第3章_机械制造基础

余小燕郑毅主编机械制造基础第三章第三章常用工程材料•3.1工业用钢•3.2铸铁•3.3其他合金•3.4非金属材料•3.1工业用钢3.1.1钢的分类和编号3.1.2碳素钢第三章常用工程材料3.1.3合金钢钢的冶炼第三章常用工程材料3.1.1钢的分类和编号钢的分类第三章常用工程材料3.1.1钢的分类和编号钢的编号分类典型型号编号说明碳素结构钢Q235-A.F质量为A级的沸腾钢屈服点235MPa“Q”为“屈”字的汉语拼音字首,后面的数字为屈点;A、B、C、D表示质量等级;F、b、Z、TZ依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢优质碳素结构钢45平均ωC为0.45%65Mn平均ωC为0.65%,较高含锰量两位数字表示钢的平均含碳量,以万分之几表示,化学元素符号Mn表示钢的含锰量较高一般工程用铸造碳钢ZG200-400碳素铸钢抗拉强度为400MPa屈服点为200MPa“ZG”代表铸钢,其后面第一组数字为屈服点(MPa);第二组数字为抗拉强度(MPa)第三章常用工程材料3.1.1钢的分类和编号钢的编号（续）分类典型编号编号说明合金结构钢60平均ωMn≤1.5%平均ωSi为2%平均ωC为0.6%GCr15SiMn平均ωCr为1数字+化学元素符号+数字,前面的数字表示钢的平均ωC,以万分之几表示;后面的数字表示合金元素的含量,以平均该合金元素的质量分数的百分之几表示,质量分数少于1.5%时,一般不标明含量碳素工具钢T8平均ωC为0高级优质钢“T”为“碳”字的汉语拼音字首,后面的数字表示钢的平均含碳的质量分数,以千分之几表示;“A”表示高级优质钢第三章常用工程材料分类典型编号编号说明合金工具钢5CrMnMo平均ωC为0.5%平均ωCr、ωMn、ωMo小于1.5%平均ωC1时,以千分之几表示,ωC≥1时不标出;高速钢例外,其平均含量1.0%时也不标出;合金元素含量的表示方法与合金结构钢相同特殊性能钢2Cr13平均ωC为0平均ωCr为13%平均ωC以千分之几表示,但当平均ωC≤0.03%及≤0.08%时,钢号前分别冠以00及0表示;合金元素含量的表示方法与合金结构钢相同3.1.1钢的分类和编号钢的编号（续）第三章常用工程材料3.1.2碳素钢碳素钢简称碳钢,它是含碳量小于2%的铁碳合金碳钢可分为碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素铸钢和碳素工具钢第三章常用工程材料3.1.2碳素钢含碳量对于碳钢性能的影响第三章常用工程材料强度硬度高、塑性韧性低塑性好、强度低增加减小3.1.2碳素钢1.碳素结构钢第三章常用工程材料碳素结构钢的硫、磷的质量分数较高(P≤0.045,S≤0.055),大部分用于工程结构,小部分用于机械零件碳素结构钢一般在供应状态下使用,必要时可进行锻造、焊接等热加工,也可通过热处理调整其力学性能3.1.2碳素钢1.碳素结构钢第三章常用工程材料Q235钢在工业上应用最多,因为它既有一定的强度,又有较好的塑性3.1.2碳素钢1.碳素结构钢第三章常用工程材料3.1.2碳素钢2.优质碳素结构钢第三章常用工程材料这类钢的硫、磷的质量分数≤0.035%,广泛用于较重要的机械零件45号钢应用最广3.1.2碳素钢2.优质碳素结构钢低碳钢中碳钢高碳钢根据含碳量多少应用最多第三章常用工程材料3.1.2碳素钢3.碳素铸钢第三章常用工程材料碳素铸钢是冶炼后直接铸造成毛坯或零件的,适用于形状复杂且韧性、强度要求较高的零件碳素铸钢的ωC一般在0.15%～0.60%范围内,过高则塑性差,易产生裂纹3.1.2碳素钢3.碳素铸钢第三章常用工程材料3.1.2碳素钢4.碳素工具钢第三章常用工程材料碳素工具钢的含碳量为0.7%～1.3%，含碳量高,硬度高、耐磨性好碳素工具钢用于制造各种刃具、模具、量具和其他要求耐磨的机器零件3.1.2碳素钢4.碳素工具钢第三章常用工程材料3.1.2碳素钢4.碳素工具钢第三章常用工程材料3.1.3合金钢所谓合金钢是为了改善或提高钢的性能,在碳钢基础上特意地加入一种或数种合金元素所制成的钢常用的合金元素有Si、Cr、Mn、Ni、W、Mo、Ti和V等第三章常用工程材料3.1.3合金钢根据用途不同可分为三类:合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢第三章常用工程材料3.1.3合金钢1.合金结构钢第三章常用工程材料合金结构钢是合金钢中用途最广、用量最大的一类钢,常用于制造重要的零件合金结构钢可分为普通低合金钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等3.1.3合金钢1.合金结构钢第三章常用工程材料3.1.3合金钢1.合金结构钢第三章常用工程材料3.1.3合金钢1.合金结构钢(1)普通低合金钢常用普通低合金钢的牌号有Q295、Q345、Q390、Q420等第三章常用工程材料3.1.3合金钢1.合金结构钢(2)渗碳钢常用的渗碳钢有15、20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4W等第三章常用工程材料3.1.3合金钢1.合金结构钢(3)调质钢常用的调质钢有45、40Cr、35SiMn、38CrMoAlA等第三章常用工程材料3.1.3合金钢1.合金结构钢(4)弹簧钢常用的弹簧钢有65、65Mn、60Si2Mn、50CrVA等第三章常用工程材料3.1.3合金钢1.合金结构钢(5)滚动轴承钢目前常用的是铬轴承钢(GCr9、GCrl5、GCrl5SiMn等)第三章常用工程材料3.1.3合金钢2.合金工具钢第三章常用工程材料合金工具钢主要用于制造刃具、模具和量具等，钢中的合金元素可增加钢的淬透性、耐磨性和热硬性合金工具钢主要用于制造形状复杂、尺寸较大,要求变形小或切削速度较高的工模具3.1.3合金钢2.合金工具钢第三章常用工程材料3.1.3合金钢2.合金工具钢第三章常用工程材料(1)刃具钢3.1.3合金钢2.合金工具钢第三章常用工程材料(2)模具钢模具钢分为冷模具钢和热模具钢3.1.3合金钢2.合金工具钢第三章常用工程材料(3)量具钢尽量降低淬火温度淬火后立即进行-70～-80℃的冷处理精度要求高的量具,在淬火、冷处理和低温回火后尚需进行时效处理3.1.3合金钢3.特殊性能钢第三章常用工程材料(1)不锈钢不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐溶液或其他腐蚀性介质中具有高度化学稳定性的合金钢的总称3.1.3合金钢3.特殊性能钢第三章常用工程材料(2)耐热钢耐热钢常分为热化学稳定钢(3Cr18Ni25Si2等)和热强钢(Cr12型、Cr13型、1Cr18Ni9Ti、1Cr17等)3.1.3合金钢3.特殊性能钢第三章常用工程材料(3)耐磨钢高锰钢是目前最重要的耐磨钢•3.2铸铁3.2.1铸铁的石墨化3.2.2常用铸铁铸铁是指ωC为2%～4%的铁碳合金,并且还含有较多的Si、Mn、S、P等元素铸铁有良好的减振、减磨作用,良好的铸造性能及切削加工性能,且价格低第三章常用工程材料3.2.3合金铸铁3.2.1铸铁的石墨化第三章常用工程材料1.铸铁冷却和加热时的石墨化过程(1)冷却从液体中析出一次石墨由共晶反应而生成的共晶石墨由奥氏体中析出二次石墨由共析反应而生成的共析石墨3.2.1铸铁的石墨化第三章常用工程材料1.铸铁冷却和加热时的石墨化过程(2)加热Fe3C→3Fe+C3.2.1铸铁的石墨化第三章常用工程材料2.影响铸铁石墨化的因素(1)化学成分的影响(2)冷却速度的影响3.2.2常用铸铁第三章常用工程材料1.灰铸铁灰铸铁的组织是由片状石墨和钢的基体两部分组成灰铸铁的性能与普通碳钢相比,具有力学性能低、耐磨性与消震性好和工艺性能好等特性3.2.2常用铸铁第三章常用工程材料2.球墨铸铁球墨铸铁中石墨呈球状球墨铸铁兼有钢的高强度和灰铸铁的优良铸造性能,是一种有发展前途的铸造合金,用来制造受力复杂、力学性能要求高的铸件3.2.2常用铸铁第三章常用工程材料3.蠕墨铸铁蠕墨铸铁是一种新型铸铁,其中碳主要以蠕虫状形态存在,其石墨形状介于片状和球状之间蠕墨铸铁保留了灰铸铁工艺性能优良和球墨铸铁力学性能优良的共同特点,而克服了灰铸铁力学性能低和球墨铸铁工艺性能差的缺点3.2.2常用铸铁第三章常用工程材料4.可锻铸铁可锻铸铁的石墨呈团絮状,它对基体的割裂程度较灰铸铁轻可锻铸铁性能优于灰铸铁;在铁液处理、质量控制等方面又优于球墨铸铁3.2.2常用铸铁名称牌号典型牌号主要用途灰铸铁HTHT150、HT200底座、刀架、阀体、水泵壳球墨铸铁QTQT400-15、QT600-3汽车、拖拉机的轮毂、中低压阀门、电动机壳、齿轮箱蠕墨铸铁RuT─生产气缸盖、钢锭模等铸件可锻铸铁KTKTH350-10、KTH450-06低压阀门、连杆、曲轴、齿轮等零件第三章常用工程材料3.2.3合金铸铁合金铸铁与合金钢相比,熔炼简单,成本低廉,基本上能满足特殊性能的要求,但力学性能较差,脆性较大第三章常用工程材料常用的合金铸铁有：3.2.3合金铸铁耐磨铸铁耐热铸铁耐蚀铸铁第三章常用工程材料3.2.3合金铸铁第三章常用工程材料1.耐磨铸铁在无润滑干摩擦条件下工作的零件应具有均匀的高硬度组织在润滑条件下工作的耐磨铸铁,其组织应为软基体上分布有硬的组织组成物,使软基体磨损后形成沟槽,保持油墨3.2.3合金铸铁第三章常用工程材料2.耐热铸铁铸铁的耐热性主要是指在高温下的抗氧化和抗热生长能力耐热铸铁按其成分可分为硅系、铝系、硅铝系及铬系等，主要用于制造加热炉附件,如炉底、烟道挡板、传递链构件等3.2.3合金铸铁第三章常用工程材料3.耐蚀铸铁耐蚀铸铁是指在腐蚀性介质中工作时具有耐蚀能力的铸铁耐蚀铸铁主要用于化工机械,如制造容器、管道、泵、阀门等•3.3其它合金3.3.1铝及其合金3.3.2铜及其合金3.3.3轴承合金3.3.4粉末冶金与硬质合金第三章常用工程材料3.3.1铝及其合金1.工业纯铝工业上使用的纯铝,其纯度(质量分数)为99.7%～98%工业纯铝的牌号为1070A、1060、1050A工业纯铝塑性好,但强度低第三章常用工程材料3.3.1铝及其合金2.铝合金的分类及热处理特点(1)变形铝合金不可热处理强化可热处理强化防锈铝合金硬铝合金超硬铝合金锻铝合金第三章常用工程材料3.3.1铝及其合金2.铝合金的分类及热处理特点(1)变形铝合金防锈铝合金属Al-Mn系合金及Al-Mg系合金硬铝合金属Al-Cu-Mg系合金超硬铝合金属Al-Cu-Mg-Zn系合金锻铝合金属A1-Cu-Mg-Si系合金第三章常用工程材料3.3.1铝及其合金2.铝合金的分类及热处理特点(2)铸造铝合金铸造铝合金是用于浇注成铸件的铝合金铸造铝合金的代号由“ZL”根据主加元素的不同,铸造铝合金分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系及Al-Zn系四类Al-Si系合金是工业中应用最广泛的铸造铝合金第三章常用工程材料3.3.2铜及其合金第三章常用工程材料1.工业纯铜工业用纯铜,含铜量ωCu高于99.5%,通常呈紫红色工业纯铜牌号有T1、T2、T3和T4四种,序号越大,纯度越低纯铜具有优良的导电、导热、耐蚀和焊接性能,又有一定的强度,广泛用于导电、导热和耐蚀器件微量的杂质元素对铜的力学性能和物理性能影响较大3.3.2铜及其合金2.铜合金铜合金黄铜青铜普通黄铜压力加工锡青铜铸造锡青铜特殊黄铜无锡青铜第三章常用工程材料3.3.2铜及其合金2.铜合金第三章常用工程材料(1)黄铜普通黄铜是以锌和铜组成的合金特殊黄铜是在普通黄铜的基础上加入其他合金元素的铜合金3.3.2铜及其合金2.铜合金第三章常用工程材料(2)青铜压力加工锡青铜含锡量一般小于10%,适宜于冷热压力加工铸造锡青铜含锡量为10%～14%无锡青铜是指不含锡的青铜,常用的有铝青铜、铍青铜、铅青铜、锰青铜、硅青铜等3.3.3轴承合金轴承合金应具有如下性能要求：第三章常用工程材料足够的强度和硬度足够的塑性、韧性与轴之间有良好的磨合能力及较小的摩擦系数有良好的导热性和抗蚀性有良好的工艺性,容易制造且价格低廉3.3.3轴承合金用于制作轴瓦和轴衬的合金称为轴承合金图3.1轴承合金结构示意图第三章常用工程材料3.3.3轴承合金(1)锡基轴承合金锡基轴承合金是工业上广泛应用的轴承材料典型锡基轴承合金的牌号是ZCh