常用金属材料和非金属材料选用

第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用 一 、 设 计 目 的 掌 握 各 种 常 用 金 属 、 非 金 属 材 料 的 性 能 、 牌 号和 用 途 ； 了 解 常 存 元 素 对 金 属 材 料 性 能 的 影 响 ； 熟悉 加 工 工 艺 对 所 选 材 料 力 学 性 能 的 要 求 ； 掌 握 机 械零 部 件 选 材 的 过 程 与 方 法 。二 、 设 计 条 件 减 速 器 工 作 环 境 条 件 、 使 用 场 合 、 负 载 以 及 性能 要 求 ， 加 工 手 段 和 工 艺 要 求 三 、 设 计 内 容 及 要 求 （ 1） 确 定 减 速 器 轴 类 零 件 的 材 料 选 择 过 程 ； （ 2） 齿 轮 零 件 的 材 料 选 择 过 程 ； （ 3） 箱 体 零 件 的 材 料 选 择 过 程 5.1 减 速 器 主 要 零 部 件 材 料 的 选 定 说 明 第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用 5.2 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料5.2.1 常 用 金 属 材 料1.碳 素 钢（ 1） 碳 素 钢 分 类按 钢 的 含 碳 量 分 类 ： 低 碳 钢 中 碳 钢 高 碳 钢 按 质 量 分 类 ： 普 通 碳 素 钢 优 质 碳 素 钢 高 级 优 质 碳素 钢 按 用 途 分 类 ： 碳 素 结 构 钢 碳 素 工 具 钢 特 殊 性 能 钢 按 金 相 组 织 分 类 ： 有 亚 共 析 钢 、 共 析 钢 、 过 共 析 钢按 钢 的 脱 氧 程 度 分 类 ： 有 沸 腾 钢 、 镇 静 钢 、 半 镇 静钢 第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用（ 2） 碳 钢 的 牌 号 1） 碳 素 结 构 钢 字 母 Q+屈 服 点 数 值 （ 单 位 为 MPa） +质 量 等 级 符号 （ A、 B、 C、 D） +脱 氧 方 法 符 号 （ F、 b、 Z、 TZ）组 成 。 2） 优 质 碳 素 结 构 钢 优 质 碳 素 结 构 钢 的 牌 号 用 两 位 数 字 表 示 ， 即 是钢 中 平 均 含 碳 量 的 万 分 数 。5.2 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用 3） 铸 钢 铸 钢 的 牌 号 是 用 字 母 “ ZG” 加 上 两 组 数 字 组 成 。 4） 碳 素 工 具 钢 碳 素 工 具 钢 的 牌 号 由 “ T” 加 数 字 表 示 。 “ T” 是“ 碳 ” 字 汉 语 拼 音 字 首 ， 数 字 表 示 平 均 含 碳 量 的 千分 数 ； 若 为 高 级 优 质 工 具 钢 ， 在 牌 号 后 加 “ A” 2. 合 金 钢 合 金 钢 是 指 在 碳 钢 基 础 上 ， 加 入 一 些 元 素 所 形 成的 钢 种 ， 加 入 的 元 素 称 为 合 金 元 素 。5.2 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用5.2 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料合 金 钢 的 牌 号 是 采 用 钢 中 含 碳 量 加 合 金 元 素 符 号及 其 含 量 的 方 法 来 表 示 。 牌 号 的 首 位 数 字 表 示 钢的 平 均 含 碳 量 ，（ 3） 合 金 结 构 钢 合 金 结 构 钢 主 要 用 于 重 要 的 工 程 机 构 和 机 器 零件 的 钢 。 常 用 合 金 结 构 钢 有 ： 低 合 金 结 构 钢 、 合金 渗 碳 钢 、 合 金 调 质 钢 、 合 金 弹 簧 钢 、 滚 动 轴承 钢 等 。 第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用5.2 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料（ 4） 合 金 工 具 钢 合 金 工 具 钢 分 为 刃 具 钢 、 模 具 钢 和 量 具 钢 三 类 。（ 5） 特 殊 性 能 钢 指 具 有 某 些 特 殊 的 物 理 、 化 学 、 力 学 性 能 ， 能在 特 殊 环 境 、 工 作 条 件 下 使 用 的 钢 。 常 用 的 有 不 锈钢 、 耐 热 钢 和 耐 磨 钢 等 。 包 括 不 锈 钢 、 耐 热 钢 、耐 磨 钢 等 。 第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用5.2 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料3、 铸 铁 铸 铁 是 含 碳 量 在 2.11 以 上 的 铁 碳 合 金 。主 要 包 括 灰 口 铸 铁 、 可 锻 铸 铁 、 球 墨 铸 铁 、蠕 墨 铸 铁 、 合 金 铸 铁 等 。 4. 有 色 金 属 及 其 合 金 非 铁 金 属 及 其 合 金 称 为 有 色 金 属 。 包 括 铝 及铝 合 金 、 铜 及 铜 合 金 和 轴 承 合 金 。 5.2 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料5.2.2 常 用 非 金 属 材 料 除 金 属 以 外 的 所 有 工 程 材 料 通 称 为 非 金 属 材 料 。主 要 有 高 分 子 材 料 、 陶 瓷 材 料 和 复 合 材 料 等 三 大 类 。这 些 非 金 属 材 料 的 原 料 来 源 广 泛 ， 自 然 资 源 丰富 ， 成 型 工 艺 简 单 ， 具 有 某 些 特 殊 的 性 能 ， 如 塑料 的 重 量 轻 ， 橡 胶 的 高 弹 性 ， 陶 瓷 耐 高 温 、 耐 腐蚀 等 ， 使 得 非 金 属 材 料 目 前 已 成 为 机 械 工 程 材 料中 不 可 缺 少 的 、 独 立 的 材 料 体 系 5.2 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料5.2.2 常 用 非 金 属 材 料1、 高 分 子 材 料 高 分 子 材 料 是 以 高 分 子 化 合 物 为 主 要 成 分 组 成的 非 金 属 材 料 。 是 由 低 分 子 化 合 物 聚 合 而 成 ， 也称 高 聚 物 。 高 分 子 化 合 物 可 分 为 有 机 高 分 子 化 合物 和 无 机 高 分 子 化 合 物 两 大 类 。 例 如 ： 塑 料 、 合成 橡 胶 及 合 成 纤 维 等 。2. 陶 瓷 陶 瓷 材 料 是 一 种 用 天 然 或 人 工 合 成 的 化 合 物 5.2 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料5.2.2 常 用 非 金 属 材 料为 原 料 烧 结 而 成 的 无 机 非 金 属 材 料 。 按 其 成 分 性能 和 用 途 分 为 普 通 陶 瓷 和 特 种 陶 瓷 两 种 。3. 复 合 材 料 复 合 材 料 是 指 由 两 种 或 几 种 不 同 化 学 组 成 和结 构 组 织 的 材 料 ， 以 一 定 形 式 组 合 而 成 的 人 工合 成 材 料 。性 能 特 点 ： 1） 较 大 的 比 强 度 和 比 模 量 。 2） 抗 疲劳 性 和 减 振 性 好 。 3） 化 学 稳 定 性 和 耐 热 性 好 。 5.2 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料5.2.2 常 用 非 金 属 材 料常 用 复 合 材 料 及 其 应 用 ：1） 玻 璃 纤 维 增 强 复 合 材 料 ： 主 要 用 于 轴 承 、 齿 轮 、汽 车 仪 表 盘 、 管 道 、 泵 阀 等 零 件 及 耐 蚀 耐 压 容 器 。2） 碳 纤 维 复 合 材 料 ： 主 要 用 于 制 造 齿 轮 、 轴 承 、活 塞 、 密 封 圈 、 化 工 器 材 零 件 、 航 空 航 天 飞 行 器 、导 弹 上 的 零 件 和 发 动 机 等 。3） 层 叠 复 合 材 料 ： 广 泛 应 用 与 航 空 、 交 通 运 输 、建 筑 、 机 械 等 工 业 部 门 。 第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用4） 颗 粒 增 强 复 合 材 料 ： 用 于 制 作 具 有 优 良 减 摩性 、 消 振 性 的 新 型 轴 承 材 料 。5.3 机 械 零 部 件 材 料 的 选 定 机 械 零 部 件 材 料 的 选 择 除 了 与 零 件 的 结 构 、 强度 、 刚 度 有 关 外 ， 还 与 零 件 的 失 效 形 式 有 关 系 。一 般 来 讲 ， 零 件 材 料 的 选 择 ， 首 先 要 从 零 件 的 失效 形 式 ， 选 择 材 料 的 类 型 ； 再 根 据 材 料 的 使 用 性能 、 工 艺 性 和 经 济 性 三 个 方 面 进 行 考 虑 ， 进 行 零件 材 料 型 号 的 选 择 。 5.3 机 械 零 部 件 材 料 的 选 定5.3.1 机 械 零 件 的 失 效 形 式 及 原 因1、 失 效 的 形 式 机 械 零 件 由 于 各 种 原 因 ， 丧 失 规 定 的 功 能 ， 无法 继 续 工 作 的 现 象 称 为 失 效 。 零 件 失 效 形 式 归 纳为 变 形 失 效 、 断 裂 失 效 和 表 面 损 伤 失 效 三 大 类 型 。2. 失 效 的 原 因（ 1） 设 计 原 因 ： 零 件 的 结 构 或 形 状 不 合 理 ， 在零 件 的 各 种 夹 角 、 缺 口 、 过 小 的 过 渡 圆 角 处 存在 明 显 的 应 力 集 中 ； 5.3 机 械 零 部 件 材 料 的 选 定5.3.1 机 械 零 件 的 失 效 形 式 及 原 因（ 2） 材 质 原 因 材 料 性 能 指 标 不 能 反 映 材 料 对 实 际 失 效 形 式 的抗 力 ， 不 能 满 足 工 作 条 件 的 要 求 ， 造 成 错 误 选 材 。 （ 3） 加 工 工 艺 不 当 零 部 件 在 加 工 或 成 形 过 程 中 ， 由 于 采 用 的 工 艺不 当 而 产 生 的 各 种 质 量 缺 陷 。（ 4） 装 配 使 用 不 当 选 材 的 基 本 原 则 是 所 选 材 料 的 性 能 应 能 满 足 零部 件 使 用 要 求 ， 经 久 耐 用 ， 易 于 加 工 制 造 ， 成 本低 ， 几 个 原 则 ：1. 满 足 使 用 要 求2. 满 足 工 艺 要 求3. 满 足 经 济 性 要 求5.3 机 械 零 部 件 材 料 的 选 定5.3.2 机 械 零 件 材 料 选 择 的 原 则 第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用5.4 减 速 器 零 部 件 材 料 牌 号 的 选 定 过 程1、 轴 类 零 件 1） 轻 载 、 低 速 轴 可 选 用 Q235、 Q255、 Q275等 碳 素结 构 钢 ， 2） 当 受 中 等 载 荷 且 转 速 、 冲 击 与 循 环 载 荷 较 小 的减 速 器 轴 类 零 件 ， 常 选 用 中 碳 优 质 碳 素 结 构 钢 ，如 35、 40、 45、 50钢 （ 其 中 45钢 应 用 最 多 ） 第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用5.4 减 速 器 零 部 件 材 料 牌 号 的 选 定 过 程3） 对 于 承 受 较 大 载 荷 或 要 求 精 度 高 以 及 处 于 高 、低 温 等 恶 劣 条 件 下 工 作 的 减 速 器 轴 ， 选 用 合 金 钢 。2. 齿 轮 类 确 定 齿 轮 用 材 的 主 要 依 据 是 ： 齿 轮 的 传 动 方式 （ 开 式 或 闭 式 ） 、 载 荷 性 质 与 大 小 （ 齿 面 接 触应 力 和 冲 击 负 荷 等 ） 、 传 动 速 度 （ 节 圆 线 速 度 ） 、精 度 要 求 、 淬 透 性 及 齿 面 硬 化 要 求 、 齿 轮 副 的 材料 及 硬 度 值 的 匹 配 情 况 等 。 根 据 材 料 可 分 为 ： 第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用5.4 减 速 器 零 部 件 材 料 牌 号 的 选 定 过 程1） 钢 制 齿 轮 2） 铸 钢 齿 轮3） 铸 铁 齿 轮 4） 有 色 金 属 齿 轮5） 工 程 塑 料 齿 轮3. 箱 体 类 减 速 器 箱 体 的 形 状 复 杂 ， 尺 寸 较 大 ， 壁 薄 而 不均 匀 ， 一 般 选 用 铸 造 毛 坯 。 工 作 平 稳 ， 承 载 不 大的 箱 体 用 灰 口 铸 铁 ， 承 载 较 大 并 受 冲 击 的 箱 体 ，可 用 球 墨 铸 铁 及 铸 钢 制 造 。 第 5章 常 用 金 属 材 料 与 非 金 属 材 料 及 选 用5.5 拓 展 训 练训 练 1： 车 轴 、 齿 轮 的 选 材训 练 2： 车 床 主 轴 箱 箱 体 的 选 材5.6 实 践 中 常 见 问 题 解 析 （ 略 ）