哈尔滨工业大学：《机械学基础》课程教学资源（PPT课件）第5章 机械工程常用材料及其工程性能

机械学基础多媒体系列CAI课件 机械学基础课程电子教案 蒋秀珍编写 马惠萍制作

1 机械学基础课程电子教案 蒋秀珍 编写 马惠萍 制作 机械学基础多媒体系列CAI课件

第5章机械工程常用材料及其工程性能 5.1概述 黑色金属材料一铁基金属合金 金属材料 有色金属材料 材料 无机非金属材料 非金属材料 有机材料-塑料,橡胶,合成纤维

2 第5章 机械工程常用材料及其工程性能 5.1 概述 材料 金属材料 无机非金属材料 有机材料-塑料，橡胶，合成纤维 非金属材料 黑色金属材料－铁基金属合金 有色金属材料

52金属材料的机械性能 强度 材料抵抗塑性变形和断裂的能力 刚度 材料抵抗弹性变形的能力 塑性 在外力作用下金属产生塑性变形而不 产生断裂的能力 机械性能〈硬度 材料抵抗局部塑性变形能力的性能指 标 金 属的当应力的周期环次数增加到某 劳 数值N后,材料也会产生断裂 线膨胀系 数a △=a(t-t0)

3 5.2 金属材料的机械性能 机械性能 强度 刚度 塑性 材料抵抗塑性变形和断裂的能力 材料抵抗弹性变形的能力 在外力作用下金属产生塑性变形而不 产生断裂的能力 硬度 材料抵抗局部塑性变形能力的性能指 标 金属的疲 劳 当应力的周期循环次数增加到某一 数值N后，材料也会产生断裂 线膨胀系 数α  = − l la t t ( 0 )

材料在轴向拉伸或压缩时的机械性质 b 10二 循环次数N(对数坐标) 图5-1疲劳曲线 力 应力 滑移线 颈 缩 △le △l △l 变形 AIR 应

4 材料在轴向拉伸或压缩时的机械性质 力 变形 应力 应变

53常用的工程材料 铸铁含碳量大于2.06%的铁碳合金 制作底座、支架、工作台 普通碳素结构钢-Q255、Q275制造强 度要求高的零件一连杆、轴 黑色会碳素钢 优质碳素结构钢一钢号10、15、20、 (含碳量0.04% 85一一般零部件应用(0.01%) 1%的铁碳合金碳素工具钢-T8、T12A(高级优质 称为钢) 碳素工具刚)一一般零部件应用(0.1 ) 金钢为改善钢的性能,在钢中加入一种或数种 合金元素的钢一铬锰镍硅铝钨

5 5.3 常用的工程材料 黑色金 属 铸铁 含碳量大于2.06％的铁碳合金； 制作底座、支架、工作台 合金钢 为改善钢的性能，在钢中加入一种或数种 合金元素的钢－铬锰镍硅铝钨 碳素钢 （含碳量0.04%- 1.7％的铁碳合金 称为钢） 普通碳素结构钢－Q255 、 Q275制造强 度要求高的零件－连杆、轴 优质碳素结构钢－钢号10 、 15 、 20 、 85 －一般零部件应用（0.01％） 碳素工具钢－T8 、 T12A （高级优质 碳素工具刚）－一般零部件应用（0.1 ％）

纯铜不宜制造结构零件,常制作电 元件和耐磨件,价格贵 铜及铜合黄铜。铜与锌合金,H80、H59(铜含量) 金 HPb59-1、HMn58-2(特殊) 青铜 铜与锡铅等元素的合金 有色金 锡青铜(铜锡合金) 属 无锡青铜(含铝铍锰等元素) 铝及铝合 铸铝合金 金 变形铝合金 超硬铝合金 形状记忆 金 在宇航、电子、医疗等方面应用

6 有色金 属 形状记忆 合金 在宇航、电子、医疗等方面应用 铜及铜合 金 不宜制造结构零件，常制作电 元件和耐磨件，价格贵 纯铜 铜与锌合金，H80 、H59 (铜含量)、 HPb59-1 、HMn58-2（特殊） 黄铜 铜与锡铅等元素的合金 －锡青铜（铜锡合金） －无锡青铜（含铝铍锰等元素） 青铜 铝及铝合 金 铸铝合金 变形铝合金 超硬铝合金

工程塑料密度小,质量轻,耐腐蚀性好,易 加工; 橡胶 耐腐蚀性好,耐磨损和耐放射性 非金属材 料 宝石 人工合成 矿物 石英 陶瓷材料 硬度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀

7 非金属材 料 工程塑料 陶瓷材料 密度小，质量轻，耐腐蚀性好，易 加工； 硬度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀 人工合成 矿物 宝石 石英 橡 胶 耐腐蚀性好，耐磨损和耐放射性；

54金属材料的热处理与表面精饰 钢的热处理:将钢在固态范围内施以不同形式的加热、保温和冷却, 从而改变(或改善)其组织结构以达到预期性能的操作工艺。 退火 正火 普通热处 理 淬火 热处理 火 火焰加热 表面淬火 感应加热 表面热处 渗碳 理 化学热处 理 氮化 氰化

8 5.4 金属材料的热处理与表面精饰 热处理 普通热处 理 钢的热处理：将钢在固态范围内施以不同形式的加热、保温和冷却， 从而改变（或改善）其组织结构以达到预期性能的操作工艺。 表面热处 理 退火 正火 淬火 回火 表面淬火 化学热处 理 火焰加热 感应加热 渗碳 氮化 氰化

将钢加热稍高于临界温度一保持一定时间 退火 一缓慢冷却 目的:软化钢件,以利于切削,细化晶粒, 改善组织以提高化学性能;消除残余应力, 以防止变形、干裂; 将钢加热稍高于临界温度一保持一定时间 正火 一在空气中冷却 普通热处 目的:强度硬度比退火后高;利于切削加 理 工 将钢加热高于临界温度一保温一在水或油 淬火■中迅速冷却 目的:提高零件硬度和耐磨性 将淬火后零件一重新加热低于临界温度 回火 保温一在水或油中迅速冷却; 目的:消除淬火时冷却过快产生的内应力 是淬火后必须程序;

9 普通热处 理 退火 将钢加热稍高于临界温度－保持一定时间 －缓慢冷却； 目的：软化钢件，以利于切削，细化晶粒， 改善组织以提高化学性能；消除残余应力， 以防止变形、干裂； 正火 淬火 回火 将钢加热稍高于临界温度－保持一定时间 －在空气中冷却； 目的：强度硬度比退火后高；利于切削加 工 将钢加热高于临界温度－保温－在水或油 中迅速冷却； 目的：提高零件硬度和耐磨性； 将淬火后零件－重新加热低于临界温度－ 保温－在水或油中迅速冷却； 目的：消除淬火时冷却过快产生的内应力； 是淬火后必须程序；

54金属材料的热处理与表面精饰 快速加热一一迅速冷却 表面淬火 目的:使表面变硬;内部塑性和韧 性较好;一一齿轮、蜗杆、丝杆、 表面热处 轴颈 理 将工件在一定介质中加热和保温一使 化学热处介质中活性原子渗入表层一改变表层 理 化学成分和组织一使具有特殊的力学 或物理化学性能;渗碳;氮化;氰化 电镀 金属零件的表 目的:在金属表面加覆盖层, 面精饰 化学处理『以达到防腐 、改善性能和装 饰作用 涂漆

10 5.4 金属材料的热处理与表面精饰 表面热处 理 表面淬火 化学热处 理 快速加热－－迅速冷却 目的：使表面变硬；内部塑性和韧 性较好；－－齿轮、蜗杆、丝杆、 轴颈； 将工件在一定介质中加热和保温－使 介质中活性原子渗入表层－改变表层 化学成分和组织－使具有特殊的力学 或物理化学性能；渗碳；氮化；氰化 金属零件的表 面精饰 电镀 化学处理 涂漆 目的：在金属表面加覆盖层， 以达到防腐、改善性能和装 饰作用；