机械零件的常用材料和结构工艺性课件.ppt
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1、第一章第一章 机械零件的常用材机械零件的常用材 料和结构工艺性料和结构工艺性1-1 1-1 机械零件的常用材料及选用机械零件的常用材料及选用 1-2 1-2 机械零件的结构工艺性机械零件的结构工艺性1-3 1-3 机械设计中的标准化机械设计中的标准化2023/1/1211-1 1-1 机械零件的常用材料及选用机械零件的常用材料及选用一、机械零件常用材料一、机械零件常用材料 复合材料复合材料黑色金属(黑色金属(钢、铸铁等)钢、铸铁等)有色金属(如铜、铝及其合金等)有色金属(如铜、铝及其合金等)非金属材料非金属材料金属材料金属材料如工程塑料、橡胶、玻璃等如工程塑料、橡胶、玻璃等如纤维增强塑料、金属
2、陶瓷等如纤维增强塑料、金属陶瓷等2023/1/122铁碳合金(铁碳合金(C2%C2%)结构钢结构钢(机械零件、工程结构等)(机械零件、工程结构等)工具钢工具钢(刀具、量具、模具等)(刀具、量具、模具等)特殊钢特殊钢(不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)(不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)1 1、钢、钢用途用途碳素钢碳素钢(非合金钢)(非合金钢)低合金钢低合金钢合金钢合金钢化学化学成分成分2023/1/123表表1-1 1-1 普通碳素结构钢普通碳素结构钢牌牌 号号力学性能(不小于)力学性能(不小于)用用 途途抗拉强度抗拉强度b b/MPaMPa屈服屈服点点s s/MPa/MPa伸长伸长率率/%/%Q195Q19
3、531543019533冲压件、焊接件及冲压件、焊接件及受载小受载小的机械零件,如垫圈的机械零件,如垫圈,开口销、地脚螺栓等开口销、地脚螺栓等Q215Q215Q235Q2353354503755002152353126焊接件、金属结构件及螺栓、螺母、铆钉、销焊接件、金属结构件及螺栓、螺母、铆钉、销轴、连杆、支座等轴、连杆、支座等受载不大受载不大的机械零件的机械零件Q255Q255Q275Q2754105504906302552752420金属结构件及螺栓、螺母、垫圈、楔、转轴、金属结构件及螺栓、螺母、垫圈、楔、转轴、心轴、链轮、吊钩、连杆等心轴、链轮、吊钩、连杆等受力较大受力较大的机械零的机械
4、零件件1 1)普通碳素结构钢)普通碳素结构钢牌号含义牌号含义:Q235Q235,Q235-AQ235-A(B B、C C、D D)2023/1/1242)优质碳素结构钢优质碳素结构钢表表1-2 1-2 优质碳素结构钢优质碳素结构钢牌牌 号号力学性能(不小于)力学性能(不小于)用用 途途抗拉强度抗拉强度b b/MPaMPa屈服点屈服点s s/MPa/MPa伸长率伸长率/%/%1010202033533541041020520524524531312525冷冲压件、连接件及渗碳零件,如心轴、冷冲压件、连接件及渗碳零件,如心轴、套筒、螺栓、螺母、吊钩、摩擦片、离合套筒、螺栓、螺母、吊钩、摩擦片、离合
5、器盘等器盘等3030454549049060060029529535535521211616调制零件,如齿轮、套筒、连杆、轴类零调制零件,如齿轮、套筒、连杆、轴类零件及连接件等件及连接件等6060707067567571571540040042042012129 9弹簧、弹性垫圈、凸轮及易磨损零件弹簧、弹性垫圈、凸轮及易磨损零件牌号含义牌号含义:4545钢(平均含碳量为万分之钢(平均含碳量为万分之45)45)C C0.25%0.25%低碳钢低碳钢,强度、硬度低,塑性、焊接性能好,强度、硬度低,塑性、焊接性能好0.25%C 0.6%0.25%C2%C2%)铸铁性脆,不适合于锻压和焊接,但熔点低,
6、流动性好,可铸造形状复铸铁性脆,不适合于锻压和焊接,但熔点低,流动性好,可铸造形状复杂的大小铸件。主要包括:杂的大小铸件。主要包括:灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。等。牌牌 号号力学性能力学性能用用 途途抗拉强度抗拉强度b b/MPaMPa抗压强度抗压强度s s/MPa/MPaHT200HT200200200750750气缸、齿轮、机床、飞轮、齿条、衬筒、一气缸、齿轮、机床、飞轮、齿条、衬筒、一般机床铸有导轨的床身、液压筒、泵的壳体般机床铸有导轨的床身、液压筒、泵的壳体等等.HT250HT25025025010001000阀壳、油缸、气缸、联轴器、机
7、体、齿轮、阀壳、油缸、气缸、联轴器、机体、齿轮、齿轮箱外壳、飞轮、凸轮、轴承座等齿轮箱外壳、飞轮、凸轮、轴承座等.HT300HT30030030011001100齿轮、凸轮、车床卡盘、压力机的床身、导齿轮、凸轮、车床卡盘、压力机的床身、导板、增压液压筒、泵的壳体等板、增压液压筒、泵的壳体等.牌号含义:牌号含义:HT150HT150(抗拉强度平均值)(抗拉强度平均值)表表1-5 灰铸铁灰铸铁2023/1/1281)1)铜及铜及铜合金铜合金 黄铜黄铜:CuCu与与ZnZn(15%15%)合金)合金 青铜青铜 锡青铜:锡青铜:CuCu与与SnSn的合金的合金 无锡青铜:无锡青铜:CuCu与与AlAl
8、、SiSi、PbPb等的合金等的合金 2)2)铝及铝及铝合金铝合金 形变铝合金形变铝合金:防锈铝、锻铝等:防锈铝、锻铝等 铸造铝合金铸造铝合金 (应用最广的轻金属)应用最广的轻金属)3 3、有色金属、有色金属铜的力学性能很低,在机械工业中的应用并不多。铜的力学性能很低,在机械工业中的应用并不多。2023/1/1291 1)铜及铜合金)铜及铜合金表表1-6 铜合金铜合金牌牌 号号力学性能力学性能材料状材料状态态用用 途途抗拉强抗拉强度度b/MPa伸长率伸长率/%ZCuSn10P1(10-1锡青铜锡青铜)22031032砂砂 模模金属模金属模受冲击载荷的耐磨件,如齿轮、受冲击载荷的耐磨件,如齿轮、
9、涡轮、轴瓦、衬套、丝杆螺母等涡轮、轴瓦、衬套、丝杆螺母等ZCuAl10Fe3(10-3铝青铜铝青铜)4905401012砂砂 模模金属模金属模重要的轴承、轴套、轮缘及大型重要的轴承、轴套、轮缘及大型铸件等铸件等H62(62黄铜黄铜)37049棒棒 材材螺母、垫圈、铆钉、弹簧等螺母、垫圈、铆钉、弹簧等导电性、导热性、减摩耐磨性、耐腐蚀性良好导电性、导热性、减摩耐磨性、耐腐蚀性良好2023/1/12102 2)铝及铝合金)铝及铝合金表表1-7 1-7 铝合金铝合金牌牌 号号力学性能力学性能材料状材料状态态(棒材)(棒材)用用 途途抗拉强度抗拉强度b/MPa伸长率伸长率/%2Al1(LY11,硬铝,
10、硬铝)42015砂砂 模模金属模金属模中等强度零件及焊接件,如中等强度零件及焊接件,如螺栓、铆钉、接头、骨架等螺栓、铆钉、接头、骨架等7A04(LC4,超硬铝,超硬铝)60012砂砂 模模金属模金属模高强度零件、大梁、框架等高强度零件、大梁、框架等ZAlSi7Mg(ZL101铸铝硅合铸铝硅合金金)2221棒棒 材材中等强度、形状复杂的零件,中等强度、形状复杂的零件,如支架、客体、发动机附件如支架、客体、发动机附件等等 铝及铝合金是应用铝及铝合金是应用最广的轻金属最广的轻金属,纯铝有良好的塑性、耐,纯铝有良好的塑性、耐蚀性、导电性、导热性和焊接性。蚀性、导电性、导热性和焊接性。2023/1/12
11、114 4、工程塑料、工程塑料 在工程中用来作在工程中用来作结构或传动件材料的塑料结构或传动件材料的塑料,具有较高,具有较高的强度,质量轻,绝缘性、减摩耐磨性、耐蚀性、耐热的强度,质量轻,绝缘性、减摩耐磨性、耐蚀性、耐热性好。性好。牌牌 号号力学性能力学性能用用 途途抗拉强抗拉强度度b b/MPaMPa伸长伸长率率/%/%尼龙尼龙6666464681.81.3 360602 20000适用于中等载荷、温度适用于中等载荷、温度100100120120、无润滑或少润滑条件下、无润滑或少润滑条件下工作的耐磨受力传动零件工作的耐磨受力传动零件.聚四氟乙烯聚四氟乙烯(PTEE(PTEE,F-4)F-4)
12、13.713.72 24.54.5250250350350主要用作耐化学腐蚀、耐高温的密封元件,也用作输送腐蚀介主要用作耐化学腐蚀、耐高温的密封元件,也用作输送腐蚀介质的高温管道、耐腐蚀衬里、容器以及轴承、导轨、无油润滑质的高温管道、耐腐蚀衬里、容器以及轴承、导轨、无油润滑活塞环、密封圈等活塞环、密封圈等.酚醛塑料酚醛塑料(PF)(PF)24.524.5常用的为层压酚醛塑料和粉末状压制塑料,有板材、管材及帮常用的为层压酚醛塑料和粉末状压制塑料,有板材、管材及帮料等。可用作轴承、轴瓦、带轮、齿轮、制动装置和离合装置料等。可用作轴承、轴瓦、带轮、齿轮、制动装置和离合装置的零件、摩擦轮及电器绝缘零件
13、等的零件、摩擦轮及电器绝缘零件等.表表1-8 1-8 工程塑料工程塑料2023/1/1212二、钢的热处理简介二、钢的热处理简介1 1、热处理、热处理定义:定义:将钢在将钢在固态下固态下进行不同温度的进行不同温度的加热、保温和加热、保温和冷却冷却的工艺方法。的工艺方法。目目 的:的:促使钢内部组织机构发生变化,从而促使钢内部组织机构发生变化,从而提提高零件的力学性能高零件的力学性能和和改善工艺性能改善工艺性能。热处理能。热处理能充分发挥材料的潜力,节省钢材,延长机械的充分发挥材料的潜力,节省钢材,延长机械的使用寿命。使用寿命。2023/1/1213 时间时间温温度度加加热热保温保温临界温度临界
14、温度淬淬火火回回火火调调质质退火退火正火正火加加热热保温保温临界温度临界温度调调质质 正火正火加加 热热保温保温临界温度临界温度正火正火回回 火火临界温度临界温度正正 火火退火退火正火正火淬火淬火回火回火调质调质化学热处理化学热处理2 2、常用的热处理方法、常用的热处理方法2023/1/1214 将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后随炉冷却随炉冷却。1.1.消除内应力,降低硬度,便于切削;消除内应力,降低硬度,便于切削;2.2.提高塑性和韧性;提高塑性和韧性;3.3.改善组织为进一步热处理作准备。改善组织为进一步热处理作准备。退火:退火:2023/1/1
15、215正火:正火:1.1.消除内应力(不如退火彻底),消除内应力(不如退火彻底),钢的强度、硬度较退火高;钢的强度、硬度较退火高;2.2.不占用设备,生产率较高。不占用设备,生产率较高。将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后在在空气中空气中冷却。冷却。2023/1/1216 将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后在将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后在水或油水或油中快速冷却。中快速冷却。1.1.钢的硬度急剧增加,但存在很大的内应力,钢的硬度急剧增加,但存在很大的内应力,脆性增加;脆性增加;2.2.为了减少内应力、降低脆性和获得良好的机为了减少内应力、降低
16、脆性和获得良好的机 械性能,械性能,淬火后一般均需回火淬火后一般均需回火。淬火:淬火:2023/1/1217 将将淬火钢淬火钢重新加热到某一重新加热到某一低于低于临界温度,保临界温度,保温一段时间,然后冷却。温一段时间,然后冷却。回火:回火:l150150250250l作用:减少内应力、降低脆性;同时保存作用:减少内应力、降低脆性;同时保存淬火钢的高硬度和耐磨性。淬火钢的高硬度和耐磨性。l应用:刀具,量具应用:刀具,量具l350350500500l作用:弹性作用:弹性,硬度,硬度l应用:有弹性要求的零件,如:弹簧应用:有弹性要求的零件,如:弹簧l500500650650l作用:强度、硬度、塑性
17、和韧性等都较好作用:强度、硬度、塑性和韧性等都较好l应用:重要的机械零件,如:齿轮,轴等。应用:重要的机械零件,如:齿轮,轴等。高温回火高温回火中温回火中温回火低温回火低温回火2023/1/1218 调质可以提高和改善材料的调质可以提高和改善材料的综合力学性能综合力学性能 。一些重要的零件,特别是一些在变应力作用。一些重要的零件,特别是一些在变应力作用下的零件,如连杆、齿轮、轴等常采用调质处下的零件,如连杆、齿轮、轴等常采用调质处理。理。调质即调质即淬火和高温回火淬火和高温回火的综合热处理工艺。的综合热处理工艺。调质:调质:2023/1/1219 表面淬火表面淬火 将机械零件表面迅速加热到淬火
18、温度,将机械零件表面迅速加热到淬火温度,热量未传至中心,即快速冷却的热处理方法。热量未传至中心,即快速冷却的热处理方法。2023/1/1220 将机械零件放在含有某种化学元素的介质中加将机械零件放在含有某种化学元素的介质中加热和保温,使该元素的热和保温,使该元素的活性原子渗入活性原子渗入到零件表面到零件表面的热处理方法。的热处理方法。化学热处理化学热处理作用作用:表面硬而耐磨,芯部仍保持原有韧性。:表面硬而耐磨,芯部仍保持原有韧性。v 渗碳渗碳v 渗氮(氮化)渗氮(氮化)v 碳氮共渗(氰化)碳氮共渗(氰化)2023/1/1221 渗碳渗碳(carburizing/carburization)渗
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