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机械学基础多媒体系列 CAI 课件. 机械学基础课程电子教案. 授课教师:马惠萍 联系方式: 86413120 Email : mhp@hit.edu.cn. 哈工大电气工程及自动化学院 自动化测试与控制系. 定原理方案后. 依据. 第 5 章 机械工程常用材料及其工程性能. 5.1 概述. 零部件机构设计( 材料、热处理、形状、尺寸 ). 保证零部件的工作能力. 黑色金属材料- 铁基金属合金. 金属材料 :. 有色金属材料- 铜、铝、镁. 材料. 无机非金属材料- 陶瓷. 非金属材料 :. 有机材料- 塑料,橡胶,合成纤维.
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机械学基础多媒体系列CAI课件 机械学基础课程电子教案 授课教师:马惠萍 联系方式:86413120 Email:mhp@hit.edu.cn 哈工大电气工程及自动化学院 自动化测试与控制系
定原理方案后 依据 第5章 机械工程常用材料及其工程性能 5.1 概述 零部件机构设计(材料、热处理、形状、尺寸) 保证零部件的工作能力 黑色金属材料-铁基金属合金 金属材料: 有色金属材料-铜、铝、镁 材料 无机非金属材料-陶瓷 非金属材料: 有机材料-塑料,橡胶,合成纤维
材料抵抗塑性变形和断裂的能力 材料抵抗弹性变形的能力 在外力作用下金属产生塑性变形而不产生断裂的能力 材料抵抗局部塑性变形能力的性能指标--硬度保证强度、耐磨性和寿命 当应力的周期循环次数增加到某一数值N后,材料也会产生断裂 5.2 金属材料的机械性能 强度 刚度 塑性 硬度 机械性能 金属的疲劳 线膨胀系数α
收缩率:试件拉断后横截面积相对收缩的百分数;收缩率:试件拉断后横截面积相对收缩的百分数; 延伸率:试件拉断后单位长度内产生残余伸长的百分数;
含碳量大于2.06%的铁碳合金;制作底座、支架、工作台含碳量大于2.06%的铁碳合金;制作底座、支架、工作台 碳素钢: (含碳量0.04%-1.7%的铁碳合金称为钢) 为改善钢的性能,在钢中加入一种或数种合金元素的钢-铬、锰、镍、硅、铝、钨 合金钢: 5.3 常用的工程材料 铸铁: 普通碳素结构钢-Q255 、 Q275、Q235A制造强度要求高的零件-连杆、轴 优质碳素结构钢-钢号10 、 15 、 20 、 85-一般零部件应用(0.01%) 黑色金属 碳素工具钢-T8 、 T12A(高级优质碳素工具刚)-一般零部件应用(0.1%)-高硬度和耐磨性
白口铸铁:碳以Fe3O存在,断口呈白亮色-硬度高、脆性大白口铸铁:碳以Fe3O存在,断口呈白亮色-硬度高、脆性大 灰口铸铁:碳以片状石墨存在,断口呈暗灰色-良好的工艺性能和机械性能-HT100 铸铁 可锻铸铁:石墨呈团絮状存在,白口铸铁经退火后获得-塑性和韧性好 分类 球墨铸铁:石墨呈球状存在-强度高、铸造性好—QT400-17 蠕墨铸铁:石墨呈蠕虫状存在; 铸铁特点:含碳量为2.5%-4%的铁碳合金,杂质(硅、锰、琉、磷)含量比钢多,具有良好的铸造性、耐磨性和切削加工性,生产简单、价格便宜;
低碳钢(含碳<0.25%) 中碳钢(含碳0.25%-0.6%) 高碳钢(含碳>0.6%) 普通碳素钢 按钢的质量分: 优质碳素钢 (有害杂质S、P含量) 高级优质碳素钢 碳素结构钢:(用于工程构件和零件-齿轮、轴、杆-是低碳钢和中碳钢) 碳素工具钢:(用于制造刀具、模具、量具-是高碳钢) 按含碳量分: 碳素钢 分类 按用途分:
低合金机构钢 机械制造用钢 刃具钢 量具钢 模具钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢 合金结构钢: 合金工具钢 合金钢 分类 特殊功能钢: 铸钢: 合金钢优点:加入合金元素可使钢获得一般碳素钢达不到的性能(如硬度、强度、塑性和韧性等);提高耐磨、防腐、防酸性能;获得高弹性、高抗磁或导磁性等;
纯铜 不宜制造结构零件,常制作电元件和耐磨件,价格贵;T1,T2 黄铜 铜与锌合金,H80、H59 (铜含量)、HPb59-1 、HMn58-2(特殊) 铜及铜合金 铜与锡铅等元素的合金-锡青铜(铜锡合金)-无锡青铜(含铝铍锰等元素) 青铜 工业纯铝:L1(纯度最高)、L2、…、L7 铝及铝合金 铸铝合金 变形铝合金 形状记忆合金 超硬铝合金 在宇航、电子、医疗等方面应用 有色金属
密度小,质量轻,耐腐蚀性好,易加工; 工程塑料 橡 胶 耐腐蚀性好,耐磨损和耐放射性; 非金属材料 宝石 人工合成矿物 石英 陶瓷材料 硬度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀
零件毛坯 存在缺陷 解决 热处理 5.4 金属材料的热处理与表面精饰 钢的热处理:将钢在固态范围内施以不同形式的加热、保温和冷却,从而改变(或改善)其组织结构以达到预期性能的操作工艺。 加工方法 铸造、锻造或焊接 晶粒粗大、加工硬化、内应力较大 钢的热处理:改善钢的加工工艺性能;提高钢的机械性能;增加寿命和耐磨性;
退火 正火 淬火 回火 火焰加热 表面淬火 感应加热 渗碳 化学热处理 氮化 氰化 普通热处理 热处理 表面热处理
将钢加热稍高于临界温度-保持一定时间-缓慢冷却;目的:软化钢件,以利于切削,细化晶粒,改善组织以提高化学性能;消除残余应力,以防止变形、干裂;将钢加热稍高于临界温度-保持一定时间-缓慢冷却;目的:软化钢件,以利于切削,细化晶粒,改善组织以提高化学性能;消除残余应力,以防止变形、干裂; 退火 将钢加热稍高于临界温度-保持一定时间-在空气中冷却;目的:强度硬度比退火后高;利于切削加工 正火 普通热处理 将钢加热高于临界温度-保温-在水或油中迅速冷却;目的:提高零件硬度和耐磨性; 淬火 将淬火后零件-重新加热低于临界温度-保温-在水或油中迅速冷却;目的:消除淬火时冷却过快产生的内应力;是淬火后必须程序; 回火
电镀 金属零件的表面精饰 化学处理 涂漆 5.4 金属材料的热处理与表面精饰 快速加热--迅速冷却目的:使表面变硬;内部塑性和韧性较好;--齿轮、蜗杆、丝杆、轴颈; 表面淬火 表面热处理 将工件在一定介质中加热和保温-使介质中活性原子渗入表层-改变表层化学成分和组织-使具有特殊的力学或物理化学性能;渗碳;氮化;氰化 化学热处理 目的:在金属表面加覆盖层,以达到防腐、改善性能和装饰作用;
物理性能:电、磁、热等; 化学性能:表面氧化、电化学腐蚀等; 力学性能:强度、塑性、硬度、韧性等--主要指标 分析失效形式(变形、表面损伤、磨损、断裂) 分析零件的工作条件 (受力、振动、冲击、摩擦等) 结合力学计算确定零件应具有的力学性能指标 选择材料 定热处理方法 5.5 机械零件材料的选择 选择零件材料的总原则:在满足零部件使用性能的前提下,同时兼顾材料的加工工艺性和经济型。 使用性能: 生产
铸造性: 可锻性: 工艺性能: 焊接性: 切削加工性: 热处理工艺性:
习题: 1. 高碳钢、中碳钢、低碳钢是怎样划分的? 2. 下列牌号表示什么铸铁?牌号中的数字表示什么含义?HT250 QT700-2 HT100 QT500-7 3. 下列牌号表示什么材料?牌号中的数字表示什么含义?H82 HMn58-1 Q235A 20Mn 4. 下列牌号表示什么材料?L1 ZQAL9-4 5. 制作锉刀用T13钢还是30钢? 6. 制作齿轮用45钢还是Q235A? 7. 铸铁有何优点?