項目一工程材料選用1任務(wù)一材料的性能分析任務(wù)二金屬材料力學(xué)性能的改善方法任務(wù)三工程上常用有色金屬于合金識別2機械基礎(chǔ)

學(xué)習(xí)內(nèi)容項目一工程材料選用學(xué)習(xí)目錄12345項目二金屬材料加工成型方法分析項目五工程常用機械傳動方式識別項目四工程常用機構(gòu)識別項目三構(gòu)件基本變行分析3項目一工程材料選用

項目描述

材料是人類社會發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)。機械設(shè)備上每個零部件無一不是由材料制成的，各行業(yè)的工程技術(shù)人員在設(shè)計選材、加工制造、使用維修等方面都必須要懂得工程材料選用。通過本項目的學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)員們工程材料選用前了解各種材料的分類，了解不同材料各自不同的特點，要了解材料的性能及為了滿足現(xiàn)場不同場合的使用要求，如何獲得材料的不同性能。。4項目一工程材料選用

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.學(xué)會金屬材料的力學(xué)性能；2.了解金屬材料的物理性能和化學(xué)性能；3.掌握金屬的工藝性能及了解金屬材料在工程上的選用方式；4.了解非金屬材料及其性能；5.學(xué)會鋼的熱處理的相關(guān)概念及掌握鋼的熱處理方式；6.掌握工程上鐵碳合金的選用方式；7.掌握工程上呂、銅及其合金的使用；8.了解滑動軸承合金的使用；9.通過完成本項目的學(xué)習(xí)，使學(xué)生逐步養(yǎng)成在工程上要從實際情況出發(fā)，全面考慮材料使用性能、工藝性能和經(jīng)濟性能等方面，達到合理選擇工程材料的能力。5任務(wù)一材料的性能分析

任務(wù)目標(biāo)1.能夠通過對各種材料的力學(xué)性能的認知，合理選用金屬材料；2.了解各種力學(xué)性能的代表參數(shù)；3.能夠根據(jù)金屬材料工藝性能，選取不同加工成型方法；4.能夠選用合適的非金屬材料替代工程上的金屬材料。6任務(wù)一

材料的性能分析

相關(guān)知識一、金屬材料的力學(xué)性能

工程中使用材料分為三類：金屬材料、非金屬材料以及復(fù)合材料三大類。使用較多的主要是金屬材料。

金屬材料的性能：使用性能、工藝性能。

使用性能主要包含力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等；

工藝性能主要含有鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理和切屑加工性能等。7任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識1.零件的受力與變形

載荷：機械零件在使用過程中受到不同形式外力的作用，通常把這種外力稱為載荷。分為靜載荷和動載荷。

靜載荷是指大小不變或變化很慢的載荷。靜載荷又可分為拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切和彎曲載荷等。

動載荷有沖擊載荷和交變載荷等。

沖擊載荷是指突然增加的載荷。

交變載荷是指大小或方向作周期性變化的載荷，在這種載荷作用下，金屬零件很容易失效。8任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識

內(nèi)力：在材料受外力作用而不破壞的條件下，其內(nèi)部產(chǎn)生與外力相平衡的力稱為內(nèi)力。材料單位截面上的內(nèi)力，稱為應(yīng)力，用σ表示。

變形：材料在載荷作用下引起的形狀和尺寸改變，稱為變形。去掉載荷后可恢復(fù)到原來形狀和尺寸的變形稱為彈性變形，而不能恢復(fù)到原來形狀和尺寸的變形稱為塑性變形。9任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識2.強度

強度是指材料在載荷（外力）作用下抵抗變形和破壞的能力。

金屬材料的強度可分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗扭強度、抗剪強度等。

工程上材料強度指標(biāo)主要包括拉伸試驗強度指標(biāo)和疲勞試驗強度指標(biāo)。10任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識

（1）拉伸試驗強度指標(biāo)1）抗拉強度是指材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，是通過拉伸試驗測定的。抗拉強度用σb表示。

標(biāo)準(zhǔn)試樣中間直桿部分為試驗段，其長度L稱為標(biāo)距；試樣較粗的兩端是裝夾部分；按照標(biāo)距l(xiāng)與直徑d之比，分為長試樣（取L=10d）和短試樣（L=5d）兩種。11任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識2）彈性極限材料保持彈性變形時所能承受的最大應(yīng)力，稱為彈性極限，用σe表示。3）屈服點載荷不增加的情況下仍能產(chǎn)生明顯塑性變形時的應(yīng)力，稱為屈服點，用σs表示。

注意：工業(yè)上使用的某種金屬材料，在拉伸實驗中沒有明顯的屈服現(xiàn)象發(fā)生，故無法確定其屈服點σs。按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228規(guī)定，可用屈服強度σ0.2來表示該材料開始產(chǎn)生明顯塑性變形時的最低應(yīng)力值。12任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（2）疲勞試驗強度指標(biāo)

抵抗這種斷裂的最大應(yīng)力叫做疲勞極限，用σ-1表示。金屬材料的σ-1與σb之間存在著一定的關(guān)系。如碳素鋼為σ-1≈(0.45~0.55)σb；灰鑄鐵為σ-1≈0.4σb。

金屬材料的疲勞極限隨其抗拉強度的增高而增高。

影響金屬的疲勞極限受到很多的因素，主要有工作條件、表面狀態(tài)、材料本質(zhì)、材料使用的時間及殘余內(nèi)應(yīng)力等。13任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識3.塑性

金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力稱為塑性。例如，銅、鋁、錫、鉛等金屬的塑性良好。

在工程中，常用試樣拉斷后殘留的塑性變形來表示材料的塑性性能。

常用的塑性指標(biāo)有兩個：伸長率和斷面收縮率(1)伸長率：是試樣拉斷后，標(biāo)定長度的伸長量與原始標(biāo)定長度之比值的百分數(shù)，用δ表示。14任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識(2)斷面收縮率：是試樣斷口面積的縮減量與原截面面積之比值的百分數(shù)，用ψ表示。(1)伸長率：是試樣拉斷后，標(biāo)定長度的伸長量與原始標(biāo)定長度之比值的百分數(shù)，用δ表示。

對金屬材料，一般來說伸長率達5%或斷面收縮率達10%，即可滿足絕大多數(shù)零件的要求。15任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識4.硬度

硬度是指金屬材料抵抗其他更硬物體壓入其表面的能力，即抵抗局部塑性變形的能力。常用硬度試驗方法有布氏硬度和洛氏硬度。(1)布氏硬度。布氏硬度是用一定的載荷，把一定直徑的硬質(zhì)合金球壓頭壓入金屬材料表面，保持一定時間，然后除去載荷，使金屬表面留下一個壓痕。用所加載荷除以壓痕表面積，得出的結(jié)果就是布氏硬度值。16任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識

布氏硬度用符號HBW（HBS）表示，淬火鋼球作壓頭測得的硬度值以符號HBS表示，硬質(zhì)合金作壓頭測得的硬度值以符號HBW表示。

例如，500HBW5/750/20表示用直徑為5mm的硬質(zhì)合金球，在7.355kN(750kgf)試驗力作用下保持20s測得的布氏硬度值為500。17任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識(2)洛氏硬度：是在洛氏硬度試驗機上測得的。洛氏硬度可分為：HRA、HRB、HRC三種，其中以HRC應(yīng)用最廣。HRA、HRC是用120°的金剛石圓錐體，HRB是用直徑為1.588mm(l/16in)的淬火鋼球做壓頭，在一定載荷的作用下，壓入材料表面，除去載荷后，根據(jù)材料表面留有壓痕的深度確定的。洛氏硬度與布氏硬度(>220HBS時）近似關(guān)系為1HRC=l0HBS。18任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識表1-1常用洛氏硬度的試驗條件和應(yīng)用范圍19任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識(3)維氏硬度試驗原理與布氏硬度相似，以頂角為136°的金剛石正四棱錐體作為壓頭，在規(guī)定試驗力作用下壓入被測試金屬表面，保持一段時間后卸除試驗力，然后用試驗力除以壓痕表面積所得的商作為被測試金屬的硬度值。維氏硬度用符號HV表示。

優(yōu)點是壓痕輪廓清晰，測量范圍廣，從很軟的材料到很硬的材料都可以測量，測量準(zhǔn)確性高，適用于零件表面層硬度的測量，如滲碳層、氮化層的硬度等。

缺點是操作麻煩，對表面質(zhì)量要求高及組織不均勻的材料不適用。20任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識5.沖擊韌度

材料抵抗沖擊載荷作用而不致破壞的能力稱為沖擊韌度。

沖擊韌度，用αK表示。沖擊韌度值越大，則材料的沖擊韌度越好。21任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識

金屬材料的沖擊韌度除了與成分、組織、試樣的形狀、尺寸和表面粗糙度等因素有關(guān)外，還受到溫度的影響。

沖擊韌度隨溫度的降低而減小，當(dāng)試驗溫度降低到某一溫度范圍時，其沖擊韌度急劇降低，這個溫度范圍稱為冷脆轉(zhuǎn)變溫度范圍。

冷脆轉(zhuǎn)變溫度越低，材料的低溫沖擊性能就越好，這對于在寒冷地區(qū)作業(yè)的機械和車輛的正常工作和運行具有重要意義。22任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識6.剛度

材料在受力時抵抗彈性變形的能力稱為剛度，它表示材料彈性變形的難易程度。在彈性變形階段，如果外力一樣，則剛度越大，變形越小。

衡量材料剛度大小的指標(biāo)是彈性模量E。E為彈性變形范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，E值越大，材料在一定應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形越小。

一般機器零件在使用中均處于彈性狀態(tài)。對要求彈性變形小的零件，應(yīng)選用E值較大的材料。23任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識二、金屬材料的物理性能和化學(xué)性能1.金屬的物理性能（1）密度。金屬的密度是指單位體積金屬的質(zhì)量，單位符號是g/cm3。它直接關(guān)系到所制造設(shè)備的自重和效能。（2）熔點。金屬在加熱過程中由固體熔化為液體的溫度稱為熔點，常以攝氏度(℃)來表示。熔點高的金屬稱為難熔金屬（鎢、鋁、釩等），可以用來制造耐高溫零件。（3）導(dǎo)電性。金屬能夠傳導(dǎo)電流的性能稱為導(dǎo)電性。所有金屬都是導(dǎo)電體，其中以銀的導(dǎo)電性最好，其次是銅和鋁，而且銅、鋁價格較低，因此工業(yè)上常用純銅、純鋁作為導(dǎo)電材料。24任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識

（4）導(dǎo)熱性。金屬傳導(dǎo)熱量的性能稱為導(dǎo)熱性。所有金屬都是導(dǎo)熱體，其中以銀的導(dǎo)熱性最好，銅、鋁次之。

（5）熱膨脹性。金屬在溫度升高時體積脹大的現(xiàn)象稱為熱膨脹性。在實際工作中，考慮熱膨脹性的地方頗多。

（6）磁性。金屬在磁場中被磁化而呈現(xiàn)磁性強弱的性能稱為磁性。在檢修時，利用鋼鐵能被磁化的特性，還可以進行電磁探傷，檢查機車車輛各種零件表面是否存在裂紋等缺陷。25任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識2.金屬材料的化學(xué)性能

（1）耐腐蝕性。金屬在常溫下抵抗氧、水及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力，稱為耐腐蝕性。

（2）抗氧化性。金屬在加熱時抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。金屬的氧化隨溫度升高而加速，氧化比較嚴(yán)重。常采取措施避免金屬材料發(fā)生氧化。

（3）化學(xué)穩(wěn)定性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性是金屬的耐腐蝕性與抗氧化性的總稱。金屬在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性稱為熱穩(wěn)定性。26任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識

三、金屬材料的工藝性能

工藝性能是指金屬材料是否易于加工成形等，分為鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能和切削加工性能等。1.鑄造性能

鑄造性能是指金屬能否用鑄造方法制造出優(yōu)良的鑄件的性能，它包括金屬的液態(tài)流動性、冷卻時的收縮率和偏析傾向等。27任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識2.鍛壓性能

金屬能否用鍛造方法制造優(yōu)良鍛件的性能叫做鍛壓性能。塑性好的材料，鍛壓性能好。鑄鐵是脆性材料，不能鍛造。3.焊接性能

金屬能否用一般焊接方法焊成優(yōu)良接頭的性能叫做焊接性能。低碳鋼的焊接性能優(yōu)良，高碳鋼和鑄鐵則較差。4.切削加工性能

金屬是否容易被刀具切削的性能，叫切削加工性能。切削加工性能良好的金屬材料，在切削時，切屑易折斷、脫落，切削后表面光亮、切削量大、刀具壽命長。28任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識四、非金屬材料及其性能簡介1.高分子材料（1）高分子材料的分類1）按用途，可分為塑料、橡膠、纖維、膠黏劑、涂料等。2）按聚合物反應(yīng)類型，可分為加聚物和縮聚物。3）按聚合物的熱行為，可分為熱塑性聚合物和熱固性聚合物。4）按主鏈上的化學(xué)組成，可分為碳鏈聚合物、雜鏈聚合物和元素有機聚合物。29任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（2）高分子材料的命名

常用的有以專用名稱命名，如纖維素、蛋白質(zhì)、淀粉等；有許多是商品名稱，如有機玻璃（聚甲基丙烯酸甲酷）、尼龍（聚酰胺）等。

對于加聚物，通常在其單體原料名稱前加一個“聚”字即為高聚物名稱，如聚乙烯、聚氯乙烯；

對縮聚物，則在單體名稱后加“樹脂”或“橡膠“兩字，如酚醒樹脂、丁苯橡膠；此外，還有以英文字母表示的，如ABS等。在當(dāng)前機械工業(yè)中，塑料是應(yīng)用最廣泛的高分子材料。（3）高分子材料應(yīng)用

高分子材料可作結(jié)構(gòu)材料，電絕緣材料，耐腐蝕材料，減摩、耐磨、自潤滑材料，密封材料，膠黏材料及各種功能材料。30任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識2.常用工程塑料（1）塑料的組成1)合成樹脂。合成樹脂即人工合成線型高聚物，是塑料的主要成分（約占40%~100%)。對塑料的性能起著決定性作用，故絕大多數(shù)塑料以樹脂的名稱命名。2)添加劑。添加劑是為改善塑料的使用性能或成形工藝性能而加入的其他輔助組分。其主要組成包括：①填充劑②增塑劑③固化劑④防老化劑31任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（2）塑料的分類1）按使用范圍可分為通用塑料和工程塑料和其他材料3大類。①通用塑料。②工程塑料。③特種塑料。2）按樹脂的熱性能可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。①熱塑性塑料。②熱固性塑料。32任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（3）塑料的性能特點

與金屬材料相比，塑料的性能有以下特點。1)密度小、比強度高。2)化學(xué)穩(wěn)定性好。3)電絕緣性好。4)減摩、耐磨性好。5)消聲和隔熱性好。6)成形加工性好。7)耐熱性低。33任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（4）塑料在機車車輛上的應(yīng)用塑料名稱符號性能用途聚乙烯PE質(zhì)地堅硬，耐寒性好，化學(xué)穩(wěn)定性高，吸水性小、電氣性能好才雖度低，熱變形溫度化工設(shè)備上的零，水底電線電纜絕緣層，無線電支架，食品容器，包裝袋，可代替鋼和不銹鋼聚甲酸POM有很高的剛性、硬度、拉伸強度．優(yōu)良的耐疲勞性和減摩性，吸水性低，尺寸穩(wěn)定，有較小的蠕變性，較好的電絕緣性。但密度較大，耐酸性和阻燃性不夠理想可代替金屬制作各種結(jié)構(gòu)零部件，如汽車工業(yè)中各種軸承、齒輪、汽車鋼板、彈簧襯套等聚碳酸酯PC密度較小，具有優(yōu)異的沖擊韌度，耐熱性及尺寸穩(wěn)定性好在電氣、機械、建筑、醫(yī)療等方面有廣泛的應(yīng)用，如制造高壓蒸汽下蒸煮消毒的醫(yī)療手術(shù)器械和人工內(nèi)臟34ABS樹脂ABS具有堅韌、硬質(zhì)、剛性的特征，良好的耐磨性、耐腐蝕性。低溫抗沖擊性好，使用溫度范圍-40～lOO℃,易于成型和機械加工。但在有機溶劑中，能溶解、溶脹或應(yīng)力開裂在機械工業(yè)中，用來制造齒輪、軸承、點擊及各類儀表外殼等。在汽車工業(yè)中可制作擋泥板、扶手、加熱器以及轉(zhuǎn)向盤等。此外，也可制作紡織器材、電氣零件、樂器、家具等有機玻璃PMMA優(yōu)良的透光性、耐電弧性。但機械強度一般．表面硬度低在飛機、汽車上作為透明的窗玻璃罩蓋，在建筑、電氣、機械等領(lǐng)域可制造光學(xué)儀器、電器、醫(yī)療器械、高壓電流斷環(huán)氧樹脂EP環(huán)氧樹脂本身為熱性樹脂，但在各種固化劑作用下，能交聯(lián)而變線型為體型結(jié)構(gòu)。其強度較高，韌性較好，具有優(yōu)良的絕緣性能，尺寸穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性好，耐寒耐熱，可在-80～155°C溫度范圍內(nèi)長期工作可制作磨具、量具、電子儀表裝置，以及各種復(fù)合材料。此外，環(huán)氧樹脂是很好的膠黏劑任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識35任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識3.橡膠材料（1）工業(yè)橡膠的組成

橡膠是以生膠為主要原料，加入適量配合劑而制成的高分子材料。1）生膠。2）配合劑。3）骨架材料。36任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（2）橡膠材料的性能特點

最大的特性是高彈性，去掉外力后能在非常短的時間內(nèi)恢復(fù)到原來的形狀。

可吸收一部分機械能，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?/p>

此外，橡膠還具有良好的耐蝕性、耐磨性、隔音性（橡膠越軟、越厚，隔音性能越好）、絕緣性和足夠的強度。

37任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（3）常用橡膠材料按原料來源不同，橡膠分為天然橡膠和合成橡膠。1）天然橡膠。2）合成橡膠。應(yīng)用最廣泛的是丁苯橡膠、順丁橡膠等。包括：①丁苯橡膠。

②順丁橡膠。

③異戊橡膠。

④乙丙橡膠。38任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（4）橡膠的應(yīng)用

橡膠在工業(yè)上應(yīng)用相當(dāng)廣泛，可用于制作輪胎、動靜態(tài)密封件、減振件、防振件、傳動件、運輸膠帶和管道、電線、電纜和電工絕緣材料、制動件等。（5）橡膠的老化

生膠和橡膠制品，在貯存和使用過程中，會出現(xiàn)變色、發(fā)黏、發(fā)脆及龜裂等現(xiàn)象，使橡膠失去原有的性能，以致失去使用價值，這種現(xiàn)象稱為橡膠的老化。39任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識4.膠黏劑

膠粘劑（簡稱膠）是一種能將同種或不同種材料粘合在一起，并在膠接面有足夠強度的物質(zhì)，它能起膠接、固定、密封、浸滲、補漏和修復(fù)的作用。膠接已與鉚接、焊接并列為三種主要連接工藝。40任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（1）膠粘劑的分類

按膠粘劑基料的化學(xué)成分：可分為有機膠粘劑和無機膠粘劑

按主要用途分類，可分為非結(jié)構(gòu)膠、結(jié)構(gòu)膠、密封膠、導(dǎo)電膠、耐高溫膠、水下膠、點焊膠、醫(yī)用膠、應(yīng)變片膠、壓敏膠等。

按照被膠接材料可分為金屬膠粘劑和非金屬膠粘劑。

按流變性質(zhì)來分，可分為熱固性膠粘劑、熱塑性膠粘劑和合成橡膠膠粘劑。（2）膠粘條件

膠粘劑必須能很好地浸潤被膠物的表面，固化硬結(jié)后膠層應(yīng)有足夠的內(nèi)聚力，膠粘劑與被膠物件之間有足夠的粘附力。41任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（3）膠粘劑的選用選用膠粘劑時，必須考慮以下兒點：1)膠接材料的種類和性質(zhì)。2)各種膠接結(jié)構(gòu)和膠接接頭所承受的載荷特點及溫度、介質(zhì)等環(huán)境影響因素。3)膠接的目的與用途。4)膠粘劑的性能和使用成本。42任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（4）膠粘劑的應(yīng)用1)設(shè)備維修粘結(jié)修復(fù)法是利用膠粘劑將金屬和非金屬材料牢固地粘結(jié)在一起，或填補裂縫，以達到密封、堵漏、修復(fù)零件的目的。2)改進機械安裝工藝有的零件軸和孔采用壓配合，加工精度要求比較高，采用膠粘劑膠接可以降低加工要求，節(jié)省工時。圖1-6軸和齒輪口的膠接43任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識5.復(fù)合材料（1）復(fù)合材料的組成

由兩種或兩種以上化學(xué)成分不同或組織結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)，經(jīng)人工合成獲得的多相材料稱復(fù)合材料。

這種材料既保持了各組分材料自身的特點，又使各組分之間取長補短、互相協(xié)同，形成優(yōu)于原有材料的特性。

高強度纖維不僅可與高聚物基體復(fù)合，還可與金屬、陶瓷等基體復(fù)合，如碳纖維、棚纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、氮化硼纖維及有機纖維等。這些高級復(fù)合材料是制造飛機、火箭、衛(wèi)星、飛船等航空、宇航飛行器構(gòu)件的理想材料。44任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（2）復(fù)合材料的分類

復(fù)合材料的分類至今尚不統(tǒng)一，目前主要采用以下幾種分類方法：

1）按材料的用途分類。可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類。

2）按增強材料的物理形態(tài)分類?？煞譃槔w維增強復(fù)合材料，層疊復(fù)合材料

3）按基體類型分類。可分為非金屬基體（如高聚物、陶瓷等）及金屬基體兩大類。45任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（3）復(fù)合材料的性能1）比強度和比模量高。2）抗疲勞性能好。3）減振性能好。4）高溫性能好。5）工作安全性好。46任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（4）常用復(fù)合材料1）纖維增強復(fù)合材料。2）粒子增強復(fù)合材料。3）層疊復(fù)合材料。

①夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

②雙層金屬復(fù)合材料。

③塑料－金屬多層復(fù)合材料。47任務(wù)一材料的性能分析

相關(guān)知識（5）復(fù)合材料在機車車輛上的應(yīng)用

應(yīng)用最多的為纖維增強型復(fù)合材料，是由于它能減輕機車車輛質(zhì)量，降低能耗，提高載重能力。

如玻璃纖維－塑料復(fù)合材料制作的車身、頂篷、車體結(jié)構(gòu)件等；無機纖維－塑料制作的剎車片、離合器片、電熱水箱等。

層疊復(fù)合材料在機車車輛中應(yīng)用于機車車輛前窗玻璃一般要求用夾層玻璃。48任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

任務(wù)目標(biāo)1.能夠根據(jù)工程實際需要正確選用退火、正火、淬火和回火改善鋼的性能；2.能夠正確利用表面淬火和化學(xué)熱處理等方法改善金屬材料的性能；3.根據(jù)工程實際需要，合理選用合金；4.能夠合理選擇并利用工程鑄鐵。49任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識一、鋼的熱處理50任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識

熱處理的方法雖然很多，但任何一種熱處理工藝都是由加熱、保溫和冷卻三個階段所組成的。圖1-8就是最基本的熱處理工藝曲線。51任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識1.鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變

鋼的熱處理主要是利用鋼在加熱和冷卻時內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的基本規(guī)律，選擇合適的加熱溫度、保溫時間和冷卻介質(zhì)等有關(guān)參數(shù)，達到改善鋼性能的目的。（1）純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變52任務(wù)二

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相關(guān)知識

鋼鐵是以鐵和碳兩種基本元素組成的合金，稱為鐵碳合金。

鐵碳合金的基本組織有鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。

鐵素體是指碳溶于α-Fe中的間隙固溶體，用符號F表示；

奧氏體指碳溶于γ-Fe中的間隙固溶體，用符號A表示；

滲碳體是鐵和碳形成的金屬化合物，用符號Fe3C表示；

珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機械混合物，用符號P表示；

萊氏體是奧氏體和滲碳體組成的機械混合物，用符號L表示。53任務(wù)二

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相關(guān)知識（2）碳鋼的相變54任務(wù)二

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相關(guān)知識（3）奧氏體的形成奧氏體的轉(zhuǎn)變4個基本過程：1）奧氏體晶核的形成和長大。2）奧氏體的長大過程。3）殘余滲碳體的溶解。

4）奧氏體的均勻化。55任務(wù)二

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相關(guān)知識2.鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變（1）冷卻方式

1）等溫冷卻。將奧氏體化的鋼，快速冷卻到Ar1以下某一溫度，等溫停留一段時間，使奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。

2）連續(xù)冷卻。把奧氏體化的鋼以某一速度連續(xù)冷卻到室溫，使奧氏體在連續(xù)冷卻過程中發(fā)生轉(zhuǎn)變。56任務(wù)二

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相關(guān)知識（2）共析鋼奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變1）共析鋼奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變共析鋼加熱獲得均勻的奧氏體，只有冷卻到A1線以下才發(fā)生轉(zhuǎn)變。57任務(wù)二

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相關(guān)知識2）共析鋼奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

過冷奧氏體在Ms~M?之間的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體（Ms，M?分別為馬氏體轉(zhuǎn)變的開始、結(jié)束溫度）。

馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，用符號M表示，是在轉(zhuǎn)變溫度小于240℃時得到的。馬氏體的形態(tài)和性能與含碳量有關(guān)：當(dāng)ωc<0.2%時，鋼中馬氏體的形態(tài)幾乎全部為板條狀馬氏體；當(dāng)ωc>1.0%時，幾乎全部為片狀馬氏體；

當(dāng)0.2%<ωc<1.0%時，為兩種馬氏體的混合組織。58任務(wù)二

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相關(guān)知識二、鋼的整體熱處理1.退火

退火是將金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持到一定時間，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。主要用來處理鋼制毛坯件，為以后切削加工和最終熱處理做組織準(zhǔn)備。

根據(jù)處理的目的和要求不同，鋼的退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火、擴散退火、再結(jié)晶退火等。59任務(wù)二

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相關(guān)知識（1）完全退火是將鋼完全奧氏體化后隨爐冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。主要適用于中碳鋼及中碳合金鋼的鑄件、鍛件、軋制件及焊接件，一般作為不重要件的最終熱處理或重要件的預(yù)先熱處理。（2）等溫退火是使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，然后緩慢冷卻至室溫的熱處理工藝。等溫退火主要適用于高碳鋼、中碳合金鋼、經(jīng)過滲碳處理后的低碳合金鋼和某些高合金鋼的大型鑄、鍛件及沖壓件等。（3）球化退火是使鋼中的碳化物球狀化的熱處理工藝。球化退火主要用于過共析鋼、工具鋼和軸承鋼等。球化退火的目的是降低硬度，提高塑性，改善切削加工性，并為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。60任務(wù)二

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相關(guān)知識

（4）去應(yīng)力退火又稱低溫退火，由于加熱溫度低，只用于消除內(nèi)應(yīng)力，沒有結(jié)構(gòu)和組織的變化。

（5）擴散退火又稱均勻化退火，主要用于重要的合金鋼鑄鍛件，消除化學(xué)成分偏析和組織的不均勻性。

（6）再結(jié)晶退火主要用于冷拔、冷拉和冷沖壓等冷變形，消除形變強化狀態(tài)和殘余應(yīng)力，為下道工序做準(zhǔn)備，屬于中間退火。

再結(jié)晶退火過程中沒有結(jié)構(gòu)的變化，但有組織的變化。一般冷軋鋼板、鋼和冷拔鋼絲、棒及冷軋和冷拔無縫鋼管的軟化處理，都采用再結(jié)晶退火，可增大鐵素體晶粒尺寸以改善其電磁性能。61任務(wù)二

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相關(guān)知識2.正火

正火是將鋼加熱到Ac3或Accm以上30～50℃，保溫適當(dāng)時間后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火主要有以下幾種的應(yīng)用：

（1）作為普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理，可使組織細化、均勻化。例如，45鋼經(jīng)過正火后可得到細小而均勻的F和P晶粒，使鋼的性能得到改善和提高。

（2）作為重要零件的預(yù)先熱處理，例如，半軸、凸輪軸等零件，為改善切削加工性能要進行正火處理。

（3）對于過共析鋼、軸承鋼和工具鋼等用正火消除網(wǎng)狀碳化物，以利于球化退火，提高球化退火質(zhì)量。62任務(wù)二

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相關(guān)知識3.淬火

淬火是把工件加熱到Ac3或Accm以上某一溫度，保持一定時間后快速冷卻以獲得馬氏體或下貝氏體組織的一種熱處理工藝。淬火后使鋼獲得馬氏體組織，并得到了強化，它是鋼的最重要強化手段。（1）碳鋼淬火的加熱溫度（2）淬火的冷卻介質(zhì)在生產(chǎn)上，淬火時常用的冷卻介質(zhì)有水、鹽水、堿水、油和熔融鹽堿等。63任務(wù)二

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相關(guān)知識（3）常用的淬火方法1)單液淬火。2)雙液淬火。3)分級淬火。4)等溫淬火。5)局部淬火。6)冷處理。(4)鋼的淬透性和淬硬性。

鋼的淬透性是指鋼在淬火時能獲得淬硬深度的能力，它是鋼材本身固有的屬性，主要取決于合金元素。

鋼的淬硬性是指鋼在理想條件下經(jīng)過淬火所能達到最高硬度的能力，它主要取決于馬氏體的含碳量。64任務(wù)二

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相關(guān)知識4.回火

將淬火后的鋼件重新加熱到Ac1以下某一溫度，經(jīng)適當(dāng)保溫后冷卻到室溫的熱處理工藝，稱為回火。

通常也是零件進行熱處理的最后一道工序。

回火的主要目的是：降低脆性，消除或降低殘留應(yīng)力；通過適當(dāng)?shù)幕鼗鹋浜?，調(diào)整硬度；獲得合理的穩(wěn)定組織，使工件在使用過程中不再發(fā)生變形。65任務(wù)二

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相關(guān)知識

（1）回火的種類及應(yīng)用。1）低溫回火。

其目的是盡可能保持淬火后的高硬度和高耐磨性，同時降低淬火應(yīng)力以提高韌性。主要用于高碳鋼和合金鋼制作的各種刀具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火的零件。2）中溫回火。

其目的是獲得較高的彈性極限和屈服強度，同時改善塑性和韌性，經(jīng)中溫回火鋼的硬度一般為35-50HRC。主要用于各種彈簧的熱處理。3）高溫回火。

其目的是得到具有高強度、高塑性和高韌性的性能，經(jīng)高溫回火鋼的硬度一般為200-330HBW。適用于各種中碳鋼結(jié)構(gòu)的零件，如連桿、螺栓和軸類等。66任務(wù)二

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相關(guān)知識(2)回火脆性。淬火鋼回火時，隨著回火溫度的升高，通常強度、硬度降低，而塑性、韌性提高。但在某些溫度范圍內(nèi)回火時，鋼的韌性不僅沒有提高，反而顯著降低，這種脆化現(xiàn)象稱為回火脆性。回火時易發(fā)生回火脆性的溫度為250~350℃進行回火。

這種回火脆性稱為第一類回火脆性或低溫回火脆性。

某些合金鋼在450~650℃進行回火時，又會產(chǎn)生第二次回火脆性，稱為第二類回火脆性或高溫回火脆性。67任務(wù)二

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相關(guān)知識三、鋼的表面熱處理

只對鋼件表層加熱、冷卻，以改變其組織和性能的熱處理工藝稱為表面熱處理，分為表面淬火和化學(xué)熱處理兩類。1.表面淬火

表面淬火是通過快速加熱將表層奧氏體化后快速冷卻，使表面層獲得具有一定硬度的馬氏體組織的方法。2.化學(xué)熱處理

化學(xué)熱處理是將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或兒種元素滲入到它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。68任務(wù)二

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相關(guān)知識1.表面淬火（1）感應(yīng)加熱表面淬火的特點工件表面經(jīng)感應(yīng)加熱淬火后，在淬硬的表面層中存在較大的殘余壓應(yīng)力，可以提高工件的疲勞強度。該法生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)機械化、自動化，適于大批量生產(chǎn)。69任務(wù)二

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相關(guān)知識（2）感應(yīng)加熱表面淬火用鋼

用作表面淬火最適宜的鋼種是中碳鋼和中碳合金鋼。因為含碳量過高，會增加淬硬層脆性，降低心部塑性和韌性，并增加淬火開裂傾向；若含碳量過低，會降低零件表面悴硬層的硬度和耐磨性。在某些條件下，感應(yīng)加熱表面淬火也應(yīng)用于高碳工具鋼、低合金工具鋼及鑄鐵等工件。（3）感應(yīng)加熱表面淬火的應(yīng)用

淬火時工件表面加熱深度主要取決于電流頻率，電流頻率越大，則加熱深度越薄。根據(jù)電流頻率不同，感應(yīng)加熱表面淬火分為三類：高頻感應(yīng)加熱表面淬火、中頻感應(yīng)加熱表面淬火和工頻感應(yīng)加熱表面淬火。

感應(yīng)加熱表面淬火后，需要進行低溫回火。生產(chǎn)中有時采用自回火法，即當(dāng)淬火冷至200℃左右時，停止噴水，利用工件中的余熱達到回火目的。70任務(wù)二

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相關(guān)知識2.化學(xué)熱處理

化學(xué)熱處理方法由于滲入元素的不同，工件表面處理后獲得的性能也不相同。滲碳、滲氮、碳氮共滲是以提高工件表面硬度和耐磨性為主；滲金屬的主要目的是提高耐蝕性和抗氧化性等。

（1）滲碳

（2）滲氮（氮化）

（3）碳氮共滲71任務(wù)二

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相關(guān)知識2.化學(xué)熱處理

（1）滲碳1）滲碳目的及用鋼。主要用于表面受磨損嚴(yán)重，并承受較大沖擊載荷和交變載荷的零件，如齒輪、活塞銷、套筒及要求很高的噴油嘴偶件等。2）滲碳方法。滲碳由分解、吸收和擴散3個過程組成。滲碳可分為氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。①氣體滲碳法。

①氣體滲碳法。

72任務(wù)二

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相關(guān)知識①氣體滲碳法。

優(yōu)點是：生產(chǎn)率高，滲碳層質(zhì)量好，滲碳過程容易控制，容易實現(xiàn)機械化、自動化，適于大批量生產(chǎn)。

缺點是：碳量和滲碳層深度不易精確控制，消耗能量大。②固體滲碳法。

優(yōu)點是：設(shè)備簡單，費用低。

缺點是：生產(chǎn)率低，勞動條件差，質(zhì)量不易控制，所以適于小批量生產(chǎn)。73任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識3）滲碳后的熱處理。工件滲碳后必須進行熱處理，才能有效地發(fā)揮滲碳層的作用。

一般滲碳零件的加工工藝路線是：毛蚽鍛造（或軋材下料）一正火一粗加工、半精加工一滲碳—猝火—低溫回火一精加工（磨削加工）。74任務(wù)二

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相關(guān)知識（2）滲氮（氮化）

在一定溫度下于一定介質(zhì)中，使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲氮。

滲氮的目的是為了提高工件表層的硬度、耐磨性、熱硬性、耐腐蝕性和疲勞強度。常見的滲氮方法有氣體滲氮、液體滲氮和離子滲氮等，其中氣體滲氮法應(yīng)用最廣。

滲氮通常用于耐磨性和尺寸精度要求高的零件，如發(fā)動機氣缸、排氣閥、精密機床絲杠、汽輪機閥門等。

滲氮工件的加工工藝路線是：毛坯鍛造—退火—粗加工—調(diào)質(zhì)處理—精加工—去應(yīng)力退火一粗磨—鎖錫（非滲氮面）—滲氮—精磨或研磨。75任務(wù)二

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相關(guān)知識（3）碳氮共滲

碳氮共滲是指向鋼的表面同時滲入碳和氮原子的過程，也稱氮化處理。主要有液體碳氮共滲和氣體碳氮共滲，其中液體碳氮共滲的介質(zhì)有毒，污染環(huán)境，勞動條件差，所以很少采用。

1）高溫氣體碳氮共滲。實質(zhì)上是以滲碳為主的共滲工藝，介質(zhì)即滲碳和滲氮用的混合體。

常用于處理汽車、機床的各種齒輪、渦輪、蝸桿和軸類零件。

2）低溫氣體碳氮共滲。實質(zhì)上是以滲氮為主的共滲工藝，故又稱為氣體氮碳共滲，生產(chǎn)上習(xí)慣稱之為軟氮化。

目前低溫氮碳共滲主要用于刀具、模具、量具、曲軸、齒輪、汽缸套等耐磨件的處理，但由于表層碳氮化合物層太薄，僅有0.01~0.02mm，故不宜用于重載條件下工作的零件。76任務(wù)二

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相關(guān)知識四、鐵碳合金及選用

鑄鐵和鋼，在工程上稱為黑色金屬。其他金屬材料，如銅和鋁等，稱為有色金屬。1.鐵碳合金概述

由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素熔合在一起，構(gòu)成具有金屬特性的物質(zhì)稱為合金，組成合金的元素簡稱組元，如鐵、碳是鋼和鑄鐵的組元。

鐵碳合金中，含有質(zhì)量分數(shù)為0.10%~0.20%雜質(zhì)的稱之為工業(yè)純鐵。工業(yè)純鐵的塑性和導(dǎo)磁性良好，但強度不高，不適宜制作結(jié)構(gòu)零件。為了提高純鐵的強度、硬度，常在純鐵中加入少量碳元素。鋼是以鐵為主要元素，是碳含量在2.11%以下（碳的質(zhì)量分數(shù)ωc≤2.11%)的，并含有其他元素的鐵碳合金。

含碳量的高低對碳鋼的機械性能有著直接的影響。當(dāng)碳含量（質(zhì)量分數(shù)）小于0.9%時，隨著含碳量的增加，碳鋼的強度與硬度都隨之增加，塑性和韌性隨之下降。當(dāng)碳含量超過0.9%時，碳鋼的強度也開始下降。77任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識（1）鋼中常存雜質(zhì)元素對鋼性能的影響1）硅的影響。硅在鋼中能溶于鐵素體，形成固溶體，提高鋼的強度和硬度，但會使鋼的塑性和韌性下降。一般硅含量小于0.40%。2）錳的影響。錳在鋼中大部分溶于鐵素體，形成固溶體，提高鋼的強度和硬度。錳還能和硫生成MnS，消除硫的有害作用，并能起斷屑作用，改善鋼的切削加工性能。3）硫的影響。硫是鋼中的有害元素，在固態(tài)下不溶于鐵，而是與鐵生成FeS，F(xiàn)eS又與Fe生成低熔點(985℃)的共晶體分布在晶界上。當(dāng)鋼加熱至800~1200℃進行壓力加工時，共晶體會熔化，從而使鋼沿晶界處開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。4）磷的影響。它能溶入鐵素體，提高鋼的強度和硬度，降低鋼的塑性和韌性。特別是在低溫時，磷會使鋼的脆性急劇增加，這種現(xiàn)象稱為冷脆。78任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識（2）鋼的分類1）按鋼的用途分為：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼。2）按鋼的質(zhì)量分為：普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼、特殊優(yōu)質(zhì)鋼。3）按鋼的化學(xué)成分分為：碳素鋼、合金鋼。其中，碳素鋼又細分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼，合金鋼細分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。79任務(wù)二

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相關(guān)知識2.碳素鋼基礎(chǔ)知識（1）碳素鋼的分類及牌號1）碳素鋼的分類

按用途可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼。

按鋼的含碳量可分為低碳鋼(0.0218%<ωc<0.25%)、中碳鋼(0.25≤ωc≤0.60%)、高碳鋼(0.60%<ωc≤2.11%)。

按主要質(zhì)量等級可分為普通質(zhì)最碳素鋼（ωs≤0.050%，ωp≤0.045%)、優(yōu)質(zhì)碳素鋼（ωs≤0.35%，ωp≤0.035%)、特殊質(zhì)量碳素鋼(ωs≤0.020%，ωp≤0.020)。

其中，ωs為硫的質(zhì)量分數(shù)，ωp為磷的質(zhì)量分數(shù)。80任務(wù)二

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相關(guān)知識碳素鋼的牌號①碳素結(jié)構(gòu)鋼由代表屈服點的字母"Q"十屈服點數(shù)(MPa)+質(zhì)量等級（A，B，C，D，E)+脫氧方法符號(F，Z，b，TZ)組成。

例如，Q235AF表示屈服點為235MPa，質(zhì)量等級為A級的沸騰鋼。

81任務(wù)二

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相關(guān)知識②優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼由兩位阿拉伯?dāng)?shù)字與特征符號組成。

兩位數(shù)表示鋼的平均含碳量的萬分數(shù)。

沸騰構(gòu)鋼在牌號尾部分加符號“F”。

半鎮(zhèn)靜鋼在牌號尾部分加符號“b‘’，鎮(zhèn)靜鋼一般不標(biāo)符號。

高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在牌號后加符號“A”，特級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在牌號后加符號“E”。

例如，45表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；60E表示平均含碳量為0.60%的特級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。82任務(wù)二

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相關(guān)知識③碳素工具鋼由表示碳的符號“T”與阿拉伯?dāng)?shù)字組成，數(shù)字表示鋼的平均含碳量的千分數(shù)。

例如，T8A表示平均含碳量為0.8%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。83任務(wù)二

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相關(guān)知識（2）碳素鋼的主要成分、性能與應(yīng)用1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。是建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼。其價格低廉，是碳鋼中用量最大的一類。

Q195鋼、Q215鋼、Q235鋼塑性較高，強度較低，焊接性好，通常軋制成各種鋼板和型鋼，主要用作工程結(jié)構(gòu)，如制造橋梁和金屬構(gòu)件等，或制造機器中受力不大的零件，如柳釘、螺釘、螺母、墊圈、軸套等。

Q255鋼、Q275鋼的強度比較高，可用于制作承受中等應(yīng)力的普通零件，如鏈輪、活塞銷、拉桿、小軸、輕軌魚尾板等。842）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。主要用來制造各種機械零件。

一般須經(jīng)熱處理后使用，以充分發(fā)揮其性能潛力，這類鋼在供應(yīng)時，既保證化學(xué)成分，又保證力學(xué)性能，制造比較重要的零件。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按含Mn量的不同，分為普通含錳量(wMn=0.35%~0.8%)和較高含錳猛量(wMn=0.7%~l.2%)兩組。含錳量較高的一組，在牌號數(shù)字后面加"Mn"字，以示區(qū)別，如15Mn、45Mn等。任務(wù)二

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相關(guān)知識853）鑄造碳鋼。

工程用鑄造碳鋼廣泛用于制造重型機械的某些零件，如機車車輛上的車架、搖枕、車鉤以及車輪等。

工程用鑄造碳鋼的牌號是用“鑄鋼”兩字的漢語拼音字首"ZG"后面加兩組數(shù)字組成，第一組數(shù)字代表屈服點最低值，第二組數(shù)字代表抗拉強度最低值，如ZG230-450表示屈服點大于230MPa,抗拉強度大千450MPa的工程用鑄鋼。任務(wù)二

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相關(guān)知識864）碳素工具鋼。

碳素工具鋼用于制造刃具、模具或量具。按照鋼的品質(zhì)，碳素工具鋼可分為優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼（簡稱為碳素工具鋼）與高級優(yōu)質(zhì)碳索工具鋼兩類。

碳素工具鋼化學(xué)成分的特點是含碳最高硫、磷雜質(zhì)含量相對較少，高的含碳量保證淬火后有足夠的硬度和耐磨性，但塑性低。對硫、磷限制較嚴(yán)是為了提高碳素工具鋼的可鍛性，并減少淬裂傾向。

常用的碳素鋼有T7，T7A，T8，T8A，T9，T9A，T10，T10A，T12，T12A。任務(wù)二

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相關(guān)知識87任務(wù)二

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相關(guān)知識3.合金鋼基礎(chǔ)知識

為了改善碳素鋼的力學(xué)性能、工藝性能或某些特殊的物理、化學(xué)性能，在冶煉時，有選擇地向鋼液中加入一些合金元素，如錳、硅、鉻、鎳、鋁、鎢、釩、鈦、鋁、鈮、鋯、稀土元素等，這類鋼稱為合金鋼。（1）合金鋼的作用

①對合金鋼力學(xué)性能的影響。

②合金元素對鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響。作用顯著的元素有V、Ti、Nb等。

③合金元素對鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響。

④合金元素對鋼回火轉(zhuǎn)變的影響。88任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識（2）合金鋼的分類及編號1）合金鋼的分類①按質(zhì)量等級分為：優(yōu)質(zhì)合金鋼和特殊質(zhì)量合金剛。優(yōu)質(zhì)合金鋼，如一般工程結(jié)構(gòu)用合金鋼、耐磨鋼、硅錳彈簧鋼等；特殊質(zhì)量合金鋼，如合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼等。優(yōu)質(zhì)合金鋼分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼，其質(zhì)量等級間的區(qū)別在于硫、磷含量的高低。②按合金元素總量分為：低合金鋼(ωMe<5%)、中合金鋼（ωMe=5%~10%)、高合金鋼(ωMe>10%)。③按合金元素分為：鉻鋼、錳鋼、硅錳鋼、鉻鎳鋼等。④按主要性能和使用特性主要分為：工程結(jié)構(gòu)用合金鋼，機械結(jié)構(gòu)合金鋼，軸承鋼，工具鋼，不銹、耐蝕和耐熱鋼，特殊物理性能鋼等。89任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識2）合金鋼牌號的編號

①當(dāng)鋼中合金元素的平均含量ωMe<l.5%時，鋼中只標(biāo)出元素符號，不標(biāo)明合金元素的平均含量；

②當(dāng)鋼中的合金含量ωMe≥1.5%，2.5%，3.5%，…，時，在元素符號的后面相應(yīng)地標(biāo)出2，3，4，…；

③高級優(yōu)質(zhì)合金鋼在牌號后面加“A”，如60Si2MnA，表示鋼中平均含碳量0.60%、含硅量為2%、含錳量小于1.5%的優(yōu)質(zhì)合金鋼；

④特級優(yōu)質(zhì)合金鋼加“E”，如30CrMnSiE。90任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識（3）合金鋼的成分、性能和應(yīng)用1）合金結(jié)構(gòu)鋼

合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)丶尤胍环N或數(shù)種合金元素，如Cr，Mn，Si，Ni，Mo，W，V，Ti等。

合金結(jié)構(gòu)鋼主要包括普通低合金鋼、易切削鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼等幾類。91任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識

①普通低合金鋼

是一種低碳結(jié)構(gòu)用鋼，合金元素含量較少，鋼的強度顯著高于相同碳量的碳素鋼，具有較好的韌性和塑性及良好的焊接性和耐蝕性。

普通低合金鋼使用性能主要依靠加入少量Mn，Ti，V，Nb，Cu，P等合金元素來提高。Mn是強化的基本元素，其含量一般在1.8%以下。含量過高，將顯著降低鋼的塑性和韌性，也影響焊接性能。Ti，V，Nb等元素在鋼中形成微細碳化物，能起細化晶粒和彌散強化作用，從而提高鋼的屈服極限、強度極限以及低溫沖擊韌性。Cu，P可提高鋼對大氣的抗蝕能力，比普通碳素鋼約高2~3倍。92任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識②合金滲碳鋼

合金滲碳鋼用于制造滲碳零件的合金鋼稱為合金滲碳鋼。

合金滲碳鋼中ωc=0.10%~0.25%，低含碳量保證了淬火后零件心部有足夠的塑性、韌性。

合金滲碳鋼的合金元素Cr、Mn、Si、Ni、B等，主要是提高鋼的淬透性。由于淬透性的提高，可以用較慢速度淬火，從而可制截面較大和形狀復(fù)雜的零件。V、Ti、Nb、W有細化晶粒的作用，使合金滲碳鋼比碳素鋼具有更好的力學(xué)性能。

滲碳鋼在滲碳后必須進行淬火和低溫回火，以達到表面硬度高、心部韌性好的目的。常用的合金滲碳鋼有20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4WA等。93任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識③合金調(diào)質(zhì)鋼

合金調(diào)質(zhì)鋼主要用于制造承受很大變動載荷與沖擊載荷或各種復(fù)合應(yīng)力的零件，這類零件要求鋼材具有較高的綜合力學(xué)性能，即強度、硬度、塑性、韌性有良好的配合。

合金調(diào)質(zhì)鋼的ωc=0.25%~0.50%。含碳最過低，不易悴硬，回火后強度不高；含碳量高，則韌性不足。通常加入Cr、Mn、Si、Ni、B等元素提高淬透性；加Mo或W防止第二類回火脆性；加V阻止晶粒長大。

合金調(diào)質(zhì)鋼的預(yù)先熱處理一般采用正火或退火，以改善其切削加工性能，最終熱處理一般采用淬火后進行500~650℃的高溫回火處理

。

常用的調(diào)質(zhì)鋼有40Cr、35CrMo、40CrMnMo、38CrMoAl等。94任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識④合金彈簧鋼

彈簧鋼要有高的彈性極限和屈強比，還應(yīng)具有足夠的疲勞強度和韌性，才能承受交變載荷和沖擊載荷的作用。

彈簧鋼含碳量高于調(diào)質(zhì)鋼，一般為ωc=0.50%~0.70%。合金元素主要有硅、錳等，要作用是提高彈簧鋼的淬透性，并提高彈性極限。

彈簧鋼熱處理一般是淬火和中溫回火，所得回火托氏體組織彈性極限和屈服強度高。常用的彈簧鋼有55SiMn6，60Si2CrA，50CrVA，65Mn。95任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識⑤滾動軸承鋼

滾動軸承鋼是指制造各種滾動軸承內(nèi)外套圈及滾動體（滾珠、滾柱、滾針）的專用鋼種。

滾動軸承鋼的牌號前冠以"G"字，其后以鉻(Cr)加數(shù)字來表示。

軸承鋼碳的質(zhì)量分數(shù)一般為ωc=0.95%~l.15%。對于大型軸承用鋼，還需加入Si、Mn等合金元素進一步提高滾動軸承鋼的悴透性。

對滾動軸承鋼的熱處理主要是鍛造后進行球化退火，制成零件后進行猝火和低溫回火

。常用的滾動軸承鋼有GCr15、GCr9、GCr15SiMn等。96任務(wù)二

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相關(guān)知識2）合金工具鋼①刃具鋼

合金刃具鋼的熱處理與碳素工具鋼基本相同。常用的合金刃具鋼有9SiCr、CrWMn、9Mn2V、Cr06，Cr2等。②模具鋼

用于制造模具，如冷沖模、冷擠模、熱鍛模的鋼材稱為模具鋼。A.冷作模具鋼用于制作使金屬冷塑性變形的模具，主要要求高硬度、高耐磨性及足夠的強度和韌性。

低合金的冷作模具鋼主要有9Mn2V、CrWMn等，目前最常用的冷作模具鋼主要還是Cr12型鋼。

97任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識B.熱作模具鋼用于制作使金屬在高溫下塑變成形的模具，要求模具鋼在高溫下具有足夠的強度、硬度、耐磨性和韌性，以及良好的耐熱疲勞性，還應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性及高淬透性。

熱作模具鋼的預(yù)備熱處理通常是退火，目的是消除鍛造應(yīng)力，改善切削加工性。最終熱處理是淬火和回火。常用的熱作模具鋼有5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V、6SiMnV等。C、塑料模具鋼，塑料模具鋼主要要求在200°C時具有足夠的強度和韌性，并具有較高的耐磨性和耐蝕性。目前常用的塑料模具鋼主要為3Cr2Mo。98任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識③量具鋼用于制造各種量具（如塊規(guī)、于分尺等）的鋼稱為量具鋼。量具的工作部位應(yīng)具有高硬度(62-65HRC)、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性和足夠的韌性。此外應(yīng)具有良好的加工性。

通常碳素工具鋼（如T10A、T12A)、合金工具鋼（如9SiCr、CrWMn)和滾動軸承鋼（如GCr15)等都可用來制造各種量具。99任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識3）高速工具鋼

高速工具鋼（簡稱高速鋼）用于制造高速切削刃具等。

高速工具鋼硬度、韌性、耐磨性和熱硬性的性能要求，需要高速工具鋼的ωc=0.75%~1.60%，

高速工具鋼中加入質(zhì)量分數(shù)總和在10%以上的鎢、鋁、鉻、鈉等合金元素，以便提高高速鋼的熱硬性、淬透性。并控制好退火以及經(jīng)正確的淬火和多次回火才能發(fā)揮出來。

高速鋼的牌號表示方法類似合金工具鋼，但在高速鋼牌號中，不論碳的質(zhì)量分數(shù)多少，都不予標(biāo)出。常用的高速鋼牌號有W18Cr4V(18-4-1)、W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)、W18Cr4V2Co8和W9Mo3Cr4V等。100任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識4.特殊性能鋼

特殊性能鋼是指因具有某些特殊的物理、化學(xué)、力學(xué)性能，能在特殊的環(huán)境工作條件下使用的鋼。

工程中常用的有：耐磨鋼，如ZGMn13-1，ZGMn13-4；耐熱鋼，如1Crl3，lCr11MoV，1Crl8Ni9Ti，4Cr14Nil4W2Mo等；不銹鋼，如1Crl7，1Cr13，3Cr13等。101任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識五、工程鑄鐵

鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金。

工業(yè)上常用鑄鐵的成分范圍是：ωc為2.5%~4.0%，ωsi為1.0%~3.0%，ωMn為0.5%~1.4%，ωp為0.01%~0.50%，ωs為0.02%~0.20%。

鑄鐵的強度、塑性和韌性較差，不能進行鍛造，但具有良好的鑄造性、減磨性和切削加工性，生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單、價格低廉，因此在機械制造上得到了廣泛的應(yīng)用。

鑄鐵在工業(yè)中應(yīng)用量較大，按質(zhì)量百分比，一般機械中，鑄鐵件占約40%~70%，在機床和重型機械中達60%~90%。102任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識1.鑄鐵的分類

（1）灰口鑄鐵。鑄鐵中的碳大部分或全部以石墨的形式析出，斷口呈暗灰色。

可按石墨形態(tài)的不同將其分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵。工業(yè)上所用鑄鐵幾乎全部都屬于這類鑄鐵。（2）白口鑄鐵。鑄鐵中的碳主要以游離碳化物的形式析出，斷口呈白色。由于大量硬而脆的滲碳體存在，白口鑄鐵硬度高、脆性大，因而難以切削加工，在工業(yè)上很少應(yīng)用，主要作煉鋼原料。（3）麻口鑄鐵。其組織介于白口與灰口之間，含有不同程度的萊氏體，萊氏體是奧氏體和滲碳體的機械混合體，也具有較大的脆性，工業(yè)上也很少用。103任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識2.灰口鑄鐵（1）灰鑄鐵

灰鑄鐵的牌號以HT十?dāng)?shù)字表示，"HT"表示灰鐵，數(shù)字表示直徑30mm的試棒的最小抗拉強度值。（2）球墨鑄鐵

球墨鑄鐵的牌號由QT+兩位數(shù)字組成，"QT"表示球鐵，兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度和最低延伸率，如常用的球墨鑄鐵有QT400-15，QT500-7，QT600-3等。104（3）可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵牌號由"KT"十"H"或"Z"十兩組數(shù)字組成，“KT”表示“可鐵"，''H"表示“黑心"，"Z"表示“珠光體”，兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度和最低伸長率，常用的可鍛鑄鐵有TH350-10和KTZ600-3。（4）蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵的牌號由“RuT”十?dāng)?shù)字組成，分別表示蠕鐵和最低抗拉強度，如常用的蠕墨鑄鐵有RuT260，RuT300和RuT380等。任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識105任務(wù)二

金屬材料力學(xué)性能的改善方法

相關(guān)知識3.特殊性能鑄鐵（1）耐磨鑄鐵它按工作條件可分兩種，一種是在潤滑條件下工作的，如機床導(dǎo)軌、汽缸套、活塞環(huán)和軸承等；另一種是在無潤滑的干摩擦條件下工作的，如犁鏵、軋棍及球磨機零件等。（2）耐熱鑄鐵它具有良好的耐熱性，可代替耐熱鋼用于制作加熱爐爐底板、馬弗罐、坩堝、廢氣管道、換熱器及鋼錠模等。（3）耐蝕鑄鐵它廣泛用于化工部門，可制作管道、閥門、泵類及反應(yīng)鍋等。

106任務(wù)三工程上常用有色金屬與合金識別

任務(wù)目標(biāo)1.熟悉鋁和銅金屬及其合金的性能；2.能夠合理選用；3.了解軸承合計和粉末合金材料相關(guān)知識。107任務(wù)三工程上常用有色金屬與合金識別

相關(guān)知識一、鋁及其合金1.工業(yè)純鋁

工業(yè)上，鋁的純度ωAl為99%~99.99%時稱為純鋁。

純鋁的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性很高，僅次于銀、銅、金。在室溫下，鋁的導(dǎo)電能力為銅的62%。但按單位質(zhì)量導(dǎo)電能力計算，則鋁的導(dǎo)電能力約為銅的200%。

純鋁是非磁性、無火花材料，而且反射性能好，既可反射可見光，也可反射紫外線。純鋁的強度很低(σb僅45MPa)，但塑性很高(δ=35%~50%)。通過加工硬化，可使純鋁的硬度提高，但塑性下降。在空氣中鋁的表面可生成致密的氧化膜，隔絕了空氣，故在大氣中具有良好的耐蝕性。108任務(wù)三工程上常用有色金屬與合金識別

相關(guān)知識

工業(yè)純鋁分為純鋁(99%<ωAl<99.85%)和高純鋁(ωAl>99.85%)兩類。純鋁分鑄造純鋁和變形鋁兩種。

純鋁的主要用途是代替貴重的銅合金制作導(dǎo)線、配制各種鋁合金，以及制作要求質(zhì)輕、導(dǎo)熱或耐大氣腐蝕但強度要求不高的器具。

純鋁的牌號中數(shù)字表示純度高低。舊牌號有L1、L2、L3等，符號"L"表示鋁，后面的數(shù)字越大純度越低，對應(yīng)新牌號為1A99、1A97、1A85等。109任務(wù)三工程上常用有色金屬與合金識別

相關(guān)知識2.鋁合金

在純鋁中加入適量的Si，Cu，Mg，Zn，Mn等主加元素和Cr，Ti，Zr，B，Ni等輔加元素，生成鋁合金，則可以大大提高鋁的強度，且保持純鋁的特性。（1）鋁合金的強化途徑1）不可熱處理強化的變形鋁合金

這類鋁合金在固態(tài)范圍內(nèi)加熱、冷卻無相變，因而不能熱處理強化，其常用的強化方法是冷變形，如冷軋、壓延等工藝。2）可熱處理強化變形鋁合金

這類鋁合金不但可變形強化，還能夠通過熱處理進一步強化，其工藝是先固溶處理，然后時效處理。在室溫下進行的時效稱為自然時效，加熱到200℃以下進行的時效稱為人工時效。鋁合金固溶處理溫度必須嚴(yán)格控制，溫度過高將使合金材質(zhì)變脆。3）鑄造鋁合金

鑄造鋁合金組織中有一定比例的共晶體，若采用變質(zhì)處理就能使共晶體細化，并在一定程度上使鑄造鋁合金變得強化、韌化。110任務(wù)三工程上常用有色金屬與合金識別

相關(guān)知識（2）鋁合金分類1）變形鋁合金

①防銹鋁。工藝特點是塑性及焊接性能好。常用的防銹鋁有5A02，5A05，3A21等。

②硬鋁。硬鋁中如含銅、鎂量多，則強度、硬度高，耐熱性好但塑性、韌性低。常用的硬鋁有2A01，2A10，2A11，2Al2，2A16等。

③超硬鋁。超硬鋁常用于飛機上受力大的結(jié)構(gòu)零件，如起落架、大梁等，以及光學(xué)儀器中要求重量輕而受力較大的結(jié)構(gòu)零件。常用的超硬鋁有7A04，2A09等。

④鍛鋁。鍛鋁主要用作航空及儀表工業(yè)中各種形狀復(fù)雜、要求比強度較高的鍛件或模鍛件。常用的鍛鋁有2A50，2A14，2A70等。111任務(wù)三工程上常用有色金屬與合金識別

相關(guān)知識2）鑄造鋁合金①Al-Si系代號為：ZL1+兩位數(shù)字順序號（合金順序號）。例如，ZL102表示2號鋁－硅系鑄造鋁合金。若為優(yōu)質(zhì)合金，則在代號后面加"A"。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能，

用于制造飛機、儀表、電動機殼體、汽缸體、風(fēng)機葉片、發(fā)動機活塞等。②Al-Cu系代號為：ZL2+兩位數(shù)字順序號。這類合金的耐熱性好、強度較高，但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。

常用代號有ZL201（ZA1Cu5Mn），ZL203(ZA1Cu4)等。

主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件，如內(nèi)燃機汽缸頭、汽車活塞等。112任務(wù)三工程上