机械设计基础材料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,#,工业设计机械基础,1,机械零件常用材料,2,钢的热处理简介,3,选择材料的基本原则,第二章 机械零件常用材料,1,机械零件常用材料,非金属材料,如工程塑料、橡胶、,玻璃、纤维等,有色金属,金属材料,黑色金属（钢、铸铁）,重金属：,4.5g/cm,3,如铜,等,轻金属：如铝、钛、镁等,贵金属：如金、银、铂等,稀有金属,：如铀、钨、钼,复合材料,金属基复合材料,非金属基复合材料,一、金属材料,钢,铁碳合金,（,C2%,）；强度高，韧性好；易加工。,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）,用途,碳素钢,低合金钢,合金钢,化学成分,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,牌号：尺寸,2%,），,灰铸铁,、球墨铸铁、可锻铸铁,、合金,铸铁,等,。,表,1-5,灰铸铁,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,铸铁：脆性大，抗拉能力差，不适合锻压和焊接，常用于铸造形状复杂的零件。,有色金属,1.,铜,及铜合金,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,表,1-6,铜合金,黄铜,：,Cu,与,Zn,合金；青铜：,Cu,与,Sn,的合金；无锡青铜：,Cu,与铅、铝等的合金。,导电性,、导热性、减摩耐磨性、耐腐蚀性良好。,纯铝，密度低，物理性能优良，但强度、硬度低。,应用最广的轻金属，分为,形变铝合金和铸造铝合金。,重量,轻、导热导电性较好、,塑性好,、抗氧化性好，高强度,铝合金强度,可与碳素钢,相近。,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,二、非金属材料,机械中采用的非金属材料有工程塑料、橡胶、涂料等。,表,1-8,工程塑料,牌 号,力学性能,用 途,抗拉强度,b,/,MPa,伸长率,/%,尼龙,66,4681.3,60200,适用于中等载荷、温度,100120,、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),13.724.5,250350,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,概 念：将钢在固态下加热到一定温度，进行必要的保温，然后采用不同的,冷却速度,，以改变钢的组织结构，从而得到所需性能的工艺方法。,目 的：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。,2,钢,的热处理简介,一、热处理,退火,正火,淬火,回火,调质,化学热处理,时间,温度,加热,保温,临界温度,淬火,回火,调质,退火,正火,二、常用热处理方法,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。,1.,退火,2.,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,。,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,。,3.,淬火,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,在空气中冷却,。,4.,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,调质即,淬火和高温回火,的综合热处理工艺,。,5.,调质,调质可以提高材料的综合力学性能，一些重要的受载零件，常采用调整处理，如齿轮、轴等。,6.,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。,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。,7.,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）,3,选用,材料的基本原则,一、,使用方面的要求,1.,零件所受载荷的大小和性质 （拉、压、冲击等）,2.,零件的工作条件（温度、腐蚀环境等）,3.,对零件尺寸和重量的限制,4.,零件的重要程度,5.,其它特殊要求（电性能、热性能、磁性能、摩擦学性能等）,表面工程技术,三、经济性方面的要求,二、工艺方面的要求,所选材料要保证零件能很方便地制造出来。,零件材料 零件结构。,材料价格高低,零件制造成本高低,尽量少使用稀缺,原,材料,