機械設(shè)計工藝與規(guī)范

機械設(shè)計工藝與規(guī)范第1頁/共414頁機械工藝設(shè)計規(guī)范

目錄

1材料選擇2圖紙標(biāo)準(zhǔn)化3公差設(shè)計準(zhǔn)則4工藝設(shè)計準(zhǔn)則5標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計準(zhǔn)則6薄板件設(shè)計準(zhǔn)則7焊接件設(shè)計準(zhǔn)則8工藝流程設(shè)計9工藝審核10塑膠件設(shè)計準(zhǔn)則11腐蝕設(shè)計準(zhǔn)則

12力學(xué)原理設(shè)計準(zhǔn)則13運動部件設(shè)計準(zhǔn)則14軸支承設(shè)計準(zhǔn)則便于裝配設(shè)計準(zhǔn)則16工藝設(shè)計基礎(chǔ)

17工裝設(shè)計

18機械加工工藝

19可靠性設(shè)計準(zhǔn)則

20熱應(yīng)力設(shè)計準(zhǔn)則

21鑄件設(shè)計準(zhǔn)則第2頁/共414頁第一章材料選擇1.1材料的分類1.2金屬材料的主要性能1.3非金屬材料的主要性能1.4通過熱處理改變材料的特性1.5通過表面處理改變材料的特性1.6型材的種類1.7材料的選用原則1.8復(fù)合材料1.9功能材料1.10電磁材料1.11毛坯的規(guī)格與下料1.12原材料的性狀1.13材料的存放周轉(zhuǎn)與布局第3頁/共414頁1.1材料的分類

.材料分類：材料分為兩大類金屬材料黑金屬和有色金屬非金屬材料工程塑料、陶瓷、橡膠、光學(xué)纖維、納米材料等鑄鐵灰鑄鐵-HT200球墨鑄鐵QT400-15可鍛鑄鐵（黑心）

KTH330-08可鍛鑄鐵（白心）KTB380-121.1.1黑金屬鑄鋼：ZG200

鋼:碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼

1.1.2有色金屬銅：純銅T1TU1黃銅H62錫黃銅HSn70-1青銅QSn4-1QBe2

鋁：純鋁L1防銹鋁LF2硬鋁LY11鍛鋁LD2鑄鋁ZL102

鎂：鎂鎂合金MB變形ZM鑄造YM壓鑄YM5航空用

1.1.3非金屬材料：工程塑料：熱固性塑料熱塑性塑料陶瓷：傳統(tǒng)陶瓷和新型陶瓷、

橡膠：天然橡膠合成橡膠光學(xué)纖維：納米材料等第4頁/共414頁1.2金屬材料的主要性能

1.2.1鋼按用途分類普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（Q195Q215-屈服極限σs=215）碳素結(jié)構(gòu)鋼(做各種機加的焊接的沖壓的折彎的結(jié)構(gòu)件）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（20、45）

(含碳0.3%以下低碳鋼可做各種機加的焊接的沖壓的碳素鋼折彎的結(jié)構(gòu)件，含碳0.3～0.6%的中碳鋼可做結(jié)構(gòu)件（碳鋼）但不適合焊接和折彎拉伸件）

優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼（T7、T8、T12）碳素工具鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼（T12A）（可做一般工具，刀具，刃具，不復(fù)雜的沖模，塑料模）

第5頁/共414頁熱模具鋼（5CrMnMo,3Cr2W8V,8407）-鍛模壓鑄模量具鋼（Gcr15、CrWMn）不銹鋼（1Cr13）-有防銹要求的機加件焊接件沖壓件折彎件1.2.1.鋼按用途分類

低合金結(jié)構(gòu)鋼（16Mn）-有強度要求的結(jié)構(gòu)件合金滲碳鋼（20Cr、20CrMnTi）-表面有硬度，耐磨的結(jié)構(gòu)件合金結(jié)構(gòu)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼（40Cr）-做各種軸，有強度要求的結(jié)構(gòu)件合金彈簧鋼（60Si2Mn，65Mn）-做各種彈簧滾動軸承鋼（Gcr15）-做軸承零件低合金刃具鋼（9Sicr）-刀具，刃具，沖頭合金鋼高速鋼（W18Cr4V）-刀具，刃具合金工具鋼冷模具鋼（9Mn2V，Cr12MoV）-刀具，刃具，沖頭模具鋼塑模鋼（CrWMn,P20,718H）-各種塑料模

特殊性能鋼耐酸鋼（1Cr18Ni9Ti）-含C0.1%-做耐酸蝕，不被磁化的零件耐磨鋼（ZGMn13）-有耐磨要求的運動零件。耐熱鋼(0Cr18Ni9)-有耐熱環(huán)境要求的零件。第6頁/共414頁1.2.2鑄鐵的概念、特點和種類概念——鑄鐵是碳含量>2.11%的鐵碳合金。特點與鋼相比бb、塑性、韌性較低具有優(yōu)良的鑄造性、可切削性，減振性生產(chǎn)成本低種類灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵合金鑄鐵第7頁/共414頁1.2.2五種鑄鐵的特點和應(yīng)用灰鑄鐵特點：碳多以片狀形式存在。具有高的抗壓強度、優(yōu)良的耐磨性和消振性，低的缺口敏感性。應(yīng)用：HT150、HT200、HT300、HT350等主要用于制造汽車、拖拉機中的汽缸、汽缸套、機床的床身等承受壓力及振動的零件。其中HT300和HT350稱為變質(zhì)鑄鐵（或孕育鑄鐵），可制造壓力機的機身、重負荷機床的床身、高壓液壓筒等機件。球墨鑄鐵特點：球鐵中的石墨呈球狀，石墨球越細，球的直徑越小分布越均勻，則球鐵的力學(xué)性能越高。既有灰鑄鐵優(yōu)點，又具有中碳鋼的бb，彎曲疲勞強度及良好的塑性、韌性。另外還可以通過合金化及熱處理來提高它的性能。應(yīng)用：QT400-18、QT400-15主要做汽車、拖拉機底盤零件。第8頁/共414頁1.2.2五種鑄鐵的特點和應(yīng)用可鍛鑄鐵特點：是由白口鑄鐵經(jīng)可鍛化退火而獲得團絮狀石墨的鑄鐵。強度、塑性及韌性比灰鑄鐵高，但不可鍛造。應(yīng)用：KTH300-06適用于制造彎頭、三通；KTH330-08適用制造螺絲扳手、犁刀等；KTZ450-06適用制造凸輪軸、連桿、活塞環(huán)、萬向接頭等。蠕墨鑄鐵特點：碳主要以蠕蟲狀石墨形態(tài)存在，其形狀形似蠕蟲。其力學(xué)性能介于相同基本組織的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。其鑄造性能、減震能力以及導(dǎo)熱性能都優(yōu)于球鐵，并接近灰鑄鐵。應(yīng)用：RUT420適用于制造在熱循環(huán)載荷條件下工作的零件，如柴油機汽缸、剎車件等。合金鑄鐵特點：在熔煉時有意加入一些合金元素制成合金鑄鐵（或稱特殊性能鑄鐵）。與相似條件下使用的合金鋼相比，熔煉簡單，成本低廉。種類：耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐蝕鑄鐵第9頁/共414頁1.2.3.金屬的使用性能和工藝性能使用性能：指金屬材料在正常工作條件下所表現(xiàn)出來的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能。一般機械零件常以力學(xué)性能作為設(shè)計和選材的依據(jù)，這是我們重點要掌握的內(nèi)容。工藝性能：指材料在加工過程中反映出來的性能。（金屬材料使用某種工藝方法，如：機械加工性能、鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、熱處理性能等進行加工的難易程度。）第10頁/共414頁1.2.4力學(xué)性能的概念及主要指標(biāo)金屬材料的力學(xué)性能：是指材料在外力作用下表現(xiàn)出來的性能。表示金屬材料力學(xué)性能的主要指標(biāo)有五個：強度塑性硬度沖擊韌性抗疲勞性（或疲勞強度）第11頁/共414頁第12頁/共414頁1.2.5強度的概念及分類強度：是指材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。根據(jù)外力作用方式，材料的強度可分為四種：抗拉強度（бb

）——表示材料被拉斷前所承載的最大應(yīng)力。

бb是零部件設(shè)計和評定材料時的重要強度指標(biāo)。

抗壓強度抗彎強度抗剪強度注：對拉伸過程中屈服現(xiàn)象不明顯的材料（如鑄鐵）按GB228-87規(guī)定以伸長率為0.2%時的應(yīng)力值作為它的條件屈服強度，用б0.2表示第13頁/共414頁1.2.6金屬的塑性是指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力。表示塑性的兩個指標(biāo)：伸長率（δ

）斷面收縮率（?

）注：當(dāng)材料的δ↑和?↑值愈高時表示材料的塑性愈好。一般δ達5%，

?達10%就可滿足絕大多數(shù)零件的要求。第14頁/共414頁1.2.7硬度的概念及主要測定指標(biāo)硬度：是指金屬材料抵抗更硬的物體壓入表面的能力。根據(jù)測定硬度方法的不同，可用布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）等多種硬度指標(biāo)表示材料的硬度。布氏硬度（HBS）：用淬火鋼球做壓頭測出的硬度值。適用測量硬度小于450HBS材料。如結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵及有色金屬等。布氏硬度（HBW)

：用硬質(zhì)合金球做壓頭測出的硬度值。適用測量硬度值不超過650HBS的材料。此方法的優(yōu)點是：測量結(jié)果準(zhǔn)確。缺點是：壓痕較大，不適用成品檢驗。洛氏硬度（HRA、HRB、HRC)：常用的三種測試方法中HRC用得最多。常用于淬火鋼的檢驗。此方法的優(yōu)點是：操作簡便迅速，壓痕較小，可在工件上直接打硬度。缺點是：壓痕小，代表性差，所測硬度值重復(fù)性差，分散度大。維氏硬度（HV)：測量原理基本以布氏硬度相同.適用測量較薄的材料、表面硬化層及金屬鍍層的硬度。此方法的優(yōu)點是：所用載荷小，壓痕深度淺，測量精度高，范圍大。缺點是：操作復(fù)雜，效率低，不宜用做大批量檢測。由于壓痕小致使所測硬度重復(fù)性差，分散度大。第15頁/共414頁1.2.8沖擊韌性的概念及特點沖擊韌性：是指在沖擊載荷作用下，金屬材料抵抗變形和斷裂的能力。其值以“ak

”來表示。沖擊韌性的特點：ak值越大，材料的韌性就越好，在受到?jīng)_擊時越不容易斷裂。材料的沖擊韌性值可以用沖擊實驗方法測定。第16頁/共414頁1.2.9疲勞強度的概念及提高材料疲勞強度的方法疲勞強度：是指材料經(jīng)無數(shù)次的應(yīng)力循環(huán)仍不斷裂的最大應(yīng)力，用來表示材料抵抗疲勞斷裂的能力。工程上規(guī)定，材料在循環(huán)應(yīng)力作用下達到某一基數(shù)而不斷裂，其最大應(yīng)力就作為該材料的疲勞極限。用“б-1”表示。提高材料疲勞強度的方法：在生產(chǎn)中常采用各種材料表面強化處理技術(shù)如：噴丸、滾壓、滲碳、滲氮和表面淬火等。此外，減小零件表面粗糙度也可以顯著地提高材料的疲勞極限。材料的疲勞強度可以用疲勞實驗機進行測定。

第17頁/共414頁1.2.10物理性能金屬材料主要的六種物理性能：比重熔點熱膨脹性導(dǎo)熱性導(dǎo)電性磁性產(chǎn)品不同對其物理性能的要求也不同。例如：飛機、導(dǎo)彈零件為減輕自重則選用比重小的，強度高的鋁合金制造。電器零件要求導(dǎo)電性。制造變壓器選用硅鋼片，要求具有良好磁性。物理性能對加工工藝也有影響，如導(dǎo)熱性差的材料，在經(jīng)熱處理或鍛壓工藝加工的加熱速度應(yīng)緩慢些，防止產(chǎn)生裂紋。在鑄造中，對熔點不同的材料，所選擇的澆注溫度也有所不同。熔點低的金屬，鑄造性能好，對鑄造工藝有利。第18頁/共414頁1.2.11化學(xué)性能化學(xué)性能概念：是指金屬及合金在常溫或高溫時抵抗各種化學(xué)作用的能力?；瘜W(xué)性能種類：耐酸性、耐堿性和抗氧化性。第19頁/共414頁1.2.12工藝性能工藝性能概念：是指材料加工成形的難易程度。工藝性能種類：鑄造性能（可鑄性）壓力加工性能（可鍛性）焊接性能（可焊性）機械加工性能（切削加工性）熱處理工藝性能（熱處理性）第20頁/共414頁1.2.13結(jié)晶的概念及基本規(guī)律結(jié)晶的概念：由液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程。結(jié)晶的基本規(guī)律：過冷現(xiàn)象每一種金屬都有一個平衡結(jié)晶溫度，稱為理論結(jié)晶溫度用“TO”表示。只有冷卻到低于TO溫度才能結(jié)晶，這種現(xiàn)象稱為“過冷度”。用“?T”表示。過冷度——理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。影響“過冷度”的因素：冷卻速度“冷卻速度”與“過冷度”之間的關(guān)系：

冷卻速度越快，過冷度越大。第21頁/共414頁1.2.14結(jié)晶的過程和晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響結(jié)晶的過程：結(jié)晶是在一定過冷度下，從無到有，從小到大的過程。即是形核--長大的過程。晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響：晶粒愈細，其金屬的強度愈高，塑性和韌性愈好。細化晶粒的方法：過冷度的影響（提高冷卻速度）變質(zhì)處理—在金屬液中加入某些雜質(zhì)，進行非自發(fā)形核，以細化晶粒。如在鑄鐵中加入硅鈣合金的處理。采用機械振動、超聲波振動和電磁攪拌第22頁/共414頁1.2.15合金的概念及合金相結(jié)構(gòu)的分類合金——將兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬融合在一起，獲得的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)，稱為合金。三種合金相結(jié)構(gòu)：固溶體：合金各組元在固態(tài)時具有相互溶解能力而形成的均勻固體，這種固體合金稱為固溶體?；衔铮汉辖鸶鹘M元按一定原子數(shù)量比化和而成的一種新物質(zhì)。(它具有特殊晶格)

性能特點：熔點高，硬度、脆性大機械混合物：組成合金的各組元在固態(tài)下以混合形式組合在一起組成物。

性能特點：具有比單一固溶體更高的硬度、強度、耐磨性和良好的切削加工性，但塑性和抗蝕性較差第23頁/共414頁1.2.16鐵碳合金在固態(tài)下的基本組織鐵素體（F）——碳在?-Fe中形成的間隙固溶體。用符號“F”表示。

性能特點：強度、硬度不高，但塑性、韌性好。奧氏體（A）——碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體，以符號“A”表示。性能特點：硬度低、塑性高、易于塑性成型。滲碳體（Fe3C）——是Fe和C的化合物，分子式為Fe3C,含C量為6.69%。性能特點：硬度高、脆性大、塑性和沖擊韌性幾乎等于零，在鋼中起強化作用。珠光體（P）——是F+Fe3C組成的機械混合物稱為珠光體，用“P”表示。性能特點：機械性能介于Fe3C片和F片兩者之間，即強度較好，硬度適中并具有一定塑性。萊氏體（Ld）——是A+Fe3C組成的機械混合物稱為萊氏體。用“Ld”表示。性能特點：硬度高，塑性差。第24頁/共414頁1.2.17鐵碳合金狀態(tài)圖概念——是表示在極緩慢冷卻（或加熱）情況下，不同成分的鐵碳合金在不同溫度所具有的組織或狀態(tài)的圖形。Fe-Fe3C狀態(tài)圖中點、線的含義特性點（見書P15表1-1）特性線（見書P16）Fe-C合金的分類工業(yè)純鐵:含碳量小于0.0218%的鐵碳合金。室溫組織為F。鋼：含碳量在0.0218%~2.11%的鐵碳合金。根據(jù)含碳量和室溫組織的不同可分為三種：共析鋼---含碳量為0.77%，室溫組織為P。亞共析鋼--含碳量為0.02%~0.77%，室溫組織為F+P。過共析鋼--含碳量為0.77%~2.11%，室溫組織為P+Fe3CⅡ。生鐵：含碳量在2.11%~6.69%的鐵碳合金。根據(jù)含碳量和室溫組織的不同可分為三種：共晶生鐵--含碳量為4.3%，室溫組織為L'd。亞共晶生鐵--含碳量為2..11%~4.3%，室溫組織為P+Fe3CⅡ+L‘d

。過共晶生鐵--含碳量為4.3%~6.69%，室溫組織為Fe3cⅠ+L'd。第25頁/共414頁1.2.18含碳量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響碳對平衡組織的影響隨著含碳量的增加，鐵碳合金的組織發(fā)生如下變化：工業(yè)純鐵（F）→亞共析鋼（F+P）→共析鋼（P）→過共析鋼（P+Fe3CⅡ

）→亞共晶生鐵（P+Fe3CⅡ+L'd）→共晶生鐵（L'd）→過共晶生鐵（Fe3cⅠ+L'd），從以上組織變化可看出，隨著含碳量的變化組織中不僅Fe3C的數(shù)量增加，而且Fe3C的存在形式也在變化。如共析Fe3C(分布在鐵素體內(nèi)的層片狀）→Fe3CⅡ(沿奧氏體晶界分布的網(wǎng)狀）→共晶Fe3C（為萊實體的基體）→Fe3CⅠ（分布在萊氏體上的粗大片狀）碳對力學(xué)性能的影響低碳鋼的組織多為鐵素體，強度硬度較低，而塑性、韌性很高。隨著含碳量的增加，鋼的組織中鐵素體量不斷減少，而珠光體量不斷增加，導(dǎo)致強度，硬度提高，而塑性、韌性下降，當(dāng)鋼的含碳增到0.9%時，其組織大多數(shù)為珠光體，且有尚未成為網(wǎng)狀的滲碳體作為強化相，使其強度達最高。當(dāng)含C〉1.0%，由于網(wǎng)狀二次滲碳體的出現(xiàn)，導(dǎo)致鋼的強度下降。為了保證工業(yè)用鋼具有足夠的強度、硬度和適宜的塑性、韌性，其含碳量一般不超過1.3%~1.4%。第26頁/共414頁1.2.19金屬在固態(tài)下轉(zhuǎn)變的性質(zhì)和種類金屬在固態(tài)下轉(zhuǎn)變的性質(zhì)：一些金屬，如Fe、Co、Ti、Mn等，在結(jié)晶之后的繼續(xù)冷卻時，還會出現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)變化，從一種晶體轉(zhuǎn)變成另一種晶體。金屬在固態(tài)下的兩種轉(zhuǎn)變：同素異晶轉(zhuǎn)變——金屬在固態(tài)下隨著溫度的改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的變化。磁性轉(zhuǎn)變——磁性轉(zhuǎn)變不發(fā)生晶格類型轉(zhuǎn)變，而是發(fā)生磁性和無磁性轉(zhuǎn)變。鐵的磁性轉(zhuǎn)變溫度是768℃

，低于此溫度鐵才具有磁性。第27頁/共414頁1.2.20鐵碳相圖的應(yīng)用為選材提供成分依據(jù)若零件要求塑性、韌性好，如建筑結(jié)構(gòu)、容器等，應(yīng)選用低碳鋼（含碳量小于0.25%）若零件要求強度、塑性、韌性都好，如軸類等零件，應(yīng)選用中碳鋼（含碳為0.25%~0.60%）

若零件要求硬度高、耐磨性好，如工具等，應(yīng)選用高碳鋼（含碳量大于0.60%.）

為制定熱加工工藝提供了依據(jù)鑄造：根據(jù)相圖可以確定不同成分的鋼或鑄鐵的熔點，確定鑄造溫度；根據(jù)相圖中液相線和固相線之間的距離估計鑄造性能好壞，距離越小，鑄造性能越好，因此，共晶成分的鑄鐵常用來澆注鑄件，其流動性好，分散縮孔小，顯微偏析少。鍛造：根據(jù)相圖可以確定鍛造溫度。鋼處于奧氏體狀態(tài)時，強度低、塑性高，便于塑性變形。因此鍛造或軋制溫度必須選擇在單相奧氏體區(qū)的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)。實際生產(chǎn)中各種碳鋼的始鍛和始軋溫度為1150~1250

℃

，終軋和終鍛溫度為750~850

℃

。焊接：可根據(jù)相圖來分析碳鋼的焊接組織，并用適當(dāng)熱處理方法來減輕或消除組織不均勻性和焊接應(yīng)力。熱處理：熱處理的加熱溫度都以相圖上的臨界點A1、A3、Acm為依據(jù).第28頁/共414頁1.2.21有色金屬概念——除鋼鐵材料以外的金屬或合金統(tǒng)稱為有色金屬（或稱為非鐵金屬。）特點——有色金屬及其合金與鋼鐵材料相比具有許多優(yōu)良特性，如特殊的電、磁、熱性能、耐腐蝕性及高的比強度等。種類鋁及鋁合金銅及銅合金鎂及鎂合金鈦及鈦合金鉛,鋅等第29頁/共414頁1.2.22鋁及鋁合金一工業(yè)純鋁（含Al99.7%~98%）特點：密度小、強度低、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，抗大氣腐蝕性好。應(yīng)用：制作導(dǎo)線、裝飾品（燈具）及日常生活用品等。二鋁合金變形鋁合金——分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金、鍛鋁合金鑄造鋁合金——主要有Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系及等。Al-Zn系第30頁/共414頁三.變形鋁合金防銹鋁合金[5A05、3A21（LF5、LF21）]

特點：抗蝕性好、塑性好、易于變形加工、焊接性好，但切削性差。應(yīng)用：容器、管道、飛機蒙皮、沖壓零件等。硬鋁[2A01、2A12（LY1、LY12）]

特點：主要加入Cu、Mg、等元素，可通過時效處理提高其強度和硬度，又可以進行變形強化，但防腐蝕能力較低。應(yīng)用：在航空工業(yè)應(yīng)用廣泛（如飛機蒙皮、擠壓螺旋槳、葉片等）超硬鋁[7A04（LC4）]

特點：主要加入Cu、Mg、Zn等元素，硬度比硬鋁高，切削性能良好，但耐蝕性更差。應(yīng)用：用于制造外形復(fù)雜的鍛件和模鍛件。如飛機的起落架。鍛鋁[2A50（LD5）]

特點：在加熱狀態(tài)下有良好的塑性和耐熱性，具有良好的鍛造性能。應(yīng)用：用于中等強度、形狀復(fù)雜的鍛件。第31頁/共414頁四.鑄造鋁合金特點：鑄造性能好，可鑄造形狀復(fù)雜的零件毛坯?？刮g性好和良好的切削加工性能。類型：根據(jù)加入元素不同分為四類

Al—Si系(ZL101)

Al—Mg系(ZL301)Al—Cu系(ZL201)Al—Zn系(ZL401)

其中Al-Si系合金的力學(xué)性能和鑄造性能較好，得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用：一般用來制造質(zhì)輕、耐蝕、形狀復(fù)雜、要求一定力學(xué)性能的零件。第32頁/共414頁1.2.23銅及銅合金一特點——銅具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，在冷態(tài)和熱態(tài)下具有良好的塑性。二純銅——工業(yè)純銅強度低，不宜做結(jié)構(gòu)材料，一般加工成棒、線、板、管等制品供應(yīng)，用于制造電線、電纜、電器零件及熔制各種銅合金。第33頁/共414頁銅合金三黃銅——是銅和鋅的合金。普通黃銅——銅和鋅的合金。單相黃銅——如H68、H70；塑性好、強度低；大量用于槍、炮彈殼、有“彈殼黃銅”之稱。雙相黃銅——如H62、H59；塑性好、適于熱加工；大量用于水管、油管、散熱器等特殊黃銅——根據(jù)加入元素不同有鋁黃銅、鉛黃銅等。特別是鋁黃銅強度很高，塑性良好，抗蝕性也較高，如HAl159-3-2。應(yīng)用：鐘表、船舶零件、渦輪、電機及化學(xué)工業(yè)中廣泛應(yīng)用第34頁/共414頁銅合金四青銅——是銅和錫的合金。錫青銅——以錫為主要加入元素的銅合金稱為錫青銅。如QSn4-3、QSn6.5-0.4。應(yīng)用：主要用于制造彈性元件，軸承等耐磨零件，抗磁及耐蝕零件。無錫青銅——將含Al、鈹（Be）、鉛（Pb）、Mn、Si等的銅合金稱為無錫青銅。特點：強度高、耐磨性好，受沖擊力不產(chǎn)生火花。如：QAl15、QA19-4。應(yīng)用：QAl15用于制造要求高耐蝕的彈簧及彈性元件；QA19-4用于制作齒輪、軸承、軸套等。鈹青銅特點：具有高的硬度、強度、耐磨性、彈性極限、抗蝕性、導(dǎo)電性，并且耐低溫、無磁性、受沖擊不起火花，以及良好的冷、熱加工性能。應(yīng)用：各種精密儀表的重要彈性元件、耐磨零件（如鐘表、齒輪、軸承等）等。常用的鈹青銅有QBe2、QBe1.7。第35頁/共414頁1.2.24有色金屬的熱處理

1.各種有色金屬鑄造件，鍛件，大的粗加工的機加件都要進行去內(nèi)應(yīng)力的退火處理；2.有的銅合金可以淬火：如鈹青銅做電器件的彈簧比鋼好，它的淬火硬度可達HRC45，如做插座的座簧，強度高、彈性好、耐蝕、不易起電弧；第36頁/共414頁1.3非金屬材料的主要性能

1.3.1工程塑料分類按材料組成屬性的特點將材料劃分為三大類，即金屬材料、高分子材料、陶瓷材料。常用的高分子材料包括工程塑料和橡膠材料。工程塑料——是指在工程中做結(jié)構(gòu)材料的塑料。特點——具有較高的強度或具備耐高溫、耐腐蝕、耐磨、質(zhì)量輕、易于加工成型等良好性能，因而可代替金屬做某些機械零件。類型熱固性工程塑料熱塑性工程塑料第37頁/共414頁一.熱塑性工程塑料特點——加熱可軟化熔融，冷卻后即成型固化，可多次反復(fù)使用，不影響性能。成型加工簡單，但鋼度和耐熱性較差。種類聚酰胺PI（尼龍或錦龍）——聚甲醛——是以聚甲醛樹脂為基的塑料，也是一種高強度工程塑料，其耐疲勞性在熱塑性塑料中是最高，它的價格低廉，且綜合性能好，可取代尼龍制作各種機器零件，尤其適用制允許使用潤滑油的齒輪軸承。聚碳酸酯——具有優(yōu)異的沖擊韌度和尺寸穩(wěn)定性，較好的耐低溫性能，良好的絕緣性和加工成型性?？芍谱鳈C械零件，還可制作防彈玻璃、燈罩及其他絕緣零件。ABS塑料——是一種“質(zhì)堅、性韌、剛性”大的優(yōu)良工程塑料。可制作汽車的方向盤、儀表盤、齒輪手柄等。聚四氟乙烯（塑料王）聚氯乙烯——各種日用型材第38頁/共414頁二.熱固性工程塑料特點——耐熱性高，受壓不易變形；但柔性差，強度不高，成型工藝復(fù)雜，生產(chǎn)率低。材料不能重復(fù)使用。種類酚醛塑料（電木）——脆性大，常加入一些填充料，以提高其強度和彈性。常用作電器產(chǎn)品的殼體及開關(guān)。玻璃布層酚醛塑粉（玻璃鋼）可制作齒輪、軸套繼電器等。環(huán)氧塑料——是以環(huán)氧樹脂為基，再加入增塑劑、填料及固化劑等制成。具有比強度高、耐熱性、絕緣性和加工成型好等特點。但成本高，固化劑有毒。適用制造塑料模具、精密量具和各種絕緣材料等。第39頁/共414頁1.3.2橡膠及橡膠制品1.分類：天然橡膠和合成橡膠；按用途又可分為用于輪胎和鞋底要求耐磨性和耐久性的通用橡膠，以及用于耐油防震密封的特殊橡膠2.各種橡膠的特征與用途氯丁橡膠耐化學(xué)耐氣候耐熱性一般工業(yè)用品電線絕緣材料丁二烯橡膠耐熱，耐油，耐磨O圈，燃料管，粘結(jié)劑硫化橡膠耐油性，氣體不透性燃氣罐密封料，道路標(biāo)識貼紙丙烯酸橡膠耐氣候，耐熱性，耐油性墊圈，汽車部件氟化橡膠耐化學(xué)藥品，耐油，耐熱性航空，汽車和石油的密封墊硅橡膠耐氣候，耐熱性，耐磨性墊圈，醫(yī)療3.成型與型材橡膠件一般都是模具成型;

型材很多:板材,棒材,管材,各種形式和各種尺寸的國標(biāo)密封圈,O形圈及O形截面的密封條,異形截面的密封條.第40頁/共414頁1.3.3陶瓷的概念、特點及分類一陶瓷——是無機非金屬材料，是用天然的或人工合成的粉狀化合物，通過成型和高溫?zé)Y(jié)而制成的多晶固體材料。二特點——具有高硬度、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、隔熱和絕緣性能好等特點三分類:一般傳統(tǒng)陶瓷和新型陶瓷

1.傳統(tǒng)陶瓷：日用陶瓷，建筑陶瓷，衛(wèi)生陶瓷，高（低）壓陶瓷，耐酸陶瓷，過濾陶瓷等。

2.新型陶瓷:1）結(jié)構(gòu)陶瓷（1）氧化鋁陶瓷（2）氮化硅陶瓷（3）碳化硅陶瓷（4）氮化硼陶瓷（5）金屬陶瓷第41頁/共414頁氮化硅陶瓷概念——是以Si3N4為主要成分的陶瓷.特點___硬度高，摩擦系數(shù)小,并有自潤滑性,是極好的耐磨材料;蠕變抗力高,熱膨脹系數(shù)小,抗熱振性在陶瓷中最好;化學(xué)穩(wěn)定性好,能耐各種酸(除氫氟酸外)王水和堿的腐蝕;還具有優(yōu)異的電絕緣性能.應(yīng)用——主要用于耐磨,耐腐蝕,耐高溫零件,如石油,化工泵的密封環(huán)，熱電偶套管、刀具和高溫軸承等。第42頁/共414頁碳化硅陶瓷概念——碳化硅陶瓷中主晶相是SiC,也是共價晶體.特點——最大優(yōu)點是高溫強度高,導(dǎo)熱性好;其穩(wěn)定性,抗蠕變能力,耐磨性,耐腐蝕性好;而且耐放射元素的輻射.應(yīng)用——主要用于制作澆注金屬的澆道口，熱電偶套管、爐管,高溫軸承等。氮化硼陶瓷概念——氮化硼陶瓷的主晶相是BN,也是共價晶體.特點——具有良好的耐熱性和導(dǎo)熱性,高溫絕緣性好,硬度低,可進行切削加工;有自潤滑性,耐磨性好.應(yīng)用——主要用于制作高溫軸承，高溫絕緣材料，坩堝、熱電偶套管等.第43頁/共414頁金屬陶瓷概念——是以金屬氧化物或金屬碳化物為主要成分,再加入適量的金屬粉末通過粉末冶金的方法制成,具有某些金屬性質(zhì)的陶瓷.應(yīng)用——它是制造刀具,模具和耐磨零件的重要材料.如:減摩零件：如含油軸承.結(jié)構(gòu)材料零件：它是以碳鋼或合金鋼的粉末為原料制成的零件,精度較高,表面光潔好,不需或只需少量切削加工.如油泵齒輪,凸輪,襯套等.高熔點金屬材料：如鎢絲及高溫合金等.金屬陶瓷硬質(zhì)合金：它具有高硬度,高熱硬性,做切削刀具使用時,其耐磨性,壽命和切削速度優(yōu)于高速鋼,.主要用于制作切削刀具,冷拔模,冷沖模,冷擠壓模等.鋼結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金：它與鋼一樣可以加工,鍛造,焊接和熱處理.硬度高.可制造成各種形狀復(fù)雜的刀具,也可以制造成高溫下工作的模具和耐磨零件.2）功能陶瓷3）生物陶瓷第44頁/共414頁1.3.4光纖的用途、特點及應(yīng)用用途——是傳輸信息，有兩方面用途，一是光纖通信，二是光纖傳感。特點及應(yīng)用光纖通信：具有信息容量大、體積小、重量輕、抗干擾能力強、保密性好和價格低等優(yōu)點。在電話通信、軍事通信、數(shù)據(jù)通信電視信號傳送、計算計網(wǎng)絡(luò)連接等已得到廣泛應(yīng)用。光纖傳感：具有不受電磁場干擾、強度高、線徑細、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點。主要用來從被測物上提取和傳輸所需信息。導(dǎo)光纖維：傳輸能量，把光能柔性地傳輸?shù)剿璧攸c，可在遠離光源處進行復(fù)雜工件的微加工和特殊處理。應(yīng)用：材料的激光切割、焊接、熱處理等，在醫(yī)療方面用于“光學(xué)內(nèi)窺鏡和激光手術(shù)”。第45頁/共414頁1.3.5納米的概念、性能及應(yīng)用概念——納米是一個計量單位，一納米相當(dāng)于十億分之一米。當(dāng)物質(zhì)顆粒小到納米級后，這種物質(zhì)就稱為納米材料。性能——添加納米粉體的材料與相同組成的普通粉體材料相比，材料的成分本身雖未改變，但活性增強，主要表現(xiàn)為高抗菌、防污、耐磨、強度大，材料重量輕，只是鋼的十分之一，單它的強度卻是鋼的100倍。人們通過改變塑料、石油、紡織物的原子、分子排列，使它們具有透氣、耐熱、高強度和良好的彈性等性征。應(yīng)用在陶瓷領(lǐng)域應(yīng)用：納米陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性。在切削刀具、軸承、汽車發(fā)動機部件等方面廣泛應(yīng)用。納米抗菌材料：應(yīng)用于冰箱、空調(diào)、保鮮技術(shù)等。碳納米管：可制成能進行邏輯運算的納米芯片，使研制納米計算機獲得重大突破。納米級電磁屏蔽材料：可實現(xiàn)手機信號的高保真、高清晰、提高信號抗干擾能力，同時大大降低電磁輻射。納米材料制作的液晶顯示屏，耐磨抗裂，刀子、沙子不能劃傷它的表面。第46頁/共414頁1.4通過熱處理改變材料的特性1.4.1熱處理工藝—鋼的熱處理改善鋼的性能的主要兩個途徑調(diào)整鋼的化學(xué)成分熱處理鋼的熱處理——鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度后保溫一定時間，再以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度進行冷卻，從而改變鋼的組織，以獲得所需性能的加工工藝。熱處理工藝有許多種，但主要內(nèi)容是都有加熱保溫和冷卻三個階段第47頁/共414頁1.4.2熱處理的種類常規(guī)熱處理：退火、正火、淬火、回火火焰加熱表面淬火表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火表面熱處理滲碳化學(xué)熱處理滲氮（氮化）碳氮共滲第48頁/共414頁鋼在不同加熱和冷卻條件下的組織變化規(guī)律鋼的鐵-碳狀態(tài)（平衡）圖中Fe-Fe3c合金相圖中的臨界點(A1、A3、Acm)是正確選擇熱處理加熱和冷卻時組織變化的主要依據(jù)。鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變獲得較高力學(xué)性能的細晶粒組織的方法（1）采用高溫、短時的加熱方法就可以獲得較高力學(xué)性能的細晶粒組織。（2）在鋼中加入微量合金元素（如Al、Ti、V、W、Mo、Ni等）可阻礙A晶粒度長大。鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變冷卻的方式：1、等溫冷卻2、連續(xù)冷卻鋼在回火時的轉(zhuǎn)變鋼在淬火后的組織一般為馬氏體+殘余奧氏體，在不同溫度下回火時組織將發(fā)生變化。第49頁/共414頁鐵碳平衡圖第50頁/共414頁1.4.3常規(guī)熱處理常規(guī)熱處理：即常說的“四火”，包括退火、正火、淬火和回火一.退火的概念、目的和種類概念——將鋼（金屬或合金）加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（如爐冷）的熱處理工藝。目的降低硬度以利于切削加工細化晶粒，改善組織，提高力學(xué)性能消除零件中的內(nèi)應(yīng)力，防止變形與開裂為最終熱處理（淬火、回火）做好組織準(zhǔn)備種類完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火（擴散退火）第51頁/共414頁1.4.4淬火的概念、目的和方法概念——將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保持一定時間，然后以適當(dāng)速度冷卻獲得M組織的熱處理工藝。目的——在于提高鋼的強度、硬度和耐磨性，與回火配合后賦予工件最終的使用性能。冷卻介質(zhì)——在生產(chǎn)上最常用的是水和油。方法單液淬火雙液淬火分級淬火等溫淬火局部淬火鋼的淬透性與淬硬性鋼的淬透性——鋼在淬火后獲得M或淬硬層深度的能力。鋼的淬透性大小取決于鋼的臨界冷卻速度。合金元素（除Co外）都能提高鋼的淬透性。鋼的淬硬性——是指淬火成M后得到的最高硬度，它與鋼中含碳量有關(guān)。第52頁/共414頁1.4.5正火的概念及正火與退火的區(qū)別

概念——將鋼加熱到Ac3或Acm以上30~50℃，保溫一定時間后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。

正火與退火的主要區(qū)別——在于冷卻速度快，轉(zhuǎn)變溫度低。

1.4.6回火的概念、目的和分類概念——鋼件淬火后，在加熱到Ac1點以下的某一溫度，保溫一段時間后冷卻到室溫的熱處理工藝。目的——減小工件淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件組織和尺寸，提高工件的塑性和韌性，以滿足各種零件的使用要求。分類——根據(jù)回火溫度和對淬火力學(xué)性能的要求，一般分三類低溫回火（150℃～250℃），組織為回火馬氏體。目的-是保證淬火后工件的高硬度和高耐磨性，降低淬火硬度，提高韌性。應(yīng)用—用于各種刀具、模具、量具、滾動軸承等。中溫回火（350℃～500℃），組織為回火屈氏體。目的-可顯著減小工件淬火內(nèi)應(yīng)力，提高彈性、屈服強度及一定的塑性和韌性。應(yīng)用—常用于彈簧和熱作模具的處理。高溫回火（500℃～650℃），組織為回火索氏體。目的-獲得較高的強度、良好的塑性與韌性。應(yīng)用—常用于軸、齒輪、連桿等的處理。通常將淬火+高溫回火稱為“調(diào)質(zhì)處理”。第53頁/共414頁1.4.7鋼的表面淬火概念——是將工件表面快速加熱到A區(qū)，在熱量未傳到心部時立即迅速冷卻，使表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持原始組織的一種局部淬火方法。方法火焰加熱淬火感應(yīng)加熱淬火高頻感應(yīng)加熱（100~1000KHZ)

中頻感應(yīng)加熱（0.5~10KHZ)

工頻感應(yīng)加熱（50HZ)第54頁/共414頁1.4.8鋼的化學(xué)熱處理1.概念——是將工件置于某種化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱、保溫和冷卻使介質(zhì)中某些元素滲入工件表面以改變工件表層的化學(xué)成分和組織，從而使其表面具有與心部不同性能的一種熱處理。2.特點——同時改變工件表層的成分、組織。3.滲入介質(zhì)的物理化學(xué)過程和方法三個階段:滲入介質(zhì)的分解，工件表面吸收,滲入元素的擴散化學(xué)熱處理的方法：滲C，滲N，C-N共滲第55頁/共414頁1.4.9鑄鐵的熱處理

強化鑄鐵的方式

鑄鐵的力學(xué)性能主要受基本組織和石墨所控制，因此，在強化鑄鐵時從兩方面考慮：改變石墨的數(shù)量大小、形狀和分布，盡量減少石墨的有害作用通過合金化、熱處理或表面處理方法調(diào)整基體組織，提高性能，以改善鑄鐵的強韌性1.灰鑄鐵的熱處理

熱處理只能改變灰鑄鐵的基體組織，改變不了石墨的形態(tài)，因此，灰鐵經(jīng)熱處理提高其力學(xué)性能作用不大，生產(chǎn)中主要用于消除內(nèi)應(yīng)力和改善切削加工性能。常用的方法有三種：消除內(nèi)應(yīng)力退火（人工時效）消除鑄件白口、降低硬度退火或正火表面淬火（表面熱處理）第56頁/共414頁2.球墨鑄鐵熱處理與鋼一樣，球鐵可進行多種熱處理以改善組織性能。常用的熱處理方法根據(jù)目的不同有四種：退火——包括：a.消除內(nèi)應(yīng)力退火b.高溫退火c.低溫退火正火——包括：a.高溫正火b.低溫正火調(diào)質(zhì)處理等溫淬火3.可鍛鑄鐵的熱處理可鍛鑄鐵的石墨化退火將白口鑄鐵加熱（900℃~1000℃）后，長時間保（30~40h），然后以一定的冷卻速度（200~300℃/h）冷卻到720℃后再空冷。第57頁/共414頁4.蠕墨鑄鐵熱處理目的——為了調(diào)整基體組織，以獲得不同力學(xué)性能。方法正火：普通蠕鐵在鑄態(tài)時，基體是大量F，通過正火可增加P量，提高強度和耐磨性。退火：為獲得85%以上的F基體，或清除薄壁處的游離滲碳體。5.合金鑄鐵的熱處理合金鑄鐵概念——在灰鐵、球鐵、蠕墨鑄鐵中加入少量合金元素，顯著提高鑄鐵的耐熱、耐蝕、耐磨等特殊的物理化學(xué)性能。耐磨合金鑄鐵——生產(chǎn)中在灰鐵中加入Ni、Cr等合金，采用“激冷”的辦法使鑄件表面獲得白口組織，心部仍保留灰鑄鐵組織，從而使鑄件既有高耐磨性，又有一定的強度和韌性。應(yīng)用：可用于制造缸體、凸輪軸，并可進行感應(yīng)加熱淬火。第58頁/共414頁1.4.10.通過熱處理改變鋼鐵材料性能的案例

1.鑄鋼件、鑄鐵件、各種鍛件、機加件粗加工后的退火處理，目的是：a去除內(nèi)應(yīng)力，減少以后變形;b去除硬點，便于機加工;c為最后淬火回火做準(zhǔn)備。

2.各種零件淬火是為了獲得硬度和耐磨的性能；如軸類零件;3.各種零件局部淬火是為了獲得零件內(nèi)部有韌性和拉伸強度，零件的表面有很好的硬度和耐磨的性能；如齒輪和齒輪軸；

４.零件表面要獲得非常高的粗糙度也要淬火；如透明件塑料模的陰陽模必須淬火至ＨＲＣ５０以上才能拋光粗糙度至R0.2以上。

5.焊接件焊后也必須進行退火去內(nèi)應(yīng)力處理，避免變形和開裂；第59頁/共414頁1.4.11有色金屬的熱處理1.各種銅鑄造件，鋁鑄造件，鋁合金壓鑄件，鎂合金壓鑄件，有色合金鍛件都要進行去內(nèi)應(yīng)力的退火處理；2.有的銅合金可以淬火：如鈹青銅做電器件的彈簧比鋼好，它的淬火硬度可達HRC45，如做插座的座簧，強度高、彈性好、耐蝕、不易起電弧

1.4.12.通過熱處理改變非金屬材料性能的案例1.MC鑄造尼龍的鑄造件鑄造后和精加工前都要進行熱處理；目的：a.去內(nèi)應(yīng)力,b.避免精加工以后大的變形;2.PC聚碳酸酯零件壓制后要放入烘箱內(nèi)熱處理，目的：a.去除內(nèi)應(yīng)力，b.穩(wěn)定內(nèi)部組織，c.避免以后大的變形和開裂;3.橡膠件壓制后要放入烘箱內(nèi)熱處理，目的：a.二次硫化使更多的橡膠分子聯(lián)接起來形成橋狀，b.穩(wěn)定內(nèi)部組織，增強了橡膠的彈性；c.避免以后大的變形和開裂;第60頁/共414頁1.5通過表面處理改變材料的特性1.5.1表面處理概念：

1.表面處理工程的含義：在固體材料的表面，采用物理方法、化學(xué)方法，電化學(xué)方法、高真空方法、生物高分子方法等，對表面進行涂裝、處理、改性，形成具有特殊功能表面層或某種功能的覆蓋層。上述從表層設(shè)計、選材、表面處理工藝、表層質(zhì)量控制與監(jiān)測、工程應(yīng)用及失效分析全過程稱之為表面工程。

2.研究對象：固體材料表面層

3.加工方法：物理方法、化學(xué)方法、電化學(xué)方法、高真空方法、生物高分子方法等。

4.手段：涂裝、處理、擴散及固定化。

5.研究目的：形成特殊功能的表面層和覆蓋層起到裝飾、防護、特殊功能作用?？傊砻嫣幚砑夹g(shù)也可以劃分為：表面改性技術(shù)；薄膜技術(shù)；涂鍍層技術(shù)。第61頁/共414頁1.5.2表面處理技術(shù)分類

1.電化學(xué)方法—利用電極反應(yīng)，在工件表面形成鍍層。（1）電鍍-在電解質(zhì)液中，工件為陰極，在外電流作用下,使其表面形成鍍層的過程。鍍層可以是金屬,合金,半導(dǎo)體及各類固體顆粒，如鍍銅,鍍鎳,鍍銀。（2）氧化-在電解質(zhì)液中，工件為陽極，在外電流作用下,使其表面形成氧化膜層的過程稱為陽極氧化。如鋁合金的陽極氧化。鋼鐵的氧化處理可以用化學(xué)或電化學(xué)方法?；瘜W(xué)方法是將工件放入氧化溶液中，依靠化學(xué)作用在工件表面形成氧化膜，如鋼鐵的發(fā)藍處理。

2.化學(xué)方法—利用化學(xué)物質(zhì)相互作用，在工件表面形成鍍覆層（無電流作用）

(1)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理—在電解質(zhì)溶液中，金屬工件在無外電流作用，由溶液中化學(xué)物質(zhì)與工件相互作用從而在其表面形成鍍層的過程，稱為化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理。如金屬表面的發(fā)藍、磷化、鈍化、鉻鹽處理等。

(2)化學(xué)鍍—在電解質(zhì)溶液中，工件表面經(jīng)催化處理，無外電流作用，在溶液中由于化學(xué)物質(zhì)的還原作用，將某些物質(zhì)沉積于工件表面而形成鍍層的過程，稱為化學(xué)鍍，如化學(xué)鍍鎳、化學(xué)鍍銅等。第62頁/共414頁3.熱加工方法—這種方法是在高溫條件下令材料熔融或熱擴散，在工件表面形成涂層。其主要方法是：

(1)熱浸鍍—金屬工件放入熔融金屬中，令其表面形成涂層的過程，稱為熱浸鍍，如熱鍍鋅、熱鍍鋁等。

(2)熱噴涂—將熔融金屬霧化，噴涂于工件表面，形成涂層的過程，稱為熱噴涂，如熱噴涂鋅、熱噴涂鋁等(3)熱燙印—將金屬箔加溫、加壓覆蓋于工件表面上，形成涂覆層的過程，稱為熱燙印，如熱燙印鋁箔等。(4)化學(xué)熱處理—工件與化學(xué)物質(zhì)接觸、加熱，在高溫態(tài)下令某種元素進入工件表面的過程，稱為化學(xué)熱處理，如滲氮、滲碳等。(5)堆焊—以焊接方式，令熔敷金屬堆集于工件表面而形成焊層的過程，稱為堆焊，如堆焊耐磨合金等。第63頁/共414頁4.真空法—這種方法是在高真空狀態(tài)下令材料氣化或離子化沉積于工件表面而形成鍍層的過程。其主要方法是:(1)物理氣相沉積—在真空條件下，將金屬氣化成原子或分子，或者使其離子化成離子，直接沉積到工件表面，形成涂層的過程，稱為物理氣相沉積，其沉積粒子束來源于非化學(xué)因素，如蒸發(fā)鍍、濺射鍍、離子鍍等。(2)離子注入—高電壓下將不同離子注入工件表面令其表面改性的過程，稱為離子注入，如注硼等。(3)化學(xué)氣相沉積—低壓（有時也在常壓）下，氣態(tài)物質(zhì)在工件表面因化學(xué)反應(yīng)而生成固態(tài)沉積層的過程，稱為化學(xué)氣相鍍，如氣相沉積氧化硅、氮化硅等。第64頁/共414頁5.其它方法—主要是機械的、化學(xué)的、電化學(xué)的、物理的方法。其中的主要方法是:(1)涂裝—用噴涂或刷涂方法，將涂料（有機或無機）涂覆于工件表面而形成涂層的過程，稱為涂裝，如噴漆、刷漆等。(2)沖擊鍍—用機械沖擊作用在工件表面形成涂覆層的過程，稱為沖擊鍍，如沖擊鍍鋅等。(3)激光表面處理—用激光對工件表面照射，令其結(jié)構(gòu)改變的過程，稱為激光表面處理，如激光淬火、激光重熔等。(4)超硬膜技術(shù)—以物理或化學(xué)方法在工件表面制備超硬膜的技術(shù)，稱為超硬膜技術(shù)。如金剛石薄膜，立方氮化硼薄膜等。（5）電泳及靜電噴涂

A電泳—工件作為一個電極放入導(dǎo)電的水溶性或水乳化的涂料中，與涂料中另一電極構(gòu)成電解電路。在電場作用下，涂料溶液中已離解成帶電的樹脂離子，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。這些帶電荷的樹脂離子，連同被吸附的顏料粒子一起電泳到工件表面，形成涂層，這一過程稱為電泳。

B—靜電噴涂（我們目前常用的）在直流高電壓電場作用下，霧化的帶負電的油漆粒子定向飛往接正電的工件上，從而獲得漆膜的過程，稱為靜電噴涂。第65頁/共414頁1.5.3表面預(yù)處理工藝

1.表面預(yù)處理的意義—要成功地使用涂裝層，表面預(yù)處理工作是其中最主要的環(huán)節(jié)。未經(jīng)涂裝的金屬或木材及其它表面部遭受了各種雜質(zhì)的腐蝕和污染，它們對涂裝層的附著力起不良影響，對器材進一步腐蝕起誘導(dǎo)作用。為了清除這些不利因素，增強涂裝層對金屬或非金屬表面的附著力，及防止膜下潛行腐蝕，各種器材在涂裝前都必須進行必要的表面預(yù)處理。在很多場合下往往因為表面預(yù)處理不當(dāng)，涂裝層達不到預(yù)期的目的，導(dǎo)致經(jīng)濟上、工作上的浪費和損失。所以，要獲得涂裝層保護器材的滿意效果，除在應(yīng)用技術(shù)中必須正確地選擇材料和施工外，要求適當(dāng)?shù)谋砻骖A(yù)處理是很有必要的。2.表面預(yù)處理的分類：（1）清洗

A.有機溶劑清洗—在有機溶劑除油中，最常用的有：汽油、苯類、酮類及某些氯化烷烴、烯烴等。清洗過程實際上是物質(zhì)溶解過程，“物質(zhì)結(jié)構(gòu)相似者相溶”，即物質(zhì)在與其結(jié)構(gòu)相似的溶劑中容易溶解。目前除油效果比較好的有機溶劑是氯化烷中的三氯乙烯，清洗力強，不易著火，沒有爆炸危險。第66頁/共414頁B.鋼件和銅件的化學(xué)清洗—化學(xué)清洗是利用堿溶液對油脂的皂化作用，以除去皂化性油脂；利用表面活性劑的乳化作用，以除去非皂化性油脂。但因各種金屬如黑色金屬、有色金屬及某些輕金屬的性質(zhì)不同，清洗規(guī)范和操作方法也各有差異。常用的清洗規(guī)范操作方法有以下幾種

a.黑色金屬可采用以氫氧化鈉和碳酸鈉為主的清洗

b.有色金屬應(yīng)采用以碳酸鈉和磷酸三鈉為主的清洗，因為銅及銅合金易被強堿腐蝕

C.鑄鐵制品的化學(xué)清洗—兩種化學(xué)清洗溶液均不適用于鑄鐵制品。鑄鐵的特點是表面粗糙并有不同程度的組織疏松、砂眼、氣孔等疵病，導(dǎo)致鑄鐵制品出水容易“泛銹”。采用磷酸三鈉、磷酸清洗和鉻酐鈍化以及三乙醇胺防銹等措施，解決了鑄鐵件清洗出水后的“泛銹”問題

D.薄壁鋼殼件的化學(xué)清洗—由于強酸強堿的侵蝕以及浸洗時間過長，鋼的結(jié)晶受到過腐蝕，使延伸率等機械性能變壞，導(dǎo)致部分鋼殼在擠壓成型中破裂。酸洗后表面上總有灰黑色附灰不能洗掉，給磷化處理帶來困難，導(dǎo)致磷化膜附著不牢。根據(jù)資料介紹，如果要去掉鋼材表面的堅固氧化皮和污垢，并要求對鋼材基體無嚴(yán)重腐蝕作用。其處理方法，需要在不形成氫的氧化性介質(zhì)中進行。采用苛性高錳酸鹽的方法進行清洗，基本上消除了由于過腐蝕而產(chǎn)生麻坑，且降低了氫脆性，對鋼材內(nèi)部晶格侵蝕很輕，同時保證了尺寸精度，無超差現(xiàn)象。清洗較短時間，可獲得光潔表面。第67頁/共414頁E.鋁和鋁合金及鋅、錫等兩性金屬的化學(xué)清洗鋁及鋁合金和鋅錫等兩性金屬表面涂裝層的附著力是不夠好的，必須經(jīng)過清洗除油，退除自然氧化膜和轉(zhuǎn)化處理等方法進行處理，形成轉(zhuǎn)化膜，才能保證涂裝層與基體金屬的結(jié)合力，并提高耐腐蝕性能。這類金屬一般不采用強堿清洗，強堿對這類金屬有強烈的腐蝕作用，最好采用磷酸三鈉、碳酸鈉、硅酸鈉和應(yīng)用金屬清洗劑等組成的混合溶液進行清洗

F.水劑清洗除油金屬制件在涂裝之前，一般采用汽油、煤油、苯、酮或柴油等進行清洗，不僅消耗大量能源，提高生產(chǎn)成本，而且極不安全。為此，我們采用水劑清洗代替有機溶劑。水劑清洗液的組成的主要成分是油酸三乙醇胺、脂肪、醇聚氯乙烯醚和辛烷基酚聚氯乙烯醚。由于含有多種有效助劑（如三氯乙烯、三聚磷酸鈉、苯駢三氮唑、穩(wěn)定劑等），故能增強洗凈力，且滿足工序間防銹要求。第68頁/共414頁(2)磷化處理—金屬制件的表面層參與化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)所形成的附著緊密的膜層，稱為化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。磷化膜就是化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的一種。鋼鐵禱件在以磷酸二氫鋅或以磷酸錳鐵鹽為基的溶液中，在一定條件下，與溶液在界面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一層緊密地附著在表面上的磷酸鹽膜，稱為磷化膜。其成膜過程稱為磷化處理，磷化膜的外觀由于基本材料和磷化工藝不同可由暗灰到黑灰色。采用磷酸錳型和四合一綜合磷化常用的磷化處理方法有浸漬法、噴淋法以及涂刷法“四合一”磷化是在同一個磷化槽內(nèi)進行去油、除銹、磷化、鈍化的綜合工藝。采用這種工藝可減少設(shè)備和作業(yè)面積，提高勞動生產(chǎn)率，降低產(chǎn)品成本，便于實現(xiàn)自動化第69頁/共414頁(3)機械除銹—機械除銹是借助機械力對金屬表面進行除銹機械除銹的工藝裝置是多種多樣的，而最常用的有風(fēng)動刷、電動刷、除銹槍、電動砂輪、針束除銹器以及除銹滾筒等等。目前廣泛采用噴砂除銹法和噴丸除銹法。

A.噴砂除銹法—是利用壓縮空氣的壓力將磨料噴射到制件表面上，除去銹蝕、氧化皮及其它油污等雜物。噴砂裝置的噴頭可隨意改變方向，管線也能適當(dāng)?shù)厣煺?。既可在室?nèi)噴射，也可到室外噴射，可以干噴射也可濕噴射。大至橋梁、貨車，小至家庭器具都能適用。

B.噴丸除銹—是靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，將磨料（鋼丸）投向制件表面除去銹蝕及一切污物，效果良好，并可去除氧化皮、型砂及舊漆層等。其中不足是設(shè)備較復(fù)雜，方向不易變更，現(xiàn)場應(yīng)用不太便利。噴砂除銹分干噴砂除銹和液體噴砂除銹兩種工藝方法

a.干噴砂除銹—是利用壓縮空氣的壓力將砂粒以很大的速度噴射在制件表面上，將制件表面上的氧化皮、鐵銹、舊漆膜、油垢等雜物除凈

b.液體噴砂除銹—又稱水力噴砂除銹，其原理與干噴砂除銹基本相似。液體噴砂是利用磨液泵和壓縮空氣，把磨料噴射到物體表面，達到清理銖銹、氧化皮及其它污物使制件表面達到光潔的目的。這種方法效率高，消耗磨料少，改善制件的表面光潔度，在很大程度上避免了環(huán)境污染。拋丸除銹是利用高速旋轉(zhuǎn)的拋丸器葉輪將磨料（鋼丸）投向制件表面，依靠高速鋼丸的沖擊及同制件表面的摩擦而達到除銹的目的。常用拋丸材料有硅砂、鐵渣、銅渣、激冷鐵丸、可鍛鐵丸、鋼丸等。第70頁/共414頁(4)化學(xué)除銹—利用酸液與金屬的化學(xué)反應(yīng)，除去氧化皮和銹蝕物就叫化學(xué)除銹，俗稱“酸洗”其基本原理如下：當(dāng)酸液與金屬表面的氧化皮反應(yīng)時，在溶解氧化皮的同時，還透過氧化皮孔隙或裂紋等處，使基體金屬表面也發(fā)生溶解，從而析出氫氣。由于氫氣析出時發(fā)生的壓力，就將還沒溶解而已發(fā)生疏松的氧化皮頂裂下來。在硫酸溶液清洗中，氧化皮脫落是以機械剝離為主。在鹽酸溶液清洗中，氧化皮的脫落則以溶解為主。同時，氫氣還與氧化鐵起還原作用，可使不易溶于酸的氧化鐵、磁性氧化鐵，還原成易與酸作用的氧化亞鐵，加速酸洗過程。第71頁/共414頁1.5.4表面處理的作用案例1.表面噴漆和表面陽極氧化：主要為了防銹和美觀；各種車輛外露零件的表面噴漆和各種鋁制品的陽極氧化；2.軍用聯(lián)接器的插針插孔表面鍍銀鍍金是為了提高導(dǎo)電率；3.熱固性塑料模具的陰陽模成型表面鍍硬鉻是為了提高成型表面的表面硬度和表面粗糙度；4.用刷鍍熱噴涂的辦法修復(fù)汽輪機大軸可以節(jié)省大量資金；5.鋁合金表面進行硬質(zhì)陽極化可以得到又硬又耐磨的表面；6.鋁合金壓鑄模的陰陽模成型表面淬火、回火、精加工后進行氮化處理，提高成型表面的耐疲勞、耐磨損、抗咬合、抗拉傷的能力；7.大部分螺釘螺帽等標(biāo)準(zhǔn)件都是采用低碳鋼滲碳的工藝方法制造，既保證了零件拉伸強度，又使表面有硬度又耐磨；8.對45、40Cr等中碳鋼的零件表面氣體滲氮后進行激光淬火，可提高硬度和硬化層深度。第72頁/共414頁1.6.1鋼型材（材質(zhì)有沸騰鋼、低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼、不銹鋼等）1.鋼板-厚度＜4毫米是薄板，4～25毫米是中板，＞25毫米是厚板2.鋼管-有縫管和無縫管，無縫管又分熱軋和冷軋，形狀又分圓管和異形管（扁，方，六角）3.鋼絲-是線材冷加工成。鋼絲的截面形狀有圓、扁、三角；表面有不鍍鋅和鍍鋅；用途：焊條用、彈簧用、鉚釘用、鋼絲繩用。4.型鋼-簡單截面有圓鋼、方鋼、扁鋼、六角鋼和角鋼；復(fù)雜截面有工字鋼、槽鋼、鋼軌和異型鋼；線材是直徑5．5～、9．0毫米的小圓鋼。第73頁/共414頁1.6.2.有色金屬型材

1.棒材材質(zhì)：純銅黃銅白銅青銅鋁和鋁合金鈦、鈦合金直徑：5～1605～600

8～200

方、六方5～150內(nèi)切圓5～200內(nèi)切圓8～200邊長

2.管材材質(zhì)：純銅黃銅白銅青銅鋁和鋁合金鈦、鈦合金直徑：20～28025～200

10～100

壁厚：（1.5～50）（5～40）0.5～2.5

薄管材直徑：3～30方管10～70

壁厚：（0.15～0.9）（1～5）毛細管0.3～0.8矩管14×10～70×50（1～5）橢圓27×11.5～114.5×48.5

（1～2.5）第74頁/共414頁1.7材料的選用原則1.材料選用的原則：不加工或少加工，盡量直接選用型材，尺寸形狀靠近型材，或用型材改制盡量選用一般材質(zhì)2.根據(jù)材料的使用性能選材根據(jù)材料的工藝性能選材根據(jù)材料的經(jīng)濟性選材第75頁/共414頁1.8復(fù)合材料

第76頁/共414頁1.8.2塑料基復(fù)合材料如玻璃纖維增強熱固性塑料

PC＋ABS

碳纖維,增強尼龍661.8.3金屬基復(fù)合材料如碳纖維增強鋁復(fù)合材料（GGY70＋201AL，纖維34%，密度2.39，拉伸強度665MPa,彈性模量210GPa)適合作重量輕、剛性好、高溫性能好、尺寸穩(wěn)定好的結(jié)構(gòu)件。碳纖維增強銅復(fù)合材料（高強度、摩擦系數(shù)小、可通過大電流）1.8.4塑料-金屬基復(fù)合材料塑料-青銅-鋼背三層復(fù)合板塑料三種：聚四氟、聚甲醛、酚醛（厚1～2.5，公差0.05，作機床導(dǎo)軌板，磨削公差0.01）鋁塑復(fù)合壓力管第77頁/共414頁1.9功能材料

與結(jié)構(gòu)材料不同，功能材料追求的是強度以外的性能：如耐熱性、耐蝕性、耐么性、、電磁屏蔽性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等。1.9.1現(xiàn)有功能材料耐熱鋼-0Cr23Ni13,CrWMn,3Cr2W8作熱模的陰陽模耐酸鋼-1Cr18Ni12Mo3Ti,0Cr18Ni12Mo3Ti作耐酸的器具導(dǎo)電性-純銅T1,T2,純金，純銀作電線，電纜1.9.2新的功能材料液晶材料-家電屏幕壓電元件-施加壓力產(chǎn)生電壓，施加電壓產(chǎn)生變形作爐具點火器，聲納吸水性高分子-多丙烯酸化合物顆粒沙漠綠化，尿布，人工雪光纖維-包覆高折射率的芯與芯的兩層構(gòu)造纖維光通信，光波導(dǎo)，激光納米和納米技術(shù)第78頁/共414頁1.10電磁材料

利用電特性和磁特性的功能材料叫電磁材料。如以下材料：1.導(dǎo)電體-電線，電纜，熱電偶；2.半導(dǎo)體-二極管，三極管，太陽能電池，發(fā)光二極管；3.磁性體-電動機，發(fā)電機，永久磁鐵，變壓器鐵芯；4.感應(yīng)體-電容器，天線，手機濾波器5.鐵芯-軟磁性材料-隨磁場消失而失去磁性，如變壓器鐵芯第79頁/共414頁1.11毛坯的規(guī)格與下料

1.選毛坯規(guī)格的準(zhǔn)則生產(chǎn)的規(guī)模零件的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸零件的材料性能2.毛坯的種類鑄件大而復(fù)雜的用砂型鑄，小而精的用金屬型、離心鑄、壓力鑄造等鍛件自由鍛批量小、零件大、精度低、余量大模鍛批量大、中小零件、精度高、余量小型材板棒管各種截面的型材組合毛坯第80頁/共414頁1.12原材料的性狀

產(chǎn)品零件性能上的要求：力學(xué)強度硬度扭矩剪切耐磨耐環(huán)境耐酸，耐堿，耐蝕，耐熱，耐冷加工性鑄造性，焊接性，切削性，成型性熱處理和表面處理形狀的要求：有無型材可以利用在保證