机械制造基础课件-机械设计中材料的选材与热处理-元丰
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机械工程基础课件
三．合金的相结构和组织
１．概念： 通过熔炼、烧结等方法，将一种金属元素与其 它一种或几种元素结合一起形成的具有金属特 性的新物质叫合金。
组成合金的各元素叫组元。
合金中成分相同、结构相同并与其他部分有界 面分开的均匀组成部分称为相；不同相的结合 称组织。相与相之间的转变称为相变。
2．合金的固态结构
一．相图的定义 相图又称状态图、平衡图。它表示在平
象的材料，如高碳钢、铸铁、铜、铝等，可用 σ0.2代替屈服极限，称为名义屈服点。
(二)刚度
1.定义：金属材料在外力作用下抵抗弹性变形 的能力。
2.弹性模数E：是衡量刚度大小的指标，其值 等于在弹性变形范围内，应力与应变的比值。 在相同外力作用下，E越大，则弹性变形越小， 刚度越大。E只与材料的本性有关。
2．类型： ①布氏硬度（HB）：HBS、HBW。 ②洛氏硬度（HR）：HRC、HRA、HRB。 ③维氏硬度（HV）：
3. 硬度实验
4．硬度是一个重要的综合力学性能指标，反 映了材料在小范围内抵抗变形和断裂的能力。
(五)冲击韧性 1．定义：金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏
的能力。
2．冲击韧性值αk用来衡量冲击韧性的大小。 αk 越大，韧性越好
四.金属的结晶
(一)．结晶过程
1．定义：液态金属在冷凝过程中，原子 由无序到有序，金属由液态到固态及过冷度
实际结晶温度低于熔点，称为过冷，其差值为 过冷度。 冷却速度越大，过冷度也越大。
3.结晶过程 结晶过程=晶核形成+晶核成长 晶核来源：自发形核、外来形核
2．晶体结构的基本概念
晶格 结点 晶胞 晶格常数，单位是Å (埃，10-10m或0.1nm) 晶面、晶向
3．常见晶体结构类型：
《机械制造基础》教学课件—01工程材料
6．材料的刚度
（1）刚度的影响因素。材料的刚度由使其产生单位变形所需的外力值来量度。
（2）刚度的应用。分析材料和结构的刚度是工程设计中的一项重要工作。对于一些必须严格限制变 形的结构（如机翼、高精度的装配件等）应通过刚度分析来控制变形。许多结构（如建筑物、机械等） 也要通过控制刚度以防止振动、颤振或失稳现象。
（5）屈服强度。材料拉伸时，当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外， 还产生部分塑性变形。当应力达到某一数值后，塑性应变急剧增加，这种现象称为屈服。这一阶 段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此它被作 为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度，用 s表示。
刚度对于某些弹性变形量超过一定数值后会影响机器工作质量的零件尤为重要，如机床的主轴、 导轨、丝杠等。
1.2 工程材料及其应用
5．材料的塑性 （1）塑性的表示。材料的塑性优劣通常用伸长率来表示，即
（2）塑性的应用。
l1 lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 100%
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具有良好塑性的金属材料在加工时受到的抗力小，变形充分，这种材料适合进行轧制、锻造、冲压 及焊接等操作，可以获得优良的加工性能。
同时，塑性好的材料在超负荷工作时，可以产生塑性变形，避免突然断裂破坏。
3．弯曲
当物体受到垂直于其轴线的横向外力作用时， 轴线将由直线变为曲线，这就是弯曲。起重机 的起重臂、车床上加工的轴都是承受弯曲变形 的实例。
4．剪切
剪切的物体受到大小相等、方向相反、不在同一直线 上并且作用距离很近的一对力的作用。剪切力将使物 体沿着剪切面发生错动而导致物体破坏。
例如，螺栓连接或铆钉连接的两个零件在工作时都要 承受剪切力。
1．材料的强度 （1）强度的概念。强度是指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形（不可恢复变形）和断裂的能力。
机械制造基础第1章机械制造技术基础概述PPT课件
n——主运动的转速（单位为r/min）
（2）进给量f 当主运动旋转一周时，刀具（或工件）沿进给方向上的 位移量f。进给量的大小也反映了进给速度（单位为mm/min）的大小， 关系为
1.1.2
切削加工成形运动和切削用量
背吃刀量 车削时（单位为mm）是工件上待加工表面与 已加工表面间的垂直距离：
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乔志刚老师联系
使用教材：
倪小丹等主编。《机械制造技术基础》[M]，清华大学
出版社，07.3
参考教材：
1.张世昌等主编。《机械制造技术基础》[M]， 高教出版社， 2008.12
2.王启平主编，《机械制造工艺学》[M]， 哈尔滨工业大学出 版社，2002.
3.陈日曜主编。《金属切削原理》[M]，机械工业出版社，1993.
第1章
概 论
教学重点和难点： 工件表面的成形方法 典型机床的加工工艺范围 刀具的几何角度 工件定位的方式 六点定则 获得加工精度的例导入
怎样获得如图1.1所示的阶梯轴零件？分析：它是由 一些外圆柱面、圆锥面(倒角)和平面组成，并有尺 寸精度和表面粗糙度要求。怎样才能获得这些表面？ 需要哪些运动？需要用什么机床、刀具、夹具和量 具？怎样把它装在机床上？精度怎样？
1.1.2
切削加工成形运动和切削用量
图1.4 车削时的切削运动与加工表面
1.1.2
切削加工成形运动和切削用量
在切削过程中，切削刃相对于工件运动轨迹面，就 是工件上的过渡表面和已加工表面。这里有两个要 素，一是切削刃，二是切削运动。不同形状的切削 刃与不同的切削运动组合，即可形成各种工件表面， 如图1.5所示。
第1章
《机械制造基础》电子课件_Part16
第3章 铁碳合金
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，
从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求 的性能来选择不同含碳量的材料。 2、叛断切削加性能：
低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体 含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺：
在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度， 含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢 材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产：
由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以 进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
Hale Waihona Puke 引言：1、热处理的概念将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得 所需组织与性能的工艺。
2、热处理的目的
（1）提高钢的力学性能 （2）改善钢的工艺性能
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，
从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求 的性能来选择不同含碳量的材料。 2、叛断切削加性能：
低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体 含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺：
在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度， 含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢 材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产：
由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以 进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
Hale Waihona Puke 引言：1、热处理的概念将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得 所需组织与性能的工艺。
2、热处理的目的
（1）提高钢的力学性能 （2）改善钢的工艺性能
机械工程材料及选用第四章热处理2
机械工程材料及选用第四章热处理2
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4.4.3.3 淬火介质
淬火冷却速度必须大于临界冷却速度，才能得到马氏体。
理想淬火冷却介质应满足在高温区冷速快、低温区冷速 慢的要求。
常用的介质有水、矿物油及新型淬火剂。
1. 水：最常用的淬火介质，适用于小截面的碳钢工件。
水介质的优点：冷却能力强、成本低、无污染；
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4.4.3.5 淬火冷却方式
5. 冷处理 将淬火钢件继续冷到室温以下，使残余奥氏体转
变为马氏体的热处理工艺。 目的：提高硬度，增加尺寸稳定性。 冷处理适用于量具及精密件等。
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机械工程材料及选用第四章热处理2
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第四节 钢的常规热处理工艺
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4.4.1 退火 4.4.2 正火 4.4.3 淬火 4.4.4 回火
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机械工程材料及选用第四章热处理2
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4.4.4 回火
4.4.4.1 淬火钢回火转变过程 4.4.4.2 回火工艺的分类
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机械工程材料及选用第四章热处理2
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4.4.4.1 淬火钢回火转变过程
淬火共析钢在不同回火温度时将发生以下变化：
1. 马氏体分解
100~200C，马氏体开始分解，部分碳原子脱溶析
喷水端冷却速度最大，沿轴向随距离增大，冷却速 度逐渐减小，组织及硬度亦逐渐变化。
从末端开始，每隔一定距离测量一个硬度值，得到 试样沿长度方向上的硬度变化，绘制出曲线，称为 淬透性曲线。
曲线上硬度变化最剧烈处即为50%马氏体处。
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机械工程材料淬硬性
2) 粒状碳化物消失，淬火组织耐磨性降低。
3) 钢发生严重氧化、脱碳，降低表面质量；
机械制造基础知识PPT课件
IT7~IT8 IT6~IT7
IT5
0.4~0.8 0.1~0.4
以亚泰老总黄来兴的一句话开始
现在的大学生都愿意在办公室画图，我们的主 要图纸都是购买或测绘的。
懂工艺的太少，我们是有图做不出来。
.
1
一 机械制造基础知识
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节 第十节
机械的生产过程和工艺过程
零件的工艺分析
ห้องสมุดไป่ตู้
(重点)
毛坯的选择
元件装夹和定位基准的选择（难点）
加工
（续） 结构工艺性好
同一宽度尺寸的退刀槽， 使用一把刀具即可加工
加工面减小，节省工时， 减少刀损耗且易保证平面 度要求
内壁孔出口处平整，钻孔 方便，易保证孔中心位置
将阶梯轴的两个键槽设计 在同一方向上，一次装夹 即可对两个键槽加工
.
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第三节 毛坯的选择
选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其 制造精度。
产品品种基本固定，但数 量少，品种较多，需要周期性 地轮换生产，大多数工作地点 的加工对象是周期性的变换。
产品品种固定，每种产品数
量很大，大多数工作地点的加工
的对象固定不变。例如，汽车、
轴承制造等一般属于大量生产。
.
10
表1-4 各种生产类型工艺过程的主要特点
生产类型 工艺特征
工件的互换性
单件生产
.
3
二 工艺过程及其组成
1．工艺过程
把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相 对位置和物理、力学性能等，使其成为成品或半成品 的过程称为工艺过程。
工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造、 锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、 表面处理、装配等不同的工艺过程。
最新机械设计中材料的选材及热处理(共54张PPT)精品课件精选全文完整版
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第十页，共五十四页。
钢的分类(fēn lèi)及牌 号
1. 按照(ànzhào)化学成分，钢又可分为碳素钢和合金钢
a、碳素钢（简称碳钢，由于钢碳钢具有较好的力学性能和工艺性能， 并且产量大，价格较低，使它成为机械工程上应用(yìngyòng)最广泛 的金属材料）
按碳含量的多少分为
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第二十二页，共五十四页。
㈡优质(yōuzhì)结构钢
3、调质(diào zhì)钢
•淬火＋高温(gāowēn)回火 后获得综合机械性能，即强度与韧性的配合
•为提高某些部位耐磨性，通常要局部高频淬火或表面氮化；需提高表面疲劳抗力，有 时要进行喷丸处理
•应用：受力复杂的重要零件，最普通的调质钢为35，40，45，但由 于热处理后变形大，实际都加合金元素，随合金量增加强度
• 铸铁的性能，但片状石墨对基体的分割作用，和引起应力集中效应(xiàoyìng)，故其抗拉强
度远
低于钢，其强度、塑性低。铸造性能好(灰铸铁含碳量高，熔点比钢低)，成本最低
（冷却下来后直接就可得到）
• 牌号：HT250（HT：灰铁的汉语拼音首字母，250代表抗拉强度值）
• 成分（HT250） ：碳含量：2.9％～3.5％，硅含量：1.4％～2.1％
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4、牌号(páihào)
⑴普通碳素结构钢：用Q＋数字（屈服强度数值(shùzí)）表示
⑵优质碳素结构钢：用钢中平均碳含量分数的两位数字表示 (biǎoshì)，单位为万分之几，也就是说用碳含量万分之几表示(biǎoshì)
⑶碳素工具钢：T＋数字，在钢号前加T（碳的汉语拼音字头），数字：钢 号用平均碳含量的千分数的数字表示（千分之几）
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合金钢的优良性能不仅取决于化学成分，而且在更大程度 上取决于适当的热处理
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2、按用途分
a、结构钢：大型结构和机器零件 b、工具钢：工具、模具、量具 c、特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢
大平垫（1Cr13）
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3、按质量分
a、普通钢 b、优质钢 c、高级优质钢
钢的分类及牌号
1. 按照化学成分，钢又可分为碳素钢和合金钢
a、碳素钢（简称碳钢，由于钢碳钢具有较好的力学性能 和工艺性能，并且产量大，价格较低，使它成为机械工 程上应用最广：Wc≤0.3 中碳钢：Wc＝0.3％～0.6％ 高碳钢：Wc>0.6％
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武汉元丰汽车零部件有限公司
机械设计中常用材料的使用及热处理选择
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工程材料分类：
常用工程材料
金属材料
黑色金 属
有色金属
非金属材料
橡胶 塑料
铸铁
钢
… 铝合金 铜合金
…
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铸铁
铸铁和钢都是铁碳合金， 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。
按S、P的含量分的，S、P含量越多，脆性越 大，质量也就越差高级优质钢：S、P去的特别好
分类方法比较多，按习惯叫即可，如45＃钢可被称为中碳钢、结构钢、优质钢
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4、牌号
⑴普通碳素结构钢：用Q＋数字（屈服强度数值）表示
⑵优质碳素结构钢：用钢中平均碳含量分数的两位数字表示， 单位为万分之几，也就是说用碳含量万分之几表示
⑶碳素工具钢：T＋数字，在钢号前加T（碳的汉语拼音字头），数 字：钢号用平均碳含量的千分数的数字表示（千分之几）
T8表示平均碳含量为0.8％（千分之八）的碳素工具钢 高级优质则在钢号后加A，如T10A
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4、牌号
⑷合金结构钢：数字＋元素＋数字表示
如：60Si2Mn（60：碳含量的万分之几，即0.6％；Si、Mn：合金元素；2：表示前边合金 元素的平均质量分数，当含量≥1.5%时，是四舍五入后的数字，当<1.5％时，数字省略）
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牌号
性能
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HT100
HT150 HT200 HT250 HT300
强度→ 切削加工性← 表面粗糙度→ 耐热疲劳性←
高温强度→ 减震性← 弹行模量→ 对缺口敏感程度← 耐磨性→ 铸造工艺性←
HT350
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球墨铸铁：
液体铁水经过球化处理，石墨呈球状分布于基体中 • 性能：强度、塑性高（与灰口铸铁相比）
• 成分（HT250） ：碳含量：2.9％～3.5％，硅含量：1.4％～2.1％
锰含量：0.7％～1.1％， 硫含量≤0.15％，磷含量≤0.12％
• 常用热处理
去应力退火：加工前进行，人工时效处理
高温退火：降低硬度，使渗碳体分解成铁和石墨
表面淬火：提高表面耐磨性
制动盘（HT250，190-230HBS）
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根据碳在铸铁中存在的形式及石墨的形态，可将铸铁分类：
• 灰口铸铁：碳以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色 • 可锻铸铁：团絮状石墨，塑性很低，不能锻造，只有钢能锻造，铸铁不能
锻造，经过两个生产过程制得的，首先制得白口铁铸件，然后再经石墨化 退火而最终制得可锻铸铁 • 球墨铸铁：球状石墨 • 白口铸铁：一般液体铁水冷却下来，发生石墨化，变成石墨，若冷的太快， 变不成石墨，而是作为渗碳体保存下来，白口铸铁很硬，没有用，要避免 出现 • 合金铸铁：在铸铁中加入数量不等的合金元素，从而改善铸铁的物理、化 学和力学性能，如耐磨性、耐蚀性和耐热性
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常用铸铁（其中灰铸铁应用最广，球墨铸铁次之）
灰口铸铁：
• 片状石墨
• 铸铁的性能，但片状石墨对基体的分割作用，和引起应力集中效应，故其抗拉强度远
低于钢，其强度、塑性低。铸造性能好(灰铸铁含碳量高，熔点比钢低)，成本最低
（冷却下来后直接就可得到）
• 牌号：HT250（HT：灰铁的汉语拼音首字母，250代表抗拉强度值）
• 牌号：QT500－7（QT：球铁的汉语拼音首字母，500代表最低抗拉强度值，7代表最低
延伸率值）
• 成分（QT500－7）： 碳含量：3.6％～3.8％，硅含量：2.5％～2.9％ 锰含量≤0.6% ， 硫含量≤0.025％，磷含量≤0.08％
• 热处理
退火：降低应力，表面白口铸铁消除，变成灰口铸铁或球墨
铸铁具有适当的易熔性， 良好的液态流动性，因而可铸 成形状复杂的零件。此外，它 的减震性、耐磨性、切削性 （指灰铸铁）均较好且成本低 廉，因此在机械制造中应用甚 广。
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铸铁
性能：（与钢相比） 1. 强度、塑性低（石墨对基体有割裂作用） 2. 抗压强度不低 3. 减震性好（机器运动时，有减震性好） 4. 耐磨性好（碳含量高，硬度高，石墨：软，可作为润滑剂） 5. 加工性好 6. 成本低
正火：得到以珠光体为主的基体组织
淬火＋回火：得到回火马氏体、回火托氏体 或回火索氏体组织
卡钳（ QT600-3，190-240HBS）支架（ QT500-7，180-240HBS）
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牌号 QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2
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a、碳素钢
碳素钢的性质主要取决于含碳量，含碳量越高则 钢的强度越高，但塑性越低
低碳钢：塑性、韧性好，大型支架结构、桥梁 中碳钢：综合机械性能好，受力复杂的机器零件 高碳钢：硬度高，工具、耐磨零件
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b、合金钢
由于现代工业和科学技术的不断发展，对力学性能和物 理、化学性能提出了更高的要求，碳钢虽然经过热处理，也不 能满足要求，从而就发展了合金钢，合金钢就是为了改善和提 高碳钢的性能或使之获得某些特殊性能，在碳钢的基础上，特 意的加入某些合金元素而得到的多元的以铁为基的合金。
抗拉强度→
伸长率←
弹行模量→
硬度→
冲击韧度←
性能
减震性←
疲劳极限→
热疲劳抗力←
耐磨性→
可加工性←
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钢
钢具有高的强度、韧性和塑性，并可用热处理方法改善 其力学性能和加工性能。
钢制零件的毛坯可用锻造、冲压、焊接或铸造等方法 取得，因此其应用极为广泛。
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