第1章 基础知识

第一章基础知识工具和机械是人类征服自然的产物，它们的不断发展和日益完善，标志着人类对自然征服力量的加强。

俗话说，手巧不如家什妙，在生活和生产活动中，了解、掌握并熟练地运用各种工具和各类机械，对于发展国民经济、提高生产效率、改善生活质量都具有十分重要的意义。

‘五金工具及小型机械’这门课程是介绍各种五金工具和小型机械的用途、规格、制造材料及结构原理的一门课程，学习好这门课程，对我们今后的生活、工作都将是非常有用、十分重要的。

在介绍各种五金工具和小型机械之前，我们先讲一下有关五金工具和小型机械方面的基础知识。

第一节标准及常用计量单位一、关于标准我们去商店买鞋，说出号码，买回来就可以穿，不用亲自去试；设备上的螺钉丢了，找一个相同规格的，拧上就行了。

随着工业的发展、社会的进步、人民生活水平的日益提高，为了提高生产效率、规范生产活动、方便人民生活，世界各国逐渐形成了各自的地方标准、行业标准、国家标准。

为便于国际间的交流和协作，也逐步形成了一些国际标准。

我国的标准，早期分为国家标准、部标准和企业标准三级。

自1984年起，有一部分部标准改用专业标准代替。

自1989年起，根据我国标准化法的规定，将我国标准改分为：国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四级。

另外，再按标准性质，将国家标准和行业标准分为强制性标准和推荐性标准两类。

有关保障人体健康，人身财产安全的产品，以及法律法规规定执行的标准，均是强制性标准，其它是推荐性标准。

我国国家标准和行业标准的标准号，由该标准的代号和二组数字组成。

例如：GB 193 －81 （规定了普通螺纹的规格和表示方法）GB－国标二字的汉语拼音字头；193－标准的顺序号；81 －发布年号，1981年发布；从1993年起，发布年号改为以四位数表示，如：GB/T4440－1998 （规定了活扳子的长度、最大开口宽度和试验扭矩）T－推荐性标准；在标准代号之后，中间用斜线‘/’隔开。

国家标准代号还有：GBn－国家内部标准；GBJ－国家工程建设标准；GJB－国家军用标准。

行业标准代号有几十个：JB－机械行业标准；QB－轻工行业标准；NY－农业标准；DL－电力行业标准；等等。

地方标准、企业标准及原专业标准、原部标准等都有规定的代号，这里就不一一例举了。

国际标准也有代号，如IEC－国际电工委员会标准。

各个国家都有自己的标准：JIS－日本工业标准；ANSI－美国国家标准。

二、常用计量单位及其换算国际单位制是我国法定计量单位的基础，一切属于国际单位制的单位都是我国的法定计量单位。

我国法定计量单位除了属于国际单位制的单位而外，还包括可与国际单位制单位并用的我国法定计量单位。

1．长度单位制式名称符号换算公制米m分米dm 1m=10dm厘米cm 1m=100cm毫米mm 1m=1000mm；1cm=10mm英制英尺′英寸″1′＝12″；1″＝25.4mm英分(分) 1″＝8英分（1英分＝1/8″＝3.175mm）注：分（英分）是我国工厂的习惯称呼，英制中无此单位。

2．质量、体积单位制式名称符号换算英制磅lb(LB) 1磅＝0.4536kg公制升l(L) 1升＝1分米3毫升ml 1毫升＝1厘米3；1升＝1000毫升注：人民生活和贸易中，质量习惯称为重量。

毫升旧时也称cc。

3．力和压力单位名称符号换算牛（牛顿）N 1牛＝0.101972千克力千克力kgf 1千克力＝9.80665牛兆帕MPa 1兆帕＝10.1972千克力/厘米2注：我国在日常生活中，习惯将千克力中的力字省掉；1兆帕＝1牛/毫米2；1mm汞柱＝133.322帕；1标准大气压＝0.1兆帕＝760mm汞柱＝10米水柱4．其它符号的含义sec (second) －秒；min (minute) －分；h (hour) －小时；r / min －转数/ 分；max (maximum) －最大；min (minimum) －最小；（1克拉＝0.2克；主参数：表征机床、工具性能的主要数据叫第一主参数，简称主参数。

而表征性能的次要数据叫第二主参数）第二节金属材料及热处理绝大多数的五金工具和小型机械都是用金属材料制成的，它们应用在不同场合，各自有不同的用途。

譬如断线钳用于切断较粗的、硬度不大于洛氏硬度30度（HRC30）的金属线材，断线钳的用途要求它刃口锋利，并且在剪切金属丝时不崩刃、不卷刃，这就要求制造断线钳的材料硬度高、韧性好，并且不要太脆。

我们用的卡尺，是一种测量工具，要求它硬度高、耐磨、不变形，这样才能保证计量准确、经久耐用，脆性大一点也没关系。

因此我们要用不同性能的材料来制造不同用途的工具，而且要在满足使用要求的前提下，价格要低，才能被大家接受，才有销路。

另外，我们经常接触到高碳钢、低碳钢、合金钢等金属材料，它们是怎么分类的？各自都有什么特性？下面就给大家介绍一下金属材料与热处理的一般知识。

一、金属材料及钢的分类㈠.金属材料分类1.按组成成分分类⑴纯金属：指由一种金属元素组成的物质，目前工业上采用的甚少。

⑵合金：指由一种金属元素与另外一种或几种元素组成的物质，如钢就是铁碳合金，黄铜就是铜锌合金。

由于合金的各项性能一般优于纯金属，因此在工业上合金的应用比纯金属广泛得多。

2.按实用分类⑴黑色金属：指铁和铁的合金，如铸铁、钢和铁合金。

⑵有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属以外的金属与合金，如铜、铝、铜合金、铝合金、硬质合金等等。

㈡钢的分类钢铁是以铁和碳两种元素为主组成的合金，碳的含量＜2.11%的称钢，＞2.11%的称为生铁或铸铁。

钢的分类方法很多：按化学成分分：有非合金钢、低合金钢、高合金钢。

按含碳量分：有低碳钢、中碳钢、高碳钢。

按冶炼时脱氧程度分：有沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。

按用途分：有结构钢、工具钢、特种用途钢。

按含有其它合金元素的多少分：有碳素钢和合金钢。

二、强度和硬度强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。

我们拉断同样粗细的铅丝和铁丝，用的力不一样，铁丝的强度比铅丝的高。

硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。

常用的硬度指标有布氏硬度（HBS）和洛氏硬度（HRC），我们接触洛氏硬度更多一些，譬如，前面说过断线钳标定的能切断金属丝的直径，规定金属丝的洛氏硬度不大于HRC30，国家标准规定机用锯条工作部分硬度应≥HRC60。

布氏硬度，是用一定的压力把硬钢球压入金属表面，压力与压痕表面积之比，称为布氏硬度，用HBS表示。

洛氏硬度，是用一定的压力将金刚石园锥压头或硬钢球压入被测零件表面，以压入深度来计算的硬度值，压痕愈深，硬度愈低。

实际测定时，可直接从洛氏硬度计的刻度盘上读出被测零件的硬度，洛氏硬度用HRC 表示，常简写为RC。

注：（洛氏硬度也有用HRA和HRB表示的，分别称标尺A和标尺B，HRC称作标尺C。

HRA是用600N压力（1N=0.102kg）将金刚石园锥压头压入零件表面求得的硬度值。

HRB是用1000N压力将φ1.59mm的钢珠压入零件表面求得的硬度值。

HRC 是用1500N压力将金刚石园锥压头压入零件表面求得的硬度值）三、碳素钢碳素钢简称碳钢，是碳的含量在0.0218%—2.11%之间，并含有少量锰、硅、硫、磷等元素的铁碳合金。

这几种元素不是特意加进去的，而是在炼钢时，从原料和燃料中带进去的杂质。

在碳素钢中加入一些锰、硅、铬、镍、钨、钒、钛等元素，就变成了合金钢。

在钢铁材料中，碳素钢占有很大的比重，碳素钢与合金钢相比，冶炼简便，加工容易，价格低廉，所以应用非常广泛。

1.碳素钢的分类碳素钢有多种分类方法，现将几种主要的分类方法简述如下：⑴按碳的含量分类①低碳钢—C≤0.25%②中碳钢—0.25％＜C＜0.6%③高碳钢—C≥0.6%⑵按钢的质量分类（按有害杂质硫、磷的含量划分）①普通碳素钢—S=0.035%—0.05%，P=0.035%—0.045%②优质碳素钢—S≤0.035%，P≤0.035%③高级优质碳素钢—S=0.02%—0.03%，P=0.025—0.03%⑶按用途分类①碳素结构钢—用于制造机械零件或工程结构件的碳钢，碳的含量大多在0.7%以下。

②碳素工具钢—用于制造各种工具（如量具、刃具、模具等）的碳钢，其碳的含量大多在0.7%以上。

2.优质碳素结构钢我们常见的30#钢、45#钢等号钢，它们都属于优质碳素结构钢。

优质碳素结构钢的牌号由两位数字构成，它表示钢中含碳量的万分数，45#钢就是含碳量为万分之45（0.45%）的优质碳素结构钢，若钢中锰的含量较高，且不是特意加入的，则在后面加‘Mn’，如65Mn表示含碳量万分之65，且锰含量较高的优质碳素结构钢。

10#、15#、20#钢属于低碳钢，韧性较好，常用来制造受力不大、韧性要求较高的零件，如螺钉、螺母、法兰盘等。

30#、45#、50#钢属于中碳钢，经调质处理后（即淬火后高温回火），有良好的综合力学性能，是受力较大的机器零件理想的原材料，主要用于制造截面尺寸不大的齿轮、连杆及轴类零件。

60#以上的钢属于高碳钢，经热处理后，有高强度和良好的弹性，适于制造弹簧、钢丝绳等弹性零件及耐磨零件。

3.碳素工具钢碳素工具钢是指碳的含量为0.65%—1.35%的优质高碳钢。

在碳素工具钢中加入一些合金元素，如铬、钨、硅、锰等，即成合金工具钢。

碳素工具钢的牌号以‘碳’字汉语拼音字头‘T’与其后面的一组数字组成，数字表示钢中含碳量的千分数，高级优质钢在钢号后加‘A’，如T7表示含碳量为千分之7（0.7%）的碳素工具钢。

T10A表示含碳量为千分之10（1%）的高级优质碳素工具钢。

碳素工具钢随着碳含量的增加，其硬度和耐磨性也随着增加，而韧性则逐渐下降，应用场合也因之不同。

碳素工具钢的热硬性低（在高温下仍能保持高硬度的特性），只有200℃—300℃，所以只能用于制造一些低速、手用工具，如锉刀、手用铰刀、丝锥、板牙等。

T7、T8一般用于要求韧性稍高的工具，如冲头、錾子（凿石头的凿子）、简单模具、木工工具等。

T9、T10、T11用于要求中等韧性、较高硬度的工具，如手用锯条、丝锥、板牙等。

T12、T13具有高的硬度和耐磨性，但韧性低，用于制造量具、锉刀、钻头、刮刀等。

四、合金钢在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一些锰、硅、铬、镍、钨、钒、钛等合金元素，就成了合金钢。

合金钢与碳素钢相比，有很多优点，一是力学性能好（如抗拉强度提高等），二是热处理时淬透性好（钢淬火后所能获得淬硬层深度的能力。

淬透性越好，淬硬层越深），三是某些合金钢还有特殊的物理、化学性能（如无磁性、不生绣等），因此它可用于一些特殊的场合。

但是，合金钢冶炼较困难，价格较高，所以只有当碳素钢不能满足要求时才使用。

1.合金钢的分类合金钢的种类很多，它有两种分类方法：⑴按用途分①合金结构钢—主要用于制造工程结构件（如房屋、桥梁、船舶、车辆、铁道、军事工程等）及各种机械的零件；②合金工具钢—用于制造各种工具；③特殊性能钢—具有特殊性能和专门用途的钢，如轴承钢、不锈钢等。