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1、第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用 一 、 設(shè) 計(jì) 目 的 掌 握 各 種 常 用 金 屬 、 非 金 屬 材 料 的 性 能 、 牌 號(hào)和 用 途 ； 了 解 常 存 元 素 對 金 屬 材 料 性 能 的 影 響 ； 熟悉 加 工 工 藝 對 所 選 材 料 力 學(xué) 性 能 的 要 求 ； 掌 握 機(jī) 械零 部 件 選 材 的 過 程 與 方 法 。二 、 設(shè) 計(jì) 條 件 減 速 器 工 作 環(huán) 境 條 件 、 使 用 場 合 、 負(fù) 載 以 及 性能 要 求 ， 加 工 手 段 和 工 藝 要 求 三 、 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 及 要 求 （ 1） 確 定 減

2、 速 器 軸 類 零 件 的 材 料 選 擇 過 程 ； （ 2） 齒 輪 零 件 的 材 料 選 擇 過 程 ； （ 3） 箱 體 零 件 的 材 料 選 擇 過 程 5.1 減 速 器 主 要 零 部 件 材 料 的 選 定 說 明 第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用 5.2 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料5.2.1 常 用 金 屬 材 料1.碳 素 鋼（ 1） 碳 素 鋼 分 類按 鋼 的 含 碳 量 分 類 ： 低 碳 鋼 中 碳 鋼 高 碳 鋼 按 質(zhì) 量 分 類 ： 普 通 碳 素 鋼 優(yōu) 質(zhì) 碳 素 鋼 高 級 優(yōu) 質(zhì) 碳素 鋼

3、按 用 途 分 類 ： 碳 素 結(jié) 構(gòu) 鋼 碳 素 工 具 鋼 特 殊 性 能 鋼 按 金 相 組 織 分 類 ： 有 亞 共 析 鋼 、 共 析 鋼 、 過 共 析 鋼按 鋼 的 脫 氧 程 度 分 類 ： 有 沸 騰 鋼 、 鎮(zhèn) 靜 鋼 、 半 鎮(zhèn) 靜鋼 第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用（ 2） 碳 鋼 的 牌 號(hào) 1） 碳 素 結(jié) 構(gòu) 鋼 字 母 Q+屈 服 點(diǎn) 數(shù) 值 （ 單 位 為 MPa） +質(zhì) 量 等 級 符號(hào) （ A、 B、 C、 D） +脫 氧 方 法 符 號(hào) （ F、 b、 Z、 TZ）組 成 。 2） 優(yōu) 質(zhì) 碳 素 結(jié) 構(gòu) 鋼 優(yōu) 質(zhì)

4、 碳 素 結(jié) 構(gòu) 鋼 的 牌 號(hào) 用 兩 位 數(shù) 字 表 示 ， 即 是鋼 中 平 均 含 碳 量 的 萬 分 數(shù) 。5.2 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用 3） 鑄 鋼 鑄 鋼 的 牌 號(hào) 是 用 字 母 “ ZG” 加 上 兩 組 數(shù) 字 組 成 。 4） 碳 素 工 具 鋼 碳 素 工 具 鋼 的 牌 號(hào) 由 “ T” 加 數(shù) 字 表 示 。 “ T” 是“ 碳 ” 字 漢 語 拼 音 字 首 ， 數(shù) 字 表 示 平 均 含 碳 量 的 千分 數(shù) ； 若 為 高 級 優(yōu) 質(zhì) 工 具 鋼 ， 在 牌 號(hào)

5、后 加 “ A” 2. 合 金 鋼 合 金 鋼 是 指 在 碳 鋼 基 礎(chǔ) 上 ， 加 入 一 些 元 素 所 形 成的 鋼 種 ， 加 入 的 元 素 稱 為 合 金 元 素 。5.2 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用5.2 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料合 金 鋼 的 牌 號(hào) 是 采 用 鋼 中 含 碳 量 加 合 金 元 素 符 號(hào)及 其 含 量 的 方 法 來 表 示 。 牌 號(hào) 的 首 位 數(shù) 字 表 示 鋼的 平 均 含 碳 量 ，（ 3） 合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼 合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼 主

6、 要 用 于 重 要 的 工 程 機(jī) 構(gòu) 和 機(jī) 器 零件 的 鋼 。 常 用 合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼 有 ： 低 合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼 、 合金 滲 碳 鋼 、 合 金 調(diào) 質(zhì) 鋼 、 合 金 彈 簧 鋼 、 滾 動(dòng) 軸承 鋼 等 。 第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用5.2 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料（ 4） 合 金 工 具 鋼 合 金 工 具 鋼 分 為 刃 具 鋼 、 模 具 鋼 和 量 具 鋼 三 類 。（ 5） 特 殊 性 能 鋼 指 具 有 某 些 特 殊 的 物 理 、 化 學(xué) 、 力 學(xué) 性 能 ， 能在 特 殊 環(huán) 境 、 工

7、 作 條 件 下 使 用 的 鋼 。 常 用 的 有 不 銹鋼 、 耐 熱 鋼 和 耐 磨 鋼 等 。 包 括 不 銹 鋼 、 耐 熱 鋼 、耐 磨 鋼 等 。 第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用5.2 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料3、 鑄 鐵 鑄 鐵 是 含 碳 量 在 2.11 以 上 的 鐵 碳 合 金 。主 要 包 括 灰 口 鑄 鐵 、 可 鍛 鑄 鐵 、 球 墨 鑄 鐵 、蠕 墨 鑄 鐵 、 合 金 鑄 鐵 等 。 4. 有 色 金 屬 及 其 合 金 非 鐵 金 屬 及 其 合 金 稱 為 有 色 金 屬 。 包 括 鋁 及鋁

8、合 金 、 銅 及 銅 合 金 和 軸 承 合 金 。 5.2 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料5.2.2 常 用 非 金 屬 材 料 除 金 屬 以 外 的 所 有 工 程 材 料 通 稱 為 非 金 屬 材 料 。主 要 有 高 分 子 材 料 、 陶 瓷 材 料 和 復(fù) 合 材 料 等 三 大 類 。這 些 非 金 屬 材 料 的 原 料 來 源 廣 泛 ， 自 然 資 源 豐富 ， 成 型 工 藝 簡 單 ， 具 有 某 些 特 殊 的 性 能 ， 如 塑料 的 重 量 輕 ， 橡 膠 的 高 彈 性 ， 陶 瓷 耐 高 溫 、 耐 腐蝕 等 ， 使 得 非 金 屬 材

9、料 目 前 已 成 為 機(jī) 械 工 程 材 料中 不 可 缺 少 的 、 獨(dú) 立 的 材 料 體 系 5.2 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料5.2.2 常 用 非 金 屬 材 料1、 高 分 子 材 料 高 分 子 材 料 是 以 高 分 子 化 合 物 為 主 要 成 分 組 成的 非 金 屬 材 料 。 是 由 低 分 子 化 合 物 聚 合 而 成 ， 也稱 高 聚 物 。 高 分 子 化 合 物 可 分 為 有 機(jī) 高 分 子 化 合物 和 無 機(jī) 高 分 子 化 合 物 兩 大 類 。 例 如 ： 塑 料 、 合成 橡 膠 及 合 成 纖 維 等 。2. 陶 瓷 陶

10、瓷 材 料 是 一 種 用 天 然 或 人 工 合 成 的 化 合 物 5.2 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料5.2.2 常 用 非 金 屬 材 料為 原 料 燒 結(jié) 而 成 的 無 機(jī) 非 金 屬 材 料 。 按 其 成 分 性能 和 用 途 分 為 普 通 陶 瓷 和 特 種 陶 瓷 兩 種 。3. 復(fù) 合 材 料 復(fù) 合 材 料 是 指 由 兩 種 或 幾 種 不 同 化 學(xué) 組 成 和結(jié) 構(gòu) 組 織 的 材 料 ， 以 一 定 形 式 組 合 而 成 的 人 工合 成 材 料 。性 能 特 點(diǎn) ： 1） 較 大 的 比 強(qiáng) 度 和 比 模 量 。 2） 抗 疲勞 性 和

11、 減 振 性 好 。 3） 化 學(xué) 穩(wěn) 定 性 和 耐 熱 性 好 。 5.2 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料5.2.2 常 用 非 金 屬 材 料常 用 復(fù) 合 材 料 及 其 應(yīng) 用 ：1） 玻 璃 纖 維 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 ： 主 要 用 于 軸 承 、 齒 輪 、汽 車 儀 表 盤 、 管 道 、 泵 閥 等 零 件 及 耐 蝕 耐 壓 容 器 。2） 碳 纖 維 復(fù) 合 材 料 ： 主 要 用 于 制 造 齒 輪 、 軸 承 、活 塞 、 密 封 圈 、 化 工 器 材 零 件 、 航 空 航 天 飛 行 器 、導(dǎo) 彈 上 的 零 件 和 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 等 。3）

12、 層 疊 復(fù) 合 材 料 ： 廣 泛 應(yīng) 用 與 航 空 、 交 通 運(yùn) 輸 、建 筑 、 機(jī) 械 等 工 業(yè) 部 門 。 第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用4） 顆 粒 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 ： 用 于 制 作 具 有 優(yōu) 良 減 摩性 、 消 振 性 的 新 型 軸 承 材 料 。5.3 機(jī) 械 零 部 件 材 料 的 選 定 機(jī) 械 零 部 件 材 料 的 選 擇 除 了 與 零 件 的 結(jié) 構(gòu) 、 強(qiáng)度 、 剛 度 有 關(guān) 外 ， 還 與 零 件 的 失 效 形 式 有 關(guān) 系 。一 般 來 講 ， 零 件 材 料 的 選 擇 ， 首 先 要 從 零

13、 件 的 失效 形 式 ， 選 擇 材 料 的 類 型 ； 再 根 據(jù) 材 料 的 使 用 性能 、 工 藝 性 和 經(jīng) 濟(jì) 性 三 個(gè) 方 面 進(jìn) 行 考 慮 ， 進(jìn) 行 零件 材 料 型 號(hào) 的 選 擇 。 5.3 機(jī) 械 零 部 件 材 料 的 選 定5.3.1 機(jī) 械 零 件 的 失 效 形 式 及 原 因1、 失 效 的 形 式 機(jī) 械 零 件 由 于 各 種 原 因 ， 喪 失 規(guī) 定 的 功 能 ， 無法 繼 續(xù) 工 作 的 現(xiàn) 象 稱 為 失 效 。 零 件 失 效 形 式 歸 納為 變 形 失 效 、 斷 裂 失 效 和 表 面 損 傷 失 效 三 大 類 型 。2. 失 效

14、 的 原 因（ 1） 設(shè) 計(jì) 原 因 ： 零 件 的 結(jié) 構(gòu) 或 形 狀 不 合 理 ， 在零 件 的 各 種 夾 角 、 缺 口 、 過 小 的 過 渡 圓 角 處 存在 明 顯 的 應(yīng) 力 集 中 ； 5.3 機(jī) 械 零 部 件 材 料 的 選 定5.3.1 機(jī) 械 零 件 的 失 效 形 式 及 原 因（ 2） 材 質(zhì) 原 因 材 料 性 能 指 標(biāo) 不 能 反 映 材 料 對 實(shí) 際 失 效 形 式 的抗 力 ， 不 能 滿 足 工 作 條 件 的 要 求 ， 造 成 錯(cuò) 誤 選 材 。 （ 3） 加 工 工 藝 不 當(dāng) 零 部 件 在 加 工 或 成 形 過 程 中 ， 由 于 采

15、用 的 工 藝不 當(dāng) 而 產(chǎn) 生 的 各 種 質(zhì) 量 缺 陷 。（ 4） 裝 配 使 用 不 當(dāng) 選 材 的 基 本 原 則 是 所 選 材 料 的 性 能 應(yīng) 能 滿 足 零部 件 使 用 要 求 ， 經(jīng) 久 耐 用 ， 易 于 加 工 制 造 ， 成 本低 ， 幾 個(gè) 原 則 ：1. 滿 足 使 用 要 求2. 滿 足 工 藝 要 求3. 滿 足 經(jīng) 濟(jì) 性 要 求5.3 機(jī) 械 零 部 件 材 料 的 選 定5.3.2 機(jī) 械 零 件 材 料 選 擇 的 原 則 第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用5.4 減 速 器 零 部 件 材 料 牌 號(hào) 的 選 定

16、 過 程1、 軸 類 零 件 1） 輕 載 、 低 速 軸 可 選 用 Q235、 Q255、 Q275等 碳 素結(jié) 構(gòu) 鋼 ， 2） 當(dāng) 受 中 等 載 荷 且 轉(zhuǎn) 速 、 沖 擊 與 循 環(huán) 載 荷 較 小 的減 速 器 軸 類 零 件 ， 常 選 用 中 碳 優(yōu) 質(zhì) 碳 素 結(jié) 構(gòu) 鋼 ，如 35、 40、 45、 50鋼 （ 其 中 45鋼 應(yīng) 用 最 多 ） 第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用5.4 減 速 器 零 部 件 材 料 牌 號(hào) 的 選 定 過 程3） 對 于 承 受 較 大 載 荷 或 要 求 精 度 高 以 及 處 于 高 、低 溫 等

17、 惡 劣 條 件 下 工 作 的 減 速 器 軸 ， 選 用 合 金 鋼 。2. 齒 輪 類 確 定 齒 輪 用 材 的 主 要 依 據(jù) 是 ： 齒 輪 的 傳 動(dòng) 方式 （ 開 式 或 閉 式 ） 、 載 荷 性 質(zhì) 與 大 小 （ 齒 面 接 觸應(yīng) 力 和 沖 擊 負(fù) 荷 等 ） 、 傳 動(dòng) 速 度 （ 節(jié) 圓 線 速 度 ） 、精 度 要 求 、 淬 透 性 及 齒 面 硬 化 要 求 、 齒 輪 副 的 材料 及 硬 度 值 的 匹 配 情 況 等 。 根 據(jù) 材 料 可 分 為 ： 第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用5.4 減 速 器 零 部 件 材

18、 料 牌 號(hào) 的 選 定 過 程1） 鋼 制 齒 輪 2） 鑄 鋼 齒 輪3） 鑄 鐵 齒 輪 4） 有 色 金 屬 齒 輪5） 工 程 塑 料 齒 輪3. 箱 體 類 減 速 器 箱 體 的 形 狀 復(fù) 雜 ， 尺 寸 較 大 ， 壁 薄 而 不均 勻 ， 一 般 選 用 鑄 造 毛 坯 。 工 作 平 穩(wěn) ， 承 載 不 大的 箱 體 用 灰 口 鑄 鐵 ， 承 載 較 大 并 受 沖 擊 的 箱 體 ，可 用 球 墨 鑄 鐵 及 鑄 鋼 制 造 。 第 5章 常 用 金 屬 材 料 與 非 金 屬 材 料 及 選 用5.5 拓 展 訓(xùn) 練訓(xùn) 練 1： 車 軸 、 齒 輪 的 選 材訓(xùn) 練 2： 車 床 主 軸 箱 箱 體 的 選 材5.6 實(shí) 踐 中 常 見 問 題 解 析 （ 略 ）