工程材料简介.ppt

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1、工程材料简介2012年4月邓 访机械工机械工程材料程材料金属金属材料材料非金属非金属材料材料黑色金属黑色金属钢钢有色金属有色金属铸铁铸铁合金钢合金钢无机非金属材料无机非金属材料有机材料有机材料塑料塑料橡胶橡胶陶瓷陶瓷合成纤维合成纤维铝合金铝合金铜合金铜合金其他有色合金其他有色合金材料的分类应力极限弹性阶段弹性阶段弹性极限弹性极限 p p屈服阶段屈服阶段屈服点屈服点 s s强化阶段强化阶段强度极限强度极限 b b颈缩阶段颈缩阶段强度：材料抵抗破坏的能力刚度：材料抵抗变形的能力（E、G）塑性：材料破坏时，遗留变形的大小 伸长率、断面收缩率硬度：材料抵抗硬物压入的能力 布氏硬度HBW、洛氏硬度HRC

2、、维氏硬度HVFeFe3C相图黑色金属的分类名称分类备注一般用钢碳素结构钢优质碳素结构钢低合金结构钢弹簧钢及轴承钢不锈钢，耐热钢工具钢铸钢一般工程用铸造碳钢件低合金铸钢件焊接结构用碳素钢铸件耐热钢铸件高锰钢铸件不锈耐酸钢铸件名称分类备注注铸铁灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁耐磨铸铁与白口铸铁耐热铸铁高硅耐蚀铸铁名称分类备注注钢材钢板热轧钢板钢带冷轧钢板钢带锅炉用钢板压力容器用钢板镀锌板、镀锡板、镀铅板不锈钢冷/热轧钢板花纹钢板型钢热轧扁钢热轧圆钢，方钢，六角钢热轧槽钢热轧角钢热轧工字钢冷弯角钢/槽钢名称分类备注注钢材钢管低压流体输送用焊接管结构用和输送流体用无缝钢管结构用和输送流体用不锈钢无缝钢管冷拔异

3、形钢管钢丝一般用途低碳钢丝重要用途低碳钢丝优质碳素钢结构钢丝低合金结构钢丝碳素弹簧钢丝不锈钢丝非金属材料名称分类备注注橡胶天然橡胶NR丁苯橡胶SBR顺丁橡胶BR异戊橡胶IR绿丁橡胶CR丁基橡胶IIR丁晴橡胶NBR丁二烯和丙烯晴的共聚体工程塑料玻璃钢玻璃陶瓷制品石墨制品石棉制品保温隔热吸音材料工业用毛毡，帆布电气绝缘层压制品粘胶剂涂料黑色金属材料牌号表示方法及说明名称牌号举例牌号表示方法及说明生铁L10L:表示炼钢用生铁；10：表示平均含硅量10/Z30Z:表示铸造用生铁；30：表示平均含硅量30/碳素结构钢Q195AFQ表示屈服点，235代表屈服点数值235MPa,A质量等级（A/B/C/D

4、A低D高，碳锰高，硫磷低),F表示脱氧方法为沸腾钢Q235AQ275低合金结构钢Q295AQ表示屈服点，345代表屈服点数值345MPa,B质量等级（A/B/C/D/E)Q345BQ460E专用结构钢Q345RR代表压力容器，HP表示焊接气瓶Q295HP普通含锰量优质碳素结构钢20AA:平均含碳量为0.2%的高级优质碳素结构钢4545：表示平均含碳量百万分之几45EE:平均含碳量为0.45%的高级优质碳素结构钢名称牌号举例牌号表示方法及说明较高含锰量优质碳素结构钢40Mn表示平均含碳量0.4%，Mn含量为0.7%-1%的镇静钢70Mn表示平均含碳量0.7%，Mn含量为0.7%-2%的镇静钢专用

5、优质碳素结构钢20gg:平均含碳量为0.2%的锅炉用钢合金结构钢20Cr2Ni4碳铬镍含量为0.2%，1.5%，3.5%合金弹簧钢60Si2MnA碳硅锰含量为0.6%，1.75%，0.75%的高级弹簧钢碳素工具钢T9含碳量为千分之9T12A含碳量为千分之12，A高级优质合金工具钢和高速工具钢Cr12MoV碳铬锰钒含量为1.6%，11.75%，0.5%，0.22%的高级弹簧钢低铬合金工具钢Cr06含铬0.6%合金工具钢高碳铬轴承钢GCr15带G不标含碳量，铬1.5%高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢9Cr18碳铬0.9%，18%，高碳不锈轴承钢不锈钢和耐热钢2Cr13碳铬含量0.2%，13%0Cr18

6、Ni9碳铬镍含量0.08%，18%有色金属牌号及说明分类名称牌号举例牌号及表示方法及说明纯金属冶炼产品铜铝钛Cu-1一号铜Al-1一号铝HTi-1一号海绵钛纯金属加工产品铜铝锌铅钛T1,T2一号铜，二号铜T,L,N用汉语拼音L1，L2一号工业铝，二号工业铝其它用化学元素符号Zn1，Zn2一号锌，二号锌Pb4，Pb5四号锌，五号锌TA1一号a钛分类名称牌号举例牌号及表示方法及说明合金加工产品黄铜H62，H6862黄铜62%铜HPb74-374-3铅黄铜74%铜，3%铅HSn62-162-1锡黄铜HFe58-1-158-1-1铁黄铜青铜QSn4-34-3锡青铜QAl9-49-4铝青铜QSi1-31

7、-3硅青铜白铜镍合金铝合金镁合金钛合金其他合金分类名称牌号举例牌号及表示方法及说明专用合金轴承合金焊料合金印刷合金硬质合金YG5钨钴5硬质合金铸造合金ZHPb59-159-1铸铅黄铜ZQSn6-6-36-6-3铸锡青铜ZQAl10-3-1.510-3-1.5铸铝青铜ZL102二号铝硅合金ZL202二号铝铜合金ZL301一号铝镁合金ZL401一号铝锌合金加工性能（可加工性）1.铸造性能（流动性、收缩、偏析倾向）铸造铝、铜合金铸铁（灰口）铸钢（共晶点附近最好）2.锻造性能（塑性、变形抗力）低碳钢中碳钢（低合金钢）高碳钢（高合金钢）铸铁不可锻压3.焊接性能（可焊性、焊后开裂的倾向、焊区硬度）低碳钢中

8、碳钢（低合金钢）高碳钢（高合金钢）铜、铝合金4.切削性能（切削难易程度、加工表面质量）5.热处理工艺性能（热处理难易程度及产生缺陷的倾向）淬透性、变形和开裂、过热敏感性、回火脆化和氧化脱碳等硬度名称名称符号符号备注注硬度硬度是指材料抵抗外物压入其表面的能力。硬度不是一个单纯的物理量，而是反映弹性、强度、塑性的一个综合性能指标洛氏硬度HRA、HRB、HRC 无单位表面洛氏硬度HRN、HRT维氏硬度HV显微硬度HM肖氏硬度HS硬度硬度(hardness)(hardness)抵抗外物压入的能力，称为硬度综合性能指标。1 1布氏硬度布氏硬度HB(Brinell-hardness)HB(Brinell-

9、hardness)测试压头为淬火钢球测试压头为硬质合金布氏硬度计布氏硬度计 2 2洛氏硬度洛氏硬度HR HR(Rockwll hardness)(Rockwll hardness)定义：每0.002mm相当于洛氏1度h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛洛氏氏硬硬度度计计10HRCHBS洛氏硬度常用标尺有：B、C、A三种HRB 轻金属：退火钢、铜合金HRC 较硬：淬硬钢制品、硬化物HRA 硬、薄试件：淬火钢、调质钢3 3维氏硬度维氏硬度(diamond penetrator hardness)(diamond penetrator hardness)科学试验科学试验 维氏硬度的压力一

10、般为5-120kgf(49.03-1176.80N)。适用范围适用范围:测量薄板类测量薄板类;HVHBS;名词解释名称名称定定义备注注低碳钢C0.25%中碳钢0.25%C0.6%高碳钢0.6%普通碳素钢S0.055%;P0.045%A3(Q235A)优质碳素钢S0.040%;P0.040%45碳含量0.45%高级碳素钢S0.030%;P0.035%碳素结构钢用于制造各种工程构件（桥梁、船舶、建筑构件等）和机器零件（如齿轮，轴，连杆等）碳素工具钢用于制造各种工具（如刃具，量具，模具等）T12 碳含量0.12%名称名称定定义备注注合金钢在碳钢中加入合金元素，主要与铁形成固溶体，或者与碳形成碳化物，

11、少量存在杂质（如氧化物，氮化物，硫化物及硅酸盐等),在高合金钢中还形成金属化合物。合金工具钢主要制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具。高硬度/高耐磨性/高热硬性(红硬性）/足够的塑性和韧性碳/硬度；铬/提高淬透性；钨钼提高红硬性；钒/提高耐磨度低合金刃具钢（低速钢）典型钢种9SiCr；使用温度在250-300；HRC60以上用于低速切削的：板牙、丝锥或冷作模具高速钢钨系：W18Cr4V；钨-钼系：W6Mo5Cr4V2钨钼提高红硬性合金量具钢高硬度,HRC56以上；高的尺寸稳定性；与低合金刃具钢相同不锈钢不锈钢是指在大气和一般介质中具有较高耐腐蚀性的钢种它实际上也是会发生腐蚀，但在不同的介质中腐蚀

12、的行为不一样。碳越低耐腐蚀越好；铬在氧化介质中易钝化，提高耐蚀性；镍提高强度马氏体不锈钢 1Cr13,2Cr13 Cr12%医疗器械和刃具铁素体不锈钢Cr17容器，化工食品设备奥氏体不锈钢Cr18Ni9(C0.1%左右），价格昂贵，强度、硬度低，无磁性，塑性韧性耐蚀性好。奥氏体-铁素体双向不锈钢1Cr21Ni5Ti（节约Ni)海水热交换器等名称名称定定义备注注铸铁（主要存在石墨）切削加工性能优异铸造性能良好很好的耐磨性良好的减震性铸铁对缺口不敏感黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜青铜青铜原指铜锡合金，但工业上都习惯称含铝、硅、铅、铍、锰等的铜合金为青铜；白铜以镍为主要合金元素的铜合金称为白

13、铜低分子无机物：铁/水/石英有机物：甲烷/酒精/甘油高分子天然：天然橡胶/丝蛋白合成：尼龙66/聚氯乙烯名称名称定定义备注注陶瓷玻璃陶瓷（普通陶瓷/特种陶瓷/金属陶瓷）玻璃陶瓷金属陶瓷金属同陶瓷组成的非均质复合材料金属的热稳定性好，韧性好，但易氧化和高温强度不高陶瓷的硬度高，耐火度高，耐腐蚀性强，但热稳定性低，脆性大结合后，可能获得高强度，高韧性，高的高温强度和高耐蚀性材料硬质合金作为工具材料使用的碳化物基金属陶瓷常被称为硬质合金WC-Co硬质合金牌号用YG表示，YG6，钴含量为6%；钴含量越高，韧性和结构强度越好，但硬度和耐磨性稍有降低适用于加工断续切削的脆性材料铸铁，以及有色金属，非金属W

14、C-TiC-Co硬质合金牌号用YT表示，YT15,TiC含量为15%；红硬性好，不粘刀，但韧性和强度稍低。适用于车，铣，刨的粗、精加工WC-TiC-TaC-Co硬质合金牌号用YW表示，称为万能硬质合金，兼有YG/YT合金的有点，耐磨性好。韧性和强度也很高用来对难加工的材料如耐热钢和合金等进行粗、精加工热处理名词名称名称定定义或或说明明备注注热处理将固态金属或合金在一定介质中加热，保温和冷却，以改变整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺普通热处理退火、正火、淬火、回火表面热处理感应加热淬火，火焰加热淬火，接触加热淬火化学热处理渗碳，氮化，碳氮共渗渗碳为增加表层的碳含量和获得一定的碳浓度梯度，钢件

15、在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面的工艺称为渗碳。提高表面硬度，用于同时受严重磨损和较大冲击载荷的零件，如齿轮，活塞销，套筒等氮化向钢件表面渗入氮的工艺更大的提高钢件表面的硬度和耐磨性，提高疲劳强度和抗蚀性。碳氮共渗同时向零件表面渗入碳和氮的化学热处理工艺也成为氰化软氮化低温碳氮共渗以渗氮为主，实质上就是软氮化名称名称定定义或或说明明备注注退火将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却(一般为随炉冷却)，以获得接近平衡组织的热处理工艺叫做退火。正火与完全退火的主要区别在于冷却速度快些，目的是使钢的组织正常化，所以正火又称常化处理。完全退火（重结晶退火），等温退火，球

16、化退火，扩散退火，去应力退火正火钢材或钢件加热到Ac3(对于亚共析钢）和Accm(对于过共析钢）以上30-50，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却，得到珠光体（一般为铁素体）的热处理为正火。加热到Ac3以上100-150的正火为高温正火。正火与完全退火相比，能获得较高的强度和硬度，生产周期较短，设备利用率高，节约能源，成本较低，因此得到了广泛的应用。淬火将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺淬火时最重要的强化方法，其本质问题是马氏体转变。淬火的缺点：淬火后硬度不足或出现软点；变形和开裂；淬火前进行退火或正火，以细化晶粒并使组织均匀化，减少淬火产生

17、的应力；淬火后及时回火，以消除应力，提高工件韧性淬透性淬透性表征钢淬火时形成马氏体的能力。淬透层深度表面到半马氏体区（即马氏体和非马氏体组织各占一半）的距离为淬透层深度。半马氏体和马氏体的硬度与碳含量有关，与合金元素含量关系不大名称名称定定义或或说明明备注注回火钢件淬火后，为了消除内应力并获得要求的组织和性能，将其加热到Ac1以下的莫伊温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火低温回火降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火后的高硬度（一般为HRC58-64)和高耐磨性；组织为回火马氏体；主要用于处理各种高碳钢工具，模具，滚动轴承以及渗碳和表面淬火零件。150-250中温回火组织为回火

18、屈氏体。它具有高的弹性极限和屈服极限，同时也具有一定的韧性，硬度一般为HRC35-45。主要用于各类弹簧。350-500高温回火组织为回火索氏体。它的综合机械性能最好，即强度，塑性和韧性都比较好。硬度一般为HRC25-35.它广泛用于各种重要的及其结构件，特别是受交变载荷的零件，如连杆，轴，齿轮等，也可做某些精密工件如量具、模具等的预先热处理500-650；通常把淬火+高温回火称为调质处理名称名称定定义或或说明明备注注镇静钢硅含量（用铝，硅铁和锰铁脱氧的钢）中含量0.10-0.40%沸腾钢硅含量（只用锰铁脱氧的钢）中含量0.03-0.07%热脆在热加工时，分布在晶界上的共晶体的熔化，能导致钢的

19、开裂。这种现象称为热脆。主要是硫S的影响冷脆使室温下（一般在100以下）钢的塑性和韧性急剧下降，脆性转化温度升高。这种现象称为冷脆。主要是磷P的影响表面热处理仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺称为表面热处理感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热化学热处理化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。刀具材料1.1.刀刀具材料应具备的性能具材料应具备的性能 1 1）较高的硬度）较高的硬度 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度，以便刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度，以便在高温状

20、态下依然可以保持其锋利。通常常温状态下，在高温状态下依然可以保持其锋利。通常常温状态下，刀具材料的硬度都在刀具材料的硬度都在60HRC60HRC以上。以上。2 2）较好的耐磨性）较好的耐磨性 在通常情况下，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。刀在通常情况下，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。刀具材料组织中碳化物越多、颗粒越细、分布越均匀，其耐具材料组织中碳化物越多、颗粒越细、分布越均匀，其耐磨性也越高。磨性也越高。3 3）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性 刀具切削部分的材料在切削时要承受很大的切削力刀具切削部分的材料在切削时要承受很大的切削力和冲击力，因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。和冲击

21、力，因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。在工艺上，一般采用刀具材料的抗弯强度表示刀片的强在工艺上，一般采用刀具材料的抗弯强度表示刀片的强度大小；用冲击韧性表示刀片韧性的大小。刀片韧性的度大小；用冲击韧性表示刀片韧性的大小。刀片韧性的大小反映出刀具材料抗脆性断裂和抗崩刃的能力。大小反映出刀具材料抗脆性断裂和抗崩刃的能力。4 4）良好的耐热性和导热性）良好的耐热性和导热性 耐热性表示刀片在高温状态下保持其切削性能的能力。耐耐热性表示刀片在高温状态下保持其切削性能的能力。耐热性越好，刀具材热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。另外，

22、刀片材料的导热性也是表示刀具使用性能的力也越强。另外，刀片材料的导热性也是表示刀具使用性能的一个方面。导热性越好，切削时产生的热量越容易传导出去，一个方面。导热性越好，切削时产生的热量越容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损刀具，抗变形的能力从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损刀具，抗变形的能力也越强。也越强。5 5）良好的加工工艺性）良好的加工工艺性 刀片的加工工艺性主要反映在其成型和刃磨的能力刀片的加工工艺性主要反映在其成型和刃磨的能力上，包括锻压、焊接、切削加工、热处理、可磨性等。上，包括锻压、焊接、切削加工、热处理、可磨性等。2 2、刀具刀具材料的种类材料的种类 （1 1）

23、高速钢（）高速钢（HSSHSS）高速钢是指含较多钨、铬、钼等合金元素的高合金工高速钢是指含较多钨、铬、钼等合金元素的高合金工具钢。俗名锋钢。具钢。俗名锋钢。特点：特点：制作简单；制作简单；硬度高（硬度高（636366HRC66HRC）耐磨性好耐磨性好耐热性好（约耐热性好（约600 600 660660)有足够的强度和韧性有足够的强度和韧性有较好的工艺性有较好的工艺性能承受大的冲击性能承受大的冲击性可制作复杂的刀具：车刀、铣刀、钻头、拉刀可制作复杂的刀具：车刀、铣刀、钻头、拉刀但不能用于高速切削但不能用于高速切削常用的高速钢牌号与性能如下：常用的高速钢牌号与性能如下：类别类别 牌号牌号 硬度硬度

24、(HRC)抗弯强度抗弯强度(GPa)高温硬度高温硬度600(HRC)通用高速钢通用高速钢 W18Cr4V62-663.5 48.5 W6Mo5Cr4V262-66 4.5 48 W6Mo5Cr4V264-66 4 48.5 高性能高性能高高 速速 钢钢 9W18Cr4V 67-68351W12Cr4V4Mo 63-663.251W6Mo5Cr4V2Al 68-693.455W10Mo4Cr4V3Al 68-69354、通用型通用型高速钢高速钢：不适合高速切削和硬的材料切削。、高性能高性能高速钢高速钢：加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。注意：注意：当当高速切削时温度升到

25、高速切削时温度升到600 600 时高速钢硬度降至时高速钢硬度降至50HRC50HRC以下，以下，切削性能降低甚至无法切削工件，所以高速钢刀具不应高速切削工切削性能降低甚至无法切削工件，所以高速钢刀具不应高速切削工件。之所以称其为高速钢，其件。之所以称其为高速钢，其“高速高速”是相对于合金工具钢刀具而是相对于合金工具钢刀具而得名。得名。钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金(YG)(YG)：用于加工脆性材料(铸铁等)。钨钛钴类硬质合金钨钛钴类硬质合金(YT)(YT)：用于切屑呈带状的钢料等塑性材料。钨钛钽钨钛钽(铌铌)类硬质合金类硬质合金(YW)(YW)：加工钢、铸铁、有色金属，也能加工高温合金、耐热合

26、金及合金铸铁等难加工材料。钛基硬质合金钛基硬质合金（YNYN类）类）：用于铸铁、碳素钢、合金钢。我国常用硬质合金硬质合金刀具材料YG3、YG6、Y2 2）硬质合金）硬质合金 涂层刀具材料：涂层刀具材料：刀具既具有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性。陶瓷材料：陶瓷材料：主要用于钢、铸铁、高硬度材料及高精度零件的精加工。金刚石：金刚石：一般不适宜加工黑色金属，主要用于有色金属以及非金属材料的高速精加工。瑞典ANDVIK公司的聚晶金刚石刀片CDl0 立方氮化硼立方氮化硼(CNB)(CNB)：目前主要用于加工淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料。美国GE公司BZN。日本住友电气公司BN 3 3、其他、其他刀具材料刀具材料 工程材料简介完