机械工程材料
知识结构框架
知识点精讲
l 金属材料的性能
1、力学性能：材料在外力作用下所表现出的性能。
2、金属材料的五大力学性能：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度。
1）强度：材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
衡量指标：屈服强度σS：
σS =Fs/S0 （MPa）
屈服强度 — 是塑性材料选材和评定的依据。
抗拉强度σb：
σb =Fb/S0 （MPa）
抗拉强度 — 是脆性材料选材的依据。
2）塑性：材料在外力作用下，抵抗永久变形而不引起破坏的能力。
衡量指标：断后伸长率δ：
断面收缩率ψ:
通常 δ 和 ψ值越大，塑性越好。
3）硬度：材料抵抗局部变形的能力。
常用测定硬度的方法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度
布氏硬度：球状压头，压痕大，测量数据准确，用于测原材料、半成品、厚件。
洛氏硬度：锥状压头，压痕小，测量数据不准确，用于测成品，薄件。
4）韧性：材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。
5）疲劳强度：材料抵抗循环应力和交变载荷作用的能力。
钢的应力循环次数：107
有色金属的应力循环次数：108
l 钢的热处理
一、钢的热处理是将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。
二、分类：
三、在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。模具、滚动轴承100%需经过热处理。
四、退火：工艺： 加热
保温冷却（炉冷）
目的： 降低硬度， 消除内应力，细化晶粒
正火：工艺：加热保温冷却（空冷）
目的： 与退火类似，改善硬度；
淬火：工艺：加热保温冷却（水、油冷）
目的： 提高钢的强度、硬度和耐磨性。
与回火配合，提高钢的综合力学性能。
回火：工艺：加热（淬火钢）保温冷却
目的：提高钢的综合力学性能。
种类：
五、表面淬火：仅对表面层进行淬火而芯部仍保持未淬火状态。
目的：使工件表面有高硬度、耐磨性，而芯部具有足够的塑性韧性。
主要用于处理轴、齿轮等零件。
l 钢铁材料
一、钢铁材料是钢和铸铁的统称。
钢是含碳量在2.11%以下的铁碳合金。
铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。含碳量2.11%通常是钢和铸铁的分界线。
二、 钢的分类：
根据化学成分，钢分为非合金钢（碳素钢）、低合金钢和合金钢。
1、 碳素钢：1）分类：
2）牌号：a、普通碳素结构钢： Q + 数 字—— 符 号 · （符 号）
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（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）。通常Z和TZ可省略。
例如：Q235－AF：
b、优质碳素结构钢: 两 位数 字 + （符 号）
用两位数字表示钢平均含碳量的万分数.
注：
① Mn：表示钢中锰的含量较高，Mn 的含量为0.70%～1.2%
②标A：表示是高级优质钢
标E：表示特级优质钢
③标F: 表示脱氧方法为沸腾钢
c、碳素工具钢：T + 两 位数 字 + （符 号）
两位数字表示钢的平均Wc的千分数
标Mn：表示钢中锰的含量较高，
Mn的含量为0.70%～1.2%
d 、铸钢：Z G + 数 字 —— 数 字
表示屈服点的最低值
表示抗拉强度的最低值
例如：ZG230—450
表示屈服点最低值230Mpa,表示抗拉强度最低值450Mpa的铸钢。
2、合金钢：
1）定义：
合金钢就是在碳钢的基础上加入其他元素的钢，加入的其他元素就叫做合金元素。
2）分类：
按合金元素含量分为：低合金钢：合金元素总量≤5%
中合金钢：合金元素总量5%～10%
高合金钢：合金元素总量≥10%
按用途分：合金结构钢：主要用于制造重要的机械零件和工程结构。
合金工具钢：主要用于制造重要的刃具、量具和模具。
特殊性能钢：具有特殊的物理、化学性能的钢。
3）牌号：a 、合金结构钢 两位数字＋ 元素符号＋数字
前面的两位数字表示钢的平均碳含量的万分数
元素符号表示钢中所含的合金元素
后面数字表示该元素平均含量的质量分数， 当合金元素含量小于1.5%时，不标明含量，如果含量大于1.5%、2.5%、3.5%等，则相应地在元素符号后面标出2、3、4等。
例如：60Si2Mn，表示平均碳含量为0.6%；含硅量约为2%，含锰小于1.5%
b 、合金工具钢 一位数字＋ 元素符号＋数字
一位数字表示平均碳含量的千分数，当碳含量大于或等于1.00%时则不予标出。
例如：9SiCr，其中平均碳含量为0.9%，Si、Cr的含量都小于1.5%
Cr12MoV，表示平均碳含量大于1.00%，铬含量约为12%，钼和钒的含量都小于1.5%的合金工具钢。
C 、滚珠轴承钢 “G”＋Cr ＋数字
“G”为“滚”，
铬元素符号后面的数字表示铬含量的千分数，其他元素仍用百分数表示。
例如：GCr15SiMn，表示铬含量为1.5%，硅、锰含量均小于1.5%的滚珠轴承钢
4）性能和用途：
①合金结构钢：
l 有色金属材料
一、铝及铝合金
1、纯铝 纯铝是银白色金属，熔点660℃，质量轻密度为2.7kg/m3 ；
导电、导热性好，仅次于铜、银；
具有较好的抗大气腐蚀能力
具有较好的加工工艺性能，它的塑性好，还可以通过热处理强化，提高铝的强度。
3、牌号：Z+基本元素符号+主加元素符号+主加元素含量+辅加元素含量。“Z”是“铸造”。
