1、回章首回章首退出退出第四章第四章 工程材料的基本知識工程材料的基本知識第四章 工程材料的基本知識4-1 工程材料的種類及性能工程材料的種類及性能4-2 常用金屬材料常用金屬材料4-3 非金屬材料非金屬材料4-4 金屬材料的熱處理金屬材料的熱處理4-5 材料成型技術材料成型技術簡介簡介回章首回章首退出退出 4-1工程材料的種類及性能工程材料的種類及性能1. 常用工程材料的種類常用工程材料的種類 2.工程材料的主要性能工程材料的主要性能回章首回章首退出退出金屬材料金屬材料 : : 包括黑色金屬（鋼鐵）和有色金屬材料包括黑色金屬（鋼鐵）和有色金屬材料 工程陶瓷工程陶瓷 : : 由金屬和非金屬元素的化

2、合物所構成的由金屬和非金屬元素的化合物所構成的各種無機非金屬材料各種無機非金屬材料 有機高分子材料有機高分子材料 ：工程中常見的有塑料、橡膠和膠：工程中常見的有塑料、橡膠和膠粘劑粘劑復合材料復合材料 ：將上述兩種或多種單一材料人工合成到：將上述兩種或多種單一材料人工合成到一起的材料一起的材料1. 常用工程材料的種類常用工程材料的種類 回章首回章首退出退出（1）工程材料的力學性能）工程材料的力學性能 2. 工程材料的主要性能工程材料的主要性能2）塑性）塑性3）硬度）硬度4）沖擊韌性）沖擊韌性 5）疲勞強度）疲勞強度 6）耐磨性）耐磨性 1）強度）強度（2）工程材料的物理、化學及工藝性能）工程材料

3、的物理、化學及工藝性能回章首回章首退出退出1）強度：）強度： 強度是指在外力作用下材料抵抗變形與斷裂的能力強度是指在外力作用下材料抵抗變形與斷裂的能力 i）彈性極限）彈性極限 和彈性模量和彈性模量Eii) 屈服極限屈服極限 0AFEseiii） 抗拉強度抗拉強度 b回章首回章首退出退出2）塑性）塑性材料在外力作用下產生塑性變形而不斷裂的能力稱為塑性材料在外力作用下產生塑性變形而不斷裂的能力稱為塑性 斷面收縮率斷面收縮率 伸長率伸長率 %100001LLL%100010AAA3）硬度）硬度硬度是衡量材料軟硬程度的指標。硬度越高，表示材料抵抗硬度是衡量材料軟硬程度的指標。硬度越高，表示材料抵抗局部

4、塑性變形的能力越大，材料的耐磨性也較好局部塑性變形的能力越大，材料的耐磨性也較好 i）布氏硬度）布氏硬度 用用HBS表示表示 ii) 洛氏硬度洛氏硬度 用用HRC表示表示回章首回章首退出退出4）沖擊韌性）沖擊韌性 沖擊韌性是指材料在沖擊載荷作用下抵抗斷裂的一種能力沖擊韌性是指材料在沖擊載荷作用下抵抗斷裂的一種能力用標準試樣的沖擊吸收功用標準試樣的沖擊吸收功Ak表示表示 5）疲勞強度）疲勞強度 材料在無數次重復材料在無數次重復“交變應力交變應力”作用下，而不引起斷裂的最作用下，而不引起斷裂的最大應力值大應力值 6）耐磨性）耐磨性 材料在一定工作條件下抵抗磨損的能力材料在一定工作條件下抵抗磨損的能

5、力用體積磨損量、質量磨損量和長度磨損量來評定用體積磨損量、質量磨損量和長度磨損量來評定 回章首回章首退出退出物理性能：指材料在重力、電磁場、熱力等物理因素作用物理性能：指材料在重力、電磁場、熱力等物理因素作用 下所表現出來的性能或屬性，包括材料的密度、熔點、導下所表現出來的性能或屬性，包括材料的密度、熔點、導 電性、磁性能、導熱性、熱膨脹性等電性、磁性能、導熱性、熱膨脹性等 化學性能：主要指材料的抗氧化性、耐蝕性和耐酸性等，化學性能：主要指材料的抗氧化性、耐蝕性和耐酸性等，反映了材料在常溫或高溫環境下抵抗各種化學作用的能力。反映了材料在常溫或高溫環境下抵抗各種化學作用的能力。材料工藝性能：指材

6、料對各種加工工藝的適應性材料工藝性能：指材料對各種加工工藝的適應性 （2）工程材料的物理、化學及工藝性能）工程材料的物理、化學及工藝性能回章首回章首退出退出1 . 碳素鋼和合金鋼碳素鋼和合金鋼2 . 鑄鐵鑄鐵 灰鑄鐵灰鑄鐵 球墨灰鑄鐵球墨灰鑄鐵 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 合金鑄鐵合金鑄鐵3 . 有色金屬材料有色金屬材料 4-2常用金屬材料常用金屬材料碳素鋼碳素鋼合金鋼工具鋼合金鋼工具鋼碳素鋼工具鋼碳素鋼工具鋼合金鋼合金鋼回章首回章首退出退出碳素結構鋼碳素結構鋼 普通碳素結構鋼普通碳素結構鋼 碳素鋼碳素鋼 代號代號Q + 數字數字 字母字母 + 字母字母 屈服強度值屈服強度值 質量等級符號質量等級符號

7、脫氧方法脫氧方法 應用應用Q235AF , KT 350,用于各種工程結構，少量用于制造零件用于各種工程結構，少量用于制造零件 優質碳素結構鋼優質碳素結構鋼 兩位數字組成兩位數字組成 表示鋼中平均含碳量的萬分之幾表示鋼中平均含碳量的萬分之幾 代號代號30、35、40、45、50 應用應用用于制造各種零件用于制造各種零件 普通碳素結構鋼普通碳素結構鋼 優質碳素結構鋼優質碳素結構鋼 回章首回章首退出退出代號代號 T + 數字數字 + A 表示含碳量的千分之幾表示含碳量的千分之幾 高級優質高級優質 應用應用T12 , T12A用于制造各種刀具用于制造各種刀具 碳素工具鋼碳素工具鋼 碳素鑄鋼碳素鑄鋼

8、ZG + 數字數字 + 數字數字 最低屈服強度最低屈服強度 最低抗拉強度最低抗拉強度 代號代號ZG200-400 應用應用用于制造各種零件用于制造各種零件 -碳碳素素工工具具鋼鋼回章首回章首退出退出 合金鋼合金鋼合金結構鋼合金結構鋼 低合金結構鋼低合金結構鋼用于橋梁、船舶、車輛、壓力容器等大型構件用于橋梁、船舶、車輛、壓力容器等大型構件 滲碳鋼與調質鋼滲碳鋼與調質鋼 制造高速、中等載荷、耐沖擊耐磨損零件制造高速、中等載荷、耐沖擊耐磨損零件 彈簧鋼彈簧鋼 制造各種彈簧或要求高彈性的其他零件制造各種彈簧或要求高彈性的其他零件 滾動軸承鋼滾動軸承鋼 回章首回章首退出退出合金工具鋼合金工具鋼 合金工具

9、鋼用來制造切削刃具、量具和模具，以高硬、耐磨為基本特征合金工具鋼用來制造切削刃具、量具和模具，以高硬、耐磨為基本特征 具有特殊物理、化學性能的鋼稱為特殊鋼，包括不銹鋼、耐具有特殊物理、化學性能的鋼稱為特殊鋼，包括不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等熱鋼和耐磨鋼等 不銹鋼系指在腐蝕性介質中具有抗腐蝕性能的鋼不銹鋼系指在腐蝕性介質中具有抗腐蝕性能的鋼 耐熱鋼用來制造在高溫下工作的零件，如鍋爐、蒸汽渦輪、燃氣渦輪耐熱鋼用來制造在高溫下工作的零件，如鍋爐、蒸汽渦輪、燃氣渦輪 耐磨鋼主要具有很高的耐磨性，用于制造經受嚴重磨損和強烈沖擊的耐磨鋼主要具有很高的耐磨性，用于制造經受嚴重磨損和強烈沖擊的零件，如坦克的履帶、

10、粉碎機的顎板、鐵軌道岔零件，如坦克的履帶、粉碎機的顎板、鐵軌道岔 特殊鋼特殊鋼回章首回章首退出退出 特點特點 代號代號HT + 數字數字(表示最小抗拉強度表示最小抗拉強度) 應用應用 灰鑄鐵灰鑄鐵HT 200, HT 350,抗壓強度高，耐磨性、消振性好，抗壓強抗壓強度高，耐磨性、消振性好，抗壓強度低，韌性差度低，韌性差機器箱體體、支架等機器箱體體、支架等回章首回章首退出退出 特點特點 代號代號QT + 數字數字 + 數字數字 最小抗拉強度最小抗拉強度 斷后延長率斷后延長率 應用應用球墨灰鑄鐵球墨灰鑄鐵QT 200, QT 350,保留灰鑄鐵優點，具有中碳鋼優點保留灰鑄鐵優點，具有中碳鋼優點發

11、動機曲軸、連桿等發動機曲軸、連桿等回章首回章首退出退出特點特點代號代號KT + H + 數字數字 + 數字數字 最小抗拉強度最小抗拉強度 斷后延長率斷后延長率應用應用可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵KT 200, KT 350,保留灰鑄鐵優點，具有中碳鋼優點保留灰鑄鐵優點，具有中碳鋼優點發動機曲軸、連桿等發動機曲軸、連桿等回章首回章首退出退出特點特點代號代號KT + H + 數字數字 + 數字數字 最小抗拉強度最小抗拉強度 斷后延長率斷后延長率應用應用 合金鑄鐵合金鑄鐵KT 200, KT 350,保留灰鑄鐵優點，具有中碳鋼優點保留灰鑄鐵優點，具有中碳鋼優點發動機曲軸、連桿等發動機曲軸、連桿等回章首回章首退出

12、退出鋁及其合金鋁及其合金 銅及其合金銅及其合金 3 有色金屬材料有色金屬材料 質量輕、比強度和比剛度高、導電導熱性好、耐腐蝕，因而廣泛用于飛機質量輕、比強度和比剛度高、導電導熱性好、耐腐蝕，因而廣泛用于飛機制造業，成為宇航、航空等工業的主要原材料制造業，成為宇航、航空等工業的主要原材料 黃銅是以鋅作為主要合金元素的銅合金黃銅是以鋅作為主要合金元素的銅合金 錫青銅以錫青銅以Sn為主加元素，有高的耐磨性、耐腐蝕性，好的力學性能為主加元素，有高的耐磨性、耐腐蝕性，好的力學性能與鑄造性能，常用來制造耐磨、減摩及耐蝕零件與鑄造性能，常用來制造耐磨、減摩及耐蝕零件 無錫青銅又稱特殊青銅，比錫青銅具有更高的

13、力學性能、耐磨性和無錫青銅又稱特殊青銅，比錫青銅具有更高的力學性能、耐磨性和耐蝕性，主要有：鋁青銅，鈹青銅，硅青銅。耐蝕性，主要有：鋁青銅，鈹青銅，硅青銅。回章首回章首退出退出4-3 非金屬材料非金屬材料1 .常用高分子材料常用高分子材料2 . 陶瓷陶瓷3 .復合材料復合材料(1) 塑料塑料(2) 橡膠橡膠回章首回章首退出退出(1) 塑料塑料分類分類 以樹脂為主要成分的有機高分子固體材料以樹脂為主要成分的有機高分子固體材料 質量輕、比強度高，耐腐蝕性好，絕緣性能優異，減摩、耐磨及自潤滑質量輕、比強度高，耐腐蝕性好，絕緣性能優異，減摩、耐磨及自潤滑性能突出，消音吸振性強，易成型加工，以及其它特殊

14、性能性能突出，消音吸振性強，易成型加工，以及其它特殊性能 按樹脂受熱后性質：熱塑性塑料、熱固性塑料按樹脂受熱后性質：熱塑性塑料、熱固性塑料 按塑料使用范圍按塑料使用范圍 ：通用塑料、工程塑料和特種塑料：通用塑料、工程塑料和特種塑料 1 .常用高分子材料常用高分子材料回章首回章首退出退出(2) 橡膠橡膠分類分類 以生膠為基礎加入適量的填加劑組成的高分子彈性體以生膠為基礎加入適量的填加劑組成的高分子彈性體 天然橡膠：從天然植物中采集到的一種聚乙戊二烯天然橡膠：從天然植物中采集到的一種聚乙戊二烯為主要成分的高聚物，用來制造輪胎，也可用作膠帶、為主要成分的高聚物，用來制造輪胎，也可用作膠帶、膠管及各種

15、橡膠制品，如剎車皮碗膠管及各種橡膠制品，如剎車皮碗 合成橡膠合成橡膠 ：基本性能和用途與天然橡膠相似，可用于：基本性能和用途與天然橡膠相似，可用于某些特殊場合，如耐高溫、低溫的硅橡膠，耐油的聚某些特殊場合，如耐高溫、低溫的硅橡膠，耐油的聚硫橡膠和丁腈橡膠，特別耐腐蝕的氟橡膠等。硫橡膠和丁腈橡膠，特別耐腐蝕的氟橡膠等。 回章首回章首退出退出2. 2. 陶瓷陶瓷 分類分類 用各種粉狀原料做成一定形狀后，在高溫窯爐中燒制而成的用各種粉狀原料做成一定形狀后，在高溫窯爐中燒制而成的一種無機非金屬固體材料一種無機非金屬固體材料 具有硬度高、抗壓強度大、耐高溫、不怕氧化和腐蝕、隔熱具有硬度高、抗壓強度大、耐

16、高溫、不怕氧化和腐蝕、隔熱絕緣性能好等特性絕緣性能好等特性 普通陶瓷：廣泛用作建筑、日用、衛生、化工、紡織、高低壓普通陶瓷：廣泛用作建筑、日用、衛生、化工、紡織、高低壓電氣等行業的結構件和用品電氣等行業的結構件和用品 特種陶瓷：特種陶瓷： 氧化物陶瓷氧化物陶瓷 、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷 回章首回章首退出退出3 . 復合材料復合材料 纖維增強復合材料纖維增強復合材料 復合材料至少由兩大類組成：基體相和增強相復合材料至少由兩大類組成：基體相和增強相 1）復合材料的組成及性能特點）復合材料的組成及性能特點 2）常用復合材料）常用復合材料 具有高比強度和比剛度、高的抗疲勞性、高

17、的斷裂韌性、具有高比強度和比剛度、高的抗疲勞性、高的斷裂韌性、強的減震能力、高溫性能好、抗蠕變能力強、以及優良的強的減震能力、高溫性能好、抗蠕變能力強、以及優良的減摩性和耐蝕性等特點，它還有良好的工藝性能減摩性和耐蝕性等特點，它還有良好的工藝性能 骨架復合材料骨架復合材料 層迭增強復合材料層迭增強復合材料 顆粒增強復合材料顆粒增強復合材料 回章首回章首退出退出4-4 金屬材料熱處理金屬材料熱處理回章首回章首退出退出退火退火正火正火1. 鋼的整體熱處理鋼的整體熱處理 將鋼件加熱到適當溫度，保溫一定時間，隨后緩慢冷卻將鋼件加熱到適當溫度，保溫一定時間，隨后緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態組織的熱處理工藝

18、以獲得接近平衡狀態組織的熱處理工藝 目的是使組織與成分均勻化、或是消除形變強化、或是目的是使組織與成分均勻化、或是消除形變強化、或是消除內應力、或是消除鋼種的氫消除內應力、或是消除鋼種的氫 鋼件加熱到某一溫度以上，保溫適當時間后，在空氣中鋼件加熱到某一溫度以上，保溫適當時間后，在空氣中冷卻的熱處理工藝冷卻的熱處理工藝 目的改善鋼的組織和性能目的改善鋼的組織和性能 ，可作為最終熱處理而直接使用，可作為最終熱處理而直接使用 淬火淬火回火回火 將鋼件加熱到某一溫度以上，保溫一段時間，然后以大將鋼件加熱到某一溫度以上，保溫一段時間，然后以大于臨界冷卻速度冷卻，獲得馬氏體組織的熱處理工藝于臨界冷卻速度冷

19、卻，獲得馬氏體組織的熱處理工藝 回火就是把已經淬火的鋼件重新加熱到某一溫度，適當保溫回火就是把已經淬火的鋼件重新加熱到某一溫度，適當保溫后，冷卻到室溫的熱處理工藝后，冷卻到室溫的熱處理工藝 調質調質 淬火后高溫回火淬火后高溫回火回章首回章首退出退出2. 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理 表面淬火表面淬火化學熱處理化學熱處理 通過快速加熱，使鋼件表層奧氏體化通過快速加熱，使鋼件表層奧氏體化目的是使表層獲得高硬度、高耐磨性的馬氏體組織，而心部仍保持原目的是使表層獲得高硬度、高耐磨性的馬氏體組織，而心部仍保持原來的塑性和韌性都較好的退火、正火或調質狀態的組織來的塑性和韌性都較好的退火、正火或調質狀態的組

20、織 鋼件置于特定的介質中加熱和保溫，使介質中的活性原子滲入鋼件表層、鋼件置于特定的介質中加熱和保溫，使介質中的活性原子滲入鋼件表層、從而通過改變表層的化學成分和組織來改變其性能的一種熱處理工藝從而通過改變表層的化學成分和組織來改變其性能的一種熱處理工藝 滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁等滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁等 2.的的處處理理回章首回章首退出退出4-5 材料成型技術簡介材料成型技術簡介1. 鑄造鑄造2. 塑性加工塑性加工3. 焊接焊接 4. 非金屬材料成型簡介非金屬材料成型簡介 回章首回章首退出退出1. 鑄造鑄造砂型鑄造：將金屬或合金液澆注到砂型內，冷卻凝固后獲得砂型鑄

21、造：將金屬或合金液澆注到砂型內，冷卻凝固后獲得 鑄件，應用最為廣泛鑄件，應用最為廣泛 。 熔模鑄造熔模鑄造 ：鑄件精度與表面質量高、可獲得形狀復雜鑄件，：鑄件精度與表面質量高、可獲得形狀復雜鑄件， 適合各種難加工合金的成型適合各種難加工合金的成型 金屬型鑄造金屬型鑄造 ：將金屬液澆注到金屬鑄型中獲得鑄件的方法：將金屬液澆注到金屬鑄型中獲得鑄件的方法 鑄件組織致密、力學性能高，尺寸精度和表鑄件組織致密、力學性能高，尺寸精度和表 質量好，勞動條件改善；但鑄型成本高質量好，勞動條件改善；但鑄型成本高 壓力鑄造壓力鑄造 ：生產率高，便于實現自動化；鑄件尺寸和表面精度：生產率高，便于實現自動化；鑄件尺寸

22、和表面精度 高，能生產較復雜的薄壁件；鑄件質量好高，能生產較復雜的薄壁件；鑄件質量好 砂型鑄造基本工藝砂型鑄造基本工藝回章首回章首退出退出砂砂型型鑄鑄造造基基本本工工藝藝回章首回章首退出退出2. 塑性加工塑性加工 利用金屬的塑性，使其在外力作用下成形的一種加工方法。利用金屬的塑性，使其在外力作用下成形的一種加工方法。主要有：自由鍛、模鍛、板料沖壓、軋制、擠壓、拉拔主要有：自由鍛、模鍛、板料沖壓、軋制、擠壓、拉拔 自由鍛自由鍛 ：利用自由鍛設備的上下砧塊或一些簡單的通用工具，直接：利用自由鍛設備的上下砧塊或一些簡單的通用工具，直接使坯料變形而獲得所需的幾何形狀及內部質量的鍛件使坯料變形而獲得所需

23、的幾何形狀及內部質量的鍛件 模鍛模鍛 ：利用：利用模具模具使坯料變形而獲得比自由鍛質量更高的鍛件的鍛造使坯料變形而獲得比自由鍛質量更高的鍛件的鍛造 板料沖壓板料沖壓 ：利用安裝在壓力機上的沖模對板料加壓，使其產生分離：利用安裝在壓力機上的沖模對板料加壓，使其產生分離或變形，以獲得零件的一種工藝方法。主要有或變形，以獲得零件的一種工藝方法。主要有沖裁沖裁、彎曲彎曲、拉伸拉伸回章首回章首退出退出模模鍛鍛模模具具回章首回章首退出退出沖裁沖裁 回章首回章首退出退出彎曲彎曲回章首回章首退出退出拉伸拉伸回章首回章首退出退出3. 焊接焊接 通過加熱或加壓，依靠金屬原子的結合與擴散作用，使分離金屬材通過加熱或加壓，依靠金屬原子的結合與擴散作用，使分離金屬材料牢固地連接起來料牢固地連接起來 熔化焊：利用熱源，將被焊金屬結合處局部加熱到熔化狀態，并與熔化熔化焊：利用熱源，將被焊金屬結合處局部加熱到熔化狀態，并與熔化的焊條金屬混合，冷卻時凝固結晶，使之焊合在一起的焊條金屬混合，冷卻時凝固結晶，使之焊合在一起 壓力焊：利用加壓力（或同時加熱），使金屬產生塑