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第四章 工程材料 工程材料是制造机械零件的原料。机械零件的结构、形状、大小和使用条件不同，对材料的要求也不同。常用的材料有黑色金属、有色金属及非金属。了解各种材料的牌号、性能及应用，以及黑色金属材料的热处理方法，为中职学生了解机械零件的使用和维护提供必备的基础知识。 黑色金属材料具有良好的力学性能，大部分机械零件都选用黑色金属作为零件的材料。因此，黑色金属材料的内容和热处理方法是本章的学习重点。 §4－1 金属材料的性能 一、金属的物理性能和化学性能 1、金属材料性能 ＝使用性能＋工艺性能 使用性能＝物理性能＋化学性能＋力学性能 工艺性能 生产、加工条件下表现的性能。 2、物理性能＝密度＋熔点＋导热性＋导电性＋热膨胀 性＋磁性 二、金属的力学性能和工艺性能 1、 力学性能指金属材料在外力作用下表现出来的性能 （1）强度 安全生产的基本保证和满足机械零件达到设计寿命的 前提，也是机 械设计中必须达到的基本要求，是机械零件强度校 核的根据。 （2）塑性 （3）硬度 （4）冲击韧性 §4－1 金属材料的性能 2、金属材料的工艺性能 包括多种内容，主要有泠加工的切削加工性能，和热加工的铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能。切削加工性能即是否容易将材料切削成所需要的零件形状。一般说来，软材料的硬度小、塑性好，容易加工成形，但表面质量相对差一些；而硬材料的强度相对较高，加工较困难，但表面质量较好。所以具有良好切削性能和较高强度的中碳钢应用较广。 §4－2黑色金属材料 黑色金属在机械工业中应用较广。无论是钢还是铸铁，主要由铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。除了铁和碳以外，还有少量的其他元素，如锰、硅、硫、磷。这些元素与铁共存在钢铁中，对材料的性能产生不同的影响。不含碳的纯铁较软，应用较少。碳在钢中的含量多少，对钢的强度影响较大。 一、钢的分类 1、 按化学成分分 （1）碳素钢 含碳质量分数的多少又分成低碳钢、中碳钢和高碳钢 （2）合金钢 如果含有合金元素，相应称为低合金钢、中合金钢和高合金钢 （3） 铸铁 2、按钢的品质分 （1）普通钢 §4－2黑色金属材料 （2）优质钢 （3）高级优质钢 3、按钢的用途分 （1）结构钢 从制造成本和加工工艺角度出发，机械零件常用结构钢。选用低碳钢作塑性变形要求较高的零件。 （2）工具钢 选用中碳钢作为具有一定强度和硬度要求的零件 （3）特殊性能钢 强度要求较高，又具有较好的塑性，则应用合金钢对于一般，重要的齿轮或轴选用中碳合金钢。 §4－2黑色金属材料 二、钢的编号 1、碳钢的编号方法 (1)碳素结构钢 用Q代表屈服强度，如Q235 (2)优质碳素结构钢 用数字直接表示钢中碳的质量分数的万分之一。如45、35等表示钢中含碳的质量分数为0.45%、0.35%。 (3)碳素工具钢 用 T表示，如T8 A钢。 (4)铸造碳钢 用 ZG表示,如 ZG 200－400钢。表示屈服强度大于200MPa, 抗拉强度大于400MPa。 如果数字后加注A、B等符号表示质量等级。 A为高级。 §4－2黑色金属材料 2、合金钢的编号方法 (1) 低合金高强度结构钢 如Q390A (2) 合金结构钢 如40Cr, 40表示含碳质量分数的万分之一；30CrMoA，合金的元素符号及含量的百分之1.5，末位加A表示优质。 （3）滚动轴承钢 在含碳质量分数元素符号前加G，如GCr15。 （4）合金工具钢 含碳质量分数小于1％，用一位数表示的含碳质量分数的千分之几。含碳质量分数小于1％，不予标注。 （5）不锈钢 含碳较低，用“00”和“0”数字表示含碳质量分数，分别低于0.03%和0.08%，说明了为什么不锈钢刀具的刀刃硬度比较低，不能用来切割较硬东西的原因。 §4－2黑色金属材料 三、.碳素钢 含碳质量分数小于2.11%而不特意加入合金元素的钢。 1、碳素结构钢 （1）普通碳素结构钢 含碳质量分数较低，属于低碳钢，牌号前有Q表示；如Q215、Q235、Q275。塑性好，但强度低，应用于建筑工程结