机械零件的常用材料和结构工艺性课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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及选用,1-2,机械零件的结构工艺性,1-3,机械设计中的标准化,2024/11/14,1,第一章 机械零件的常用材1-1 机械零件的常用材料及选用,1-1,机械零件的常用材料及选用,一、机械零件常用材料,复合材料,黑色金属（,钢、铸铁等）,有色金属（如铜、铝及其合金等）,非金属材料,金属材料,如工程塑料、橡胶、玻璃等,如纤维增强塑料、金属陶瓷等,2024/11/14,2,1-1 机械零件的常用材料及选用一、机械零件常用材料复合材,铁碳合金（,C2%,）,结构钢,（机械零件、工程结构等）,工具钢,（刀具、量具、模具等）,特殊钢,（不锈钢、耐热钢、耐酸钢等）,1,、钢,用途,碳素钢,（非合金钢）,低合金钢,合金钢,化学,成分,2024/11/14,3,铁碳合金（C2%）结构钢（机械零件、工程结构等）1、钢用途,表,1-1,普通碳素结构钢,牌 号,力学性能（不小于）,用 途,抗拉强度,b,/,MPa,屈服点,s,/MPa,伸长率,/%,Q195,315430,195,33,冲压件、焊接件及,受载小,的机械零件，如垫圈,开口销、地脚螺栓等,Q215,Q235,335450,375500,215,235,31,26,焊接件、金属结构件及螺栓、螺母、铆钉、销轴、连杆、支座等,受载不大,的机械零件,Q255,Q275,410550,490630,255,275,24,20,金属结构件及螺栓、螺母、垫圈、楔、转轴、心轴、链轮、吊钩、连杆等,受力较大,的机械零件,1,）普通碳素结构钢,牌号含义,：,Q235,，,Q235-A,（,B,、,C,、,D,）,2024/11/14,4,表1-1 普通碳素结构钢牌 号力学性能（不小于）用,2,）,优质碳素结构钢,表,1-2,优质碳素结构钢,牌 号,力学性能（不小于）,用 途,抗拉强度,b,/,MPa,屈服点,s,/MPa,伸长率,/%,10,20,335,410,205,245,31,25,冷冲压件、连接件及渗碳零件，如心轴、套筒、螺栓、螺母、吊钩、摩擦片、离合器盘等,30,45,490,600,295,355,21,16,调制零件，如齿轮、套筒、连杆、轴类零件及连接件等,60,70,675,715,400,420,12,9,弹簧、弹性垫圈、凸轮及易磨损零件,牌号含义,：,45,钢（平均含碳量为万分之,45),C,0.25%,低碳钢,，强度、硬度低，塑性、焊接性能好,0.25%C2%,）,铸铁性脆，不适合于锻压和焊接，但熔点低，流动性好，可铸造形状复,杂的大小铸件。主要包括：,灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁,等。,牌 号,力学性能,用 途,抗拉强度,b,/,MPa,抗压强度,s,/MPa,HT200,200,750,气缸、齿轮、机床、飞轮、齿条、衬筒、一般机床铸有导轨的床身、液压筒、泵的壳体等,.,HT250,250,1000,阀壳、油缸、气缸、联轴器、机体、齿轮、齿轮箱外壳、飞轮、凸轮、轴承座等,.,HT300,300,1100,齿轮、凸轮、车床卡盘、压力机的床身、导板、增压液压筒、泵的壳体等,.,牌号含义：,HT150,（抗拉强度平均值）,表,1-5,灰铸铁,2024/11/14,8,2、铸铁铁碳合金（C2%）铸铁性脆，,铜及,铜合金,黄铜,：,Cu,与,Zn,（,15%,）合金,青铜,锡青铜：,Cu,与,Sn,的合金,无锡青铜：,Cu,与,Al,、,Si,、,Pb,等的合金,2),铝及,铝合金,形变铝合金,：防锈铝、锻铝等,铸造铝合金,（,应用最广的轻金属）,3,、有色金属,铜的力学性能很低，在机械工业中的应用并不多。,2024/11/14,9,铜及铜合金 黄铜：Cu与Zn（15%）合金,1,）铜及铜合金,表,1-6,铜合金,牌 号,力学性能,材料状态,用 途,抗拉强度,b,/,MPa,伸长率,/%,ZCuSn10P1,(10-1,锡青铜,),220,310,3,2,砂 模,金属模,受冲击载荷的耐磨件，如齿轮、涡轮、轴瓦、衬套、丝杆螺母等,ZCuAl10Fe3,(10-3,铝青铜,),490,540,10,12,砂 模,金属模,重要的轴承、轴套、轮缘及大型铸件等,H62,(62,黄铜,),370,49,棒 材,螺母、垫圈、铆钉、弹簧等,导电性、导热性、减摩耐磨性、耐腐蚀性良好,2024/11/14,10,1）铜及铜合金表1-6 铜合金牌 号力学性能材料状态用,2,）铝及铝合金,表,1-7,铝合金,牌 号,力学性能,材料状态,（棒材）,用 途,抗拉强度,b,/,MPa,伸长率,/%,2Al1,(LY11,，硬铝,),420,15,砂 模,金属模,中等强度零件及焊接件，如螺栓、铆钉、接头、骨架等,7A04,(LC4,，超硬铝,),600,12,砂 模,金属模,高强度零件、大梁、框架等,ZAlSi7Mg,(ZL101,铸铝硅合金,),222,1,棒 材,中等强度、形状复杂的零件，如支架、客体、发动机附件等,铝及铝合金是应用,最广的轻金属,，纯铝有良好的塑性、耐蚀性、导电性、导热性和焊接性。,2024/11/14,11,2）铝及铝合金表1-7 铝合金牌 号力学性能材料状态用,4,、工程塑料,在工程中用来作,结构或传动件材料的塑料,，具有较高的强度，质量轻，绝缘性、减摩耐磨性、耐蚀性、耐热性好。,牌 号,力学性能,用 途,抗拉强度,b,/,MPa,伸长率,/%,尼龙,66,46,81.3,60,200,适用于中等载荷、温度,100,120,、无润滑或少润滑条件下工作的耐磨受力传动零件,.,聚四氟乙烯,(PTEE,，,F-4),13.7,24.5,250,350,主要用作耐化学腐蚀、耐高温的密封元件，也用作输送腐蚀介质的高温管道、耐腐蚀衬里、容器以及轴承、导轨、无油润滑活塞环、密封圈等,.,酚醛塑料,(PF),24.5,常用的为层压酚醛塑料和粉末状压制塑料，有板材、管材及帮料等。可用作轴承、轴瓦、带轮、齿轮、制动装置和离合装置的零件、摩擦轮及电器绝缘零件等,.,表,1-8,工程塑料,2024/11/14,12,4、工程塑料 在工程中用来作结构或传动件材料的塑料，具,二、钢的热处理简介,1,、热处理,定义：,将钢在,固态下,进行不同温度的,加热、保温和冷却,的工艺方法。,目 的：,促使钢内部组织机构发生变化，从而,提高零件的力学性能,和,改善工艺性能,。热处理能充分发挥材料的潜力，节省钢材，延长机械的使用寿命。,2024/11/14,13,二、钢的热处理简介1、热处理定义：将钢在固态下进行不同温度的,时间,温度,加热,保温,临界温度,淬火,回火,调质,退火,正火,加热,保温,临界温度,调质,正火,加 热,保温,临界温度,正火,回 火,临界温度,正 火,退火,正火,淬火,回火,调质,化学热处理,2,、常用的热处理方法,2024/11/14,14,时间温度加热保温临界温度淬火回火调质退火正火加热保温临界温度,将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后,随炉冷却,。,1.,消除内应力，降低硬度，便于切削；,2.,提高塑性和韧性；,3.,改善组织为进一步热处理作准备。,退火：,2024/11/14,15,将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后随炉冷却。1.,正火：,1.,消除内应力（不如退火彻底），,钢的强度、硬度较退火高；,2.,不占用设备，生产率较高。,将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后在,空气中,冷却。,2024/11/14,16,正火：1.消除内应力（不如退火彻底），将钢加热到一,将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后在,水或油,中快速冷却。,1.,钢的硬度急剧增加，但存在很大的内应力，,脆性增加；,2.,为了减少内应力、降低脆性和获得良好的机,械性能，,淬火后一般均需回火,。,淬火：,2024/11/14,17,将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后在水或油中快速,将,淬火钢,重新加热到某一,低于,临界温度，保温一段时间，然后冷却。,回火：,150,250,作用：减少内应力、降低脆性；同时保存淬火钢的高硬度和耐磨性。,应用：刀具，量具,350,500,作用：弹性，硬度,应用：有弹性要求的零件，如：弹簧,500,650,作用：强度、硬度、塑性和韧性等都较好,应用：重要的机械零件，如：齿轮，轴等。,高温回火,中温回火,低温回火,2024/11/14,18,将淬火钢重新加热到某一低于临界温度，保温一段时间，然,调质可以提高和改善材料的,综合力学性能,。一些重要的零件，特别是一些在变应力作用下的零件，如连杆、齿轮、轴等常采用调质处理。,调质即,淬火和高温回火,的综合热处理工艺。,调质：,2024/11/14,19,调质可以提高和改善材料的综合力学性能。一些重要的,表面淬火,将机械零件表面迅速加热到淬火温度，热量未传至中心，即快速冷却的热处理方法。,2024/11/14,20,表面淬火 将机械零件表面迅速加热到淬火温度，热量未传,将机械零件放在含有某种化学元素的介质中加热和保温，使该元素的,活性原子渗入,到零件表面的热处理方法。,化学热处理,作用,：表面硬而耐磨，芯部仍保持原有韧性。,渗碳,渗氮（氮化）,碳氮共渗（氰化）,2024/11/14,21,将机械零件放在含有某种化学元素的介质中加热和保温，使,渗碳,（,carburizing/carburization,）,渗碳是指使,碳原子渗入到钢表面层,的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有,高硬度和耐磨性,，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。,渗碳工艺广泛用于飞机,汽车和拖拉机等的机械零件,如齿轮,轴,凸轮轴等。,2024/11/14,22,渗碳（carburizing/carburization）,渗氮,（,nitriding,）,又称,氮化,，是指向钢的表面层渗入氮原子的过程。其目的是提高表面层的硬度与耐磨性以及提高疲劳强度、抗腐蚀性等。,与渗碳工艺相比，,渗氮温度比较低,，因而畸变小，但由于心部硬度较低，渗层也较浅，一般只能满足承受轻、中等载荷的耐磨、耐疲劳要求，或有一定耐热、耐腐蚀要求的机器零件，以及各种切削刀具、冷作和热作模具等。,2024/11/14,23,渗氮（nitriding）又称氮化，是指向钢的表,碳氮共渗（氰化）,碳氮共渗后淬火加低温回火。,氮碳共渗后得到的化合物层,韧性好，硬度高，耐磨，耐蚀，抗咬合。,氰化常用于低碳钢和中碳钢。,2024/11/14,24,碳氮共渗（氰化）碳氮共渗后淬火加低温回火。,在机械设计中，零件材料的选用是否合理，将,直接影响到机械的使用,性能,、,工作可靠性,和,经济性,。,在选用材料时，应注意：,1.,使用方面的要求,1,）零件所受载荷的大小和性质，以及应力状态；,2,）零件的工作条件；,3,）零件尺寸、重量有无限制；,4,）零件的重要程度；,5,）其他特殊要求，如导电性、抗磁性等。,三、选用材料的基本原则,2024/11/14,25,在机械设计中，零件材料的选用是否合理，将三、选,2.,工艺性方面的要求,所选的材料要保证零件,便于制造,，即应与零件,的结构,和复杂程度、尺寸大小和毛坯的制造方法相,适应。,例：焊接毛坯（焊接性能好）、冲压或模锻（塑性较好）,3.,经济方面的要求,所选材料应保证零件,最经济地,制造出来，不,仅要考虑原材料价格的高低，还要考虑零件制造成,本的高低。,2