机械制造技术基础

机械制造技术基础是机械类专业的主要技术基础课之一，以“大类培养，方向成才”为指导思想，加强学生机械制造基础知识的培养，拓宽学生的知识面，在教学过程中以制造工艺系统为主线，培养学xx现问题、尤其是重视学生实践能力和创新能力的培养为目标。

课程实质上是整合了“金属切削原理，刀具设计，机床概论，机床设计，机制工艺学，夹具设计原理”六门课程。

学习的过程要勤于思考，从多个角度理解机械制造技术。

一节课内（2个小时）讲完“机械工程材料及热处理。

※教学目的：

1.学生要掌握常用金属材料的力学性能；强度、塑性、硬度、冲击任性、疲劳强度五个重要概念的内涵，尤其要讲明“强度、塑性、硬度”三个指标的内涵。

2.钢的分类及编号；

从铁碳合金相图（复习）引出钢的分类；碳钢、合金钢、特殊钢。重点讲解45号钢、高速钢、不锈钢

※怎样讲？

1.从常用的工程材料讲起，说明工程材料与金属材料的关系。

2.金属材料从炼钢引入。

3.为了xx描述金属材料的性能，引入金属材料的性能指标、参数。

4.钢的分类及编号，方便引用、采用等。

{dy}章 机械工程材料及热处理

※炼铁的过程：

1.       原料：铁矿石、焦炭、石灰石；

2.       基本过程：燃料的燃烧、铁的还原和增碳、杂质的混入、选渣等。

※炼钢的过程：

1.本质：是利用氧化的办法xx生铁中的硅、锰、硫、磷等杂质和过量的碳，使化学成分达到规定的要求。

2.炼钢的基本过程：{dy}，氧化过程；第二，脱氧过程

3.炼钢的方法：转炉炼钢、电炉炼钢；

{dy}节 常用金属材料的力学性能

一、金属的物理性能

1.       熔点：金属熔化的温度。

2.       热导率：导热情况的好坏。

3.       线膨胀系数：金属在温度变化时，其伸长或缩短量。

4.       电阻：导电性能的好坏。

5.       密度：与水相比较得出的参数。

二、金属材料的力学性能

1.       强度

金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。

（1）       拉伸试件

（2）       力-拉伸曲线

（3）       强度指标：屈服强度、抗拉强度

2.       塑性

材料受力后在断裂前产生塑性变形的能力称为塑性。

（1）       断后伸长率A

（2）       断面收缩率Z

3.       硬度

材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。它是衡量材料软硬程度的指标。硬度越高，材料的耐磨性越好。

（1）       布氏硬度

（2）       洛氏硬度

（3）       维氏硬度

4.       冲击韧性

金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。

用一次摆锤冲击弯曲实验来测定。

5.       疲劳强度

金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。

三、金属材料的工艺性能

1.       铸造性能

2.       锻压性能

3.       焊接性能

4.       切削加工性能

5.       热处理性能

第二节 钢

1.       碳素钢

碳素钢简称碳钢，是最基本的铁碳合金。含碳量大于0.0218%小于2.11%。

（1）       普通碳素结构钢

碳素结构钢是工程中应用最多的钢种，其产量占钢总产量的70%以上。其杂质与非金属物质较多，但冶炼容易，产量大，在性能上能满足一般工程结构及普通零件要求。

典型应用：Q235主要用途是：铆钉、螺钉、螺母等。

（2）       优质碳素结构钢

钢中所含硫、磷及非金属杂质较少，常用于制造重要的机械零件，使用前一般要经过热处理来改善力学性能。

优质碳素结构钢的表达方法：用两位数表示该平均含碳量的万分数；

典型代表：45 表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。

性能特点：具有较高的强度和硬度，切削性能良好，经调质后能获得良好的机械性能。

主要用途：主要用于，受力较大的机械零件，如曲轴、连杆、齿轮、联轴器等。

（3）       碳素工具钢

碳素工具钢含碳量均在0.7%以上，都是优质钢或高级优质钢。

碳素工具钢的表达方法：T（碳）数字表示含碳量的千分数。

典型代表：T8表示平均含碳量为0.8%的优质碳素工具钢。若是高级优质碳素工具钢则在后面加A。

性能特点：受冲击，有较高硬度和耐磨性要求的工具，如木工用的錾子、锤、钻头模具等。

2.       合金钢结构钢

合金钢是用于制造各类工程结构件和各种机器零件的钢。

（1）       低合金结构钢

在碳素结构钢的基础中加入少量的合金元素就形成了低合金结构钢。常常加入的合金元素有锰、硅、钛、铌、钒。其含碳量较低，一般为0.1%-0.25%。

由于合金元素的强化作用，这类钢比相同含碳量的碳素结构钢的强度要高得多，并且具有良好的塑性、任性、耐蚀性和焊接性，广泛用于制造工程用钢结构件。如桥梁、船舶、车辆、锅炉等钢结构件。

典型零件：Q390；

大多数低合金高强度结构钢是在热轧工正火状态下使用，一般不再进行热处理。

（2）       合金渗碳钢

合金渗碳钢经渗碳+淬火+低温回火的处理后，便具有外硬内韧的性能，用于制造既具有优良的耐磨性和耐疲劳性，又能承受冲击载荷作用的零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机中的凸轮和活塞销等。

合金渗碳钢的含碳量在0.1%～0.25%之间，可保证心部有足够的塑性和韧性。

典型代表：20CrMn；截面不大、中高负荷的齿轮、轴、蜗杆、调速器的套筒等。

（3）       合金调质钢

合金调质钢用于制造一些受力复杂的，要求具有良好综合力学性能的重要零件。

含碳量一般在0.25～0.5%之间。

典型代表：40Cr

主要用途：中等载荷、中等转速机械零件，如汽车的转向节、后半轴、机床上的齿轮、轴、蜗杆等。

（4）       合金弹簧钢

合金弹簧钢含碳量一般为045～0.7%。

典型代表：65Mn

主要用途：各种小尺寸扁、圆弹簧，阀弹簧，制动器弹簧等。

（5）       滚动轴承钢

滚动轴承钢主要用于制造各种滚动轴承的内外圈及滚动体，也可用于制造各种工具和耐磨零件。

应用最广泛的轴承钢是高碳铬钢，含碳量为0.95～1.15%，含铬量为0.40～1.65%；

典型代表：GCr15

主要用途：壁厚小于20mm的中小型套圈，直径小于50mm的钢球。

3.       合金工具钢

（1）       低合金刃具钢

低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。

典型代表：9SiCr钢和CrWMn钢

主要用途：9SiCr钢主要用于制造刀刃细薄的低速切削刀具，如丝锥、板牙、铰刀等。

CrWMn钢主要用于制造较精密的低速刀具，如长铰刀、拉刀等。

（2）       高速钢

高速钢具有高热硬性、高耐磨性和足够的强度，常用于制造切削速度要求较高的刀具。如车刀、铣刀、钻头等。

典型代表：W18Cr4V

主要用于一般车刀、刨刀、钻头等。

（3）       合金模具钢

冷作模具钢、热作模具钢。

冷作模具钢主要采用，T10A、T12、9SiCr、CrWMn、9MnV2等。

热作模具钢主要采用，5 CrMnMo、5 CrNiMo、3 Cr2W8V。

4.       特殊性能钢

具有特殊的物理性能和化学性能的钢称为特殊性能钢。特殊性能钢有很多种，常见的有不锈钢、耐热钢、耐磨钢。

（1）       不锈钢：奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢。

典型代表：1Cr18Ni9、0Cr18Ni9N; 1Cr13、2Cr13; 1Cr17、00Cr30Mo2;

（2）       耐热钢：高温下具有良好的化学稳定性和较高的强度，能较好适应高温条件的特殊性能钢。

典型代表：4Cr9Si2、0Cr13Al; 4Cr14Ni14W2Mo;

（3）       耐磨钢：指在巨大压力下和强烈冲击载荷作用下能发生硬化的高锰钢。

典型代表：ZGMn13