概述及機械基礎知識第一頁，共39頁。2.2常用機械知識一、機械根底知識機械根底知識包含以下內容：金屬的性能；金屬材料的分類鋼的熱處理知識螺紋連接加工偏差量具第二頁，共39頁。學習目的和要求：1、了解金屬性能、分類。2、掌握剛的熱處理工藝。3、了解螺紋連接。4、掌握公差的計算。學習重點和難點：1、重點：鋼的熱處理工藝。2、難點：公差的計算。第三頁，共39頁。1、金屬的性能:分為使用性能和工藝性能A.使用性能:機械性能、物理性能、化學性能?！?〕機械性能：金屬材料在不同性質外力作用下表現的抵抗能力，也稱力學性能。如：彈性、塑性、強度、硬度、韌性等?！?〕物理性能：如導電性、導熱性、熱膨脹性、熔點、磁性、密度等?！?〕化學性能：如耐酸堿、耐腐蝕、抗氧化。B.工藝性能：材料在加工制造中表現出的性能，顯示了加工制造的難易程度，如：鑄造性，鍛造性，焊接性，切削加工性，熱處理性等。第四頁，共39頁。2、金屬材料的分類常用的金屬材料主要有碳鋼、鑄鐵、合金鋼、不銹鋼以及局部有色金屬材料等?！?〕鋼的分類1〕按化學成分分類第五頁，共39頁。低碳鋼第六頁，共39頁。中碳鋼第七頁，共39頁。高碳鋼第八頁，共39頁。低合金鋼第九頁，共39頁。高合金鋼第十頁，共39頁。2〕按質量分類按照鋼中硫〔S〕和磷〔P〕的含量可分為普通鋼、優質鋼和高級優質鋼。普通鋼 S≤0.055%；P≤0.045%；優質鋼 S、P均應≤0.04%；高級優質鋼S≤0.03%；P≤0.035%3〕按用途分類根據鋼的用途主要可分為構造鋼、工具鋼和特殊性能鋼。構造鋼主要用于制造各種工程構件和機器零件。這類鋼一般屬于低碳或中碳的碳素鋼或合金鋼。工具鋼主要用于制造各種刀具、量具、模具。這類鋼一般屬于高碳鋼或高碳合金鋼。特殊性能鋼是具有特殊物理性能或化學元素性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等，這類鋼一般屬于高合金鋼。第十一頁，共39頁?！?〕鋼的編號鋼的品種繁多，為了便于選擇和使用，必須制定科學的編號系統。編號的要求是用簡明的符號將鋼中所含元素的大致百分數表示出來。有時通過編號還能說明鋼的性能特征。1〕普通碳素構造鋼這類鋼主要保證機械性能，故其牌號用Q+數字表示，其中“Q〞為“屈〞字的漢語拼音字頭，數字表示屈服強度值，例如Q275表示屈服強度為275MPa的碳素構造鋼。假設牌號后面標注A、B、C、D，則表示鋼材質量等級不同，其中A級最低，D級最高。假設在牌號后標注字母"F"則為沸騰鋼，未加標注的為鎮靜鋼。例如Q235-AoF表示屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼。第十二頁，共39頁。2〕優質碳素構造鋼優質碳素構造鋼主要用于制造各種機器零件，這類鋼的硫、磷含量都限制在0.040%以下。例如含碳為0.45%左右的優質碳素構造鋼編號為45鋼；含碳0.08%左右的低碳鋼稱為08鋼等。假設鋼中含錳較高則在鋼號后面附以錳的元素符號Mn如15Mn、45Mn等。3〕碳素工具鋼這類鋼的含碳量較高，一般介于0.65~1.35％之間。它的硫、磷含量限制得更嚴格些。一般的碳素工具鋼均屬于優質鋼。當硫、磷含量分別限制在0.030%以下時則為高級優質工具鋼。碳素工具鋼的編號是以“T〞〔碳的漢語拼音字頭〕開頭，后面標以數字表示含碳量的千分之幾。例如T8就是代表平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼；假設為高級優質碳素工具鋼，則在編號最后加以"A"，例如T8A、T13A第十三頁，共39頁。4〕合金構造鋼這類鋼的編號是利用“兩位數字+元素符號+數字〞來表示。前面的兩位數字代表鋼中平均含碳量的萬分之幾，元素符號表示鋼中所含的合金元素。元素后面的數字表示該元素的平均含量的百分之幾。如果平均含量低于1.5%，則不標明含量。如果平均含量大于1.5%、2.5%、3.5%…，則相應地以2、3、4…等表示。例如12CrNi3鋼，其平均含碳量為0.12%，平均含鉻量小于1.5%，平均含鎳量為3%。又如30CrMnSi鋼，其平均含碳量為0.3%，鉻、錳、硅三種合金元素的含量均小于1.5%。假設為高級優質合金構造鋼，則在鋼號的最后加"A"字，例如20Cr12Ni14WA。5〕合金工具鋼編號與合金構造鋼相似，僅含碳量的表示方法有所不同。當合金工具鋼的平均含碳量大于或等于1.00%時，其含碳量不予標出。平均含碳量小于1.00%時，以千分之幾表示。例如：9SiCr鋼，其平均含碳量為0.9%，硅和鉻的平均含量小于1.5%。第十四頁，共39頁。(3)、鋼的熱處理知識熱處理：將鋼在固態下通過加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變金屬內部組織構造，從而獲得所需性能的一種操作工藝。熱處理的分類：1)普通熱處理

2)外表熱處理

3)化學熱處理熱處理的目的：不改變材料的形狀的尺寸，改善其性能，包括使用性能和工藝性能，可以充分發揮材料的潛力，提高零件的內在質量,延長機械的使用壽命和節約金屬材料，如在機床、汽車、拖拉機制造中80%的零件要熱處理。至于刀具、量具、模具和滾動軸承等則要100%進展熱處理。

熱處理的三要素：1)加熱溫度、2)保溫時間、3)冷卻速度；第十五頁，共39頁。第十六頁，共39頁。A、退火：將鋼件加熱到臨界溫度〔在鋼的固態范圍內，引起鋼內部組織構造發生變化的溫度〕以上40～600C，經適當保溫，然后隨爐緩慢冷卻從而獲得接近于平衡組織的的一種工藝。用途：1〕降低硬度，以利于切削〔比較適合的切削硬度為160～260HBS〕；2〕消除內應力，穩定尺寸，防止變形或開裂；消除偏析，均勻成分；3〕細化晶粒，均勻組織，提高鋼的機械性能。1)普通熱處理不同鋼材臨界溫度不一樣，一般為710～7500C，個別可到達800～9000C主要退火工藝有：完全退火、球化退火和去應力退火等。第十七頁，共39頁。B、正火：將鋼加熱到臨界溫度以上30~500C，經適當保溫，然后在空氣中冷卻的一種熱處理工藝。

目的及作用：其冷卻速度較退火快些，所得到的組織較細，作用主要是細化晶粒，均勻組織，提高機械性能；對于力學性能要求不高的普通構造零件，正火可作為最終熱處理；對于低中碳構造鋼，主要是提高硬度，改善切削加工性能，高碳鋼則應采用退火；對于過共析鋼，有利于球化退火，為淬火作組織準備。優點：正火是在爐外冷卻，不占用加熱設備，生產周期比退火短，生產效率高，能量消耗少，工藝簡單、經濟。正火的冷卻速度較退火快些，所得到的組織較細，強度和硬度較高。因此正火對于亞共析鋼主要是細化晶粒，均勻組織，提高機械性能，對于力學性能要求不高的普通構造零件，正火可作為最終熱處理；對于低中碳構造鋼，由于硬度偏低，在切削加工時易產生“粘刀〞現象，增大外表粗糙度，采用正火可提高硬度，改善切削加工性能，高碳鋼則應采用退火；第十八頁，共39頁。C、淬火：將鋼加熱到臨界溫度以上30~70℃，適當保溫，然后快速冷卻的一種熱處理工藝。淬火是一種很早就應用的熱處理工藝，其目的是強化材料，提高材料的強度或硬度。工件淬火后通常不能直接使用，主要原因有三：

a、組織不穩定，不純粹；

b、淬火后的性能難滿足工件的使用要求，脆性太大；

c、淬火后工件內部有內應力，易致工件變形或開裂；

因此工件淬火后還應進展回火

淬火的目的：a、使鋼件獲得高的硬度和耐腐蝕性；b、使鋼件在回火后得到某種特殊的性能，如較高的強度、彈性和韌性等。第十九頁，共39頁。D、回火：鋼件淬火后,為了消除內應力并獲得所要求的組織和性能,將其加熱到臨界溫度以下某一溫度,保溫一定時間,然后置于空氣或水中冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬哪康腶.降低淬火鋼的脆性和內應力，防止變形或開裂。b.調整和穩定淬火鋼的結晶組織以保證工件不再發生形狀和尺寸的改變。c.獲得不同需要的機械性能，通過適當的回火來獲得所要求的強度、硬度和韌性，以滿足各種工件的不同使用要求，淬火鋼經回火后，其硬度隨回火溫度的升高而降低?；鼗?，一般也是熱處理的最后一道工序。第二十頁，共39頁?；鼗鸬姆诸惡蛻?/p>

a.低溫回火(150～250)℃:低溫回火的組織為回火馬氏體。這種回火主要是為了降低淬火鋼的應力和脆性，提高韌性，而保持高硬度和耐磨性。它主要用于各類高碳鋼的刀具、冷作模具、量具；滾動軸承；滲碳或外表淬火件等。b.中溫回火(350～500)℃:中溫回火的組織為回火托氏體。這種回火可顯著減少工件的淬火應力，具有較高的彈性極限和屈服極限，并有一定的韌性。它主要應用于各種彈簧、彈性夾頭及鍛模的處理。c.高溫回火(500～650)℃:高溫回火的組織為回火索氏體。這種回火可使工件獲得強度、硬度、塑性和韌性都較好的綜合機械性能。淬火后高溫回火的熱處理稱為調質處理，常用于受力情況復雜的重要零件，如各種軸類、齒輪、連桿等。第二十一頁，共39頁。僅對鋼的外表加熱、冷卻而不改變其成分的熱處理工藝稱為外表熱處理,也叫外表淬火。

2)外表熱處理外表熱處理可以硬化外表，提高耐磨性,而保持芯部韌度不變，零件具有抵抗沖擊能力。外表熱處理的方法主要有：1.感應加熱外表熱處理

2.火焰加熱外表淬火

第二十二頁，共39頁。3)化學熱處理:將鋼件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的外表，改變其化學成分和組織，到達改進外表性能，滿足技術要求的熱處理過程。

a、滲碳：鋼件在滲碳介質中加熱和保溫，使碳原子滲入外表的工藝稱為滲碳。滲碳使低碳(0.15～0.30%)鋼件外表獲得高碳濃度〔約1.0%〕鋼滲碳、淬火、回火后：

①外表硬度高，達58HRC～64HRC以上,耐磨性較好;心部韌性較好,硬度較低，可達30～45HRC。

②疲勞強度高。表層體積膨脹大，心部體積膨脹小，結果在表層中造成壓應力，使零件的疲勞強度提高。第二十三頁，共39頁。b、氮化：氮化就是向鋼件外表滲入氮的工藝。氮化的目的在于更大地提高鋼件外表的硬度和耐磨性，提高疲勞強度和抗蝕性。c、碳氮共滲

碳氮共滲就是同時向零件外表滲入碳和氮的化學熱處理工藝，也稱氰化。碳氮共滲后的機械性能

(1)共滲及淬火后,耐磨性比滲碳更好。

(2)共滲層具有比滲碳層更高的壓應力,因而疲勞強度更高,耐蝕性也較好。第二十四頁，共39頁。4、螺紋連接：把需要相對固定在一起的零件用螺紋零件聯接起來，這種聯接稱為螺紋聯接；1)螺紋的形成d2螺旋線----一動點在一圓柱體的外表上，一邊繞軸線等速旋轉，同時沿軸向作等速移動的軌跡。螺紋----一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋第二十五頁，共39頁。2)螺紋三要素：決定螺紋形狀、性能、功用的最根本參數，它們分別是：牙型：通過螺紋軸線的螺紋牙齒的剖面形狀，如三角形、梯形、鋸齒形等。大徑：螺紋上的最大直徑，又叫公稱直徑。螺距：在導面的素線上相鄰兩牙對應兩點間的距離。d1d2dψSPP/2P/2πd2S第二十六頁，共39頁。5、加工偏差1〕公差與配合：軸與孔的配合a、軸：工件的圓柱形外外表〔或非圓柱形外外表〕b、孔：工件的圓柱形內外表〔或非圓柱形內外表〕c、公差：由于零件在實際生產過程中受到加工、測量等諸多因素的影響，加工完一批零件的實際尺寸總存在一定的誤差，為保證零件的互換性，必須將零件尺寸控制在允許的變動范圍內，這個允許的尺寸變動量稱為尺寸公差，簡稱公差。d、配合：大小一樣的孔與軸相互結合的松緊程度第二十七頁，共39頁。2)尺寸的術語與定義a、尺寸：用特定單位表示線性長度值的數字。

b、根本尺寸：設計給定的尺寸。通過它，應用上、下偏差可算出極限尺寸。根本尺寸應按標準尺寸選取，以便于加工、檢驗。

c、實際尺寸：是通過測量獲得的尺寸。d、局部實際尺寸：一個孔或軸的任意橫截面中的任一距離，即任何兩相對點之間測得的尺寸。

e、極限尺寸：是指允許尺寸變化的兩個極限值。實際尺寸應位于其中，也可達極限尺寸。

第二十八頁，共39頁。3)公差和偏差的術語和定義a、偏差：某一尺寸減去根本尺寸所得的代數差。其值可正可負可為零。b、極限偏差：分為上偏差、下偏差。上偏差＝最大極限尺寸-根本尺寸

下偏差＝最小極限尺寸-根本尺寸c、實際偏差：實際尺寸減去根本尺寸的代數差稱為實際偏差。零件尺寸的實際偏差在上、下偏差之間均為合格。d、尺寸公差：允許尺寸變動的量。為無符號的絕對值。公差＝最大極限尺寸-最小極限尺寸

公差＝上偏差-下偏差偏差與公差是兩個不同的概念，不能混淆。第二十九頁，共39頁。例：圖紙上所注的軸的值徑為根據以上定義，可以清楚地把尺寸允許偏分析如下：根本尺寸：40〔mm〕最大根限尺寸：40+0.015=40.015〔mm〕；最小極限尺寸：40-0.010=39.990〔mm〕；公差：40.015-39.990=0.025〔mm〕；上偏差：40.015-40=0.015〔mm〕；下偏差：39.990-40=-0.010〔mm〕；即：如果軸的直徑不大于40.015mm且不小于39.990m