机械工程材料

知识结构框架   

知识点精讲

l  金属材料的性能

1、力学性能：材料在外力作用下所表现出的性能。

2、金属材料的五大力学性能：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度。

   1）强度：材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。

      衡量指标：屈服强度σS：

                             σS =Fs/S0    （MPa）

                             屈服强度 — 是塑性材料选材和评定的依据。

                抗拉强度σb：

                             σb =Fb/S0   （MPa）

                             抗拉强度 — 是脆性材料选材的依据。

   2）塑性：材料在外力作用下，抵抗永久变形而不引起破坏的能力。

      衡量指标：断后伸长率δ：

                断面收缩率ψ:

                             

通常  δ 和 ψ值越大，塑性越好。

   3）硬度：材料抵抗局部变形的能力。                                        

      常用测定硬度的方法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度

      布氏硬度：球状压头，压痕大，测量数据准确，用于测原材料、半成品、厚件。

      洛氏硬度：锥状压头，压痕小，测量数据不准确，用于测成品，薄件。

   4）韧性：材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。

   5）疲劳强度：材料抵抗循环应力和交变载荷作用的能力。

      钢的应力循环次数：107

      有色金属的应力循环次数：108

l  钢的热处理

一、钢的热处理是将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。

二、分类：

三、在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。模具、滚动轴承100%需经过热处理。

四、退火：工艺： 加热保温冷却（炉冷）

目的： 降低硬度，  消除内应力，细化晶粒

正火：工艺：加热保温冷却（空冷）

目的： 与退火类似，改善硬度；

淬火：工艺：加热保温冷却（水、油冷）

目的： 提高钢的强度、硬度和耐磨性。

                与回火配合，提高钢的综合力学性能。

回火：工艺：加热（淬火钢）保温冷却

目的：提高钢的综合力学性能。

种类：

五、表面淬火：仅对表面层进行淬火而芯部仍保持未淬火状态。

        目的：使工件表面有高硬度、耐磨性，而芯部具有足够的塑性韧性。

              主要用于处理轴、齿轮等零件。

l  钢铁材料

  一、钢铁材料是钢和铸铁的统称。

钢是含碳量在2.11%以下的铁碳合金。

铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。含碳量2.11%通常是钢和铸铁的分界线。

二、 钢的分类：

根据化学成分，钢分为非合金钢（碳素钢）、低合金钢和合金钢。

1、  碳素钢：1）分类：

                2）牌号：a、普通碳素结构钢：  Q  + 数   字—— 符  号   ·  （符  号）

由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四部分顺序组成。

　　                                        质量等级有：A、B、C、D

　　                                        脱氧方法有：F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）。通常Z和TZ可省略。

　　                         例如：Q235－AF：

                          b、优质碳素结构钢: 两  位数   字    +   （符      号）

用两位数字表示钢平均含碳量的万分数.

                                            注：

①
Mn：表示钢中锰的含量较高，Mn 的含量为0.70%～1.2%

②标A：表示是高级优质钢

                                     标E：表示特级优质钢

③标F:  表示脱氧方法为沸腾钢

                           c、碳素工具钢：T +     两  位数   字    +   （符      号）

                                           两位数字表示钢的平均Wc的千分数

                                           标Mn：表示钢中锰的含量较高，

Mn的含量为0.70%～1.2%

                           d 、铸钢：Z  G +      数      字    ——      数       字

                                              表示屈服点的最低值

                                                                       表示抗拉强度的最低值

                                例如：ZG230—450

                                     表示屈服点最低值230Mpa,表示抗拉强度最低值450Mpa的铸钢。

     2、合金钢：

1）定义：

合金钢就是在碳钢的基础上加入其他元素的钢，加入的其他元素就叫做合金元素。

               2）分类：

按合金元素含量分为：低合金钢：合金元素总量≤5%

                                            中合金钢：合金元素总量5%～10%

                                            高合金钢：合金元素总量≥10%

                        按用途分：合金结构钢：主要用于制造重要的机械零件和工程结构。

合金工具钢：主要用于制造重要的刃具、量具和模具。

特殊性能钢：具有特殊的物理、化学性能的钢。

                3）牌号：a 、合金结构钢    两位数字＋  元素符号＋数字

                                           前面的两位数字表示钢的平均碳含量的万分数

                                           元素符号表示钢中所含的合金元素

                                           后面数字表示该元素平均含量的质量分数， 当合金元素含量小于1.5%时，不标明含量，如果含量大于1.5%、2.5%、3.5%等，则相应地在元素符号后面标出2、3、4等。

                              例如：60Si2Mn，表示平均碳含量为0.6%；含硅量约为2%，含锰小于1.5%

                         b 、合金工具钢     一位数字＋  元素符号＋数字

                                            一位数字表示平均碳含量的千分数，当碳含量大于或等于1.00%时则不予标出。

                              例如：9SiCr，其中平均碳含量为0.9%，Si、Cr的含量都小于1.5%

Cr12MoV，表示平均碳含量大于1.00%，铬含量约为12%，钼和钒的含量都小于1.5%的合金工具钢。

                         C 、滚珠轴承钢     “G”＋Cr  ＋数字

                                            “G”为“滚”，

铬元素符号后面的数字表示铬含量的千分数，其他元素仍用百分数表示。

                              例如：GCr15SiMn，表示铬含量为1.5%，硅、锰含量均小于1.5%的滚珠轴承钢

                4）性能和用途：

                      ①合金结构钢：

l  有色金属材料

一、铝及铝合金

1、纯铝   纯铝是银白色金属，熔点660℃，质量轻密度为2.7kg/m3  ；

导电、导热性好，仅次于铜、银；

具有较好的抗大气腐蚀能力

具有较好的加工工艺性能，它的塑性好，还可以通过热处理强化，提高铝的强度。

     3、牌号：Z+基本元素符号+主加元素符号+主加元素含量+辅加元素含量。“Z”是“铸造”。