《机械工程材料及其选用》

机械工程材料及其选用

（一）教学目标：

1、了解金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料的基本性能

2、初步了解产品的设计、制造与维修时材料的选用问题。

3、查阅相关材料手册和标准

（二）扩展内容：相关材料手册和标准

（三）教学方法：课堂讲授

（四）教学环节及手段:利用课件对一些内容理论讲解、教学。

（五）教学内容

为了合理使各种材料，了解金属及非金属材料的工程性，充分地利用材料的性能，达到提高产品质量的目的。

3.1 金属材料工程性能

使用性能：指材料在使用时所表现出来的特性，如力学性能，物理性能和化学性能。

工艺性能：指材料加工时所表现出来的特性，如热处理性能、铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切削性能等。

1 零件破坏的主要形式

（1）变形

零件在外力作用下，其尺寸和形状的改变称为变形。

（2）断裂

断裂是指零件在外力(有时也可能由于内应力)作用下其上某部分与整体断开或者产生影响性能的宏观裂纹现象。

（3）磨损

磨损是指在零件间互相接触并产生相对运动的工作表面，经过工作中的摩擦，在零件表面出现了微观的断裂和剥伤，从而改变零件的尺寸和形状。

（4）金属腐蚀

金属腐蚀是指金属或合金与周围接触的气体或液体进行化学反应而产生损耗的过程。

2 力学性能

(1)强度

(2) 塑性

(3）硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的力学性能。

(4）、韧性

韧性是指材料抵抗冲击载荷的能力。

(5)．线膨胀系数α

由于物体具有热膨胀性，所以一个零件的尺寸在不同温度下会有不同的数值。零件尺寸与温度之间的变化关系可表示如下

（3.3） 3.2 常用的金属材料

.1 黑色金属

(1) 常用工业用钢分类

按化学成分可把钢分为碳素钢和合金钢二大类。

按用途可把钢分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。

钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质合金结构钢、合金工具钢等。

（2）碳素钢

按含碳量分，碳素钢可分为：低碳钢、中碳钢、高碳钢

按钢的质量分，主要根据钢中所含有害杂质硫、磷的多少而分为：普通碳素

钢 、 优质碳素钢、高级优质碳素钢

按用途分：碳素结构钢、碳素工具钢

下面简要介绍几种常用的钢。

1） 普通碳素钢

A类钢在机械和仪器制造中用于不重要的零件。B类钢按保证化学成分供应。C 类钢则根据用户要求供应。一般尽量选A类钢。

2）优质碳素结构钢

这类钢生产时必须同时保证钢的化学成分与机械性能。这种钢的产量大，价格相对来说不高，

3）碳素工具钢

这类钢的编号原则是“T”字后面附以数字来表示，数字表示钢的平均含碳量，以0·1％为单位。其牌号有T7，T8，…，T13，T7A，T8A，．．，T13A

（3）合金钢

为了改善钢的性能，专门在钢中加入一种或数种合金元素的钢叫做合金钢。

1）合金结构钢

合金结构钢的牌号用“两位数字+元素符号+数字”表示。两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍，元素符号代表钢中含的合金元素，其后面的数字表示该元素平均质量分数的百倍。

2）合金工具钢

合金工具钢按用途分刃具钢、模具钢和量具钢三类。

① 刃具钢用于制造各种刀具。刀具的硬度必须大大高于被加工材料的硬度时才能进行切削，切削金属所用刀具的硬度一般都在HRC60以上。它的含碳量一般都在0.6～1.5％的较高范围内。

②模具钢

模具钢按使用要求可分为热模具钢(用于锻模、压铸模)和冷模具钢(用于落料模、剪切模、弯曲模)两种。热模具钢常用5CrMnMo和5CrNiMo。冷模具钢常用Crl2、Crl2W、Crl2MoV等。

③量具钢

量具钢要求有一定的硬度及耐磨性，经热处理后不易变形，而且有良好的加工工艺性。块规可用变形小的钢，如CrMn、GCrl5、SiMn等。简单的量具除用T10A、T12A外，还可用9SiCr等。样板、量规可用60Mn、65Mn等量具是机械加工中使用的检测工具，如块规、塞规、样板等。

(4) 特殊性能合金钢

1)不锈钢 在腐蚀介质中具有高的抗腐蚀性能的钢称为不锈钢，

2)耐热钢 是指在高温条件下具有抗氧化性或不起皮和足够强度的钢。

3)抗磨钢 指在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的高锰钢。

(5) 铸铁

铸铁是含碳量大于2．06％的铁碳合金。

2 有色金属

有色金属是指除钢铁(黑色金属)以外的其他金属。粉末冶金材料是指通过粉末冶金的方法制取的材料。

(1) 铜及铜合金

1) 纯铜

纯铜呈紫红色，故又称为紫铜，其密度为8.9g/cm3，熔点为1083℃。它具有良好的导电、导热性能，

2) 铜合金

按照化学成分不同，铜合金可分为黄铜、青铜和白铜三类。

① 黄铜

黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。它的色泽美观，有良好的防腐性能与机械加工性能，强度比起单独的铜和锌都要高。

② 青铜

铜合金中的主要加入元素不是锌而是锡、铅等其它元素者，统称为青铜它又分为普通青铜(锡青铜)和特殊青铜两种。

(2) 铝及铝合金

（1）铝及铝合金

1）纯铝

纯铝呈银白色，是一种轻金属，其密度只有铜的1／3(2.7g/cm2)，熔点低(660℃)，是一种导电性好的金属。

2）铝合金