机械工程材料(2014).ppt
刘振东1867025590518670255905机械工程材料机械工程材料材 料 分 类金属材料的性能常用钢铁材料概 述一、概一、概 述述材料的重要性：材料的重要性：机械工程材料和机械产品的关系，是一个双螺旋的机械工程材料和机械产品的关系，是一个双螺旋的关系，呈关系，呈“攀比攀比”式的上升。产品性能的提升对材料技式的上升。产品性能的提升对材料技术提出来日新月异的要求，反之材料技术领域的不断突术提出来日新月异的要求，反之材料技术领域的不断突破，又成为一代又一代新产品诞生的催化剂。破，又成为一代又一代新产品诞生的催化剂。工业界有工业界有“一代材料，一代产品一代材料，一代产品”的说法，足见材的说法，足见材料技术的发展对工业技术的进步的重要性。料技术的发展对工业技术的进步的重要性。有例为证：有例为证：航空材料航空材料&航空技术航空技术 飞机材料的选择根据飞机设计思想和材料技术的发飞机材料的选择根据飞机设计思想和材料技术的发展，有五个各具特色的发展阶段：展，有五个各具特色的发展阶段：第一阶段第一阶段：（：（19031919）木材和布料为主）木材和布料为主 第二阶段第二阶段：（：（19201949）铝合金和钢材为主）铝合金和钢材为主 第三阶段第三阶段：（：（19501969）开始使用钛合金开始使用钛合金 第四阶段第四阶段：（：（197020世纪末）开始使用复合材料世纪末）开始使用复合材料 第五阶段第五阶段：（：（21世纪）复合材料为主世纪）复合材料为主材料技术进步的困难材料技术进步的困难 俗话说俗话说“千金易得，好钢难求千金易得，好钢难求”，足见材料技术进步的难度。好的材料需要，足见材料技术进步的难度。好的材料需要材料学家通过细致的计算和大量的实验，才能得到最佳的合金比例，而且获得合材料学家通过细致的计算和大量的实验，才能得到最佳的合金比例，而且获得合金比例只是完成第一步，还需要复杂的冶炼工艺来支持。金比例只是完成第一步，还需要复杂的冶炼工艺来支持。有例为证：涡轮发动机有例为证：涡轮发动机复合材料复合材料钛合金钛合金超高强度钢超高强度钢超合金超合金 超超高强度钢高强度钢一般用于航空发动机主轴，起落架、着陆钩等等。美国上世纪一般用于航空发动机主轴，起落架、着陆钩等等。美国上世纪60年代成功研制年代成功研制300M高强度钢，但是它的升级产品高强度钢，但是它的升级产品AerMet100是直到上世纪是直到上世纪90年代才得以突破，升级一代材料产品用了年代才得以突破，升级一代材料产品用了30年，足见材料技术进步之困难。年，足见材料技术进步之困难。按领域分类 机械工程材料建筑工程材料能源工程材料信息工程材料生物工程材料 金属材料非金属材料复合材料 二、材二、材 料料 分分 类类金金 属属 材材 料料 分分 类类黑色金属有色金属特种金属指除铁、铬、锰以外的金属及其合金如铜、铝、镁等 包括结构金属和功能金属如隐身材料、超导材料、形状记忆材料等指铁、铬、锰及其合金，如生铁、铸铁、钢、合金钢等三、金属材料的性能使用性能使用性能工艺性能工艺性能力学性能物理性能化学性能金属的工艺性能1.可切削性用切削工具对金属材料进行切削加工的难易程度。它与金属材料的化学成分、力学性能、导热性及加工硬化程度等诸多因素有 关。通常是用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。一般讲，金属材料的硬度愈高愈难切削，硬度虽不高，但韧性大，切削也较困难。金属的工艺性能2.可锻性在压力加工过程中成型而不产生裂纹的难易程度。它包括金属在热态 或 冷态下能够进行锤锻、轧制、拉伸、挤压等加工。可锻性的好坏主要与金属的化学成分有关。法兰锻造法兰锻造3.可铸性熔化浇铸成为铸件的难易程度 。铸造性主要包括 流动性、收缩性和偏析。流动性是指液态金属充满铸模的能力。收缩性是指铸件凝固时，体 积收缩的程度。偏析是指金属在冷却凝固过程中，因结晶先后差异而造成的金属内部化学成分 和组织的不均匀性。金属的工艺性能4.可焊性指金属材料对焊接加工的适应性能。主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面的内容：一是结合性能，即在一 定的焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性，二是使用性能，即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属焊接接头对使用要求的适用性。金属的工艺性能金属的工艺性能5.热处理性热处理是对固态金属或合金采用适当方式加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的加工方法。热处理性能的好坏体现了材料通过热处理工艺获得所需组织结构与性能的难易程度。主要包括退火、淬火、正火、回火、调质、化学热处理、固溶处理、沉淀硬化和时效处理等。高高频频局局部部热热处处理理四、常用的钢铁材料1.钢 的 分 类2.钢 的 编 号4.铸 铁3.常用合金钢1、钢的分类1.按化学成分分2.按用途分3.按冶金质量分按化学成分分：低碳钢：0.25%C 碳素钢 中碳钢：（0.250.6）%C 高碳钢：0.6%C 低合金钢：合金元素总量5%合金钢 中合金钢：合金元素总量（510）%高合金钢：合金元素总量10%按用途分：结构钢：用来制造工程结构和机器零件。工具钢：用来制造工具、刀具和模具等。特殊性能钢：如不锈钢、耐热钢等。按冶金质量分：普通质量钢：W(s,p)0.05%优质钢：W(s,p)0.04%高级优质钢：W(s,p)0.03%1.普通碳素结构钢 牌号由代表屈服点的拼音首字母“Q”、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法四部分组成。质量等级分为A、B、C、D、E五个级别。脱氧方法有四种分别用F、Z、TZ表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。（Q235AF）碳素结构钢一般以热轧空冷状态供应，主要用来制造各种型材、薄板、冲压件或焊接结构件以及一些力学性能要求不高的机器零件。碳素钢的编号2.优质碳素结构钢 牌号用两位阿拉伯数字表示，代表平均含碳量的万分数。如果含锰量较高时须在数字后面表出n元素，如45Mn。08、10、15、20、25 45 60 85 其中08、10、15、20、25等牌号属于低碳钢，常用来制造螺钉、螺母、垫圈、小轴等。30、35、40、45、50、55等牌号属于中碳钢。常用来制造轴、丝杠、齿轮、连杆、套筒、键、重要螺钉和螺母等。60、65、70、75等牌号属于高碳钢。常用来制造小弹簧、发条、钢丝绳、轧辊等。碳素钢的编号3.碳素工具钢 牌号用“T+数字”表示，其中“T”为碳的汉语拼音字首，数字表示钢中平均含碳量的千分数，如果是高级优质碳素工具钢在数字后面加上“A”。T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13A 上述各牌号钢淬火后硬度相近，但随含碳量增加，钢的耐磨性增加，韧性降低。因此T7、T8适宜制作承受一定冲击的工具，如钳工錾子等。T9、T10、T11适宜制作冲击较小而硬度、耐磨性要求较高的小丝锥、钻头等；T12、T13则适宜制作耐磨而不承受冲击的锉刀、刮刀等。碳素钢的编号铸钢铸钢 一般工程用铸造碳钢的标准（GB5676-85）将铸造碳钢按照室温下的机械性能分为5个牌号，即ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-640。屈服强度屈服强度310Mpa310Mpa，抗拉强度，抗拉强度570Mpa570Mpa。铸钢的编号 为了提高钢的力学性能、工艺性能和某些特殊性能，在冶炼中有目的地加入一些合金元素，这种钢称为合金钢。生产中常用的合金元素有锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛等。通过合金化，大大提高了材料的性能，因此，合金钢在制造机器零件、工具、模具及特殊性能工件方面，得到了广泛的应用。合金钢的牌号、性能和用途1 1 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 16Mn 15MnVN 14MnTi 该类钢具有高的强度、韧性和屈强比；良好的焊接性能和冷热加工性能及一定的抗腐蚀能力。属低碳、环保的建筑和工程结构用钢，主要用于制造高压容器、船舶、车辆、锅炉、桥梁、管道等。合金钢的牌号、性能和用途2 2 合金渗碳钢合金渗碳钢 20Cr 20CrMnTi 8Cr2Ni 此类钢经渗碳淬火后，应具有表面耐磨、而心部抗冲击的特点。主要用于制造承受强烈冲击、摩擦和磨损的重要机械零件，如变速齿轮、曲轴、凸轮轴等。合金钢的牌号、性能和用途3 3 合金调质钢合金调质钢 40Cr 40MnB 35CrMo 40CrNiMo 此类钢经热处理后具有高的强度和良好的塑性、冲击韧性，即良好的综合力学性能。广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其他机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类零件、连杆、高强度螺栓等。合金钢的牌号、性能和用途4 4 合金弹簧钢合金弹簧钢 60Si2Mn 50CrV 65Mn 此类钢具有高的弹性极限和屈强比，高的疲劳极限，足够的塑性和冲击韧性。属专用结构钢，主要用于制造各种弹簧和弹性元件。合金钢的牌号、性能和用途5 5 滚动轴承钢滚动轴承钢 GCr15 GCr15SiMn GSiMnMoV 此类钢具有高的接触疲劳强度、高的硬度和耐磨性及足够的韧性和淬透性。属专用结构钢，主要用来制造滚动轴承的滚动体、内外套圈等。合金钢的牌号、性能和用途6 6 合金工具钢合金工具钢 9SiCr W18Cr4V Cr12 此类钢具有高的硬度、耐磨性、热硬性，足够的塑性、韧度和强度。用于制造各种刃具、量具、模具等加工和测量工具。合金钢的牌号、性能和用途7 7 特殊性能钢特殊性能钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢 此类钢具有某些特殊的物理、化学和力学性能，因而能在特殊的工作环境和工作条件下使用。如各种不锈钢阀门，热处理电炉中的炉底板等。合金钢的牌号、性能和用途铸铁的分类铸铁的分类 碳在铸铁中是以石墨的形式存在的，按照石墨在铸铁中的存在状态将铸铁划分为以下四种。灰口铸铁（片状石墨）球墨铸铁（球状石墨）蠕墨铸铁（蠕虫状石墨）可锻铸铁（团絮状石墨）
