云天课件-中职《机械基础》第四章 工程材料(栾学钢、赵玉奇、陈少斌).pptx

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,P.76,课件制作：

重庆市涪陵区职教中心数控组胡志恒,全国中职机械类统编教材（高教版）,P.76,第四章工程材料任务描述工程材料用于制造各种零件。

机械零件质量好坏和使用寿命的长短都与它的制作材料密切相关。

常用的工程材料有金属材料和非金属材料两大类，金属材料主要有钢、铸铁、铜合金和铝合金，非金属材料主要有工程塑料，复合材料及新型工程材料。

了解各种材料的力学性能、特点及使用场合，是合理、经济选择材料种类，确保零件能够正常安全使用的基本方法。

本章任务：

介绍各类材料的分类、成分、性能及选用，对材料的基本知识有一定的了解。

本章知识结构金属材料的性能,工程材料,黑色金属材料,第四章工程材料,P.76,*铁碳合金相图,物理化学性能力学性能工艺性能钢的分类、钢的编号碳素钢、合金钢、铸铁简化铁碳相图特征碳质量分数对钢力学性能的影响,*钢的热处理,钢的退火与正火、淬火、回火钢的钢的钢的表面热处理,*有色金属,非金属材料,材料选择及运用,铝及铝合金、铜及铜合金轴承合金、钛合金工程塑料、复合材料新型工程材料零件的失效形式及原因选材的原则、方法和步骤典型零件选材举例,第四章工程材料,P.76,工程材料,钢,铸铁,工程材料类别主要分类有：

钢、铸铁、有色金属、非金属材料。

含C%1.2%的铁碳合金，强度、硬度、韧性和铸、锻、焊机械加工性能。

碳素钢：

合金钢：

低碳：

C%C%n0.25%45钢高碳：

C%0.60%65Mn钢普通低合金钢：

重要工程用钢（建筑、锅炉、大型船舶）合金渗碳钢（低碳）20CrMnTi,合金调质钢（中碳）40Cr,（专用）GCr15,合金弹簧钢（高碳）60Si2Mn滚动轴承钢含C%在4.3%附近的铁碳合金。

灰口铸铁：

HT20球墨铸铁QT1400-15、可锻铸铁,非金属材料,有色金属,铜合金铝合金,工程塑料、橡胶,P.76,考纲要求了解金属材料的力学性能了解碳钢、合金钢、铸铁的牌号性能应用了解钢的热处理目的分类应用理解有色金属本章内容近年来在高考中占有少量比例，主要考点是最基本的材料和及热处理的简单常识，题型多为判断题或选择题。

第四章工程材料,第一节金属材料的性能一、金属的物理性能和化学性能,P.76,金属材料性能,力学性能强度、塑性、硬度.,工艺性能铸、锻、焊、切削加工.物理性能：

金属固有的属性。

密度、熔点、导热性、导电性、热胀冷缩性和磁性等。

化学性能：

金属在化学作用下表现出的性能。

耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。

金属材料性能金属材料在给定外界条件下的抵抗能力。

物理、化学性能使用性能,第一节金属材料的性能二、金属的力学性能和工艺性能,P.76,0,s,A,

（一）金属的力学性能力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能。

主要包括：

强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。

1.强度金属材料在静载下抵抗断裂和大量塑性变形的能力。

其主要指标有：

1）屈服强度表示在外力作用下，材料刚开始产生塑性变形时的最小应力值，以s表示。

用于钢等塑性材料。

Fs,0,b,2）抗拉强度材料在断裂前所承受的最大拉应力，以b表示，用于铸铁等脆性材料。

Fb,A,第一节金属材料的性能二、金属的力学性能和工艺性能,P.76,

（一）金属的力学性能2.塑性金属材料在静载下能够发生永久塑性变形的能力。

其主要指标有：

断后伸长率断面收缩率,第一节金属材料的性能二、金属的力学性能和工艺性能,P.76,。

（一）金属的力学性能3.硬度硬度是衡量软硬程度的指标，表示抵抗局部变形和破坏的能力，是重要的力学性能指标之一。

试验方法：

机械制造和维修常用压入法测定硬度。

硬度指标分类：

洛氏硬度HR（A、B、C）、布氏硬度HB和维氏硬度HV，其中应用最广泛的是洛氏硬度HRC和布氏硬度HB。

第一节金属材料的性能二、金属的力学性能和工艺性能,P.76,

（一）金属的力学性能冲击韧性ak金属材料抵抗冲击载荷的能力。

机械上许多零件要受冲击载荷，如在汽车起步、制动或改变速度时，钢板弹簧、钢板吊耳均要受到冲击。

疲劳强度疲劳现象：

是指零件在交变应力作用下，过早发生破坏的现象。

危害性：

疲劳破坏事先没有明显的征兆，具有很大的突发性和危险性，往往会造成严重事故，如汽车的轴颈、缸盖、齿轮、弹簧等零件。

疲劳强度是指材料经受无数次应力循环而不被破坏的最大应力值。

任何材料发生脆断，都是材料中微小裂纹扩展的结果。

第一节金属材料的性能二、金属的力学性能和工艺性能,P.77,

（二）金属的工艺性能工艺性能金属材料在加工制造过程中所表现出来的性能。

包括铸造性、冲压（锻造）性、焊接性、热处理加工性、切削加工性等等。

铸造性能铸造加工，将加热熔化的金属浇入砂型或模具中，凝固后得到所需复杂零件毛坯的方法。

如铸铁铸造性好。

锻（冲）压性能热锻、冷冲加工，用压力机和模具使材料发生塑性变形，获得所零件形状尺寸的方法。

如低、中碳钢锻压性好。

焊接性能焊接加工，用焊机设备对材料进行高温熔合连接加工的方法。

如低碳钢焊接性好。

第一节金属材料的性能二、金属的力学性能和工艺性能,P.77,切削加工性好的材料：

铝合金、铜合金、铸铁、低中碳钢等。

不易切削的材料：

不锈钢、钛合金。

（二）金属的工艺性能4.切削加工性能切削加工，在机床上用刀具对零件毛坯进行切削加工，获得所零件形状尺寸的方法。

包括车、钳、刨、铣、磨等等。

第二节黑色金属材料一、钢的分类,P.77,金属材料,黑色金属,铁镍及其合金钢与铸铁,有色金属,除黑色金属以处的其它金属材料主要是铜、铝、钛等,钢：

铁与碳的合金（碳的质量分数2.11%），还含有硫（S）、磷（P）、硅（Si）、锰（Mn）等杂质元素。

杂质元素对钢的影响：

硅、锰是有益元素，能提高钢的强度、硬度；而硫、磷是有害元素，造成钢的脆性，其含量决定钢的质量。

钢的分类：

主要按钢的化学成分、钢的品质、钢的用途来分类。

第二节黑色金属材料一、钢的分类,P.77,碳钢的分类1.按化学成分分类

（1）碳素钢铁+碳+杂质,

（2）合金钢,铁+碳+合金元素+杂质（较少）,第二节黑色金属材料一、钢的分类,P.78,碳钢的分类按钢的品质分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类）普通钢有害杂质硫、磷的含量较多。

如：

Q235、16Mn优质钢有害杂质硫、磷的含量较低。

如：

45、T10、20CrMnTi高级优质钢有害杂质硫、磷的含量控制严格。

如：

T12A、38CrMoA,第二节黑色金属材料一、钢的分类,P.78,碳钢的分类3.按用途分类结构钢主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等，一般为低、中碳钢。

如：

建筑钢筋（Q235）、机器零件（65Mn）等工具钢主要用于制造各种刃具、模具和量具。

一般为高碳钢。

如：

锉刀、高速钢等特殊性能钢具有特殊物理化学性能的钢。

如：

不锈钢、耐热钢、耐磨钢等,第二节黑色金属材料二（三、四）、钢的编号,P.78,1.碳钢的编号方法（类别、典型牌号、典型用途）

（1）碳素结构钢牌号：

例如Q235AF，表示屈服强度为235Mpa的A级质量的碳素结构钢，属于沸腾钢。

常用牌号：

Q235Q195质量：

普通质量，也分A、B、C、D等级，A级最低脱氧程度：

F、Z、TZ用途：

此类钢通常不热处理，用于受力不大的非重要场合。

如：

一般建筑钢筋、钢板、要求不高的小轴、螺钉垫圈等标准件。

P.78,1.碳钢的编号方法

（2）优质碳素结构钢牌号：

用两位平均碳的质量分数的万分数表示。

如：

45号钢表示平均碳的质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。

质量全是优质钢。

08F、10、15、2025、30、35、40、45、45Mn、50、5560、65Mn、70低碳钢中碳钢高碳钢较高含锰量的优质结构钢：

20Mn、65Mn用途：

大量用作一般机器零件，一般要通过热处理强化零件。

如：

冲压件、轴、齿轮、受力的螺纹标准件等等。

第二节黑色金属材料二（三、四）、钢的编号,P.78,1.碳钢的编号方法（3）碳素工具钢牌号：

碳素工具钢的碳的质量分数在0.7%1.4%。

其牌号以“T”后面加数字表示钢中平均碳的质量分数的千分数，若是高级优质碳素工具钢，则在数字后面加“A”，如T10A等T7、T7A、,T10、T10A、T12、T12A.韧性较好耐磨性好用途：

用作一般工具（刃具、量具），都要通过热处理提高硬度及耐磨性。

如：

榔头、手锯条、锉刀、低档游标卡尺等等。

第二节黑色金属材料二（三、四）、钢的编号,P.78,1.碳钢的编号方法（4）铸造碳钢牌号：

如“ZG200-400”，“ZG”是“铸钢”二字的拼音字头。

200表示屈服强度200MP,400表示抗拉强度400MP。

用途：

主要用作形状复杂，适合铸造成型，而强度要求较高，又不能用铸铁的场合。

如：

汽车后桥壳体、大口径阀门、大型齿轮等。

第二节黑色金属材料二（三、四）、钢的编号,P.78,2.合金钢的编号方法

（1）低合金高强度钢牌号：

如“Q390A”，与普通碳素结构钢的牌号类似，只是因为加入了Mn、Si等合金元素，抗拉强度数值更大。

用途：

主要用于重要的工程结构、压力容器等。

（比普通碳素结构钢重要）如：

大型桥梁、船舶用钢，高层建筑钢筋，高压锅炉等。

第二节黑色金属材料二（三、四）、钢的编号,P.78,2.合金钢的编号方法

（2）合金结构钢牌号：

如：

20Cr、45Mn2、38CrMoA等，是在优质碳素结构钢基础上加上合金元素组成。

两位数字表示碳的质量分数为万分之几，合金元素符号后的数字表面该元素的质量分数为几%（含量小于1.5%省略不标）；后面的A表示高级优质钢，无A表示优质钢。

用途：

合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢,20Cr、20CrMnTi，活塞销、汽车变速箱齿轮等。

40Cr、45Mn2，机床主轴、重要齿轮、连杆、曲轴等。

60Si2Mn，大尺寸弹簧、板簧等。

第二节黑色金属材料二（三、四）、钢的编号,P.79,2.合金钢的编号方法（3）滚动轴承钢牌号：

典型：

GCr15、GCr15SiMn，G是滚动轴承钢的拼音字头，都是高碳钢（碳的质量分数省略不标），Cr元素的质量分数为千分之1.5。

都是高级优质钢（省略）。

用途：

制造各类滚动轴承的内、外圈和滚动体，也可以制造工、量具等。

第二节黑色金属材料二（三、四）、钢的编号,P.79,2.合金钢的编号方法（4）合金工具钢牌号：

典型：

9SiCr、CrWMn、W18Cr4V。

首位数字是碳的质量分数为千分之几（大于1%省略不标）；后面是合金元素及其含量（几%，含量1.5%省略含量不标）；都是高级优质钢（省略）。

用途：

低合金刃具钢9SiCr、CrWMn，低速、复杂的切削刀具，如丝锥、板牙、机铰刀、量具、冷作模等。

高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2，红硬性600C,各类中速切削刀具，如车刀、铣刀、齿轮滚刀等。

第二节黑色金属材料二（三、四）、钢的编号,P.79,2.合金钢的编号方法（5）特殊性能钢：

不锈钢、耐热钢、耐磨钢不锈钢：

如：

1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、2Cr13，牌号与合金结构钢表示方法相同，只是当碳的质量分数很低时，用0或00表示。

主要用于耐腐蚀要求的零件及工具，也用于装饰材料。

如医疗器械、化工机械、厨具等。

耐热钢：

如：

2Cr21Nil2N，牌号与合金结构钢表示方法相同。

主要用于高温环境下工作的机件。

如发动机排气门、锅炉燃烧部件等。

耐磨钢（高锰钢）：

如：

ZGMn13，因为耐磨钢一般铸造后就使用，所以用“ZG”表示。

主要用于强烈磨损的场合。

如，履带、铲齿等。

第二节黑色金属材料二（三、四）、钢的编号,第二节黑色金属材料五、铸铁,P.83,铸铁：

碳的质量分数wc2.11（5.0），并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。

铸铁的分类：

按铸铁中碳（石墨）的分布形式，可分为灰铸铁、球墨铸件和可锻铸铁等。

1.灰铸铁特征：

铸件中碳以“片状石墨”形态出现，且断口呈浅灰色。

性能：

灰铸铁虽然力学性能不好，抗拉强度低、脆性大，但与钢相比，还有其它优良性能：

抗压强度好、切削加工性好、耐磨性好、