机械工程常用材料及其工程性能概述
轴的常用的材料的及性能
轴的常用的材料的及性能 Revised by Jack on December 14,2020轴常用材料及主要力学性能转轴：支承传动机件又传递转矩，既同时承受弯矩和扭矩的作用。
心轴：只支承旋转机件而不传递转矩，既承受弯矩作用。
(转动心轴：工作时转动；固定心轴：工作时轴不转动)；传动轴：主要传递转矩，既主要承受扭矩，不承受或承受较小的弯矩。
花键轴、空心轴：为保持尺寸稳定性和减少热处理变形可选用铬钢；轴常用材料是优质碳素结构钢，如35、45和50，其中45号钢最为常用。
不太重要及受载较小的轴可用Q235、Q275等普通碳素结构钢；受力较大，轴尺寸受限制，可用合金结构钢。
受载荷大的轴一般用调质钢。
调质钢调质处理后得到的是索氏体组织，它比正火或退火所得到的铁素体混合组织，具有更好的综合力学性能，有更高的强度，较高的冲击韧度，较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。
调质钢：35、45、40Cr、45Mn2、40MnB、35CrMo、30CrMnSi、40CrNiMo；大截面非常重要的轴可选用铬镍钢；高温或腐蚀条件下工作的轴可选用耐热钢或不锈钢；在一般工作温度下，合金结构钢的弹性模量与碳素结构钢相近，为了提高轴的刚度而选用合金结构钢是不合适的。
轴的强度计算轴的强度计算一般可分为三种：1：按扭转强度或刚度计算；2：按弯扭合成强度计算；3：精确强度校核计算1：按扭转强度或刚度计算按扭转强度及刚度计算轴径的公式表6―1―18注：当截面上有键槽时，应将求得的轴径增大，其增大值见表6-1-22。
剪切弹性模量G=时的B值表6―1―20注：1.表中￠P值为每米轴长允许的扭转角；2.许用扭转角的选用，应按实际而定。
参考的范围如下：要求精密，稳定的传动，取￠=～ (°)/mP一般传动，取￠P=0. 5～1 (°)/m；要求不高的传动，可取￠P大于1 (°)/m；起重机传动轴￠P=15′～20′/m；几种常用轴材料的τP及A值表6―1―19注：1. 表中τP值是考虑了弯曲影响而降低了的许用扭转剪应力。
工程机械常用材料的性能分析
工程机械常用材料的性能分析挖掘机和装载机的铲斗刀板在挖掘或装载作业中直接与物料接触，主要承受摩擦力及冲击力的共同作用，结果产生磨损。
因而要求刀板材料既要有较高的强度、韧性和耐磨性，从装配要求来看，还要有较好的可焊性。
１材料种类国内外装载机、挖掘机铲斗主刀板、侧板所用材料种类较多，主要有合金铸钢ＺＧ２５ＣｒＭｎＭｏ（２５ХГＭ）、低合金结构钢Ｑ３４５－Ｂ、１６Ｍｎ（ＳＨＴ４９０）、高强度结构钢ＷＨ６０、ＨＱ６０Ａ（ＫＷＦ５８Ｈ）、优质碳素钢５０Ｍｎ、合金结构钢３５Ｍｎ２（ＳＭｎ４３３Ｈ－１）及２０Ｍｎ２Ｂ（ＨＡＲＤＯＸ４００）等，括弧内所列为相当的国外钢号。
它们的化学成分及力学性能如表１所列。
２材料性能分析２．１材料的焊接性能通常，在实际生产中都用碳当量（Ｃｅｑ）值的大小来评估焊接性能的好坏。
根据碳当量公式Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ/６＋Ｎｉ＋Ｃｕ/１５＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ/５可计算出各材料的碳当量，如表１所示。
根据表１中各材料的碳当量，可以看出除１６Ｍｎ外其它钢种的焊接性能都较差，相对而言其中焊接性能最好的是ＳＨＴ４９０、Ｑ３４５－Ｂ，较好的是２０Ｍｎ２Ｂ、ＨＡＲＤＯＸ４００，其次的是１５ＣｒＭｎ、ＬＨ６９０、ＷＨ６０、ＨＱ６０Ａ、ＫＷＦ５８Ｈ、ＺＧ２５ＣｒＭｎＭｏ，焊接时均需预热；焊接性能一般的是３５Ｍｎ２、ＳＭｎ４３３Ｈ－１，焊前需进行预热，焊接性能较差的是５０Ｍｎ、ＳＣＭｎＭｏＨ，具有过热敏感性，容易产生裂纹和脆裂。
２．２材料的综合力学性能分析从各材料的抗拉强度可以看出在上述材料中以ＨＡＲＤＯＸ４００、２０Ｍｎ２Ｂ等的σｂ、σｓ性能最好，而从化学成份分析，含碳、锰量低，金属组织硬度低，不耐磨，２０Ｍｎ２Ｂ需经表面渗碳淬火处理来提高表面硬度，但渗层薄，不能做长期耐磨零件。
SMn433H-1、35Mn2具有一定的耐磨性及韧性，缺点是焊接性能较差，对焊接工艺要求严格，有一定的焊接难度。
50Mn钢，碳、锰含量较高，有较高的强度和一定的硬度及一定的耐磨性，缺点是焊接时有冷裂倾向，焊接性能很差。
机械工程材料
04
特种工程材料
超导材料
超导性
某些材料在低温下电阻消 失，电流可以在其中无损 耗地流动，这种现象称为 超导性。
应用领域
超导材料在电力输送、磁 悬浮列车、核磁共振成像 等领域有广泛应用。
研究进展
目前，高温超导材料的研 究取得了重要进展，使得 超导技术的应用范围进一 步扩大。
纳米材料
纳米尺度
应用领域
再生资源回收利用的意义
随着资源的日益紧缺和环保意识的提高，再生资源的回收利用对于实现可持续发展具有重要意义。通 过回收利用废旧机械工程材料，可以减少对原生资源的开采，降低能源消耗和环境污染，同时也有助 于推动循环经济的发展。
废旧机械工程材料的处理方法和技术途径
废旧材料的分类与识别
物理处理方法
化学处理方法
和组织炎症。
应用领域
生物医用材料在医疗器械、人体 植入物、药物载体等领域有广泛
应用。
发展趋势
随着生物技术和医学的不断发展 ，生物医用材料的性能将不断提
高，应用领域也将不断扩大。
05
机械工程材料的性能与选用
力学性能与选用原则
强度
材料在静载荷作用下抵抗破坏 的能力，选用时需考虑工作应
力及安全系数。
刚度
生物处理方法利用微生物或酶 等生物制剂对废旧材料进行分 解和处理。这种方法对于处理 某些含有有机物的废旧材料具 有独特的优势。
循环经济在机械工程材料领域的应用前景
循环经济的理念
循环经济是一种以资源高效利用和循环 利用为核心的经济模式。它强调在生产 和消费过程中减少资源消耗和废弃物排 放，实现经济、社会和环境的协调发展 。
提高材料的耐磨性和耐腐蚀性
通过热处理工艺，可以在材料表面形成一层致密 的氧化膜或氮化膜，提高材料的耐磨性和耐腐蚀 性。
机械工程材料
机械工程材料机械工程材料是指用于机械制造和工程结构中的材料，它们具有特定的力学性能、物理性能、化学性能和加工性能。
机械工程材料的选择对于机械设计和制造具有至关重要的意义，它直接影响着机械产品的性能、质量和使用寿命。
在机械工程中，常用的材料包括金属材料、塑料材料、陶瓷材料和复合材料等。
金属材料是机械工程中最常用的材料之一，它具有优良的导热性、导电性和可塑性，适用于制造各种零部件和结构件。
常见的金属材料包括钢、铝、铜、铁等。
钢是一种铁碳合金，具有较高的强度和硬度，广泛应用于制造机械零部件和工程结构。
铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制造航空器和汽车等轻型结构。
铜具有良好的导电性和导热性，常用于制造电气设备和散热器等。
铁是一种重要的结构材料，广泛应用于桥梁、建筑和机械设备中。
塑料材料是一类轻质、耐腐蚀、绝缘性能良好的材料，适用于制造各种零部件和外壳。
常见的塑料材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
聚乙烯具有良好的耐磨性和耐冲击性，适用于制造容器和管道等。
聚丙烯具有良好的耐腐蚀性和耐热性，适用于制造化工设备和食品包装等。
聚氯乙烯具有良好的绝缘性能和耐候性，适用于制造电线电缆和建筑材料等。
聚苯乙烯具有良好的隔热性和吸音性，适用于制造保温材料和包装材料等。
陶瓷材料是一类硬度高、耐磨性好、耐高温的材料，适用于制造耐磨零部件和耐火结构。
常见的陶瓷材料包括氧化铝、氮化硅、碳化硅等。
氧化铝具有优良的耐磨性和耐腐蚀性，适用于制造磨料和耐火材料等。
氮化硅具有优良的耐磨性和高温强度，适用于制造刀具和轴承等。
碳化硅具有优良的耐磨性和高温强度，适用于制造耐磨零部件和陶瓷刀具等。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有优良的综合性能，适用于制造高性能的结构件和零部件。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维复合材料、金属基复合材料等。
玻璃钢具有优良的耐腐蚀性和抗冲击性，适用于制造化工设备和船舶等。
碳纤维复合材料具有优良的强度和刚度，适用于制造航空器和汽车等轻型结构。
机械工程常用材料及其工程性能概述
2）洛氏硬度
洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行的，是用 一个顶角为120°的金刚石圆锥，或直径为1.5875mm的淬 火钢球为压头，在一定载荷下压入被测金属材料表面，根 据压痕深度来确定硬度值。压痕深度越小，硬度值越高， 材料越硬。
2.5 疲劳强度
金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为 疲劳强度。疲劳极限用符号σ-1表示。
5）碳素工具钢 以“T+材料所含碳的千分比” 进行命名，如T9表示 碳的平均质量分数为0.90%的碳素工具钢。
2）球墨铸铁
铁液经球化处理和孕育处理，使石墨全部或大部分呈球 状的铸铁称为球墨铸铁。
球墨铸铁常用于制造载荷较大且受磨损和冲击作用的重 要零件，如汽车、拖拉机的曲轴，连杆和机床的蜗杆、蜗轮 等。
球墨铸铁常用的热处理方式有退火、正火、调质及等温 淬火。
以“QT+材料抗拉强度”表示牌号如QT400表示球墨 铸铁，其最低抗拉强度为400MPa。
第四章 机械工程常用材料及其工程性能
§4－1 概述 §4－2 金属材料的机械性能 §4－3 常用工程材料 §4－4 金属材料的热处理与表面精饰
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他 产品的那些物质。
机械工程材料是用于机械制造的材料，其主要包括金 属材料和非金属材料两大类。
§4－2 金属材料的机械性能
b）按分类: 普 通 钢:ωS≤0.050%，ωP≤0.045%。 优 质 钢:ωS≤0.035%，ωP≤0.035%。 高级优质钢:ωS≤0.025%，ωP≤0.025%。
c）根据钢的用途分类: 碳素结构钢:其ωC<0.70% 碳素工具钢:其ωC≥0.70% 碳素铸钢:主要用于制作形状复杂、难以锻造成形的
3.1.2 碳素钢
机械工程中材料选择与性能分析
机械工程中材料选择与性能分析机械工程中，材料选择与性能分析是一个至关重要的领域。
在设计和制造机械设备时，选择合适的材料不仅可以提高产品的性能和寿命，还可以降低成本和维护的难度。
本文将探讨机械工程中材料选择的重要性以及如何进行性能分析。
一、材料选择的重要性在机械工程中，机器的材料选择直接影响机器设备的性能和可靠性。
不同材料具有不同的特性和性能，而这些特性和性能将决定着机器的质量和使用寿命。
首先，机械设备往往需要承受极高的压力和重负荷。
在这种情况下，选择高强度和耐磨损的材料是十分关键的。
常见的高强度材料包括钢、铝合金和钛合金等。
这些材料具有良好的强度和刚性，可以承受大量的力和振动，从而保证机械设备的稳定性和可靠性。
其次，机械设备常常需要在恶劣的工作环境下运行，如高温、低温、湿润或腐蚀性环境。
因此，在选择材料时，对其耐蚀性和耐温性的要求也是至关重要的。
在这种情况下，不锈钢和镍基合金等耐腐蚀材料成为了首选。
这些材料不仅可以抵抗腐蚀和氧化，还具有出色的耐高温性能，能够在极端环境下长时间稳定运行。
另外，对于某些特殊领域的机械设备，如航空航天、汽车和船舶等，轻量化和高强度的要求更为突出。
因此，在选择材料时需要考虑其密度和比强度等因素。
例如，碳纤维复合材料由于其高强度、低密度的特点，成为了轻量化设计的首选材料。
通过使用这种材料，可以大幅度降低设备的重量和能耗，提高其综合性能。
综上所述，选择合适的材料至关重要。
合理的材料选择可以提高机械设备的性能，延长其使用寿命，减少维护和更换的成本，从而提高生产效率和经济效益。
二、材料性能的分析方法在材料选择过程中，对不同材料的性能进行分析是一个必不可少的环节。
通过对材料的分析，可以了解其力学性能、物理性能、化学性能等关键指标，从而选择最适合的材料。
首先，力学性能是材料选择中最重要的指标之一。
力学性能包括强度、韧性、硬度、刚度等方面。
强度是材料抵抗外部载荷的能力，而韧性是材料在受力作用下发生塑性变形之前的能量吸收能力。
机械工程中常用的材料及其特性分析
机械工程中常用的材料及其特性分析机械工程是应用物理学和材料科学的领域，其中涉及到广泛的材料选择。
在机械工程中，材料的选择和使用对于提高产品性能和延长寿命至关重要。
本文将分析机械工程中常用的几种材料及其特性。
1. 金属材料金属材料是机械工程中最常见的材料之一。
金属具有良好的导电性、热传导性和可塑性。
常用的金属材料包括钢、铝、铜和铁等。
- 钢：钢具有强度高、硬度大的特点，同时具有较好的塑性。
它被广泛应用于制造机械零件和结构件。
- 铝：铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制造轻型结构和航空航天器件。
- 铜：铜具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电子设备和导线等领域。
- 铁：铁是常见的结构材料，具有良好的韧性和可塑性。
2. 塑料材料塑料是一种具有可塑性、耐腐蚀性和绝缘性的高分子化合物。
它们在机械工程领域中得到了广泛应用。
- 聚乙烯（PE）：聚乙烯具有较高的强度和良好的耐化学性，常用于制造管道、储罐和塑料零件等。
- 聚丙烯（PP）：聚丙烯是一种具有良好耐腐蚀性和高韧性的材料，常用于汽车零部件和容器等领域。
- 聚氯乙烯（PVC）：聚氯乙烯是一种广泛使用的塑料材料，它具有优异的耐化学性和电绝缘性能，常用于制造管道、电线等。
- 聚苯乙烯（PS）：聚苯乙烯具有低成本、良好的耐冲击性和绝缘性能，在包装和电子器件等领域有广泛应用。
3. 纤维材料纤维材料是由纤维形状的颗粒组成的材料，常用于机械工程领域的结构件和强度要求较高的零件。
- 碳纤维：碳纤维具有极高的强度和刚度，同时重量很轻，被广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
- 玻璃纤维：玻璃纤维具有优异的强度、耐腐蚀性和绝缘性能，在船舶、风力发电和建筑等领域有广泛应用。
- 聚酰胺纤维（ARAMID）：聚酰胺纤维具有很高的强度和耐热性，广泛用于防弹材料、绳索和高温隔热材料等。
4. 陶瓷材料陶瓷材料是一类脆性材料，具有良好的耐磨、耐高温和绝缘性能。
在机械工程中，陶瓷材料主要用于制造轴承、绝缘体和切削工具等。
机械工程材料材料性能
机械工程材料材料性能概述机械工程材料是用于制造机械零件和设备的材料。
材料性能是评估材料适用性的重要指标。
本文将介绍机械工程材料的材料性能，并深入讨论材料性能的几个关键方面。
强度和硬度强度是机械工程材料的一个重要性能指标，它表示材料抵抗外力的能力。
强度通常通过材料的屈服强度、抗拉强度和抗压强度来衡量。
屈服强度是材料在受力过程中开始发生可观变形的应力值，抗拉强度是材料在拉伸力下能承受的最大应力值，而抗压强度则是材料在受压力下能承受的最大应力值。
硬度是材料抵抗表面划伤或穿透的能力。
硬度测量可以使用各种硬度测试方法，例如洛氏硬度测试、布氏硬度测试和维氏硬度测试。
机械工程材料的强度和硬度取决于它们的化学成分、晶体结构和加工工艺。
通常情况下，高碳钢和合金钢具有较高的强度和硬度，而铝合金和镁合金则具有较低的强度和硬度。
韧性和脆性韧性是材料抵抗断裂的能力，也是衡量材料耐冲击性、耐疲劳性和耐剪切性的重要指标。
韧性较高的材料能够吸收大量的能量才发生破坏，而韧性较低的材料则容易发生断裂。
脆性是材料容易发生断裂的性质。
脆性材料在受到应力时会发生迅速且不可逆转的断裂，而韧性材料则会在受到应力时发生局部变形，使材料产生可逆的形变。
韧性和脆性之间有一个材料特性称为冷脆性。
冷脆性是指材料在低温下变得更加脆性的能力。
某些材料在低温下会变得非常脆弱，容易发生断裂。
疲劳性疲劳性是指材料在交替或反复加载下产生破坏的能力。
疲劳破坏是机械工程材料最常见的失效方式之一。
当材料受到交替或反复加载时，它会累积微小的应力和变形，最终导致疲劳破坏。
疲劳性能包括疲劳寿命和疲劳极限。
疲劳寿命是指材料承受一定载荷下的循环加载次数，达到失效的循环次数。
疲劳极限是指材料在无限次循环加载下能承受的最大应力水平。
机械工程材料的疲劳性能和寿命可以通过疲劳试验来评估和预测。
疲劳试验通常会在不同应力水平下进行，以确定材料的疲劳曲线和SN曲线。
耐腐蚀性耐腐蚀性是机械工程材料抵抗化学物质和环境侵蚀的能力。
机械工程材料的定义和分类
机械工程材料的定义和分类机械工程材料是指用于机械工程中作为结构、部件的材料，包括金属材料、非金属材料和复合材料等。
材料的选择对于机械设计的性能、成本、制造和使用寿命都有着重要影响。
一、金属材料金属材料指化学成分中含金属元素为主的材料。
金属材料具有高强度、高导热性、良好的可塑性和成型性等特点。
金属材料常用于机械零部件、结构、传动设备等方面。
1.1 铁类材料铁类材料包括钢、铸铁和铸钢等。
钢是含碳量少于2%的铁碳合金，钢的强度高、可塑性好、韧性良好、耐腐蚀性能好，并且可以通过各种热处理方法改变其物理和机械性能。
铸铁是含碳量大于2%的铁碳合金，铸铁表面硬度高，但脆性较大；铸钢是通过铸造方法制得的一种合金钢，具有钢的特点，但铸造时有些铸钢可能存在缺陷，影响材料的强度和韧性。
1.2 铜类材料铜类材料常用于导电、导热、紫铜管道、合金制品等方面。
铜的优点包括良好的导电性和导热性、良好的可塑性和成型性，以及优良的耐腐蚀性。
铜合金的强度和硬度比铜高，可以提高材料的使用寿命。
1.3 铝类材料铝类材料具有轻质、良好的耐腐蚀性、良好的导热性和良好的成型性等优点，常用于航空、汽车制造和建筑业等方面。
铝类材料包括纯铝、铝合金、铝镁合金等，铝合金的强度和硬度比纯铝高，而铝镁合金还具有良好的抗腐蚀性。
1.4 钛类材料钛类材料具有极高的强度、硬度和耐腐蚀性，并且比铜、铝和钢轻，常用于高要求的工业应用中，如航空、航天和汽车制造等领域。
二、非金属材料非金属材料指化学成分中除金属元素外的所有固态材料，包括塑料、橡胶、陶瓷、玻璃和石材等。
2.1 塑料塑料是一种由高分子化合物制成的有机聚合物，具有良好的耐腐蚀性、绝缘性和成型性，常用于制造容器、管道、电缆保护管等。
2.2 橡胶橡胶是一种由高分子化合物制成的弹性材料，具有良好的弹性和耐磨性等特点，常用于密封件、振动器、轮胎和橡胶输送带等方面。
2.3 陶瓷陶瓷是一种由无机非金属材料制成的材料，具有高强度、硬度和耐磨性等特点，常用于电子器件、瓷器、建筑材料等领域。
常见机械工程材料性能及应用
退火,硬度≤197HB 淬火,硬度≥62HRC
密度：7.93g/cm3 拉伸强度：≥520MPa 弯曲强度：≥205MPa 伸长率 δ5 (%)≥40 硬度：≤187HB
材料特性
具有较高的强度和较好的切削加工性， 经适当的热处理以后可获得一定的韧性 、塑性和耐磨性，材料来源方便
良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机 械特性，良好的加工性能和可焊性
应用
用途
广泛用于机械制造，机械性能很好
型钢，钢板，螺栓
齿轮，曲轴
主要用于较小尺寸的弹簧，如调压调速 弹簧、测力弹簧、一般机械上的圆、方 螺旋弹簧或拉成钢丝作小型机械上的弹 簧 主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套 、车床床身等承受压力及振动部件 适于对强度要求较高的零件， 如柴油 机和汽油机的曲轴、凸轮轴、部分磨床 、铣床、车床的主轴等 应用于要求有一定强度和抗蚀性高的各 种工业结构件，如制造卡车、塔式建筑 、船舶、电车、铁道车辆、家具
序号
1 2 3 4 5 6 7 8
11
材料
45# Q235A 40Cr 65Mn HT200 QT700 铝合金6061
T10ห้องสมุดไป่ตู้
304不锈钢
常见非金属材料性能及应用
物理性能及机械性能
密度：7.85g/cm3 抗拉强度：600Mpa 屈服强度：355Mpa 热轧钢：≤229HB C：0.45% 密度：7.85g/cm3 抗拉强度：370～500Mpa C ：≤0.22% 抗拉强度：≥980Mpa 屈服强度：≥785Mpa 退火态，硬度≤207HBS 抗拉强度：≥980Mpa 屈服强度：≥785Mpa 热轧硬度：240~270HB 热处理硬度：38~60HRC ø30试样的最低抗拉强度 200MPa 材料硬度：163~255HB 抗拉强度：≥700Mpa 屈服强度：≥420Mpa 热轧硬度：225～305HB
机械行业-工程材料机械性能 精品
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§6 材料的工艺性能
材料的工艺性能：本课程则主要解决 材料本身与其工艺性能的关系，主要加工 工艺性能是： 一．铸造性能 二．锻造性能 三．焊接性能 四．切削加工性能 五．热处理性能
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课后作业： 1、解释概念：
b 、 s 、 E、HRC、、 、 αKU 2、将钟表发条拉成一直线后，将力释放， 钟表发条可能发生什么变形？
（一）密度 （二）热学性能
⒈ 熔点；⒉ 热容；⒊ 热膨胀；⒋ 热传导 （三）电学性能
⒈ 电阻率ρ ；⒉ 电阻温度系数；⒊ 介电性 （四）磁学性能
⒈ 磁导率μ；⒉ 饱和磁化强度Ms和磁矫顽力Ｈc
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§5 材料的物理化学性能
化学性能： 材料在生产、加工和使用时，均会与环
境介质发生化学反应，从而使其性能恶化 或功能丧失。
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§2 动载时材料的力学性 能
冲击韧度（αKU）试验
14
§2 动载时材料的力学性 能
αKU＝A/F A=(GH1-GH2)×9.8
J/cm2
其中：αKU （J/cm2） H（m） A（m2） G（kg）
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§2 动载时材料的力学性能
钢铁材料：107次
1
非铁合金：108次
2 n -1
N1 N2 Nn
HB 0.102 2P(N)
D(D- D2 - d2 )
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§1静载时材料的力学性能
9
§1静载时材料的力学性能
洛氏硬度试验
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其它硬度
§1静载时材料的力学性能
①维氏硬度HV 主要用于薄工件或薄表面硬化层
的 硬 度 测 试 ， 参 照 GB4340-84《 金 属维氏硬度试验方法》进行。
工程材料及机械制造基础
工程材料及机械制造基础工程材料及机械制造基础是机械制造领域的核心知识，它包括了工程材料的基础知识以及机械制造方面的相关技术。
工程材料的选择和机械制造的工艺直接影响着机械产品的质量和性能。
因此，掌握工程材料及机械制造基础知识对于机械相关专业的学生来说至关重要。
本文将介绍工程材料及机械制造基础的一些重要知识点，供读者参考和学习。
一、工程材料工程材料是指在机械制造、建筑、化工、航空航天等工程领域中使用的材料。
工程材料的种类很多，涵盖了金属材料、非金属材料和复合材料等多种类型。
其中，金属材料是最常用的一种工程材料，由于其在强度、重量比等方面的优势，在机械制造行业中被广泛应用。
1. 金属材料金属材料是机械制造中最基础、最重要的材料之一。
金属材料的强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能决定了机械产品的使用寿命和性能。
常用的金属材料有铁、钢、铜、铝、锌、镁、钛等。
其中，铁和钢是最常用的材料，它们在制造汽车、火车、船舶、建筑等方面有着广泛的应用。
2. 非金属材料非金属材料是指不包含金属元素的材料，如陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等。
这些材料常被用于制造密封件、冷却系统、耐高温、耐低温、耐腐蚀等零部件。
非金属材料通常具有轻便、耐磨、耐腐蚀等特点。
3. 复合材料复合材料是由两种或两种以上材料组合而成的材料，具有单一材料所不具备的性能。
复合材料常用于制造高强度、高硬度、高温耐性、耐腐蚀、轻便等零部件。
常见的复合材料有碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料等。
二、机械制造机械制造是制造机器和设备的生产过程，它包括了机械零部件的加工技术、机械产品的设计和制造等方面。
机械制造在现代工业中发挥着至关重要的作用。
下面将介绍机械制造中的一些常见工艺和技术。
1. 压力加工压力加工是指通过施加力量使材料发生形变和变形的加工过程，包括了锻造、拉伸、挤压、压缩等多种工艺。
压力加工能够提高材料的韧性和强度，契合精度提高，可用于制造齿轮、轴等机械零部件。
2. 切削加工切削加工是指通过旋转或移动刀具来削除工件材料的加工工艺。
机械工程材料性能
机械工程材料性能机械工程材料的性能是衡量其质量和可靠性的重要指标之一。
材料的性能直接影响到机械部件的耐久性、强度、刚度以及其它功能特性。
本文将探讨几种常见的机械工程材料的性能特点。
1. 金属材料性能金属材料是机械工程中最常用的材料之一。
金属的力学性能取决于其晶体结构和原子间的结合方式。
其中，强度是衡量金属材料机械性能的重要指标之一。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度和断裂强度等。
此外，硬度、韧性、延展性、疲劳强度和冲击强度等也是评估金属材料性能的关键因素。
2. 高分子材料性能高分子材料是指由大量分子聚合形成的材料，比如塑料和橡胶。
高分子材料具有低密度、良好的可加工性和优异的电绝缘性能等特点。
然而，高分子材料的机械性能较差，其强度和硬度通常较低。
对于特定的应用，可以采用改性材料或增强材料来提高高分子材料的性能。
3. 陶瓷材料性能陶瓷材料通常具有高硬度、高熔点和良好的耐磨性。
然而，陶瓷材料的韧性和抗冲击性较差。
陶瓷材料主要应用于高温、高压和摩擦磨损严重的环境中，比如航空航天领域和化学工业。
4. 复合材料性能复合材料是指由两种或以上的材料相互组合形成新材料。
复合材料的性能综合了各种组成材料的优点，同时弥补其缺点。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料等。
纤维增强复合材料通常具有高强度、高模量和低密度的特点，广泛用于航空、汽车和体育器材等领域。
总结：机械工程材料的性能是衡量其质量和可靠性的重要指标。
金属材料具有良好的力学性能；高分子材料具有良好的可加工性和电绝缘性能；陶瓷材料具有高耐磨性和高温特性；复合材料综合了不同材料的优点。
了解不同材料的性能特点，有助于选择合适的材料用于机械工程领域，提高机械部件的可靠性和性能。
机械常用的材料
材质1、A2-70”是不锈钢螺栓、螺钉、螺柱和螺母的性能标记，“-”前的“A2”表示的是材料组别，即奥氏体钢第二组A2，“-”后的数字部分“70”表示产品的性能等级，其数字为公称抗拉强度的1/10，即，此产品的性能抗拉强度为700N/（mm*mm)。
2、8.8级螺栓的含义是螺栓强度等级标记代号由“•”隔开的两部分数字组成。
标记代号中“•”前数字部分的含义表示公称抗拉强度，碳钢：公制螺栓机械性能等级可分为：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8 、13.58.8级螺栓的前一个8的含义是每平方毫米的抗拉强度是800牛也就是80公斤的拉力，后一个八的意思是8.8级产品的屈服点为6400N/mm2。
3、65Mn、锰提高淬透性，φ12mm的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。
用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。
有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。
为了满足上述性能要求，弹簧钢具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)、精确的外形和尺寸。
65Mn 钢板强度、硬度、弹性和淬透性均比65号钢高，具有过热敏感性和回火脆性倾向，水淬有形成裂纹倾向。
退火态可切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差。
受中等载荷的板弹簧，直径达7-20mm的螺旋弹簧及弹簧垫圈.弹簧环。
高耐磨性零件，如磨床主轴，弹簧卡头。
精密机床丝杆。
切刀。
螺旋辊子轴承上的套环。
铁道钢轨等。
4、HT200材料名称：灰铁200 指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁。
抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。
机械工程材料基本知识
任何机械零件或者工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。
如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。
这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或者不破坏的能力。
这种能力就是材料的力学性能。
金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。
1.1.1 强度强度是指金属材料在静载荷作用下反抗变形和断裂的能力。
强度指标普通用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为σ，单位为MPa。
工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或者开始浮现塑性变形时的最低应力值，用表示。
抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力σs值，表示。
用σb对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。
1.1.2 塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。
伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号6 表示。
断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。
伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。
良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生蓦地脆断的必要条件。
1.1.3 硬度硬度是指材料表面反抗比它更硬的物体压入的能力。
硬度的测试方法不少，生产中常用的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏硬度试验方法两种。
(一)布氏硬度试验法布氏硬度试验法是用向来径为D 的淬火钢球或者硬质合金球作为压头，在载荷P 的作用下压入被测试金属表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径d，以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测金属的布氏硬度值。
机械基础：第03章机械工程材料
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
3.碳素工具钢 由于碳素结构钢要求高硬度和高耐磨性，故工具钢含碳质量分数都在0.7%以上，都是优 质钢和高级优质钢。 牌号：以汉语拼音字母“T”后面加阿拉伯数字表示，其数字表示钢中平均含碳质量分数 的 千分之几。 例如T8表示含碳质量分数为0.80%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后 面标以字母A，如T12A表示平均含碳质量分数为1.20%的高级优质碳素工具钢 。 用途：主要用于制造刃具、模具、量具以及其他工具
12 高合金钢 合金元素总含量＞10%
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.2 合金钢
2.合金结构钢 合金结构钢按用途可分为：低合金结构钢和机械制造用钢两大类。 （1）合金结构钢牌号表示方法： 合金结构钢的牌号采用两位数字（表示平均含碳质量分数万分之几）+元素符号（表示钢中 含有主要合金元素）+数字（表示合金元素含量，凡合金元素含量＜1.5%时不标出；如果平 均含量为1.5～2.5%时，则标为2；如果平均含量为2.5～3.5%时标为3；以此类推）。 （2）低合金结构钢 低合金结构钢虽然是一种低碳、低合金的钢，但具有高的屈服强度和良好的塑性和韧性，具 有良好的焊接性和一定的耐蚀性，因此广泛用于桥梁、船舶、车辆等领域。
普通碳素钢 Ws≤0.035%，Wp≤0.035%
优质钢
Ws≤0.030%，Wp≤0.030%
7
高级优质钢 Ws≤0.020%，Wp≤0.025%
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
碳素钢：含碳质量分数小于2.11%而不含有特意加入合金元素的钢，称为碳素钢。 1.碳素钢的分类
机械工程材料
机械工程材料机械工程材料是指用于制造机械和设备的材料。
它们具有特定的物理、化学和机械性能，能够承受各种负荷和环境的影响，并满足设计和制造要求。
机械工程材料主要包括金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料是机械工程中最常用的材料之一。
常见的金属材料有钢、铁、铝、铜、镁等。
金属材料具有良好的导电、导热和强度特性，适用于制造结构件和传动件等机械零件。
不同种类的金属材料具有不同的力学性能和耐腐蚀性，可以根据不同的应用要求选择合适的金属材料。
非金属材料主要包括塑料、橡胶、陶瓷等。
塑料具有轻质、耐腐蚀、可塑性好等特点，适用于制造机械外壳、密封件等部件。
橡胶具有弹性好、抗老化和耐磨损等特性，常用于制造密封件和弹性元件。
陶瓷具有高强度、高硬度和耐高温等特点，适用于制造高温部件和摩擦材料。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组成的材料。
常见的复合材料有纤维增强复合材料和金属基复合材料等。
纤维增强复合材料由纤维和基体材料组成，具有轻质、高强度和良好的抗冲击性能。
金属基复合材料由金属基体和强化相组成，具有高强度、高温抗氧化性和耐热疲劳性能。
复合材料广泛应用于航空、航天、汽车和船舶等领域。
机械工程材料在机械制造过程中起着至关重要的作用。
合适的材料选择可以提高机械的耐磨、抗腐蚀和抗冲击性能，延长使用寿命，降低维修成本。
因此，在机械设计和制造时，需要根据具体的工作条件和要求选择合适的材料，并进行必要的表面处理和热处理，确保材料的性能和可靠性。
总之，机械工程材料是机械制造中不可或缺的重要组成部分。
通过合理的材料选择和处理，可以提高机械的性能和可靠性，满足不同场合下的使用需求。
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3）普通碳素结构钢 以“Q+材料屈服极限的平均值”作为牌号，如Q235 ，表示σS≥235MPa的普通碳素结构钢。常用于制造结构 件以及其他载荷不大的构建。
4）优质碳素结构钢 以“材料所含碳的万分比”进行命名，如45钢，表示 碳的平均质量分数为0.45%的优质碳素钢，含碳量较低时 其延展性强常用于制造冲压件，含碳量较高时常用于制造 较重要零部件。
机器和很多零件，受到随时间作周期性变化的应力作 用，这种应力称为交变应力。构件在交变应力作用下的破 坏称为疲劳破坏。
当应力循环次数达到106～107次时材料不出现损坏， 则认为材料不会出现疲劳损坏。
疲劳断口
特点为:破坏时构件内的最大应力远低于强度极限，甚 至低于屈服极限；破坏前没有明显的塑性变形；破坏断口 表面明显分成光滑区及粗糙区。
①铝硅铸造铝合金（俗称硅铝明）:铸造性能较好，但 铸造组织粗大，在浇注时应进行变质处理细化晶粒，以提高 其力学性能；
②铝铜铸造铝合金:具有较好的高温性能，但铸造性和 抗蚀性较差，而且密度大，主要用于制造要求高强度或在高 温条件下工作的零件；
③铝镁铸造铝合金:具有较高的强度和良好的耐腐蚀性 能，密度小，铸造性能差，主要用于制造在腐蚀性介质中 工作的零件；
2）黄铜:是以锌为主要合金元素的铜合金，因 其颜色呈黄色，故称黄铜 ①普通黄铜:当铜中加入锌时所组成的合金称为普通黄 铜. ②特殊黄铜:在普通黄铜中加入铅、铝、硅、锡等元素 所组成合金称为特殊黄铜
3）青铜:是指黄铜和白铜以外的所有铜合金 ①锡青铜:以锡为主加元素的铜合金。锡青铜分为压力 加工锡青铜和铸造青铜 ②特殊青铜:特殊青铜有铍青铜、铝青铜
3）焊接性
焊接性是指在一定的焊接工艺条件下金属材料获得优良 焊接接头的难易程度。
4）切削加工性及热处理性能 切削加工性是指金属材料被切削加工的难易程度。切削 加工性好的金属材料，加工时刀具不易磨损，加工表面的粗 糙度较小。
热处理性能包括淬透性、淬硬性、过热敏感性、变形开 裂倾向、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向等（将在钢的热处理 中详细论述）
刚玉主要成分是Al2O3。其硬度仅次于金刚石。 由于刚玉具有优良的高温性质及机械强度等性能，因而 被广泛应用到了冶金、机械、化工、电子、航空和国防等众 多工业领域。
刚玉的主要用途如下：
①由于刚玉有耐高温、耐腐蚀、高强度等性能，故常用 于制作用于冶炼稀贵金属、特种合金、高纯金属的坩埚及器 皿，用做浇钢滑动水口，各种高温炉窑的内衬（墙和管）， 理化器皿、火花塞、耐热抗氧化涂层；
工艺性能是指金属材料所具有的能够适应各种加工工 艺要求的能力，它标志着制成成品的难易程度，包括铸造 性、锻造性、焊接性、切削加工性等。
1）铸造性 铸造性是指金属在铸造生产中表现出的工艺性能，包 括液态流动性、吸气性，冷却时的收缩性和偏析性等。
2）锻造性 锻造性是指金属材料锻造时的难易程度。锻造性好， 表明该金属易锻造成形。
2）橡胶的性能 橡胶是绝缘体，不容易导电，但如果沾水或不同的温度 的话，有可能变成导体。 橡胶在制造过程中可以通过加入不同添加剂获得不同的 性能。
3.3.3 人工合成矿物
由人工合成，而各方面特性均与天然产出的矿物相同或 密切相似的产物称为人工合成矿物，如人造金刚石﹑人造宝 石、人造水晶等。
1）人造宝石（人造刚玉）
§4－3 常用的工程材料
工程材料可以分为金属材料和非金属材料，非金属材 料又分为高分子材料和无机材料。
3.1 黑色金属
3.1.1 铸铁
是指含碳量大于2.11%的铁碳合金，并且含有较多的硅 、锰、硫、磷等元素。
1）灰铸铁 在灰铸铁中碳主要以石墨形式存在，其断口呈暗灰色， 故称灰铸铁。以“HT+材料抗拉强度”表示牌号，如HT150 。 常用于制造形状复杂而力学性能要求不高的工件，承受 压力、要求消振的工件，以及一些耐磨工件。 常用的热处理工艺有去应力退火，消除白口组织的退火 和表面淬火。
5）特殊性能钢
指在空气、水不锈钢属于具有特殊物理、化学性能的 特殊性能钢，它是指在空气、水、弱酸、碱和盐溶液或其 他腐蚀介质中具有高度化学稳定性的合金钢的总称。
6）高速钢
是一种含钨、铬、钒等多种元素的高合金刃具钢，加 入的主要合金元素为钨、钼、钒等，其合金总含量达到 10%～15%。
7）滚动轴承钢
3.2.2 铝及其合金
1）纯铝 纯铝呈银白色，是一种密度仅为2.72g/cm³的轻金属 ，是自然界中储量最为丰富的金属元素，产量仅次于钢铁。
2）铝合金 当纯铝中加入适量的硅、铜、锰、镁、锌等合金元素， 可形成强度较高的铝合金。
（1）变形铝合金 有防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金等。
（2）铸造铝合金 按加入主元素的不同，铸造铝合金主要有铝硅系、铝铜 系、铝镁系及铝锌系四类，其中,铝硅系应用最为广泛。
因此疲劳破坏无明显的预兆，容易造成严重的后果。
2.6 线膨胀系数α
线膨胀系数是指材料温度每升高1℃，零件单位长度 的伸长率。
表4-3是常用材料的线膨胀系数。
2.7 冲击韧性
冲击韧性是指金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的 能力，冲击韧性值用αk表示,αk越大，材料抗冲击能力越强 。
2.8 金属材料的工艺性能
b）合金刃具钢
指主要用于制造金属切削刀具的合金钢，其含碳量一般 在0.8%～1.4%。常用的合金刃具钢有9SiCr、9Mn2V、 Cr2、CrMn、CrWMn和CrW5等。
主要用于制造铰刀、丝锥、板牙等。
c）合金模具钢
是指用于制造冲压、热锻、压铸等成形模具的合金钢。 根据工作条件不同分为冷作模具钢和热作模具钢。
2）洛氏硬度
洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行的，是用 一个顶角为120°的金刚石圆锥，或直径为1.5875mm的淬 火钢球为压头，在一定载荷下压入被测金属材料表面，根 据压痕深度来确定硬度值。压痕深度越小，硬度值越高， 材料越硬。
2.5 疲劳强度
金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为 疲劳强度。疲劳极限用符号σ-1表示。
金属材料在外力作用下所表现出的特性称为机械性 能，包括强度、刚度、塑性、硬度、疲劳强度、冲击韧 性和线膨胀系数等指标。
2.1 强度
强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形和防止出 现断裂的能力。
1）力—伸长曲线 拉伸实验中，依据拉力F与伸长量ΔL之间的关系在直 角坐标系中绘出的曲线称为力—伸长曲线。
2）强度指标
合金结构钢一般各项性能优于相同碳含量的优质碳素钢 ，因此常用于制造载荷复杂的零部件。
4）合金工具钢
以“材料含碳量的千分比+合金元素符号+合金含量的 百分比”表示其牌号，如9SiCr钢，表示碳的含量为0.90% 、硅的含量和铬的含量均小于1.5%的合金工具钢。
a）合金量具钢 指用于制造测量工具（即量具）的合金钢，这类钢具 有高硬度、高耐磨性、高尺寸稳定性。 用于制造高精度的量规和量块。有Cr12、9Mn2V、 CrWMn等。
酚醛塑料（PF）是由酚类和醛类经缩聚反应而制成的树 脂。根据不同性能要求加入各种填料便制成各种酚醛塑料。 常用的酚醛树脂是由苯酚和甲醛为原料制成的。
3.3.2 橡胶
1）橡胶的类型 橡胶分为天然橡胶与合成橡胶二种。 天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工 制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。
2)根据用途分类 合金结构钢:用于制造机械零件和工程结构的钢。 合金工具钢:用于制造各种工具的钢。 特殊性能钢:指具有某种特殊物理和化学性能的钢。
3）合金结构钢
以“材料含碳量的万分比+合金元素符号+合金含量的 百分比”表示其牌号，如60Si2Mn钢，表示碳的含量为 0.60%，含硅量为2%，含锰量小于1.5%的合金结构钢。
2）球墨铸铁
铁液经球化处理和孕育处理，使石墨全部或大部分呈球 状的铸铁称为球墨铸铁。
球墨铸铁常用于制造载荷较大且受磨损和冲击作用的重 要零件，如汽车、拖拉机的曲轴，连杆和机床的蜗杆、蜗轮 等。
球墨铸铁常用的热处理方式有退火、正火、调质及等温 淬火。
以“QT+材料抗拉强度”表示牌号如QT400表示球墨 铸铁，其最低抗拉强度为400MPa。
第四章 机械工程常用材料及其工程性能
§4－1 概述 §4－2 金属材料的机械性能 §4－3 常用工程材料 §4－4 金属材料的热处理与表面精饰
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他 产品的那些物质。
机械工程材料是用于机械制造的材料，其主要包括金 属材料和非金属材料两大类。
§4－2 金属材料的机械性能
5）碳素工具钢 以“T+材料所含碳的千分比” 进行命名，如T9表示 碳的平均质量分数为0.90%的碳素工具钢。
3.1.3 合金钢
特意加入一种或数种合金元素的钢称为合金钢。它比碳 钢具有较高的强度、韧性或具有特殊性能。
1）根据合金元素总质量分数分类 低合金钢:合金元素总质量分数小于5%； 中合金钢:合金元素总质量分数为5%～10%； 高合金钢:合金元素的总质量分数大于10%。
3）热塑性塑料 常用的有聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺 、聚甲醛、聚碳酸酯、聚四氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等。
4）热固性塑料 常用的有环氧塑料和酚醛塑料等
环氧塑料（EP）是由环氧树脂加入固化剂后形成的热固 性塑料。它强度较高，韧性较好，并具有良好的化学稳定性 、绝缘性以及耐热、耐寒性，成形工艺性好。
3.1.2 碳素钢
碳含量小于2.11%的铁碳合金称为碳素钢。
1）杂质对碳素钢性能的影响
a）硅、锰：材料硬度、强度提高。 b）硫：材料热脆性增强。 c）磷：材料冷脆性增强。 D）氢：材料脆性增强。
2）碳素钢的分类
a）根据碳的质量分数分类: 低碳钢：ωC≤0.25%。 中碳钢：0.25%<ωC<0.60%。 高碳钢：ωC≥0.60%。