(完整版)常用机械工程材料基础
机械工程材料基础知识
机械工程材料基础知识1.1金属材料的力学性能任何机械零件或工具，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抵抗变形和断裂的能力。
强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为。
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，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用气表示。
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值，用气表示。
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，用符号少表示。
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，不发生突然脆断的必要条件。
1.1.3硬度硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。
硬度的测试方法很多，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一直径为D的淬火钢球或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也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。
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随着工业化进程的加快，机械制造产业成为了产业结构调整和经济转型的重要部分。
而机械制造又离不开工程材料的选用和应用，因此，熟悉工程材料及机械制造基础知识，对机械制造从业者至关重要。
一、工程材料1. 金属材料金属材料是指以金属元素或其合金为主要成分和基体组成的材料。
金属材料具有导电性好、热导率高、强度高、耐磨损、耐腐蚀等特点，因此在机械制造中被广泛应用。
常用金属材料有钢、铜、铝、镁、锌等。
2. 非金属材料非金属材料是指一类不含金属或含金属量较低的材料。
常用的有陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
其中，陶瓷材料通常用于高温炉具和电子产品；高分子材料适用于制作塑料制品、橡胶制品和纺织品等；复合材料在航空、航天、汽车等领域有广泛应用。
二、机械制造基础1. 机械制造方法常见的机械制造方法有车、铣、钻、刨、磨、冲压、焊接、锻造等。
各种机械制造方法的应用根据具体工艺之间的关系进行设计和选择。
2. 机械制造技术机械制造技术是指制造加工过程中使用的各种技术和方法，包括材料加工技术、生产加工技术、制造技术等。
其中，材料加工技术包括金属材料的锻造、挤压、模锻等方法，非金属材料的成型、压缩、挤压、拉伸等方法；生产加工技术包括车床加工、铣床加工、磨床加工等；制造技术则包括设计、加工、质量控制等。
3. 机械制造质量控制机械制造质量控制是保证机械制造品质的关键要素。
质量控制主要通过检测、检验等方式实现。
检测是检查组件、零件尺寸、外形、材料、硬度等，以记录分析；检验是通过材料检验、件检验、总体检验等方式，按照规定质量要求，分析原因，以实现优质机械制造。
三、结语工程材料和机械制造基础是机械制造产业不可或缺的组成部分，掌握了这些基础知识，能够实现从材料的选择、到机械制造过程中的技术选择、生产、质量控制，以及最终出厂的检查等各个环节的全掌控。
因此，各个从业者在实践中深入理解和应用这些知识，是非常必要的。
机械制造基础常用工程材料
机械制造基础常用工程材料引言在机械制造领域，选择适当的工程材料对产品的质量、性能以及寿命有着至关重要的影响。
机械制造基础常用工程材料包括金属材料、非金属材料以及复合材料等。
本文将对这些常用工程材料进行介绍和分析。
金属材料金属材料是机械制造领域最常用的材料之一。
金属材料通常具有良好的导电性、导热性、可塑性和机械强度等优点。
根据金属材料的组成和性质，可以进一步分为以下几类：1.铁基合金：如铸铁、钢等。
铁基合金具有高强度、耐磨损和耐腐蚀等特点，广泛应用于机械制造中的零件制造和结构件。
2.非铁基合金：如铜合金、铝合金等。
非铁基合金具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性能，适用于需要较高导电性和导热性能的部件制造。
3.非晶态合金：非晶态合金是一种非晶态结构的金属材料。
非晶态合金具有优异的力学性能和化学稳定性，适用于高强度和高稳定性要求的机械部件。
非金属材料除金属材料外，机械制造中还广泛使用了各种非金属材料。
非金属材料具有一些金属材料所不具备的特点，如较低的密度、较高的绝缘性能等。
常见的非金属材料包括：1.塑料：塑料是一种具有可塑性的高分子材料，具有良好的耐磨损性、耐化学腐蚀性和绝缘性能等特点。
塑料在机械制造中被广泛应用于制造零件和外壳等。
2.橡胶：橡胶是一种弹性体材料，具有良好的弹性和抗老化性能。
橡胶常用于制造密封件和减震件等。
3.陶瓷：陶瓷是一种脆性材料，具有优异的耐高温和耐磨损性能。
陶瓷常用于制造高温零件和耐磨件等。
复合材料复合材料是由两种或多种不同性质的材料组合而成的新材料。
复合材料具有金属材料、非金属材料和复合材料的优点，并弥补了各种材料的不足之处。
常见的复合材料包括：1.碳纤维复合材料：碳纤维复合材料具有高强度、低密度和良好的抗腐蚀性能，适用于制造高强度和轻量化的结构件。
2.玻璃纤维复合材料：玻璃纤维复合材料具有良好的电绝缘性和机械性能，广泛应用于电器领域和机械制造中。
3.金属基复合材料：金属基复合材料由金属基体和增强相组成，具有高强度、高刚性和良好的耐磨损性，适用于制造高负荷和高速运动零件。
机械基础知识常用题库100道及答案
机械基础知识常用题库100道及答案一、机械原理1. 机器中运动的单元是（）。
A. 零件B. 构件C. 机构D. 部件答案：B。
解析：构件是机器中运动的单元。
2. 平面机构中，两构件通过面接触而构成的运动副称为（）。
A. 低副B. 高副C. 移动副D. 转动副答案：A。
解析：两构件通过面接触而构成的运动副为低副。
3. 平面机构中，两构件通过点或线接触而构成的运动副称为（）。
A. 低副B. 高副C. 移动副D. 转动副答案：B。
解析：两构件通过点或线接触而构成的运动副为高副。
4. 铰链四杆机构中，最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，若取最短杆为机架，则机构为（）。
A. 双曲柄机构B. 曲柄摇杆机构C. 双摇杆机构D. 不确定答案：A。
解析：满足上述条件且取最短杆为机架时为双曲柄机构。
5. 凸轮机构中，凸轮与从动件的接触形式为（）。
A. 高副B. 低副C. 移动副D. 转动副答案：A。
解析：凸轮机构中凸轮与从动件通过点或线接触，为高副。
二、机械设计6. 机械零件设计中，强度准则是指零件中的应力不得超过（）。
A. 许用应力B. 极限应力C. 屈服应力D. 强度极限答案：A。
解析：强度准则要求零件中的应力不得超过许用应力。
7. 在带传动中，带所受的最大应力发生在（）。
A. 紧边进入小带轮处B. 紧边离开小带轮处C. 松边进入大带轮处D. 松边离开大带轮处答案：A。
解析：带传动中最大应力发生在紧边进入小带轮处。
8. 链传动中，链节数最好取为（）。
A. 偶数B. 奇数C. 质数D. 任意数答案：A。
解析：链节数取偶数可避免使用过渡链节，使链条受力均匀。
9. 齿轮传动中，标准直齿圆柱齿轮的压力角为（）。
A. 15°B. 20°C. 25°D. 30°答案：B。
解析：标准直齿圆柱齿轮的压力角为20°。
10. 蜗杆传动中，蜗杆的头数一般为（）。
A. 1、2、4B. 1、2、3C. 1、3、4D. 2、3、4答案：B。
机械基础【完整版】
目录
• 第1章 绪论 • 第2章 杆件的静力分析 • 第3章 直杆的基本变形 • 第4章 工程材料 • 第5章 连接 • 第6章 机构 • 第7章 机械传动
• 第8章 支承零部件 • 第9章 机械的节能环
保与安全防护 • 第10章 机械零件的精度 • 第11章 液压与气压传动
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分析的基本知识, 会判断直杆的基本变形；具备机械 工程常用材料的种类、牌号、性能的基本知识, 会正 确选用材料；熟悉常用机构的结构和特性, 掌握主要 机械零部件的工作原理、结构和特点, 初步掌握其选 用的方法；能够分析和处理一般机械运行中发生的 问题, 具备维护一般机械的能力。具备获取、处理和 表达技术信息, 执行国家标准, 使用技术资料的能力； 能够运用所学知识和技能参加机械小发明、小制作 等实践活动, 尝试对简单机械进行维修和改进；了解 机械的节能环保与安全防护知识, 具备改善润滑、降 低能耗、减小噪声等方面的基本能力；养成自主学 习的习惯, 具备良好的职业道德和职业情感, 提高适 应职业变化的能力。
• 杆件在力作用下处于平衡的问题 • 直杆轴向拉伸与压缩时的应力分析及强度计算, 连
接件的剪切与挤压, 圆轴扭转, 直梁弯曲等 • 选择工程材料 • 键连接、销、螺纹等连接 • 常用的机构、传动 • 轴、滑动轴承、滚动轴承等 • 机械润滑、密封、环保与安全防护等
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1.1 课程的内容、性质、任务和基本要求
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2.1 力的概念与基本性质 • 2.1.2 静力学基本公理 • 公理1（二力平衡公理）
• 作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分 条件是: 这两个力大小相等，方向相反，作用在同一直 线上。
2024版机械基础(全套课件487P)
机械基础(全套课件487P)contents •机械基础概述•机械设计基础知识•机械制造工艺与装备•液压与气压传动技术•机械工程材料及其选用•典型零部件设计计算与校核•现代设计方法在机械设计中的应用目录01机械基础概述机械定义与分类机械定义机械分类机械发展历史及现状发展历史机械的发展经历了古代机械、近代机械和现代机械三个阶段。
古代机械以简单工具和器械为主，近代机械开始引入蒸汽机和电动机等动力源，现代机械则向自动化、智能化方向发展。
现状当前，机械工业已经成为国民经济的重要支柱，涉及领域广泛，包括航空航天、汽车制造、能源化工等。
同时，随着科技的进步，现代机械设计制造水平不断提高，新材料、新工艺和新技术的应用推动了机械工业的发展。
本课程目标与要求课程目标课程要求02机械设计基础知识机械设计基本原则设计方法设计流程030201机械设计基本原则与方法连杆机构凸轮机构齿轮机构蜗杆传动机构常用机构及工作原理液压传动通过液体在密闭系统中的压力传递运动和动力，具有无级调速、易于实现自动化等优点。
利用蜗杆和蜗轮的啮合传递运动和动力，具有大传动比、结构紧凑等优点。
齿轮传动通过齿轮副的啮合传递运动和动力，具有传动效率高、结构紧凑等优点。
带传动通过带与带轮之间的摩擦传递运动和动力，具有结构简单、链传动传动装置类型与特点03机械制造工艺与装备铸造、锻造和焊接工艺铸造工艺锻造工艺焊接工艺切削加工方法及设备车削加工讲解车削的原理、特点及应用，包括车床的种类、结构、性能及选用。
铣削加工介绍铣削的原理、特点及应用，包括铣床的种类、结构、性能及选用。
磨削加工阐述磨削的原理、特点及应用，包括磨床的种类、结构、性能及选用。
介绍电火花加工的原理、特点及应用，包括电火花机床的种类、结构、性能及选用。
电火花加工激光加工超声加工水射流加工详述激光加工的原理、特点及应用，包括激光切割、激光焊接等。
阐述超声加工的原理、特点及应用，包括超声振动切削、超声磨削等。
机械工程材料-第三版 完整版
习题3．比较45钢，T12钢经过不同热处理后硬度值得高低，并说明其原因加热态水冷后硬度45钢 700℃水冷F+P F+P 最软45钢 750℃水冷F+A F+M 较硬45钢 840℃水冷 A M 最硬T12钢 700℃水冷粒状P P 最软T12钢 750℃水冷A+Fe3C粒M+A`+Fe3C粒最硬T12钢 900℃水冷粗大A 粗M+较多A` 较硬习题 6.将含碳量 1.0%，1.2%的碳钢同时加热到780℃进行淬火，淬火后各为什么组织？哪一种钢淬火后的耐磨性更好，为什么？都是M+A`+Fe3粒；T12更好，因为Fe3粒更多。
习题15.T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线如图所示，若该刚在620℃进行等温转变，并经过不同时间保温后，按图示的1、2、3、4线的冷却速度冷至室温，问各获得什么组织？然后再进行中温回火，又获得什么组织？1--M+残A 2--S+T+M+残A 3,4--S1--回M 2--T+回T 3,4--S第六章1.名词解释：加工硬化：由于塑性变形度增加，使金属的强度，硬度提高，而塑性下降的现象叫做加工硬化。
冷变形加工：凡是金属的塑性变形是在再结晶温度下进行的，称为冷变形加工。
在冷变形加工时，必产生加工硬化。
热变形加工：在再结晶温度以上进行的塑性变形则称为热变形加工。
在热变形加工时，产生的加工硬化可以随时被再结晶所消除。
2．简述冷塑性变形对金属性能的影响：金属材料经冷塑性变形后，强度和硬度显著提高，而塑性则很快下降。
变形度越大，性能的变化也越大。
3．为什么重要的零件都用锻造钢制造：通过热变形加工可以使金属铸锭中的气孔和疏松焊合；在温度和压力作用下，原子扩散速度加快，可消除部分偏析；将粗大的柱状晶粒与枝晶变为细小均匀的等轴晶粒；改善夹杂物，碳化物的形态，大小，分布，可以使金属材料致密度提高。
可见，经热塑性变形后，钢的强度，塑性，冲击韧性均较铸态高。
故工程上受力复杂，载荷较大的工件大多数要通过热变形加工来制造。
机械工程材料
三、硬度（第二节金属材料的力学性能） HV维氏硬度—主要用于测定很薄材料和表面薄层硬度。 HS肖氏硬度—肖氏硬度计机体体积较小，携带方便，主要用于测定大而笨重的 工件或大型钢材的硬度。肖氏硬度试验，在工件上基本不留痕迹，适于测定精 密量具的表面硬度。 各种硬度的硬度值之间不存在理论上的换算关系，它们之间不能用来直接比较 材料的硬度高低。 在要求不很精确时使用。 当布氏硬度值在200～600HBS(W)范围时： HRC≈1／10HBS(W) 当布氏硬度值小于450HBS时： HBS≈HV HS≈1／6HBS 硬度指标的测定与其他力学性能指标测定相比较，其试验方法简便、迅速、易 掌握，不需要特殊加工试样，试样可以是大小、厚薄、形状各异的原材料，也 可以是毛坯件或成品零件。 生产中常把硬度指标作为技术条件之一标注在图样中。表1—4所列是一些钢件 的硬度要求
四、冲击韧度（第二节金属材料的力学性能）
金属材料的冲击韧度αk与其化学成分、组织、表面质量
及温度等因素有关。有些材料在常温下，具有较好的韧性， 不显示脆性，但在一定的较低温度下韧性降低，发生向脆性 的转化．显示出脆性。这种脆性转变在工程中很值得注意。
机械工程材料
金属材料
• 黑色金属 • 有色金属
非金属材料 复合材料
第一章 金属材料基础知识
第一节 钢材生产概述 第二节 金属材料的力学性能 第三节 金属的物理、化学性能及工艺性能 复习思考题
第一节钢材生产概述（第一章）
一、钢与生铁 二、钢的分类 三、钢铁材料的生产过程 四、钢材品种
二、塑性（第二节金属材料的力学性能）
二、塑性
是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。塑性也 是通过拉伸试验测定的。表示塑性的指标是：
机械基础(陈长生)03机械工程材料及其选用PPT课件
一、强度和塑性 （1）强度：材料抵抗变形和断裂的能力
比例极限 p
弹性极限 e 屈服点 s 抗拉强度 b
（2）塑性 材料断裂前塑性变形的能力
•伸长率(延伸率) d
l1l10% 0
l
•断面收缩率ψ
AA110% 0
A
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
（1）回火的目的 回火的目的是减少内应力；稳定 组织，使工件形状、尺寸稳定；调整组织，消除脆性，以 获得工件所需要的使用性能。
（2）回火的方法及应用 1）低温回火（150℃～250℃） 回火后的硬度一般为 58～64HRC。低温回火一般用于表面要求高硬度、高耐磨 的工件，如刀具、量具、冷作模具、滚动轴承、渗碳件、 表面淬火件等。 2）中温回火（350℃～500℃） 中温回火后的硬度为 35～50HRC。中温回火一般用于要求弹性高、有足够韧性 的工件，如弹簧、弹性元件及热锻模具等。 3）高温回火（500℃～650℃）（调质） 高温回火后 的硬度一般为220～330HBS。通常将淬火加高温回火相结 合的热处理称为调质处理，调质处理广泛用于汽车、拖拉 机、机床等重要的结构零件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类 。
（2）淬火方法及其应用 为了保证钢淬火后得到马氏体， 同时又防止产生变形和开裂，应选择合适的淬火方法。常 用淬火方法如图3-13所示，图中MS是指马氏体开始转变温 度（约为230oC）。
①单液淬火 ②双液淬火 ③分级淬火 ④等温淬火
3．钢的回火 将淬火钢重新加热到A1以下某一温度 ，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，称为回 火。它是紧接淬火的热处理工序。
2．钢的淬火 淬火是将钢件加热到相变点Ac3或Ac1以 上30～50℃,保温一定时间，然后快速冷却，获得马氏体 （或贝氏体）组织的热处理工艺。淬火是强化钢铁零件最 重要的热处理方法。
机械工程材料电子课件
03 非金属材料
高分子材料
高分子材料定义
高分子材料是由高分子化合物 （单体）聚合而成的一类材料
。
高分子材料的特性
高分子材料具有优良的绝缘性 、耐腐蚀性、质轻、强度高、 加工性能好等特性。
高分子材料的分类
高分子材料按来源分为天然高 分子材料和合成高分子材料， 按应用领域分为塑料、橡胶、 纤维等。
高分子材料的应用
金属材料的热处理
退火
退火是将金属材料加热到一定温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的一种 热处理工艺。退火的主要目的是消除内应力、提高塑性和韧性，常用于铸件和焊 接件的预先热处理。
正火
正火是将金属材料加热到一定温度后保温一段时间，然后快速冷却至室温的一种 热处理工艺。正火的主要目的是细化晶粒、提高机械性能，常用于低碳钢和部分 合金钢的热处理。
高分子材料广泛应用于航空航 天、汽车、电子、建筑等领域
。
陶瓷材料
01
02
03
04
陶瓷材料的定义
陶瓷材料是指以粘土为主要原 料，经高温烧制而成的无机非
金属材料。
陶瓷材料的特性
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨 性、耐腐蚀、耐高温等特性。
陶瓷材料的分类
陶瓷材料按用途可分为结构陶 瓷和功能陶瓷，按组成可分为 氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。
复合材料的应用
复合材料广泛应用于航 空航天、汽车、船舶、
体育器材等领域。
04 新材料技术
新型金属材料
总结词
具有优异性能的金属材料
详细描述
新型金属材料如钛合金、镍基合金等，具有高强度、耐腐 蚀、高温稳定性等优异性能，广泛应用于航空航天、石油 化工、医疗等领域。
总结词
具有特殊功能的金属材料
机械工程常用材料的分类
※ 机械工程常用材料的分类材 料 分 类应 用铸铁灰铸铁低牌号（HT100、HT150）对力学性能无一定要求的零件，如盖、底座、手轮、机床床身等高牌号（HT200～400）承受中等静载的零件，如机身、底座、泵壳、法兰、齿轮、联轴器、飞轮、带轮等可锻铸铁铁素体型（KTH ）承受低、中、高动载荷和静载荷的零件，如差速器壳、犁刀、扳手、支座、弯头等珠光体型（KTZ ） 要求强度和耐磨性较高的零件，如曲轴、凸轮轴齿轮、活塞环、轴套、犁刀等 球墨铸铁 和可锻铸铁基本相同特殊性能铸铁分别用于耐热、耐蚀、耐磨等场合 钢碳素钢低碳钢（碳的质量分数≤0.25％） 铆钉、螺钉、连杆、渗碳零件等 中碳钢（碳的质量分数＞0.25％～ 0.60％） 齿轮、轴、蜗杆、丝杠、联接件等 高碳钢（碳的质量分数＞0.60％） 弹簧、工具、模具等合金钢低合金钢（合金元素总的质量分数≤5％）较重要的钢结构和构件、渗碳零件、压力容器等 中合金钢（合金元素总的质量分数＜5％～10％ 飞机构件、热镦锻模具、冲头等高合金钢（合金元素总的质量分数＞10％） 航空工业蜂窝结构、液体火箭壳体、核动力装置、弹簧等 铸钢普通碳素铸钢 低合金铸钢 机座、箱壳、阀体、曲轴、大齿轮、棘轮等容器、水轮机叶片、水压机工作缸、齿轮、曲轴等特殊用途铸钢分别用于耐蚀、耐热、无磁、电工零件、水轮机叶片、模具等铜合金 铸造铜合金铸造黄铜 铸造青铜 用于轴瓦、衬套、阀体、船舶零件、耐蚀零件、管接头等 用于轴瓦、蜗轮、丝杠螺母、叶轮、管配件等变形铜合金 黄铜青铜用于管、销、铆钉、螺母、垫田、小弹簧、电器零件、耐蚀零件、减摩零件等用于弹簧、轴瓦、蜗轮、螺母、耐磨零件等轴承 合金锡基轴承合金 用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、耐蚀性、韧性、导热性均良好铅基轴承合金用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、导热性均良好，价格较低，但强度、韧性和耐蚀性稍差塑料 热塑性塑料（如聚乙烯、有机玻璃、尼龙等）、热固性塑料（如酚醛塑料、氨基塑料等）用于一般结构零件、减摩件、耐磨零件、传动件、耐腐蚀件、绝缘件、密封件、透明件等橡胶通用橡胶、特种橡胶用于密封件、减振件、防振件、传动带、运输带和软管、绝缘材料、轮胎、胶辊、化工衬里等※ 常用钢铁材料的牌号及力学性能材 料 力 学 性 能试件尺寸／mm 类 别 牌 号 抗拉强度σb／MPa 屈服点σs ／MPa 断后伸长率δ ／％ 碳素结构钢 Q215 Q235 Q275 335~450 375~500 490~630 215 235 275 31 26 20 d ≤16 优质碳素结构钢20 35410 530245 31525 20d ≤2545 65Mn 600735355430169合金结构钢35SiMn40Cr20CrMnTi885980108073578583515910d≤25d≤25d≤15铸钢ZG270—500ZG310—5702703105005701815 d＜100灰铸铁HT150HT200HT250145195240------------壁厚10-20球墨铸铁QT400-15QT5OO-7QT600-34005006002503203701573壁厚30～200※ 钢材常用热处理方法名称操作方法目的应用退火将钢件加热到临界温度（约723°C）以上30～50°C，保温一段时间，然后随炉冷却降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；细化晶粒，改善力学性能；消除冷热加工所产生的内应力适用于碳素钢和合金钢的铸件、锻件和焊接件；一般在毛坯状态下进行退火正火（常化）将钢件加热到临界温度以上30~50°C保温一定时间，然后在空气中冷却，冷却速度比退火快与退火相似用于处理低、中碳钢零件；渗碳零件的预先热处理工序淬火将钢件加热到临界温度以上，保温一定时间，然后在水、盐水或油中快速冷却获得高强度和高硬度，提高耐磨性和耐蚀性适用于碳的质量分数大于0.3％的碳素钢、合金钢；淬火后能发挥钢的强度和耐磨性潜力，但产生很大内应力，降低塑性和韧性，故应回火以得到较好的综合性能回火将淬火后的钢件再加热到临界以下的温度，保温一定时间后，在空气、油或水中冷却按回火温度不同，又分低温回火（150~250°C），中温回火（300~500°C），高温回火（500~650°C）降低或消除淬火后产生的内应力，减少工件变形，提高塑性和韧性；稳定工件尺寸要求硬度55~62HRC，用低温回火；要求硬度35~45HRC，用中温四火；要求硬度23～35HRC用高温回火调质淬火后再进行高温回火改善切削加工性能；减小淬火时的变形；适用于中碳钢和淬透性较好的合金钢；可作为重获得良好的综合力学性能要零件（如轴）的热处理，精密零件的预先热处理时效将钢件加热到120～130℃以下，长时期保温，随炉或在空气中冷却降低或消除淬火后的微观应力和机械加工产生的残余应力稳定工件形状及尺寸※常用金属材料其他数据金属材料熔点、热导率及比热容名称熔点℃热导率W/（m·K）比热容J（kg·K）名称熔点℃热导率W/（m·K）比热容J（kg·K）灰铸铁1200 46.4~92.8 544.3 铝658 203 904.3 铸钢1425 489.9 铅327 34.8 129.5 低碳钢1400~1500 46.4 502.4 锡232 62.6 234.5 黄铜950 92.8 393.6 锌419 110 393.6 青铜995 63.8 385.2 镍1452 59.2 452.2材料线[膨]胀系数材料温度范围(℃)20 20~10 20~200 20~300 20~400 20~600 20~700 20~900 70~1000工程用铜黄铜青铜铸铝合金铝合金碳钢铬钢3Cr131Cr18/Ni9Ti铸铁镍铬合金砖水泥、混凝土胶木、硬橡皮玻璃有机玻璃18.44~24.59.510~1464~7716.6~17.117.817.622.0~24.010.6~12.211.210.216.68.7~11.114.54~11.513017.1~17.218.817.923.4~24.811.3~1311.811.1178.5~11.617.620.918.224.0~25.912.1~13.512.411.617.210.1~12.118.~18.112.9~13.91311.917.511.5~12.718.613.5~14.313.612.317.912.9~13.214.7~1512.818.6 19.317.6常用材料的密度材料名称密度)(33mtcmg材料名称密度)(33mtcmg材料名称密度)(33mtcmg碳钢合金钢球墨铸铁灰铸铁7.8~7.857.97.37.0铅锡镁合金硅钢片11.377.291.747.55~7.8无填料的电木赛璐珞酚醛层压板尼龙61.21.41.3~1.451.4~1.14紫铜黄铜锡青铜无锡青铜碾压磷青铜冷拉青铜工业用铝8.98.4~8.858.7~8.97.5~8.28.88.82.7锡基轴承合金铅基轴承合金胶木板、纤维板玻璃有机玻璃矿物油橡胶石棉板7.34~7.759.33~10.671.3~1.42.4~2.61.18~1.190.921.5~2.0尼龙66尼龙1010纵纤维木材横纤维木材石灰石、花岗石砌砖混凝土1.14~1.151.04~1.060.7~0.90.7~0.92.4~2.61.9~2.31.8~2.45常用材料的弹性模量及泊松比名称弹性模量EGPa切变模量GGPa泊松比μ名称弹性模量EGPa切变模量GGPa泊松比μ灰、白口铸铁球墨铸铁碳钢合金铜铸钢轧制磷青铜轧制锰黄铜115~160151~160200~2202101751151104561818170~8442400.23~0.270.25~0.290.24~0.280.25-0.30.25~0.290.32~0.350.35铸铝青铜硬铝合金冷拔黄铜轧制纯铜轧制锌轧制铝铅1057191~99110846917422735~37403226~3770.250.31~0.420.31~0.340.270.32~0.360.42常用法定计量单位及换算关系量的名称法定计量单位非法定计量单位换算关系名称符号名称符号旋转速度转每分r/min 1r/min=(1/60)r/s长度米m埃英寸Åin1Å=0.1nm=10-10m1in=0.0254m=25.4mm面积平方米m2公亩公顷aha1a=102m21 ha=104m2体积容积立方米升m3L(1)(1=10-3m3)立方英尺英加仑美加仑f t3UkgalUSgal1ft3=0.0283168m3=28.3168dm31Ukgal=4.54609cm31Usgal=3.78541dm3质量千克（公斤）吨Kgt磅长吨（英吨）e bton1e b=0.45359237cm31ton=1016.05kg力重力牛（顿）N达因千克力，（公斤力）吨力dynkgftf1dyn=10-5N1kgf=9.80665N1tf=9.80665×103N压力压强帕（斯卡）pa巴标准大气压毫米汞柱千克力每平方厘米（工程大气压）baratmmmHgkgf/cm2(at)1bar=0.1Mpa=105pa(1pa=1N/m2)1atm=101325pa1mmHg=133.3224pa1kgf/cm2=9.80665×104 pa应力M 千克力每平方毫米Kgf/mm21kgf/mm2=9.80665×106pa 动力粘度帕[斯卡]秒Pa·s 泊P 1P=0。
机械工程材料应用基础
第一章习题与思考题1．常见的金属晶格类型有哪些?试绘图说明其特征。
2．实际金属中有哪些晶体缺陷?晶体缺陷对金属的性能有何影响?3．什么叫过冷现象、过冷度?过冷度与冷却速度有何关系?4．金属的晶粒大小对力学性能有何影响?控制金属晶粒大小的方法有哪些?5．如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：（1）金属型浇注与砂型浇注；（2）浇注温度高与浇注温度低；（3）铸成薄壁件与铸成厚壁件；（4）厚大铸件的表面部分与中心部分；（5）浇注时采用振动与不采用振动。
6．金属铸锭通常由哪几个晶区组成？它们的组织和性能有何特点？7．为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性？8．试计算面心立方晶格的致密度。
9．什么是位错？位错密度的大小对金属强度有何影响？10、晶体在结晶时，晶核形成种类有几种？什么是变质处理？11、解释下列名词：结晶、晶格、晶胞、晶体、晶面、晶向、单晶体、多晶体、晶粒、亚晶粒、点缺陷、面缺陷、线缺陷第二章习题与思考题1．置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？2．间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上区别何在？举例说明之。
3．现有A、B两元素组成如图2.1所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正确？为什么？（1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。
（2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B量总是高于原液相中含B量。
（3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相同，故在平衡状态下固溶体的成分是不均匀的。
图2.1 题3 图4．共晶部分的Mg-Cu相图如图2.2所示：（1）填入各区域的组织组成物和相组成物。
在各区域中是否会有纯Mg相存在？为什么？（2）求出20%Cu合金冷却到500℃、400℃时各相的成分和重量百分比。
（3）画出20%Cu合金自液相冷到室温的却曲线，并注明各阶段的相与相变过程。
机械基础_常用机械工程材料ppt
常用机械工程材料
二、机械工程材料的选择
2.塑料材料的选择
PC聚碳酸酯（防弹胶） 透明性好，耐冲击、耐高温 、价格较贵、疲劳强度低
ABS丙烯腈、丁二烯 和苯乙烯共聚物（不碎胶） 综合机械性能良好、产品尺寸 稳定、有光泽、耐热性较差
常用热塑性 塑料-无定型
PS聚苯乙烯（硬胶） 性脆易裂、透明性好、
价格低
常用机械工程材料
一、机械工程材料的基础知识
3.机械工程材料力学性能的测试指标 ②硬度
有一定硬度的材料才可以进行切削、打磨、抛光加工。
常用机械工程材料
一、机械工程材料的基础知识
3.机械工程材料力学性能的指标 ③韧性
常用一次摆锤冲击弯曲试验、小能量多次冲击试验来测定金属材料 的韧性。大小用冲击韧度来表示。冲击韧度越大，表示材料的韧性越 好。
常用机械工程材料
二、机械工程材料的选择
2.塑料材料的选择
POM聚甲醛(赛钢） 强度很高、高弹性模量和密度
PE聚乙烯 无毒无味、强度较差
常用热塑性 塑料-结晶型
PA聚酰胺(尼龙) 良好的韧性、延伸性和强度
PP聚丙烯(百折胶） 不怕折、耐高温、强度较好
PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯 韧性最好、不耐热、不耐碱
常用机械工程材料
这一章主要内容
1. 机械工程材料的基础知识 2. 机械工程材料的选择 3. 机械工程材料的成型工艺
常用机械工程材料
一、机械工程材料的基础知识
1.机械工程材料的分类
目前世界上的材料已达到40余万种， 后面将重点介绍常用钢材和工程塑料。
常用机械工程材料
一、机械工程材料的基础知识
2.机械工程材料的性能
二、机械工程材料的选择
(完整版)工程材料及材料成型技术基础
§1-1 材料原子(或分子)的相互作用
1、离子键 当正电性金属原子与负电性非金属
原子形成化合物时，通过外层电子的重 新分布和正、负离子间的静电作用而相 互结合，故称这种结合键为离子键。
离子晶体硬度高，强度大，脆性大。 如氯化钠，陶瓷。
18
2、共价键 当两个相同的原子或性质相差不大的
原子相互接近时，它们的原子间不会有电 子转移。此时原子间借共用电子对所产生 的力而结合，这种结合方式称为共价键。
14
3．陶瓷材料 ① 普通陶瓷—主要为硅、铝氧化物的硅酸盐材料. ② 特种陶瓷—高熔点的氧化物、碳化物、氮化物
等烧结材料。 ③ 金属陶瓷—用生产陶瓷的工艺来制取的金属与
碳化物或其它化合物的粉末制品。 4．复合材料 是由两种或两种以上的材料组合而成的材料。 ①按基体相种类分：聚合物基、金属基、 陶瓷基、 石墨基等。 ②按用途分：结构、功能、智能复合材料。
15
本部分重点
1)工程材料的概念
– 制造工程结构和机器零件使用的材料
2)工程材料的分类
• 金属材料
钢铁材料 有色金属及其合金
• 有机高分子材料
塑料 橡胶等
• 陶瓷材料 • 复合材料
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第一章 工程材料的结构与性能
§1-1 材料原子(或分子)的相互作用
当大量原子(或分子)处于聚集状态时， 它们之间以键合方式相互作用。由于组成 不同物质的原子结构各不相同，原子间的 结合键性质和状态存在很大区别。
8
绪论
一、材料的发展史
材料(metals) 是人类用来制作各种产品的物质，是 先于人类存在的，是人类生活和生产的物质基础。 反映人类社会文明的水平。
1 . 石器时代 ：古猿到原始人的漫长进化过程。原料： 燧石和石英石。 2. 新石器时代：原始社会末期开始用火烧制陶器。 3. 青铜器时代：夏(公元前2140年始)以前就开始了 4. 铁器时代：春秋战国时期(公元前770～221年)开始 大量使用铁器
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850 1080
用于表面强度高，心部韧性高的场合，渗 碳、淬火后可获得很高的表面硬度。耐磨 性高。如制造万向节、精密传动螺纹轴等。
用于重载、高强度、大尺寸、高耐磨场合。 可氮化处理。
500 用于高低温、强腐蚀性条件。如船舶等。
轴类零件实例之悬吊型DXR之球馆旋转轴：
球馆组件
伸缩桶
束光器
球馆旋转主轴系统组件 （锥齿轮传动、电磁离合器、 伺服电机、圆周定点定位）
值齿轮、 齿条属于 渐开线的 一种。
涡轮蜗杆
传动比大，传动平稳，结 多用于中、小负荷和间歇
构小，在一定的压力角下 传动场合。医疗设备中的 可以自锁。但传动效率低。电动推杆多数为涡轮蜗杆
传动。
这里主要 指阿基米 德和渐开 线形式。
锥齿轮
锥齿轮分直齿和斜齿等。 直齿锥齿轮制造较斜齿容 易，成本低。但传动噪声 大，没有斜齿平稳，传动 速度小。斜齿锥齿轮经磨 齿后速度可达5m/s.
45~50
206 强度和弹性均优于碳素弹簧钢丝。用于重 要的弹簧。
45~50
206 强度和弹性与 65Mn相当，耐温性优于前 者。可用于对温度要求不高的场合。
45~50
206 强度高，性能好。热处理后，可获得极好 的疲劳极限。高温性能稳定，可用于发动 机阀门弹簧等。
--==
190 弹性和强度均低于以上碳钢类弹簧。但具
常用轴类材料特性
材料
热处理
20
正火
35
正火
45
调质
40Cr
调质
20Cr
渗碳、淬火
38CrMo
1Cr18Ni 9Ti
调质 淬火
抗拉强度 （Mpa）
用途 小载荷，不重要的轴，定心、定位等。
480 载荷不大，用途比较广泛。
580 应用最为广泛。中等载荷，或交变载荷， 可承受一定的冲击载荷。
750 用于较重要的场合，可承受交变载荷，和 中等程度的冲击；高速旋转场合。
机架结构件应用实例
CT立柱
容易成型，延展性好， 套圈、垫圈、拉杆，渗碳 焊接性好，强度不高。 零件及焊接件。
中等载荷，焊接性比较 可做金属结构件，拉杆、
好。
连杆、吊钩套筒，一般用
轴等。
中等载荷，焊接性尚可。 转轴、摇杆等强度要求不
很高的零件。也可用作轴 类、链轮、齿轮等。
1。2 优质 碳素结构钢 （GB/T699-2006）
40CrMn
淬火处理后可获得高的机 用于制作在高速和高弯曲负
械强度和表面硬度。
荷下工作的零件。如齿轮轴、
齿轮、离合器等。
强度高，淬透性好。后者 主要用于制作振动载荷下的
18CrNiMnMoA 经热处理后抗拉强度可达 承载零件，飞机发动机曲轴、
45CrNiMoVA 1470MPa.
高强度结构件、抗扭力轴等。
不大的零件。如齿轮、机床
主轴次要弹簧等。
牌号
性能
用途
备注
强度硬度均相当高，但切削 制作高承载轴、轧辊、弹
性不好，焊接性很差。水淬 簧、离合器等耐磨性好和 60 有裂纹倾向。小尺寸件可以 弹性大的零件。
淬火，大件一般正火。
20Mn
典型的高猛低碳渗碳钢。淬 透性好。用于制作表面硬度 高、心部韧性好的零件。
复合材料主要有玻璃钢，金属与某些高分子材 料的合成等，这类材料使用场合特殊，用量较 少.如耐高温复合材料等。（此类少不讨论）
一、黑色金属材料的性能及其选用
1。1 碳素结构钢 （GB/T700-2006）
牌号
性能
用途
备注
Q195 Q215 Q235 Q275
容易成型，延展性好， 载荷小的零件，如垫圈、 焊接性好，强度不高。 开口销，冲压件、焊接件
铍青铜 QBe2
性能
用途
良好的导电、导热性能，可以 制作电线、导电螺栓、
焊接、钎焊。
垫圈等。
良好的力学性能，切削性好。 制作各种低承载结构件、
价格低廉，是应用最为广泛的 散热件、螺钉、螺母、
黄铜。
垫圈等。
很好的耐磨性，抗磁性好，很 制作弹簧、电刷等弹性 好的弹性。且效能好。易焊接、 元件。 钎焊。
力学、物理、化学综合性能良 好的合金。可热处理强化。同 时具有高的导电性能、耐热性 和耐寒性。易于焊接和钎焊。 但价格昂贵。
应用最为广泛的硬铝。可热 用于飞机上的骨架和各种要求
处理强化。点焊性好，切削 高的零件。仪器仪表架、通信 LY11
性好。耐蚀性较差。
机箱机柜骨架等。
LY12
6061强度中等，2A50强度高。 6061可制作中等强度的复杂零
两者均可热处理强化。焊接 件，和装饰性外观件。2A50可 LD30
性一般。
制作各种形状复杂的关键零件。 LD5
UC臂末端 伺服系统 锥齿轮输入端
锥齿轮输出端 输出轴
旋转编码器
齿轮零件应用实例2
2、UC臂型DXR ，UC臂旋转齿轮 轴承。小齿轮为 齿轮轴。
电机减速 机输出齿 轮轴
齿轮轴承
UC臂齿轮旋转系统选材特点
1、齿轮轴承：M=2；齿数=125；无间隙回转。 2、小齿轮：M=2；齿数=18； 3、载荷：Q=220KG.
4、机架结构件
机架设计除了要考虑系统结构类型，受力模型分析等因素外，其 中主要的一点就是材料的选择和加工工艺的设计。在满足使用目的的 前提下，最终设计成结构简单，重量轻、加工方便、成本低廉、装配 合理简便的方案为最佳。
一般来说，选择低碳钢材料进行焊接加工，变形小，可焊接性好 ，焊后可以不进行去应力热处理。但其强度较低，不适合高载荷承载 要求。中碳钢强度高，但焊后变形大，需要进行去应力热处理。加工 成本高。
调质后具有良好的综合机 主要用于轴类零件、曲轴、 重要场合
械和力学性能。也可以淬 曲柄、连杆齿轮等。也可制 用途最广
火强化。
作高强度螺栓等。
热处理后综合性能比20Cr 用于无级变速器、磨察轮、 好。但成本高于前者。 齿轮、轴等重要零件。
40CrMn
淬火处理后可获得高的机 用于制作在高速和高弯曲负
械强度和表面硬度。
牌号
性能
用途
备注
强度低，塑性和韧性好。无 可制作拉伸、冲压件，如机
08F
剩磁。已成型。焊接性能优 罩、壳盖、心部强度要求不
良。
高的渗碳淬火件。
冷变形塑性高，剩磁少。一 制作杠杆、轴套、起重钩等。
20
般做压延件，正火、回火后 也可以进行渗碳、氰化处理， 可以获得更好的压延特性。 获得表面硬度高心部韧性好
有很高的耐腐蚀性能、耐磁性能、和耐高
低温性能。
90~100 128 (HB)
导电性能好，有较高的耐蚀性、耐磁性。 可制作弹性电刷和防磁元件等。
2、轴类 从设计方面考虑，轴类零件主要有：转轴、心轴、传动
轴。从结构方面主要分：实心轴、空心轴、台阶轴、细长 轴等。
轴类零件材料选择的因素：载荷（超大载荷、交变应 力）、使用环境（特殊性、强腐蚀、高低温）、极限转速 等。 1）实心轴 2）空心轴 3）细长轴
机械 设计与制造基础
常用机械工程材料基础
机械工程材料概说：
机械工程材料主要分为：金属材料、非金属材 料、和复合材料三大类。
金属材料分为黑色金属（即钢铁）、有色金属 。这类材料强度较高，主要设计承载零部件。 加工工艺复杂，难度大。
非金属材料包括橡胶、塑料、玻璃、陶瓷等。 其成型方式主要使用模具。切削的加工方法较 少。
制作凸轮、齿轮、联轴器、 曲轴、万向节关节等重要 零件。
1。3 合金结构钢 （GB/T3077）
牌号 20Cr
40Cr 20CrMn
性能
用途
备注
优质渗碳钢。经渗碳淬火 主要用于制作小尺寸、形状
后可获得表面高硬度，心 简单的耐磨零件。如：齿轮、 部高韧性的效果。一定条 链轮、凸轮等。 件下可替代20CrMn钢。
3、齿轮 根据传动条件和要求，齿轮传动形式多样，渐开线、圆
弧齿轮、锥齿轮、双曲线、阿基米德蜗杆等。其结构亦繁 多。但主要以渐开线形式的齿轮为最多。
齿轮材料的选择主要以载荷、旋转精度、极限转速、 使用环境、等因素决定。如，UC臂型DXR上UC臂旋转齿轮 使用渐开线形式；悬吊型DXR球馆旋转需要传递90°角度 功能，则选用锥齿轮传动等。
性能
用途
备注
优质渗碳钢。经渗碳淬火 主要用于制作小尺寸、形状
后可获得表面高硬度，心 简单的耐磨零件。如：齿轮、 部高韧性的效果。一定条 链轮、凸轮等。 件下可替代20CrMn钢。
调质后具有良好的综合机 主要用于轴类零件、曲轴、
械和力学性能。也可以淬 曲柄、连杆齿轮等。也可制
火强化。
作高强度螺栓等。
热处理后综合性能比20Cr 用于无级变速器、磨察轮、 好。但成本高于前者。 齿轮、轴等重要零件。
医疗设备上的UC臂型和悬 吊型DXR上均有直齿锥齿轮 传动。UC臂型的平板探测
器旋转为直齿锥齿轮。悬
吊型的球馆旋转为直齿锥 齿轮传动。
齿轮零件应用实例1
1、UC臂型DXR探 测器旋转机构，伺 服系统输入，联接 到小锥齿轮，大锥 齿轮输出，旋转编 码器纪录转角，实 现探测器左右旋转 30°角度，满足患 者不同角度的X线 摄影需求。
根据以上条件，传动比为7，确定，齿轮轴承 材料为GCr15 加工后调质处理，硬度HRC35~40 ；齿轮轴材料为45Cr,淬火后HRC45~50.
涡轮蜗杆传动实例之 乳腺机机头旋转机构
束光器
球管组件（高压等）
涡轮蜗杆传动付 旋转机头
压迫器
探测器
乳腺机机头可以在180 °到--160 °范围旋转，其回转机构由涡轮蜗 杆完成。蜗杆材料旋转40Cr,涡轮尺寸较大，齿面为青铜，回转体 为45号钢调质处理。