《機械設計基礎》課件

第1章機械設計基礎概論“機械設計基礎”是工科院校中的一門重要的基礎課，主要介紹機械中的常用機構和通用零件的工作原理、結構特點、基本的設計理論和計算方法。本章將重點介紹我國機械發(fā)展簡史、機械的組成、本課程研究的對象和任務、機械零件的失效形式及設計準則、機械設計的基本要求及程序等。一、早期傳統(tǒng)機械二、中期近代機械三、現(xiàn)代機械1.2機械的組成機器是執(zhí)行機械運動的裝置，用來轉換或傳遞能量、物料和信息。實例1.內(nèi)燃機將熱能轉化為機械能氣缸體1活塞2進氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7齒輪9頂桿8內(nèi)燃機組成1.2機械的組成進氣壓縮作功排氣工作過程1.2機械的組成組成：是多種人為實物的組合運動：各實物間具有確定的相對運動功能：完成有用功或者實現(xiàn)能量轉換機器機器的共同特征1.2機械的組成1.2機械的組成原動機：驅動機器完成預定功能的動力源工作機：完成機器預定功能的組成部分傳動系統(tǒng)：傳遞運動和動力。有機械傳動、電力傳動和液力傳動等。原動機傳動系統(tǒng)工作機控制系統(tǒng)輔助系統(tǒng)（潤滑、顯示、照明等本課程只研究機械傳動。

原動機：汽油機和柴油機。傳動系統(tǒng)：離合器、變速箱、傳動軸和差速器。工作機：車輪、懸掛系統(tǒng)和底盤。控制系統(tǒng)：方向盤和轉向系統(tǒng)、排檔桿、剎車及其踏板、離合器及其油門。輔助系統(tǒng)：油量表、速度表、里程表、潤滑油溫度表及蓄電平電流表、電壓表等為顯示系統(tǒng)；后視鏡、車門鎖、刮油器等為其它輔助系統(tǒng)；前后燈、儀表盤燈為照明系統(tǒng)；轉向信號燈和車尾紅燈為信號系統(tǒng)。機器組成實例控制器(控制)

帶(傳動)減速器(傳動)實例1：分析自動洗衣機的組成1.2機械的組成電動機(動力)波輪(執(zhí)行)動力部分(發(fā)動機)工作部分(輪胎等)傳動部分(變速箱等)控制部分(方向盤、剎車、油門等)實例2：分析汽車的組成1.2機械的組成棘輪機構曲柄搖桿機構變換或傳遞運動的裝置。機

構1.2機械的組成齒輪機構凸輪機構齒輪機構凸輪機構曲柄滑塊機構內(nèi)燃機是由以下機構組成：組成：是多種人為實物的組合。運動：各實物間具有確定的相對運動。機構機構不能完成有用功或者實現(xiàn)能量轉換。機構的共同特征1.2機械的組成構件：機器的基本運動單元體零件：機器的基本制造單元體曲

軸曲軸是一個構件，也是一個零件構件與零件1.2機械的組成連桿是一個構件，由若干零件組成。構件：機器的基本運動單元體零件：機器的基本制造單元體構件與零件連

桿1.2機械的組成螺紋聯(lián)接件齒輪普通平鍵機械中普遍使用的零件。通用零件專用零件汽輪機葉片曲軸某種特殊機械中才使用的零件。零件1.2機械的組成構件機器制造單元運動單元變換傳遞運動形式完成有用功或能量轉換總結機械零件機構1.2機械的組成1.機構的組成分析3.通用零件的分析與設計研究內(nèi)容2.常用機構的分析與設計1.3本課程研究的對象和任務構件是如何組成機構的？1.機構的組成分析1.3本課程研究的對象和任務機構的組成要素？1.機構的組成分析1.3本課程研究的對象和任務機構如何表達？1.機構的組成分析1.3本課程研究的對象和任務機構具有確定運動條件？1.機構的組成分析1.3本課程研究的對象和任務工作原理結構特點運動動力性能設計方法2.常用機構的分析與設計1.3本課程研究的對象和任務螺紋聯(lián)接件齒輪普通平鍵失效形式設計準則設計計算方法維護方法3.通用零件的分析與設計1.3本課程研究的對象和任務基礎課程專業(yè)課程技術基礎課機械設計基礎課程的地位承上啟下1.3本課程研究的對象和任務更接近工程實際課程的特點1.3本課程研究的對象和任務知識面更寬，適應性更廣1.4機械零件的失效形式及設計準則斷裂：零件在拉、彎、扭載荷作用下，當或時，就可能發(fā)生斷裂，屬強度不合格。

疲勞斷裂過載斷裂變形過大：時發(fā)生,屬剛度不合格。振動過大甚至共振：振幅超過了許用值。零件表面失效：

過大接觸應力作用造成。

膠合失效（黏著磨損）、點蝕（疲勞磨損）、磨損失效（磨粒磨損）、塑性變型。在化學腐蝕介質(zhì)的接觸和作用下產(chǎn)生腐蝕失效。

1、機械零件的主要失效形式1.4機械零件的失效形式及設計準則

保證機械零件在要求的壽命內(nèi)不出現(xiàn)各種失效。強度準則，剛度準則撓度偏轉角扭轉角振動穩(wěn)定性準則使受激振作用的各個零件的固有頻率f與激振源的

頻率fp

錯開。通常應保證

fp

0.85f

或

fp

1.15f

磨擦學準則

驗算壓強

p≤[p]驗算pv

pv≤[pv]

驗算速度v≤[v]2、機械零件的設計準則1.5機械設計的基本要求及程序明確設計任務調(diào)查研究可行性論證總體設計技術設計樣機試制修改圖樣及工藝批量正式生產(chǎn)機械設計的一般過程1.6本課程的性質(zhì)和任務綜合性、應用性很強的培養(yǎng)學生設計能力的專業(yè)技術基礎課。課前應具有必要的基礎理論和金屬加工工藝知識。

必要的先修課程有

高等數(shù)學幾何精度規(guī)范學機械制圖金屬材料學工程力學金工實習

1、課程性質(zhì)（1）獲得認識、使用和維護機械設備的一些基本知識。（2）運用有關設計手冊、圖冊、標準、規(guī)范等有關設計資料的能力。（3）掌握常用機構和通用零、部件的設計理論和方法。（4）通過課程設計的訓練，了解機器設計原則和主要內(nèi)容,用所學的有關知識設計機械傳動裝置和簡單機械的能力。（5）掌握典型零件的實驗方法和培養(yǎng)實驗技能。（6）了解常用的現(xiàn)代設計方法及機械發(fā)展動向。1、課程任務材料、能源與信息是構建現(xiàn)代文明的三大支柱，而材料又是一切現(xiàn)代工程技術的基礎和源泉。材料不僅是人類進化的標志，而且是社會現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎與先導。自20世紀80

年代以來，人們又把新材料、生物工程和信息作為產(chǎn)業(yè)革命的重要標志，尤其是新材料

的研究、開發(fā)與應用可以反映一個國家的科學技術與工業(yè)水平，它關系到國家的綜合國力與安全。工程材料主要是指結構材料，指用來制作零件和元件的材料。按組成特點分類，常用的工程材料有金屬材料、非金屬材料和復合材料三大類。2.1常用金屬材料力學性能目前機械工程應用中離不開金屬材料的支持，小到農(nóng)具、機械零件、日常用品，大到飛機、導彈、火箭、衛(wèi)星、核潛艇

等尖端武器以及原子能、通信、雷達等尖端技術所需的構件或部件大都是由金屬材料制成。

各種材料由于化學成分、分子結構等不同，導致其表現(xiàn)出的使用性能均有差異，尤其是黑色金屬材料，通過熱處理后其性能變化更大，且黑色金屬材料也是目前機械工程領域中應用最廣泛的材料之一

，因此本章重點介紹黑色金屬材料的基本知識。

金屬材料的性能包含使用性能和工藝性能。

使用性能是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來的性能，如力學性能、物理性能和化學性能。

工藝性能是指金屬材料在制造工藝過程中，適應各種冷加工和熱加工的性能。如鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能、熱處理工藝性能。

金屬材料的力學性能(也稱機械性能)是指金屬材料在外力作用下其強度和變形方面所表現(xiàn)的性能，一般由試驗來確定。室溫下常用的力學性能有強度、塑性、彈性、剛度、硬

度、沖擊韌性和疲勞強度等。

本節(jié)重點：金屬材料的力學性能本節(jié)難點：各性能指標的物理意義和測定方法主要內(nèi)容：金屬材料的力學性能,包括材料的強度、硬度、塑性、沖擊韌性、疲勞強度等。

強度金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強度。抵抗能力越大，金屬材料的強度越高。根據(jù)外力的作用方式，有多種強度指標，如抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度、抗壓強度等，其中以拉伸試驗所得的抗拉強度指標應用最為廣泛，通常強度是依據(jù)國家標準GB/T228.1—2010《金

屬

材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》的規(guī)定進行靜拉伸試驗獲得的。為便于比較試驗結果，試樣必須按照國家標準加工成標準試樣，

一種圓形截面的拉伸標準試樣如圖所示樣如圖2-1所示。

強度樣如圖2-1所示。

試驗時在試樣兩端緩慢地施加試驗力，使試樣的標距部分受軸向拉力，沿軸向伸長，直至試樣拉斷為止。從完整的拉伸試驗和力-伸長曲線可以看出，試樣從開始拉伸到斷裂要經(jīng)過彈性變形階段、屈服階段、冷變形強化階段、縮頸與斷裂階段。彈性變形階段（oe段）屈服階段(es段)均勻塑性變形階段(sb段)局部塑性變形階段(bk段)

強度

（

1、規(guī)定非比例伸長應力

金屬材料符合虎克定律的最大應力稱為比例極限（比例伸長應力），以

表示。由于不能用實驗直接測定，故采用“規(guī)定非比例伸長應力”代之。“規(guī)定非比例伸長應力”是試樣標距部分的非比例伸長達到規(guī)定的原始標距百分比時的應力。

強度

2、屈服點和規(guī)定殘余伸長應力

在拉伸過程中力不增加（保持恒定），試樣仍能繼續(xù)伸長時的應力稱為材料的屈服點（屈服極限），以

表示。屈服點是具有屈服現(xiàn)象的材料特有的強度指標。是工程上極為重要的力學性能指標之一，也是大多數(shù)機械零件選材和設計的依據(jù)。

強度工業(yè)上使用的一些金屬，如鑄鐵、高碳鋼等，在進行拉伸試驗時沒有明顯的屈服現(xiàn)象，也不會產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，這就需要規(guī)定一個相當于屈服點的強度指標，即規(guī)定殘余伸長應力。例如

表示規(guī)定殘余伸長率為0.2%時的應力。

強度

3、抗拉強度抗拉強度的物理意義是表征材料對最大均勻變形的抗力，表征材料在拉伸條件下所能承受最大力（拉斷前承受）的標稱應力值，是設計和選材的主要依據(jù)之一。

強度塑性塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形(外力去除后不能恢復的變形)而不斷裂的能力。金屬材料的常用塑性指標有斷后伸長率和斷面收縮率.１、斷后收縮率：試樣拉斷后，標距的伸長與原始標距的百分比稱為斷后伸長率，以δ表示。

由于拉伸試樣的原始標距與試樣原始直徑之間具有不同的比例，因此試樣分為長試樣和短試樣，表示方法也不一樣。

2、斷面收縮率：斷面收縮率是指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。斷面收縮率用Ψ符號表示，Ψ值可用下式計算：塑性

金屬塑性的好壞，對零件的加工和使用都具有重要的意義。塑性好的材料不僅能夠順利地進行鍛壓、軋制等成形工藝，而且在使用時萬一超載，由于塑性好，能避免突然斷裂。所以大多斷機械零件除要求較高的強度外，還都必須具有一定的塑性。

材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力稱為硬度。一個小的金屬表面或很小的體積內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或抵抗破裂的一種抗力，是一個由材料的彈性、強度、塑性、韌性等一系列不同力學性能組成的綜合性能指標，衡量金屬軟硬程序的一種性能指標；硬度所表示的量不僅決定于材料本身，而且還取決于試驗方法和試驗條件。

硬度

布氏硬度布氏硬度的試驗原理是用一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時間后，去除試驗力，測量試樣表面壓痕直徑d，然后根據(jù)壓痕直徑d計算其硬度值。布氏硬度值是球面壓痕單位表面積上所承受的平均壓力。

硬度

當壓頭為淬火鋼球時，硬度符號為HBS，適用于布氏硬度值低于450的金屬材料，如灰鑄鐵、有色金屬及經(jīng)退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的材料；當壓頭為硬質(zhì)合金鋼時，硬度符號為HBW，適用于布氏硬度值為450~650的金屬材料。

布氏硬度的標注方法是：測定的硬度值應標注在硬度符號前面。除了采用鋼球直徑D為10mm，試驗力為3000Kgf（26.42kN），保持時間為10s的試驗條件外，在其他條件下試驗測得的硬度值，均應在硬度符號的后面用相應的數(shù)字注明壓頭直徑、試驗力大小和試驗力保持時間。

布氏硬度硬度

布氏硬度測試方法因壓痕面積較大，能反映出較大范圍內(nèi)被測試金屬的平均硬度，故試驗結果較精確。但因壓痕較大，則不宜測試成品或薄片金屬的硬度。主要適用于未經(jīng)淬火的鋼、鑄鐵、有色金屬或質(zhì)地輕軟軟的軸承合金。

洛氏硬度洛氏硬度的試驗原理是以錐角為120度的金剛石或直徑為1.588mm的淬火鋼球壓入試樣表面。試驗時，先加初試驗力，然后加主試驗力，壓入試樣表面之后，去除試驗力，在保留試驗力的情況下，根據(jù)試樣壓痕深度來衡量金屬的硬度大小。

硬度

人為規(guī)定一常數(shù)K減去壓痕深度h的值作為洛氏硬度指標，并規(guī)定每0.002mm為一個洛氏硬度單位，用符號HR表示，剛洛氏硬度值為：

洛氏硬度常用的標尺有：B、C、A三種。HRB輕金屬，未淬火鋼；HRC較硬金屬，淬硬鋼制品；HRA硬、薄試件。硬度洛氏硬度

洛氏硬度根據(jù)試驗時選用的壓頭類型和試驗力大小的不同分別采用不同的標尺進行標注。硬度數(shù)值寫在符號的前面，HR后面寫使用的標尺，如50HRC表示用“C”標尺測定的洛氏硬度值為50。洛氏硬度是目前工廠中應用最廣泛的試驗方法。其特點是：硬度試驗壓痕小，對損傷小，常用來直接檢驗成品或半成品的硬度；試驗操作簡便，可以直接從試驗機上顯示出硬度值，省去了繁瑣的測量、計算和查表等工作。但是，由于壓痕小，硬度值的準確性不如布氏硬度，因此，在測試洛氏硬度時通常都選取不同位置的三點測出硬度值，再計算平均值作為被測金屬的硬度值。硬度的換算關系：1HRC≈10HB

硬度洛氏硬度

實際試驗時，用測微計測出壓痕對角線長度，算出兩對角線長度的平均值后，查表就可得出維氏硬度。維氏硬度維氏硬度的試驗原理是夾角為136度的正四棱錐體金剛石作為壓頭，以選定的試驗力（49.03~98.07N）壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，去除試驗力，則試樣表面上壓出一個正四棱錐形的壓痕，測量壓痕兩對角線的平均長度，計算硬度值。

2、維氏硬度的表示方法

維氏硬度是用正四棱錐壓痕單位表面積上承受的平均壓力表示硬度的，用符號HV表示。

硬度

維氏硬度的測量范圍在5~1000HV。硬度數(shù)值寫在符號的前面，試驗條件寫在符號的后面。對于鋼及鑄鐵，當試驗力保持時間在10~15s時，可以不標出。如：

640HV30表示：用30kgf（294.2N）試驗力保持10~15s測定的維氏硬度值為640。

640HV30/20表示：用30kgf（294.2N）試驗力保持20s測定的維氏硬度值為640。

維氏硬度適用范圍寬，從極軟的材料到極硬的材料都可以測量。尤其適用于零件表面層硬度的測量，如化學熱處理的滲層硬度測量，其結果精確可靠。但測量效率較低，沒有洛氏硬度方便，不適用于大批測量，也不適用于測量組織不均勻的材料（如灰鑄鐵）。

維氏硬度硬度

沖擊韌性沖擊韌性是指金屬材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，其指標以沖擊韌度

ak

表示，

ak值越大，金屬材料沖擊韌性越好。沖擊韌性是金屬材料強度和塑性的綜合表現(xiàn)。ak值低的金屬材料稱為脆性材料，斷裂時無明顯變形，有金屬光澤，呈結晶狀。ak值高的材料稱為韌性材料，有明顯塑性變形，斷口呈灰色纖維狀，無光澤。疲勞強度

疲勞是指金屬材料在受到循環(huán)應力作用時，經(jīng)過一定的循環(huán)周次后，往往在工作應力遠

小于抗拉強度，甚至小于屈服強度的情況下發(fā)生斷裂。

疲勞強度是指金屬材料經(jīng)無數(shù)次應力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應力值。

疲勞斷裂的特點是：不管是脆性材料還是韌性材料，其疲勞斷裂都是突然發(fā)生的，無明

顯的塑性變形，屬低應力脆斷，具有很大的危險性。

疲勞失效過程分為疲勞裂紋產(chǎn)生、疲勞裂紋擴展和瞬時斷裂三個階段。

鋼和鑄鐵是機械工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用的金屬材料，它們是以鐵和碳兩種元素為基本組元的復雜合金，統(tǒng)稱為鐵碳合金。

碳的質(zhì)量分數(shù)2.11%通常是鋼和鐵的分界線。

鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)小于2.11%，并含有其他元素。

鑄鐵是碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金。a)型材

b)管材

c)板材

常見鋼材類型2.2鋼（含碳量小于2%,大于0.7%的鐵、碳合金）1.鋼碳素鋼碳素結構鋼碳素工具鋼：T7、T8普通碳素結構鋼如Q235、Q275等優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼低碳鋼C＜0.25%如20合金鋼合金結構鋼合金工具鋼、高速工具鋼、硬質(zhì)合金工具鋼特類鋼不銹鋼，如2Cr13、滾動軸承鋼，如GGr9SiMn、耐熱鋼，如3Gr18Ni25Si2等。合金結構鋼如35CrMn2，40CrNiMoA(優(yōu)質(zhì)）低金結構鋼如12Mn彈簧鋼如60Si2MnA中碳鋼0.6%＜C＜0.25%如45高碳鋼0.6%＜C如60鋼鋼按化學成分可分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三大類。非合金鋼又稱碳素鋼，是指碳的質(zhì)量分數(shù)小于2.11%并含有少量的硫、磷、錳、硅等雜質(zhì)元素的鐵碳合金，其中硫、

磷是在煉鋼時由原料帶入鋼中的雜質(zhì)元素，錳、硅是在煉鋼加入脫氧劑時帶入的有益元素。

合金鋼是指為了提高鋼的性能，在普通碳素鋼基礎上適量加入一種或多種合金元素所獲得的鐵基合金。鋼的分類方法有多種，常用的分類方法有如下三種。(1)按用途分類1)碳素結構鋼：用于制造金屬結構和機械零件。2)碳素工具鋼：用于制造刀具、量具和模具。(2)按鋼的含碳量分類1)低碳鋼：碳的質(zhì)量分數(shù)wc<0.25%。2)中碳鋼：碳的質(zhì)量分數(shù)wc=0.25%～0.6%。3)高碳鋼：碳的質(zhì)量分數(shù)wc>0.6%。(3)按鋼的質(zhì)量分類

碳素鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來劃分的，分為普通碳素鋼、

優(yōu)質(zhì)碳素鋼、高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼，見表2-1。

碳素鋼的分類鋼類質(zhì)量分數(shù)Wpws普通碳素鋼≤0.035%≤0.035%優(yōu)質(zhì)碳素鋼≤0.030%≤0.030%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼≤0.025%≤0.025%

凡用于制造機械零件各種工程結構件的鋼都稱為結構鋼。

碳素結構鋼易于冶煉，價格便宜，其性能基本能滿足一般工程結構件的要求，主要用于制造各種金屬構件和不重要、不需要熱處理的機械零件，是目前產(chǎn)量最大、使用最多的一類鋼種。

碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼的牌號

由代表屈服強度的“屈”的漢語拼音字首+屈服強度數(shù)值+質(zhì)量等級符號(A、B、C、D)+脫氧方法符號

(F—

沸騰鋼、B—半鎮(zhèn)靜鋼、

Z—鎮(zhèn)

靜

鋼

、TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼，其中Z和

TZ可省略)四部分組成，即

Q+最低屈服強度值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號。

屈服強度值的單位是

MPa。

質(zhì)量等級符號為

A、B、C、D、E,由

A到

E,其

P、S含

量

依

次

下

降

，

質(zhì)

量

逐

漸

提

高

。

碳

素

結

構

鋼

牌

號

可

表

示

為

Q235AF、Q235BZ。

常用碳素結構鋼

牌號等級下屈服強度R/MPa與舊標準用途Q195

——315～390A1用于制造承載較小的零件、鐵絲、鐵圈、墊圈、開白銷、拉桿、沖壓件及焊接件等Q215A335～410A2用于制造拉桿、套圈、墊圈、滲圈、滲碳零件及焊接件等BC2

Q235A

375～460A3

A、B級用于制造金屬結構件、心部強度要求不高的滲碳件或碳氮共滲件、拉桿、連桿、吊鉤、車鉤、螺栓、螺母、套筒、軸以及焊接件；C、D級用于制造重要的焊接結構件BB3C——D—Q255A410~510A4用于制造傳動軸、心軸、吊鉤、拉桿、搖桿、楔等強度要求不高的零件BC4Q275

490~610C5用于制造軸類、鏈輪、齒輪、吊鉤等強度要求高的零件碳素結構鋼的牌號及用途常用碳素結構鋼

優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼是用來制造較為重要機械零件的非合金結構鋼，是碳的質(zhì)量分數(shù)小于

0.8%的碳素鋼，這種鋼中所含的硫、磷及非金屬夾雜質(zhì)比碳素結構鋼少，力學性能較優(yōu)良。

優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分數(shù)的萬分之幾，如45鋼表示鋼中平均碳的質(zhì)量分數(shù)為萬分之四十五(即0.45%)的優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼常用優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼的牌號、熱處理及用途鋼組牌號熱處理種類硬度HBW(≤)用途

普通含錳量鋼

15正火143塑性、韌性、焊接性能和冷壓性能均極好，但強度較低，用于制造受力不大，韌性要求較高的零件、緊固件、沖壓件及不要求熱處理的低負荷零件，如螺栓、螺釘、拉條、法蘭盤等正火回火

99～143

20正火156用于制造不承受很大應力而要求很高韌性的機械零件，如杠桿、軸套、螺釘、起重鉤等；還可用于制造表面硬度高而心部有一定強度和韌性的滲碳零件正火回火103～156

45正火197～241用于制造要求強度較高，韌性中等的零件，通常在調(diào)質(zhì)、正火狀態(tài)下使用，淬火硬度一般在40～50HRC,如齒輪、齒條、鏈輪、軸、鍵、銷、壓縮機及泵的零件和軸輥等。可代替滲碳鋼制造齒輪、軸、活塞銷等，但需要進行過高頻淬火或火焰表面淬火正火回火156～217

217~255

60

229~255具有相當高的強度和彈性，但在淬火時有產(chǎn)生斷裂的傾向，僅小型零件才能進行淬火，大型零件多采用正火；用于制造軸、彈簧、墊圈、離合器、凸輪等，冷變形時塑性較低較高含錳量鋼20Mn正火197此鋼為高錳低碳滲碳鋼，可用于制造凸輪軸、齒輪、聯(lián)軸器、鉸鏈、拖桿等

60Mn

正火

229~269此鋼的強度較高，淬透性好，脫碳傾向性小，但有過熱敏感性，容易產(chǎn)生淬火裂紋，并有回火脆性，用于制造螺旋彈簧、板簧、各種扁圓彈簧、彈簧環(huán)片以及冷拔鋼絲和發(fā)條等優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼合金鋼就是在碳素鋼的基礎上，為了改善鋼的某些性能或使之具有某些特殊性能，在煉鋼時適量加入元素。這些元素稱為合金元素。它使鋼具有較高的力學性能、淬透性和回火穩(wěn)定性等，有的還具有耐熱、耐酸、耐蝕等特殊性能。合金鋼中加入的合金元素主要有硅(Si)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V)、鈦(Ti)、鈮(Nb)、鈷(Co)、鋁(Al)、硼

(B)及稀土元素(RE)等。合金鋼合金元素在鋼中主要以兩種形式存在：一種形式是溶入鐵素體中形成合金鐵素體一種形式是與碳化合形成合金碳化物合金鋼按用途分類可分為合金結構鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。①合金結構鋼用作機械零件和各種工程構件，并且含有一種或數(shù)種一定量的合金元素

的鋼。合金結構鋼由于具有合適的淬透性，經(jīng)適宜的金屬熱處理后，顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細的珠光體，因而具有較高的抗拉強度和屈強比(一般在0.85左右),較

高的韌性和疲勞強度，較低的韌性-脆性轉變溫度，可用于制造截面尺寸較大的機械零件。②合金工具鋼合金工具鋼在碳素工具鋼基礎上加入鉻、鉬、鎢、釩等合金元素以提高淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性的一類鋼種。它主要用于制造量具、刀具、耐沖擊工具和冷、熱模具及一些特殊用途的工具。③特殊性能鋼特殊性能鋼具有特殊物理或化學性能，用來制造除要求具有一定的力學性能外，還要求具有特殊性能的零件。其種類很多，機械制造中主要使用不銹耐酸鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。不銹耐酸鋼包括不銹鋼與耐酸鋼。能抵抗大氣腐蝕的鋼稱為不銹鋼，而在一些化學介質(zhì)

(如酸類等)中能抵抗腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。合金鋼按合金元素總含量分類可分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。①低合金鋼：合金元素總質(zhì)量分數(shù)<5%。②中合金鋼：合金元素總質(zhì)量分數(shù)=5%～10%。③高合金鋼：合金元素總質(zhì)量分數(shù)>10%。合金鋼合金結構鋼

牌號：

由兩位數(shù)字(碳的質(zhì)量分數(shù))+元素符號(或漢字)+數(shù)字組成

前面兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量萬分數(shù)

元素符號(或漢字)表明鋼中含有的主要合金元素

后面的數(shù)字表示該元素的平均質(zhì)量分數(shù)注意：當鋼中某合金元素平均質(zhì)量分數(shù)小于1.5%時不用標注，平均質(zhì)量分數(shù)為1

.5%～2

.5%、2.5%~3.5%…

時，則相應地標以2、3

…如下所示。合金鋼合金鋼多為優(yōu)質(zhì)鋼，無須特殊表示。當合金鋼為高級優(yōu)質(zhì)鋼時，在其牌號尾加

A表示。必要時可將表示產(chǎn)品用途、特性或工藝方法的字符加在牌號尾部。第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號

合金結構鋼（ConstructionalAlloySteel）用“數(shù)字＋元素符號＋數(shù)字”表示舉例：

36Mn2Si平均含碳量的萬分之幾

平均wC=0.36%含有錳元素，平均wMn=2%含有硅元素，平均wSi<1.5%合金鋼合金鋼合金工具鋼合金工具鋼與合金結構鋼的區(qū)別僅在于含碳量的表示方法。合金工具鋼的牌號：

（無）數(shù)字＋元素符號＋數(shù)字+····”表示合金工具鋼用一位數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量千分數(shù)當碳的質(zhì)量分數(shù)≥1.0%時，則不予標出。在碳含量(以千分數(shù)計)前加數(shù)字“0”。當碳質(zhì)量分數(shù)<1%時，則在編號前以一位數(shù)字表示碳的質(zhì)量分數(shù)，以千分之幾記。第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號

合金工具鋼（AlloyToolSteel）用“數(shù)字＋元素符號＋數(shù)字”表示舉例：

9Mn2V平均含碳量的千分之幾

平均wC=0.9%含有錳元素，平均wMn=2%含有釩元素，平均wV<1.5%合金鋼特殊性能鋼合金鋼特殊性能鋼主要有：高強度鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、耐蝕鋼（不銹鋼）等高強度鋼

一般指抗拉強度σb＞1500Mpa，并具有一定韌性的鋼。用于航空、火箭導彈等1）低合金高強度鋼

碳質(zhì)量分數(shù)為0.30％～0.50％，合金元素總量小于5.0％。如40CrNiMoA、45CrNiMoVA等。σb

＞1800MPa，一般用于制造小型零件，工作溫度低于200℃；也可用作飛機結構用鋼。2）中合金高強度鋼這類鋼一般用于制作熱作模具及在500℃以下工作飛機、火箭零件3）高合金高強度鋼

合金元素總量較高。常用的有基體鋼和馬氏體時效鋼。

高強度鋼3）高合金高強度鋼

合金元素總量較高。常用的有基體鋼和馬氏體時效鋼。1）基體鋼：常用的基體鋼有65Cr4W3Mo2VNb，可用于航空器上的緊固件等

2）馬氏體時效鋼：碳質(zhì)量分數(shù)小于0.03％，合金元素總量為18％～25％，這類鋼經(jīng)淬火后可獲得穩(wěn)定的馬氏體組織，并可通過時效處理，常用牌號有Ni25Ti2AlNb和Ni18Co9Mo5TiAl，主要用于超音速飛機和火箭殼體等重要材料及壓鑄模等。合金鋼是指在沖擊載荷作用下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼.常用的只有ZGMn13一個鋼號.1、成分特點⑴

高碳：1.0~1.3%C

以保持高耐磨性。⑵高錳：11~14%Mn以保證形成奧氏體組織.耐磨鋼高錳鋼鑄件高錳鋼合金鋼高錳鋼廣泛用于既要求耐磨又要求耐沖擊的零件。如拖拉機的履帶板、球磨機襯板、破碎機牙板、挖掘機鏟齒和鐵路轍岔等.

履帶球磨機襯板挖掘機鏟齒鐵路轍岔破碎機牙板2.用途合金鋼耐磨鋼渦輪機機殼鋼制法蘭1、珠光體耐熱鋼常用鋼號為15CrMo、12Cr1MoV，是低合金鋼。用途：600℃以下的鍋爐零件，壓力容器，熱交換器等。2、馬氏體耐熱鋼常用鋼號為1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2。用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽輪機葉片；4Cr9Si2是汽車閥門用鋼。3、奧氏體耐熱鋼最典型鋼號是1Cr18Ni9Ti。合金鋼耐熱鋼合金鋼不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中具有耐蝕性能的鋼。化工管道的腐蝕裂解管內(nèi)壁的高溫腐蝕減薄1、馬氏體不銹鋼主要是Cr13型不銹鋼鋼號為1Cr13~4Cr13隨含碳量提高，強度、硬度提高，耐蝕性下降。用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽輪機葉片等。汽輪機葉片合金鋼不銹鋼2、鐵素體不銹鋼典型鋼號如0Cr13、1Cr17等。耐酸蝕，抗氧化能力強，塑性好，但有脆化傾向。廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。1Cr17削片刀合金鋼不銹鋼3、奧氏體不銹鋼主要是18-8（18Cr-8Ni）型不銹鋼。具有良好的耐蝕性，冷熱加工性及可焊性。高的塑韌性,無磁性。常用鋼種為1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti廣泛用于化工設備及管道.

不銹鋼帶按合金結構鋼的用途和熱處理特點可分為合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、

合金彈簧鋼和超高強度鋼等。合金結構鋼

合金滲碳鋼

合金滲碳鋼是指經(jīng)過滲碳、淬火、低溫回火后使用的低碳合金結構鋼，具有外硬內(nèi)韌的性能，用于承受沖擊的耐磨件，如汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等。

含碳量為0.1%--0.2%，主加元素為Cr、Mn、鈦、釩，提高了淬透性，使晶粒細化，耐磨性提高。以20Cr、20CrTiMn為最廣。變速齒輪撥叉合金調(diào)質(zhì)鋼

含碳量為0.25%--0.5%,主加元素為Cr、Mn、Si、Ni等以提高淬透性和強化鐵素體.調(diào)質(zhì)鋼具有良好的綜合力學性能。

合金調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿等。

曲軸

連桿

合金結構鋼合金彈簧鋼

它具有高的彈性、疲勞強度及沖動韌度。含碳量為0.5%--0.7%,主加元素為Cr、Mn、Si等以提高淬透性和彈性極限。

合金彈簧鋼是一種專用結構鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性元件。

拉力彈簧

離合器彈簧

合金結構鋼超高強度鋼是指下屈服強度大于1370MPa、抗拉強度

大于1500MPa的特

殊質(zhì)量合金結構鋼。按其化學成分和強韌化機制可分為低合金超高強度鋼(30CrMnSiNi2A等)、二次硬化型超高強度鋼(4Cr5MoSiV等)、馬氏體時效鋼(如

Ni25Ti2AINb等)和超高強度不銹鋼(07Cr15Ni7Mo2Al等)四類。超高強度鋼主要用于制造航空和航天工業(yè)中重要

零件，如35Si2MnMoVA,其抗拉強度可達1700MPa,可用于制造飛機的起落架、框架、發(fā)

動機曲軸等。超高強度鋼合金結構鋼滾動軸承鋼

主要用來制造滾動軸承的滾動體（滾珠、滾柱、滾針）、內(nèi)外套圈等，屬專用結構鋼。

碳質(zhì)量分數(shù)一般為0.95%--1.10%，以保證其高硬度、高耐磨性和高強度。鉻為基本合金元素，鉻含量為0.40%--1.65%。高碳低鉻。如：GCr15合金結構鋼

將熔煉好的鋼液直接鑄成零件或毛坯的鑄件稱作鑄鋼件。

鑄鋼按其化學成分可分為鑄造合金鋼和鑄造碳鋼，也可以按其使用特性分為鑄造工具鋼、鑄造特殊鋼、工程與結構用鑄造

碳鋼和鑄造合金鋼等。

鑄鋼的牌號用ZG后面加兩組數(shù)字組成，如ZG200-400,表示屈服強度不低于200MPa,抗拉強度不低于400MPa的鑄鋼。

與鑄鐵相比，鑄鋼件的抗拉強度、塑性、韌性都較高，因此一般用在鑄造形狀復雜、力學性能要求較高的場合。

如果制造高拉伸強度或動態(tài)載荷部件、重要的壓力容器鑄件和在低溫或高溫下承擔重載荷的核心部件時，原則上優(yōu)先使用鑄鋼件。同時，與鍛鋼件相比，鑄鋼件的力學性能在各個方向相差不大，比鍛鋼件占有優(yōu)勢。鑄鋼鋼的熱處理鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)下加熱到預定溫度，保溫一定時間，再以不同速度冷卻來改變鋼的內(nèi)部組織，從而改善其使用性能和工藝性能的一種工藝方法。與其他加工工藝(如

鍛造、鑄造、焊接、切削加工等)不同，它的目的不是改變材料或零件的外形尺寸，而是改變內(nèi)部組織和性能。

影響鋼的熱處理的因素有加熱溫度、加熱速度、保溫時間、冷卻速度等。根據(jù)熱處理的

目的、加熱和冷卻方式的不同，常見鋼的熱處理工藝有退火、正火、淬火、回火以及表面熱處理等。鋼的熱處理工藝整體熱處理表面熱處理退火表面淬火化學熱處理正火感應淬火滲碳淬火火焰淬火滲氮回火接觸電阻加熱淬火等碳氮共滲滲金屬(鈮、釩)鋼的退火退火是指將鋼件加熱至適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻(爐冷)

的熱處理工藝。退火的目的是消除鋼件的內(nèi)應力，降低鋼件的硬度，提高塑性；細化晶粒改善組織及切削加工性能，為后續(xù)工序做好組織準備。退火的種類很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火、去應力退火、再結晶退火。一般將退火作為預備熱處理工序，安排在鑄造、鍛造、焊接等工序之后，粗加工之前。鋼的正火

正火是指將鋼件加熱至奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。

正火的目的是細化晶粒，提高其硬度，消除鋼件中的網(wǎng)狀碳化物(或滲碳體)，為后續(xù)工序做好組織準備。

對于低、中碳鋼

(wc≤0.6%)，正火的目的與退火相同；對于過共析鋼，正火主要用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火做好組織準備；對于普通結構零件，正火可作為最終熱處理工藝。淬火是指將鋼件加熱至奧氏體化后以適當方式冷卻獲得馬氏體或(和)貝氏體組織的熱處理工藝。

常用的淬火冷卻介質(zhì)有油、水、鹽類水溶液、硝鹽浴、堿浴、聚乙烯醇水溶液和空氣等。

淬火可與回火工藝合理配合，使鋼件獲得較高的硬度和耐磨性，提高彈性和韌性，以達到強化材料的目的。鋼的淬火鋼的回火回火是指將淬火后的鋼件重新加熱到規(guī)定的溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。根據(jù)鋼材在回火時的加熱溫度不同，可將回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。

回火主要有如下：1)降低鋼件脆性，減少或消除內(nèi)應力，防止鋼件的變形和開裂。2)穩(wěn)定鋼件組織，調(diào)整硬度。3)穩(wěn)定鋼件尺寸。4)降低鋼件的硬度，以改善切削加工性能。鋼的表面熱處理表面熱處理是指為了改善鋼件表面的組織和性能，僅對其表面進行熱處理的工藝。通常分為表面淬火和化學熱處理兩種類型。(1)表面淬火

表面淬火是指僅對鋼件表層進行淬火的工藝。它將鋼件表層快速加熱，

在熱量尚未大量傳到內(nèi)部的情況下，使表層達到淬火溫度，迅速淬冷，獲得預定淬火組織的熱處理工藝。

表面淬火的目的是使鋼件表面獲得高硬度和高耐磨性，而心部保持較好的塑性和韌性。

鋼件的表面淬火多用于要求耐磨性高、抗扭轉、抗彎曲疲勞和接觸疲勞的零部件。鋼

件表面淬火前一般經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理。(2)化學熱處理

化學熱處理是指將鋼件置于適當?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分，改善組織和性能的熱處理工藝。目前常用的化學熱處理有滲碳、滲氮、碳氮共滲等。工程鑄鐵

鑄鐵：含碳量大于2.11%的鐵碳合金。實際應用的鑄鐵中還會含有較多的Si、Mn和其他一些雜質(zhì)元素。

同鋼相比，鑄鐵熔煉簡便，成本低廉，具有優(yōu)良的鑄造性能、很高的耐磨性、良好的減振性和切削加工性能，因而獲得較為廣泛的應用。2.3鑄鐵舉例：一、鑄鐵的石墨化及其形成途徑成分相同的鐵液在冷卻過程中:冷卻速度越慢，析出石墨的可能性越小；冷卻速度越快，析出滲碳體的可能性越大。

石墨的晶體結構示意圖二、石墨形成的三個階段液態(tài)石墨化階段，從熔液中直接結晶出石墨。第一階段：第二階段：第三階段：中間石墨化階段，從奧氏體中析出石墨。低溫石墨化階段，通過共析轉變形成石墨。石墨與基體對鑄鐵性能的影響分類灰鑄鐵Greycastiron球墨鑄鐵Spheroidalgraphitecastiron可鍛鑄鐵Malleablecastiron蠕墨鑄鐵DuctileCastIron石墨形態(tài)片狀flake球狀spherical團絮狀flocculent蠕蟲狀worm-like基體組織基體（F、F+P、P）1.普通灰鑄鐵

（石墨為片狀）

是石墨呈片狀分布的鑄鐵，它是應用最廣的一類鑄鐵。在各類鑄鐵的總產(chǎn)量中，灰鑄鐵所占的比重最大，約占80％以上。12345優(yōu)良的鑄造性良好的吸振性較低的缺口敏感性良好的切削加工性良好的減磨性灰鑄鐵的牌號及用途

灰鑄鐵的牌號用“灰鐵”漢語拼音的第一個大寫字母“HT”和一組數(shù)字來表示，HT100表示抗拉強度為100MPa的灰鑄鐵。

2.球墨鑄鐵石墨呈球狀分布的灰口鑄鐵稱為球墨鑄鐵力學性能：強度、塑性和韌性優(yōu)于灰鑄鐵，屈強比可達0.7～0.8，疲勞強度接近一般中碳鋼，耐磨性優(yōu)于非合金鋼，鑄造性能優(yōu)于鑄鋼，并保持有耐磨、減振、加工性能好、缺口不敏感等灰口鑄鐵的特性。（2）球墨鑄鐵的牌號及用途

牌號：用“球鐵”二字的漢語拼音的首寫字母“QT”加兩組數(shù)字表示，第一組數(shù)字代表最低抗拉強度（MPa）；第二組數(shù)字代表最低延伸率(%)。

QT400-17QT420-10QT500-5QT600-2QT700-2QT800-2閥體，閥蓋機油泵齒輪柴油機的曲軸

較高的強度，較好的低溫沖擊性。耐磨性和減振性優(yōu)于碳素結構鋼，塑性優(yōu)于灰鑄鐵，切削性能與灰鑄鐵接近。有一定的塑性變形能力，因而得名可鍛鑄鐵，實際上不能鍛造。力學性能：3.可鍛鑄鐵（2）可鍛鑄鐵的牌號及用途我國可鍛鑄鐵的牌號用“可鐵”兩字漢語拼音的首寫字母“KT”表示。“KTH”、“KTZ”分別代表“鐵素體可鍛鑄鐵”和“珠光體可鍛鑄鐵”，隨后兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度（MPa)和最低延伸率值(%)。如：KTZ450-5

KT300-6KT330-8KT350-10KT370-12KTZ450-5常見牌號及用途KTZ500-4KTZ600-3KTZ700-2曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪活塞環(huán)、軸套、萬向接頭棘輪、扳手、傳動鏈條彎頭、三通扳手、犁刀、機車輪殼、減速器殼、萬向節(jié)殼、制動器性能：強度、韌性、疲勞強度、耐磨性及耐熱疲勞性比灰鑄鐵高，

塑性、韌性比球墨鑄鐵低，鑄造性、減振性、導熱性及切削加工性優(yōu)于球墨鑄鐵，抗拉強度接近于球墨鑄鐵。4.蠕墨鑄鐵進氣管排氣管蠕墨鑄鐵的牌號由“RuT+數(shù)字”組成。其中“RuT”表示是蠕墨鑄鐵，數(shù)字表示最小抗拉強度值（MPa）。4.蠕墨鑄鐵常見牌號

RuT420

RuT380

RuT340

RuT300

RuT260剎車鼓液壓泵殼體具有較好的加工工藝性能。純鋁的塑性好，可以冷、熱變形加工。（1）（2）（3）（4）導電性好，僅次于銅、銀。具有較好的抗大氣腐蝕能力（純鋁表面總形成致密的氧化膜）。密度為

2.72g/cm3，僅為鐵的1/3，是一種輕型金屬。工業(yè)純鋁的性能3.1鋁及鋁合金純鋁應用：

導線

電器儀表零件

裝飾件工業(yè)純鋁的牌號1

2

35純鋁后面的兩位數(shù)字最低鋁的質(zhì)量分數(shù)對2種雜質(zhì)的極限含量有特殊控制

1xxx系列：這個系列的牌號都以數(shù)字"1"開頭，表示純鋁，純度高達99%以上。第二位數(shù)字的含義：第二位數(shù)字通常表示控制雜質(zhì)元素的種類和含量.例如：1235可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類變形鋁合金又分為可熱處理強化和不可熱處理強化兩類分類鋁合金

鋁合金相圖的一般形式變形鋁合金防銹鋁合金硬鋁合金AB鍛鋁合金D超硬鋁合金C①防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。常用的Al-Mn系合金：抗蝕性和強度高于純鋁，焊接性和塑性良好，但切削加工性較差。常用的Al-Mg系合金：密度比純鋁小，強度比Al-Mn合金高衛(wèi)星天線（LF2）②硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可進行時效強化，也可進行變形強化。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)③

超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。室溫強度最高的鋁合金熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。高溫下軟化快。用包鋁法可提高抗蝕性。飛機前起落架飛機用座椅軌道及航空零件④鍛鋁合金Al-Cu-Mg-Si系合金

可鍛性好，力學性能高，用于形狀復雜的鍛件和模鍛件壓氣機葉片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金

用于制造150~225℃下工作的零件。鑄造鋁合金（1）（2）（3）Al-Si

系鑄造鋁合金Al-Cu系鑄造鋁合金Al-Mg系鑄造鋁合金（4）Al-Zn系鑄造鋁合金①Al-Si系鑄造鋁合金（硅鋁明）

鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。活塞(裙部為鋁硅合金)②Al-Cu系鑄造鋁合金耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。汽缸頭③Al-Mg系鑄造鋁合金耐蝕性好，強度高，密度小；但鑄造性能差,耐熱性低。鼓風機密封件等(ZL102、301)④Al-Zn系鑄造鋁合金鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)3.2銅及銅合金

工業(yè)純銅純銅為含銅量最高的銅(含銅量為99.5%～99.95%)，紫色，又稱紫銅。其密度為8.94g/cm3,屬于重金屬，熔點為1083℃。純銅無同素異構轉變，無磁性，化學穩(wěn)定性高，耐蝕性好。工業(yè)純銅分為4種：T1、T2、T3、T4。編號越大，純度越低。工業(yè)純銅除配制銅合金和其他合金外，主要用于電器工業(yè)，制造電線、電纜、電刷、銅管、散熱器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防磁儀器等。純銅的強度低，不宜用作結構材料3.2銅及銅合金

銅及銅合金的特點優(yōu)良的物理、化學性能。導電、導熱性能好、耐腐蝕等，是抗磁材料。加工性能好。容易冷熱成形，鑄造銅合金鑄造性能好。具有某些特殊力學性能。比如優(yōu)良的減摩性和耐摩性高的彈性極限和疲勞強度。色澤美觀。銅中加入合金元素后，可提高合金的強度，并保持良好的加工性能。按化學成分

黃銅

青銅

白銅以Zn為主要合金元素。良好的加工性能，良的鑄造性能，耐腐蝕性能也好。以Sn為主要合金元素。用于鑄造形狀復雜的零件。抗腐蝕性比黃銅還好。以Ni為主要合金元素。具有較好的強度和塑性，能進行冷加工變形，抗腐蝕性能也好。銅合金的分類

按生產(chǎn)方式

加工銅合金

鑄造銅合金

1、黃銅

(1)普通黃銅(銅鋅二元合金)①Zn的質(zhì)量分數(shù)的影響Zn<32%時，強度和塑性都隨Zn的增加而提高；Zn=30%～32%時塑性最高；Zn>32%時，塑性下降；Zn=40%～45%時，強度最高；Zn>45%時，塑性和強度均急劇下降。②普通黃銅的代號及牌號

H62表示Cu的平均質(zhì)量分數(shù)為62%，其余為Zn的普通加工黃銅。ZCuZn38，其含義是wZn≈38%，其余為Cu的鑄造黃銅。H80金色黃銅，裝飾件，薄管。H62、H59強度較高，作零件，標準件，焊接件，沖壓件。H96冷凝管、熱交換器、散熱器，計算機插件等。

H70“三七黃銅”彈殼、套管和復雜深沖零件(H68)。③普通黃銅的用途(2)特殊黃銅

①合金元素的影響

Pb——改善切削加工性和耐磨性；Si——改善鑄造性能，提高強度和耐蝕性；A1——提高強度、硬度和耐蝕性；Sn、Al、Si、Mn——提高耐蝕性，減少應力腐蝕破裂。②特殊黃銅的代號、牌號與應用HSn62-1表示wCu≈62%，wSn≈1%，其余為Zn的加工錫黃銅。ZCuZn40Mn3Fe1，表示wZn≈40%、wMn≈3%、wFe≈1%、其余為Cu的鑄造特殊黃銅。☆Pb黃銅：HPb60-1切削性能好，耐磨性好——鐘表零件☆

Sn黃銅：HSn90-1HSn62-1耐蝕性好

——船舶零件。海軍黃銅☆

Al黃銅：HAl77-2HAl60-1-1耐蝕性好，強度和硬度高——船舶零件，機械及電機零件。☆

Si黃銅HSi80-3

耐蝕性好，機械性能好，切削性好，耐磨性好——船舶零件，機械及化工零件其它還有錳黃銅，鐵黃銅，鎳黃銅。主要用于船舶零件消除加工黃銅的加工硬化現(xiàn)象。(3)黃銅的熱處理①去應力退火：將黃銅制件加熱到200～300℃，保溫后緩冷。消除應力，防止應力腐蝕破裂及切削加工后的變形。②再結晶退火：一般是將黃銅制件加熱到500～700℃，保溫后緩冷.

3.青銅

(1)青銅的代號及牌號

加工青銅的代號如QSn4-3表示平均wSn≈4%、wZn≈3%，其余為Cu的加工錫青銅。鑄造青銅的牌號如ZCuSn10Zn1，表示平均wSn≈10%、wZn≈1%，其余為Cu的鑄造錫青銅。(2)普通青銅(錫青銅)①Sn的質(zhì)量分數(shù)的影響Sn<7%時，強度、塑性隨著

Sn的增加而增大；Sn>7%以后，強度繼續(xù)升高，塑性急劇下降；wSn>20%時，合金變脆，強度顯著降低②錫青銅的性能及用途QSn4-3,QSn6.5-0.1,耐蝕性優(yōu)于黃銅，鑄造性好，耐磨性好，有彈性用于造船、化工、機械、儀表中的耐磨件，耐蝕件、彈性元件，抗磁件。(3)特殊青銅(無錫青銅)

☆鋁青銅QAl9-4QAl7耐蝕性優(yōu)于黃銅和錫青銅，鑄造性和耐磨性優(yōu)于錫青銅，力學性能好。QAl10-3-1.5飛機、船舶用高強度、高耐磨抗蝕零件QAl9-4船舶及電氣零件，耐磨件

☆鈹青銅

耐蝕性、耐磨性、彈性、抗磁性、抗疲勞都很好，耐寒，沖擊無火花。QBe2重要的彈簧及彈性元件、耐磨件、高壓高速高溫軸承，防爆工具，鐘表件。

☆硅青銅

耐蝕件、彈簧、渦輪、蝸桿等。高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。高分子化合物(又稱高聚物)是指相對分子質(zhì)量(高達幾千到幾百萬)很大的化合物。高分子化合物包括有機高分子化合物和無機高分子化合物兩類。有機高分子化合物又分為天然的和合成的。機械工程中使用的高分子材料主要是人工合成的有機高分子化合物，如塑料、合成橡膠、合成纖維、涂料和膠粘劑以及各種功能性高分子材料。4.1高分子材料高硬度高溫強度高耐化學腐蝕抗高溫蠕變nai耐高溫高耐磨性抗氧化抗機械機械沖擊和熱沖擊差無機非金屬材料因此，需要復合高分子材料的密度小，多數(shù)密度為1~2g/cm3。質(zhì)量輕、強度低、塑性相對較好，比強度較高(和一些金屬材料相當)，故其沖擊韌性較鋼鐵等低很多；彈性模量小、彈性高，因此減振性好；耐磨性好、摩擦系數(shù)低、大多具有自潤滑性，因此在無潤滑的條件下耐磨、減摩性優(yōu)于金屬材料；耐蝕性好，不受電化學腐蝕，一般情況下與周圍介質(zhì)不發(fā)生化學反應，具有很高的化學穩(wěn)定性。高分子材料性能高分子材料的缺點在紫外線、機械力、水蒸氣、微生物等因素一定時間內(nèi)的作用下逐漸失去彈性，出現(xiàn)應力松弛、蠕變、龜裂、變硬或發(fā)黏軟化，也會變色失去光澤，這種現(xiàn)象稱為老化。此外，高分子材料降解困難，對環(huán)境影響大。4.2工程塑料

塑料是以合成樹脂為主要成分，加入各種添加劑，在加工過程中能塑制成型的有機高分子材料。其具有質(zhì)輕、絕緣、減摩、耐蝕、消音、吸振、價廉、美觀等優(yōu)點，已成為人們口常生活中不可缺少的材料之一，并且越來越多的應用于各工業(yè)部門及各類工程結構中。

(1)通用塑料產(chǎn)量大，用途廣，價格低廉，主要指通用性強的聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等6大品種，占塑料總產(chǎn)量的3/4以上(2)工程塑料力學性能比較好，可以代替金屬在工程結構和機械設備中的應用，通常具有較高的強度、剛度和韌性，而且耐熱、耐輻射、耐蝕性能以及尺寸穩(wěn)定性能好。常用的工程塑料有聚酞胺(尼龍)、聚甲醛、酚醛塑料、有機玻璃、ABS等

上一頁下一頁返回塑料分類按使用范圍分類分為通用塑料和工程塑料。塑料的性能特點

(1)密度小、比強度高塑料的相對密度一般在0.83~2.2之間，僅為鋼鐵材料的1/4,鋁的1/2，對于需要全面減輕結構自重的車輛、船舶、飛機、宇航器等都具有重要的意義。

(2)化學穩(wěn)定性高塑料對酸、堿和有機溶劑均有良好的耐蝕性。特別是號稱“塑料王”的聚四氟乙烯，除能與熔融的堿金屬作用外，對各種酸、堿均有良好的耐蝕能力，甚至使黃金都能溶解的“王水”也不能將其腐蝕。因此，塑料在腐蝕條件下和化工設備中被廣泛應用。(3)絕緣性能好在高分子塑料的分子鏈中因其化學鍵是共價鍵，不能電離，故沒有自由電子和可移動的離子，所以塑料是不良導體。由于分子鏈細長、卷曲，在受聲、熱之后振動困難，故對聲、熱也有良好的絕緣性能。廣泛用于電機、電器和電子工業(yè)作絕緣材料

(4)減摩性好大部分塑料的摩擦系數(shù)都較小，具有良好的減摩性。用塑料制成的軸承、齒輪、凸輪、活塞環(huán)等摩擦零件，可以在各種液體、半干摩擦和干摩擦條件下有效地工作。塑料的性能特點（5)減振、消音、耐磨性好用塑料制作傳動件、摩擦零件，可以吸收振動，降低噪音，而且耐磨性好

(6)生產(chǎn)效率高、成本低塑料制品可以一次成型，生產(chǎn)周期短，比較容易實現(xiàn)自動化或半自動化生產(chǎn)，加上其原料來源廣泛，故價格低廉(7)塑料的缺點強度比一般金屬要低，耐熱性差(一般僅能在100℃以下長期工作，少數(shù)能在200℃左右溫度下工作)，熱膨脹系數(shù)很大(約為金屬的10倍)，導熱性很差，易老化，易燃燒等

塑料的成型加工塑料的成型加工是指由合成樹脂制造廠制造的聚合物制成最終塑料制品的過程。加工方法(通常稱為塑料的一次加工)包括壓塑(模壓成型)、擠塑(擠出成型)、注塑(注射成型)、吹塑(中空成型)及壓延等。(1)壓塑也稱模壓成型或壓制成型，主要用于酚醛樹脂、脈醛樹脂、不飽和聚酷樹脂等熱固性塑料的成型。(2)擠塑又稱擠出成型，是使用擠塑機(擠出機)將加熱的樹脂連續(xù)通過模具，擠出所需形狀的制品的方法。擠塑有時也用于熱固性塑料的成型，并可用于泡沫塑料的成型。

擠塑的優(yōu)點是可擠出各種形狀的制品，生產(chǎn)效率高，可自動化，連續(xù)化生產(chǎn);缺點是熱固性塑料不能廣泛采用此法加工，制品尺寸容易產(chǎn)生偏差。(3)注塑又稱注射成型，是使用注塑機(或稱注射機)將熱塑性塑料熔體在高壓下注入到模具內(nèi)經(jīng)冷卻、固化獲得產(chǎn)品的方法。注塑也能用于熱固性塑料及泡沫塑料的成型。

注塑的優(yōu)點是生產(chǎn)速度快、效率高、操作可自動化、能成型形狀復雜的零件，特別適合大量生產(chǎn)。缺點是設備及模具成本高，注塑機清理較困難等塑料的成型加工(4)吹塑又稱中空吹塑和中空成型，是借助壓縮空氣的壓力使閉合的模具中的熱的樹脂型坯吹脹為空心制品的一種方法，吹塑包括吹塑薄膜及吹塑中空制品兩種方法。用吹塑法可生產(chǎn)薄膜制品，各種瓶、桶、壺類容器及兒童玩具等

(5)壓延是將樹脂和各種添加劑經(jīng)預期處理(捏合、過濾等)后，通過壓延機的兩個或多個轉向相反的壓延輥的間隙加工成薄膜或片材，隨后從壓延機輥簡上剝離下來，再經(jīng)冷卻定型的一種成型方法。壓延是主要用于聚氯乙烯樹脂的成型方法，能制造薄膜、片材、板材、人造革和地板磚等制品。塑料的成型加工

(1)按化學組成分工程塑料可分為聚酞胺類(尼龍)、聚酷類(聚碳酸酷、聚對苯二甲酸丁二醇酷、聚對苯二甲酸乙二醇酷、聚芳酷、聚苯酷等)、聚醚類(聚甲醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮等)、芳雜環(huán)聚合物類(聚酞亞胺、聚醚亞胺、聚苯并咪哩)以及含氟聚合物(聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯，聚氟乙烯等)等

(2)按聚合物的物理狀態(tài)分可分為結晶型和無定型兩大類。聚合物的結晶能力與分子結構規(guī)整性、分子間力、分子鏈柔順性能等有關，結晶程度還受拉力、溫度等外界條件的影響。這種物理狀態(tài)部分地表征了聚合物的結構和共同的特性。結晶型工程塑料有聚酞胺、聚甲醛、聚對苯二甲酸丁二醇酷、聚對苯二甲酸乙二醇酷、聚苯硫醚、聚苯酷、聚醚醚酮、氟樹脂、間規(guī)聚苯乙烯等;無定型工程塑料有聚碳胺酷、聚苯醚、聚芳酷等工程塑料的分類(3)按應用零件的功能分，工程塑料可以分為:①一般結構零件，如罩殼、蓋板、框架和手輪、手柄、玩具、兒童游樂設施等;②傳動結構零件，如1h.輪、螺母、聯(lián)軸器以及其他一些受連續(xù)反復載荷的零部件;③摩擦零件，如軸承、襯套、活塞環(huán)、密封圈以及其他一些承受滑動摩擦的零件;④電氣絕緣零件，如各種高低壓開關、接觸器、繼電器等;⑤耐腐蝕零部件，如化工容器、管道、閥門和測量儀表等零件;⑥高強度、高模量結構零件，如高速風扇葉片、泵葉輪、螺旋推進器葉片等。(4)按受熱性能分類，工程塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料，工程塑料的分類在塑料的通用品種中，聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯四大品種的總產(chǎn)量在億噸左右。透光性好的有機玻璃，稱為“塑料王”的耐腐蝕塑料聚四氟乙烯，作為工程塑料的聚颯、聚碳酸酷、聚甲醛、聚酞亞胺和常用作泡沫塑料的聚氨酷等。常用塑料4.4橡膠橡膠是具有高彈性的高分子材料，在較小的載荷下就能產(chǎn)生很大的變形，當載荷去除后又能很快恢復原狀，是常用的彈性材料、密封材料、傳動材料、防震和減振材料。(1)按來源不同分類,橡膠可分為天然橡膠與合成橡膠。天然橡膠是橡膠樹的液狀乳汁經(jīng)采集和適當加工而成，天然橡膠的主要化學成分是聚異戊二烯;合成橡膠主要成分是合成高分子物質(zhì)，其品種較多，丁苯橡膠和順丁橡膠是較常用的合成橡膠。(2)按用途分類,橡膠可分為通用橡膠和特種橡膠。通用橡膠的用量一般較大，主要用于制作輪胎、輸送帶、膠管、膠板等，主要品種有丁苯橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠等;特種橡膠主要用于高溫、低溫、酸、堿、油和輻射介質(zhì)條件下的橡膠制品，主要有丁睛橡膠、硅橡膠、氟橡膠等橡膠的分類橡膠制品是以生膠為基礎，并加入適量的配合劑和增強材料制成的。

(1)生膠是未加配合劑的天然或合成橡膠，是橡膠制品的主要組分，生膠不僅決定了橡膠的性能，還能把各種配合劑和增強材料粘成一體。不同的生膠可制成不同性能的橡膠制品。

(2)配合劑作用是提高橡膠制品的使用性能和工藝性能。配合劑的種類很多，一般有硫化劑、硫化促進劑、增塑劑、防老化劑、填充劑等（3）硫化劑的作用是使橡膠變得富有彈性，目前生產(chǎn)中多采用硫黃作為硫化劑;（4）增塑劑的主要作用是提高橡膠的塑性，使之易于加工和與各種配料混合，并降低橡膠的硬度、提高耐寒性等，常用增塑劑主要有硬酷酸、精制蠟、凡士林等;

橡膠的組成（5）防老化劑可防止橡膠制品在受光、熱等介質(zhì)的作用時出現(xiàn)變硬、變脆，提高使用壽命，主要靠加入石蠟、密蠟或其他比橡膠更易氧化的物質(zhì)，在橡膠表面形成穩(wěn)定的氧化膜，抵抗氧的浸蝕;（6）填充劑的作用是提高橡膠的強度和降低成本，常用的有碳黑、Mg0,ZnO,CaO等（7）增強材料其作用是提高橡膠的力學性能，如強度、硬度、耐磨性和剛性等。常用的增強材料是各種纖維織物、金屬絲及編織物。如在傳送帶、膠管中加入帆布、細布，在輪胎中加入簾布、在膠管中加入鋼線等橡膠的組成

(1)極好的彈性橡膠的主要成分是具有高彈性高分子物質(zhì)，受到較小的外力作用就能產(chǎn)生很大的變形(變形量在100%一1000%)，取消外力后又能恢復原狀

(2)具有很高的可撓性、仲長率、良好的耐磨性、電絕緣性、耐腐蝕性、隔音、吸振以及與其他物質(zhì)易于粘結等優(yōu)點。橡膠的性能常用橡膠及其應用在機械工業(yè)中，橡膠主要用于以下產(chǎn)品的制造:(1)輪胎、動靜密封元件，如旋轉軸密封、管道接口密封;(2)各種膠管，如用于輸送水、油、氣、酸、堿等的管路;(3)減振、防振件，如機座減振墊片、汽車底盤橡膠彈簧;(4)傳動件，如三角膠帶、傳動滾子;(5)運輸膠帶;(6)電線、電纜和電工絕緣材料;(7)制動件等通用橡膠價格較低，用量較大，其中丁苯橡膠是產(chǎn)量和用量最大的品種，占橡膠總產(chǎn)量的60%一70%，順丁橡膠的發(fā)展最快;特種橡膠的價格較高，主要用于要求耐寒、耐熱、耐腐蝕等場合。為保持橡膠的高彈性，延長其使用壽命，在橡膠的儲存、使用和保管過程中要注意以下問題:(1)光、氧、熱及重復的屈撓作用，都會損害橡膠的彈性，應注意防護;(2)橡膠中如含有少量變價金屬(銅、鐵、錳)的鹽類，都會加速其老化，應根據(jù)需要選用合適的橡膠配方;(3)不使用時，盡可能使橡膠件處于松弛狀態(tài);(4)運輸和儲存過程中，避免日曬雨淋，保持干燥清潔，不要與酸、堿、汽油、有機溶劑等物質(zhì)接觸，遠離熱源;(5)橡膠件如斷裂，可用室溫硫化膠漿膠結。橡膠的維護保養(yǎng)陶瓷具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點。可用作結構材料、刀具材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能