机械学基础电子教案-第4章.ppt

* 第4章 机械工程常用材料及其工程性能 4.1 概述 机械制造生产过程框图: 出厂 铸造 锻压 焊接 毛坯 机械加工 零件 装配 试车 将熔化的金属或合金浇注到铸型中，经冷却凝固后获得一定形状和性能的零件或毛坯的成形方法 对坯料施加外力，使其产生塑性变形，以改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法，是锻造和冲压的总称； 热处理 * 材料 金属材料: 陶瓷，塑料，橡胶，合成纤维，复合材料 非金属材料: 黑色金属材料－铁基金属合金 有色金属材料－铜、铝、镁、钛 零部件机构设计（材料、热处理、形状、尺寸） 定原理方案后 保证零部件的工作能力 依据 机械性能：指材料在各种不同工作情况下（如高温、低温或室温条件下，以不同负荷作用着拉、压、弯、扭、冲击等），从开始受力变形至破坏的全过程所表现的力学特性，如强度、塑性、硬度等；(见表4-1，表4-2) 新型材料: 形状记忆材料，纳米材料，超导材料，光导材料 * 材料在轴向拉伸或压缩时的机械性质—强度指标 力 变形 弹性变 形阶段 屈服 阶段 强化 阶段 局部变 形阶段 * 应力 应变 弹性极限 屈服 极限 强度 极限 强度极限: * 4.2 金属材料的机械性能 机械性能 强度 刚度 塑性 材料抵抗塑性变形和断裂的能力 材料抵抗弹性变形的能力 在外力作用下金属产生塑性变形而不产生断裂的能力 硬度 材料抵抗局部塑性变形能力的性能指标－－硬度保证强度、耐磨性和寿命 金属的疲劳 当应力的周期循环次数增加到某一数值N后，材料也会产生断裂 线膨胀系数α * 延伸率:试件拉断后单位长度内产生残余伸长的百分数； 收缩率:试件拉断后横截面积相对收缩的百分数； 脆性材料：静载常温下延伸率小于5％的材料－－灰铸铁 塑性材料：静载常温下延伸率大于5％的材料－－结构钢、硬铝 * 4.3 常用的工程材料 黑色金属 铸铁: 含碳量大于2.06％的铁碳合金；制作底座、支架、工作台（便宜） 合金钢: 为改善钢的性能，在钢中加入一种或数种合金元素的钢－铬、锰、镍、硅、铝、钨 碳素钢: （含碳量0.04%-1.7％的铁碳合金称为钢） 普通碳素结构钢－Q255 、 Q275、Q235A制造强度要求高的零件－连杆、轴 优质碳素结构钢－钢号10 、 15 、 20 、 85 －一般零部件应用（0.01％） 碳素工具钢－T8 、 T12A （高级优质碳素工具刚）－一般零部件应用（0.1％）－高硬度和耐磨性 铸钢: 含碳量0.2％ -0.6％的铁碳合金－ 用于形状复杂、机械性能要求高的零件（轧钢机机架）ZG200-400 (?S=200MPa;? b=400MPa) * 铸铁 分类 白口铸铁：碳以Fe3O存在，断口呈白亮色－硬度高、脆性大 灰口铸铁：碳以片状石墨存在，断口呈暗灰色－良好的工艺性能和机械性能－HT100（抗拉强度极限） 可锻铸铁:石墨呈团絮状存在，白口铸铁经退火后获得－塑性和韧性好 球墨铸铁:石墨呈球状存在－强度高、铸造性好—QT400-17 （抗拉强度极限－延伸率） 铸铁特点：含碳量为2.5％－4％的铁碳合金，杂质（硅、锰、硫、磷）含量比钢多，具有良好的铸造性、耐磨性和切削加工性，生产简单、价格便宜；脆性材料：灰口铸铁（不能辗压和锻造） 蠕墨铸铁:石墨呈蠕虫状存在； * 碳素钢 分类 按含碳量分: 低碳钢（含碳0.25％） 中碳钢（含碳0.25％－0.6％） 高碳钢（含碳0.6％） 普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢 按钢的质量分: （有害杂质S、P含量） 按用途分: 碳素结构钢:（用于工程构件和零件－齿轮、轴、杆－是低碳钢和中碳钢） 碳素工具钢:（用于制造刀具、模具、量具－是高碳钢） * 合金钢 分类 合金结构钢： 刃具钢 量具钢 模具钢 合金工具钢 特殊功能钢: 低合金机构钢： 机械制造用钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢 合金钢优点：加入合金元素可使钢获得一般碳素钢达不到的性能(如硬度、强度、塑性和韧性等)；提高耐磨、防腐、防酸性能；获得高弹性、高抗磁或导磁性等； 40Cr(合金结构钢)； 5CrMnMo(合金结构钢) * 有色金属 铜及铜合金 (紫红色，紫铜)不宜制造结构零件，常制作电子元件和耐磨件，价格贵;T1,T2,T3,T4（纯度最低） 纯铜 铜与锌合金，H80 、H59 (铜含量)、HPb59-1 、HMn58-2（特殊） 黄铜 铜与锡铅等元素的合金－锡青铜（铜锡合金）－无锡青铜（含铝铍锰等元素） 青铜 铝及铝合金 铸铝合金 变形铝合金 超硬铝合金 工业纯铝：L1（纯度最高）、L2、…、L7 * 铝及铝合金 铸铝合金: 变形铝合金 超硬铝合金 工业纯铝：密度小、塑性好、强度低（板材、电缆、电线、装饰件） 牌号：1070 A（原L1）;