机械零件的常用材料.ppt

第一章 机械零件的常用材料和结构工艺性,1-1 机械零件的常用材料,一、现代工业中的材料及发展趋势 人类使用材料已经有几万年的历史; 机械工程材料已不仅是工业生产的基础， 而且成为推动工业技术不断前进的重要保证。 材料分为三大类 : 金属材料 , 非金属材料 , 复合材料 。,材料： 金属材料：分为黑色金属(钢铁)材料和有色金属(非铁金属及其合金)； 复合材料：通常指将两种以上材料用人工方法合成的材料。 (金属陶瓷、强化塑料) 非金属材料：以上两种之外的材料。（玻璃、橡胶、皮革、木材等等）,二、常用金属材料的分类,从应用的角度将材料分大类 一类是以机械性能为主要的“结构材料”. 另一类叫做“功能材科”是指那些具行特异物理化学性质的材料，如超导材料、激光材料、半导体材料、形状记忆材料等。机械工程中所用的主要是结构材料。 近年来，材料迅速发展，其总的趋势是金属材料的统治地位巳被动摇，开始出现金属材料、陶瓷材料和高分子材料三足鼎立的局面。,三、常用金属材料的机械性能 和命名方法,钢 定义：含碳量2%的铁碳合金. 分为: 结构钢、工具钢、特殊钢。 结构钢: 按钢的品质分为: 普通碳素结构钢、 优质碳素结构钢、 合金钢、 铸钢。,普通碳素结构钢：含硫量0.05%， 含磷量0.045的钢. 特点 : 塑性好; 所以，其焊接性能、冲压性能都好； 但是强度低些。 牌号 : 用材料的屈服点数值前加Q（屈服 的首字母） 如：Q235。 (表示材料的屈服点数值=235MPa) 性能等级: A、B、C、D(从低到高),优质碳素结构钢：含硫量0.035%， 含磷量0。035的钢. 牌号:用两位数字表示; 数字代表该钢的平均含碳量为万分之几。 （如：45钢，含碳量为: 0.45%）。 优质碳素结构钢根据含碳量的多少又可以分为： 低碳钢:（含碳量0.25%) 强度和硬度低，塑性和焊接性能好 ; 中碳钢:（0.25% 含碳量0.6%) 综合性能好，应用最广 ; 高碳钢:（0.6% 含碳量) 硬度大，耐磨 。,合金钢： 在碳素结构钢中加入合金元素所形 成的材料。 目的:为改善钢的力学、工艺或者物理性能; 牌号:用数字和合金元素符合表示。 前面的数字为:含碳量(万分之)， 合金元素后面数字为:其含量(%)， 合金元素含量1.5%时，省略。 如: 60Si2Mn（含碳量C 0.6%,含硅量Si2%, 含锰量Mn1.5%)。 合金钢牌号后面加A，则表示优质,其他材料,铸钢：含碳量2% 可用于铸造毛坯。 牌号：ZG+0.2*(屈服)b (抗拉) 如 ZG 230 450 (表示其s = 230 MPa,b = 450 MPa ) 0.2 是应变=0.2时的应力值.,铸铁：含碳量2% 特点：脆性大，不宜焊接和锻压. 常见的有：灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等. 牌号：灰口铸铁(HT)、 球墨铸铁(QT)、 可锻铸铁(KT). 如 HT150 (表示灰口铸铁,其b =150MPa),有色金属：铜、铝等合金 ; 见P8和表16，17. 工程塑料。,常用钢材的命名及其性能,四、金属材料的热处理,钢的热处理就是: 对固态的钢材加热的一种处理方法. 目的：通过不同温度的加热、保温和冷却的工艺方法，使钢的内部结构发生变化，从而达到改善钢材性能（硬度、强度、韧性、可加工行等等）的目的，从而可以提高零件的质量，尽量降低成本. 方法：退火、正火、淬火、回火和调质及化学处理等方法.,五、热处理方法,退火：加热临界温度以上、保温、 随炉冷却 目的:消除内应力 正火：加热临界温度以上、保温、 空气冷却 目的:改善材料的综合力学性能 淬火：加热临界温 度以上、保温 油冷 水冷 特点：硬度、脆性增大，内应力增加甚至开裂,回火：把淬火后的零件再次加热到一定温度(低于临界温度), 保温一定时间,然后在空气中冷却. 再次加热到一定温度: 150250C : 低温回火; 350500C : 中温回火; 500650C : 高温回火; 调质：淬火+高温回火 表面淬火：高频淬火、火焰表面淬火,六、化学热处理(把零件放入化学介质中加热保温使介质元素渗入零件表层中,使其化学成分改变,从而使表层的组织性能变化.),渗碳：钢材的特点-C低则软。渗碳可提高表面硬度和耐磨性，心部仍保持塑性和韧性。 用于低碳钢和低碳合金钢 渗氮：可在表面形成高硬度层，但是不能承受大的冲击和压力渗氮零件。 用于低碳钢和中碳钢 氰化处理：碳氮共渗以后，淬火，低温回火 具有前两种的共同优点 用于低碳钢和中碳钢,七、选材原则,1.满足使用方面的要求 载荷性质：拉、压、冲击、交变等 工况条件：温度、环境、腐蚀 重量尺寸： 重要程度: 2.满足工艺方面的要求 3.满足经济方面要的求,1-2 零件的结构工艺性,工艺性：就是结构设计中一些具体结构的具体 处理方式。 它是大量工程经验的总结。 原则是：以最低的成本和最少的劳动造出合格的便于替换的零件。 具体情况怎么处理，参考P1317 (表1-9等）。 结构设计中的注意事项： 要便于零件毛坯的制造 要便于零件的机械加工 要便于零件的装卸和可靠定位,1-3 机械设计中的标准化,目的：保证质量、减轻设计工作量，便于零件互换和组织专业化的生产，以降低成本。 （设计要尽量遵守标准、选用标准件） 标准有: 国家标准(GB)、行业标准、专业标准。,强制性国家标准(1993实行）： 代号：GB xxxx(序号）xxxx（批准年号） *必须严格遵照执行,否则就是违法. 推荐性国家标准(1993实行） ： 代号：GB/T xxxx(序号）xxxx（批准年号） *无特殊理由和特殊需要,必须遵守. 准备转为行业标准的国家标准： 代号：GB/* xxxx(序号）xxxx（批准年号）,