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陈庆银2011330300204机械类11（2）班表面工程技术在机械中的应用精密机械设计基础机械工程材料金属材料非金属材料黑色金属钢有色金属铸铁合金钢无机非金属材料有机材料塑料橡胶陶瓷合成纤维铝合金铜合金其他有色合金机械工程材料精密机械设计基础按化学成分分类：1金属材料：综合性能好，用量最大、应用范围最广)2高分子材料：质轻、耐腐蚀，常用于化工、机械、航空航天等3陶瓷材料：高电强、高硬度、耐腐蚀、绝缘，用于电器、化工、航空航天等等）4复合材料：轻、高的比强度、比刚度，结合两种材料的性能优点，用于航空航天等领域精密机械设计基础金属材料的常用性能:材料常用性能使用性能工艺性能力学性能:强度塑性韧性等物理性能:光、热、电、磁等化学性能:氧化、腐蚀等加工性能:切削、锻造等铸造性能:适合铸造与否焊接性能;容易焊接与否热处理性能:可热处理强化第二节金属材料的力学性能精密机械设计基础1物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性等；第二节金属材料的力学性能2化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；3工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理工艺性等。精密机械设计基础1）定义：金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。2）指标：弹性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性、断裂韧度和疲劳强度等。第二节金属材料的力学性能4金属的力学性能：精密机械设计基础拉伸试样的颈缩现象拉伸试验机第二节金属材料的力学性能精密机械设计基础一应力极限弹性阶段弹性极限p屈服阶段屈服点s强化阶段强度极限b颈缩阶段低碳钢的应力—应变曲线第二节金属材料的力学性能精密机械设计基础第二节金属材料的力学性能oa段：比例弹性变形阶段；(非比例弹性变形阶段)ab段：平台或锯齿（s段）：屈服阶段；bc段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。c点：形成了“缩颈”。cd段：缩颈断裂阶段，承载下降，到k点断裂。精密机械设计基础第二节金属材料的力学性能单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示:ΔL伸长量(mm)ε=——L0原始长度(mm)(2)应变ε(1)应力σ：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积S0表示:F载荷(N)σ=——(Mpa)S0原始横截面积(mm2)精密机械设计基础σbσsσeεσ第二节金属材料的力学性能(3)应力－应变曲线（σ-ε曲线）:以应变为横坐标，以应力为纵坐标绘制的图形。应力与应变曲线精密机械设计基础退火低碳钢低、中回火钢淬火钢及铸铁中碳调质钢第二节金属材料的力学性能不同材料的拉伸曲线精密机械设计基础0SF应力-应变曲线二刚度第二节金属材料的力学性能弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹性变形的能力。即：E=σ/εσε刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。E是衡量材料刚度的性能指标；材料的E越大，刚度越大；零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。精密机械设计基础强度:材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。三强度第二节金属材料的力学性能种类:1抗拉强度2抗压强度3抗弯强度4抗剪强度5抗扭强度精密机械设计基础Fb试样断裂前的最大载荷(N)σb=(MPa)S0试样原始横截面积(mm2)1抗拉强度：第二节金属材料的力学性能试样在断裂前所能承受的最大应力；它表示材料抵抗断裂的能力；它是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。σbσsσe精密机械设计基础2屈服点与屈服强度Fsσs=(MPa)S0Fs试样屈服时的载荷(N)S0试样原始横截面积(mm2)第二节金属材料的力学性能产生明显塑性变形的最低应力值。σs精密机械设计基础2屈服强度(塑性变形量为0.2%，微量塑性变形)F0.2σ0.2=(MPa)S0屈服点σs、屈服强度σ0.2是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。第二节金属材料的力学性能F0.2试样产生0.2%残余塑性变形时的载荷(N)S0试样原始横截面(mm2)σ0.2精密机械设计基础S0-S1ψ=———×100%S0四塑性第二节金属材料的力学性能塑性是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。(1)断面收缩率:是指试样拉断处横截面积的收缩量ΔS与原始横截面积S0之比。精密机械设计基础(2)伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量ΔL与原始标距L0之比。第二节金属材料的力学性能l1-l0δ=×100%l0δ2~5%属脆性材科δ≈5~10%属韧性材料δ10%属塑性材料精密机械设计基础1布氏硬度HB五硬度第二节金属材料的力学性能是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。硬度是各种零件和工具必需具备的力学性能指标,常作为技术要求标注在零件工作图上。常用测量硬度的方法:2洛氏硬度HR3维氏硬度HV精密机械设计基础布氏硬度计第二节金属材料的力学性能1布氏硬度(HB)精密机械设计基础适用范围:＜450HBS;第二节金属材料的力学性能压头为硬当质合金球时，硬度符号为HBW。当压头为钢球时，硬度符号为HBS；布氏硬度表达方式：HBS、HBW精密机械设计基础h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计10HRC≈HBS第二节金属材料的力学性能2洛氏硬度(HR)精密机械设计基础适用范围:测量薄板类;HV≈HBS;第二节金属材料的力学性能3维氏硬度(HV)精密机械设计基础一钢铁材料第三节工业常用钢铁材料3铸铁1碳素钢2合金钢合金钢：在碳素钢的基础上，有目的的加入一些合金元素,(如铬Cr、钒V、镍Ni、钨W)性能显著提高。碳素钢：含碳量2.11%的铁碳合金。铸铁：含碳量2.11%的铁碳合金。精密机械设计基础第三节工业常用钢铁材料1)碳素钢分类(1)按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢；(2)按冶炼方法分为平炉钢转炉钢和电炉钢；(3)按脱氧方法分为为沸腾钢(F)、镇静钢(Z)、半镇静钢(b)和特殊镇静钢(TZ)；(4)按含碳量分为低碳钢(WC≤0.25%),中碳钢(WC0.25%~0.6%)和高碳钢(WC0.6%)；1碳素钢精密机械设计基础第三节工业常用钢铁材料(5)按磷、硫含量分为普通碳素钢(含磷硫较高)优质碳素钢(含磷硫较低)和高级优质钢(含磷硫更低)和特级优质钢。1)有害元素碳素钢微量元素P—有很强的固溶强化作用,低温韧性差(冷脆)。S—能引起钢在热加工时或高温工作开裂(热裂)。精密机械设计基础Mn—脱氧、去硫，提高钢的强度和硬度。Si—有很强的固溶强化作用,能脱氧，提高钢的强度、硬度和弹性，降低塑性和韧性。2)有益元素*适当增加硫、磷含量，可提高钢的切削加工性能；*磷可增加钢在大气中的耐腐蚀性能第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础Q235—A·F沸腾钢A等级235MPa屈服强度2)碳素钢的编号及用途质量等级脱氧方法第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础两位阿拉伯数字，表示含碳量*45---Wc=45%%的优质碳素结构钢*较高锰质量分数的优质碳素结构钢45Mn---Wc=45%%;WMn=0.7%～1.0%第三节工业常用钢铁材料3)碳素结构钢精密机械设计基础T12A高级优质Wc=12%%碳素工具钢4)碳素工具钢第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础ZG200-400σb≥400MPaσs≥200MPa铸钢4)铸造碳钢第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础2合金钢1)定义合金钢是冶炼时人为的在钢中加入一些合金元素所形成的钢，这些元素包括锰、硅、镍、钼、钨、钒、钛、铌、稀土元素。2)根据加入合金元素总量分为(1)低合金钢(合金总量小于5%)(2)中合金钢(合金总量5%~10%)(3)高合金钢(合金总量大于10%)第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础1.化学成分:碳素结构钢+合金元素主加合金元素:Mn1.8%以内。辅加合金元素:V、Ti、Cu、B。2.牌号:Q345C质量等级345MPa屈服强度第三节工业常用钢铁材料普通低合金钢成分和牌号：精密机械设计基础Q460钢含Mo、B，强度高，用于石化中温高压容器。压力容器南京长江大桥Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。Q390钢含V、Ti，强度高，用于中等压力的容器。万吨远洋轮普通低合金钢用途：第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础铸铁铸铁分类3灰口铸铁1)灰铸铁碳主要以片状石墨形式出现铸铁；2)可锻铸铁碳以团絮状石墨形式出现铸铁；3)球墨铸铁碳以球状石墨形式出现铸铁；4)蠕墨铸铁碳以蠕虫状石墨形式出现的铸铁。牌号：RUT4201白口铸铁2麻口铸铁3灰口铸铁是指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金总称。工业常用铸铁：灰口铸铁球墨铸铁可锻铸铁第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础灰口铸铁灰铸铁的化学成分、组织和性能1)化学成分灰铸铁的化学成分一般为：wC=2.5%～4．0%，wSi=1.0%～2．5%，wMn=O．5%～1.4%，wS≤O.15%，wP≤0.3%。第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础1)化学成分灰铸铁的化学成分一般为：wC=2.5%～4．0%，wSi=1.0%～2．5%，wMn=O．5%～1.4%，wS≤O.15%，wP≤0.3%。第三节工业常用钢铁材料灰口铸铁精密机械设计基础2)性能力学性能石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得了许多钢所不及的优良性能优良的性能：①良好的铸造性能②良好的减震性③较低的缺口敏感性④良好的切削加工性⑤良好的减摩性⑥良好的抗压性能第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础灰口铸铁牌号b类别牌号用途举例铁素体灰铸铁HTl00低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支架等铁索体—珠光体灰铸铁HT150承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件珠光体灰铸铁HT200承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等HT250孕育铸铁HT300床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸体、汽缸盖等HT350第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础1铜1)性能特点2)铜的分类工业纯铜T1～T4，含铜量依次下降；无氧铜TU2二非铁金属第三节工业常用钢铁材料密度大，导电及导热性能好，抗大气腐蚀性好，塑性高，强度低，无磁性，无打击火花，加工工艺性好等。精密机械设计基础1铜合金2)铜的分类工业纯铜T1～T4，含铜量依次下降；无氧铜TU2二非铁金属第三节工业常用钢铁材料密度大，导电及导热性能好，抗大气腐蚀性好，塑性高，强度低，无磁性，无打击火花，加工工艺性好等。定义:除黑色金属(钢、铁)以外的所有金属。铜及铜合金铝及铝合金精密机械设计基础铜合金：1)黄铜、2)青铜2铜合金1)普通黄铜黄铜是铜和锌的合金，黄铜中锌含量在20%~40%左右。黄铜具有优良的机械加工性能和良好的防腐性，可以铸造，也可以锻造。第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础(Z)H90含铜量WCu=90%黄铜铸造2)黄铜的牌号第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础3.铜合金的分类黄铜:Cu–Zn白铜:Cu–Ni青铜:除黄铜和白铜外的所有铜合金。第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础金奖黄铜-H90弹壳黄铜-H70(H68)日用黄铜-H62(H59)法兰阀闸阀冷凝器管3)常用的黄铜第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础1)定义2)牌号HAl59-3含铝量WAl=3%含铜量WCu=59%2青铜在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn等元素所形成的合金。第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础ZQSn10–1其它合金元素含量为1%主加元素锡其含量为WSn=10%青铜铸造锡青铜表示方法3)普通青铜(锡青铜)普通青铜(锡青铜)特殊青铜(无锡青铜)第三节工业常用钢铁材料精密机械设计基础1.硅青铜:QSi3–12.铝青铜:QAl73.铍青铜:QBe2;具有非常好的力学性能。用于制造重要、精密、高温、高速下工作的零件