04單元1

平面連桿機構04單元2

凸輪機構04單元3

間歇運動機構04單元4

螺旋機構05單元1

帶傳動05單元2

鏈傳動05單元3

齒輪傳動05單元4

巾

吊

平

住

力05單元5

輪系06單元1

螺紋連接06單元2

鍵與銷連接06單元3

聯軸器和離合器

07單元1

軸07單元2軸承08單元1

液壓傳動的基本概念08單元2液壓元件08單元3液壓控制回路02單元2金屬材料及應用02單元3金屬材料的熱處理03單元1選用與標注極限與配合03單元2標注幾何公差03單元3標注表面結構參數01單元1認識機械02單元1金屬材料的性能目錄機

械

基

礎模塊一

認識機械單元一—認識機械教學目標一、目標和要求(1)明確學習本課程的意義和本課程的性質、任務及學習方法。(2)掌握機器、機構，構件和零件的概念。二、重點和難點(1)機器、機構、構件和零件的區別與聯系(2)認識機構運動簡圖01第一節機械概述

02

第二節機器與機構

03第三節零件與構件

04

第四節運動副及其分類

05

第五節機構運動簡圖

目

錄案例導入我國是世界上發明和利用機械最早的國家之一，在機械原理、結構設計和動力應用等方面都

取得較高成就。春秋時期(公元前770----前476年)就發明了應用杠桿原理的桔棉(圖1-1);自東漢始，形狀用途各異的齒輪廣泛應用在水轉連磨、指南車、記里鼓車等機械上(圖1-2);

在原動力方面，逐步從人力、畜力向利用水力、風力的方向發展，機械傳動方式亦逐步擴大。在歷史上，我國的先民對機械的不斷發明、創造、革新，大大推動了生產力的發展和社會的進

程。桔棉水車第一節機械概述目

錄01機械概述●機械是人們在長期的生活實踐中創造并不斷發展的，用來降低工作難度、減輕工作強度或

提高工作效率的工具或裝置。候風地動儀

指南車

諸葛連弩機械概述●

機械是人類文明的產物，它的每一次革新都伴隨著人類社會生產力的飛速發展。18世紀，蒸汽機的發明，促進了歐洲機械工業的快速發展，從而產生了第一次工業技術革命。其后，各種以蒸汽機作為原動力的機械開始出現，如紡織機、蒸汽汽車、蒸汽火車、蒸汽輪船等。蒸汽汽車

蒸汽火車

蒸汽輪船機械概述●

機械是人類文明的產物，它的每一次革新都伴隨著人類社會生產力的飛速發展。●

19世紀末20世紀初，在中國第二次工業革命的浪潮中，內燃機的出現促進了交通工具的發展與革新。世界上第一輛汽車和第一架飛機相繼問世。經過不斷革新，各式各樣的交通工具使

人類的出行變得簡單，簡單和快捷。第一輛汽車第一架飛機機械概述.

20世紀中期，以電子計算機為代表的第三次工業技術革命逐步興起，機電一體化技術和計算

機控制技術在機械工業中得到應用。“長征”系列運載火箭

蛟龍號”載人潛水器”第二節機器與機構目

錄02機器●

機器是人們根據使用要求而設計制造的一種執行機械運動的裝置，它可以用來變換或傳遞能

量、物料與信息，從而減輕人類的體力和腦力勞動。●

機器特征：(1)屬于人為的實體組合體，(2)各運動實體之間具有確定的相對運動，(3)能代替或減輕人類的勞動，利用機械能做功或進行能量轉換，成部分的含義動力部分：發動機執行部分：車

輪支撐及輔助部分：車身、車燈等機器1.機器的組成根據組成部分功能不同，一部完整的機器一般包括5個部分。下面以轎車為例，介紹機器各組機器動力部分：將其他形式的能量轉換為機械能，是整個機器的動力源。動力部分：發動機執行部分：直接完成機器預定工

作任務的部分。執行部分：車輪支撐及輔助部分：用來安裝和支撐其余組成部

分。控制部分：控制機器中動力部分、執行

部分和傳動部分協調工作。。傳動部分：變速箱、傳動軸等控制部分：方向盤、油門、剎車等傳動部分：連接動力部分和執行部

分，用來傳遞運動和動力。支撐及輔助部分：車身、車燈等機器2

.機器的類型根據用途不同，機器可分為動力機器、加工機器、運輸機器和信息機器，它們各自的用途及

應用電動機內燃機動力機器：實現其他能量與機械能之間的轉換。機器2.機器的類型加工機器：用來改變加工對象的尺寸形狀、性質和狀態。車床銑床機器2.機器的類型運輸機器：用來運輸人員或物品。客車

叉車機器2.機器的類型信息機器：用來獲取或變換信息。照相機

傳真機連桿機構帶傳動機構齒輪機構凸輪機構機構●

機構是具有確定相對運動的構件的組合，它是用來傳遞運動和動力的構件系統。機器可以看

成是一個或若干機構的組合。機

械

常用的機構類型機器機構名稱機器機構特征(1)任何機器都是人為的實體(構件)組合體(2)各運動實體之間具有確定的相對運動。一般情況下，當其中某構件的運動一定時，其余各

構件的運動也就隨之確定(3)在生產過程中，它們能代替或減輕人們的

勞動，完成有用的機械功(如車床的切削工作)

或將其他形式的能量轉換為機械能(如內燃機、

電動機分別將熱能和電能轉換成機械能)具有機器特征中第(1)和(2)兩項特征，無

第(3)項特征功用利用機械能做功或實現能

量轉換傳遞或轉換

運動或實現某

種特定的運動

的形式機器與機構的區別第三節零件與構件目

錄03螺母連桿蓋軸瓦連桿體軸套構件●構件是指組成機構的各個具有相對運動關系的實體，它是機構中的運動單元。

螺栓內燃機連桿機構中包括：

曲柄、連桿、活塞等構件零件●零件是組成機器的制造單元●按照適用范圍不同，零件可分為通用零件和專用零件兩類。通用零件在各種機器中都能用到，如螺栓、螺母、銷釘、軸承、齒輪等專用零件僅用于實現特定功能的機器，如內燃機的曲軸、起重機的吊鉤、液壓馬達的葉片等零件●

通用零件在各種機器中都能用到，如螺栓、螺母、銷釘、軸承、齒輪等零件●

專用零件僅用于實現特定功能的機器，如內燃機的曲軸、起重機的吊鉤、液壓馬達的葉片等機械、機器、機構、零件的關系●機械、機器、機構、構件、零件之間的關系零件

→構件

機構

機器(制造單元)(傳遞、轉變運動形式)(運動單元)(利用機械能做功或實現能量轉換)機械目

錄第四節運動副及其分類04運動副●

使兩個構件直接接觸，又能保持一定的相對運動的連接形式稱為運動副。例如，活塞與氣缸的

連接構成移動副，連接門與門框的合頁構成轉動副。●

兩構件只能位于同一平面或平行平面內做相對運動的運動副稱為平面運動副。運動副分類·

根據運動副中兩構件的接觸形式不同，平面運動副分為低副和高副、1.低副兩個構件之間做面接觸的運動副稱為低副。低副又分為轉動副和移動副。轉動副為兩構件在接觸面做相對轉動，也稱為鉸鏈；移動副為兩

構件在接觸面做相對直線移動低副的接觸處一

般是圓柱面或平面，承受載荷時

壓強較小運動副分類2.高副兩個構件之間通過點或線接觸的運動副稱為高副。高副的接觸處一般

是點、線，承受載

荷時的壓強較大，

接觸處易磨損(a)火車輪與鋼軌

(b)

凸輪與從動件(c)

嚙合的輪齒目

錄第二節機器與機構第四節運動副及其分類第五節機構運動簡圖020405機構運動簡圖●用線條表示構件，用簡單的符號表示運動副的類型，按一定比例確定運動副的相對位置，這

種表示機構中各構件運動關系的簡明圖形稱為機構運動簡圖。小帶輪V帶大帶輪制動器曲軸

連桿

滑塊凸模坯料凹模機架電動機傳動軸小齒輪大齒輪離合器機構運動簡圖常用運動副符號運動副名稱運動副符號兩運動構件構成的運動副兩構件之一為固定時的運動副轉動副(V級)(V級)平面運動副移動副(V級)(V級)平面高副(IV級)(IV級)機構運動簡圖點

接

觸

高副

與

線

接觸高副(1級)(Ⅱ級)(I級)(Ⅱ級)圓柱副(IV級)(IV級)球

面

副

及球銷副(Ⅲ級)

(IV級)(Ⅲ級)(IV級)螺旋副(V級)(V級)空間運動副機構運動簡圖常用機構運動簡圖的符號齒輪內齒輪傳動齒輪齒條機構錐齒輪傳動凸輪機構曲柄滑塊機構帶傳動鏈傳動螺旋傳動直桿的支點彎桿的支點定滑輪分析機構運動，確定構件類型和數目該曲柄連桿機構由曲軸1、連桿2、活塞3、汽

缸體4等構件組成，往復直線運動的活塞通過

連桿驅動曲軸轉動。其中，汽缸體4是機架，

活塞3是主動件，其余為從動件。確定各構件間運動副的類型和數目曲軸1與汽缸體4、連桿2與曲軸1之間均發生

相對轉動，構成2個轉動副；活塞3既與連桿之

間發生相對轉動，又與汽缸體之間發生相對直

線運動，構成1個轉動副和1個移動副。量運動副間的相對位置，確定繪圖比例運動副間的相對位置應根據機構的實際尺寸測

量，繪圖比例應根據圖紙的大小確定。選擇合適的視圖和原動件位置選擇連桿的運動平面作為繪制簡圖的視圖平面，

取曲軸與豎直方向成60°的位置為原動件初始

位置。用規定的圖形繪制運動副和構件，標出構件標

號和原動件，如圖

(b)

所示。機構運動簡圖例繪制如圖(a)所示的汽車曲柄連桿機構的平面機構運動(a)示意圖

(b)

機構運動簡圖1—曲軸；2—連桿；3—活塞；4—汽缸體汽車曲柄連桿機構2345簡圖●

2.構件是具有確定相對運動的構件的組合。機器是人為實體的組合，它的個部分之間具有確

定的相對運動，并能減輕甚至代替人類的體力勞動，其作用是完成有用的機械功或實現能量

的轉換。●3.從功能劃分的角度看，機器主要由動力部分、傳動部分、執行部分、控制部分和支撐及輔

助部分組成。●

低副的以面接觸，承受載荷時壓強較小；高副的接觸處以點、線接觸，承受載荷時的壓強較大，接

觸處易磨損。單元小結·1.零件是機器的最小制造單元，構件是機器的運動單元體，也就是相互之間能做相對運動的

物體。機

械

基

礎模塊二

機械零件的材料單無一

金屬材料的性能教學目標一、目標和要求(1)明確機械零件對材料和結構工藝性的要求(2)掌握金屬材料的力學性能和工藝性能(3)了解金屬材料的物理和化學性能二、重點和難點金屬材料的力學性能指標第三節金屬材料的物理和化學性能第二節金屬材料的工藝性能第一節金屬材料的力學性能目

錄010203日從南安普頓至紐約的處女航中，在北大西洋撞上冰山而沉沒，由于缺少足夠的救生艇，1500人葬生海底，造成了迄今為止最著名的一次航海事故。在后面對這次事故的分析調查中，

技術人員認為，沉船事故與船體使用的材料有很大的關系。首先當時的煉鋼技術并不十分成

熟，煉出的鋼鐵在現代的標準根本不能造船，泰坦尼克號上所使用的鋼板含有許多化學雜質

硫化鋅，加上長期浸泡在冰冷的海水中，使得鋼板更加脆弱。另外，因為當時還沒有焊接技

術，所有的船體都是鉚釘結構的制造工藝而成的，導致整體剛度增強，但是抗彈性形變的的

能力下降，再加上當時正是冬季的北大西洋，溫度很低導致金屬變脆也有一定的關系。因此，

掌握材料的性能和應用，對我們起著至關重要的作用。案例導入●泰坦尼克號(

Titanic):20

世紀初，由英國白星航運公司制造的一艘巨大豪華客輪。是當時

世界上最大的豪華客輪，被稱為是“永不沉沒的”或是“夢幻客輪”。但卻在1912年4月15目

錄第一節金屬材料的力學性能01金屬材料的力學性能●

金屬材料在機械制造中應用最為廣泛，為正確、合理地使用金屬材料，必須了解金屬材料的

性能。金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能。●

金屬力學性能是評定金屬材料質量的主要依據，也是金屬構件設計時選材和強度計算的主要

依據。強度1.強度概念金屬在力的作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力，稱為強度。強度與變形，有著直接的關系，變形是指在外力作用下，材料由于內部原子之間的位置發生改

變，而導致的宏觀形狀和尺寸的變化，根據撤去外力后能否恢復，變形分為彈性變形和塑性變

形，材料發生彈性變形時，撤去外力后，能恢復到原來的形狀和尺寸，發生塑性變形時，撤去

外力后，不能恢復到原來的形狀和尺寸，故塑性變形，又稱為永久變形，如汽車碰撞后保險杠的變形。強度●

強度是材料的一項重要力學性能指標，當材料承受的載荷超出其強度范圍時，其結構將發生

破壞，導致機器無法運轉，甚至造成嚴重的事故，如自行車由于強度不足而斷裂的現象，飛

機應墜地撞擊而導致機斷裂。強度2.拉伸試驗●金屬材料的強度有專門的試驗來測定，其中應用最普遍的是拉伸試驗，拉伸實驗是指用靜拉

伸力，對試樣進行軸向拉伸，通過測量拉伸力和相應的伸長量，測量其力學性能的試驗。材

料進行拉伸時，需要使用拉伸試驗機和特制的試樣。常用試驗的結構如圖，其中，d?

表示原

始

直

徑

，L?

表示原始標距長度，d?

表示斷后直徑，L?

表示斷后標距長度。(b)

拉伸后(a)

拉伸前強度2.拉伸試驗●

進行拉伸試驗時，將試樣兩端分別固定在拉伸試驗機上，逐步增加軸向拉力(又稱拉伸力)連續記錄拉伸力和試樣的伸長量，直至試樣被拉斷。根據記錄的數據，可以繪制拉伸力和伸

長量之間的關系曲線，稱為拉伸曲線。低碳鋼拉伸曲線中，橫坐標

表示試樣的形變量△L,縱坐標

表示拉伸力F低碳鋼拉伸曲線強度階段曲線特征力學性能OE段：彈性變

形階段直線試樣長度隨著拉伸力的增大而增

大，撤去外力后，試樣變形消失

恢復原長ES段：屈服階

段上下波動在該階段，拉力一旦超過Fe,試樣將產生塑性變形。等拉力增加到

Fel時，在拉力不斷增加，略有減

小的情況下，試樣將繼續生長，

這種現象稱為屈服。SB段：強化階

段非線性增大需要不斷的增加拉力，試樣才能

繼續生長。隨著塑性變形的增大

試樣抵抗變形的內力也逐漸增大

這種現象稱為形變強化。BZ段：頸縮階

段下降拉力達到最大后，試樣中間某處的直徑會發生局部收縮，稱為“頸縮”。由于橫截面積減小，

拉力不斷減小低碳鋼拉伸曲線2.拉伸試驗強度3.強度指標強度的大小可由應力來表示。材料在受外力作用時，為抵抗變形，其內部組織間產生的相互

作用力稱為內力。單位面積上的內力稱為應力，用符號σ

表示。在拉伸試驗中，試樣斷裂前處于

受力平衡狀態，內力與外力大小相等，此時橫截面上的應力大小σ=F/S式中：σ-橫截面上的應力，單位PaF-試樣所受拉力，單位NS-試樣的橫截面積，單位mm2常用的應力單位為MPa,

存在換算關系：1MPa=1N/mm2=106N/m2=106Pa●對于鑄鐵、高碳鋼等材料，它們沒有明顯的屈服現象，則很確定正確的Fe,

此時可用試樣產

生0.2%永久變形時的應力，作為一種條件屈服強度。強度●

強度指標：抗拉強度σ屈服強度σ。強度指標硬度●硬度是衡量金屬材料軟硬的一種性能指標，也是指金屬材料抵抗外部硬物壓人其表面的能力。

硬度越高，材料表面越不容易產生壓痕或劃痕。●

工業中通常利用硬度試驗來測定材料的硬度。常用的硬度試驗方法有布氏測試法、洛氏測試

法和維氏測試法等，所測試所得的硬度，分別為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。布氏測試法洛氏測試法維氏測試法硬度測試法硬度●1.布氏硬度●

布氏硬度的符號用HB

表示。用一定直

徑D

的淬硬鋼球在規定負荷P的作用下

壓入試件表面，保持一段時間后卸去載

荷，在試件表面將會留下表面積為F的

壓痕，以試件的單位表面積上能承受負

荷的大小表示該試件的硬度：HB=P/F,●

在實際應用中，通常直接測量壓坑的直

徑，并根據負荷P和鋼球直徑D從布氏

硬度數值表上查出布氏硬度值(顯然，

壓坑直徑越大，硬度越低，表示的布氏

硬度值越小)。硬度·

2.洛氏硬度●

洛氏硬度的符號用HR

表示。用有一定頂角(例如120°)的金剛石圓錐體壓頭或一定

直徑D

的淬硬鋼球，在一定負荷P作用下壓

入試件表面，保持一段時間后卸去載荷，在試件表面將會留下某個深度的壓痕，由

洛氏硬度機自動測量壓坑深度并以硬度值

讀數顯示(顯然，壓坑越深，硬度越低，

表示的洛氏硬度值越小)。●

根據壓頭與負荷的不同，洛氏硬度還分為

HRA、HRB、HRC三種，其中以HRC為最

常用。硬度●3.

維氏硬度·

維氏硬度的硬度符號用HV

表示，以120kg

以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐

壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的

表面積除以載荷值，即為維氏硬度值(HV),

如圖所示。硬度●

三種硬度比較：類別試驗原理簡圖測試方法應用范圍表示方法布氏硬度(HB)P壓頭被測金屬采用直徑為D的淬火鋼球或硬質合金鋼球作為壓頭，以規定壓力P擠壓材料表面并保持規定的時間，

測量圓形壓痕的直徑d,利用公式

求出硬度值，或從專門編制的硬度

表中查出對應的硬度值適用于測定各種退火

及調質的鋼材、非鐵合

金及鑄鐵等不太硬的工

件，不適合測定太薄的

工件硬度值+HBW+球體直

徑+試驗壓力+保持時間洛氏硬度(HR)采用120°頂角的金剛石或f1.587

5mm鋼球作為壓頭，以一定的壓力

擠壓材料表面，根據壓痕的深度計

算材料的硬度。根據試驗壓力的不同，可分為三種標度：HRA,HRB和

HRC適用于測定布氏硬度

值大于450或尺寸較小的工件硬度值+符號維氏硬度(HV)F金剛石正四棱錐壓頭試件壓痕以相對面夾角為136°的正四棱錐形金剛石作為壓頭，以49.03~

980.7N的載荷擠壓材料表面并保持規定時間，測量壓痕對角線的長

度d,然后按公式計算硬度值由于壓痕較小，適用

于測定較薄工件、工具

表面或帶鍍層工件硬度值+HV+試驗壓力+保持時間斷后伸長率是指試樣拉斷后，試樣的伸長量△L與原始標距L?的百分比，用符號A表示，其計算公式為：式中：A-斷后伸長率，無單位L?-

試樣拉伸后的標距，單位mm;Lo-試樣的原始標距，單位mm。塑性●

金屬材料的塑性可有斷后伸長率A和斷面收縮率Z

來衡量。兩者都可通過拉伸試驗進行計算。●

1.斷后伸長率A塑性●

2.斷面收縮率Z式中：Z-

斷面收縮率，無單位S?-

試樣頸縮處的最小橫截面積，單位mm2;So-試樣原始橫截面積，單位mm2。·

金屬材料的斷后伸長率A和斷面收縮率Z越大，表示材料的塑性越好，即能承受較大的塑性變

形而不破壞，適宜用軋制、鍛造等塑性變形方法進行加工。斷面收縮率是指試樣拉伸后，頸縮處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號Z

表示，其計算公式為：沖擊韌性●

沖擊韌性是指金屬材料斷裂前吸收變形能量的能力。沖擊韌性越好，材料的抗沖擊能力愈強，

發生斷裂的可能性越小。沖擊韌性是金屬材料的一項重要力學性能，許多金屬零件和機械設備在工作中需要承受沖擊載荷的作用，如發動機的活塞、鍛壓機床的鍛錘等，為了保證他們的正常工作，在選擇材料時，必須要考慮材料的沖擊韌性。金屬材料的沖擊韌性通常用沖擊

吸收功來衡量。沖擊韌性，可以通過一次擺錘沖擊試驗來測定。(a)

(b)1

-

試樣2

-

刻度盤3

-

指針4

-

擺錘5

-

機架疲勞強度●

零件在承受外部載荷作用時，內部會產生應力，當外部載荷成周期性變化時，應力也會作周

期性變化，稱為交變應力。齒輪、軸承、曲軸等機械零件工作時，需要承受交變應力的作用，

雖然應力水平低于材料的屈服強度，但經過長時間的反復作用后，零件會產生裂紋或突然發

生斷裂破壞，這種現象稱為金屬的疲勞破壞，簡稱疲勞。●金屬材料的疲勞性能由疲勞強度來衡量。疲勞強度是指金屬材料承受無限多次交變載荷的作

用，而不發生破壞的最大應力，它表示材料抵抗交變載荷作用，而不發生疲勞破壞的能力。

金屬材料的疲勞強度可以通過疲勞試驗進行測量，但實際操作中，金屬材料不可能做無限多

次交變載荷試驗。通常規定，鋼在經受107次、非金屬材料經受108次交變載荷作用時不產生

斷裂的最大應力稱為疲勞強度。疲勞強度●

疲勞破壞是機械零件失效的主要形式之一，由于前期不易察覺，具有較強的突發性，所以疲

勞破壞容易造成很嚴重的后果。齒輪斷裂

曲軸斷裂目

錄第二節金屬材料的工藝性能02金屬材料的工藝性能●

金屬材料的工藝性能反映了金屬材料加工難易程度。·

良好的工藝性能表示材料的加工難度小。工藝性能主要包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能

和切削加工性能等。鑄造性能鍛造性能焊接性能切削加工性能工藝性能鑄造性能●鑄造是將熔融的金屬澆入鑄型中，經凝固后獲得一定尺寸、形狀和力學性能的鑄件或零件的

成形方法。金屬材料通過鑄造的方法獲得優質鑄件的能力，稱為金屬材料的鑄造能力，它反映了金屬材料熔化澆鑄成為鑄件的難易程度。金屬材料融化成液體時的流動性越好，冷凝時(a)

暖氣片

(b)

鋼管

(c)

管接頭

(d)

車床底座的收縮性越小，凝固后的偏析性(指各化學成分的不均勻性)越小，則獲得鑄件的質量越好。鑄造性能·

工業生產中，灰鑄鐵具有良好的鑄造性能，因而被廣泛用于制造各種結構較復雜、大型的機

械零件。如車床底座、箱體等，如圖2-11所示。青銅也具有良好的鑄造性能，是古人發現的

最早的金屬材料。(a)撥叉典型鑄造零件(b)

箱體壓力加工性能●

固態金屬在外力作用下，通過塑性變形，改變尺寸和形狀、改善內部組織，從而獲得具有一

定形狀、尺寸和力學性能的原材料，毛坯或零件的加工方法，又稱金屬塑性加工。常用的金

屬壓力加工方法有軋制、擠壓、冷拔、鍛造和冷沖壓等(a)軋制

(b)

擠壓

(c)冷拔(d)

鍛造

(e)冷沖壓常用壓力加工方法壓力加工性能●

金屬材料在壓力加工過程中成型的難易程度稱為金屬材料的壓力加工性能。·

它主要與材料的塑性有關，塑性越好，其壓力加工性能就越好。同時，壓力加工性能還與金

屬材料的成分及加工條件有關。例如，鍛鋼在加熱到一定溫度時，容易鍛造成型，而鋁合金

在室溫下就很容易鍛造加工。焊接性能●通過加熱或加壓，或者兩者并用，使兩工件產生原子間結合的加工辦法稱為焊接。常用的焊

接方法有手工電弧焊、氣焊、自動焊等。金屬材料在焊接過程中得到優質焊接接頭的能力稱

為焊接性能，又稱可焊性。焊接性能好的金屬材料，焊接時焊縫不容易產生夾渣、氣孔、裂紋等缺陷。手工電弧焊氣焊自動焊焊接方法焊接性能常用焊接方法切削加工性能●

切削加工是機械工業中應用最為廣泛的零件加工方法，常見的切削加工方法有車削、銑削、

磨削、鉆削等。●

切削加工性能是指對金屬材料進行切削加工的難易程度。衡量切削加工性能的因素有刀具的

使用壽命、零件的表面質量、工時等。金屬材料的切削加工性能，主要受金屬材料的化學成

分、硬度、塑性等性能的影響。通常情況下，可以通過熱處理來提高鋼件的切削加工性能。切削加工性能(a)

車削加工(c)

磨削加工(d)

鉆削加工(b)

銑削加工目

錄第三節金屬材料的物理和化學性能03金屬材料的物理性能●

金屬材料的物理性能是指金屬材料在重力、電磁場、熱力(溫度)等物理因素作用下所表現

出來的性能或固有的屬性。物理性能包括密度、熔點、導熱性、導電性、熱膨脹性和磁性。密度熔點導熱性物理性能導電性熱膨脹性磁性密度●

金屬材料的密度是指單位體積金屬的質量。密度是金屬材料的特性之一，不同金屬材料的密

度是不同的。在體積相同時，金屬材料的密度越大，其質量越大。

一般將密度小于5×103KG/M2的金屬材料稱為輕金屬，將密度大于5×103KG/M2

的金屬稱為重金屬。金屬材料的密度是零件設計過程中需要考慮的性能之一，如航天構件常采用密度小的鋁合金、鈦合金、

鋁鎂合金進行制造。熔點●

金屬材料從固態向液態轉變時的溫度稱為熔點。純金屬有固定的熔點。合金的熔點取決于它

的化學成分，如鋼和生鐵雖然都是鐵和碳的合金，但由于其碳的質量分數不同，其熔點也不

同。熔點對于金屬材料的冶煉、鑄造、焊接等是重要的工藝參數。熔點高的金屬材料稱為難熔金屬(如鎢、鉬、釩),可用來制造耐高溫零件，在火箭，導彈，燃氣輪機和噴氣飛機等

方面得到廣泛應用。熔點低的金屬材料稱為易熔金屬(如錫、鉛等),可用來制造印刷鉛字

(鉛與銻的合金)、熔斷器和防火安全閥等零件。導熱性●

金屬材料傳導熱量的能力稱為導熱性。金屬材料的導熱能力，常用熱導率(亦稱導熱系數)

λ來表示。金屬材料的熱導率越大，說明其導熱性越好。一般來說，純金屬的導熱能力比合

金好。金屬材料的導熱能力以銀為最好，銅、鋁次之。導熱性好的金屬材料，其散熱性能也較好，可用來制造散熱器、熱交換器交換器。導電性●

金屬材料能夠傳導電流的能力稱為導電性。金屬材料的導電性常用電阻率p來表示，其單位

是Ω

.m

。金屬材料的電阻率越小，其導電性越好。導電性與導熱性一樣，是隨化學成分的復

雜化而降低，因而純金屬的導電性總比合金好。因此，工業上常用純銅、純鋁作為導電材料，而用導電性差的銅合金和鐵鉻鋁合金制作電熱元件。熱膨脹性●

金屬材料隨溫度變化而膨脹或收縮的特性稱為熱膨脹性。

一般來說，金屬材料受熱時膨脹而

體積增大，冷卻時收縮而體積縮小。金屬材料的熱膨脹性可用線脹系數α?和體脹系數αy來表

示，體脹系數近似為線脹系數的三倍。在實際工作中需要考慮熱膨脹性的地方很多，如軸與軸瓦之間要根據膨脹系數來控制其間隙尺寸.磁性●

金屬材料在磁場中被磁化而呈現磁性強弱的性能稱為磁性。根據金屬材料在磁場中受到磁化

程度的不同，金屬材料又分為鐵磁性材料和非鐵磁性材料。鐵磁性材料是指在外磁場中能被

磁化到很大程度的金屬材料，如鐵、鎳、鈷等。非鐵磁性材料是指在外磁場中能夠抗拒或減

弱外加磁場磁化作用的金屬材料如金、銀、銅、鉛、鋅等。●

鐵磁性材料可以被磁鐵吸引，鐵及其合金(包括鋼與鑄鐵)是常見的鐵磁性材料，主要用于

制造變壓器、電動機、測量儀表等；非鐵磁性材料不能被磁鐵吸引，可用于制造避免電磁場

干擾的零件。金屬材料的化學性能●

金屬材料的化學性能是指金屬材料在室溫或高溫時，抵抗各種化學介質中所表現出來的性能。

化學性能，包括耐腐蝕性、抗氧化性和化學穩定性的耐腐蝕性化學性能

抗氧化性化學穩定性耐腐蝕性●

耐腐蝕性是指金屬材料在常溫下抵抗氧、水及其它化學介質腐蝕破壞的能力。金屬材料的耐

腐蝕性是一個重要的性能指標，尤其對于腐蝕介質(如酸、堿、鹽、有毒氣體等)中工作的

零件，其腐蝕性比在空氣中更為嚴重。因此，在選擇金屬材料制造這些零件時，應特別注意金屬材料的耐腐蝕性，并合理選用耐腐蝕性能好的金屬材料(如不繡鋼、銅合金等)進行制

造。抗氧化性●

抗氧化性是指金屬材料在加熱時抵抗氧化作用的能力。金屬材料的氧化現象會隨溫度的升高

而加速，如鋼在鑄造、鍛造、熱處理、焊接等熱加工作業時氧化現象比較嚴重。氧化不僅造

成材料的過度損耗，也會造成各種缺陷，因此常需要采取措施避免金屬材料發生氧化。對于在高溫狀態下工作的構件，如鍋爐、加熱設備、汽輪機、噴氣發動機、火箭、導彈等，就需

要選用其具有良好抗氧化性能的材料(如耐熱鋼、高溫合金、鋁合金、高溫陶瓷等)來制造。化學穩定性●

化學穩定性是金屬材料的耐腐蝕性與抗氧化性的總稱。金屬材料在高溫下的化學穩定性稱為

熱穩定性。高溫條件下工作的設備(如鍋爐、加熱設備、汽輪機、噴氣發動機等)上的部件

選擇了穩定性好的材料來制造。單元小結·

1.選擇機械零件的材料時，要滿足零件的使用性能和工藝性能的要求，同時兼顧合理地經濟

性。●

2.機械零件由于某種原因不能正常工作的情況稱為失效。在不發生失效的條件下，零件所能

安全工作的限度，稱為工作能力。●

3.金屬材料的力學性能包括強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等；工藝性能包括鑄造

性能、壓力加工性能、焊接性能和切削加工性能等。機

械

基

礎模塊二

機械零件的材料單無二

金屬材料及應用教學目標一、目標和要求(1)了解鋼和鑄鐵的分類(2)熟悉常用工業用鋼的種類、牌號、性能和應用(3)了解常用非金屬材料的類型及特點二、重點和難點工業用鋼的種類、牌號、性能和應用第三節常用非金屬材料第二節常用有色金屬材料第一節

常用黑色金屬材料0102

03目

錄案例導入●

國家體育場(鳥巢)的鋼結構最大跨度達到333米，相當于200個成年人手拉手的長度。達

4.2萬噸的鋼結構需擺脫外力的支撐，靠自己站立起來，工程浩大自不必說，其材料的選擇

慎之又慎。筑造“鳥巢”使用的鋼材材質絕大部分為Q345D和Q345GJD鋼材，局部受力大的部位采用了Q460鋼材。Q460鋼材是專為“鳥巢”量身打造的一種低合金高強度鋼。

“Q”代表

鋼材的強度，“460”表示受力強度達到460兆帕時才會徹底變形，460兆帕相當于4540個標

準大氣壓，普通鋼材受力強度只有235兆帕，比Q460小將近一半。在國家標準中，Q460

的最

大厚度是100毫米，而“鳥巢”這次使用的鋼板厚度史無前例地達到110毫米。“鳥巢”鋼結

構中共使用了400噸Q460鋼。目

錄第一節

常用黑色金屬材料01常用黑色金屬材料●金屬分為黑色金屬和有色金屬兩大類。●

以鐵和碳兩種元素為基體以及多種元素組成的復雜合金稱為黑色金屬，鋼和鑄鐵是應用最廣

的黑色金屬，統稱為鐵碳合金。●

其中，鐵包括純鐵和鑄鐵。通常情況下，將碳含量在0.0218%到2.11%之間的鐵碳合金稱為

鋼；碳含量小于0.0218%的鐵碳合金稱為純鐵；碳含量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵，工

業中常用鑄鐵的碳含量不超過4.3%。純鐵鋼

鑄鐵0.0218%2.11%4.3%Wc鋼鐵中碳含量的范圍常用黑色金屬材料●

為提高鋼的力學性能，在冶煉碳素鋼的過程中，加入合金元素所得到的鋼，稱為合金鋼。●

黑色金屬以外的金屬稱為有色金屬，銅和鋁基合金是常見的有色金屬。(a)

餐具

(b)剪刀(c)鋼橋(d)

推土機常見的鋼鐵制品普通鋼@<0.055%,w.,0.045%冶金質量優質鋼(ws<0.040%,wp,0.040%)高級優質鋼(ws<0.030%,M,0

.035%碳素鋼結構鋼用途工具鋼特殊性能鋼●

2.按鋼的用途分：1.按鋼的質量分：鋼鋼●碳素鋼3.按鋼中碳的質量分數分低碳鋼(w<0.25%申碳鋼高碳鋼(w

c>0.60%)冶金質量鋼●類別牌號舉例性能特點應用范圍碳素結構鋼Q235塑性好，強度較低，能保證一定的

力學性能，容易冶煉，工藝性能良

好用于制造建筑、橋梁、船舶等

領域的結構件，或者加工螺釘、

螺母等力學性能要求不是很高

的機械零部件優質碳素結構鋼45熱加工及切削性能良好，焊接性能

較差，強度、塑性等綜合力學性能

良好。用于制造受力較大的零件，如

齒輪和普通軸等碳素工具鋼T8工藝性能好，在熱處理后可以獲得

很高的硬度，溫度不高時耐磨性良

好；但熱硬性較差，淬透性較低制造形狀簡單、尺寸小、切削

速度低、工作溫度不高的工具，如模具沖頭、剪刀等鑄造碳鋼ZG200-400具有較高的強度、塑性和韌性用于制造需要受力大并承受沖擊載荷的零部件，如軋鋼機底

座、水壓機底座、火車車輪及

車鉤等碳素鋼·

4.碳素鋼的牌號及含義常用碳鋼舉例合金鋼●

為改善鋼的機械性能，通常在煉鋼時加入Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V

等，由此獲得的鋼材稱

為合金鋼。與碳鋼相比，合金鋼往往具有某些方面的特殊性能，或具有良好的綜合力學性能，

如合金鋼具有更高的硬度、強度、耐磨性、淬透性。●

常見的合金鋼有合金結構鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。合金鋼

類別牌號舉例性能特點應用范圍合金結構鋼低合金鋼30CrMnSiA碳含量為0.12%～0.20%,磷、硫含量不大于0.45%,合金元素總量不大于3%,主要添加元素為硅、錳及少量的鈦、釩、鈮、銅及稀土元素等

具有較好的塑性、韌性和焊接性能，且冶煉較簡單廣泛用于制作各種機器零件和

工程構件，如車輛大梁、房屋鋼架、輸油管道等合金滲碳鋼20CrMnTi含碳量一般為0.10%～0.25%,加入的合金元素主要有錳、鉻、鎳、鉬

釩、鈦、硼等；經淬火和低溫回火后，具有較高的表面硬度和耐磨性，

同時心部具有良好的強度和韌性，抗沖擊載荷能力強適用于制造各類受沖擊載荷作

用的零部件，如變速齒輪、活塞

銷、軸類零件等合金調質鋼38CrMoAl含碳量一般為0.25%～0.50%,具有較高的強度和韌性；若調質后再進

行淬火，可進一步提高鋼件表面的耐磨性適用于制造汽車、拖拉機、機

床等機器上的重要零件，如齒輪

連桿、軸類零件等合金工具鋼刃具鋼9SiCr具有高硬度、高耐磨性、高紅硬性(紅硬性是指鋼在高溫下保持高硬

度的能力)及一定的韌性和塑性適用于制造各類低速切削的薄

刃刀具，如板牙、絲錐、鉸刀等模具鋼Cr12MoV5CrNiMo分為冷作模具、熱作模具和塑料模具三類，其性能特點與用途有關適用于制造各種鍛造、沖壓、

壓鑄等模具量具鋼9Cr18含碳量通常高達0.90%～1.50%,并含有鉻、鎢、錳等碳化物組成元素適用于制造各類高精度量具，

如塊規、量規、卡尺、千分尺等高速鋼W6Mo5Cr4V2

W12Cr4v5Co5含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素，在高速切削產生的高溫下(約500

℃時)仍能保持較高的硬度(不低于60HRC)通用型高速鋼適用于制造普通

刀具，如鉆頭、鋸條、滾刀、

拉刀等；特殊用途高速鋼適用

于制造難加工金屬(如鈦合金高溫合金等)的切削刀具合金彈簧鋼60Si2Mn具有很高的抗拉強度、彈性極限及疲勞強度，

一定的淬透性和良好的

表面質量適用于制造各類彈簧及彈性零

件合金軸承鋼GCr15具有高而均勻的硬度和耐磨性，以及較高的彈性極限和良好的尺寸穩定性。適用于制造各類軸承的滾珠、

滾柱及軸承內外圈等不銹鋼06Cr18Ni9主要的合金元素為Cr,其含量一般不低于10.5%;具有良好的耐蝕性

拋光性和耐熱性適用于制造耐腐蝕零部件，如

化工設備、容器、餐具等合金鋼類別牌號示例含義說明碳素鋼碳素結構鋼Q235AFQ345D“Q”是“屈”字拼音的首字母，后面的數字表示屈服強度，單位為MPa;字母A表示鋼的質量，

從A到D質量依次提高；F,b,Z,TZ分別表示沸騰鋼、半鎮靜鋼、鎮靜鋼、特殊鎮靜鋼。例如，Q235AF表示屈服強度為235MPa,A級質量的沸騰碳素結構鋼優質碳素結構鋼4565Mn兩位數字表示鋼的平均碳含量，以萬分之幾計；后面的元素符號表示該元素的含量比較高。例

如，45鋼表示碳含量為0.45%的優質碳素結構鋼碳素工具鋼T8T11A“T”是“碳”字拼音的首字母，后面的數字表示鋼中碳的平均含量，以千分之幾計；若為高級

優質碳素鋼，在鋼號后面加A。例如，T11A表示平均碳含量為1.1%的高級優質碳素工具鋼合金鋼合金結構鋼

合金彈簧鋼30CrMnSiA60Si2Mn前面兩位數字表示鋼的平均碳含量，以萬分之幾計；元素符號表示所含的合金元素，其平均含

量小于1.5%時一般不標出，當平均含量依次為1.5%～2.5%,2.5%～3.5%,3.5%～4.5%,…時，在元素符號的后面相應地寫成2,3,4,…;若為高級優質鋼、特級優質鋼，在鋼號后面相應地加上

A,E。例如，30CrMnSiA表示平均碳含量為0.30%,鉻、錳、硅的平均含量均小于1.5%的高級優質

合金結構鋼合金工具鋼8MnSi前面的數字表示鋼的平均碳含量，以千分之幾計，若平均碳含量大于1.0%,則一般不標出；合

金元素平均含量的表示方法與合金結構鋼相同。例如，8MnSi表示平均碳含量為0.8%,錳、硅含量

均小于1.5%的合金工具鋼合金鋼高速鋼W18Cr4V一般不標出含碳量，只表明合金元素的含量，以百分之幾計。例如，W18Cr4V表示平均鎢含量為

18%,鉻含量為4%,釩含量低于1%的高速鋼軸承鋼GCr15“G”表示軸承鋼，后面字母表示所含合金元素的種類，其含量用緊跟的數字表示，以千分數計

例如，GCr15表示平均鉻含量為1.5%的軸承鋼不銹鋼耐熱鋼06Cr18Ni920Cr13015Cr19Nil1前面的數字表示碳含量的最佳控制值，只規定其上限(以萬分數或十萬分數計)。其中，當含

碳量上限高于0.10%時，以其上限值的4/5表示(以十萬分數計);當含碳量上限為0.10%～0.03%時，以上限值的3/4表示(以十萬分數計);當含碳量上限低于0.03%時，以三位阿拉伯數字表示

(以十萬分數計);合金元素含碳量表示方法與合金結構鋼相同。例如，06Cr18Ni9表示含碳量上

限為0.08%,含鉻量為18%,含鎳量為9%的鎳鉻不銹鋼；015Cr19Nil1表示含碳量上限為0.02%,最佳控制值為0.015%,含鉻量為19%,含鎳量為11%的極低碳不銹鋼鑄鐵·

平均含碳量大于2.

11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。工業用鑄鐵中碳含量為2.

11%～4.3%。鑄鐵

中除了含有碳元素之外，還含有硅、錳、磷、硫等元素，合金鑄鐵中還含有鎳、鉻、鉬、鋁

等元素。雖然塑性及韌性不及鋼，但鑄鐵的生產成本低廉，具有優良的鑄造性能、切削加工碳主要以滲碳體形式存在，斷口呈銀白色。碳主要以片狀石墨形式存在，斷口呈暗

灰色，在工業中應用最為普遍。一部分碳以石墨形式存在，另一部分以

滲碳體形式存在，斷口呈灰白相間的麻點狀。白口鑄鐵碳存在形式灰口鑄鐵麻口鑄鐵性能和良好的耐磨性及吸振性等特點，廣泛應用于工業中。鑄鐵鑄鐵●鑄鐵分類分類牌號示例牌號組成性能特點用途灰鑄鐵HT200牌號組成：HT+最低抗拉強度。例如

HT200代表抗拉強度不低于200MPa的

灰鑄鐵碳主要以片狀的石墨存在，斷

口呈暗灰色；抗拉強度低、韌

性差，減振、耐磨、抗壓性好工業生產中應用最廣泛的鑄鐵

材料，常用于制造需要承受較大

壓力的零部件，如機床床身、機

座，軸承座等可鍛鑄鐵KTH300-

06KTB350-

12牌號組成：KT+代表類別的字母(H,

Z,B)+最低抗拉強度+最小斷后伸長

率(以百分數計)。例如，KTH300-

06表示抗拉強度不低于300MPa,斷

后伸長率不低于6%的黑心可鍛鑄鐵碳主要以團絮狀的石墨存在，

故塑性和韌性比灰鑄鐵好，但

并不能用于鍛造常用于制造形狀復雜、承受沖

擊和振動載荷的零件，如拖拉機后橋外殼、管接頭、低壓閥門等球墨鑄鐵QT400-18QT800-2牌號組成：QT+最低抗拉強度+斷后

伸長率。例如，QT400-18表示抗拉強

度不低于400MPa,斷后伸長率不低于18%的球墨鑄鐵碳主要以球狀的石墨存在，具有很高的強度和良好的塑性、

韌性，綜合力學性能接近于鋼

鑄造性能好常用于制造受力復雜，強度，

韌性和耐磨性要求高的零件，如

發動機曲軸、連桿，各種齒輪、

機床主軸等蠕墨鑄鐵RuT300牌號組成：RuT+最低抗拉強度。例

如，RuT300表示抗拉強度不低于300

MPa的蠕墨鑄鐵碳主要以蠕蟲狀的石墨存在，

強度接近于球磨鑄鐵，有一定

的韌性和較高的耐磨性，鑄造

性能和導熱性良好。常用于制造內燃機氣缸、缸蓋、

液壓閥等零件合金鑄鐵一—含有一定量的合金元素，具有某種特性，如耐磨性、耐熱性

和耐蝕性等常用于制造有耐熱、耐腐蝕等

特殊要求的零件，如氣缸套、閥

門、容器等(1)耐熱鑄鐵鑄鐵中加入AI、Si、Cr

等合金元素，使鑄鐵表面形成保護性的氧化膜，在高溫下具有抗氧化的能力，稱為

耐熱鑄鐵。(2)耐磨鑄鐵鑄鐵中加入W、Cu、Cr、Ti合金元素，并提高磷的質量分數，稱為耐磨鑄鐵。耐磨鑄鐵的強度、韌性和耐

磨性都較高。(3)耐蝕鑄鐵鑄鐵中加入少量的Si、AI、Cr、Ni、Mo、Cu

等合金元素，稱為耐蝕鑄鐵。合金鑄鐵·在灰鑄鐵或球墨鑄鐵的熔化液中加入一定量的合金元素，稱為合金鑄鐵。根據加入的合金元素不同，而形成不同的

合金鑄鐵。鑄鋼●

鑄鋼是將熔化的鋼水直接澆注到預先造好形的沙箱中，不經過軋制就能得到機械零件，其力學性能與軋制的鋼材基本相同。鑄鋼應用于形狀較為復雜，或零件的質量較大，力學性能要求又較高的冶金設備、運輸設備、重型設備零件。目

錄第二節常用有色金屬材料02常用有色金屬材料●

黑色金屬以外的金屬稱為有色金屬。有色金屬具有許多特殊的性能，如較高的導電性和導熱

性，較低的密度和熔化溫度，良好的力學性能和工藝性能，是現代工業不可缺少的重要金屬

材料，是黑色金屬所不能替代的。(a)

鋁合金窗

(b)

銅導線

(c)

飛機機身●

常用的有色金屬主要有鋁、銅及其合金。·工業中使用的純鋁呈銀白色，密度較小

(p=2.7g/cm3),僅為鋼的1/3,熔點為660℃,在常溫及潮濕環境中，其表面容易形成一層致密的氧化膜，故純鋁具有較好的抗腐蝕性。·純鋁的導熱性和導電性良好，是僅次于金、銀、銅的優良導體。·塑性高，能通過壓力加工方法制成各種型材、板材。·工業純鋁由于強度很低，不宜直接用來加工機械零部件，而是廣泛用于制造各種導線

電容器和包裝材料等。鋁及鋁合金純鋁工業純鋁的純度不低于90%,其牌號用1×××系列表示。其中，最后兩位數字表示鋁的最低百分含量，當鋁的最低百分含量精確到0.01%時，牌號的最后兩位數字就是最低百分含量中小數點后

面兩位；牌號第二位字母表示原始合金

(A)或改型合金

(B～Y),

如1080,1A50等。3241鋁合金中所添加的合金元素主要有銅、錳、硅、鎂、鋅等，根據合金元素和工藝特點的不同，

鋁合金可鋁合金中所添加的合金元素主要有銅、錳、硅、鎂、鋅等，根據合金元素和工藝特點

的不同，鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。鋁及鋁合金鋁合金在保持純鋁質量輕等優點的同時，大大提高了自身的強度，從而具有很高的“比強度”(強度與密度的比值),力學性能超過許多合金鋼。因此，鋁合金是較為理想的結構材料，機械設備、運輸工具、航空工業等領域都大量使用鋁合金。鋁及鋁合金1.變形鋁合金變形鋁合金具有良好的塑性，可通過沖壓、彎曲、擠壓等加工方法獲得所需零件。變形鋁合金采

用4位字符牌號命名，牌號用2×××~8×××系列表示。牌號的第一位數字是按照主要合金元素：

銅、錳、硅、鎂、鎂十硅、鋅及其他元素的順序來表示變形鋁合金的組別；第二組數字或字母表示

原始合金(A)或改型合金

(B～Y);牌號中最后兩位數字用來區分同一組中不同的鋁合金。根據性能特點和用途的不同，變形鋁合金可分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛造鋁合金四類。分類常用牌號性能特點用途防銹鋁合金3A215A02塑性高、強度高、抗腐蝕性良好適用于制造船舶零部件、航空

燃料箱、輸油管道等硬鋁合金2A12強度高、耐熱性良好、耐腐蝕性差適用于制造門窗、飛機蒙皮等超硬鋁合金7A04極高的強度(可達600MPa),熱處理強化效果明顯，退火后具有良好的塑性適用于制造飛機大梁、起落架、機翼接頭等鍛造2A50良好的熱塑性和鍛造性，可進行熱處適用于制造飛機和發動機中形鋁合金2A70理強化狀較復雜的零部件鋁及鋁合金1.變形鋁合金變形鋁合金的分類鋁及鋁合金2.鑄造鋁合金通過向純鋁中添加硅、銅、鎂、鋅等元素，從而獲得具有良好的鑄造性能、耐腐蝕性和耐熱性的鋁

合金稱為鑄造鋁合金。根據所含合金元素的不同，鑄造鋁合金可分為鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系和鋁

鋅系等四類。鑄造鋁合金牌號的編制方法：ZL”十三位數字。其中，“ZL”是“鑄鋁”的拼音首字母，第1位數字表示合金類別：1代表AI-Si

系合金；2代表AI—Cu系合金；3代表AI一Mg系合金；4代表AI-Zn

系合金。第二、三位數字是合金的

順序號。例如，ZL202表示2號AI—Cu系鑄造鋁合金。分類常用牌號性能特點用途鋁硅系(Al-Si)ZL101鑄造性能和耐磨性良好、熱漲系數小，使

用量最大適用于制造結構件，如發動

機殼體、氣缸體等鋁銅系(Al-Cu)ZL201強度高、鑄造性能良好適用于制造承受大載荷和形

狀不復雜的砂型鑄件鋁鎂系(Al-Mg)ZL301抗腐蝕性、綜合力學性能良好適用于制造雷達底座、飛機

起落架、螺旋槳等鋁鋅系(Al-Zn)ZL401強度較高、尺寸穩定適用于制造模型、發動機零

配件、設備支架等鋁及鋁合金2.鑄造鋁合金鑄造鋁合金的分類銅及銅合金·

純銅·銅是人類最早認識并使用的金屬材料之一，我國早在約六千年前就開始使用銅制品。12

·純銅為紫紅色，由于在空氣中表面容易形成一層紫色的氧化膜，故純銅又稱紫銅。3

·純銅的密度為8.96g/cm3,比鋼略大，導電性和導熱性良好，其強度和硬度均不高，

塑性、耐腐蝕性及焊接性能良好，故純銅適合進行各種壓力加工，通常用來制作電線

電纜、散熱片等。工業純銅分為四種：T1,T2,T3

。

其中，編號越大，表示純度越低，雜質含量越高。銅及銅合金銅合金通過向純銅中加入鋅、鉛、錫、鋁、鈹等元素即可得到各種性能優越的銅合金。根據所加入合

金元素的不同，銅合金可分為黃銅、青銅和白銅等三類。分類常用牌號性能說明黃銅普通黃銅H62H70只有鋅一種合金元素，具有良好的耐腐蝕性，常用于制造子彈、閥門、空調連接管

等特殊黃銅HMn58-2除含鋅元素外，還含有鉛、錫、鋁等合金元素，耐蝕性、耐磨性、切削加工性均較

好，常用于制造鐘表內部精密零件、螺旋槳等青銅錫青銅QSn4-3主要合金元素為錫，具有良好的鑄造性能、減磨性能及力學性能，常用于制造軸承

蝸輪、齒輪等鋁青銅QAl5QAl9-4主要合金元素為鋁，具有較高的強度、耐磨性和耐蝕性，常用于制造高載荷齒輪、

軸套等鈹青銅QBe2QBe1.7主要合金元素為鈹，具有較高的彈性極限和良好的導電性，常用于制造精密彈簧和

電接觸元件等白銅BMn3-12主要含有的合金元素是鎳，呈銀白色，具有較高的強度和硬度，價格昂貴，色澤美

觀，常用于制造醫療器械、儀器儀表、工藝品等銅及銅合金礎，加入適量的銻、銅等元素熔化而成。錫基軸承合金稱為錫基巴氏合金。以鉛、銅或鋁為基礎，

加入其他合金元素，相應稱為鉛基軸承合金、銅基軸承合金或鋁基軸承合金。軸承合金具有足夠的強度、硬度、耐磨性、塑性和韌性，還具有良好的磨合性和與軸頸的親和

力，是高速運轉機械的滑動軸承材料的最佳選擇。1.錫基軸承合金錫基軸承合金是以錫為基礎，加入適量的銻和銅元素組成的軸承合金。其特點是摩擦系數

小，硬度適中，具有較好的塑性和韌性，適用于高速、重載條件下工作。2.

鉛基軸承合金鉛基軸承合金是以鉛為基礎，加入適量的銻、錫、銅元素組成的軸承合金。鉛基軸承合金又稱為鉛

基巴氏合金。其硬度、塑性和韌性都低于錫基軸承合金，價格較低，適用于中速、中載條件下工作。3.

銅基軸承合金銅基軸承合金是以銅為基礎，加入適量的鉛、錫、鋅、磷和錳元素組成的軸承合金。其特點是

摩擦系數較低，潤滑作用較好，抗壓強度和硬度都很高，適用于高速、重載、高溫條件下工作。4.

鋁基軸承合金鋁基軸承合金具有較好的耐磨性、減摩性和抗腐蝕性，適用于內燃機曲軸的滑動軸承。常用軸承合金牌號有

ZSnSb12Pb10Cu4、ZPbSb16Sn16Cu2、ZCuSn5Pb5Zn5、ZAlSn6CulNil。

其中，“ZSn”

表示鑄造錫基軸承合金，其后面的英文字母和數字表示合金元素及含量。軸承合金三、軸承合金軸承合金是制造滑動軸承的最好材料，應用較多的軸承合金是錫基軸承合金，它以錫為基目錄01第一節

常用黑色金屬材料02

第二節常用有色金屬材料03

第三節常用非金屬材料1.工程塑料的組成工程塑料是以樹脂為基礎，加如其他添加劑，在一定的溫度與壓力下制成的非金屬材料。樹脂

是主要成分，是一種高分子化合物，起到膠黏劑的作用；添加劑起到改善塑料的性能、防止老

化、延長和穩定塑料使用壽命的作用。2.工程塑料的分類(1)按塑料的熱性能分為熱塑性塑料和熱固性塑料。1)熱塑性塑料2)熱固性塑料常用非金屬材料●

非金屬材料在機械零件中的應用主要有工程塑料、合成橡膠、工業陶瓷和復合材料。

一、工程塑料通用塑料主要應用于制造生活用品，如聚氯乙烯、聚丙烯。應用范圍廣，價格低。2)工程塑料工程塑料主要應用于代替金屬制造機械零部件，如有機玻璃、尼龍、ABS

等。3)特種塑料特種塑料是主要應用于特種性能和特種用途的塑料，如醫用塑料。(3)工程塑料的特性工程塑料具有質量輕、比強度高、吸水率低、耐蝕性好、成形工藝簡單、加工性能好、生產率高

的特性。常用非金屬材料(2)按塑料制品的功能分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。1)通用塑料常用非金屬材料二

.橡膠1.橡膠的組成橡膠是一種高分子材料，是以生膠為基礎加人適量的配合劑制成的。生膠的來源為天然橡膠或合成橡膠。配合劑的作用是改善橡膠制品的性能，如硫化劑、軟化劑等。2.橡膠的特性橡膠具有高彈性，優良的伸縮性、耐磨性、電絕緣性、不透水性等優點，但易老化。復合材料是由兩種或兩種以上不同化學性質或不同組織結構的材料組合而成的。2.復合材料的分類復合材料按增強基體的不同分為塑料基復合材料、金屬基復合材料、橡膠基復合材料和陶瓷基

復合材料，按性能的不同分為結構復合材料和功能復合材料，按種類和結構的不同分為層疊、

細粒、纖維增強復合材料。3.復合材料的特性復合材料的比強度高、減摩性和耐磨性好、抗疲勞性和減振性好、加工性好。復合材料應用

于制造機械零件、化工容器、耐腐蝕結構件等。常見非金屬材料三、復合材料1.復合材料的組成單元小結●1.鋼鐵主要有鐵和碳兩種基本元素構成，故鋼鐵又稱鐵碳合金。●

2.鋼的種類繁多，為了熟悉各種鋼的性能特點，掌握合理選用鋼材的方法，需要對鋼進行科

學的分類。通常根據化學成分、質量和用途的不同對鋼進行分類。●

3.根據是否含有合金元素，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。常用的碳素鋼有碳素結構鋼、優質碳

素結構鋼、碳素工具鋼以及鑄造碳鋼等；常用的合金鋼有合金結構鋼、合金工具鋼和特殊性

能鋼等。●

4.鑄鐵種類很多，根據碳存在形式的不同，鑄鐵可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵和麻口鑄鐵三類；

根據內部石墨所處形態的不同，鑄鐵可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵。●5.非金屬材料常用塑料、橡膠和復合材料。機

械

基

礎模塊二

機械零件的材料單元三

金屬材料的熱處理教學目標一、目標和要求(1)了解鋼熱處理的定義、分類及應用范圍(2)掌握鋼鐵材料常用的熱處理工藝方法(3)了解鋼熱處理的目的二、重點和難點(1)鋼熱處理的分類及特點(2)鋼熱處理的方法及目的第三節鋼的表面熱處理第二節鋼的整體熱處理0102

03第一節

金屬材料熱處理概述目

錄案例導入●

歷史故事相傳，三國時諸葛亮帶兵打仗，請當時的著名工匠蒲元為他的軍隊制造了3000把鋼

刀，蒲元運用了“清水淬其鋒”的熱處理工藝，使鋼刀削鐵如泥，從而打敗敵軍。從這些故事可知，淬火的主要目的是為了獲得馬氏體，提高鋼的強度和硬度。第一節

金屬材料熱處理概述目

錄01奧氏體

Ec3r3S鐵素體+

珠光體+珠光體

滲碳體含碳量/%●

熱處理概念：把金屬材料(可分為鋼、鑄鐵

和有色金屬及合金等)加熱到一定溫度，在此溫度保持一定時間，

用合適的冷卻介質冷卻到室溫的

過程。通過熱處理，可以改變材

料的內部組織(金相組織)和結構，以獲得我們所需要的性能(分物理性能和化學性能)。金屬材料熱處理概述GQ溫度/℃鐵素體金屬材料熱處理概述●

熱處理工藝曲線：熱處理分為加熱、保溫、冷卻三個過程。對于不同的金屬

材料、不同的外形尺寸和不同的

加熱介質，為了不同的目的，最

終加熱溫度的高低、加熱速度、

保溫時間長短、冷卻介質及冷卻

速度和方式各有不同。臨界溫度

(臨界點)加熱過程保溫過程冷卻過程時間熱處理工藝曲線溫度0整體熱處理——退火、正火、淬火、回火等熱處理熱處理表面淬火——火焰加熱、感應加熱表面熱處理化學熱處理———滲碳、滲氮、碳氮共滲等金屬材料熱處理概述●

熱處理工藝分類：根據熱處理的目的和工藝方法不同：金屬材料熱處理概述●

熱處理工藝分類：根據工序位置的不同：●預備熱處理預備熱處理是在零件加工過程中進行的，目的在于改善鑄造、鍛造或焊接毛坯件的

內部組織，消除內部應力，為后續機械加工或進一步的熱處理作準備，●

最終熱處理。最終熱處理是在零件完成機械加工后進行的，目的在于獲得零件所需的力學性能。目

錄第二節鋼的整體熱處理02鋼的整體熱處理●整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當速度冷卻，以改變其整體力學性

能的金屬熱處理工藝。退火正火整體熱處理淬火回火退火1

.

概念退火是將鋼件加熱到適當的溫度，經過一定時間的保溫后，緩慢冷卻(一般

為隨爐冷卻)以使內部組織均勻化，從而獲得預期力學性能的熱處理工藝。2

.

目的①降低材料的強度和硬度，提高塑性，為后續機械加工做準備。②減小材料內部組織的不均勻性，細化晶粒，消除內部應力。③為后續的熱處理做好組織準備。退火3.分類及應用不同成分的鋼件在退火時所需的加熱溫度和冷卻方式各不相同，通常可將退火分

為完全退火、等溫退火、球化退火、均勻退火和去應力退火。均勻化退火Ac?Ac?完全退火球化退火等溫退火去應力退火wc/%(a)

加熱溫度

(b)

工藝曲線示意圖幾種退火方式的工藝曲線mwúu

山ú0.81.01.21.4正火時間/s完全退火正火900800700600500400-120011001000溫度/℃溫度/℃退火幾種退火方式的處理方法、特點及應用范圍類別處理方法特點應用范圍完全退火將鋼件加熱到A.?以上30～50

℃,保溫一段時

間后，隨爐冷卻或將鋼件埋入沙、石灰中，待冷卻至500

℃時取出空冷降低鋼件硬度，使組織均勻

化，充分消除內應力，為后

續機械加工做好組織準備適用于亞共析鋼和合金鋼的鑄件、鍛件和焊件等等溫退火與完全退火的加熱溫度相同，先快速冷卻到A?

以下的某一溫度保溫，待奧氏體轉變為珠光體后出爐空冷細化組織和降低硬度，獲得的組織比完全退火更均勻適用于中碳合金鋼和低合金

鋼球化退火將鋼件加熱到A.以上10～30℃、保溫一段時

間后，隨爐冷卻至600℃后取出空冷使鋼件中碳化物球狀化，以改善切削加工性能，減小后

續淬火時工件的變形和開裂適用于碳素工具鋼、合金工

具鋼及軸承鋼等，為后續淬

火準備合適的組織均勻退火將鋼件加熱到Ac?

以上150～200

℃,保溫10~15

h后緩慢冷卻消除鋼件內部化學成分的偏

析和組織的不均勻性適用于合金鋼的大型鑄件或鍛件去應力退火將鋼件加熱到A.以下100～200℃左右，保溫一段時間后，隨爐冷卻至250℃左右后取出空冷用于消除上一步加工工序產

生的殘余應力，以減小變形

發生組織改變但不發生相變主要用于鍛造、鑄造等毛坯去應力處理，為后續冷熱加工作準備正火1.概念正火是將鋼件加熱到Ac3

(對于亞共析鋼)或Acm

(對于過共析鋼)以上30～50℃,

經過一段時間保溫后，在空氣中冷卻以得到珠光體組織的熱處理工藝。由于正火比退

火的加熱溫度