电大机械制造基础课程

本课程中重要的基本概念（1）

1．金属材料的力学性能

P.2金属材料的机械性能(力学性能) 是指在外载荷作用下其抵抗变形或破坏的能力。材料在不同的载荷状态下会呈现不同的特性，常用的机械性能有强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。

2．强度

P.2金属材料在外载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度，强度可分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。

屈服强度

P.3常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。材料产生屈服现象时的最小应力值称为屈服强度，用符号σs (MPa)表示：

抗拉强度

P.3材料被拉断前所能承受的最大载荷时的应力值称为抗拉强度，用符号σb(MPa)表示：

3．硬度

P.4硬度是指金属材料抵抗比它更硬的物体压入其表面的能力，即抵抗局部塑性变形的能力。

P.5布氏硬度：用符号HBS(用淬火钢球作压头)或HBW(用硬质合金球作压头)表示。

P.6洛氏硬度：洛氏硬度表示的方法为在符号前写出硬度值。每一种标度用一个字母在HR后加以注明．其中最常用的是HRA、HRB、HRC三种。

4. 疲劳强度

P.8金属材料经受无数次交变载荷作用而不引起断裂的最大应力值称为材料的疲劳强度。

5．蠕变强度

P.8在长期高温载荷的作用下，材料没有达到屈服极限时产生的塑性变形称为蠕变强度。

6．铁碳合金相图及应用

P.9简化的铁碳合金相图如图l-7所示。图中横坐标表示含碳量(小于6.69％的部分)，因为含碳量大于6.69％的铁碳合金在工业上没有实用意义。当含碳量为6.69％时．铁和碳形成较稳定的渗碳体，可作为合金的一个组元。铁合金相图就以纯铁Fe为一组元，Fe3C为另一组元组成，故又称Fe-Fe3C 相图。

P.10铁碳合金相图可在选择材料方面、铸造方面、锻造方面和热处理方面应用。

7．钢的普通热处理工艺

热处理是将金属材料在固态下加热、保温和冷却，改善金属材料机械性能的一种工艺。

普通热处理有退火、正火、淬火、回火四个基本环节。其中，退火和正火大多属于预先热处理工艺，淬火、回火属于最终热处理。

8．退火

P.12是指将金属或合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢随炉冷却的热处理工艺。退火工艺可以分为完全退火、等温退火、球化退火和去应力退火等。

9．正火

P.13正火是将钢材或钢件加热到临界温度Ac3（或Accm）以上30～50oC 或更高的温度，保温适当时间后（达到完全奥氏体化和奥氏体均匀化后），在静止的空气中冷却的热处理工艺。

10．淬火

P.14是将钢加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温后快速冷却以获得马氏体的热处理工艺。

11．回火

是将淬火后的零件，加热到Ac1点以下某一温度，保温一段时间，然后在油中、水中或空气中冷却。

根据回火温度的不同，可分为低温回火、中温回火及高温回火三种。调质是钢淬火后再高温回火的操作称为调质处理。

12．表面淬火

P.18是把钢的表面迅速加热到淬火温度，而心部温度仍保持在临界温度以下，然后快速冷却，使钢的表面至一定深度的组织转变为马氏体，而心部组织不变(即为原来的韧性、塑性较好的退、正火或调质状态的组织)。

本课程中重要的基本概念（2）

1．碳钢及分类

P.25含碳量小于2.11％的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。

P.25-26常用分类方法如下。

1）按含碳量分

根据钢中含碳量的多少，分为低碳钢(wc＜0.25％)、中碳钢(0.25％

≤wc≤0.60％)和高碳钢(wc＞0.60％)。

2）按质量分

根据钢中有害杂质硫、磷含量的多少，分为普通碳素钢(ws≤0.050％，wp≤0.045％)、优质碳素钢(ws≤0.035％，wp≤0.035％)和高级优质碳素钢(ws≤0.020％，wp≤0.030％)。

3）按用途分

P.26根据钢的用途不同，分为碳素结构钢、碳素工具钢和铸钢。

按冶炼方法不同，可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。按冶炼时脱氧程度不同，又可分为沸腾钢(脱氧不完全)、镇静钢(脱氧较完全)和半镇静钢(脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间)。

2．钢的牌号、性能和用途

普通碳素结构钢：牌号是由代表钢材屈服强度的汉语拼音首位字母、屈服强度值、质量等级符号、脱氧方法符号四个部分按顺序组成。

优质碳素结构钢：牌号用两位数字表示，这两位数字具体表示钢中含碳量的万分之几。

碳素工具钢：主要用于制造刀具、模具和量具。这类钢要求高硬度和高耐磨性，因此其含碳量在0.65％～1.35％之间，全都属于优质或高级优质的高碳钢。

P.27铸造碳钢：牌号用“ZG+两组数字”来表示。其中，“ZG”是“铸钢”两字汉语拼音字首，后面两组数字中，第一组表示其屈服强度值，第二组表示其抗拉强度值(该数值适用于厚度为100mm以下的铸钢件)。

3．合金钢

就是在碳钢的基础上有目的地加入一定量合金元素的钢。常用的合金元素有：锰(＞0.8％)、硅(＞0.4％)、铬、钨、镍、钼、钒、铝、铜、钛、硼、铌等。

P.28低合金高强度结构钢：是在普通碳素钢的基础上加入少量合金元素(≤3％)制成的。

合金结构钢：按处理工艺特征不同，合金结构钢又分为合金渗碳钢和合金调质钢等。

P.29合金弹簧钢：用于制造各种弹簧或弹性元件的合金钢称为合金弹簧钢。合金弹簧钢碳的质量在0.45％～0.7％之间，加入的主要元素有Mn、Si、Cr等。

P.29滚动轴承钢：用于制造滚动轴承中的滚动体(滚珠、滚柱、滚针)和套圈的合金钢称为滚动轴承钢。

P.29合金工具钢：用于制造各种工模具的合金钢称为合金工具钢。

P.30合金工具钢按用途一般分为合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢。

P.31特殊性能钢：特殊性能钢是指具有特殊的物理或化学性能，并兼有一定力学性能的合金钢。它包括不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。

不锈钢按其组织状态分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢等几大类。其牌号表示法与低合金工具钢相同。

4．铸铁

P.32铸铁是含碳量大于2.11％的铁碳合金。它是以铁、碳、硅为主，并含有较多的锰、硫、磷等杂质的多元合金。

5．铸造

P.45铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融的金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成形方法。

铸造生产的特点：

①铸造能生产形状复杂，特别是内腔复杂的毛坯。

②铸造的适应性广。

③铸造的成本低。

④铸造可以节约金属材料，减少切削加工工作量。

6．锻压

P.52锻压属于金属塑性加工的范畴．金属塑性加工是指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获得一定形状、尺寸和力学性能的材料、毛坯或零件的成形加工方法。

锻压主要包括锻造、冲压、轧制、挤压和拉拨等。

7．焊接

P.59是指通过加热、加压或两者并用，使连接件达到原子结合的一种加工方法。它属于永久性连接金属的工艺方法．其实质是借助金属原子的间扩散结合，使分离的金属材料牢固地连接起来。

焊接的特点是焊接具有节省材料与工时、焊接接头致密性好、生产率高、便于机械化与自动化生产等优点。但是，由于焊接过程是局部加热与冷却的过程，容易产生焊接应力、变形及焊接缺陷，有些金属的焊接工艺比较复杂。