常见机械材料特性及表面处理

常见机械材料特性及表面处理
1、钢铁类
1. 1、碳素钢。

（1）根据含碳量分
低碳钢：含碳量＜0.25%
中碳钢：含碳量0.25%～0.6%
高碳钢：含碳量＞0.6%
（2）按含有害杂质S、P含量分
普通碳素钢：含S、P分别低于0.035%～0.050%和0.035%～0.045%
优质碳素钢：含S、P分别低于0.035%
高级优质碳素钢：含S、P分别低于0.020%～0.030%和0.025%～0.030% （3）按用途分
碳素结构钢：主要用于构件和机器零件。

碳素工具钢：主要用于刀具、工具量具、模具。

1.2、钢的牌号。

（1）普通碳素结构钢。

屈服点拼音字头Q、屈服极限值（单位MPa）质量等级符号、脱氧方法符号四部分组成。

质量等级四级A、B、C、D表示。

脱氧方法以F、b、Z、TZ分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢、例，Q235AF表示屈服极限235MPa、质量等级A、沸腾钢。

（2）优质碳素结构钢。

用两位数字表示含碳量为万分之几。

如45钢，指含碳量为0.45%
45Mn，指锰的含量较高，0.7%～1.2%
（3）铸造碳钢牌号ZG、屈服极限、横线、抗拉极限表示
例ZG200—400表示屈服强度≥200Mpa, 抗拉极限≥400Mpa的铸造碳钢。

（4）碳素工具钢。

含碳量0.65%～1.35%
T+数字
如T8，含碳量为0.8%。

T8A，指高级优质碳素工具钢
（5）合金结构钢两位数字+合金元素符号+数字
如：12GrNi3钢，指含碳量0.12%，含Gr小于1.5%，平均含Ni 3%
（6）合金工具钢含碳量大于等于1%时不注；小于1%时以千分之几表示。

如9GrSi表示碳量0.9%，含Gr、Si均小于1.5%
（7）滚动轴承钢G+Gr+数字例GGr13表示含Gr小于1.30%，
1.3、常见钢材性能
1.3.1 45号钢(优质碳素结构钢)（价格：7元/KG）
常见图纸标示：45#，S45C 含碳量：0.45% ；密度：7.85g/cm3 抗拉强度: ≥600 (MPa)
屈服强度: ≥355 (MPa)
是机械设计中使用最多的金属材料，常用于：支撑件、普通轴、导向件、定位件、连接件曲轴、传动轴、齿轮、蜗杆、键、销等。

优点：热处理硬度范围宽，可获得不同的使用性能。

45Mn指Mn的含量较高0.7%--1.2%
常见热处理：
1.淬火+高、低温回火（回火温度不同，硬度不同）
注释：淬火HRC38∽HRC45
2.调质：淬火+高温回火
注释：调质HRC28∽HRC32
3.局部表面高频淬火
注释：表面高频淬火HRC43∽HRC50
常见表面处理：
1.镀硬铬
2.发黑
（其它：镀镍、镀锌等）
1.3.2 A3钢(普通碳素结构钢)（价格：6元/KG）
常见图纸标示：A3，Q235,Q235A ；含碳量：0.14∽0.22% （A 为质量等级）抗拉强度（σb/MPa）：370-500
屈服强度（厚度或直径小于等于16mm）：235MPA
是仅次于45#的金属结构料，常用于：机架、连接板、支架等及可替代部分不需热处理的45#零件。

优点：焊接性能好。

例如大部分方通、扁通、角钢、槽钢、工字钢等均为A3材质。

A3钢一般不作为热处理材料使用。

常见表面处理：1.镀锌 2.发黑、磷化 3.表面喷涂抛光喷丸滚花
1.3.3 Q345是一种钢材的材质。

是一种低合金钢（叉车、挖机使用）
广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器、特种设备等，其中“Q”意为屈服强度，345表示这种钢材屈服强度为345MPa,与旧标准1591-88牌号对照12MnV、16Mn 16MnRE、18Nb、14MnNb。

Q345--综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40℃以上寒冷地区的各种结构
Q345抗拉强度为470-630MPa
1.3.4 40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。

主要特征:经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。

应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中
速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。

1.3.5 HT150——灰铸铁
应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等。

1.3.6 35——各种标准件、紧固件的常用材料
主要特征:强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。

冷态下可局部镦粗和拉丝。

淬透性低，正火或调质后使用
应用举例:适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件
1.3.7 65Mn——常用的弹簧钢
应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。

1.3.8 不锈钢
304不锈钢：06Cr19Ni10 具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能,冲压弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象,无磁性。

304不锈钢板性能特点用途：作为不锈钢耐热钢使用最广泛，食品用设备一般化设备，原子能工业设备。

304是最普遍的钢种，耐腐蚀性、耐热性、低温强度、机械性能良好。

深冲压、弯曲等常温加工性能较好，热处理后不会硬化。

家庭用1、2种西餐具、Sink、室内配管、热水器、浴缸、锅炉、汽车零部件（擦窗器、回气管）、医疗机械、建筑材料、化学、食品工业、纺织产业、制酪产业、船舶零部件(非磁性，使用温度：-196至800℃）。

316不锈钢：06Cr17Ni12Mo2耐蚀性和高温强度特别好，可在苛刻的条件下使用,加工硬化性好,无磁性。

适于海水用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料生产设备、照相、食品工业、沿海设施等。

316不锈钢板是美国标准下的牌号，属于不锈、耐热、耐蚀钢，是奥氏体不锈钢，牌号是06Cr17Ni12Mo2，比304好，在海水和其他各种介
质中，耐腐蚀性比304好，主要是耐点蚀材。

316L不锈钢：钢中添加Mo（2-3%），故耐蚀性和高温强度优良；SUS316L 含碳量比SUS316低，因此，抗晶间腐蚀性比SUS316优良；高温蠕变强度高。

可在苛刻的条件使用,加工硬化性好,无磁性。

适于海水用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料生产设备、照相、食品工业、沿海设施等。

常用不锈钢表面处理技术有以下几种处理方法：①表面本色白化处理；②表面镜面光亮处理；③表面着色处理：
①表面本色白化处理：不锈钢在加工过程中，经过卷板、扎边、焊接或者经过人工表面火烤加温处理，产生黑色氧化皮。

这种坚硬的灰黑色氧化皮主要是NiCr2O4和NiF二种EO4成分，以前一般采用氢氟酸和硝酸进行强腐蚀方法去除。

但这种方法成本大，污染环境，对人体有害，腐蚀性较大，逐渐被淘汰。

目前对氧化皮处理方法主要有二种：
⑴喷砂（丸）法：主要是采用喷微玻璃珠的方法，除去表面的黑色氧化皮。

⑵化学法：使用一种无污染的酸洗钝化膏和常温无毒害的带有无机添加剂的清洗液进行浸洗。

从而达到不锈钢本色的白化处理目的。

处理好后基本上看上去是一无光的色泽。

这种方法对大型、复杂产品较适用。

②不锈钢表面镜面光亮处理方法：根据不锈钢产品的复杂程度和用户要求情况不同可分别采用机械抛光、化学抛光、电化学抛光等方法来达到镜面光泽。

这三种方法优缺点如下：
③表面着色处理：不锈钢着色不仅赋予不锈钢制品各种颜色，增加产品的花色品种，而且提高产品耐磨性和耐腐蚀性。

不锈钢着色方法有如下几种：
⑴化学氧化着色法；
⑵电化学氧化着色法；
⑶离子沉积氧化物着色法；
⑷高温氧化着色法；
⑸气相裂解着色法。

二、铝材类
在结构设计中，最常用的有色金属非铝合金莫属。

根据结构加工方式不同，铝合金的牌号如下：
1050，1060 纯铝板，常常用于不承受力的小面板，盖板。

5052 合金铝
6061以镁，硅为主要合金元素的铝合金可用于大多电子产品结构，如壳体。

6063同6061，铝含量高于6061，散热性能突出，可用于大多数电子产品机壳，散热器等结构；另外，可用于挤压型材。

7075以锌为主要合金元素的铝合金，强度很高，用于薄壁且强度要求高的产品结构件。

YL102压铸铝YZAl-Si12 较好的气密性和流动性，适用于制作压铸薄壁结构，壳体等。

常见的表面处理
1、氧化处理
2、喷砂处理
3、表面拉丝处理
三、注塑材料
3.1ABS：高流动性，便宜，适用于对强度要求不太高的部件（不直接受冲
击，不承受可靠性测试中结构耐久性的部件），如内部支撑架（键板支架、LCD 支架）等。

还有就是普遍用在电镀的部件上（如按钮、侧键、导航键、电镀装饰件等）。

目前常用奇美PA-757、PA-777D等。

3.2 PC+ABS：流动性好，强度不错，价格适中。

适用于作高刚性、高冲击韧性的制件，如框架、壳体等。

常用材料代号：拜尔T85、T65。

3.3 PC：高强度，价格贵，流动性不好。

适用于对强度要求较高的外壳、按键、传动机架、镜片等。

常用材料代号如：帝人L1250Y、PC2405、PC2605。

3.4 POM具有高的刚度和硬度、极佳的耐疲劳性和耐磨性、较小
的蠕变性和吸水性、较好的尺寸稳定性和化学稳定性、良好的绝缘性等。

常用于滑轮、传动齿轮蜗轮、蜗杆、传动机构件等，常用材料代号如：M90-44。

3.5 PA坚韧、吸水、但当水份完全挥发后会变得脆弱。

常用于齿轮、滑轮等。

受冲击力较大的关键齿轮，需添加填充物。

材料代号如：CM3003G-30。

3.6 PMMA有极好的透光性，在光的加速老化240小时后仍可透过92%的太阳光，室外十年仍有89%，紫外线达78.5% 。

机械强度较高，有一定的耐寒性、耐腐蚀，绝缘性能良好，尺寸稳定，易于成型，质较脆，常用于有一定强度要求的透明结构件，如镜片、遥控窗、导光件等。

常用材料代号如：三菱VH001
材料力学
一、强度、刚度、硬度
刚度，抵抗受力（弹性）变形的能力。

如机床主轴要有足够的刚度，在切削、加工时，受力（径向）变形极小，从而保证加工尺寸精度、形状精度，等。

提高刚度的措施有，提高截面尺寸面积；合理的支撑、跨度；截面形状；调质热处理等。

强度，抵抗破坏能力。

题外话，如果需要考虑强度问题了（疲劳强度除外），刚度肯定不足。

提高强度的措施与提高刚度的类似。

硬度，物体侵入其它物体的能力。

刀具硬度高，才能切削（金属）材料。

如果材料非常硬（淬火后），就需要磨削加工了，砂轮的磨料（磨粒）硬度更高。

提高金属材料的硬度是淬火。

低碳钢需要渗碳淬火（表面硬）；中碳钢、高碳
钢可以直接淬火。

塑性，材料的受力塑性变形能力。

一般是低碳钢，冲压、拉拔、搓滚加工。

提高塑性能力一般是退火热处理。

韧性，材料抗冲击破坏能力。

一般的，强度高伴随着硬度高，材料“发脆”，不耐冲击。

提高韧性的热处理方法，中碳钢可以调质处理；低碳钢渗碳淬火。

Common cradle
由于MR产品种类较多，每一种产品的床板结构差异较大，为满足产品部件的统一性和通用性，决定开发一种适用性较强的床板。

1、完成床板的3D建模，然后通过有限元分析，确认强度符合要求后，参与评审讨论，提出改进意见，修改图纸；
2、与厂家沟通确认是否存在生产问题，无问题后，厂家制作样板件；
3、对样板件进行试验，提出存在的问题，评审改进，修改图纸等；
4、完成床板上塑料滚轮或陶瓷轴承的选型和试验工作。

Port cover为例（目的：防水，美观，实用、操作简便）
1、提出几种设计方案（平开：左右平开，前后平开），（半旋转侧开：向左侧开，向右侧开，中间向两侧开），初步完成各种结构的三维图，然后完成PPT，分析各个结构的优缺点，然后进行评审，确定最终结构。

2、完善三维结构图，然后再次进行评审，确定最终结构后，联系厂家制作样板件。

同时计算选型扭簧、阻尼器等部件。

3、安装各个部件，进行试验，对样板件结构、扭簧、阻尼器等进行修正，提出改进方案，进行评审讨论。

4、多次试验后确定最终方案。

武汉地铁8号线集成冷冻站项目
1、根据系统图完成样板站集成冷冻站的三维结构设计，并进行成本核算
2、完成投标标书中结构方面和配套设备的。