第二节 机械工程常用材料

第一章机器的组成与制造第一节机器的组成第二节机械工程常用材料第三节机器制造基本过程第四节零件加工质量第五节生产纲领和生产类型第六节机械制造工艺过程的技术经济分析第一节机器的组成一、按功能分析机器的组成日常生活和工作中机器多种多样，如汽车、飞机、轮船、机床、洗衣机等。构造不同，工作对象也不同。第一节机器的组成一、按功能分析机器的组成：1、动力部分2、传动部分3、工作部分4、控制部分控制系统的分类1、模拟控制与数字控制模拟控制控制的是模拟量，即在时间上和数值上都是连续的。如电压、电流。数字控制控制的是数字量，即在时间上和数值上都是离散的。如逻辑电路的开关量。2、闭环控制与开环控制系统(1)闭环控制系统有检测元件、反馈装置的控制系统。反馈装置就是将被控对象的参数反回给发出控制信号的一端的装置。反馈回的信号与控制信号通过比较再传给被控对象。特点：控制精度高，可消除系统中控制参数与给定值间的误差。(2)开环控制系统无检测元件和反馈装置的控制系统。特点：控制精度较低，不可消除系统中控制参数与给定值间的误差。3、计算机控制自动控制中的各项功能由计算机来完成，通过程序进行控制。在一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件产生的，要改变规律就要改变硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律由软件实现，要改变控制规律只要修改程序就可以了。二、按结构分析机器的组成(1)零件是机器的制造单元零件分类：专用零件如某机器中的轴、内燃机凸轮。通用零件如螺母、螺栓。(2)构件是机器的运动单元或运动整体。可以是一个零件，也可以是多个零件的刚性组合。如，曲轴为一个零件的构件，而连杆是有多零件构成的构件。构件中的每个组成零件在工作中无相对运动。(3)机构是由许多构件组合而成的，各构件之间具有确定的相对运动。作用：传递运动和和变换运动方式。如齿轮机构。多数机器都包含若干个机构。最简单的机器包含一个机构，如螺旋千斤顶。(4)机器的特征有以下三点：由若干机构组成。传递运动和力。具有变换或传递能量、物料、信息的功能。机构与机器的区别：机器可以实现能量转换，而机构不能实现能量转换。但仅从结构和运动观点看，机器与机构并无区别。通常，机械为机器和机构的总称。第二节机械工程常用材料一、材料的分类（一）按照材料的组成分类：金属材料、非金属材料。金属材料分类：黑色金属和有色金属。黑色金属：钢和以铁为主的合金。有色金属：黑色金属以外的所有金属。非金属材料：无机非金属材料和有机高分子材料。（二）按照材料的应用分类：结构材料和功能材料。二、常用的工程材料（一）黑色金属(碳素钢和合金钢)指钢和以铁为主的合金。1、碳素钢。（1）根据含碳量分低碳钢：含碳量＜0.25％中碳钢：含碳量0.25％～0.6％高碳钢：含碳量＞0.6％（2）按含有害杂质S、P含量分普通碳素钢：含S、P分别低于0.050％和0.045％优质碳素钢：含S、P分别低于0.035％高级优质碳素钢：含S、P都低于0.030％（3）按用途分碳素结构钢：主要用于构件和机器零件。碳素工具钢：主要用于刀具、工具、量具和模具。铸造碳钢：用于制造形状复杂、力学性能比铸铁高的零件。2、合金钢。为提高性能，在炼钢时加入合金元素所炼出的钢称为合金钢。（1）根据用途分：合金结构钢：合金工具钢：刃具钢、模具钢。特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢。（2）根据合金元素含量分：低合金钢：合金含量＜5％中合金钢：合金含量5％～10％高合金钢：合金含量＞10％（3）根据正火后的组织状态分珠光体钢、马氏体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、铁素体钢。3、钢的牌号（1）普通碳素结构钢。由代表屈服极限的拼音字母Q、屈服极限值（单位MPa）、质量等级符号和脱氧方法符号四部分组成。质量等级四级A、B、C、D表示。脱氧方法以F、b、Z、TZ分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。例，Q235AF表示屈服极限235MPa、质量等级A、沸腾钢。（2）优质碳素结构钢。用两位数字表示含碳量为万分之几。如45钢，指含碳量为0.45％45Mn，指锰的含量较高，0.7％～1.2％（3）铸造碳钢。由代表铸钢的拼音字母“ZG”、屈服极限值（单位MPa）、横线、抗拉极限（单位MPa）四部分组成。如ZG200-400，屈服极限不低于200MPa，抗拉极限不低于400MPa.（4）碳素工具钢。含碳量0.65％～1.35％T＋数字组成。如T8，含碳量为0.8％。T8A，指高级优质碳素工具钢。（5）合金结构钢。由两位数字＋合金元素符号＋数字如：12GrNi3钢，指含碳量0.12％，含Gr小于1.5％，平均含Ni3％（6）合金工具钢。含碳量大于等于1％时不注；小于1％时以千分之几表示。如9GrSi钢表示含碳0.9％，Gr、Si含量小于1.5％。（7）滚动轴承钢。由G+Gr+数字（铬含量的千分之几）表示。4、铸铁：含碳量大于等于2.11％的铁碳合金。分为灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁四种。铸铁俗称生铁，通常分为灰口铁（碳以石墨形式存在，被切削性好）、白口铁（碳以碳化物形式存在，脆，不可切削加工）和麻口铁（介于二者之间，少用）。可锻铸铁是白口铁退火。球墨铸铁：灰口铸铁球化。蠕墨铸铁：灰口铸铁蠕化。灰口铸铁：脆性大，抗压强度是抗拉强度的3～5倍，耐蚀性好于钢，成本低，铸造性好，减振性能好，可制成形状复杂的零件。牌号HT后加强度数字。例：HT150，表示抗拉强度为150MPa球墨铸铁：含球状石墨。强度、塑性、韧性比灰口铸铁好，延展性、耐磨性较高，减振性、耐磨性、切削性能、铸造性均优于钢。牌号：QT表示，例QT500－7表示最低抗拉强度为500MPa，最小伸长率7％（二）有色金属：非铁金属及合金。铜合金：黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜及白铜。还有铝合金、钛合金等。（三）非金属材料：包括工程塑料、橡胶、人工合成矿物。1、工程塑料。密度小、耐蚀性好，绝缘，加工性好。易老化。散热性差。易燃。2、橡胶。弹性好，绝缘性好，耐磨，耐蚀，耐放射性。常用天然、合成和特种合成。3、人工合成矿物。有刚玉和石英。4、复合材料。由两种以上物理化学上不同的物质结合起来的一种多相固体材料。特点：抗疲劳、减摩、耐磨、自润滑好、化学稳定性好。三、金属材料的工程性能（一）力学性能是构件选材的主要依据包括强度、刚度、塑性、韧性、硬度。强度在载荷情况下，抵抗塑性变形与断裂的能力。刚度材料抵抗弹性变形的能力。塑性在载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。韧性材料承受冲击载荷的能力。硬度材料表面在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的能力。黑色金属材料力学性能的影响因素1、含碳量的影响：含碳量越高强度硬度越高，塑性差。2、合金元素的影响：铬提高刚度耐磨性。锰提高淬透性等。3、温度的影响：高温强度硬度降低，塑性提高。4、热处理的影响：不同的热处理工艺会使钢的工程性能产生不同程度的变化。（二）材料的工艺性能主要指铸造性、可锻性、可焊性、切削性。（三）材料的物理、化学性能物理性能：密度、熔点、热膨胀、导热性、导磁性。化学性能：耐蚀性、抗氧化性、热化学稳定性。四、材料的选用原则1、根据使用要求选择。2、根据工艺要求选择。3、考虑经济要求。