目錄01單元1認(rèn)識(shí)機(jī)械02單元1金屬材料的性能02單元2金屬材料及應(yīng)用02單元3金屬材料的熱處理03單元1選用與標(biāo)注極限與配合03單元2標(biāo)注幾何公差03單元3標(biāo)注表面結(jié)構(gòu)參數(shù)04單元1平面連桿機(jī)構(gòu)04單元2凸輪機(jī)構(gòu)04單元3間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)04單元4螺旋機(jī)構(gòu)05單元1帶傳動(dòng)05單元2鏈傳動(dòng)05單元3齒輪傳動(dòng)05單元4蝸桿傳動(dòng)05單元5輪系06單元1螺紋連接06單元2鍵與銷(xiāo)連接06單元3聯(lián)軸器和離合器07單元1軸07單元2軸承08單元1液壓傳動(dòng)的基本概念08單元2液壓元件08單元3液壓控制回路機(jī)械基礎(chǔ)模塊一認(rèn)識(shí)機(jī)械單元一認(rèn)識(shí)機(jī)械教學(xué)目標(biāo)一、目標(biāo)和要求（1）明確學(xué)習(xí)本課程的意義和本課程的性質(zhì)、任務(wù)及學(xué)習(xí)方法。（2）掌握機(jī)器、機(jī)構(gòu)，構(gòu)件和零件的概念。二、重點(diǎn)和難點(diǎn)（1）機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件和零件的區(qū)別與聯(lián)系（2）認(rèn)識(shí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖目錄01第一節(jié)機(jī)械概述02第二節(jié)機(jī)器與機(jī)構(gòu)03第三節(jié)零件與構(gòu)件04第四節(jié)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)05第五節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖案例導(dǎo)入

我國(guó)是世界上發(fā)明和利用機(jī)械最早的國(guó)家之一，在機(jī)械原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力應(yīng)用等方面都取得較高成就。春秋時(shí)期（公元前770----前476年）就發(fā)明了應(yīng)用杠桿原理的桔槔（圖1-1）；自東漢始，形狀用途各異的齒輪廣泛應(yīng)用在水轉(zhuǎn)連磨、指南車(chē)、記里鼓車(chē)等機(jī)械上（圖1-2）；在原動(dòng)力方面，逐步從人力、畜力向利用水力、風(fēng)力的方向發(fā)展，機(jī)械傳動(dòng)方式亦逐步擴(kuò)大。在歷史上，我國(guó)的先民對(duì)機(jī)械的不斷發(fā)明、創(chuàng)造、革新，大大推動(dòng)了生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)程。

桔槔

水車(chē)目錄01第一節(jié)機(jī)械概述02第二節(jié)機(jī)器與機(jī)構(gòu)03第三節(jié)零件與構(gòu)件04第四節(jié)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)05第五節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)械概述機(jī)械是人們?cè)陂L(zhǎng)期的生活實(shí)踐中創(chuàng)造并不斷發(fā)展的，用來(lái)降低工作難度、減輕工作強(qiáng)度或提高工作效率的工具或裝置。

候風(fēng)地動(dòng)儀

指南車(chē)

諸葛連弩機(jī)械概述機(jī)械是人類(lèi)文明的產(chǎn)物，它的每一次革新都伴隨著人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)力的飛速發(fā)展。蒸汽汽車(chē)

蒸汽火車(chē)

蒸汽輪船18世紀(jì)，蒸汽機(jī)的發(fā)明，促進(jìn)了歐洲機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展，從而產(chǎn)生了第一次工業(yè)技術(shù)革命。其后，各種以蒸汽機(jī)作為原動(dòng)力的機(jī)械開(kāi)始出現(xiàn)，如紡織機(jī)、蒸汽汽車(chē)、蒸汽火車(chē)、蒸汽輪船等。機(jī)械概述機(jī)械是人類(lèi)文明的產(chǎn)物，它的每一次革新都伴隨著人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)力的飛速發(fā)展。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，在中國(guó)第二次工業(yè)革命的浪潮中，內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了交通工具的發(fā)展與革新。世界上第一輛汽車(chē)和第一架飛機(jī)相繼問(wèn)世。經(jīng)過(guò)不斷革新，各式各樣的交通工具使人類(lèi)的出行變得簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單和快捷。

第一輛

汽車(chē)

第一架飛機(jī)機(jī)械概述20世紀(jì)中期，以電子計(jì)算機(jī)為代表的第三次工業(yè)技術(shù)革命逐步興起，機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中得到應(yīng)用。

“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭

蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器”目錄01第一節(jié)機(jī)械概述02第二節(jié)機(jī)器與機(jī)構(gòu)03第三節(jié)零件與構(gòu)件04第四節(jié)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)05第五節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)器機(jī)器是人們根據(jù)使用要求而設(shè)計(jì)制造的一種執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，它可以用來(lái)變換或傳遞能量、物料與信息，從而減輕人類(lèi)的體力和腦力勞動(dòng)。機(jī)器特征：（1）屬于人為的實(shí)體組合體，（2）各運(yùn)動(dòng)實(shí)體之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，（3）能代替或減輕人類(lèi)的勞動(dòng)，利用機(jī)械能做功或進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，機(jī)器1.機(jī)器的組成

根據(jù)組成部分功能不同，一部完整的機(jī)器一般包括5個(gè)部分。下面以轎車(chē)為例，介紹機(jī)器各組成部分的含義：機(jī)器動(dòng)力部分：

將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，是整個(gè)機(jī)器的動(dòng)力源。執(zhí)行部分：

直接完成機(jī)器預(yù)定工作任務(wù)的部分。傳動(dòng)部分：

連接動(dòng)力部分和執(zhí)行部分，用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力?？刂撇糠郑嚎刂茩C(jī)器中動(dòng)力部分、執(zhí)行部分和傳動(dòng)部分協(xié)調(diào)工作。。支撐及輔助部分：

用來(lái)安裝和支撐其余組成部分。機(jī)器2.機(jī)器的類(lèi)型

根據(jù)用途不同，機(jī)器可分為動(dòng)力機(jī)器、加工機(jī)器、運(yùn)輸機(jī)器和信息機(jī)器，它們各自的用途及應(yīng)用動(dòng)力機(jī)器：實(shí)現(xiàn)其他能量與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。

電動(dòng)機(jī)

內(nèi)燃機(jī)機(jī)器2.機(jī)器的類(lèi)型加工機(jī)器：用來(lái)改變加工對(duì)象的尺寸形狀、性質(zhì)和狀態(tài)。車(chē)床

銑床

機(jī)器2.機(jī)器的類(lèi)型

運(yùn)輸機(jī)器：用來(lái)運(yùn)輸人員或物品?？蛙?chē)

叉車(chē)

機(jī)器2.機(jī)器的類(lèi)型

信息機(jī)器：用來(lái)獲取或變換信息。照相機(jī)

傳真機(jī)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的組合，它是用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的構(gòu)件系統(tǒng)。機(jī)器可以看成是一個(gè)或若干機(jī)構(gòu)的組合。機(jī)器機(jī)構(gòu)機(jī)械常用的機(jī)構(gòu)類(lèi)型連桿機(jī)構(gòu)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)器與機(jī)構(gòu)的區(qū)別目錄01第一節(jié)機(jī)械概述02第二節(jié)機(jī)器與機(jī)構(gòu)03第三節(jié)零件與構(gòu)件04第四節(jié)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)05第五節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖構(gòu)件構(gòu)件是指組成機(jī)構(gòu)的各個(gè)具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的實(shí)體，它是機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)單元。內(nèi)燃機(jī)連桿機(jī)構(gòu)中包括：曲柄、連桿、活塞等構(gòu)件零件零件是組成機(jī)器的制造單元按照適用范圍不同，零件可分為通用零件和專(zhuān)用零件兩類(lèi)。

通用零件在各種機(jī)器中都能用到，如螺栓、螺母、銷(xiāo)釘、軸承、齒輪等

專(zhuān)用零件僅用于實(shí)現(xiàn)特定功能的機(jī)器，如內(nèi)燃機(jī)的曲軸、起重機(jī)的吊鉤、液壓馬達(dá)的葉片等零件通用零件在各種機(jī)器中都能用到，如螺栓、螺母、銷(xiāo)釘、軸承、齒輪等

零件專(zhuān)用零件僅用于實(shí)現(xiàn)特定功能的機(jī)器，如內(nèi)燃機(jī)的曲軸、起重機(jī)的吊鉤、液壓馬達(dá)的葉片等機(jī)械、機(jī)器、機(jī)構(gòu)、零件的關(guān)系機(jī)械、機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件、零件之間的關(guān)系零件構(gòu)件機(jī)構(gòu)機(jī)器（制造單元）（運(yùn)動(dòng)單元）（傳遞、轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)形式）（利用機(jī)械能做功或?qū)崿F(xiàn)能量轉(zhuǎn)換）機(jī)械目錄01第一節(jié)機(jī)械概述02第二節(jié)機(jī)器與機(jī)構(gòu)03第三節(jié)零件與構(gòu)件04第四節(jié)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)05第五節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖運(yùn)動(dòng)副使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸,又能保持一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接形式稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)副。例如,活塞與氣缸的連接構(gòu)成移動(dòng)副,連接門(mén)與門(mén)框的合頁(yè)構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副。兩構(gòu)件只能位于同一平面或平行平面內(nèi)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為平面運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)副分類(lèi)根據(jù)運(yùn)動(dòng)副中兩構(gòu)件的接觸形式不同,平面運(yùn)動(dòng)副分為低副和高副、1.低副

兩個(gè)構(gòu)件之間做面接觸的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為低副。

低副又分為轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副為兩構(gòu)件在接觸面做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),也稱(chēng)為鉸鏈；移動(dòng)副為兩構(gòu)件在接觸面做相對(duì)直線移動(dòng)低副的接觸處一般是圓柱面或平面，承受載荷時(shí)壓強(qiáng)較小運(yùn)動(dòng)副分類(lèi)2.高副

兩個(gè)構(gòu)件之間通過(guò)點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為高副。

（a）火車(chē)輪與鋼軌

（b）凸輪與從動(dòng)件

（c）嚙合的輪齒高副的接觸處一般是點(diǎn)、線,承受載荷時(shí)的壓強(qiáng)較大，接觸處易磨損目錄01第一節(jié)機(jī)械概述02第二節(jié)機(jī)器與機(jī)構(gòu)03第三節(jié)零件與構(gòu)件04第四節(jié)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)05第五節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用線條表示構(gòu)件，用簡(jiǎn)單的符號(hào)表示運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型，按一定比例確定運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，這種表示機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)明圖形稱(chēng)為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2確定各構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目曲軸1與汽缸體4、連桿2與曲軸1之間均發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)成2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；活塞3既與連桿之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，又與汽缸體之間發(fā)生相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和1個(gè)移動(dòng)副。1分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，確定構(gòu)件類(lèi)型和數(shù)目該曲柄連桿機(jī)構(gòu)由曲軸1、連桿2、活塞3、汽缸體4等構(gòu)件組成，往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的活塞通過(guò)連桿驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，汽缸體4是機(jī)架，活塞3是主動(dòng)件，其余為從動(dòng)件。3量運(yùn)動(dòng)副間的相對(duì)位置，確定繪圖比例

運(yùn)動(dòng)副間的相對(duì)位置應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)的實(shí)際尺寸測(cè)量，繪圖比例應(yīng)根據(jù)圖紙的大小確定。4選擇合適的視圖和原動(dòng)件位置選擇連桿的運(yùn)動(dòng)平面作為繪制簡(jiǎn)圖的視圖平面，取曲軸與豎直方向成60°的位置為原動(dòng)件初始位置。5用規(guī)定的圖形繪制運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件，標(biāo)出構(gòu)件標(biāo)號(hào)和原動(dòng)件，如圖（b）所示。1—曲軸；2—連桿；

3—活塞；4—汽缸體汽車(chē)曲柄連桿機(jī)構(gòu)（b）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（a）示意圖例繪制如圖（a）所示的汽車(chē)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖單元小結(jié)

1.零件是機(jī)器的最小制造單元，構(gòu)件是機(jī)器的運(yùn)動(dòng)單元體，也就是相互之間能做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體。2.構(gòu)件是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的組合。機(jī)器是人為實(shí)體的組合，它的個(gè)部分之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并能減輕甚至代替人類(lèi)的體力勞動(dòng)，其作用是完成有用的機(jī)械功或?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。3.從功能劃分的角度看，機(jī)器主要由動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、控制部分和支撐及輔助部分組成。低副的以面接觸,承受載荷時(shí)壓強(qiáng)較小;高副的接觸處以點(diǎn)、線接觸,承受載荷時(shí)的壓強(qiáng)較大,接觸處易磨損。機(jī)械基礎(chǔ)模塊二機(jī)械零件的材料單元一金屬材料的性能教學(xué)目標(biāo)一、目標(biāo)和要求（1）明確機(jī)械零件對(duì)材料和結(jié)構(gòu)工藝性的要求（2）掌握金屬材料的力學(xué)性能和工藝性能（3）了解金屬材料的物理和化學(xué)性能二、重點(diǎn)和難點(diǎn)金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)目錄01第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能02第二節(jié)金屬材料的工藝性能03第三節(jié)金屬材料的物理和化學(xué)性能案例導(dǎo)入泰坦尼克號(hào)(Titanic)：20世紀(jì)初，由英國(guó)白星航運(yùn)公司制造的一艘巨大豪華客輪。是當(dāng)時(shí)世界上最大的豪華客輪，被稱(chēng)為是“永不沉沒(méi)的”或是“夢(mèng)幻客輪”。但卻在1912年4月15日從南安普頓至紐約的處女航中，在北大西洋撞上冰山而沉沒(méi)，由于缺少足夠的救生艇，1500人葬生海底，造成了迄今為止最著名的一次航海事故。在后面對(duì)這次事故的分析調(diào)查中，技術(shù)人員認(rèn)為，沉船事故與船體使用的材料有很大的關(guān)系。首先當(dāng)時(shí)的煉鋼技術(shù)并不十分成熟，煉出的鋼鐵在現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)根本不能造船，泰坦尼克號(hào)上所使用的鋼板含有許多化學(xué)雜質(zhì)硫化鋅，加上長(zhǎng)期浸泡在冰冷的海水中，使得鋼板更加脆弱。另外，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒(méi)有焊接技術(shù)，所有的船體都是鉚釘結(jié)構(gòu)的制造工藝而成的，導(dǎo)致整體剛度增強(qiáng)，但是抗彈性形變的的能力下降，再加上當(dāng)時(shí)正是冬季的北大西洋，溫度很低導(dǎo)致金屬變脆也有一定的關(guān)系。因此，掌握材料的性能和應(yīng)用，對(duì)我們起著至關(guān)重要的作用。目錄01第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能02第二節(jié)金屬材料的工藝性能03第三節(jié)金屬材料的物理和化學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能金屬材料在機(jī)械制造中應(yīng)用最為廣泛，為正確、合理地使用金屬材料，必須了解金屬材料的性能。金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能。金屬力學(xué)性能是評(píng)定金屬材料質(zhì)量的主要依據(jù)，也是金屬構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)選材和強(qiáng)度計(jì)算的主要依據(jù)。強(qiáng)度1.強(qiáng)度概念金屬在力的作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力，稱(chēng)為強(qiáng)度。強(qiáng)度與變形，有著直接的關(guān)系，變形是指在外力作用下，材料由于內(nèi)部原子之間的位置發(fā)生改變，而導(dǎo)致的宏觀形狀和尺寸的變化，根據(jù)撤去外力后能否恢復(fù)，變形分為彈性變形和塑性變形，材料發(fā)生彈性變形時(shí)，撤去外力后，能恢復(fù)到原來(lái)的形狀和尺寸，發(fā)生塑性變形時(shí)，撤去外力后，不能恢復(fù)到原來(lái)的形狀和尺寸，故塑性變形，又稱(chēng)為永久變形，如汽車(chē)碰撞后保險(xiǎn)杠的變形。強(qiáng)度強(qiáng)度是材料的一項(xiàng)重要力學(xué)性能指標(biāo)，當(dāng)材料承受的載荷超出其強(qiáng)度范圍時(shí)，其結(jié)構(gòu)將發(fā)生破壞，導(dǎo)致機(jī)器無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至造成嚴(yán)重的事故，如自行車(chē)由于強(qiáng)度不足而斷裂的現(xiàn)象，飛機(jī)應(yīng)墜地撞擊而導(dǎo)致機(jī)斷裂。強(qiáng)度2.拉伸試驗(yàn)金屬材料的強(qiáng)度有專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，其中應(yīng)用最普遍的是拉伸試驗(yàn)，拉伸實(shí)驗(yàn)是指用靜拉伸力，對(duì)試樣進(jìn)行軸向拉伸，通過(guò)測(cè)量拉伸力和相應(yīng)的伸長(zhǎng)量，測(cè)量其力學(xué)性能的試驗(yàn)。材料進(jìn)行拉伸時(shí)，需要使用拉伸試驗(yàn)機(jī)和特制的試樣。常用試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)如圖，其中，d0表示原始直徑，L0表示原始標(biāo)距長(zhǎng)度，d1表示斷后直徑，L1表示斷后標(biāo)距長(zhǎng)度。（a）拉伸前（b）拉伸后強(qiáng)度2.拉伸試驗(yàn)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，將試樣兩端分別固定在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，逐步增加軸向拉力（又稱(chēng)拉伸力），連續(xù)記錄拉伸力和試樣的伸長(zhǎng)量，直至試樣被拉斷。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，可以繪制拉伸力和伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系曲線，稱(chēng)為拉伸曲線。

低碳鋼拉伸曲線低碳鋼拉伸曲線中，橫坐標(biāo)表示試樣的形變量△L,縱坐標(biāo)表示拉伸力F強(qiáng)度2.拉伸試驗(yàn)

低碳鋼拉伸曲線階段曲線特征力學(xué)性能OE段：彈性變形階段直線試樣長(zhǎng)度隨著拉伸力的增大而增大，撤去外力后，試樣變形消失，恢復(fù)原長(zhǎng)ES段：屈服階段上下波動(dòng)在該階段，拉力一旦超過(guò)Fe，試樣將產(chǎn)生塑性變形。等拉力增加到Fel時(shí)，在拉力不斷增加，略有減小的情況下，試樣將繼續(xù)生長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為屈服。SB段：強(qiáng)化階段非線性增大需要不斷的增加拉力，試樣才能繼續(xù)生長(zhǎng)。隨著塑性變形的增大，試樣抵抗變形的內(nèi)力也逐漸增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為形變強(qiáng)化。BZ段：頸縮階段下降拉力達(dá)到最大后，試樣中間某處的直徑會(huì)發(fā)生局部收縮，稱(chēng)為“頸縮”。由于橫截面積減小，拉力不斷減小強(qiáng)度3.強(qiáng)度指標(biāo)

強(qiáng)度的大小可由應(yīng)力來(lái)表示。材料在受外力作用時(shí)，為抵抗變形，其內(nèi)部組織間產(chǎn)生的相互作用力稱(chēng)為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱(chēng)為應(yīng)力，用符號(hào)σ表示。在拉伸試驗(yàn)中，試樣斷裂前處于受力平衡狀態(tài)，內(nèi)力與外力大小相等，此時(shí)橫截面上的應(yīng)力大小

σ=F/S式中：σ-橫截面上的應(yīng)力，單位PaF-試樣所受拉力，單位NS-試樣的橫截面積，單位mm2常用的應(yīng)力單位為MPa，存在換算關(guān)系：1MPa=1N/mm2=106N/m2=106Pa對(duì)于鑄鐵、高碳鋼等材料，它們沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，則很確定正確的Fel，此時(shí)可用試樣產(chǎn)生0.2%永久變形時(shí)的應(yīng)力，作為一種條件屈服強(qiáng)度。強(qiáng)度強(qiáng)度指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度σb屈服強(qiáng)度σs

強(qiáng)度指標(biāo)硬度硬度是衡量金屬材料軟硬的一種性能指標(biāo)，也是指金屬材料抵抗外部硬物壓人其表面的能力。硬度越高，材料表面越不容易產(chǎn)生壓痕或劃痕。工業(yè)中通常利用硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料的硬度。常用的硬度試驗(yàn)方法有布氏測(cè)試法、洛氏測(cè)試法和維氏測(cè)試法等，所測(cè)試所得的硬度，分別為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。布氏測(cè)試法維氏測(cè)試法洛氏測(cè)試法硬度測(cè)試法硬度1.布氏硬度布氏硬度的符號(hào)用HB表示。用一定直徑D的淬硬鋼球在規(guī)定負(fù)荷P的作用下壓入試件表面，保持一段時(shí)間后卸去載荷，在試件表面將會(huì)留下表面積為F的壓痕，以試件的單位表面積上能承受負(fù)荷的大小表示該試件的硬度：HB=P/F，在實(shí)際應(yīng)用中，通常直接測(cè)量壓坑的直徑，并根據(jù)負(fù)荷P和鋼球直徑D從布氏硬度數(shù)值表上查出布氏硬度值（顯然，壓坑直徑越大，硬度越低，表示的布氏硬度值越?。?。硬度2.洛氏硬度洛氏硬度的符號(hào)用HR表示。用有一定頂角（例如120°）的金剛石圓錐體壓頭或一定直徑D的淬硬鋼球，在一定負(fù)荷P作用下壓入試件表面，保持一段時(shí)間后卸去載荷，在試件表面將會(huì)留下某個(gè)深度的壓痕，由洛氏硬度機(jī)自動(dòng)測(cè)量壓坑深度并以硬度值讀數(shù)顯示（顯然，壓坑越深，硬度越低，表示的洛氏硬度值越?。８鶕?jù)壓頭與負(fù)荷的不同，洛氏硬度還分為HRA、HRB、HRC三種，其中以HRC為最常用。硬度3.維氏硬度維氏硬度的硬度符號(hào)用HV表示，以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值（HV），如圖所示。硬度三種硬度比較：類(lèi)別試驗(yàn)原理簡(jiǎn)圖測(cè)試方法應(yīng)用范圍表示方法布氏硬度（HB）采用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金鋼球作為壓頭，以規(guī)定壓力P擠壓材料表面并保持規(guī)定的時(shí)間，測(cè)量圓形壓痕的直徑d，利用公式求出硬度值，或從專(zhuān)門(mén)編制的硬度表中查出對(duì)應(yīng)的硬度值適用于測(cè)定各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材、非鐵合金及鑄鐵等不太硬的工件，不適合測(cè)定太薄的工件硬度值+HBW+球體直徑+試驗(yàn)壓力+保持時(shí)間洛氏硬度（HR）

采用120°頂角的金剛石或f1.5875mm鋼球作為壓頭，以一定的壓力擠壓材料表面，根據(jù)壓痕的深度計(jì)算材料的硬度。根據(jù)試驗(yàn)壓力的不同，可分為三種標(biāo)度：HRA，HRB和HRC

適用于測(cè)定布氏硬度值大于450或尺寸較小的工件硬度值+符號(hào)維氏硬度（HV）以相對(duì)面夾角為136°的正四棱錐形金剛石作為壓頭，以49.03～980.7N的載荷擠壓材料表面并保持規(guī)定時(shí)間，測(cè)量壓痕對(duì)角線的長(zhǎng)度d，然后按公式計(jì)算硬度值

由于壓痕較小，適用于測(cè)定較薄工件、工具表面或帶鍍層工件硬度值+HV+試驗(yàn)壓力+保持時(shí)間塑性

塑性

沖擊韌性沖擊韌性是指金屬材料斷裂前吸收變形能量的能力。沖擊韌性越好，材料的抗沖擊能力愈強(qiáng)，發(fā)生斷裂的可能性越小。沖擊韌性是金屬材料的一項(xiàng)重要力學(xué)性能，許多金屬零件和機(jī)械設(shè)備在工作中需要承受沖擊載荷的作用，如發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞、鍛壓機(jī)床的鍛錘等，為了保證他們的正常工作，在選擇材料時(shí)，必須要考慮材料的沖擊韌性。金屬材料的沖擊韌性通常用沖擊吸收功來(lái)衡量。沖擊韌性，可以通過(guò)一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。1-試樣2-刻度盤(pán)3-指針4-擺錘5-機(jī)架疲勞強(qiáng)度零件在承受外部載荷作用時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)外部載荷成周期性變化時(shí)，應(yīng)力也會(huì)作周期性變化，稱(chēng)為交變應(yīng)力。齒輪、軸承、曲軸等機(jī)械零件工作時(shí)，需要承受交變應(yīng)力的作用，雖然應(yīng)力水平低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)作用后，零件會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂破壞，這種現(xiàn)象稱(chēng)為金屬的疲勞破壞，簡(jiǎn)稱(chēng)疲勞。金屬材料的疲勞性能由疲勞強(qiáng)度來(lái)衡量。疲勞強(qiáng)度是指金屬材料承受無(wú)限多次交變載荷的作用，而不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力，它表示材料抵抗交變載荷作用，而不發(fā)生疲勞破壞的能力。金屬材料的疲勞強(qiáng)度可以通過(guò)疲勞試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量，但實(shí)際操作中，金屬材料不可能做無(wú)限多次交變載荷試驗(yàn)。通常規(guī)定，鋼在經(jīng)受107次、非金屬材料經(jīng)受108次交變載荷作用時(shí)不產(chǎn)生斷裂的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度。疲勞強(qiáng)度疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要形式之一，由于前期不易察覺(jué)，具有較強(qiáng)的突發(fā)性，所以疲勞破壞容易造成很?chē)?yán)重的后果。齒輪斷裂

曲軸斷裂

目錄01第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能02第二節(jié)金屬材料的工藝性能03第三節(jié)金屬材料的物理和化學(xué)性能金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能反映了金屬材料加工難易程度。良好的工藝性能表示材料的加工難度小。工藝性能主要包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和切削加工性能等。鑄造性能焊接性能鍛造性能工藝性能切削加工性能鑄造性能鑄造是將熔融的金屬澆入鑄型中，經(jīng)凝固后獲得一定尺寸、形狀和力學(xué)性能的鑄件或零件的成形方法。金屬材料通過(guò)鑄造的方法獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力，稱(chēng)為金屬材料的鑄造能力，它反映了金屬材料熔化澆鑄成為鑄件的難易程度。金屬材料融化成液體時(shí)的流動(dòng)性越好，冷凝時(shí)的收縮性越小，凝固后的偏析性（指各化學(xué)成分的不均勻性）越小，則獲得鑄件的質(zhì)量越好。

（a）暖氣片

（b）鋼管

（c）管接頭

（d）車(chē)床底座鑄造性能工業(yè)生產(chǎn)中，灰鑄鐵具有良好的鑄造性能，因而被廣泛用于制造各種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、大型的機(jī)械零件。如車(chē)床底座、箱體等，如圖2-11所示。青銅也具有良好的鑄造性能，是古人發(fā)現(xiàn)的最早的金屬材料。（a）撥叉

（b）箱體典型鑄造零件壓力加工性能固態(tài)金屬在外力作用下，通過(guò)塑性變形，改變尺寸和形狀、改善內(nèi)部組織，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料，毛坯或零件的加工方法，又稱(chēng)金屬塑性加工。常用的金屬壓力加工方法有軋制、擠壓、冷拔、鍛造和冷沖壓等（a）軋制

（b）擠壓

（c）冷拔

（d）鍛造

（e）冷沖壓常用壓力加工方法壓力加工性能金屬材料在壓力加工過(guò)程中成型的難易程度稱(chēng)為金屬材料的壓力加工性能。它主要與材料的塑性有關(guān)，塑性越好，其壓力加工性能就越好。同時(shí)，壓力加工性能還與金屬材料的成分及加工條件有關(guān)。例如，鍛鋼在加熱到一定溫度時(shí)，容易鍛造成型，而鋁合金在室溫下就很容易鍛造加工。焊接性能通過(guò)加熱或加壓，或者兩者并用，使兩工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工辦法稱(chēng)為焊接。常用的焊接方法有手工電弧焊、氣焊、自動(dòng)焊等。金屬材料在焊接過(guò)程中得到優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力稱(chēng)為焊接性能，又稱(chēng)可焊性。焊接性能好的金屬材料，焊接時(shí)焊縫不容易產(chǎn)生夾渣、氣孔、裂紋等缺陷。手工電弧焊自動(dòng)焊氣焊焊接方法焊接性能常用焊接方法切削加工性能切削加工是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的零件加工方法，常見(jiàn)的切削加工方法有車(chē)削、銑削、磨削、鉆削等。切削加工性能是指對(duì)金屬材料進(jìn)行切削加工的難易程度。衡量切削加工性能的因素有刀具的使用壽命、零件的表面質(zhì)量、工時(shí)等。金屬材料的切削加工性能，主要受金屬材料的化學(xué)成分、硬度、塑性等性能的影響。通常情況下，可以通過(guò)熱處理來(lái)提高鋼件的切削加工性能。切削加工性能（a）車(chē)削加工

（b）銑削加工（c）磨削加工

（d）鉆削加工目錄01第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能02第二節(jié)金屬材料的工藝性能03第三節(jié)金屬材料的物理和化學(xué)性能金屬材料的物理性能金屬材料的物理性能是指金屬材料在重力、電磁場(chǎng)、熱力（溫度）等物理因素作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能或固有的屬性。物理性能包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性。導(dǎo)熱性導(dǎo)電性物理性能熔點(diǎn)熱膨脹性密度磁性密度金屬材料的密度是指單位體積金屬的質(zhì)量。密度是金屬材料的特性之一，不同金屬材料的密度是不同的。在體積相同時(shí)，金屬材料的密度越大，其質(zhì)量越大。一般將密度小于5×103KG/M2的金屬材料稱(chēng)為輕金屬,將密度大于5×103KG/M2的金屬稱(chēng)為重金屬。金屬材料的密度是零件設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的性能之一，如航天構(gòu)件常采用密度小的鋁合金、鈦合金、鋁鎂合金進(jìn)行制造。熔點(diǎn)金屬材料從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度稱(chēng)為熔點(diǎn)。純金屬有固定的熔點(diǎn)。合金的熔點(diǎn)取決于它的化學(xué)成分，如鋼和生鐵雖然都是鐵和碳的合金，但由于其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，其熔點(diǎn)也不同。熔點(diǎn)對(duì)于金屬材料的冶煉、鑄造、焊接等是重要的工藝參數(shù)。熔點(diǎn)高的金屬材料稱(chēng)為難熔金屬（如鎢、鉬、釩），可用來(lái)制造耐高溫零件，在火箭，導(dǎo)彈，燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣飛機(jī)等方面得到廣泛應(yīng)用。熔點(diǎn)低的金屬材料稱(chēng)為易熔金屬（如錫、鉛等），可用來(lái)制造印刷鉛字（鉛與銻的合金）、熔斷器和防火安全閥等零件。導(dǎo)熱性金屬材料傳導(dǎo)熱量的能力稱(chēng)為導(dǎo)熱性。金屬材料的導(dǎo)熱能力，常用熱導(dǎo)率（亦稱(chēng)導(dǎo)熱系數(shù)）λ來(lái)表示。金屬材料的熱導(dǎo)率越大，說(shuō)明其導(dǎo)熱性越好。一般來(lái)說(shuō)，純金屬的導(dǎo)熱能力比合金好。金屬材料的導(dǎo)熱能力以銀為最好，銅、鋁次之。導(dǎo)熱性好的金屬材料，其散熱性能也較好，可用來(lái)制造散熱器、熱交換器交換器。導(dǎo)電性金屬材料能夠傳導(dǎo)電流的能力稱(chēng)為導(dǎo)電性。金屬材料的導(dǎo)電性常用電阻率ρ來(lái)表示，其單位是Ω.m。金屬材料的電阻率越小，其導(dǎo)電性越好。導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性一樣，是隨化學(xué)成分的復(fù)雜化而降低，因而純金屬的導(dǎo)電性總比合金好。因此，工業(yè)上常用純銅、純鋁作為導(dǎo)電材料，而用導(dǎo)電性差的銅合金和鐵鉻鋁合金制作電熱元件。熱膨脹性金屬材料隨溫度變化而膨脹或收縮的特性稱(chēng)為熱膨脹性。一般來(lái)說(shuō)，金屬材料受熱時(shí)膨脹而體積增大，冷卻時(shí)收縮而體積縮小。金屬材料的熱膨脹性可用線脹系數(shù)α1和體脹系數(shù)αV來(lái)表示，體脹系數(shù)近似為線脹系數(shù)的三倍。在實(shí)際工作中需要考慮熱膨脹性的地方很多，如軸與軸瓦之間要根據(jù)膨脹系數(shù)來(lái)控制其間隙尺寸.磁性金屬材料在磁場(chǎng)中被磁化而呈現(xiàn)磁性強(qiáng)弱的性能稱(chēng)為磁性。根據(jù)金屬材料在磁場(chǎng)中受到磁化程度的不同，金屬材料又分為鐵磁性材料和非鐵磁性材料。鐵磁性材料是指在外磁場(chǎng)中能被磁化到很大程度的金屬材料，如鐵、鎳、鈷等。非鐵磁性材料是指在外磁場(chǎng)中能夠抗拒或減弱外加磁場(chǎng)磁化作用的金屬材料如金、銀、銅、鉛、鋅等。鐵磁性材料可以被磁鐵吸引，鐵及其合金（包括鋼與鑄鐵）是常見(jiàn)的鐵磁性材料，主要用于制造變壓器、電動(dòng)機(jī)、測(cè)量?jī)x表等；非鐵磁性材料不能被磁鐵吸引，可用于制造避免電磁場(chǎng)干擾的零件。金屬材料的化學(xué)性能金屬材料的化學(xué)性能是指金屬材料在室溫或高溫時(shí)，抵抗各種化學(xué)介質(zhì)中所表現(xiàn)出來(lái)的性能?；瘜W(xué)性能，包括耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性的抗氧化性化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)性能耐腐蝕性耐腐蝕性耐腐蝕性是指金屬材料在常溫下抵抗氧、水及其它化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞的能力。金屬材料的耐腐蝕性是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，尤其對(duì)于腐蝕介質(zhì)（如酸、堿、鹽、有毒氣體等）中工作的零件，其腐蝕性比在空氣中更為嚴(yán)重。因此，在選擇金屬材料制造這些零件時(shí)，應(yīng)特別注意金屬材料的耐腐蝕性，并合理選用耐腐蝕性能好的金屬材料（如不繡鋼、銅合金等）進(jìn)行制造?？寡趸钥寡趸允侵附饘俨牧显诩訜釙r(shí)抵抗氧化作用的能力。金屬材料的氧化現(xiàn)象會(huì)隨溫度的升高而加速，如鋼在鑄造、鍛造、熱處理、焊接等熱加工作業(yè)時(shí)氧化現(xiàn)象比較嚴(yán)重。氧化不僅造成材料的過(guò)度損耗，也會(huì)造成各種缺陷，因此常需要采取措施避免金屬材料發(fā)生氧化。對(duì)于在高溫狀態(tài)下工作的構(gòu)件，如鍋爐、加熱設(shè)備、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭、導(dǎo)彈等，就需要選用其具有良好抗氧化性能的材料（如耐熱鋼、高溫合金、鋁合金、高溫陶瓷等）來(lái)制造?；瘜W(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性與抗氧化性的總稱(chēng)。金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性稱(chēng)為熱穩(wěn)定性。高溫條件下工作的設(shè)備（如鍋爐、加熱設(shè)備、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等）上的部件選擇了穩(wěn)定性好的材料來(lái)制造。單元小結(jié)1.選擇機(jī)械零件的材料時(shí)，要滿足零件的使用性能和工藝性能的要求，同時(shí)兼顧合理地經(jīng)濟(jì)性。2.機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作的情況稱(chēng)為失效。在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度，稱(chēng)為工作能力。3.金屬材料的力學(xué)性能包括強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等；工藝性能包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能和切削加工性能等。機(jī)械基礎(chǔ)模塊二機(jī)械零件的材料單元二金屬材料及應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)一、目標(biāo)和要求（1）了解鋼和鑄鐵的分類(lèi)（2）熟悉常用工業(yè)用鋼的種類(lèi)、牌號(hào)、性能和應(yīng)用（3）了解常用非金屬材料的類(lèi)型及特點(diǎn)二、重點(diǎn)和難點(diǎn)工業(yè)用鋼的種類(lèi)、牌號(hào)、性能和應(yīng)用目錄01第一節(jié)常用黑色金屬材料02第二節(jié)常用有色金屬材料03第三節(jié)常用非金屬材料案例導(dǎo)入國(guó)家體育場(chǎng)（鳥(niǎo)巢）的鋼結(jié)構(gòu)最大跨度達(dá)到333米，相當(dāng)于200個(gè)成年人手拉手的長(zhǎng)度。達(dá)4.2萬(wàn)噸的鋼結(jié)構(gòu)需擺脫外力的支撐，靠自己站立起來(lái)，工程浩大自不必說(shuō)，其材料的選擇慎之又慎。筑造“鳥(niǎo)巢”使用的鋼材材質(zhì)絕大部分為Q345D和Q345GJD鋼材，局部受力大的部位采用了Q460鋼材。Q460鋼材是專(zhuān)為“鳥(niǎo)巢”量身打造的一種低合金高強(qiáng)度鋼。“Q”代表鋼材的強(qiáng)度，“460”表示受力強(qiáng)度達(dá)到460兆帕?xí)r才會(huì)徹底變形，460兆帕相當(dāng)于4540個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，普通鋼材受力強(qiáng)度只有235兆帕，比Q460小將近一半。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，Q460的最大厚度是100毫米，而“鳥(niǎo)巢”這次使用的鋼板厚度史無(wú)前例地達(dá)到110毫米?！傍B(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)中共使用了400噸Q460鋼。

目錄01第一節(jié)常用黑色金屬材料02第二節(jié)常用有色金屬材料03第三節(jié)常用非金屬材料常用黑色金屬材料金屬分為黑色金屬和有色金屬兩大類(lèi)。以鐵和碳兩種元素為基體以及多種元素組成的復(fù)雜合金稱(chēng)為黑色金屬，鋼和鑄鐵是應(yīng)用最廣的黑色金屬，統(tǒng)稱(chēng)為鐵碳合金。其中，鐵包括純鐵和鑄鐵。通常情況下，將碳含量在0.0218%到2.11%之間的鐵碳合金稱(chēng)為鋼；碳含量小于0.0218%的鐵碳合金稱(chēng)為純鐵；碳含量大于2.11%的鐵碳合金稱(chēng)為鑄鐵，工業(yè)中常用鑄鐵的碳含量不超過(guò)4.3%。鋼鐵中碳含量的范圍常用黑色金屬材料為提高鋼的力學(xué)性能，在冶煉碳素鋼的過(guò)程中，加入合金元素所得到的鋼，稱(chēng)為合金鋼。黑色金屬以外的金屬稱(chēng)為有色金屬，銅和鋁基合金是常見(jiàn)的有色金屬。（a）餐具

（b）剪刀

（c）鋼橋

（d）推土機(jī)常見(jiàn)的鋼鐵制品碳素鋼1.按鋼的質(zhì)量分：2.按鋼的用途分：鋼冶金質(zhì)量普通鋼（

，

）優(yōu)質(zhì)鋼（

）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（

，

）鋼用途結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼碳素鋼3.按鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分鋼冶金質(zhì)量低碳鋼（wC<0.25%中碳鋼高碳鋼（wC>0.60%）碳素鋼4.碳素鋼的牌號(hào)及含義類(lèi)別牌號(hào)舉例性能特點(diǎn)應(yīng)用范圍碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235塑性好，強(qiáng)度較低，能保證一定的力學(xué)性能，容易冶煉，工藝性能良好用于制造建筑、橋梁、船舶等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)件，或者加工螺釘、螺母等力學(xué)性能要求不是很高的機(jī)械零部件優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45熱加工及切削性能良好，焊接性能較差，強(qiáng)度、塑性等綜合力學(xué)性能良好。用于制造受力較大的零件，如齒輪和普通軸等碳素工具鋼T8工藝性能好，在熱處理后可以獲得很高的硬度，溫度不高時(shí)耐磨性良好；但熱硬性較差，淬透性較低制造形狀簡(jiǎn)單、尺寸小、切削速度低、工作溫度不高的工具，如模具沖頭、剪刀等鑄造碳鋼ZG200-400具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性用于制造需要受力大并承受沖擊載荷的零部件，如軋鋼機(jī)底座、水壓機(jī)底座、火車(chē)車(chē)輪及車(chē)鉤等常用碳鋼舉例合金鋼為改善鋼的機(jī)械性能，通常在煉鋼時(shí)加入Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V等，由此獲得的鋼材稱(chēng)為合金鋼。與碳鋼相比，合金鋼往往具有某些方面的特殊性能，或具有良好的綜合力學(xué)性能，如合金鋼具有更高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、淬透性。常見(jiàn)的合金鋼有合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。合金鋼類(lèi)別牌號(hào)舉例性能特點(diǎn)應(yīng)用范圍合金結(jié)構(gòu)鋼低合金鋼30CrMnSiA碳含量為0.12%～0.20%，磷、硫含量不大于0.45%，合金元素總量不大于3%，主要添加元素為硅、錳及少量的鈦、釩、鈮、銅及稀土元素等；具有較好的塑性、韌性和焊接性能，且冶煉較簡(jiǎn)單廣泛用于制作各種機(jī)器零件和工程構(gòu)件，如車(chē)輛大梁、房屋鋼架、輸油管道等合金

滲碳鋼20CrMnTi含碳量一般為0.10%～0.25%，加入的合金元素主要有錳、鉻、鎳、鉬、釩、鈦、硼等；經(jīng)淬火和低溫回火后，具有較高的表面硬度和耐磨性，同時(shí)心部具有良好的強(qiáng)度和韌性，抗沖擊載荷能力強(qiáng)適用于制造各類(lèi)受沖擊載荷作用的零部件，如變速齒輪、活塞銷(xiāo)、軸類(lèi)零件等合金

調(diào)質(zhì)鋼38CrMoAl含碳量一般為0.25%～0.50%，具有較高的強(qiáng)度和韌性；若調(diào)質(zhì)后再進(jìn)行淬火，可進(jìn)一步提高鋼件表面的耐磨性適用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)、機(jī)床等機(jī)器上的重要零件，如齒輪、連桿、軸類(lèi)零件等合金工具鋼刃具鋼9SiCr具有高硬度、高耐磨性、高紅硬性（紅硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力）及一定的韌性和塑性適用于制造各類(lèi)低速切削的薄刃刀具，如板牙、絲錐、鉸刀等模具鋼Cr12MoV5CrNiMo分為冷作模具、熱作模具和塑料模具三類(lèi)，其性能特點(diǎn)與用途有關(guān)適用于制造各種鍛造、沖壓、壓鑄等模具量具鋼9Cr18含碳量通常高達(dá)0.90%～1.50%，并含有鉻、鎢、錳等碳化物組成元素適用于制造各類(lèi)高精度量具，如塊規(guī)、量規(guī)、卡尺、千分尺等高速鋼W6Mo5Cr4V2W12Cr4v5Co5含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素，在高速切削產(chǎn)生的高溫下（約500℃時(shí)）仍能保持較高的硬度（不低于60HRC）通用型高速鋼適用于制造普通刀具，如鉆頭、鋸條、滾刀、拉刀等；特殊用途高速鋼適用于制造難加工金屬（如鈦合金、高溫合金等）的切削刀具合金彈簧鋼60Si2Mn具有很高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限及疲勞強(qiáng)度，一定的淬透性和良好的表面質(zhì)量適用于制造各類(lèi)彈簧及彈性零件合金軸承鋼GCr15具有高而均勻的硬度和耐磨性，以及較高的彈性極限和良好的尺寸穩(wěn)定性。適用于制造各類(lèi)軸承的滾珠、滾柱及軸承內(nèi)外圈等不銹鋼06Cr18Ni9主要的合金元素為Cr，其含量一般不低于10.5%；具有良好的耐蝕性、拋光性和耐熱性適用于制造耐腐蝕零部件，如化工設(shè)備、容器、餐具等合金鋼類(lèi)別牌號(hào)示例含義說(shuō)明碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235AFQ345D“Q”是“屈”字拼音的首字母，后面的數(shù)字表示屈服強(qiáng)度，單位為MPa；字母A表示鋼的質(zhì)量，從A到D質(zhì)量依次提高；F，b，Z，TZ分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼。例如，Q235AF表示屈服強(qiáng)度為235MPa，A級(jí)質(zhì)量的沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼4565Mn兩位數(shù)字表示鋼的平均碳含量，以萬(wàn)分之幾計(jì)；后面的元素符號(hào)表示該元素的含量比較高。例如，45鋼表示碳含量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼T8T11A“T”是“碳”字拼音的首字母，后面的數(shù)字表示鋼中碳的平均含量，以千分之幾計(jì)；若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼，在鋼號(hào)后面加A。例如，T11A表示平均碳含量為1.1%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼

合金彈簧鋼30CrMnSiA60Si2Mn前面兩位數(shù)字表示鋼的平均碳含量，以萬(wàn)分之幾計(jì)；元素符號(hào)表示所含的合金元素，其平均含量小于1.5%時(shí)一般不標(biāo)出，當(dāng)平均含量依次為1.5%～2.5%，2.5%～3.5%，3.5%～4.5%，…時(shí)，在元素符號(hào)的后面相應(yīng)地寫(xiě)成2，3，4，…；若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，在鋼號(hào)后面相應(yīng)地加上A，E。例如，30CrMnSiA表示平均碳含量為0.30%，鉻、錳、硅的平均含量均小于1.5%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼8MnSi

前面的數(shù)字表示鋼的平均碳含量，以千分之幾計(jì)，若平均碳含量大于1.0%，則一般不標(biāo)出；合金元素平均含量的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。例如，8MnSi表示平均碳含量為0.8%，錳、硅含量均小于1.5%的合金工具鋼合金鋼高速鋼W18Cr4V

一般不標(biāo)出含碳量，只表明合金元素的含量，以百分之幾計(jì)。例如，W18Cr4V表示平均鎢含量為18%，鉻含量為4%，釩含量低于1%的高速鋼軸承鋼GCr15

“G”表示軸承鋼，后面字母表示所含合金元素的種類(lèi)，其含量用緊跟的數(shù)字表示，以千分?jǐn)?shù)計(jì)。例如，GCr15表示平均鉻含量為1.5%的軸承鋼不銹鋼

耐熱鋼06Cr18Ni920Cr13015Cr19Ni11

前面的數(shù)字表示碳含量的最佳控制值，只規(guī)定其上限（以萬(wàn)分?jǐn)?shù)或十萬(wàn)分?jǐn)?shù)計(jì)）。其中，當(dāng)含碳量上限高于0.10%時(shí)，以其上限值的4/5表示（以十萬(wàn)分?jǐn)?shù)計(jì)）；當(dāng)含碳量上限為0.10%～0.03%時(shí)，以上限值的3/4表示（以十萬(wàn)分?jǐn)?shù)計(jì)）；當(dāng)含碳量上限低于0.03%時(shí)，以三位阿拉伯?dāng)?shù)字表示（以十萬(wàn)分?jǐn)?shù)計(jì)）；合金元素含碳量表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。例如，06Cr18Ni9表示含碳量上限為0.08%，含鉻量為18%，含鎳量為9%的鎳鉻不銹鋼；015Cr19Ni11表示含碳量上限為0.02%，最佳控制值為0.015%，含鉻量為19%，含鎳量為11%的極低碳不銹鋼鑄鐵

平均含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱(chēng)為鑄鐵。工業(yè)用鑄鐵中碳含量為2.11%～4.3%。鑄鐵中除了含有碳元素之外，還含有硅、錳、磷、硫等元素，合金鑄鐵中還含有鎳、鉻、鉬、鋁等元素。雖然塑性及韌性不及鋼，但鑄鐵的生產(chǎn)成本低廉，具有優(yōu)良的鑄造性能、切削加工性能和良好的耐磨性及吸振性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)中。鑄鐵碳存在形式白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵碳主要以滲碳體形式存在，斷口呈銀白色。

碳主要以片狀石墨形式存在，斷口呈暗灰色，在工業(yè)中應(yīng)用最為普遍。

一部分碳以石墨形式存在，另一部分以滲碳體形式存在，斷口呈灰白相間的麻點(diǎn)狀。鑄鐵鑄鐵分類(lèi)分類(lèi)牌號(hào)示例牌號(hào)組成性能特點(diǎn)用途灰鑄鐵HT200牌號(hào)組成：HT+最低抗拉強(qiáng)度。例如，HT200代表抗拉強(qiáng)度不低于200MPa的灰鑄鐵碳主要以片狀的石墨存在，斷口呈暗灰色；抗拉強(qiáng)度低、韌性差，減振、耐磨、抗壓性好工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料，常用于制造需要承受較大壓力的零部件，如機(jī)床床身、機(jī)座，軸承座等可鍛鑄鐵KTH300-06KTB350-12牌號(hào)組成：KT+代表類(lèi)別的字母（H，Z，B）+最低抗拉強(qiáng)度+最小斷后伸長(zhǎng)率（以百分?jǐn)?shù)計(jì)）。例如，KTH300-06表示抗拉強(qiáng)度不低于300MPa，斷后伸長(zhǎng)率不低于6%的黑心可鍛鑄鐵碳主要以團(tuán)絮狀的石墨存在，故塑性和韌性比灰鑄鐵好，但并不能用于鍛造常用于制造形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動(dòng)載荷的零件，如拖拉機(jī)后橋外殼、管接頭、低壓閥門(mén)等球墨鑄鐵QT400-18QT800-2牌號(hào)組成：QT+最低抗拉強(qiáng)度+斷后伸長(zhǎng)率。例如，QT400-18表示抗拉強(qiáng)度不低于400MPa，斷后伸長(zhǎng)率不低于18%的球墨鑄鐵碳主要以球狀的石墨存在，具有很高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性，綜合力學(xué)性能接近于鋼，鑄造性能好常用于制造受力復(fù)雜，強(qiáng)度，韌性和耐磨性要求高的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿，各種齒輪、機(jī)床主軸等蠕墨鑄鐵RuT300牌號(hào)組成：RuT+最低抗拉強(qiáng)度。例如，RuT300表示抗拉強(qiáng)度不低于300MPa的蠕墨鑄鐵碳主要以蠕蟲(chóng)狀的石墨存在，強(qiáng)度接近于球磨鑄鐵，有一定的韌性和較高的耐磨性，鑄造性能和導(dǎo)熱性良好。常用于制造內(nèi)燃機(jī)氣缸、缸蓋、液壓閥等零件合金鑄鐵——含有一定量的合金元素，具有某種特性，如耐磨性、耐熱性和耐蝕性等常用于制造有耐熱、耐腐蝕等特殊要求的零件，如氣缸套、閥門(mén)、容器等合金鑄鐵在灰鑄鐵或球墨鑄鐵的熔化液中加入一定量的合金元素，稱(chēng)為合金鑄鐵。根據(jù)加入的合金元素不同，而形成不同的合金鑄鐵。（1）耐熱鑄鐵鑄鐵中加入Al、Si、Cr等合金元素，使鑄鐵表面形成保護(hù)性的氧化膜，在高溫下具有抗氧化的能力，稱(chēng)為耐熱鑄鐵。（2）耐磨鑄鐵鑄鐵中加入W、Cu、Cr、Ti合金元素，并提高磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，稱(chēng)為耐磨鑄鐵。耐磨鑄鐵的強(qiáng)度、韌性和耐磨性都較高。（3）耐蝕鑄鐵鑄鐵中加入少量的Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等合金元素，稱(chēng)為耐蝕鑄鐵。鑄鋼鑄鋼是將熔化的鋼水直接澆注到預(yù)先造好形的沙箱中,不經(jīng)過(guò)軋制就能得到機(jī)械零件,其力學(xué)性能與軋制的鋼材基本相同。鑄鋼應(yīng)用于形狀較為復(fù)雜，或零件的質(zhì)量較大，力學(xué)性能要求又較高的冶金設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、重型設(shè)備零件。目錄01第一節(jié)常用黑色金屬材料02第二節(jié)常用有色金屬材料03第三節(jié)常用非金屬材料常用有色金屬材料黑色金屬以外的金屬稱(chēng)為有色金屬。有色金屬具有許多特殊的性能，如較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，較低的密度和熔化溫度，良好的力學(xué)性能和工藝性能，是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的重要金屬材料，是黑色金屬所不能替代的。常用的有色金屬主要有鋁、銅及其合金。（a）鋁合金窗

（b）銅導(dǎo)線

（c）飛機(jī)機(jī)身鋁及鋁合金

工業(yè)純鋁的純度不低于90%，其牌號(hào)用1×××系列表示。其中，最后兩位數(shù)字表示鋁的最低百分含量，當(dāng)鋁的最低百分含量精確到0.01%時(shí)，牌號(hào)的最后兩位數(shù)字就是最低百分含量中小數(shù)點(diǎn)后面兩位；牌號(hào)第二位字母表示原始合金（A）或改型合金（B～Y），如1080，1A50等。工業(yè)中使用的純鋁呈銀白色，密度較?。?/p>

），僅為鋼的1/3，熔點(diǎn)為660℃，在常溫及潮濕環(huán)境中，其表面容易形成一層致密的氧化膜，故純鋁具有較好的抗腐蝕性。1234塑性高，能通過(guò)壓力加工方法制成各種型材、板材。工業(yè)純鋁由于強(qiáng)度很低，不宜直接用來(lái)加工機(jī)械零部件，而是廣泛用于制造各種導(dǎo)線、電容器和包裝材料等。純鋁的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性良好，是僅次于金、銀、銅的優(yōu)良導(dǎo)體。純鋁鋁及鋁合金鋁合金在保持純鋁質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，大大提高了自身的強(qiáng)度，從而具有很高的“比強(qiáng)度”（強(qiáng)度與密度的比值），力學(xué)性能超過(guò)許多合金鋼。因此，鋁合金是較為理想的結(jié)構(gòu)材料，機(jī)械設(shè)備、運(yùn)輸工具、航空工業(yè)等領(lǐng)域都大量使用鋁合金。

鋁合金中所添加的合金元素主要有銅、錳、硅、鎂、鋅等，根據(jù)合金元素和工藝特點(diǎn)的不同，鋁合金可鋁合金中所添加的合金元素主要有銅、錳、硅、鎂、鋅等，根據(jù)合金元素和工藝特點(diǎn)的不同，鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類(lèi)。鋁及鋁合金1.變形鋁合金

變形鋁合金具有良好的塑性，可通過(guò)沖壓、彎曲、擠壓等加工方法獲得所需零件。變形鋁合金采用4位字符牌號(hào)命名，牌號(hào)用2×××～8×××系列表示。牌號(hào)的第一位數(shù)字是按照主要合金元素：銅、錳、硅、鎂、鎂＋硅、鋅及其他元素的順序來(lái)表示變形鋁合金的組別；第二組數(shù)字或字母表示原始合金（A）或改型合金（B～Y）；牌號(hào)中最后兩位數(shù)字用來(lái)區(qū)分同一組中不同的鋁合金。

根據(jù)性能特點(diǎn)和用途的不同，變形鋁合金可分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛造鋁合金四類(lèi)。鋁及鋁合金1.變形鋁合金分類(lèi)常用牌號(hào)性能特點(diǎn)用途防銹鋁合金3A215A02塑性高、強(qiáng)度高、抗腐蝕性良好適用于制造船舶零部件、航空燃料箱、輸油管道等硬鋁合金2A12強(qiáng)度高、耐熱性良好、耐腐蝕性差適用于制造門(mén)窗、飛機(jī)蒙皮等超硬

鋁合金7A04極高的強(qiáng)度（可達(dá)600MPa），熱處理強(qiáng)化效果明顯，退火后具有良好的塑性適用于制造飛機(jī)大梁、起落架、機(jī)翼接頭等鍛造

鋁合金2A502A70良好的熱塑性和鍛造性，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化適用于制造飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)中形狀較復(fù)雜的零部件變形鋁合金的分類(lèi)鋁及鋁合金2.鑄造鋁合金通過(guò)向純鋁中添加硅、銅、鎂、鋅等元素，從而獲得具有良好的鑄造性能、耐腐蝕性和耐熱性的鋁合金稱(chēng)為鑄造鋁合金。根據(jù)所含合金元素的不同，鑄造鋁合金可分為鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系和鋁鋅系等四類(lèi)。ZL”＋三位數(shù)字。其中，“ZL”是“鑄鋁”的拼音首字母，第1位數(shù)字表示合金類(lèi)別：1代表Al－Si系合金；2代表Al－Cu系合金；3代表Al－Mg系合金；4代表Al－Zn系合金。第二、三位數(shù)字是合金的順序號(hào)。例如，ZL202表示2號(hào)Al－Cu系鑄造鋁合金。鑄造鋁合金牌號(hào)的編制方法：。鋁及鋁合金2.鑄造鋁合金鑄造鋁合金的分類(lèi)分類(lèi)常用牌號(hào)性能特點(diǎn)用途鋁硅系（Al-Si）ZL101鑄造性能和耐磨性良好、熱漲系數(shù)小，使用量最大適用于制造結(jié)構(gòu)件，如發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、氣缸體等鋁銅系（Al-Cu）ZL201強(qiáng)度高、鑄造性能良好適用于制造承受大載荷和形狀不復(fù)雜的砂型鑄件鋁鎂系（Al-Mg）ZL301抗腐蝕性、綜合力學(xué)性能良好適用于制造雷達(dá)底座、飛機(jī)起落架、螺旋槳等鋁鋅系（Al-Zn）ZL401強(qiáng)度較高、尺寸穩(wěn)定適用于制造模型、發(fā)動(dòng)機(jī)零配件、設(shè)備支架等銅及銅合金純銅銅是人類(lèi)最早認(rèn)識(shí)并使用的金屬材料之一，我國(guó)早在約六千年前就開(kāi)始使用銅制品。123純銅的密度為8.96g/cm3，比鋼略大，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性良好，其強(qiáng)度和硬度均不高，塑性、耐腐蝕性及焊接性能良好，故純銅適合進(jìn)行各種壓力加工，通常用來(lái)制作電線、電纜、散熱片等。純銅為紫紅色，由于在空氣中表面容易形成一層紫色的氧化膜，故純銅又稱(chēng)紫銅。

工業(yè)純銅分為四種：T1，T2，T3。其中，編號(hào)越大，表示純度越低，雜質(zhì)含量越高。銅及銅合金

通過(guò)向純銅中加入鋅、鉛、錫、鋁、鈹?shù)仍丶纯傻玫礁鞣N性能優(yōu)越的銅合金。根據(jù)所加入合金元素的不同，銅合金可分為黃銅、青銅和白銅等三類(lèi)。銅合金銅及銅合金銅合金分類(lèi)分類(lèi)常用牌號(hào)性能說(shuō)明黃銅普通黃銅H62H70只有鋅一種合金元素，具有良好的耐腐蝕性，常用于制造子彈、閥門(mén)、空調(diào)連接管等特殊黃銅HMn58-2除含鋅元素外，還含有鉛、錫、鋁等合金元素，耐蝕性、耐磨性、切削加工性均較好，常用于制造鐘表內(nèi)部精密零件、螺旋槳等青銅錫青銅QSn4-3主要合金元素為錫，具有良好的鑄造性能、減磨性能及力學(xué)性能，常用于制造軸承、蝸輪、齒輪等鋁青銅QAl5QAl9-4主要合金元素為鋁，具有較高的強(qiáng)度、耐磨性和耐蝕性，常用于制造高載荷齒輪、軸套等鈹青銅QBe2QBe1.7主要合金元素為鈹，具有較高的彈性極限和良好的導(dǎo)電性，常用于制造精密彈簧和電接觸元件等

白銅BMn3-12主要含有的合金元素是鎳，呈銀白色，具有較高的強(qiáng)度和硬度，價(jià)格昂貴，色澤美觀，常用于制造醫(yī)療器械、儀器儀表、工藝品等軸承合金目錄01第一節(jié)常用黑色金屬材料02第二節(jié)常用有色金屬材料03第三節(jié)常用非金屬材料常用非金屬材料非金屬材料在機(jī)械零件中的應(yīng)用主要有工程塑料、合成橡膠、工業(yè)陶瓷和復(fù)合材料。一、工程塑料1.工程塑料的組成工程塑料是以樹(shù)脂為基礎(chǔ)，加如其他添加劑，在一定的溫度與壓力下制成的非金屬材料。樹(shù)脂是主要成分，是一種高分子化合物，起到膠黏劑的作用；添加劑起到改善塑料的性能、防止老化、延長(zhǎng)和穩(wěn)定塑料使用壽命的作用。2.工程塑料的分類(lèi)(1)按塑料的熱性能分為熱塑性塑料和熱固性塑料。1）熱塑性塑料2）熱固性塑料常用非金屬材料(2)按塑料制品的功能分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。1)通用塑料通用塑料主要應(yīng)用于制造生活用品，如聚氯乙烯、聚丙烯。應(yīng)用范圍廣，價(jià)格低。2）工程塑料工程塑料主要應(yīng)用于代替金屬制造機(jī)械零部件，如有機(jī)玻璃、尼龍、ABS等。3）特種塑料特種塑料是主要應(yīng)用于特種性能和特種用途的塑料，如醫(yī)用塑料。(3)工程塑料的特性工程塑料具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、吸水率低、耐蝕性好、成形工藝簡(jiǎn)單、加工性能好、生產(chǎn)率高的特性。常用非金屬材料二．橡膠1.橡膠的組成橡膠是一種高分子材料，是以生膠為基礎(chǔ)加人適量的配合劑制成的。生膠的來(lái)源為天然橡膠或合成橡膠。配合劑的作用是改善橡膠制品的性能，如硫化劑、軟化劑等。2.橡膠的特性橡膠具有高彈性，優(yōu)良的伸縮性、耐磨性、電絕緣性、不透水性等優(yōu)點(diǎn)，但易老化。常見(jiàn)非金屬材料三、復(fù)合材料1.復(fù)合材料的組成復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同化學(xué)性質(zhì)或不同組織結(jié)構(gòu)的材料組合而成的。2.復(fù)合材料的分類(lèi)復(fù)合材料按增強(qiáng)基體的不同分為塑料基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、橡膠基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料，按性能的不同分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料，按種類(lèi)和結(jié)構(gòu)的不同分為層疊、細(xì)粒、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。3.復(fù)合材料的特性復(fù)合材料的比強(qiáng)度高、減摩性和耐磨性好、抗疲勞性和減振性好、加工性好。復(fù)合材料應(yīng)用于制造機(jī)械零件、化工容器、耐腐蝕結(jié)構(gòu)件等。單元小結(jié)1.鋼鐵主要有鐵和碳兩種基本元素構(gòu)成，故鋼鐵又稱(chēng)鐵碳合金。2.鋼的種類(lèi)繁多，為了熟悉各種鋼的性能特點(diǎn)，掌握合理選用鋼材的方法，需要對(duì)鋼進(jìn)行科學(xué)的分類(lèi)。通常根據(jù)化學(xué)成分、質(zhì)量和用途的不同對(duì)鋼進(jìn)行分類(lèi)。3.根據(jù)是否含有合金元素，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。常用的碳素鋼有碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼以及鑄造碳鋼等；常用的合金鋼有合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼等。4.鑄鐵種類(lèi)很多，根據(jù)碳存在形式的不同，鑄鐵可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵和麻口鑄鐵三類(lèi)；根據(jù)內(nèi)部石墨所處形態(tài)的不同，鑄鐵可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵。5.非金屬材料常用塑料、橡膠和復(fù)合材料。機(jī)械基礎(chǔ)模塊二機(jī)械零件的材料單元三金屬材料的熱處理教學(xué)目標(biāo)一、目標(biāo)和要求（1）了解鋼熱處理的定義、分類(lèi)及應(yīng)用范圍（2）掌握鋼鐵材料常用的熱處理工藝方法（3）了解鋼熱處理的目的二、重點(diǎn)和難點(diǎn)

（1）鋼熱處理的分類(lèi)及特點(diǎn)（2）鋼熱處理的方法及目的目錄01第一節(jié)金屬材料熱處理概述02第二節(jié)鋼的整體熱處理03第三節(jié)鋼的表面熱處理案例導(dǎo)入歷史故事相傳，三國(guó)時(shí)諸葛亮帶兵打仗，請(qǐng)當(dāng)時(shí)的著名工匠蒲元為他的軍隊(duì)制造了3000把鋼刀，蒲元運(yùn)用了“清水淬其鋒”的熱處理工藝，使鋼刀削鐵如泥，從而打敗敵軍。從這些故事可知，淬火的主要目的是為了獲得馬氏體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。目錄01第一節(jié)金屬材料熱處理概述02第二節(jié)鋼的整體熱處理03第三節(jié)鋼的表面熱處理金屬材料熱處理概述

把金屬材料(可分為鋼、鑄鐵和有色金屬及合金等）加熱到一定溫度,在此溫度保持一定時(shí)間,用合適的冷卻介質(zhì)冷卻到室溫的過(guò)程。通過(guò)熱處理，可以改變材料的內(nèi)部組織（金相組織）和結(jié)構(gòu)，以獲得我們所需要的性能（分物理性能和化學(xué)性能）。熱處理概念：金屬材料熱處理概述

熱處理分為加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程。對(duì)于不同的金屬材料、不同的外形尺寸和不同的加熱介質(zhì)，為了不同的目的，最終加熱溫度的高低、加熱速度、保溫時(shí)間長(zhǎng)短、冷卻介質(zhì)及冷卻速度和方式各有不同。熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線：金屬材料熱處理概述熱處理工藝分類(lèi)：根據(jù)熱處理的目的和工藝方法不同：整體熱處理——退火、正火、淬火、回火等熱處理

表面熱處理表面淬火——火焰加熱、感應(yīng)加熱化學(xué)熱處理——滲碳、滲氮、碳氮共滲等熱處理金屬材料熱處理概述最終熱處理是在零件完成機(jī)械加工后進(jìn)行的，目的在于獲得零件所需的力學(xué)性能。熱處理工藝分類(lèi)：根據(jù)工序位置的不同：預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理是在零件加工過(guò)程中進(jìn)行的，目的在于改善鑄造、鍛造或焊接毛坯件的內(nèi)部組織，消除內(nèi)部應(yīng)力，為后續(xù)機(jī)械加工或進(jìn)一步的熱處理作準(zhǔn)備，最終熱處理。目錄01第一節(jié)金屬材料熱處理概述02第二節(jié)鋼的整體熱處理03第三節(jié)鋼的表面熱處理鋼的整體熱處理整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)速度冷卻，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。整體熱處理退火正火回火淬火退火1.概念

退火是將鋼件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，?jīng)過(guò)一定時(shí)間的保溫后，緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻）以使內(nèi)部組織均勻化，從而獲得預(yù)期力學(xué)性能的熱處理工藝。2.目的①降低材料的強(qiáng)度和硬度，提高塑性，為后續(xù)機(jī)械加工做準(zhǔn)備。②減小材料內(nèi)部組織的不均勻性，細(xì)化晶粒，消除內(nèi)部應(yīng)力。③為后續(xù)的熱處理做好組織準(zhǔn)備。退火3.分類(lèi)及應(yīng)用

不同成分的鋼件在退火時(shí)所需的加熱溫度和冷卻方式各不相同，通?？蓪⑼嘶鸱譃橥耆嘶稹⒌葴赝嘶?、球化退火、均勻退火和去應(yīng)力退火。（a）加熱溫度

（b）工藝曲線示意圖幾種退火方式的工藝曲線退火類(lèi)別處理方法特點(diǎn)應(yīng)用范圍完全退火

將鋼件加熱到Ac3以上30～50℃，保溫一段時(shí)間后，隨爐冷卻或?qū)摷袢肷场⑹抑?，待冷卻至500℃時(shí)取出空冷

降低鋼件硬度，使組織均勻化，充分消除內(nèi)應(yīng)力，為后續(xù)機(jī)械加工做好組織準(zhǔn)備適用于亞共析鋼和合金鋼的鑄件、鍛件和焊件等等溫退火與完全退火的加熱溫度相同，先快速冷卻到A1以下的某一溫度保溫，待奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w后出爐空冷細(xì)化組織和降低硬度，獲得的組織比完全退火更均勻適用于中碳合金鋼和低合金鋼球化退火將鋼件加熱到Ac1以上10～30℃、保溫一段時(shí)間后，隨爐冷卻至600℃后取出空冷使鋼件中碳化物球狀化，以改善切削加工性能，減小后續(xù)淬火時(shí)工件的變形和開(kāi)裂適用于碳素工具鋼、合金工具鋼及軸承鋼等，為后續(xù)淬火準(zhǔn)備合適的組織均勻退火將鋼件加熱到Ac3以上150～200℃，保溫10～15h后緩慢冷卻

消除鋼件內(nèi)部化學(xué)成分的偏析和組織的不均勻性適用于合金鋼的大型鑄件或鍛件去應(yīng)力退火

將鋼件加熱到Ac1以下100～200℃左右，保溫一段時(shí)間后，隨爐冷卻至250℃左右后取出空冷用于消除上一步加工工序產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，以減小變形，發(fā)生組織改變但不發(fā)生相變主要用于鍛造、鑄造等毛坯去應(yīng)力處理，為后續(xù)冷熱加工作準(zhǔn)備幾種退火方式的處理方法、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍正火1.概念2.目的及應(yīng)用①提高低碳鋼、低碳合金鋼的硬度，改善切削加工性能。②細(xì)化晶粒，消除組織缺陷，為后續(xù)熱處理工藝做好組織準(zhǔn)備。③提高強(qiáng)度、硬度和韌性，可作為對(duì)力學(xué)性能要求不高的機(jī)械零部件的最終熱處理。正火是將鋼件加熱到Ac3（對(duì)于亞共析鋼）或Acm（對(duì)于過(guò)共析鋼）以上30～50℃，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間保溫后，在空氣中冷卻以得到珠光體組織的熱處理工藝。由于正火比退火的加熱溫度略高，冷卻速度也較快，故正火后鋼件的強(qiáng)度和硬度較高。淬火1.概念2.淬火介質(zhì)

鋼件進(jìn)行淬火時(shí)所使用的冷卻介質(zhì)稱(chēng)為淬火介質(zhì)。按照冷卻能力從高到低的順序，常用的淬火介質(zhì)包括水及水溶液、各種礦物油、硝鹽浴、堿浴及空氣等。通常情況下，對(duì)鋼件進(jìn)行淬火，在較高溫度區(qū)間內(nèi)，需要快速冷卻以獲得較高的硬度。

淬火是將鋼件加熱到加熱到Ac3（對(duì)于亞共析鋼）或Ac1（對(duì)于過(guò)共析鋼）以上30～50℃，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的保溫后，在某種介質(zhì)中快速冷卻，以大幅提高材料硬度的熱處理工藝淬火3.常用淬火方法根據(jù)冷卻方式的不同，淬火可分為單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級(jí)淬火和等溫淬火等。1—單介質(zhì)淬火法；2—雙介質(zhì)淬火法；3—分級(jí)淬火法；4—等溫淬火法各種淬火方法的冷卻曲線示意圖淬火類(lèi)別處理方法工藝特點(diǎn)應(yīng)用范圍單介質(zhì)淬火

將加熱保溫后的鋼件直接放入一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻。一般非合金鋼采用水作為淬火介質(zhì)，碳鋼采用油作為淬火介質(zhì)

操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化；但在水中冷卻時(shí)，容易造成鋼件變形和開(kāi)裂；在油中冷卻時(shí)，難以達(dá)到所要求的硬度或硬度分布不均勻

適用于形狀簡(jiǎn)單、尺寸較小的鋼件雙介質(zhì)淬火

先將加熱保溫后的鋼件放入冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，在鋼件內(nèi)部組織未向馬氏體轉(zhuǎn)變前將其取出，放入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻，如水+油、油+空氣等

能綜合兩種淬火介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，高溫時(shí)快速冷卻可以獲得較高的組織硬度，低溫時(shí)緩慢冷卻可以減少鋼件的變形和開(kāi)裂；但鋼件在第一種介質(zhì)中的冷卻時(shí)間難以掌握，操作技術(shù)要求較高適用于形狀復(fù)雜的高碳鋼件或大型合金鋼件分級(jí)淬火

將加熱保溫后的鋼件先放入接近馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的介質(zhì)中冷卻，如硝鹽浴、堿浴，短時(shí)間停留后取出空冷

能夠減小鋼件內(nèi)部應(yīng)力，顯著減少變形和開(kāi)裂適用于形狀復(fù)雜、截面尺寸小、精度要求高的非合金鋼件及碳素鋼件等溫淬火

將加熱保溫后的鋼件快速冷卻至貝氏體轉(zhuǎn)變所需溫度區(qū)間（260～400℃），然后等溫保持，以獲得貝氏體組織

能夠有效提高其強(qiáng)度和硬度，并具有良好的韌性和耐磨性；但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低

適用于各種形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高、并要求具有良好綜合力學(xué)性能的重要零件各種淬火方法的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍回火1.概念2.目的及應(yīng)用回火具有以下方面的目的：①提高組織穩(wěn)定性，避免鋼件在使用過(guò)程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而造成開(kāi)裂和變形。②消除內(nèi)部應(yīng)力，以穩(wěn)定鋼件幾何尺寸并改善切削加工性能。③適當(dāng)降低鋼件硬度和強(qiáng)度，提高韌性和塑性，以獲得良好的綜合力學(xué)性能。

回火是將淬火后的鋼件重新加熱到A1（相變溫度）以下某個(gè)溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻至室溫的熱處理工藝?；鼗鹜ǔＷ鳛殇摷淖罱K熱處理工藝，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。

鋼件經(jīng)淬火后，內(nèi)部存在著馬氏體、貝氏體及殘余奧氏體等不穩(wěn)定組織，隨著時(shí)間的推移很容易發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，因此一般需要馬上進(jìn)行回火。回火3.回火方法的分類(lèi)回火的溫度越高，獲得的鋼件硬度、強(qiáng)度越低，塑性和韌性越高。類(lèi)別保溫溫度工藝特點(diǎn)應(yīng)用范圍低溫回火150～250℃

獲得的組織為回火馬氏體，硬度為58～64HRC；能夠減小淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼件脆性，獲得較高的硬度和耐磨性，并保持一定的韌性適用于處理各種要求高硬度、高耐磨性的工件，如各種刀具、量具、模具、滾動(dòng)軸承等中溫回火350～500℃

獲得的組織為回火托氏體，硬度為58～64HRC；鋼件具有較高的彈性和一定的韌性適用于處理各種彈性零件和熱鍛模具，如彈簧等高溫回火500～650℃

獲得的組織為回火索氏體，硬度為25～35HRC；能夠使鋼件具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性和韌性，提高鋼件的綜合力學(xué)性能

適用于各種重要的受力零部件，如傳動(dòng)軸、連桿、齒輪、絲杠等三類(lèi)回火方法工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍調(diào)質(zhì)處理

先對(duì)鋼件進(jìn)行淬火，再進(jìn)行高溫回火，這種復(fù)合熱處理工藝稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理，簡(jiǎn)稱(chēng)為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)處理可使鋼件獲得良好的綜合力學(xué)性能，在具有較高強(qiáng)度和硬度的同時(shí)保持一定的韌性和塑性，通常用于絲杠、連桿、主軸、軸承等受力復(fù)雜的重要機(jī)械零部件。（a）絲杠

（b）連桿

（c）機(jī)床主軸

（d）軸承經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的零部件時(shí)效處理人工時(shí)效

指將鋼件重新加熱到100～150℃，在較短時(shí)間內(nèi)（5～20h）進(jìn)行的時(shí)效處理自然時(shí)效時(shí)效處理時(shí)效時(shí)是否加熱指不經(jīng)過(guò)加熱，將鋼件直接存放在室溫條件下，長(zhǎng)時(shí)間放置而進(jìn)行的時(shí)效處理。振動(dòng)時(shí)效

指常溫時(shí)使鋼件以一定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，以使其內(nèi)部應(yīng)力均勻化，穩(wěn)定鋼件的形狀和尺寸的處理工藝。

經(jīng)塑性變形、鑄造、鍛造加工后的鋼件，在粗加工之后、精加工之前，被放置在較高的溫度或室溫環(huán)境中，存放一段時(shí)間，以使鋼件的性能、形狀、尺寸等發(fā)生緩慢變化直至穩(wěn)定狀態(tài)，這種熱處理工藝稱(chēng)為時(shí)效處理，簡(jiǎn)稱(chēng)為時(shí)效。目錄01第一節(jié)金屬材料熱處理概述02第二節(jié)鋼的整體熱處理03第三節(jié)鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理表面熱處理是指僅對(duì)鋼件的表面進(jìn)行熱處理，以改變表層組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的熱處理工藝。工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)機(jī)械零件提出了各種各樣的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)中的軸和齒輪，一方面要求軸面和齒輪硬度高、耐磨性好，另一方面要求能夠承受很大的沖擊載荷和傳遞很大的扭距。這類(lèi)零件表面和心部的要求不同，僅采用一種材料且經(jīng)過(guò)一種的處理是很難實(shí)現(xiàn)的。表面熱處理可以很好的滿足這種零件“表里不一”的性能要求。（a）曲軸

（b）

傳動(dòng)齒輪

表面熱處理的零件鋼的表面熱處理根據(jù)工藝方法和原理的不同，表面熱處理可分為表面淬火和化學(xué)處理兩大類(lèi)。表面淬火主要通過(guò)鋼件表面進(jìn)行快速加熱和冷卻，使鋼件表面獲得馬氏體組織，提高表面硬度和耐磨性；化學(xué)的熱處理通過(guò)改變鋼件表層的化學(xué)成分，從而改變表層組織并提高其力學(xué)性能。表面淬火

僅對(duì)鋼件表面進(jìn)行淬火而不改變其組成成分的熱處理工藝稱(chēng)為表面淬火。表面淬火需要對(duì)鋼件表面進(jìn)行快速加熱，并在表層熱量未傳到心部之前進(jìn)行快速冷卻，從而使表層獲得很高的硬度和耐磨性，同時(shí)心部保持良好的韌性和塑性。表面淬火加熱方式感應(yīng)表面加熱淬火火焰加熱表面淬火電接觸加熱表面淬火激光熱處理表面淬火感應(yīng)加熱原理示意圖

右圖為感應(yīng)表面加熱淬火的原理示意圖。將鋼件置于加熱線圈中，當(dāng)加熱線圈內(nèi)通入交流電時(shí)，所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在鋼件內(nèi)部產(chǎn)生巨大的感應(yīng)電流。其中，鋼件表面的電流密度最大，心部的電流密度最小，幾乎為零。感應(yīng)電流的這種分布現(xiàn)象稱(chēng)為“集膚效應(yīng)”。由于鋼件具有電阻，因此鋼件表面迅速加熱升溫，在幾秒鐘內(nèi)即可達(dá)到800～1000℃，而心部溫度變化較小。加熱后