机械应用基础 教学课件 作者 万志坚 1_第一章　工程材料简介.pptx

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1、第一章　工程材料简介第一节　工程材料的分类及性质第二节　金属材料及钢的热处理第三节　机械零件常用材料及其选择第四节　构件受力变形及强度条件第一节　工程材料的分类及性质一、工程材料的分类工程材料是指固体材料领域中与工程(结构、零件、工具等)有关的材料，主要应用于机械制造、航空航天、化工、建筑与交通等部门。1.金属材料(1)黑色金属　指铁及铁基合金材料，即钢铁材料。(2)有色全属　指除铁基合金之外的所有金属及其合金材料(又称非铁合金)。2.高分子材料3.陶瓷材料第一节　工程材料的分类及性质4.复合材料二、工程材料的性质工程材料的性质主要有强度、塑性、硬度、冲击强度和疲劳强度等。1

2、.强度图1-1　拉伸试样第一节　工程材料的分类及性质2.塑性(1)断后伸长率第一节　工程材料的分类及性质图1-2　低碳钢的应力应变曲线第一节　工程材料的分类及性质(2)断面收缩率3.硬度(1)布氏硬度　布氏硬度的测试原理如图1-3所示，在载荷F的作用下迫使钢球压向工件表面，并形成凹痕。第一节　工程材料的分类及性质图1-3　布氏硬度测试原理(2)洛氏硬度　洛氏硬度也是以规定的载荷，第一节　工程材料的分类及性质将坚硬的压头垂直压向被测金属来测定硬度的。4.冲击强度表1-1　洛氏硬度试验原理及应用范围第一节　工程材料的分类及性质图1-4　冲击强度试验原理a)试样安装　b)冲击试验机

3、1、8—支座　2—冲击点　3、7—试样　4—刻度盘5—指针　6—摆锤第一节　工程材料的分类及性质第一节　工程材料的分类及性质图1-5　钢铁材料的疲劳曲线第一节　工程材料的分类及性质5.疲劳强度第二节　金属材料及钢的热处理一、常用金属材料常用的金属材料有钢、铸铁和有色金属等。1.钢的分类、牌号和应用2.碳素钢图1-6　碳元素对力学性能的影响第二节　金属材料及钢的热处理(1)碳素结构钢　碳素结构钢的塑性和韧性较好，但机械强度不高。表1-2　碳素结构钢的用途举例(2)优质碳素结构钢　优质碳素结构钢的牌号用二位数字表示，该二位数字为钢中平均含碳量的万分数。(3)碳素工具钢　碳素工具钢

4、的牌号为T7、T8等，字母后的数字表示钢中平均含碳量的千分量，如T8表示碳的质量分数为0.8%的碳素工具钢。3.合金钢第二节　金属材料及钢的热处理(1)合金工具钢　常用合金工具钢的牌号有9SiCr、Cr12、CrWMn、5CrMnMo、3Cr2W8V、W18Cr4V等，主要用于刀具、模具、量具的制造。(2)特殊性能合金钢　该类合金钢主要包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等具有特殊物理、化学性能的钢，用于制造特殊性能要求的金属构件。4.铸铁(1)白口铸铁　白口铸铁中的碳主要以化合物(如Fe3C)形态存在。第二节　金属材料及钢的热处理(2)灰铸铁　灰铸铁中的碳大部分以片状石墨形态存在，断

5、面呈暗灰色，显微结构如图1-7所示。图1-7　灰铸铁显微组织结构第二节　金属材料及钢的热处理图1-8　球墨铸铁显微组织第二节　金属材料及钢的热处理(3)球墨铸铁　球墨铸件中的碳大部分以球状石墨形态存在，显微组织如图1-8所示。图1-9　可锻铸铁的显微组织结构第二节　金属材料及钢的热处理(4)可锻铸铁　可锻铸铁是预先浇铸成白口铸铁，再经长时间石墨化退火完成的。5.有色金属材料(1)铜及铜合金　根据所含合金元素的不同，可以分为纯铜、黄铜、青铜和白铜等。1)纯铜。2)加工黄铜，铜和锌的合金称为黄铜，随着含锌量增加，颜色逐渐变为淡黄。3)加工青铜。4)加工白铜。第二节　金属材料及钢的

6、热处理(2)铝及铝合金　铝材根据性能和用途可分为加工铝合金和铸造铝合金。1)加工铝合金。2)铸造铝合金。图1-10　热处理工艺过程示意图第二节　金属材料及钢的热处理二、钢的热处理钢的热处理就是将钢在固态下加热到一定的温度后保温一段时间，再以适当的冷却速度进行冷却，从而改变(或改善)钢的组织结构以期性能的操作工艺。1.退火2.正火3.淬火与回火4.表面淬火5.表面化学热处理第二节　金属材料及钢的热处理(1)渗碳　将低碳钢工件放在大量含碳的固体(木炭粉和碳酸盐BaCO3或Na2C03混合而成)或气体(天然气、煤气等)介质中，加热到850～950℃，保温一段时间，使碳扩散到钢表面层

7、内，使表面层的碳的质量分数达到0.8%～1.2%，再经淬火和低温回火，从而获得高硬度和耐磨性。图1-11　气体渗碳法示意图第二节　金属材料及钢的热处理(2)渗氮　将钢件放入含有氮的介质或利用氨气加热分解的氮气中，加热到500～620℃，持续保温20～50h，使氮扩散渗入钢件表面层内。(3)液体碳氮共渗　液体碳氮共渗是将钢件放入含有氰盐或氰根的活性介质中，加热到500～620℃(低温液体碳氮共渗)或750～850℃(高温液体碳氮共渗)，保温一定时间后使碳与氮同时扩散渗入到钢件表面层内。第三节　机械零件常用