機(jī)械基礎(chǔ)（少學(xué)時(shí)）課件第4章工程材料教學(xué)課件

1、機(jī)械基礎(chǔ)（少學(xué)時(shí)）課件第4章工程材料ppt課件第4章 工程材料 4.1 黑色金屬材料 4.2 鑄鐵4.3 零件材料的選擇和熱處理工藝 應(yīng)用示例機(jī)械基礎(chǔ)（少學(xué)時(shí)）4.1 黑色金屬材料4.1.1非合金鋼（碳素鋼） 鋼鐵材料是鋼和鑄鐵的統(tǒng)稱。鋼是以鐵為主要元素，含碳量一般在2.11%以下，并含有其他元素的材料。鑄鐵是碳含量大于2 .11%的鐵碳合金。含碳量2.11%通常是鋼和鑄鐵的分界線。根據(jù)化學(xué)成分，鋼分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。碳素鋼合金鋼合金主要由Fe、C兩元素組成，含其它雜質(zhì)元素，如Si、Mn、S、P、N等在碳素鋼的基礎(chǔ)上有目的地添加了其它合金元素，如Mn、Si、Ni、V等。？同為Si、

2、M等非Fe、C元素，為何在碳素鋼中稱為雜質(zhì)元素，而在合金鋼中則稱為合金元素？ 為了改善鋼的某種性能，有意加入的元素稱為合金元素，而在煉鋼過程中作為脫氧劑或者由于其它某種原因殘留在鋼中的稱為雜質(zhì)元素！為何要在碳鋼的基礎(chǔ)上加上其它合金元素？ 獲得比碳素鋼更好的性能強(qiáng)硬度、塑韌性、耐腐蝕性、尺寸穩(wěn)定性、耐摩擦性能、易切削性等。4.1 黑色金屬材料 鋼的分類及編號(hào)鋼的分類1、按化學(xué)成分分 中碳鋼 0.250.6%C高碳鋼 0.6%C低碳鋼 0.25%C低合金鋼 合金元素總量 5%中合金鋼 合金元素總量 510%高合金鋼 合金元素總量 10%碳素鋼合金鋼4.1 黑色金屬材料4.1 黑色金屬材料2、按質(zhì)量

3、分鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來(lái)劃分的。分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼.根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，各質(zhì)量等級(jí)鋼的磷、硫含量如下： 鋼 類碳 素 鋼合 金 鋼P(yáng)SPS普通質(zhì)量鋼0.0450.0450.0450.045優(yōu) 質(zhì) 鋼0.0350.0350.0350.035高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼0.0300.0300.0250.025特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼0.0250.0200.0250.0153、按冶煉方法分平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼 按 爐 別 分沸騰鋼：脫氧不充分，澆注時(shí)C與O反應(yīng)發(fā)鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，組織致密，成材率低。半鎮(zhèn)靜鋼：介于前兩者之間。生沸騰。這種鋼成材率高，但不致密。按脫氧程度分特殊鎮(zhèn)靜鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼平爐煉鋼4.1 黑色

4、金屬材料4、按金相組織分珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼萊氏體鋼 按正火組織分亞共析鋼共析鋼過共析鋼 按退火組織分電弧爐煉鋼4.1 黑色金屬材料5、按用途分 工程用鋼 建筑、橋梁、船舶、車輛滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼耐磨鋼機(jī)器用鋼結(jié) 構(gòu) 鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工 具 鋼不銹鋼耐熱鋼特 殊 性能 鋼擠壓模具4.1 黑色金屬材料鋼的編號(hào)我國(guó)鋼材的編號(hào)是采用漢語(yǔ)拼音字母、化學(xué)元素符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法。采用漢語(yǔ)拼音字母表示鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法時(shí)，一般從代表鋼產(chǎn)品名稱的漢字的漢語(yǔ)拼音中選取第一個(gè)字母.齒輪刀具4.1 黑色金屬材料常用鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法表示符號(hào)

5、（GB/T 2212000）名稱符號(hào)位置名稱符號(hào)位置碳素結(jié)構(gòu)鋼Q頭橋梁用鋼q尾低合金高強(qiáng)度鋼Q頭鍋爐用鋼g尾易切削鋼Y頭焊接氣瓶用鋼HP尾碳素工具鋼T頭車輛車軸用鋼LZ頭(滾珠)軸承鋼G頭機(jī)車車軸用鋼JZ頭焊接用鋼H頭沸騰鋼F尾鉚螺鋼ML頭半鎮(zhèn)靜鋼b尾船用鋼國(guó)際符號(hào)鎮(zhèn)靜鋼Z尾汽車大梁用鋼L尾特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ尾壓力容器用鋼R尾質(zhì)量等級(jí)A.B.C.D.E尾4.1 黑色金屬材料碳素鋼的牌號(hào)及用途1. 碳素結(jié)構(gòu)鋼成分：含碳量在0.06-0.38%之間； 非金屬夾雜物和有害元素含量較高。表示方法：Q+最低屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)如 Q235-A，F(xiàn) Q表示“屈服強(qiáng)度”；屈服強(qiáng)度值單位是MPa

6、； 235為屈服強(qiáng)度最小值質(zhì)量等級(jí)符號(hào)為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。脫氧方法符號(hào): 沸騰鋼F；鎮(zhèn)靜鋼Z；半鎮(zhèn)靜鋼b；特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)和化學(xué)成分(GB/T700-1988)牌號(hào)等級(jí)化學(xué)成分脫氧方法w(C)%w( Mn)%w( Si)%w(S )%w( P)%不大于Q1950.06-0.120.25-0.500.600.0500.045F,b,ZQ215A / B0.09-0.150.25-0.550.600.050 / 0.0450.045F,b,ZQ265A0.14-0.220.60-0.650.600.0500.045F,b,ZB0.12-0.

7、200.60-0.700.600.0450.045F,b,ZC0.180.65-0.800.600.0400.040ZD0.170.65-0.800.600.0650.065TZQ255A / B0.18-0.280.40-0.700.600.050 / 0.0450.045ZQ2750.28-0.680.50-0.800.650.0500.045Z4.1 黑色金屬材料應(yīng)用：鋼板、鋼筋、型鋼等，做橋梁建筑構(gòu)件建筑構(gòu)件鋼橋梁4.1 黑色金屬材料2. 優(yōu)質(zhì)碳素鋼成分： 含碳量在0.05-0.7%之間； 有害元素含量較低。牌號(hào)用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬(wàn)分之幾。如45鋼平均含碳量為

8、萬(wàn)分之四十五（即0.45%）的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素鋼的化學(xué)成分和性能鋼號(hào)化學(xué)成分，%s ，MPaCMnSiSP08F10206540455060650.05-0.110.07-0.160.17-0.260.62-0.690.67-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.65-0.650.65-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.060.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17

9、-0.670.17-0.670.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0651752052456156656556754004204.1 黑色金屬材料應(yīng)用：較重要機(jī)械零件，如軸、齒輪、彈簧等汽車曲軸需要進(jìn)行一定的熱處理，如淬火、回火，滲碳等4.1 黑色金屬材料3. 碳素工具鋼成分： 含碳量較高；S和P的含量嚴(yán)格控制。牌號(hào)：如 T8（0.8%）， T12（1.2%） 如在數(shù)字后出現(xiàn)A，表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，如T12A*說明： 含Mn量為0.7 1.0%時(shí)，在兩位數(shù)字后加元

10、素符號(hào)“Mn”，如40Mn。 對(duì)于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼, 在鋼號(hào)后分別加字母F和b，如08F、10b。 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號(hào)后加字母A，如20A。4.1 黑色金屬材料鋼號(hào)C, %Mn, %Si, %S, %P, %退火后HBS, 水冷淬火溫度，T7T8T8MnT9T10MnT10T12T160.65-0.740.75-0.840.80-0.900.85-0.940.95-1.040.95-1.041.15-1.241.25-1.650.400.400.40-0.600.400.40-0.600.400.400.400.650.650.650.650.65 0.65 0.650.650.0600.060

11、0.0600.0600.0600.0600.0600.0600.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.06518718718719219207207217800-820780-800780-800760-780760-780760-780760-780760-780碳素工具鋼的化學(xué)成分和性能（淬火后HRC62)4.1 黑色金屬材料用途： 沖頭、鑿子、鉆頭、銼刀、量規(guī)等熱處理：淬火 + 低溫回火組織：回火M 粒狀Fe3C + A 螺紋量規(guī)4.1 黑色金屬材料碳素鋼牌號(hào)1. 碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235-A，F(xiàn)；Q255 2. 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 20鋼（0.2%）；45鋼（0.4

12、5%）萬(wàn)分之一 3. 碳素工具鋼 T8（0.8%）；T12（1.2%）千分之一4.1 黑色金屬材料4.1. 2合金鋼1. 常加入的合金元素有哪些？Mn、Si、Ni、V、Mo、Cr、Ti、B、Al等2. 為什么要加入這些合金元素？有針對(duì)性地改善鋼的淬透性、強(qiáng)硬度、高溫強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、導(dǎo)電性和磁性3. 這些合金元素怎樣對(duì)鋼的性能產(chǎn)生影響？合金元素在鋼中的作用，是通過與鋼中的鐵和碳發(fā)生作用，合金元素之間的相互作用提高了鋼的力學(xué)性能，改善鋼的熱處理工藝性能。4.1 黑色金屬材料合金鋼的分類合金鋼的種類繁多，根據(jù)選材、生產(chǎn)，研究和管理等不同的要求，可采用不同的分類方法： 1. 按合金鋼的用途分類

13、 1) 合金結(jié)構(gòu)鋼 2) 合金工具鋼 3) 特殊性能用鋼 2. 按合金元素的含量分類 低合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WMe5。 中合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wme：510。 高合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WMe10。 3. 按平衡狀態(tài)或退火組織分類 亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼和萊氏體鋼。4.1 黑色金屬材料一般表示方法：“兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字+”表示含碳量，萬(wàn)分之一為單位高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在最后加A表示表示合金含量，百分之一為單位，四舍五入取整，當(dāng)含碳量低于1.5%時(shí)，數(shù)字省略舉例60Si2Mnw(C)=0.6%, w(Si)=1.5-2.4%, w(Mn) 1.5%18Cr2Ni4

14、WAw(C)=0.18%, w(Cr)=1.5-2.4%, w(Ni) =3.5-4.4%, w(W)1.5%高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼特例：滾動(dòng)軸承鋼（GCr15），G表示滾動(dòng)軸承，Cr是常加元素， 15表示含鉻量千分之一為單位 易切削鋼（Y40Mn），Y表示易切削鋼，后面部分與一般表示方法相同GCr25與Cr12的含鉻量？4.1 黑色金屬材料鋼號(hào)舊鋼號(hào)主 要 化 學(xué) 成 分，%機(jī)械性能CMnSi，s ，MPab ，MPa5 ，%Q29509MnNb12Mn0.160.801.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0.180.201.001.600.553456302122Q39016Mn

15、Nb15MnTi0.201.001.600.553906501920Q42014MnVTiRe15MnVN0.201.001.700.554206801819Q46014MnMoV18MnMoNb0.201.001.700.5546072017常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分、性能（厚度(直徑)16mm，AKV 34J）4.1 黑色金屬材料應(yīng)用：常用于工程機(jī)械領(lǐng)域，如橋梁車輛船舶高壓容器4.1 黑色金屬材料易切削鋼：為了提高鋼的切削加工性能，而加入一種或幾種合金元素，形 成易切削鋼。主加元素：S（0.08-0.30）%，形成夾雜物，使切屑容易脆斷 具有減摩作用，降低切削力和切削熱 減低表面粗糙度，

16、延長(zhǎng)刀具使用壽命！過量的S容易產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象！Pb（0.15-0.25）%，降低摩擦系數(shù)、切屑變脆易斷 Ca（0.001-0.005）%，形成硅酸鹽保護(hù)膜，降低磨損 性能：具有良好的切削性能4.1 黑色金屬材料滲碳鋼：用于制造滲碳零件的鋼。性能要求：表面具有較高的硬度和耐磨性 心部具有良好的塑性和韌性成分：w(C)= (0.1-0.25)%，保證心部具有良好的塑性和韌性 合金元素Cr、Mn、B：提高淬透性，強(qiáng)化鐵素體，改善表面 和心部的組織和性能 Ni：提高心部強(qiáng)度，提高韌性和淬透性 少量Mo、W、V、Ti：穩(wěn)定的合金碳化物，細(xì)化晶粒， 提高表層硬度和耐磨性滲碳鋼牌號(hào)的前兩位數(shù)字應(yīng)該是？4.1

17、黑色金屬材料應(yīng)用：低淬透性滲碳鋼，活塞銷、小齒輪等 中淬透性滲碳鋼，汽車變速齒輪、連軸節(jié)等 高淬透性滲碳鋼，內(nèi)燃機(jī)的牽引齒輪、柴油機(jī)的曲軸等4.1 黑色金屬材料調(diào)質(zhì)鋼：經(jīng)調(diào)制處理后使用的鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼。調(diào)質(zhì)鋼牌號(hào)的前兩位數(shù)字應(yīng)該是？性能要求：較高的強(qiáng)度和良好的塑韌性相配合良好的綜合機(jī)械性能淬火+高溫回火成分： w(C)=0.30.50%，中碳鋼，保證強(qiáng)硬度和塑韌性的搭配 Zr、Ni、Si、Mn：提高淬透性，強(qiáng)化鐵素體 V、Ti、Mo、W：細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性，Mo、W還能 防止第二類回火脆性4.1 黑色金屬材料彈簧鋼：用于制造各種彈性零件的鋼。性能要求：具有較高的彈性極限和強(qiáng)度 具有較高的疲

18、勞強(qiáng)度和屈強(qiáng)比 具有較高的塑性和韌性，承受沖擊載荷 具有耐熱性和耐腐蝕性成分：w(C) = (0.4-0.7)%，中碳鋼 Si、Mn提高淬透性和屈強(qiáng)比，但易引起脫碳和過熱 Cr、V、W減小脫碳和過熱傾向同時(shí)，提高淬透性和強(qiáng)度常用彈簧鋼：Si、Mn系列彈簧鋼：65Mn、60Si2Mn等，用于制作大截面的彈簧Cr、V、W、Mo系列彈簧鋼：50CrVA、60Si2CrVA，制作較高溫 度下使用的承重彈簧4.1 黑色金屬材料 汽車板簧火車螺旋彈簧滾動(dòng)軸承鋼：用于制造各種滾動(dòng)軸承零件如軸承內(nèi)外套圈，滾動(dòng)體的專用鋼4.1 黑色金屬材料性能要求：具有較高的淬透性 具有高而且均勻的硬度和耐磨性 具有良好的韌性

19、、彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度 具有良好的耐腐蝕性（潤(rùn)滑介質(zhì)條件下）常用軸承鋼： 鉻軸承鋼GCr15 其它軸承鋼GCr15SiMn、GSiMnV等常用合金結(jié)構(gòu)鋼：普低鋼、易切削鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼4.1 黑色金屬材料 在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加人一定種類和數(shù)量的合金元素，用來(lái)制造各種刃具、模具、量具等用鋼就稱為合金工具鋼。 合金工具鋼回顧碳素工具鋼的牌號(hào)、用途、熱處理等！牌號(hào)：T8、T12用途：鑿子、銼刀、量具等熱處理：淬火 + 低溫回火4.1 黑色金屬材料牌號(hào)的一般表示方法合金元素：表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同含碳量：W(C) 1.0%，不標(biāo)； W(C) 1.0%，以一位數(shù)表示，千分之一為

20、單位合金結(jié)構(gòu)鋼中合金元素是怎么表示的？含碳量又是如何表示的？特例高速鋼，不論含碳量多少都不標(biāo)，W18Cr4V4.1 黑色金屬材料刃具鋼：用來(lái)制造車刀、銑刀、銼刀、絲錐、鉆頭、板牙等刃具的鋼。工作條件：強(qiáng)摩擦，磨損嚴(yán)重，刃部高溫至500-600，常受沖擊和振動(dòng)性能要求：高硬度，一般都在60HRC以上 高耐磨性，嚴(yán)重影響刃具的使用壽命和使用效率 高紅硬性，高硬度下保持高硬度的能力 良好配合的強(qiáng)度、塑性和韌性，防止沖擊和振動(dòng)載荷分類：低合金刃具鋼、高速鋼4.1 黑色金屬材料一、低合金刃具鋼：在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入（3-5%）合金元素 就形成低合金刃具鋼常用的低合金刃具鋼9SiCr、9Mn2V等，用

21、于幾何形狀復(fù)雜、加工精度要求較高、切削速度不大的板牙、絲錐、鉸刀、搓絲板等板牙絲錐4.1 黑色金屬材料二、高速鋼：合金元素總量超過10%的的高合金工具鋼模具鋼：用作冷沖壓模、熱鍛壓模、擠壓模、壓鑄模等模具的鋼， 分為冷作模具和熱作模具兩大類一、冷作模具鋼：室溫下對(duì)金屬進(jìn)行變形加工的模具，包括冷沖模、 冷鐓模、冷擠壓模。拉絲模、落料模等應(yīng)用：大型模具- Cr12、Cr12MoV 等，熱處理變形小。 小型模具- 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 等，要求不高時(shí) 也可用碳素工具鋼4.1 黑色金屬材料二、熱作模具鋼：用于制造在受熱（400-600）狀態(tài)下對(duì)金屬進(jìn)行 變形加工的模具性能要求：較高的溫度

22、下具有良好的強(qiáng)韌性、較高的硬度、 耐磨性、導(dǎo)熱性、抗熱疲勞能力，較高的淬透性 和尺寸穩(wěn)定性應(yīng)用：中小型模具 5CrMnMo 等。 大型模具 6Cr2W8V等，淬透性好。4.1 黑色金屬材料量具鋼：用于制造卡尺、千分尺、樣板、塞規(guī)、塊規(guī)、螺旋測(cè)微儀 等各種測(cè)量工具的鋼性能要求：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸穩(wěn)定性。4.1 黑色金屬材料特殊性能鋼牌號(hào)的表示方法 特殊性能鋼牌號(hào)表示方法與合金工具鋼基本相同！如9Cr18 不銹鋼、耐熱鋼在含碳量很低時(shí)表示方法有所不同。 w(C) 0.03%，在最前面用“00”表示， w(C) 0.08%，在最前面用“0”表示00Cr17Ni14Mo2，0Cr18Ni9

23、耐磨鋼鑄造成型后使用，牌號(hào)前一般加“ ZG”， “ZG+元素符號(hào)+數(shù)字. ”百分之一為單位ZGMn13-1 4.1 黑色金屬材料不銹鋼：某些在大氣和一般介質(zhì)中具有較高化學(xué)穩(wěn)定性的鋼耐熱鋼：耐熱鋼是指具有良好的高溫抗氧化性和高溫強(qiáng)度的鋼耐磨鋼：耐磨鋼主要是指在強(qiáng)烈沖擊載荷作用下發(fā)生硬化的高錳鋼成分：高錳鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(00915)C之間，錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(11一14)Mn，鋼號(hào)表示為Mnl3。熱處理：10001100，保溫，水冷A，硬度低，韌性高。性能：工件在工作中受到?jīng)_擊變形時(shí)，表層產(chǎn)生加工硬化，及M轉(zhuǎn)變，硬度顯著提高，心部保持高韌性。用途：履帶、鐵道岔道4.1 黑色金屬材料4.2鑄鐵鑄鐵是含

24、碳量大于2.11%并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡(jiǎn)便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。 一、鑄鐵的特點(diǎn)及分類1. 成分 C2.11%wt的鐵碳合金稱為鑄鐵，特點(diǎn)是含有較高的C和Si，同時(shí)也含有一定的Mn、P、S等雜質(zhì)元素。2. 組織 鑄鐵中C、Si含量較高，C大部分、甚至全部以游離狀態(tài)石墨（G）形式存在。3. 性能缺點(diǎn)：強(qiáng)度、塑性及韌性較差，不能鍛造 優(yōu)點(diǎn)：具有良好的鑄造性，具有高的減摩性、切削加工性和低的缺口敏感性 4. 分類白口鑄鐵 滲碳體，萊氏體組織灰口鑄鐵 石墨麻口鑄鐵 滲碳體 + 石墨 普通灰口鑄鐵 G呈片狀； 孕育鑄鐵 G呈細(xì)片狀； 可鍛鑄鐵 G呈團(tuán)絮狀 蠕墨鑄鐵 G呈蠕蟲狀； 球墨鑄鐵 G呈球