精密机械设计-2

六、硬度
材料表面在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑 性变形或破坏的能力。 材料硬度越高，强度和耐磨性越好；塑性越低。 特别是硬度与强度之间有一定的关系。根据强度可 以大致估计材料的抗拉强度。 常用硬度指标： 布氏硬度 (HBS) 洛氏硬度 (HRC) 维氏硬度 (HV) :主要用于薄工件或薄表面硬化层 的硬度测试 各种硬度值之间可以相互折算
9SiCr、9Mn2V:丝锥、板牙。
W18Cr4V:高速钢，钻头、铣刀或拉刀
3、特殊性能钢
不锈钢、耐热钢、磁钢、耐磨钢
2Cr13、1Cr18Ni9
一、黑色金属 铸钢 • 与锻钢力学性能大体相近
• 与灰铸铁比：减震性、铸造性均差；弹性模量、伸长 率、熔点均高。 • 主要用于承受重载、形状复杂的大型零件 灰铸铁 成本低，铸造性好，可制成形状复杂的零件；良好 的减震性；抗压强度高于抗拉强度，适于制造在受压 状态下工作的零件；脆性大，不宜承受冲击载荷。 球墨铸铁 较高的延展性和耐磨性；强度高于灰铸铁；减震性 优于钢。 多用于制造受冲击载荷的零件
塑 料（分类）
（2）按塑料的功能和用途分： 通用塑料：产量大用途广价格低的塑料。主要包括聚乙 烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑 料等，产量占塑料总产量的75%以上。
工程塑料：具有较高性能，能替代金属制造机械零件和 工程构件的塑料。聚酰胺、 ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、 聚砜、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂等。 特种塑料：导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。
淬火后高硬度和良好的耐磨性，用于锻工、木工、钳工工具 和小型模具。
T7---平均含碳量为0.7%的碳素工具钢 T8：韧性最好，多用于制造成受冲击的工具，錾子、锻工工具。 T12：硬度最高，耐磨性好，但脆性大，用Leabharlann 制造不成受冲击的耐 磨工具，钢锉、刮刀
T10、T10A：硬度较高，有一定韧性，多用于制造钢锯条、小冲模
碳素钢 1、碳素结构钢（C：<0.25%) Q215、Q235、Q255
表示最低屈服点215MPa的普通等级碳素结构钢 Q215-A.F （沸腾钢） Q235用途最广，通常热轧成钢板、型钢、钢管、钢筋等。塑性、韧 性优良。建筑构件，车辆，不重要的轴，螺钉、螺母，冲压件锻件、 焊接件等。
2、优质碳素结构钢（Mn、P：<=0.035%) 用两位数字表示钢中平均含碳量的万分数 低碳钢：08、10、15、20、25：塑性好，易拉拔、冲压、挤压、 锻造和焊接
按材料结合键的特点和性质，分：
金属材料： 黑色金属材料 有色金属材料 无机非金属材料 陶瓷： 有机材料： 高强度、塑性、耐腐蚀性、绝缘性，密度小 塑料、橡胶和合成纤维
局部颈缩阶段ef
二、弹性模量E
• 在比例极限范围内，应力与应变成正比，比 例常数E （= / ）。 • 反映材料抵抗变形的能力，是衡量刚度的指标。 • 注意：不同钢种的弹性模量相差甚微。为提高 刚度采用合金钢无效。
2）洛氏硬度 (HR)
是以顶角为120°压头压入试样表面，测量压痕深度为指标， 压痕越深表示材料越软，硬度越低。 洛氏硬度有三种标度，分别为HRA、HRB、HRC 测试简单、迅速，因压痕小，适于成 品检验。但测试硬度值重复性差，故需在 不同部位测数次。可用于测量硬度很高的 材料，如淬火钢和低温回火钢。
第二章 工程材料和热处理
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第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
概述 金属材料的力学性能 常用的工程材料 钢的热处理 表面精饰 材料的选择原则
第一节 概述
按用途不同，分： 结构材料： 工程上要求强度、韧性、塑性、硬度、耐磨性等 力学性能的材料。 功能材料： 具有电、光、声、热、磁等功能和效应的材料。
热处理的方法（按工艺方法不同分）
一、普通热处理
1.退火（焖火） 将钢件加热到稍高于临界温度,保温一定时间,随后 在炉内或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却,以获得接近 平衡的组织。
目的: 1) 软化工件，降低硬度—切削加工
2) 细化晶粒,改善组织—提高力学性能 3) 消除残余应力—防止变形开裂 铸件、锻件、焊接件、热轧件、冷拉件在制造过程中 将聚集残余应力—低温退火
螺钉、螺母、垫圈、小轴、冲压件、焊接件
中碳钢：30、35、40、45、50、55：强度、硬度好，淬火后硬 度显著增加。
综合性能优良，常用于轴、丝杠、齿轮、连杆、套筒、键、 重要的螺钉和螺母。 高碳钢：60、65、70、75：强度、硬度好，弹性优良。 用于小弹簧、发条、钢丝绳、轧辊等。
3、碳素工具钢（C：0.7%~1.35%)
锡青铜 锡青铜的性能：良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低温 韧性，在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中的耐 蚀性比纯铜和黄铜好，但在亚硫酸钠、酸和氨水中的耐 蚀性较差。 常用锡青铜：QSn4-3、QSn6.5-0.4、 ZCuSn10Pb1等， 主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件， 如弹簧、轴承、齿轮、蜗轮、垫圈等。
碳钢的分类
• 按钢的含碳量分类：
– 低碳钢：Wc<0.25% – 中碳钢：Wc0.25~0.6% – 高碳钢：Wc>0.6%
• 按钢的质量分类：
– 普通碳素钢：Ws<0.055% Wp<0.045% – 优质碳素钢：Wp Ws<0.040% – 高级优质碳素钢：Ws<0.030% Wp<0.035%
金属材料在加工和使用过程中影响力学性能的因素
含碳量的影响---强度、硬度；塑性、切削性、 锻造性、焊接性、导电性、导热性 合金元素的影响 温度的影响 热处理工艺的影响
第三节 常用的工程材料
一、黑色金属
碳钢与合金钢 • 常用合金元素：Mn、Si、Cr、Mo、W、V、 Ti、Nb、Zr、Ni、RE(稀土) 碳素结构钢：受力不大，基本承受静载荷的零件。 优质碳素结构钢：受力较大，承受变应力或冲击载 荷的零件。 合金钢：受力较大，承受变应力、工况复杂，热处 理要求较高的零件
是衡量材料抵抗冲击载荷能力的指标。工程上常用一 次摆锤冲击弯曲试验来测定。
AK K A
五、弹性能Ee和韧性能Et
弹性能Ee： 在弹性变形范围内，应变能将以势能的形式储存 在材料内部，撤去外力后又全部释放，这种应变 能为弹性能。 韧性能Et： 若应力超过比例极限，材料就要产生永久变形， 应变能的大部分将消耗在材料的塑性变形上，并 以热的形式散失。 材料在断裂前所能吸收的能量称为韧性能。 铸铁等脆性材料所能吸收的弹性能和韧性能均很 低，故不能用于弹性元件和承受冲击载荷的零件。
四、复合材料
由两种或两种以上性质不同的金属材料或非 金属材料，按设计要求进行定向处理或复合得到 的一种新型材料。 自然界：天然复合材料如竹子、木材、骨骼等 分类： • 纤维增强复合材料---用于薄壁压力容器
(长纤维或连续纤维、短纤维或晶须)
• 颗粒增强复合材料 (纯颗粒增强复合材料和弥散增强)
• 层迭增强复合材料
从表中的数值可见：铸钢的综 合机械性能高于铸铁，而且铸 钢的可焊性好于铸铁。
常用的灰铸铁牌号
二、有色金属 铜合金 黄铜：铜锌合金，可铸可锻，良好的机加工性 青铜：除Zn以外，所有Cu合金的总称 含锡量小于8%的锡青铜适于压力加工 含锡量超过10%的锡青铜适于铸造 铝合金 不耐磨，可用镀铬的方法提高耐磨性； 切削性好，铸造性差； 不产生电火花，用于储存易燃、易爆物品的容器 钛合金 密度小，高、低温性能好，良好的耐蚀性，用于航 空、造船、化工业
• 按钢的用途分类：
– 碳素结构钢：制造各种工程构件和机器零件 – 碳素工具钢：制造各种刀具、量具、模具
碳钢的编号和用途
• 普通碳素结构钢
– 五类20种，Q235中Q—屈服强度，235为s MPa
• 优质碳素结构钢
– 平均含碳量的万分数
• 碳素工具钢 – T7（A），T—碳素工具钢，7_平均含碳量的千分 数
性、耐蚀性，主要用于制造齿轮、轴承、摩擦片、蜗轮、 螺旋桨等。
鈹青铜 铜合金性能最好的一种铜合金，唯一可固溶强化的铜 合金；具有很高的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性及耐 低温性，良好的导电、导热性，无磁性、受冲击时不
产生火花，还具有良好的冷、热加工和铸造性能；
常用代号QBe2、QBe1.9等； 用于制造重要的精密弹簧、膜片等弹性元件，高速、 高温、高压下工作的轴承等耐磨零件，防爆工具等。
三、延展性
0
两个塑性指标:
断后伸长率
l1 l0 A0 A1 100% 断面收缩率 100% l0 A0 5% 为塑性材料 5% 为脆性材料
低碳钢的 20 — 30% 60% 为塑性材料
四、冲击韧度
在有缺口的试件上，缺口底部单位面积上所能承受的 冲击功。
3）维氏硬度 (HV)
根据压痕单位面积上的载荷计算硬度值，用 金刚石的正四棱锥体压头压入试样表面，然后测量四 方锥形压痕的对角线长度，借以计算压痕表面积。
洛氏硬度的测试范围
标尺 HRA HRB HRC 压头 总载荷/N 120°金刚石圆锥体 600 Φ 1.588mm淬火钢球 1000 120°金刚石圆锥体 1500 适用测试教材 硬质合金、表面淬火钢 退火钢、非铁合金 一般淬火件 有效植 70～85 25 ～ 100 20 ～ 67
铝青铜 铝青铜的性能：强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性 都高于黄铜和锡青铜，是无锡青铜中应用最广的一种。 常用铝青铜：低铝和高铝两种。低铝青铜如QAl5、QAl7
等，具有一定的强度，较高的塑性和耐蚀性，一般在压
力加工状态使用，主要用于制造高耐蚀弹性元件；高铝
青铜如QAl9-4、QAl10-4-4等，具有较高的强度、耐磨
• 骨架增强复合材料
第四节 钢的热处理
钢的热处理就是在固态下，通过加热、保温和不同 的冷却方式，改变钢的内部组织结构，从而获得所需性 能的工艺方法。