第4章 常用工程材料教学课件 机械常识与钳工实训(非机类通用).ppt
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1、第4章常用工程材料教学课件 高教版 机械常识与钳工实训(非机类通用)4.1常用金属材料的性能常用金属材料的性能工程材料金属材料:钢铁材料、有色金属材料非金属材料:工程塑料、橡胶、陶瓷材料、复合材料等使用性能使用性能是指材料在使用条件下表现出来的性能。工艺性能工艺性能是指材料在各种加工过程中表现出来的性能。金属材料的性能使用性能工艺性能力学性能物理性能化学性能铸造性锻造性焊接性能切削加工性热处理性结束结束第第4章章上页上页下页下页4.1.1 4.1.1 金属材料的物理性能金属材料的物理性能金属材料的物理性能金属材料的物理性能是金属材料本身所固有的属性。包括:1 1密度:密度:指单位体积所含的质量
2、。单位:kg/m3。分类:轻金属(密度小于4.5g/cm3)和重金属(密度大于4.5g/cm3)2 2熔点:熔点:金属材料从固态向液态转变时的温度。分类:难熔金属,可以用来制造耐高温零件;易熔金属,可用于制造保险丝和防火安全阀零件等。3 3导热性:导热性:金属材料在加热或冷却时能够传导热量的性能。导热性用热导率表示,热导率越大,导热性越好。金属的导热性以银为最好,铜、铝次之。4热膨胀性:热膨胀性:金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性。5 5导电性:导电性:金属材料传导电流的能力导电性用电阻率来表示,电阻率越小,金属材料的导电性能越好。金属的导电性以银为最好,铜、铝次之。6 6磁性:磁性:金属
3、材料导磁的性能。分类:金属材料分为铁磁性材料、无磁性材料或顺磁性材料。结束结束第第4章章上页上页下页下页4.1.2 4.1.2 金属材料的化学性能金属材料的化学性能金属材料的化学性能金属材料的化学性能是指金属材料在化学作用下所表现出来的性能。1.1.耐腐蚀性耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性。如:金属材料在常温下会发生如钢铁生锈等腐蚀现象。2 2抗氧化性抗氧化性 金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性。3 3化学稳定性化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。结束结束第第4章章
4、上页上页下页下页4.1.3 金属材料的力学性能力学性能:力学性能:金属材料在外力作用下所表现出来的性能。1强度:强度:金属材料受外力作用时,抵抗变形或断裂的能力。分类:抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度五种,其中常用抗拉强度判别金属强度高低。强度极限b通过拉伸试验测定,表示材料在拉伸条件下所能承受的最大应力,是机械零件设计、选材的主要依据。2塑性:塑性:金属材料断裂前发生永久变形而不破坏的能力。衡量金属材料塑性的指标指标;伸长率和断面收缩率。伸长率和断面收缩率越大,表示材料的塑性越好。材料具有塑性才能进行压力加工,同时塑性好的材料制成的零件在使用时也较安全。结束结束第第4章章上页上页下页下
5、页3硬度:硬度:金属材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕、划痕的能力。它是衡量金属材料软硬程度的指标。根据测试方法和原理的不同,硬度常用布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB、HRA)、维氏硬度(HV)三种指标表示。一般来说,金属材料的硬度越高,耐磨性越好,强度也越高。4韧性:韧性:金属材料在冲击载荷作用下,抵抗冲击能量而不被破坏的能力。用冲击韧度(ak)表示。冲击韧度值越大,表示材料的韧性越好。5疲劳强度:疲劳强度:金属材料在交变载荷作用下,可以经受无数次应力循环而不破坏的最大应力。用符号1表示。由于疲劳断裂是突然发生的,具有很大的危险性,所以要选择抗疲劳强度较好的材料来制造承受交变载
6、荷的零件。结束结束第第4章章上页上页下页下页4.1.3 金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能工艺性能是指金属材料在各种加工过程中表现出来的性能。1铸造性:铸造性:金属材料铸造成型获得优良铸件的能力。金属材料流动性好,收缩率和偏析倾向小,则铸造性能就好。常用金属材料中,灰铸铁具有优良的铸造性能,铸钢的铸造性低于铸铁。2锻造性:锻造性:金属材料用锻压加工方法加工成零件或零件毛坯的难易程度。塑性越好,变形抗力越小,金属的锻造性能越好。在钢铁材料中,低碳钢的锻造性最好,铸铁不能进行锻造。3焊接性:焊接性:金属材料在一定的焊接工艺条件下,获得优质焊接件的难易程度。对碳钢和低合金钢,焊接性主要与金属的化学
7、成分有关,低碳钢具有良好的焊接性,高碳钢、铸钢的焊接性较差。4切削加工性:切削加工性:金属材料切削加工的难易程度。金属材料具有适当的硬度(170HBS220HBS)和足够的脆性时较易切削,硬度过高或过低的金属材料,都会给切削加工带来一定的困难。结束结束第第4章章上页上页下页下页4.2钢铁材料钢铁材料钢铁材料:钢铁材料:是钢和铸铁的统称,它们是由铁和碳元素为主,并含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。其中:含碳量小于2.11%的称为钢钢,含碳量大于2.11%的称为铸铁铸铁。分类方法类型类型特征化学成分非合金钢c2.11%,而不含有特意加入合金元素的铁碳合金,又称碳素钢合金钢为改善钢的性能
8、而在碳钢的基础上加入一种或几种合金元素。含碳量低碳钢c0.25%中碳钢0.25%c0.6%高碳钢c0.6%质量(硫磷含量)普通钢S0.035%,P0.035%优质钢S0.030%,P0.030%高级优质钢S0.020%,P0.025%用途结构钢主要用于制造机械零件和工程结构件工具钢主要用于制造各种刃具、模具和量具脱氧程度沸腾钢不完全脱氧,浇注时产生沸腾现象镇静钢完全脱氧。组织致密、质量均匀结束结束第第4章章上页上页下页下页4.2.1 碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢是用于制造各种机械零件和工程结构件的钢,根据质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。1普通碳素结构钢普通碳素结构钢普通碳素结构钢中S
9、、P等有害杂质含量较高。这类钢价格便宜,具有良好的焊接性能和压力加工性能,大量用于一般的工程结构和普通机械零件。牌号表示方法牌号举例性能用途Q195Q215Q235冶炼容易、不消耗贵重的合金元素,工艺性好,价格便宜板材、型材、建筑构件、受力不大的不太重要机械零件,如:钉子、铆钉、螺母、法兰等结束结束第第4章章上页上页下页下页2优质碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢中S、P等有害杂质含量较少。主要用来制造各种机械零件。牌号表示方法牌号举例性能用途051525强度、硬度低,塑性、韧性及焊接性良好冲压件,焊接件。强度要求不高的机械零件及渗碳件。如仪表外壳、汽车车身、样板等。304055较高的强度
10、、硬度,调质后,得到较好的综合力学性能。受力较大的机械零件。如轴、齿轮等。606570较高的强度、硬度和弹性,但焊接性差,冷变形塑性低较高的强度、耐磨性和弹性的零件。如弹簧等。例:例:50MnA表示含碳量为0.5%(万分之五十),含锰量较高的高级优质碳素结构钢。结束结束第第4章章上页上页下页下页4.2.2 碳素工具钢碳素工具钢碳素工具钢是用于制造刃具、模具和量具的钢,其硬度较高,耐磨性好,含碳量都在0.7%以上,都是优质钢或者高级优质钢(牌号后面加A)。牌号表示方法牌号举例性能用途T7T10T12A高硬度和高耐磨性刃具、模具、量具等,如锤子、手工锯条、钻头、锉刀等。例:T8A表示含碳量为0.8
11、%(千分之八)的高级优质碳素工具钢。结束结束第第4章章上页上页下页下页4.2.3 合金结构钢合金结构钢 合金结构钢主要用于制造重要的机械零件和工程结构件。用这类钢代替碳素结构钢,可提高钢的综合力学性能。种类牌号表示方法牌号举例性能用途低合金结构钢两位数字(含碳量)+元素符号(或汉字)+数字(合金含量)凡合金元素含量小于1.5%时不标出;如果平均含量为(1.5%2.5%)时则标为2;在(2.5%3.5%)时则标为3;以此类推 两位数字表示平均含碳量的万分数16Mn15MnV强度高,有良好的塑性、韧性、耐蚀性和焊接性桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、输油管道和大型钢结构合金渗碳钢20Mn2B20C
12、rMnTi表面具有高硬度、高耐磨性,心部具有足够韧性变速齿轮、内燃机上的凸轮轴、活塞销等合金调质钢40Cr35CrMo高强度、好的塑性、韧性,即良好的综合力学性能受力复杂的重要零件合金弹簧钢65Mn60Si2Mn高的弹性极限、高的疲劳极限,足够的塑性和韧性各种弹簧结束结束第第4章章上页上页下页下页4.2.4 合金工具钢合金工具钢 合金工具钢广泛用于制作刃具、冷、热变形模具和量具。其淬硬性、淬透性、耐磨性和韧性均比碳素工具钢高。种类牌号表示方法牌号举例性能用途合金刃具钢低合金刃具钢一位数字(含碳量)+元素符号(或汉字)+数字(合金含量)一位数字表示平均含碳量的千分数合金元素含量表示方法同合金结构
13、钢9CrSiCWMn高硬度、耐磨性、热硬性及足够的强度和韧性丝锥、板牙、铰刀等高速钢W18Cr4VW6Mo5Cr4V2高的红硬性、耐磨性和足够的强度制造切削速度较高的刀具和复杂、载荷较重的成型刀具合金模具钢冷作模具钢Cr12Cr12MoV高硬度、耐磨性、高淬透性、韧性好、变形小尺寸大,变形小的冷模具,如冲模热作模具钢5CrNiMo3CrW8V高温下强度韧性高,耐磨性及抗热疲劳性好尺寸大的热锻模及热挤压模合金量具钢CrWMn高硬度、高耐磨性、高的尺寸稳定性和足够的韧性游标卡尺、千分尺、塞规等量具结束结束第第4章章上页上页下页下页4.2.5 铸铁材料 铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金,它具有良
14、好的铸造性、耐磨性、切削加工性等性能,价格便宜,但塑性、韧性较差,是机械制造中得到广泛的应用。种类石墨存在形式牌号表示方法牌号举例性能应用白口铸铁渗碳体硬而脆,不易切削加工很少应用灰铸铁片状石墨“HT+数字”“HT”表示灰铸铁数字表示最低抗拉强度HT150HT250优良铸造性能,良好减摩性和减振性床身、箱体、导轨等可锻铸铁团絮状石墨“KTH+两组数字”表示铁素体可锻铸铁或黑心可锻铸铁;“KTZ+两组数字”表示珠光体可锻铸铁;前组数字表示最低抗拉强度,后组数字表示最小伸长量KTH350-10KTZ650-02与灰铸铁比,不仅有较高的强度,而且有较好的塑性和韧性,但实际上并不可锻。汽车、拖拉机的后
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