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1、工业设计机械基础,1 机械零件常用材料2 钢的热处理简介3 选择材料的基本原则,第二章 机械零件常用材料,1 机械零件常用材料,一、金属材料,钢,铁碳合金（C2%）；强度高，韧性好；易加工。,1.普通碳素结构钢,牌号：尺寸16mm时材料的屈服值，Qxxx,普通碳素结构钢主要控制力学性能，化学成分控制较松。,表1-1 普通碳素结构钢,2.优质碳素结构钢,表1-2 优质碳素结构钢,牌号：钢的平均含碳量的万分之几，如：45钢，C0.45%,低碳钢：C0.25%，强度、硬度低，塑性、焊接性好。中碳钢：C=0.25%0.6%，综合性能好，应用最广。高碳钢：C0.6%，强度、硬度高，用作弹性或耐磨元件。,
2、3.合金结构钢（合金钢）,合金钢：在碳素钢中添加合金元素，以改善力学性能、工艺性能及物理性能等。,表1-3 合金结构钢,牌号：20Mn2，含碳约0.20%，Mn（锰）约2%；A高级优质钢,4.铸钢,表1-4 一般工程用铸造碳钢,铸钢：用铸造方法获得钢材毛坯，用于尺寸大、形状复杂零件,牌号：“ZG”+屈服强度+“-”+抗拉强度,铸铁,铸铁：铁碳合金（C2%），灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。,表1-5 灰铸铁,铸铁：脆性大，抗拉能力差，不适合锻压和焊接，常用于铸造形状复杂的零件。,有色金属,1.铜及铜合金,表1-6 铜合金,黄铜：Cu与Zn合金；青铜：Cu与Sn的合金；无锡青铜：Cu与铅
3、、铝等的合金。导电性、导热性、减摩耐磨性、耐腐蚀性良好。,纯铝，密度低，物理性能优良，但强度、硬度低。应用最广的轻金属，分为形变铝合金和铸造铝合金。重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近。,2.铝及铝合金,表1-7 铝合金,二、非金属材料,机械中采用的非金属材料有工程塑料、橡胶、涂料等。,表1-8 工程塑料,概 念：将钢在固态下加热到一定温度，进行必要的保温，然后采用不同的冷却速度，以改变钢的组织结构，从而得到所需性能的工艺方法。,目 的：热处理能充分发挥材料的潜力，节省钢材，延长机械的使用寿命。,2 钢的热处理简介,一、热处理,退火正火淬火回火调质化学热处
4、理,二、常用热处理方法,将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后随炉冷却。,1)消除内应力，降低硬度，便于切削；2)提高塑性和韧性；3)改善组织为进一步热处理作准备。,1.退火,2.正火,1)消除内应力(不如退火彻底)，钢的强度、硬度较退火高；2)不占用设备，生产率较高。,将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后在空气中冷却。,将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后在水或油中快速冷却。,1)钢的硬度急剧增加，但存在很大的内应力，脆性增加；2)为了减少内应力、降低脆性和获得良好的机械性能，淬火后一般均需回火。,3.淬火,将淬火钢重新加热到某一低于临界温度，保温一段时间，然后在空气中冷却。,4.回火,
5、150250作用：减少内应力、降低脆性；同时保存淬火钢的高硬度和耐磨性。应用：刀具，量具,350500作用：弹性，硬度应用：有弹性要求的零件，如：弹簧,500650作用：强度、硬度、塑性和韧性等都较好应用：重要的机械零件，如：齿轮，轴等。,高温回火,中温回火,低温回火,调质即淬火和高温回火的综合热处理工艺。,5.调质,调质可以提高材料的综合力学性能，一些重要的受载零件，常采用调整处理，如齿轮、轴等。,6.表面淬火,将机械零件表面迅速加热到淬火温度，热量未传至中心，即快速冷却的热处理方法。,将机械零件放在含有某种化学元素的介质中加热和保温，使该元素的活性原子渗入到零件表面的热处理方法。,7.化学热处理,作用：表面硬而耐磨，芯部仍保持原有韧性。,渗碳 渗氮（氮化）碳氮共渗（氰化）,3 选用材料的基本原则,一、使用方面的要求,1.零件所受载荷的大小和性质（拉、压、冲击等）,2.零件的工作条件（温度、腐蚀环境等）,3.对零件尺寸和重量的限制,4.零件的重要程度,5.其它特殊要求（电性能、热性能、磁性能、摩擦学性能等）,表面工程技术,三、经济性方面的要求,二、工艺方面的要求,所选材料要保证零件能很方便地制造出来。,零件材料 零件结构。,材料价格高低零件制造成本高低尽量少使用稀缺原材料,
