第二章常用工程材料课件

常用工程材料常用工程材料金属加工Part01Part02Part03Contents目录P01铁基金属材料基金属材料非非铁基金属材料基金属材料P12非金属材料非金属材料P25钢铸铁钢与铸铁对比铝及铝合金铜及铜合金钛及钛合金滑动轴承合金硬质合金高分子材料陶瓷材料复合材料功能材料Part01Part02Part03Contents 目录P0第第节1钢第节1钢2.1钢按化学成分非合金钢低合金钢合金钢杂质元素：炼钢时难于除尽的杂质。有益元素：硅、锰，有害元素：硫（热脆）、磷（冷脆）、氢（氢脆）。合金元素：为了改善钢的某些性能或使之具有某些特殊性能，在炼钢时有意加入的元素。2.1 钢按化学成分 非合金钢非合金钢：种类多、价格低、工艺性能好、力学性能一般。低合金钢：有较高的屈服强度、良好的塑性和韧性，良好的焊接性。合金钢：高强度、高硬度、高耐磨性及特殊的物理和化学性能。主要用于制造各种重要的机器零件和受力工程结构。非合金钢：种类多、价格低、工艺性能好、力学性能一般。一、非合金钢(一)分类按含碳量低碳钢（0.25%）中碳钢（0.25%0.6%）高碳钢（0.6%）按质量普通钢优质钢高级优质钢按用途碳素结构钢：用于制造金属结构、零件碳素工具钢：用于制造刃具、量具、模具(碳含量0.7%，属于高碳钢）一、非合金钢(一)分类(二)牌号标注碳素结构钢：Q+最低屈服强度值，质量等级符号，脱氧方式；例：Q235A表示屈服强度235MPa，质量等级为A级的镇静钢。Q235常用于制作型钢、钢筋、螺栓、法兰盘、焊接结构件。(二)牌号标注(二)牌号标注优质碳素结构钢：两位阿拉伯数字（表示钢的平均碳的质量分数的万分之几）例：08钢表示平均碳的质量分数为0.08%的优质碳素结构钢。08钢含碳量低，塑性好，主要用于制造冷冲压零件；45钢，经热处理后可获得良好的综合力学性能，主要用制造齿轮、套筒、轴类零件等；60钢（65Mn），有较高的弹性极限，用于弹性零件、耐磨零件。(二)牌号标注(二)牌号标注碳素工具钢：T+数字（表示碳的质量分数的千分数）(属于高碳钢）例：T8表示平均碳的质量分数为0.8%的碳素工具钢。T7、T8钢，用于制造具有较高韧性的工具，如冲头、凿子等。T9、T10、T11钢，用作要求中等韧性、高硬度的刃具，如钻头、丝锥、锯条等。T12、T13钢，用于要求更高硬度、高耐磨性的锉刀、拉丝模具等。(二)牌号标注二、低合金钢(一)分类按质量普通质量低合金钢优质低合金钢特殊质量低合金钢按使用特性低合金耐候钢低合金专业用钢可焊接的低合金高强度结构钢二、低合金钢(一)分类(二)牌号标注低合金高强度结构钢：Q+最低屈服强度数值、质量等级例：Q390A表示屈服强度390MPa，质量为A级的低合金高强度结构钢。Q345HP表示焊接气瓶用钢，Q345R表示压力容器用钢，Q390G表示锅炉用钢，Q420Q表示桥梁用钢。(二)牌号标注(二)牌号标注焊接结构用耐候钢：Q+最低屈服强度数值+NH+质量等级代号（C、D、E）应用：桥梁、建筑高耐候性结构钢：Q+最低屈服强度数值+GNH应用：机车车辆、建筑、塔架(二)牌号标注三、合金钢(一)分类 工程结构钢 合金结构钢 合金渗碳钢 机械制造钢 合金调质钢 合金弹簧钢 合金刃具钢 低合金刃具钢 高速钢合金钢 合金工具钢 合金模具钢 冷变形模具 热变形模具 合金量具钢 不锈耐酸钢 特殊性能钢 耐热钢 耐磨钢 滚动轴承钢 三、合金钢(一)分类 (二)牌号标注（1）合金结构钢：两位数字（碳的质量分数的万分数）+元素符号+数字（合金元素的质量分数）；例：60Si2Mn：WC=0.6%，Wsi=2%，WMn1.5%.（2）合金工具钢：碳的质量分数1%时，牌号前以千分之几（一位数）表示；碳的质量分数1%时，不标出碳的质量分数例：9Mn2V：WC=0.9%,WMn=2%,WV1%,WCr1.5%,Ww1.5%,WMn1.5%.（3）滚动轴承钢：G+铬元素符合Cr（以千分之几表示）+其余合金元素+数字（合金元素的百分数）；(二)牌号标注 (三)合金结构钢特点、应用（1）合金渗碳钢：表面有高硬度、高耐磨性，心部有较高强度和韧性。例：20Cr，20CrMnMo。应用：轴、活塞销、汽车与拖拉机用齿轮。（2）合金调质钢：在中碳钢（30、35、40、45、50钢）基础上加入一种或几种合金元素，有良好的综合力学性能，例：40Cr，40CrMnMo。应用：制造负荷较大的重要零件，如机床主轴、发动机轴、车轴、连杆及传动齿轮。（3）合金弹簧钢：制造截面积较大、屈服强度要求较高的重要弹簧钢种。例：60Mn。C (三)合金结构钢特点、应用C (三)合金工具钢特点、应用（1）制作刃具和量具：热处理后变形小，具有高硬度和高耐磨性。应用：丝锥、拉刀、铰刀、圆锯；量规、精密丝杠。常用牌号：9SiCr、9Cr2、CrWMn、Cr2、9Mn2V（2）耐冲击工具：高硬度和高耐磨性，良好的冲击韧性。应用：风动工具、金属冷剪刀片、冲孔冲头。常用牌号：4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si（3）高速工具钢：平均碳的质量分数为0.7%1.65%，含有W、Mo、Cr、V、Co等贵重元素，具有高硬度和高耐磨性，较高的热硬性。应用：中速或高速切削工具。常用牌号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、W18Cr4V2Co8 (三)合金工具钢特点、应用 (三)合金工具钢特点、应用（4）冷作模具：高硬度和高耐磨性，一定的冲击韧性和抗疲劳性。应用：冷冲模、冷拔模、冷挤压模。常用牌号：Cr12MoV、Cr12、9Mn2V、CrWMn（5）热作模具：高强度、较好的韧性和耐磨性，较好的抗热疲劳性能。应用：锻模、压铸模。常用牌号：5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V、8Cr3 (三)合金工具钢特点、应用 (三)特殊性能钢特点、应用（1）不锈钢：碳的质量分数最大不超过1.2%的钢，铬的质量分数高，不锈、耐蚀。应用：10Cr17钢用于制作建筑装饰品、家用电器部件、食品用设备；12Cr18Ni9钢用于制作装饰品、耐腐蚀部件；68Cr17用于制作刃具、量具、轴承、医用手术刀片。（2）耐热钢：在高温下具有抗氧化性和高温热强性。应用：风动工具、金属冷剪刀片、冲孔冲头。(三)特殊性能钢特点、应用 (三)特殊性能钢特点、应用（3）耐磨钢：不易进行切削加工，但铸造性能好。牌号：ZG(表示铸钢)+元素符号Mn+含Mn量百分数例：ZGMn13-1,WMn=13%,序号为1的高锰耐磨钢应用：坦克和拖拉机的履带板、球磨机衬板、挖掘机铲齿、破碎机牙板、铁路道岔。(三)特殊性能钢特点、应用(四)滚动轴承钢特点、应用特 点：平 均 碳 的 质 量 分 数 较 高（0.95%1.15%），钢中铬的加入量为0.4%1.65%，具有高硬度、高耐磨性、高耐压强度、高疲劳强度等性能。应用：制造滚动轴承中的钢球、钢柱、钢针及套圈，也可用来制造高耐磨性的量具、模具、低合金刃具。(四)滚动轴承钢特点、应用第第节2铸铁第节2铸铁铸铁（一）分类按碳在铸铁中存在的形式白口铸铁 灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 合金铸铁铸铁（一）分类(二)灰铸铁牌号、应用牌号：HT+灰铸铁的最低抗拉强度例：HT100是最低抗拉强度为100MPa的灰铸铁。特点：断口呈灰色，优良的铸造性能，良好的减摩性和切削加工性，消振性，较低的缺口敏感性。应用：机床床身、床头箱、各类机器底座。(二)灰铸铁牌号、应用(二)球墨铸铁牌号、应用牌号：QT+最低抗拉强度-最低断后伸长率例：QT400-15。特点：力学性能优于HT，具有较高的强度和良好的塑性与韧性；铸造性能低于；“以铁带钢”。应用：汽车、拖拉机或柴油机的连杆、曲轴、凸轮轴、齿轮及涡轮。(二)球墨铸铁牌号、应用(二)蠕墨铸铁牌号、应用牌号：RuT+最低抗拉强度例：RuT420。特点：力学性能高于HT，低于QT；铸造性能、导热性能优于QT。应用：机床立柱，柴油机汽缸盖、缸套、排气管。(二)蠕墨铸铁牌号、应用(二)可锻铸铁牌号、应用牌号：KTH/KTZ+最低抗拉强度-最低断后伸长率。特点：不能进行锻压加工；力学性能高于HT；低温韧性好；能源消耗大，成本高。应用：制作形状复杂、承受冲击载荷的薄壁中、小型零件。(二)可锻铸铁牌号、应用(二)合金铸铁牌号、应用（1）耐磨铸铁：不易磨损牌号：KmTB+合金元素符号+数字（2）耐热铸铁：在高温下使用，抗氧化性和抗生长性能符号使用要求。牌号：HTR/QTR+合金元素符号+数字应用：加入的硅、铝、铬等元素可形成氧化膜，阻止气体渗入铸铁内部产生内氧化和生长，工业加热炉附件（3）耐蚀铸铁：耐化学、电化学腐蚀牌号：HTS+合金元素符号+数字应用：化工机械，如管道、阀门、耐酸泵、反应锅及容器。(二)合金铸铁牌号、应用对比总结钢（碳的质量分数2.11%）使用性能：有良好塑性，钢制品具有强度高，韧性好、耐高温、耐腐蚀、易加工、抗冲击、易提炼。抗拉不抗压。工艺性能：具有良好的锻压性能，但铸造性能较差。低碳钢有良好的焊接性能，合金钢有较好的热处理性能。应用：用做核心部件。对比总结钢（碳的质量分数2.11%）使用性能：硬而脆，良好的耐磨性、高消振性，抗拉强度较低，塑性较差。抗压不抗拉。工艺性能：切削加工性优于钢，具有优良的铸造性能和切削加工性能，低缺口敏感性以及优良的切削加工性能，加工成本低，但不能锻造，可焊性很差。应用：用做大型支撑部件,床身、箱体、机架、导轨、液压件。对比总结铸铁（碳的质量分数2.11%）第第节3非铁基金属材料第节3非铁基金属材料铝及铝合金(一）铝组成：平均铝的质量分数不低于99%。特点：密度小，熔点低，良好的导电性和导热性，耐大气腐蚀，塑性好、强度低。应用：制造电线、电缆、电器元件、换热器件及制作质轻、导热、导电、耐大气腐蚀但强度要求不高的机电构件。铝及铝合金(一）铝铝及铝合金二）铝合金组成：纯铝+一种或多种其他元素。特点：抗拉强度大，比强度高，具有良好的耐腐蚀性和可加工性。铸造铝合金特点：具有良好的铸造性能，但塑性与韧性较低，不能进行压力加工。铸造铝合金应用：质量轻、导热性好，耐腐蚀的汽缸体、箱体、活塞、框架、壳体。铝及铝合金二）铝合金铜及铜合金一）工业纯铜/加工铜/紫铜/电解铜特点：很高的导电性和导热性，抗磁性，抗拉强度、硬度较低，塑性好。牌号：T+数字。数字顺序越大，纯度越低，有T1、T2、T3三种。应用：电线、电缆、电子器件、导热器件、冶炼铜合金的原料。铜及铜合金一）工业纯铜/加工铜/紫铜/电解铜二）铜合金（1）黄铜：铜+锌1）普通黄铜牌号：H+数字（铜的质量分数的百分数）特点：色泽美观，具有良好的耐腐蚀性，加工性能较好。应用：H90、H80：装饰材料、镀层、艺术品、奖章、散热器；H70弹壳、垫片、雷管；H62散热器、油管、螺母、弹簧2）特殊黄铜牌号：H+主加合金元素+平均铜的质量分数+主加合金元素平均质量分数应用：HSn 90-1制作弹性件、套管、耐腐蚀零件、HSi80-3制作船用零件、水管零件。二）铜合金二）铜合金（2）白铜：铜+镍1）普通白铜牌号：B+数字（镍的质量分数的百分数）特点：塑性、耐腐蚀性、耐热性、特殊的电性能。应用：精密机械零件、仪表零件、冷凝器、蒸馏器、热交换器、电器元件。2）特殊白铜牌号：B+主加合金元素+镍的质量分数+主加合金元素平均质量分数应用：热电偶、变阻器、加热器。二）铜合金二）铜合金（3）青铜：除了黄铜和白铜以外的铜合金牌号：Q+第一主加元素的化学符号及数字+其他元素符号及数字应用：QSi3-1制作弹簧、齿轮、蜗杆、蜗轮、电话线、输电线。（4）铸造铜合金牌号：Zcu+主加元素符号及平均质量分数+其他加入元素符号及平均质量分数应用：制作艺术品常用的铸造合金。二）铜合金钛及钛合金一）钛特点：塑性好，比强度高，容易加工成形，耐腐蚀性、抗海水腐蚀性。牌号：TA+顺序号，数字顺序越大，纯度越低，有TA1、TA2、TA3、TA4三种。应用：飞机骨架、发动机部件；海水净化装置及舰船零部件；热交换器、泵体、搅拌器。钛及钛合金一）钛钛及钛合金二）钛合金特点：室温时的强度和高温下的耐热性高。牌号：T+合金类别代号+顺序号，合金代号分别用A、B、C表示、（+）型钛合金。应用：型钛合金，使用温度不超过500C的零件；型钛合金，使用温度350C以下的结构零件和紧固件；（+）型钛合金，使用温度400C以下和在低温下工作的结构零件。钛及钛合金二）钛合金滑动轴承合金牌号：Z+基体金属元素符号+主添加合金元素符号及含量+辅添加合金元素符号及含量分类：锡基、铅基、铜基、铝基。滑动轴承合金牌号：Z+基体金属元素符号+主添加合金元素符号及硬质合金特点：硬度高于高速钢；热硬性高，耐磨性好。含有大量的W、Co、Ti、Ni、Mo、Ta、Nb等贵重金属，价格较贵。加工时，只能采用特种加工或专门的砂轮磨削，采用钎焊、粘结或机械装夹方法。分类：P、M、K、N、S、H硬质合金特点：硬度高于高速钢；热硬性高，耐磨性好。含有大量的