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机械学基础课程电子教案 第5章 机械工程常用材料及其工程性能 * * * * 机械学基础多媒体系列CAI课件 授课教师：马惠萍 联系方式Email：mhp@hit.edu.cn 哈工大电气工程及自动化学院 自动化测试与控制系 5.1 概述 材料 金属材料: 无机非金属材料－陶瓷 有机材料－塑料，橡胶，合成纤维 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 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 5.2 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； 5.3 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 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 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 铸铁特点：含碳量为2.5％－4％的铁碳合金，杂质（硅、锰、琉、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； 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 铸钢: 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； 有色金属 形状记忆合金 在宇航、电子、医疗等方面应用 铜及铜合金 不宜制造结构零件，常制作电元件和耐磨件，价格贵;T1,T2 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 非金属材料 工程塑料 陶瓷材料 密度小，质量轻，耐腐蚀性好，易加工； 硬度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀 人工合成矿物 宝石 石英 橡 胶 耐腐蚀性好，耐磨损和耐放射性； 5.4 金属材料的热处理与表面精饰 钢的热处理：将钢在固态范围内施以不同形式的加热、保温和冷却，从而改变（或改善）其组织结构以达到预期性能的操作工艺。 铸造、锻造或焊接 晶粒粗大、加工硬化、内应力较大 零件毛坯 加工方法 存在缺陷 解决 热处理 钢的热处理：改善钢的加工工艺性能；提高钢的机械性能；增加寿命和耐磨性; 热处理 普通热处理 表面热处理 退火 正火 淬火 回火 表面淬火 化学热处理 火焰加热 感应加热 渗碳 氮化 氰化