機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)課程電子教案

1、1機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)課程電子教案機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)課程電子教案機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)多媒體系列機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)多媒體系列CAI課件課件2第第5章章 機(jī)械工程常用材料及其工程性能機(jī)械工程常用材料及其工程性能5.1 概述概述材料材料金屬材料金屬材料:無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料陶瓷陶瓷有機(jī)材料有機(jī)材料塑料，橡膠，合成纖維塑料，橡膠，合成纖維非金屬材料非金屬材料:黑色金屬材料黑色金屬材料鐵基金屬合金鐵基金屬合金有色金屬材料有色金屬材料銅、鋁、鎂銅、鋁、鎂零部件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（零部件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（材料、熱處理、形狀、尺寸材料、熱處理、形狀、尺寸）定原理方案后定原理方案后保證零部件的工作能力保證零部件的工作能力依據(jù)依據(jù)35.2 金屬材料的機(jī)械性能

2、金屬材料的機(jī)械性能機(jī)械性能機(jī)械性能強(qiáng)度強(qiáng)度剛度剛度塑性塑性材料抵抗材料抵抗塑性變形塑性變形和和斷裂斷裂的能力的能力材料抵抗材料抵抗彈性變形彈性變形的能力的能力在外力作用下金屬產(chǎn)生在外力作用下金屬產(chǎn)生塑性變形塑性變形而不而不產(chǎn)生產(chǎn)生斷裂斷裂的能力的能力硬度硬度材料抵抗局部材料抵抗局部塑性變形塑性變形能力的性能指能力的性能指標(biāo)標(biāo)硬度保證硬度保證強(qiáng)度強(qiáng)度、耐磨性耐磨性和和壽命壽命金屬的疲勞金屬的疲勞當(dāng)應(yīng)力的周期循環(huán)次數(shù)增加到某一當(dāng)應(yīng)力的周期循環(huán)次數(shù)增加到某一數(shù)值數(shù)值N后，材料也會(huì)產(chǎn)生后，材料也會(huì)產(chǎn)生斷裂斷裂線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)0lla tt 4延伸率延伸率:試件拉斷后單位長度內(nèi)產(chǎn)生殘余伸長的百分?jǐn)?shù)；

3、試件拉斷后單位長度內(nèi)產(chǎn)生殘余伸長的百分?jǐn)?shù)；%100001lll延伸率： 收縮率收縮率:試件拉斷后橫截面積相對收縮的百分?jǐn)?shù)；試件拉斷后橫截面積相對收縮的百分?jǐn)?shù)；%100001AAA收縮率：55.3 常用的工程材料常用的工程材料黑色黑色金屬金屬鑄鐵鑄鐵:含碳量大于含碳量大于2.06的鐵碳合金；的鐵碳合金；制作底座、支架、工作臺(tái)制作底座、支架、工作臺(tái) 合金鋼合金鋼:為改善鋼的性能，在鋼中加入一種或數(shù)種為改善鋼的性能，在鋼中加入一種或數(shù)種合金元素的鋼合金元素的鋼鉻、錳、鎳、硅、鋁、鎢鉻、錳、鎳、硅、鋁、鎢碳素鋼碳素鋼:（含碳量（含碳量0.04%-1.7的鐵碳合的鐵碳合金稱為鋼）金稱為鋼）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

4、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q255 、 Q275、Q235A制造強(qiáng)度要求高的零件連桿、軸制造強(qiáng)度要求高的零件連桿、軸優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)鋼號(hào)10 、 15 、 20 、 85 一般零部件應(yīng)用（一般零部件應(yīng)用（0.01）碳素工具鋼碳素工具鋼T8 、 T12A （高級高級優(yōu)質(zhì)碳優(yōu)質(zhì)碳素工具剛）一般零部件應(yīng)用（素工具剛）一般零部件應(yīng)用（0.1）高硬度和耐磨性高硬度和耐磨性6鑄鐵鑄鐵分類分類白口鑄鐵：白口鑄鐵：碳以碳以Fe3O存在，斷口呈白亮色存在，斷口呈白亮色硬度高、脆性大硬度高、脆性大灰口鑄鐵：灰口鑄鐵：碳以碳以片狀石墨片狀石墨存在，斷口呈暗灰色存在，斷口呈暗灰色良好的工藝良好的工藝性能和機(jī)械性能

5、性能和機(jī)械性能HT100可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵:石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈團(tuán)絮狀存在，白口鑄鐵經(jīng)退火后獲得存在，白口鑄鐵經(jīng)退火后獲得塑塑性和韌性好性和韌性好球墨鑄鐵球墨鑄鐵:石墨呈球狀石墨呈球狀存在強(qiáng)度高、鑄造性好存在強(qiáng)度高、鑄造性好QT400-17鑄鐵特點(diǎn)：鑄鐵特點(diǎn)：含碳量為含碳量為2.54的鐵碳合金，的鐵碳合金，雜質(zhì)（硅、錳、雜質(zhì)（硅、錳、琉、磷）含量琉、磷）含量比鋼多，具有良好的比鋼多，具有良好的鑄造性、耐磨性和切削加工鑄造性、耐磨性和切削加工性性，生產(chǎn)簡單、價(jià)格便宜；，生產(chǎn)簡單、價(jià)格便宜；蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵:石墨呈蠕蟲狀石墨呈蠕蟲狀存在；存在；7碳素鋼碳素鋼分類分類按含碳量分按含碳量分:低碳鋼低碳鋼（

6、含碳（含碳0.6）普通碳素鋼普通碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼按鋼的質(zhì)量分按鋼的質(zhì)量分:（有害雜質(zhì)（有害雜質(zhì)S、P含量）含量）按用途分按用途分:碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼:（用于工程構(gòu)件和零件（用于工程構(gòu)件和零件齒輪、軸、桿齒輪、軸、桿是低碳鋼和中碳鋼）是低碳鋼和中碳鋼）碳素工具鋼碳素工具鋼:（用于制造（用于制造刀具、模刀具、模具、量具具、量具是高碳鋼）是高碳鋼）8合金鋼合金鋼分類分類合金結(jié)構(gòu)鋼：合金結(jié)構(gòu)鋼：刃具鋼刃具鋼量具鋼量具鋼模具鋼模具鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊功能鋼特殊功能鋼:低合金機(jī)構(gòu)鋼低合金機(jī)構(gòu)鋼機(jī)械制造用鋼機(jī)械制造用鋼不銹鋼不銹鋼耐熱鋼耐熱鋼耐磨鋼耐磨鋼鑄鋼鑄鋼

7、:合金鋼優(yōu)點(diǎn)：合金鋼優(yōu)點(diǎn)：加入合金元素可使鋼獲得一般碳素鋼達(dá)不到的性加入合金元素可使鋼獲得一般碳素鋼達(dá)不到的性能能(如如硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性等等)；提高耐磨、防腐、防酸性提高耐磨、防腐、防酸性能能；獲得；獲得高彈性、高抗磁或?qū)Т判愿邚椥?、高抗磁或?qū)Т判缘?；等?有色有色金屬金屬形狀記憶形狀記憶合金合金在宇航、電子、醫(yī)療等方面應(yīng)用在宇航、電子、醫(yī)療等方面應(yīng)用銅及銅及銅合金銅合金不宜制造結(jié)構(gòu)零件，常制作電不宜制造結(jié)構(gòu)零件，常制作電元件和耐磨件，價(jià)格貴元件和耐磨件，價(jià)格貴;T1,T2純銅純銅銅與銅與鋅鋅合金，合金，H80 、H59 (銅含量銅含量)、HPb59-1 、HMn5

8、8-2（特殊）（特殊）黃銅黃銅銅與銅與錫鉛錫鉛等元素的合金等元素的合金錫青銅（銅錫合金）錫青銅（銅錫合金）無錫青銅（含鋁鈹錳等元素）無錫青銅（含鋁鈹錳等元素）青銅青銅鋁及鋁及鋁合金鋁合金鑄鋁合金鑄鋁合金變形鋁合金變形鋁合金超硬鋁合金超硬鋁合金工業(yè)純鋁：工業(yè)純鋁：L1（純度最高）、（純度最高）、L2、L710非金屬非金屬材料材料工程塑料工程塑料陶瓷材料陶瓷材料密度小，質(zhì)量輕，耐腐蝕性好，易密度小，質(zhì)量輕，耐腐蝕性好，易加工；加工；硬度高、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕硬度高、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕人工合成人工合成礦物礦物寶石寶石石英石英橡橡 膠膠耐腐蝕性好，耐磨損和耐放射性；耐腐蝕性好，耐磨損和耐放射性

9、；115.4 金屬材料的熱處理與表面精飾金屬材料的熱處理與表面精飾鋼的熱處理鋼的熱處理：將鋼在固態(tài)范圍內(nèi)施以不同形式的將鋼在固態(tài)范圍內(nèi)施以不同形式的加熱加熱、保溫保溫和和冷卻冷卻，從而改變（或改善）其組織結(jié)構(gòu)以達(dá)到預(yù)期性能的操作工藝。從而改變（或改善）其組織結(jié)構(gòu)以達(dá)到預(yù)期性能的操作工藝。鑄造、鍛造或焊接鑄造、鍛造或焊接晶粒粗大、加工硬化、內(nèi)應(yīng)力較大晶粒粗大、加工硬化、內(nèi)應(yīng)力較大零件毛坯零件毛坯加工方法加工方法存在缺陷存在缺陷解決解決熱處理熱處理鋼的熱處理鋼的熱處理：改善鋼的加工工藝性能；提高鋼的機(jī)械性能；改善鋼的加工工藝性能；提高鋼的機(jī)械性能；增加壽命和耐磨性增加壽命和耐磨性;12熱處理熱處理

10、普通熱處普通熱處理理表面熱處表面熱處理理退火退火正火正火淬火淬火回火回火表面淬火表面淬火化學(xué)化學(xué)熱處理熱處理火焰加熱火焰加熱感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱滲碳滲碳氮化氮化氰化氰化13普通普通熱處理熱處理退火退火將鋼加熱稍高于臨界溫度將鋼加熱稍高于臨界溫度保持一定時(shí)間保持一定時(shí)間緩慢冷卻緩慢冷卻；目的目的：軟化鋼件，以利于切削，細(xì)化晶粒，：軟化鋼件，以利于切削，細(xì)化晶粒，改善組織以提高化學(xué)性能；消除殘余應(yīng)力，改善組織以提高化學(xué)性能；消除殘余應(yīng)力，以防止變形、干裂以防止變形、干裂；正火正火淬火淬火回火回火將鋼加熱稍高于臨界溫度保持一定時(shí)間將鋼加熱稍高于臨界溫度保持一定時(shí)間在在空氣中冷卻空氣中冷卻；目的：強(qiáng)度硬度

11、比退火后高；利于切削加目的：強(qiáng)度硬度比退火后高；利于切削加工工將鋼加熱將鋼加熱高于高于臨界溫度保溫在水或油臨界溫度保溫在水或油中迅速冷卻；中迅速冷卻；目的：目的：提高零件硬度和耐磨性；提高零件硬度和耐磨性；將將淬火淬火后零件重新加熱后零件重新加熱低于低于臨界溫度臨界溫度保溫在水或油中迅速冷卻；保溫在水或油中迅速冷卻；目的：目的：消除淬火時(shí)冷卻過快產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；消除淬火時(shí)冷卻過快產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；是是淬火淬火后必須程序；后必須程序；145.4 金屬材料的熱處理與表面精飾金屬材料的熱處理與表面精飾表面表面熱處理熱處理表面淬火表面淬火化學(xué)化學(xué)熱處理熱處理快速加熱迅速冷卻快速加熱迅速冷卻目的目的：使表面變

12、硬；內(nèi)部塑性和韌使表面變硬；內(nèi)部塑性和韌性較好；性較好；齒輪、蝸桿、絲桿、齒輪、蝸桿、絲桿、軸頸；軸頸；將工件在一定介質(zhì)中將工件在一定介質(zhì)中加熱和保溫加熱和保溫使使介質(zhì)中介質(zhì)中活性原子滲入活性原子滲入表層改變表層表層改變表層化學(xué)成分和組織化學(xué)成分和組織使具有特殊的使具有特殊的力學(xué)力學(xué)或物理化學(xué)性能；或物理化學(xué)性能；滲碳；氮化；氰化滲碳；氮化；氰化金屬零件的金屬零件的表面精飾表面精飾電鍍電鍍化學(xué)處理化學(xué)處理涂漆涂漆目的目的：在金屬表面加覆蓋層，：在金屬表面加覆蓋層，以達(dá)到以達(dá)到防腐、改善性能和裝防腐、改善性能和裝飾飾作用；作用；155.5 機(jī)械零件材料的選擇機(jī)械零件材料的選擇選擇零件材料的總原則

13、選擇零件材料的總原則：在滿足零部件在滿足零部件使用性能使用性能的前提下，同時(shí)的前提下，同時(shí)兼顧材料的兼顧材料的加工工藝性加工工藝性和和經(jīng)濟(jì)型經(jīng)濟(jì)型。使用性能：使用性能：物理性能：物理性能：電、磁、熱電、磁、熱等；等；化學(xué)性能：化學(xué)性能：表面氧化、電化學(xué)腐蝕表面氧化、電化學(xué)腐蝕等；等；力學(xué)性能：力學(xué)性能：強(qiáng)度強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、塑性、硬度、韌性等主要指標(biāo)等主要指標(biāo)分析零件的工作條件分析零件的工作條件（受力、振動(dòng)、沖擊、摩擦等）（受力、振動(dòng)、沖擊、摩擦等）分析失效形式分析失效形式（變形、（變形、表面損傷、磨損、斷裂）表面損傷、磨損、斷裂）結(jié)合力學(xué)計(jì)算確定零件應(yīng)結(jié)合力學(xué)計(jì)算確定零件應(yīng)具有的具有的力學(xué)性能指標(biāo)力學(xué)性能指標(biāo)選擇材料選擇材料生產(chǎn)生產(chǎn)定熱處理方法定熱處理方法16工藝性能：工藝性能：鑄造性：鑄造性：可鍛性：可鍛性：焊接性：焊接性：切削加工性：切削加工性：熱處理工藝性：熱處理工藝性：17習(xí)題：習(xí)題：1. 高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼是怎樣劃分的？高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼是怎樣劃分的？2. 下列牌號(hào)表示什么鑄鐵？牌號(hào)中的數(shù)字表示什么含義？下列牌號(hào)表示什么鑄鐵？牌號(hào)中的數(shù)字表示