常用机械加工材料(金属类)
常见八种金属材料及其加工工艺
常见八种金属材料及其加工工艺1、铸铁——流动性下水道盖子作为我们日常生活环境中不起眼的一部分，很少会有人留意它们。
铸铁之所以会有如此大量而广泛的用途，主要是因为其出色的流动性，以及它易于浇注成各种复杂形态的特点。
铸铁实际上是由多种元素组合的混合物的名称，它们包括碳、硅和铁。
其中碳的含量越高，在浇注过程中其流动特性就越好。
碳在这里以石墨和碳化铁两种形式出现。
铸铁中石墨的存在使得下水道盖子具有了优良的耐磨性能。
铁锈一般只出现在最表层，所以通常都会被磨光。
虽然如此，在浇注过程中也还是有专门防止生锈的措施，即在铸件表面加覆一层沥青涂层，沥青渗入铸铁表面的细孔中，从而起到防锈作用。
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生产砂模浇注材料的传统工艺如今被很多设计师运用到了其他更新更有趣的领域。
材料特性：优秀的流动性、低成本、良好的耐磨性、低凝固收缩率、很脆、高压缩强度、良好的机械加工性。
典型用途：铸铁已经具有几百年的应用历史，涉及建筑、桥梁、工程部件、家居、以及厨房用具等领域。
2、不锈钢——不生锈的革命不锈钢是在钢里融入铬、镍以及其他一些金属元素而制成的合金。
其不生锈的特性就是来源于合金中铬的成分，铬在合金的表面形成了一层坚牢的、具有自我修复能力的氧化铬薄膜，这层薄膜是我们肉眼所看不见的。
我们通常所提及的不锈钢和镍的比例一般是18：10。
20世纪初，不锈钢开始作为元才来噢被引入到产品设计领域中，设计师们围绕着它的坚韧和抗腐蚀特性开发出许多新产品，涉及到了很多以前从未涉足过的领域。
这一系列设计尝试都是非常具有革命性的：比如，消毒后可再次使用的设备首次出现在医学产业中。
不锈钢分为四大主要类型：奥氏体、铁素体、铁素体-奥氏体(复合式)、马氏体。
家居用品中使用的不锈钢基本上都是奥氏体。
材料特性：卫生保健、防腐蚀、可进行精细表面处理、刚性高、可通过各种加工工艺成型、较难进行冷加工。
典型用途：奥氏体不锈钢主要应用于家居用品、工业管道以及建筑结构中;马氏体不锈钢主要用于制作刀具和涡轮刀片;铁素体不锈钢具有防腐蚀性，主要应用在耐久使用的洗衣机以及锅炉零部件中;复合式不锈钢具有更强的防腐蚀性能，所以经常应用于侵蚀性环境。
机械零件的常用材料及其选择
表9-2 价格便宜且供应充分 常用材料的相对价格
材料
种类规格
相对价格
热轧圆刚
铸件
景德镇陶瓷学院专用
碳素结构钢Q235 （φ 33~42） 优质碳素钢 （φ 29~50） 合金结构钢（φ 29~50） 滚动轴承钢（φ 29~50） 合金工具钢（φ 29~50） 4Cr9Si2耐热钢（φ 29~50）
灰铸铁铸件 碳素钢铸件
优先数----表中任意一个数值。 大于10的优先数，可将表数值分别乘以10、100、1000 。
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
7 机械零件的工艺性及标准化
一、工艺性
零件设 计要求
使用要求----具备所要求的工作能力； 制造要求----制造工艺可行，成本低；
EF G
H JS
零线
轴公差
h KM
P
D
R S
间隙配合 过渡配合
过盈配合
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
基孔制常用与优先配合的选用
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
基轴制常用与优先配合的选用
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
二、 表面粗糙度
定义：零件表面的微观几何形状误差称为表面粗糙度 特征：加工后零件表面留下的微细而凹凸不平的刀痕。
下偏差 ：最小极限尺寸与基本尺寸之差；符号：EI,ei
尺寸公差：最大极限尺寸与最小极限尺寸之差；即
允许的尺寸变动量。
公差=Lmax- Lmax =ES-EI =es-ei
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
零线：代表基本尺寸所在位置的一条直线；
公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域；
常见的金属材料
建筑领域
铝合金在建筑领域中用于制作 门窗、幕墙等，具有美观、耐 用、防火等特点。
其他领域
铝合金还广泛应用于电子、化 工、包装等领域，如制造电子
产品外壳、化工设备等。
CHAPTER 04
不锈钢材料
不锈钢材料的定义与分类
定义
不锈钢是一种具有高耐腐蚀性的金属 材料，通常含有10.5%以上的铬，并 添加了其他合金元素以改善其耐腐蚀 性和其他性能。
金属材料的强度和硬度通常较高，具有优良的耐磨性和 抗疲劳性能。
金属材料具有良好的导电性和导热性，可以用于制造电 子元件和热交换器等。
金属材料的应用领域
在建筑领域，金属材料主要用于 结构支撑和装饰装修等方面，如 钢架、铝合金门窗等。
在交通领域，金属材料被用于制 造车辆和船舶等交通工具。
金属材料广泛应用于建筑、制造 、交通、航空航天等领域。
钢铁材料在航空航天领域中也有重要应用 ，如飞机、火箭等飞行器的制造。
CHAPTER 03
铝合金材料
铝合金材料的定义与分类
铝合金定义
铝合金是一种以铝为基体元素，添加其他金属或非金属元素组成的合金。
铝合金分类
根据合金组成和加工特点，铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金两类。
铝合金材料的性质与特点
物理性质
不锈钢材料可以用于建筑装饰、栏杆、门窗等领域，其美观耐 用、易于维护的特点深受用户喜爱。
CHAPTER 05
钛及钛合金材料
钛及钛合金材料的定义与分类
钛及钛合金材料的定义
钛是一种银白色金属，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特点。钛合金是由钛与其 他金属元素组成的合金。
钛及钛合金材料的分类
根据钛合金中添加的元素不同，钛合金可分为二元合金、三元合金和多元合金。
常用金属材料介绍
常用金属材料金属材料来源丰富，并具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用最普遍的材料，常用以制造机械设备、工具、模具，并广泛应用于工程结构中。
金属材料大致可分为黑色金属两大类。
黑色金属通常指钢和铸铁；有色金属是指黑色以外的金属及其合金，如铜合金、铝及铝合金等。
1.2.1 钢钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。
碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。
工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.35%。
为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。
（一）碳钢1．碳钢的分类碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。
（1）按钢的含碳量多少分类分为三类：低碳钢，含碳量<0.25%；中碳钢，含碳量为0.25%～0.60%；高碳钢，含碳量>0.60%。
（2）按钢的质量（即按钢含有害元素S、P的多少）分类分为三类：普通碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.055%和0.045%；优质碳素钢，钢中S、P含量均≤0.040%；高级碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.030%和0.035%。
（3）按钢的用途分类分为两类：碳素结构钢，主要用于制造各种工程构件和机械零件；碳素工具钢，主要用于制造各种工具、量具和模具等。
2．碳钢牌号的表示方法（1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z）等四部分按顺序组成。
其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高，F代表沸腾钢，b代表镇静钢，Z代表镇静钢等。
如Q235-A·F表示屈服强度为235Mpa的A 级沸腾碳素结构钢。
（2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。
这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。
例如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。
机械加工常用金属材料性能详解
一.什么是金属材料？
设备中心专业知识系列教材（一）
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。 包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳 2％～4％的 铸铁，含碳小于 2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高 温合金、不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
设备中心专业知识系列教材（一）
常用模具钢
2.热作模具钢 2.1低耐热性热作模具钢
5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi 2.2中耐热性热作模具钢
4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、8Cr3 2.3高耐热性热作模具钢
3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V、5Cr4Mo2W2VSi、5Cr4Mo3SiMnVAe、 5Cr4W5Mo2V、6Cr4Mo3Ni2WV 3.塑料模具钢 3.1碳素塑料模具钢
佳。
品、化学工业容器、散热片、溶接线、导
因为是纯铝、其强度较低，纯度愈高其强度愈低。 电材
AL纯度99.0%以上之一般用途铝材，阳极氧化处理 后之外观略呈白色外与上记相同。
强度比1100略高，成形性良好，其化特性与1100相 同。
一般器物、散热片、瓶盖、印刷板、建材、 热交换器组件
用途例
1060 1060
1085 1085
1
1080 1080
0 0 0 系
纯 铝 系
1070 1050 1N30
1070 1050 ─
列
1100 1100
机械常用金属材料及热处理
第二十三页，共69页。
1．2钢的热处理
1.2.1．退火(tuì huǒ)
1.2.2．正火
1.2.3．淬火
1.2.4．回火
1.2.5．钢的表面热处理
第二十四页，共69页。
引子(yǐn zi)——
热处理：将钢在固 态下通过(tōngguò) 加热、保温和不同 的冷却方式，改变 金属内部结构，从 而获得所需性能的 操作工艺，工艺曲 线如图1－4。
焊接性能好——焊缝中 不易产生气孔、夹渣或 裂纹。
焊接性能比较：低碳钢 好，高碳钢和铸铁较差。
第二十二页，共69页。
4．切削(qiēxiāo)加工性能
切削加工性能：对工件材料(cáiliào)进行切削 加工的难易程度。
与材料(cáiliào)本身化学成分、金相组织、刀 具几何形状有关。
硬度过高或过低、韧性过大——切削性能较 差。
显然，试样不能在承受此载荷的条件下工作， 这样将导致构件破坏。
第八页，共69页。
1.1.1.2 塑性(sùxìng)
金属在外力作用(wài lì zuò yònɡ)下产生塑性 变形，其表示：
1）断后伸长率
2）断面收缩率
第九页，共69页。
1）断后(duàn hòu)伸长率
断后伸长(shēn chánɡ)率：试样拉断后，标距 的伸长(shēn chánɡ)与原始长度的百分比。
热处理工艺相比，退火钢的硬度最低，内应
力可全部消除，可提高刚才冷变形后的塑性。
又由于退火过程中发生重结晶，故可细化晶
粒，改善组织，所以退火可以达到(dá dào)各
个不同的目的。
第四十页，共69页。
退火(tuì huǒ) 正火
机械常用材料
机械常用材料
机械制造是现代工业中的重要组成部分，而材料的选择对于机械性能和使用寿
命起着至关重要的作用。
在机械制造过程中，常用的材料有金属材料、塑料材料和复合材料等。
本文将重点介绍机械常用的金属材料，包括钢、铝、铜和铸铁等。
首先，钢是机械制造中使用最广泛的金属材料之一。
钢具有较高的强度和硬度，同时具有良好的塑性和韧性，因此在制造机械零部件和结构件时得到广泛应用。
根据不同的成分和热处理工艺，钢可以分为碳素钢、合金钢和不锈钢等多个种类，满足不同机械零部件对材料性能的要求。
其次，铝也是一种常用的机械材料。
铝具有较低的密度和良好的导热性能，因
此在制造轻型机械零部件和结构件时具有优势。
此外，铝具有良好的耐腐蚀性能，可以在恶劣环境下使用，因此在航空航天和汽车制造领域得到广泛应用。
另外，铜也是一种重要的机械材料。
铜具有良好的导电性和导热性，因此在制
造电气设备和散热器等零部件时得到广泛应用。
此外，铜还具有良好的加工性能，可以制成各种复杂形状的零部件，满足不同机械结构的需求。
最后，铸铁是一种常用的铸造材料。
铸铁具有较高的热膨胀系数和较低的收缩率，因此在制造大型机械零部件和机床床身等铸件时得到广泛应用。
根据不同的成分和组织状态，铸铁可以分为灰口铸铁、球墨铸铁和白口铸铁等多个种类，满足不同机械零部件对材料性能的要求。
综上所述，机械常用的金属材料包括钢、铝、铜和铸铁等，它们各具特点，在
机械制造中发挥着重要作用。
在实际应用中，需要根据机械零部件的具体要求和工作环境的要求，选择合适的材料，以确保机械的性能和使用寿命。
常见的机械材料有哪些
机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。
一、金属材料金属材料主要指铸铁和钢,它们都是铁碳合金。
它们的区别主要在于含碳量的不同,含碳量小于2%的铁碳合金称为钢,含碳量大于2%的称为铸铁。
1铸铁：常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。
其中灰铸铁和球墨铸铁属脆性材料,不能辗压和锻造,不易焊接,但具有适当的易熔性和良好的液态流动性,因而可铸成形状复杂的零件。
灰铸铁的抗压强度高,耐磨性、减振性好,对应力集中的敏感性小,价格便宜,但其抗拉强度较钢差。
灰铸铁常用作机架或壳座。
球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有定的塑性,球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。
2钢：钢的强度较高,塑性较好,可通过轧制锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件,并且可以用热处理和表面处理方法提高机械性能,因此,其应用极为广泛钢的类型很多,按用途分,钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。
结构钢可用于加工机械零件和各种工程结构。
工具钢可用于制造各种刀具、模具等。
特殊用途钢(不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢)主要用于特殊的工况条件下。
按化学成分分,钢可分为碳素钢和合金钢。
碳素钢的性能主要取决于含碳量,含碳量越多,其强度越高,但塑性越低。
碳素钢包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。
普通碳素结构钢(如Q215、0235)般只保证机械强度而不保证化学成分,不宜进行热处理通常用于不太重要的零件和机械结构中。
碳素钢的性能主要取决于其含碳量。
低碳钢的含碳量低于0.25%,其强度极限和屈服极限较低,塑性很高,可焊性好,通常用于制作螺钉、螺母、垫圈和焊接件等。
含碳量在0.1%-0.2%的低碳钢零件可通过渗碳淬火使其表面硬而心部韧,一般用于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。
中碳钢的含碳量在0.3%-0.5%之间,它的综合力学性能较好,因此可用于制造受力较大的螺栓、螺母键、齿轮和轴等零件。
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常用机械加工材料(金属类)
常用的金属机械加工材料包括以下几种。
1、45号钢
45号钢是一种常用的中碳调质钢，数字“45”代表该钢材
的平均含碳量为0.45%。
该钢材综合力学性能良好，但淬透性低，水淬时易生裂纹。
对于小型件，应采用调质处理，而对于大型件，则应采用正火处理。
该钢材主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞、轴、齿轮、齿条和蜗杆等。
对于焊接件，需要在焊前进行预热，以及在焊后进行消除应力退火处理。
2、Q235A
Q235A是最常用的碳素结构钢，又称为A3钢。
该钢材具
有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度和良好的冷弯性能。
其中，“Q”是“屈”的拼音首字母，代表屈
服极限的意思，“235”则代表该钢材的屈服值，约为235MPa。
该钢材的质量等级共分为A、B、C、D四个等级，而Q235A
钢的质量等级为A级。
该钢材广泛用于一般要求的零件和焊
接结构，如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构和桥梁等。
3、40Cr
40Cr是使用最广泛的钢种之一，属于合金结构钢。
经过
调质处理后，该钢材具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，但水冷时复杂形状的零件易产生裂纹。
该钢材的冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性能好，但焊接性不佳，易产生裂纹，因此需要在焊前进行预热处理。
一般情况下，40Cr钢
材在调质状态下使用，并可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。
该钢材调质处理后，可用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴和顶针套等。
而调质并高频表面淬火后，则可用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母和进气阀等。
经淬火及中温回火后，40Cr钢材可用于制造重载、中速冲击
的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴和套环等。
而经淬火及低温回火后，则可用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴和套环等。
对于碳氮共渗处即后制造尺寸较大、
低温冲击韧度较高的传动零件，如轴和齿轮等，则可采用
40Cr钢材制造。
4、HT150
HT150是一种灰铸铁，字母“HT”是“灰铁”的拼音首字母，抗拉强度为150MPa。
该铸铁具有中等强度和良好的铸造工艺
性能，常用于制造箱体、机床床身等零件。
HT150铸铁可用
于制造齿轮箱体、机床床身、箱体、液压缸、泵壳体、阀体、飞轮、气缸盖、带轮、轴承盖等。
5、35号钢
35号钢是一种常用的号钢，数字“35”代表该钢材的平均
碳含量为0.35%。
该钢材强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊
接性尚可。
在冷态下，35号钢可局部镦粗和拉丝。
该钢材淬
透性低，因此正火或调质后使用较为合适。
T10和T12都是碳素工具钢，具有较高的硬度和耐磨性，
适用于制造各种刀具、模具和机械零件。
T10钢的碳含量较高，硬度较高，适用于制造高强度和高硬度要求的工具和零件。
T12钢的硬度和韧性都较好，适用于制造切削力较大的工具和
零件。
这两种钢材在机械制造和加工行业中应用广泛。
删除段落：6
适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件
改写段落：7
0Cr18Ni9是常用的不锈钢之一，广泛用于食品设备、化工设备、原子能工业设备等领域。
除了0Cr18Ni9外，
1Cr18Ni9、3Cr18Ni9等不锈钢材料也被广泛应用。
改写段落：8
Cr12是一种常用的冷作模具钢，属于高碳高铬的莱氏体钢。
该钢具有良好的淬透性和耐磨性，多用于制造冷作模具、冲头、下料模、拉深模等。
但由于其碳含量较高，容易脆裂，因此需要注意调质处理和加工方法。
改写段落：9
3Cr13是一种马氏体不锈钢，具有良好的耐腐蚀性、抛光性、强度和耐磨性，适用于制造承受高负荷、高耐磨和在腐蚀介质作用下的塑料模具。
调质处理后，硬度在HRC30以下的3Cr13材料加工性良好，表面质量较好。
但硬度超过HRC30时，加工难度增加，需要注意刀具的磨损情况。
改写段落：10
YG6X是一种硬质合金，常用于制造硬质合金刀具。
硬质合金具有高硬度、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等优良性能，被广泛应用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和各种钢材。
在加工难度较大的材料中，如耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等，硬质合金也具有良好的切削性能。
删除段落：11。