第四章机器零讲义件用钢
化工机械制造技术第四章 化工设备制造的主要工序
第四章 化工设备零件制造的主要工序
• 教学要求： 1．掌握各工序的加工过程 2．熟悉各工序所用的主要机具、设备的结构原理、 用途与操作 3．熟悉设备制造常用的材料的牌号、规格、产地 价格等
• 教学建议： 与生产实习结合，加强动手能力、实践技能的培 养。
第一节 原材料准备
一、材料的净化
1．净化的目的 • （1）清除油污、锈蚀
图 4-52应用样杆弯管 1—插销；2—垫片；3—弯管平台； 4—管子； 5—样杆； 6—夹箍；
7—钢丝绳； 8—插销孔
图 4-53 应用样板弯管 1—插销；2—垫片；3—弯管平台； 4—样板（胎膜）； 5—管子；6—夹箍；
7—钢丝绳； 8—插销孔
（2）中频加热弯管
1—转臂； 2—变压器； 3—感应圈； 4—导向辊； 5—支撑块； 6—管子； 7—夹头
标准碟形封头：小R处减薄量最大
（2）褶皱：板坯加热不均
• 材料塑性好
• 压紧力过小
变形过(大来不及变形)
• 模具间隙过大
• 模具表面粗糙
（3）鼓包：压边力过小，模具间隙过大，气体积聚
（4）椭圆
（5）裂纹
冲压加工后壁厚变化
6.冲压成型的特点： ①模具多，成本高 ②效率高 ③连续变形，冲压力大，能耗大，成本高 ④减薄量大 ⑤直径有限 举例：DN1000*40的球形封头，最小厚度为
6000吨油压机 冲压成型下模圈
Hale Waihona Puke 水压机热压封头 冲压成型半球封头
4.冲压工艺
划线下料——坡口加工——焊接——探伤——焊缝磨平— —板坯加热——冲压——定径——封头边缘余量的切割
5.冲压成型缺陷
（1）减薄 ：中间减薄，边缘（直边）增厚
钳工工艺学第六版电子课件第四章装配基础知识
（所有减环基本尺寸之和），即：
m
n
A△= Ai － Ai
i 1
i 1
（2）封闭环的最大极限尺寸 当所有增环都为最大极限尺寸，减环都为最小极限尺寸时，则封闭环为最大极 限尺寸，即：
A = － △max
m
Ai m ax
n
Ai min
i 1
i 1
式中 A△max—封闭环最大极限尺寸，mm； Aimax —各增环最大极限尺寸，mm；
（3）增环 在其他组成环不变的的条件下，当某组成环增大时，封闭环随之增大，那么 该组成环称为增环。 （4）减环 在其他组成环不变的条件下，当某组成环增大时，封闭环随之减小，那么该 组成环称为减环。
3．封闭环极限尺寸及公差
（1）封闭环的基本尺寸
由尺寸链简图可以看出，封闭环的基本尺寸=（所有增环基本尺寸之和）－
Aimin —各减环最小极限尺寸，mm。
（3）封闭环的最小极限尺寸
当所有增环都为最小极限尺寸，而减环都为最大极限尺寸时，则封闭环为最小
极限尺寸，即：
A = － △min
m
Ai min
n
Ai min
i 1
i 1
式中 A△min —封闭环最小极限尺寸，mm；
Ai max
—各增环最小极限尺寸，mm；
第四章 装配基础知识
§4-1 装配工艺概述 §4-2 装配前的准备工作 §4-3 装配尺寸链和装配方法 §4-4 设备拆卸
§4-1 装配工艺概述
一、装配的概念
机械产品一般由许多零件和部件组成。零件是构成机器（或产品）的最小单 元。两个或两个以上零件结合成机器的一部分称为部件。
按规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品 轴线的振动，而且还会产生使旋转轴线倾斜 的振动，这种不平衡称为动不平衡。
机械工程材料-4章 钢铁材料
③对回火转变的影响
合金元素提高淬火钢的回火稳 定性。合金元素能使铁原子和碳原 子扩散速度减慢，淬火钢回火时马 氏体分解减慢，析出的碳化物难于 聚集长大，保持一种较细小、分散 的状态。 因此淬火回火后合金钢的硬度 和强度高，这有利于提高结构钢的 强度、韧性和工具钢的红硬性。 合金元素使钢产生二次硬化现 象。高合金钢在500～600℃度范围 回火时，其硬度并不降低，反而升 高，这种现象称为二次硬化。
2.工业用钢的编号方法
①普通碳素结构钢
1）碳素钢
质量等级符号含义 A：只保证力学性能 ，要求最低 B：只保证化学成分； C：保证力学性能、化学成分； D：保证力学性能、化学成分、金相组织。
Q 235–A F Q XXX–X X
脱氧方法符号：F、B、Z、TZ 质量等级符号：A、B、C、D 钢的屈服强度数值（MPa）
②合金工具钢
一位数字 + 元素符号 + 数字
合金元素含量，单位1% 合金元素符号 平均含碳量，单位：0.1%；Wc＞1% 时不标出
注： 当合金元素含量小于1.5％时，只标明元素符号，不标含 量；当含量在1.5%～2.5% 时标2，在2.5%～3.5% 时标3…… 当Wc≥1%时，不标出含碳量，避免与合金结构钢混淆。 高速钢（W18Cr4V，Wc=0.7%-0.8% ）例外。 例：9SiCr表示Wc=0.9％，Si、Cr的含量都小于1.5％。
合金元素溶入铁素体对合金性能的影响
2 与铁的相互作用
铁素体形成元素：即缩小奥 氏体相区的元素，包括Cr、Mo、 W、Ti、Si、Al、B等。如欲得到 室温铁素体钢，需向钢中加入铁素 体形成元素。
奥氏体形成元素：即扩大奥 氏体相区的元素，包括Ni、Mn、 Co、Cu、Zn、N等。如欲得到室 温奥氏体钢时，需向钢中加入奥 氏体形成元素。
机械工程材料机械工业出版社第版内容总结
机械工程材料机械工业出版社第版内容总结文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）《机械工程材料》机械工业出版社第3版目录第一章机械零件的失效分析第二章碳钢第三章钢的热处理第四章合金钢第五章铸铁第六章有色金属及其合金第七章高分子材料第八章陶瓷材料第九章复合材料第十章功能材料第十一章材料改性新技术第十二章零件的选材及工艺路线第十三章工程材料在典型机械和生物医学上的应用第一章机械零件的失效分析第一节零件在常温静载下的过量变形失效：零件若失去设计要求的效能变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化弹性变形：能够恢复的变形塑性变形：不能恢复的变形一、工程材料在静拉伸时的应力-应变行为1.低碳钢的应力-应变行为变形过程：弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形2.其他类型材料的应力-应变行为纯金属脆性材料高弹性材料二、静载性能指标1.刚度和强度指标（1）刚度指零（构）件在受力时抵抗弹性变形的能力单向拉伸（或压缩）时：E=σ/ε=εAF / ，即EA=F/ε纯剪切时：G=τ/γ=γτAF / ，即GA=F τ/γ弹性模量E （或切变模量G ）是表征材料刚度的性能指标（2）强度指材料抵抗变形或断裂的能力指标有：比例极限σp ，弹性极限σe ，屈服强度σs ，抗拉强度σb ，断裂强度σk2.弹性和塑性指标（1）弹性指材料弹性变形大小弹性能u ：应力-应变曲线下面弹性变形阶段部分所包围的面积 u=21σe εe=E e 221σ （2）塑性指材料断裂前发生塑性变形的能力断后伸长率： %10000⨯-=L L L δ 断面收缩率： %10000⨯-=A A A ψ ψδ、越大，材料塑性越好3.硬度指标表征材料软硬程度的一种性能布氏硬度HBW （硬质合金球为压头）洛氏硬度HRC （锥角为120°的金刚石圆锥体为压头）维氏硬度HV （锥角为136°的金刚石四棱锥体为压头）三、过量变形失效零件的最大弹性变形量△l 或θ（扭转角）必须小于许可的弹性变形量。
机械制造工艺学第四章 机械加工工艺规程设计
（3）应尽量减小加工面积 支座底面设计为中凹可减少加工量，提高支撑精度和稳定性。
三、要考虑生产类型与加工方法
箱体零件： 单件小批时（a），其同轴孔的直径应设计成单向递减的，以便 在镗床上通过一次安装就能逐步加工出各孔。 大批生产时（b），为提高生产率，一般用双面联动组合机床加 工，这时应采用双向递减的孔径设计，用左、右两镗杆各镗两 端孔，以缩短加工工时。
床身导轨面自为基准
（4）互为基准原则
对工件上的两个相互位置精度要求很高的表面，互相作为 定位基准，反复进行加工。
优点： 可使两个加工表面间获得高的位置精度。 如：内外圆面同轴度要求比较高的套类零件的加工安排
第二节 机械加工工艺路线的制订
一、定位基准的选择
2、粗基准的选择原则 （1）保证位置精度原则
0.16-0.01
加工方法 钻 扩
铰 拉
镗
孔的加工方法
加工性质
加工经济精度(IT)
实心材料
12-11
粗扩
12
精扩
10
半精铰
11-10
精铰
9-8
细铰
7-6
粗拉
10-9
精拉
9-7
粗镗
12
半精镗
11
精镗
10-8
细镗
7-6
表面粗糙度Ra
20-2.5 20-10 10-2.5 10-5 5-1.25 1.25-0.32 5-2.5 2.5-0.63 20-10 10-5 5-1.25 1.25-0.32
加工方法
外圆加工的方法
加工性质
加工经济精度(IT) 表面粗糙度Ra（um）
车 外磨 研磨 超精加工
粗车 半精车
精车 金刚石车
机械基础李世维主编第四章
4．磷：使钢低温时脆性严重（冷脆）；是钢中有害元素， 应严格控制磷含量。
5、氢：氢对钢材的危害很大，它使钢材变脆，也会使钢材 产生微裂纹，使钢材容易脆断。
机械工程材料（碳素钢） 二、碳素钢的分类
机械工程材料（碳素钢）
普通碳素结构钢：Q195、Q215、 Q235、Q255、Q275等。
（2）中温回火（350—500℃），目的是使钢获得高弹 性，并保持较高硬度、屈服极限和一定的韧性。如弹簧、 锻模等。
（3）高温回火（调质处理）（500—650℃）目的是获 得较好的综合力学性能。如螺栓、连杆、曲轴、齿轮等重 要的结构件。
调质。
钢的表面热处理
有些零件，采用表面热处理可以获得表面高硬度和心部高韧性。
钢
优质碳素结构钢：08F、45、55、65等
（按质量用
途和化学成
分综合分类）
碳素工具钢：T7A、T8、T10等
机械工程材料（碳素钢）
三、碳钢的牌号、性能及用途
1、普通碳素结构钢 1）牌号表示方法： 牌号表示方法：由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质
量等级符号、脱氧方法符号四部分顺序组成。 质量等级有：A、B、C、D 脱氧方法有：F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静
石墨（G） 球墨铸铁（球状石墨）
蠕墨铸铁（蠕虫状石墨）
钢的热处理
热处理的定义：采用适当的方式将钢或钢制工件进行加热 、保 温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。 热处理的目的：不仅能充分发挥钢材的潜力，提高工件的使用 性能和使用寿命，而且还可以改善工件的加工性能。 热处理方法很多，根据加热和冷却方法不同，将热处理工艺分 为两类。
机械工程基础第四章思考题答案
第四章作业1．为什么合金钢的机械性能高，热处理变形小?答：合金元素对钢中基本相的影响：（1）合金元素固溶于铁素体，起到固溶强化的作用，在提高钢的强度的同时，并不降低塑性；（2）合金元素溶解于奥氏体，除在一定程度上起固溶强化作用外，更重要的是增加钢的高温稳定性。
因而在淬火时，能推迟或阻碍奥氏体向非马氏体组织转变。
提高淬火的淬透；（3）合金元素形成碳化物，这些化合物都是硬而脆的强化相，有些还具有相当高的热稳定性，它们都是耐磨钢和耐高温钢不可缺少的组织。
合金元素对平衡相图的影响：合金元素改变相变温度，对奥氏体和铁素体存在范围可以改变，除可根据机理制取一些具有特殊性能的钢外，还可依据合金含量，确定合金钢的热处理温度，以便获得更高的性能。
合金元素对热处理工艺的影响：合金钢中合金元素在加热保温阶段可以减慢奥氏体的形成，阻止奥氏体晶粒长大。
合金钢中合金元素在冷却转变阶段可以减缓过冷奥氏体的分解。
合金钢中合金元素在回火分解阶段可提高钢的回火稳定性；产生二次硬化。
总之，绝大多数合金元素在合金钢中，使钢现有组织的稳定性增强。
因而根据需要，可使合金钢的机械性能比碳钢更高，热处理变形更小。
2．区别过冷奥氏体和残余奥氏体，并解释过冷奥氏体的稳定性，指出其影响因素和在生产中的实际意义。
答：过冷奥氏体是指奥氏体冷却至A1线以下没有转变成其它组织的奥氏体。
残余奥氏体是指奥氏体冷却至常温下后，转变没有彻底，一部分奥氏体残留下来的奥氏体。
过冷奥氏体在各个温度进行等温转变时，都要经过一段孕育期，即：在“C”曲线中，纵坐标到转变开始线之间的时间间隔。
孕育期愈长，表示过冷奥氏体愈稳定。
其影响因素主要是过冷奥氏体中的含碳量、合金元素含量和钢加热时的温度、保温时间。
它的位置和形状直接影响过冷奥氏体冷却转变产物的组织及性能。
过冷奥氏体的稳定性增强，有利于钢的淬透性，有利于提高钢的机械性能。
3．比较各种合金结构钢。
答：低合金结构钢注重钢的屈服强度性能，合金结构钢不仅要具有高的强度和塑、韧性，还要具有良好的疲劳强度和耐磨性。
机械基础复习资料金属材料和热处理含习题答案
第二部分 机械基础第四章 金属材料和热处理本章重点1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。
2．了解：工艺性能的含义。
3．了解：热处理的概念及目的。
4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。
5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。
6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。
7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。
本章内容提要一．金属材料的性能1．物理、化学性能物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。
化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。
如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。
2．金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。
主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（1）强度强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。
常用的强度是抗拉强度。
工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。
（2）塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。
常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。
伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。
式中，L 0表示试样原长度（mm ），L 1表示试样拉断时的长度（mm ）。
断面收缩率：是指试样拉断后，缩颈处横截面积（A 1）的最大缩减量与原始横截面积（A 0）的百分比。
（3）硬度硬度是金属材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形能力；是金属表面局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。
目前最常用的硬度是布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC 、HRB 、HRA ）和维氏硬度（HV ）。
（4）韧性1o o 100%L L L -=⨯δ010A A 100%A -=⨯ψ韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。
工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。
（5）疲劳强度疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。
一般规定，钢铁材料的应力循环次数取108，有色金属取107。
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(2).固溶强化 Ni，Si，Cr，Mo，Mn等不仅可以提高淬透性而且都 能产生固溶强化效果。
2、辅加元素作用
(1).提高回火稳定性
W ，Mo，v，Ti等。
(2).细化晶粒 除Mn外，碳化物形成元素均能细化A晶粒，其中强
精品jing
第四章机器零件用钢
主要内容
➢机器零件用钢的强韧化 ➢渗碳钢 ➢调质钢 ➢弹簧钢 ➢滚动轴承钢 ➢超高强度结构钢
本章教学基本要求
□了解机器零件用钢的强韧化机制； □渗碳钢、调质零件、弹簧、滚动轴承以及超强度
结构钢的服役条件及对钢的基本性能要求，化 学成分特点和热处理特点； □掌握常用渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢 以及超强度结构钢的组织性能特点及用途。
机器零件用钢钢种：
渗碳用钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、氮化用钢、 低碳马氏体钢、超高强度钢、低淬透性钢、耐磨钢、 易切削钢等。
第一节 机器零件用钢的强韧化
一、机器零件用钢的强韧化的基本方法
由前面介绍的机器零件用钢的工作环境、力学性能 要求和工艺性能要求可以看到：
不同零件对性能要求侧重点有很大的区别，但其共同 特点都可以归一为强度和韧性两个方面。因此机器零 件用钢在使用过程中，总希望尽可能高的强度和保证 足够的表面碳化物呈长条状和网状 分布，产生脆化。Cr易使碳化物呈粒状分 布，韧性降低不明显。
三、 常用渗碳钢及热处理
（一）常用渗碳钢
1.低淬透性渗碳钢 （适用于负荷不
大，对心部要求不 高的小型渗碳件）
15，20， 20Mn2，20MnV， 15Cr，20Cr， 20CrV
要求结构紧凑、运转快速准确以及零件间有合适的公差 配合等。
由此便决定机器零件用钢在性能上要求与工程构件用钢 有所不同。
三、机器零件用钢对力学性能要求
➢ 良好的强度和韧性 以保证机器零件体积小、结构紧凑及安全性好；
➢ 良好的疲劳性能与耐磨性等 因此对机器零件用钢必须进行热处理强化以充
分发挥钢材的性能潜力，所以机器零件用钢的使 用状态通常为淬火加回火态，即强化态。
为使机器零件用钢获得高强度和足够韧性，主要采用 固溶强化、沉淀强化、细晶强化等方法。
热处理淬火，回火等相变强化手段也是机器零件用钢 必不可少的工艺方法。
二、合金元素在机器零件用钢中的作用
在机器零件用钢中合金元素分为两大类： 主加元素：提高淬透性和固溶强化 辅加元素：细化晶粒，防止第二类回火脆性
和改善切削加工性能。 1 主加元素作用 (1).提高淬透性
活塞销(20Cr)
柴油机凸轮轴
凸轮轴工作原理示意图
2. 中淬透性渗碳钢
适用于中型负荷， 截面较大的耐磨件， 如汽车的变速箱齿轮
利用碳化物形成元素，如Cr，Mo，W等在渗碳后 的表层形成碳化物，提高硬度和耐磨性。
（3）细化晶粒
常加入少量强碳化物形成元素Ti、 V等阻止奥 氏体的晶粒长大。
3、合金元素对 渗层性能的影响
（1）对表层碳浓度 及渗碳层浓度梯 度的影响
①碳化物形成元素 Cr、Mo、W能增大 钢表面吸收渗碳气氛 中C原子能力，同时 又降低了C在奥氏体 中的扩散系数，因此 渗层表面碳浓度大， 渗碳层表面碳分布陡；
④高的弹性极限： 0.6-0.9％C，弹簧钢，淬火＋中温回火
⑤高硬度高耐磨、高接触疲劳性能： 轴承钢，淬火＋低温回火
第二节 渗碳钢
一、渗碳钢 机器零件中，如齿轮，用低碳钢、 低碳合金钢进行渗碳，使零件从表 面到心部具有从高碳（0.8～1.1%C） 到低碳（0.10～0.25%C）连续过渡的 化学成分。称这类钢为渗碳钢。 淬火、回火后：零件表面层具有 高强度、高耐磨性，零件心部具有 适当的强度和较好的韧性。
曲轴 连杆
弹簧
板弹簧
离合器弹簧
拉力弹簧
蝶形弹簧
滚珠轴承 调心球轴承
滚珠轴承
履带
铁轨分道叉
破碎机颚板
挖掘机斗齿
二、机器零件用钢的服役条件
受载情况：主要承受拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、 冲击、疲劳、摩擦等力的作用，或者承受多种载荷的 交互作用。
服役环境：大气、水和润滑油，温度在-50～100℃。
二、 渗碳钢的化学成分特点
1. 低碳
一般在0.12% ～ 0.25%C。主要目的是为了保证心部有
良好的韧性。
2. 合金化特点
常用的合金元素有Cr、Mn、Ni、Si、Mo、Ti、V、B、W 等。 （1）提高淬透性 Cr、Mn、Ni、Si、Mo、B提高钢材的淬透性，提高零件 的强度和韧性；
（2）提高渗层硬度和耐磨性
碳化物形成元素作用大。
(4).防止第二类回火脆性 Mo，W等
(5).改善切削性能 S，Ca，Se，Pb，Bi等
三.机器零件用钢的含碳量和热处理工艺的选择
①一般不重要的零件： 中碳钢，正火
②表面耐磨及接触应力较大的零件： 渗碳钢，渗碳、淬火＋低温回火
③综合力学性能： 中碳调质钢，淬火＋高温回火 低碳马氏体钢，淬火＋低温回火
四、机器零件对工艺性能的要求
机器零件用钢制造工艺繁多： 热加工：铸造、轧制、挤压、拉拔、锻造、焊接、热处理。 冷加工：车、铣、刨、磨…等等。
通常机器零件的制造工艺流程为：
型材 改锻
预先热处理 粗加工
最终热处理
精加工
其中以切削加工性能和热处理工艺性能为机器零件用钢 的主要工艺性能；
机器零件用钢通常以力学性能为主， 工艺性能为辅。
引言
一、应用背景：
机器零件用钢也称机械制造结构用钢，是用于制 造各种机械零件的钢种。
机器零件用钢是在优质碳素结构钢的基础上发展 起来的，如各种齿轮零件、轴（杆）类零件、弹 簧、轴承及高强度结构件等。广泛应用在汽车、 拖拉机、机床、工程机械、电站设备、飞机及火 箭等装置上。
变速箱 变速齿轮
拨叉
齿轮 汽车万向节
②非碳化物形成元素 Ni 的作用相反， 加速 C原子扩散，降低表层 碳浓度，有利于形成 由表及里的较平缓的 碳浓度梯度。
③Si元素 Si使钢的表面增碳
困难，使渗碳速度 降低，因此渗碳钢 很少加Si
因此，合理搭配碳化物形成元素和非碳化物形 成元素（Ni），可以加快钢渗碳速度和较快获得 必要的表面碳浓度、渗层深度，避免表面碳浓度 太高及渗层碳浓度分布太陡。