚碳酸酯具有优异的冲击韧度和尺寸稳定性，较好的耐低温性能，良好的绝缘性和加工成型性。可制作机械零件，还可制作防弹玻璃、灯罩及其他绝缘零件。 ABS塑料是一种“质坚、性韧、刚性”大的优良工程塑料。可制作汽车的方向盘、仪表盘、齿轮手柄等。 聚四氟乙烯（塑料王） 聚氯乙烯各种日用型材,二. 热固性工程塑料 特点耐热性高，受压不易变形；但柔性差，强度不高，成型工艺复杂，生产率低。材料不能重复使用。 种类 酚醛

30、塑料（电木）脆性大，常加入一些填充料，以提高其强度和弹性。常用作电器产品的壳体及开关。玻璃布层酚醛塑粉（玻璃钢）可制作齿轮、轴套继电器等。 环氧塑料是以环氧树脂为基，再加入增塑剂、填料及固化剂等制成。具有比强度高、耐热性、绝缘性和加工成型好等特点。但成本高，固化剂有毒。适用制造塑料模具、精密量具和各种绝缘材料等。,1.3.2 橡胶及橡胶制品,1.分类：天然橡胶和合成橡胶；按用途又可分为用于轮胎和鞋底要求耐磨性 和耐久性的通用橡胶，以及用于耐油防震密封的特殊橡胶 2.各种橡胶的特征与用途 氯丁橡胶 耐化学耐气候耐热性 一般工业用品 电线绝缘材料 丁二烯橡胶 耐热，耐油，耐磨 O圈，燃料管，粘结剂

31、 硫化橡胶 耐油性，气体不透性 燃气罐密封料，道路标识贴纸 丙烯酸橡胶 耐气候，耐热性 ，耐油性 垫圈，汽车部件 氟化橡胶 耐化学药品，耐油，耐热性 航空，汽车和石油的密封垫 硅橡胶 耐气候，耐热性 ，耐磨性 垫圈，医疗 3.成型与型材 橡胶件一般都是模具成型; 型材很多:板材,棒材,管材,各种形式和各种尺寸的国标密封圈,O形圈及O形截面 的密封条,异形截面的密封条.,1.3.3 陶瓷的概念、特点及分类 一 陶瓷是无机非金属材料，是用天然的或人工合成的粉状化合 物，通过成型和高温烧结而制成的多晶固体材料。 二 特点具有高硬度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、 隔热和绝缘性能好等特点 三 分类 :一般传

32、统陶瓷和新型陶瓷 1.传统陶瓷：日用陶瓷，建筑陶瓷，卫生陶瓷，高（低）压陶瓷，耐酸陶瓷，过滤陶瓷等。 2.新型陶瓷: 1） 结构陶瓷 （1）氧化铝陶瓷 （2）氮化硅陶瓷 （3）碳化硅陶瓷 （4）氮化硼陶瓷 （5）金属陶瓷,氮化硅陶瓷 概念是以Si3N4为主要成分的陶瓷. 特点_硬度高，摩擦系数小,并有自润滑性,是极好的耐磨材料;蠕变抗力高,热膨胀系数小,抗热振性在陶瓷中最好; 化学稳定性好,能耐各种酸(除氢氟酸外)王水和碱的腐蚀;还具有优异的电绝缘性能. 应用主要用于耐磨,耐腐蚀,耐高温零件,如石油,化工泵的密封环，热电偶套管、刀具和高温轴承等。,碳化硅陶瓷 概念碳化硅陶瓷中主晶相是SiC,也

33、是共价晶体. 特点 最大优点是高温强度高,导热性好;其稳定性,抗蠕变能力,耐磨性,耐腐蚀性好;而且耐放射元素的辐射. 应用主要用于制作浇注金属的浇道口，热电偶套管、炉管,高温轴承等。 氮化硼陶瓷 概念氮化硼陶瓷的主晶相是BN,也是共价晶体. 特点具有良好的耐热性和导热性,高温绝缘性好,硬度低,可进行切削加工;有自润滑性,耐磨性好. 应用主要用于制作高温轴承，高温绝缘材料，坩埚、热电偶套管等.,金属陶瓷 概念是以金属氧化物或金属碳化物为主要成分,再加入适量的金属粉末通过粉末冶金的方法制成,具有某些金属性质的陶瓷. 应用它是制造刀具,模具和耐磨零件的重要材料.如: 减摩零件 ： 如含油轴承. 结构

34、材料零件 ： 它是以碳钢或合金钢的粉末为原料制成的零件,精度较高,表面光洁好,不需或只需少量切削加工.如油泵齿轮,凸轮,衬套等. 高熔点金属材料 ： 如钨丝及高温合金等. 金属陶瓷硬质合金： 它具有高硬度,高热硬性,做切削刀具使用时,其耐磨性,寿命和切削速度优于高速钢,.主要用于制作切削刀具,冷拔模,冷冲模,冷挤压模等. 钢结构硬质合金 ： 它与钢一样可以加工,锻造,焊接和热处理.硬度高.可制造成各种形状复杂的刀具,也可以制造成高温下工作的模具和耐磨零件. 2）功能陶瓷 3）生物陶瓷,1.3.4光纤的用途、特点及应用 用途是传输信息，有两方面用途，一是光纤通信，二是光纤传感。 特点及应用 光纤

35、通信：具有信息容量大、体积小、重量轻、抗干扰能力强、保密性好和价格低等优点。在电话通信、军事通信、数据通信电视信号传送、计算计网络连接等已得到广泛应用。 光纤传感：具有不受电磁场干扰、强度高、线径细、耐化学腐蚀等优点。主要用来从被测物上提取和传输所需信息。 导光纤维：传输能量，把光能柔性地传输到所需地点，可在远离光源处进行复杂工件的微加工和特殊处理。 应用：材料的激光切割、焊接、热处理等，在医疗方面用于“光学内窥镜和激光手术”。,1.3.5纳米的概念、性能及应用 概念纳米是一个计量单位，一纳米相当于十亿分之一米。当物质颗粒小到纳米级后，这种物质就称为纳米材料。 性能添加纳米粉体的材料与相同组成

36、的普通粉体材料相比，材料的成分本身虽未改变，但活性增强，主要表现为高抗菌、防污 、耐磨、强度大，材料重量轻，只是钢的十分之一，单它的强度却是钢的100倍。人们通过改变塑料、石油、纺织物的原子、分子排列，使它们具有 透气、耐热、高强度和良好的弹性等性征。 应用 在陶瓷领域应用：纳米陶瓷具有像金属一 样的柔韧性和可加工性。在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等方面广泛应用。 纳米抗菌材料：应用于冰箱、空调、保鲜技术等。 碳纳米管：可制成能进行逻辑运算的纳米芯片，使研制纳米计算机获得重大突破。 纳米级电磁屏蔽材料：可实现手机信号的高保真、高清晰、提高信号抗干扰能力，同时大大降低电磁辐射。纳米材料制作的液

37、晶显示屏，耐磨抗裂，刀子、沙子不能划伤它的表面。,1.4 通过热处理改变材料的特性,1.4.1 热处理工艺钢的热处理 改善钢的性能的主要两个途径 调整钢的化学成分 热处理 钢的热处理钢在固态下加热到一定的温度后保温一定时间，再以适当的冷却速度进行冷却，从而改变钢的组织，以获得所需性能的加工工艺。 热处理工艺有许多种，但主要内容是都有加热保温和冷却三个阶段,1.4.2热处理的种类 常规热处理：退火、正火、淬火、回火 火焰加热表面淬火 表面淬火 感应加热表面淬火 表面热处理 渗碳 化学热处理 渗氮（氮化） 碳氮共渗,钢在不同加热和冷却条件下的组织变化规律 钢的铁-碳状态（平衡）图中 Fe-Fe3c

38、合金相图中的临界点(A1、 A3 、Acm)是正确选择热处理加热和冷却时组织变化的主要依据。 钢在加热时的转变 获得较高力学性能的细晶粒组织的方法 （1）采用高温、短时的加热方法就可以获得较高力学性能的细晶粒组织。 （2）在钢中加入微量合金元素（如Al、Ti、V、W、Mo、Ni等）可阻碍A晶粒度长大。 钢在冷却时的转变 冷却的方式：1、等温冷却 2、连续冷却 钢在回火时的转变 钢在淬火后的组织一般为马氏体+残余奥氏体，在不同温度下回火时组织将发生变化。,铁碳平衡图,1.4.3 常规热处理 常规热处理：即常说的“四火”，包括退火、正火、淬火和回火 一. 退火的概念、目的和种类 概念将钢（金属或合

39、金）加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（如炉冷）的热处理工艺。 目的 降低硬度以利于切削加工 细化晶粒，改善组织，提高力学性能 消除零件中的内应力，防止变形与开裂 为最终热处理（淬火、回火）做好组织准备 种类 完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火（扩散退火）,1.4.4 淬火的概念、目的和方法 概念将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得M组织的热处理工艺。 目的在于提高钢的强度、硬度和耐磨性，与回火配合后赋予工件最终的使用性能。 冷却介质在生产上最常用的是水和油。 方法 单液淬火 双液淬火 分级淬火 等温淬火 局部淬火 钢的淬透性与淬硬性 钢的

40、淬透性钢在淬火后获得M或淬硬层深度的能力。钢的淬透性大小取决于钢的临界冷却速度。合金元素（除Co外）都能提高钢的淬透性。 钢的淬硬性是指淬火成M后得到的最高硬度，它与钢中含碳量有关。,1.4.5正火的概念及正火与退火的区别概念将钢加热到Ac3或Acm以上3050，保温一定时间后，在空气中冷却的热处理工艺。正火与退火的主要区别在于冷却速度快，转变温度低。,1.4.6 回火的概念、目的和分类 概念钢件淬火后，在加热到Ac1点以下的某一温度，保温一段时间后冷却到室温的热处理工艺。 目的减小工件淬火内应力，稳定工件组织和尺寸，提高工件的塑性和韧性，以满足各种零件的使用要求。 分类根据回火温度和对淬火力

41、学性能的要求，一般分三类 低温回火（150 250 ），组织为回火马氏体。 目的-是保证淬火后工件的高硬度和高耐磨性，降低淬火硬度，提高韧性。 应用用于各种刀具、模具、量具、滚动轴承等。 中温回火（350 500 ），组织为回火屈氏体。 目的-可显著减小工件淬火内应力，提高弹性、屈服强度及一定的塑性和韧性。 应用常用于弹簧和热作模具的处理。 高温回火（500 650 ），组织为回火索氏体。 目的-获得较高的强度、良好的塑性与韧性。 应用常用于轴、齿轮、连杆等的处理。 通常将淬火+高温回火称为“调质处理”。,1.4.7 钢的表面淬火 概念是将工件表面快速加热到A区，在热量未传到心部时立即迅速冷却

42、，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。 方法 火焰加热淬火 感应加热淬火 高频感应加热（1001000KHZ) 中频感应加热（0.510KHZ) 工频感应加热（50HZ),1.4.8钢的化学热处理 1.概念是将工件置于某种化学介质中，通过加热、保温和冷却使介质中某些元素渗入工件表面以改变工件表层的化学成分和组织，从而使其表面具有与心部不同性能的一种热处理。 2.特点同时改变工件表层的成分、组织。 3.渗入介质的物理化学过程和方法 三个阶段: 渗入介质的分解，工件表面吸收,渗入元素的扩散 化学热处理的方法： 渗C，渗N，C-N共渗,1.4.9 铸铁的热处理,强化铸

43、铁的方式 铸铁的力学性能主要受基本组织和石墨所控制，因此，在强化铸铁时从两方面考虑： 改变石墨的数量大小、形状和分布，尽量减少石墨的有害作用 通过合金化、热处理或表面处理方法调整基体组织，提高性能，以改善铸铁的强韧性 1. 灰铸铁的热处理 热处理只能改变灰铸铁的基体组织，改变不了石墨的形态，因此，灰铁经热处理提高其力学性能作用不大，生产中主要用于消除内应力和改善切削加工性能。常用的方法有三种： 消除内应力退火（人工时效） 消除铸件白口、降低硬度退火或正火 表面淬火（表面热处理）,2.球墨铸铁热处理 与钢一样，球铁可进行多种热处理以改善组织性能。常用的热处理方法根据目的不同有四种： 退火包括：a

44、.消除内应力退火b.高温退火c.低温退火 正火包括：a.高温正火b.低温正火 调质处理 等温淬火 3.可锻铸铁的热处理 可锻铸铁的石墨化退火 将白口铸铁加热（900 1000 ）后，长时间保（3040h），然后以一定的冷却速度（200300 /h）冷却到720 后再空冷。,4.蠕墨铸铁热处理 目的为了调整基体组织，以获得不同力学性能。 方法 正火：普通蠕铁在铸态时，基体是大量F，通过正火可增加P量，提高强度和耐磨性。 退火：为获得85%以上的F基体，或清除薄壁处的游离渗碳体。 5.合金铸铁的热处理 合金铸铁概念在灰铁、球铁、蠕墨铸铁中加入少量合金元素，显著提高铸铁的耐热、耐蚀、耐磨等特殊的物理

45、化学性能。 耐磨合金铸铁生产中在灰铁中加入Ni、Cr等合金，采用“激冷”的办法使铸件表面获得白口组织，心部仍保留灰铸铁组织，从而使铸件既有高耐磨性，又有一定的强度和韧性。 应用：可用于制造缸体、凸轮轴，并可进行感应加热淬火。,1.4.10. 通过热处理改变钢铁材料性能的案例 1.铸钢件、铸铁件、各种锻件、机加件粗加工后的退火处理，目的是：a去除内应力，减少以后变形;b去除硬点，便于机加工;c为最后淬火回火做准备。 2.各种零件淬火是为了获得硬度和耐磨的性能；如轴类零件; 3.各种零件局部淬火是为了获得零件内部有韧性和拉伸强度，零件的表面有很好的硬度和耐磨的性能；如齿轮和齿轮轴； .零件表面要获

46、得非常高的粗糙度也要淬火；如透明件塑料模的阴阳模必须淬火至以上才能抛光粗糙度至R0.2以上。 5.焊接件焊后也必须进行退火去内应力处理，避免变形和开裂；,1.4.11 有色金属的热处理 1.各种铜铸造件，铝铸造件，铝合金压铸件，镁合金压铸件，有色合金锻件都要进行去内应力的退火处理； 2.有的铜合金可以淬火：如铍青铜做电器件的弹簧比钢好，它的淬火硬度可达 HRC45，如做插座的座簧，强度高、弹性好、耐蚀、不易起电弧 1.4.12. 通过热处理改变非金属材料性能的案例 1. MC铸造尼龙的铸造件铸造后和精加工前都要进行热处理；目的：a.去内应力,b.避免精加工以后大的变形; 2. PC 聚碳酸酯零

47、件压制后要放入烘箱内热处理，目的：a.去除内应力，b.稳定内部组织，c.避免以后大的变形和开裂; 3. 橡胶件压制后要放入烘箱内热处理，目的：a.二次硫化使更多的橡胶分子联接起来形成桥状，b.稳定内部组织，增强了橡胶的弹性；c.避免以后大的变形和开裂;,1.5 通过表面处理改变材料的特性,1.5.1 表面处理概念： 1. 表面处理工程的含义： 在固体材料的表面，采用物理方法、化学方法，电化学方法、高真空方法、生物高分子方法等，对表面进行涂装、处理、改性，形成具有特殊功能表面层或某种功能的覆盖层。 上述从表层设计、选材、表面处理工艺、表层质量控制与监测、工程应用及失效分析全过程称之为表面工程。

48、2. 研究对象：固体材料表面层 3. 加工方法：物理方法、化学方法、电化学方法、高真空方法、生物高分子方法等。 4.手段：涂装、处理、扩散及固定化。 5.研究目的：形成特殊功能的表面层和覆盖层起到装饰、防护、特殊功能作用。 总之，表面处理技术也可以划分为：表面改性技术；薄膜技术；涂镀层技术。,1.5.2 表面处理技术分类 1.电化学方法 利用电极反应，在工件表面形成镀层。 （1）电镀-在电解质液中，工件为阴极，在外电流作用下,使其表面形成镀层的过程。镀层可以是金属,合金,半导体及各类固体颗粒，如镀铜,镀镍,镀银。 （2）氧化-在电解质液中，工件为阳极，在外电流作用下,使其表面形成氧化膜层的过程

49、称为阳极氧化。如铝合金的阳极氧化。 钢铁的氧化处理可以用化学或电化学方法。化学方法是将工件放入氧化溶液中，依靠化学作用在工件表面形成氧化膜，如钢铁的发蓝处理。 2.化学方法 利用化学物质相互作用，在工件表面形成镀覆层（无电流作用 ） (1) 化学转化膜处理在电解质溶液中，金属工件在无外电流作用，由溶液中化学物质与工件相互作用从而在其表面形成镀层的过程，称为化学转化膜处理。如金属表面的发蓝、磷化、钝化、铬盐处理等。 (2) 化学镀在电解质溶液中，工件表面经催化处理，无外电流作用，在溶液中由于化学物质的还原作用，将某些物质沉积于工件表面而形成镀层的过程，称为化学镀，如化学镀镍、化学镀铜等。,3.

50、热加工方法这种方法是在高温条件下令材料熔融或热扩散，在工件表面形成涂层。其主要方法是： (1) 热浸镀金属工件放入熔融金属中，令其表面形成涂层的过程，称为热浸镀，如热镀锌、热镀铝等。 (2) 热喷涂 将熔融金属雾化，喷涂于工件表面，形成涂层的过程，称为热 喷涂，如热喷涂锌、热喷涂铝等 (3) 热烫印将金属箔加温、加压覆盖于工件表面上，形成涂覆层的过程，称为热烫印，如热烫印铝箔等。 (4) 化学热处理工件与化学物质接触、加热，在高温态下令某种元素进入工件表面的过程，称为化学热处理，如渗氮、渗碳等。 (5) 堆焊以焊接方式，令熔敷金属堆集于工件表面而形成焊层的过程，称为堆焊，如堆焊耐磨合金等。,4

51、. 真空法这种方法是在高真空状态下令材料气化或离子化沉积于工件表面而形成镀层的过程。其主要方法是: (1) 物理气相沉积在真空条件下，将金属气化成原子或分子，或者使其离子化成离子，直接沉积到工件表面，形成涂层的过程，称为物理气相沉积，其沉积粒子束来源于非化学因素，如蒸发镀、溅射镀、离子镀等。 (2) 离子注入高电压下将不同离子注入工件表面令其表面改性的过程，称为离子注入，如注硼等。 (3) 化学气相沉积低压（有时也在常压）下，气态物质在工件表面因化学反应而生成固态沉积层的过程，称为化学气相镀，如气相沉积氧化硅、氮化硅等。,5. 其它方法主要是机械的、化学的、电化学的、物理的方法。其中的主要方法

52、是: (1) 涂装用喷涂或刷涂方法，将涂料（有机或无机）涂覆于工件表面而形成涂层的过程，称为涂装，如喷漆、刷漆等。 (2) 冲击镀用机械冲击作用在工件表面形成涂覆层的过程，称为冲击镀，如冲击镀锌等。 (3)激光表面处理用激光对工件表面照射，令其结构改变的过程，称为激光表面处理，如激光淬火、激光重熔等。 (4) 超硬膜技术以物理或化学方法在工件表面制备超硬膜的技术，称为超硬膜技术。如金刚石薄膜，立方氮化硼薄膜等。 （5）电泳及静电喷涂 A 电泳工件作为一个电极放入导电的水溶性或水乳化的涂料中，与涂料中另一电极构成电解电路。在电场作用下，涂料溶液中已离解成带电的树脂离子，阳离子向阴极移动，阴离子向

53、阳极移动。这些带电荷的树脂离子，连同被吸附的颜料粒子一起电泳到工件表面，形成涂层，这一过程称为电泳。 B静电喷涂（我们目前常用的） 在直流高电压电场作用下，雾化的带负电的油漆粒子定向飞往接正电的工件上，从而获得漆膜的过程，称为静电喷涂。,1.5.3 表面预处理工艺 1.表面预处理的意义要成功地使用涂装层，表面预处理工作是其中最主要的环节。未经涂装的金属或木材及其它表面部遭受了各种杂质的腐蚀和污染，它们对涂装层的附着力起不良影响，对器材进一步腐蚀起诱导作用。为了清除这些不利因素，增强涂装层对金属或非金属表面的附着力，及防止膜下潜行腐蚀，各种器材在涂装前都必须进行必要的表面预处理。在很多场合下往往

54、因为表面预处理不当，涂装层达不到预期的目的，导致经济上、工作上的浪费和损失。所以，要获得涂装层保护器材的满意效果，除在应用技术中必须正确地选择材料和施工外，要求适当的表面预处理是很有必要的。 2. 表面预处理的分类： （1）清洗 A. 有机溶剂清洗在有机溶剂除油中，最常用的有：汽油、苯类、酮类及某些氯化烷烃、烯烃等。清洗过程实际上是物质溶解过程，“物质结构相似者相溶”，即物质在与其结构相似的溶剂中容易溶解。 目前除油效果比较好的有机溶剂是氯化烷中的三氯乙烯，清洗力强，不易着火，没有爆炸危险。,B. 钢件和铜件的化学清洗化学清洗是利用碱溶液对油脂的皂化作用，以除去皂化性油脂；利用表面活性剂的乳化

55、作用，以除去非皂化性油脂。但因各种金属如黑色金属、有色金属及某些轻金属的性质不同，清洗规范和操作方法也各有差异。常用的清洗规范操作方法有以下几种 a. 黑色金属可采用以氢氧化钠和碳酸钠为主的清洗 b. 有色金属应采用以碳酸钠和磷酸三钠为主的清洗，因为铜及铜合金易被 强碱腐蚀 C. 铸铁制品的化学清洗两种化学清洗溶液均不适用于铸铁制品。铸铁的特点是表面粗糙并有不同程度的组织疏松、砂眼、气孔等疵病，导致铸铁制品出水容易“泛锈”。采用磷酸三钠、磷酸清洗和铬酐钝化以及三乙醇胺防锈等措施，解决了铸铁件清洗出水后的“泛锈”问题 D. 薄壁钢壳件的化学清洗由于强酸强碱的侵蚀以及浸洗时间过长，钢的结晶受到过腐

56、蚀，使延伸率等机械性能变坏，导致部分钢壳在挤压成型中破裂。酸洗后表面上总有灰黑色附灰不能洗掉，给磷化处理带来困难，导致磷化膜附着不牢。根据资料介绍，如果要去掉钢材表面的坚固氧化皮和污垢，并要求对钢材基体无严重腐蚀作用。其处理方法，需要在不形成氢的氧化性介质中进行。采用苛性高锰酸盐的方法进行清洗，基本上消除了由于过腐蚀而产生麻坑，且降低了氢脆性，对钢材内部晶格侵蚀很轻，同时保证了尺寸精度，无超差现象。清洗较短时间，可获得光洁表面。,E. 铝和铝合金及锌、锡等两性金属的化学清洗 铝及铝合金和锌锡等两性金属表面涂装层的附着力是不够好的，必须经过清洗除油，退除自然氧化膜和转化处理等方法进行处理，形成转

57、化膜，才能保证涂装层与基体金属的结合力，并提高耐腐蚀性能。这类金属一般不采用强碱清洗，强碱对这类金属有强烈的腐蚀作用，最好采用磷酸三钠、碳酸钠、硅酸钠和应用金属清洗剂等组成的混合溶液进行清洗 F. 水剂清洗除油 金属制件在涂装之前，一般采用汽油、煤油、苯、酮或柴油等进行清洗，不仅消耗大量能源，提高生产成本，而且极不安全。为此，我们采用水剂清洗代替有机溶剂。 水剂清洗液的组成的主要成分是油酸三乙醇胺、脂肪、醇聚氯乙烯醚和辛烷基酚聚氯乙烯醚。 由于含有多种有效助剂（如三氯乙烯、三聚磷酸钠、苯骈三氮唑、稳定剂等），故能增强洗净力，且满足工序间防锈要求。,(2) 磷化处理金属制件的表面层参与化学或电化学反应所形成的附着紧密的膜层，称为化学转化膜。 磷化膜就是化学转化膜的一种。 钢铁祷件在以磷酸二氢锌或以磷酸锰铁盐为基的溶液中，在一定条件下，与溶液在界面上发生化学反应，生成一层紧密地附着在表面上的磷酸盐膜，称为磷化膜。其成膜过程称为磷化处理，磷化膜的外观由于基本材料和磷化工艺不同可由暗灰到黑灰色。 采用磷酸锰型和四合一综合磷化 常用的磷化处理方法有浸渍法、喷淋法以及涂刷法 “四合一”磷化是在同一个磷化槽内进行去油、除锈、磷化、钝化的综合工艺。采用这种工艺可减少设备和作业面积，提高劳动生产率，降低产品成本，便于实现自