第二節(jié) 機械工程常用材料
一、材料的分類
(一)按照材料的組成分為金屬材料、非金屬材料。
金屬材料
分類：黑色金屬和有色金屬。
黑色金屬：鐵及鐵基合金。
黑色金屬以外的所有金屬稱為有色金屬。
非金屬材料：無機非金屬材料和有機高分子材料。
(二)按照材料的應用分類
分為結構材料和功能材料。
二、常用的工程材料
(一)黑色金屬
指以鋼和鐵為主的合金。
1、碳素鋼。
(1)根據(jù)含碳量分
低碳鋼：含碳量<0.25%
中碳鋼：含碳量0.25%～0.6%
高碳鋼：含碳量>0.6%
(2)按含有害雜質s、p含量分
普通碳素鋼：含s、p分別低于0.055%和0.045%
優(yōu)質碳素鋼：含s、p分別低于0.040%
高級優(yōu)質碳素鋼：含s、p分別低于0.030%和0.035%
(3)按用途分
碳素結構鋼：主要用于構件和機器零件。
碳素工具鋼：主要用于刀具、工具量具、模具。
2、合金鋼。為提高性能，在煉鋼時加入合金元素所煉出的鋼稱為合金鋼。
(1)根據(jù)用途分：
合金結構鋼。
合金工具鋼。
特殊性能鋼。
(2)根據(jù)合金元素含量分：
低合金鋼：合金含量<5%
中合金鋼：合金含量5%～10%
高合金鋼：合金含量>10%
(3)根據(jù)正火狀態(tài)分
珠光體鋼、馬氏體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼、鐵素體鋼。
3、鋼的牌號分類。
(1)普通碳素結構鋼。屈服點拼音字頭q、屈服極限值(單位mpa)質量等級符號、脫氧方法符號四部分組成。
質量等級四級a、b、c、d表示。
脫氧方法以f、b、z、tz分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼、
例，q235af表示屈服極限235mpa、質量等級a、沸騰鋼。
(2)優(yōu)質碳素結構鋼。用兩位數(shù)字表示含碳量為萬分之幾。
如45鋼，指含碳量為0.45%
45mn，指錳的含量較高，0.7%～1.2%
(3)碳素工具鋼。含碳量0.65%～1.35%
t+數(shù)字
如t8，含碳量為0.8%。
t8a，指高級優(yōu)質碳素工具鋼。
(4)合金結構鋼兩位數(shù)字+合金元素符號+數(shù)字
如：12grni3鋼，指含碳量0.12%，含gr小于1.5%，平均含ni3%
(5)合金工具鋼含碳量大于等于1%時不注;小于1%時以千分之幾表示。
4、鑄鐵：分為灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵四種。
特點：脆性大，抗壓強度是抗拉強度的3～5倍，耐蝕性好于鋼，成本低，鑄造性好，減振性能好，可制成形狀復雜的零件。
牌號ht后加強度數(shù)字。
例：ht150，表示抗拉強度為150 mpa
球墨鑄鐵：含球狀石墨。
特點：強度、塑性、韌性比灰口鑄鐵好，延展性、耐磨性較高，減振性、耐磨性、切削性能、鑄造性均優(yōu)于鋼。
牌號：qt表示，例qt500-7表示最低抗拉強度為500 mpa，最小伸長率7%
(二)有色金屬
非鐵金屬及合金。
銅合金。黃銅、錫青銅、鋁青銅、鈹青銅及白銅。
(三)非金屬材料
包括工程塑料、橡膠、人工合成礦物。
1、工程塑料。密度小、耐蝕性好，絕緣，加工性好。易老化。
2、橡膠。彈性好，絕緣性好，耐磨，耐蝕，耐放射性。常用天然和合成。
3、人工合成礦物。有剛玉和石英。
4、復合材料。由兩種以上物理化學不同的物質結合。
特點：抗疲勞、減摩、耐磨、自潤滑好、化學穩(wěn)定性好。
三、金屬材料的工程性能
(一)力學性能是構件選材的主要依據(jù)
包括強度、剛度、塑性、韌性、硬度。各自有相應指標。
黑色金屬材料力學性能的影響因素。
1、含碳量的影響：含碳量越高強度硬度越高，塑性差。
2、合金元素的影響：鉻提高剛度耐磨性。錳提高淬透性等。
3、溫度的影響：高溫強度硬度降低，塑性提高。
4、熱處理的影響：可改變工藝性能。
(二)材料的工藝性能
主要指鑄造性、可鍛性、可焊性、切削性。
(三)材料的物理、化學性能
密度、熔點、熱膨脹、導熱性、導磁性。物理性能。
耐蝕性、抗氧化性、熱化學穩(wěn)定性。化學性能。
四、材料的選用原則
1、根據(jù)使用要求選擇。
2、根據(jù)工藝要求選擇。
3、考慮經(jīng)濟要求。
一、材料的分類
(一)按照材料的組成分為金屬材料、非金屬材料。
金屬材料
分類：黑色金屬和有色金屬。
黑色金屬：鐵及鐵基合金。
黑色金屬以外的所有金屬稱為有色金屬。
非金屬材料：無機非金屬材料和有機高分子材料。
(二)按照材料的應用分類
分為結構材料和功能材料。
二、常用的工程材料
(一)黑色金屬
指以鋼和鐵為主的合金。
1、碳素鋼。
(1)根據(jù)含碳量分
低碳鋼：含碳量<0.25%
中碳鋼：含碳量0.25%～0.6%
高碳鋼：含碳量>0.6%
(2)按含有害雜質s、p含量分
普通碳素鋼：含s、p分別低于0.055%和0.045%
優(yōu)質碳素鋼：含s、p分別低于0.040%
高級優(yōu)質碳素鋼：含s、p分別低于0.030%和0.035%
(3)按用途分
碳素結構鋼：主要用于構件和機器零件。
碳素工具鋼：主要用于刀具、工具量具、模具。
2、合金鋼。為提高性能，在煉鋼時加入合金元素所煉出的鋼稱為合金鋼。
(1)根據(jù)用途分：
合金結構鋼。
合金工具鋼。
特殊性能鋼。
(2)根據(jù)合金元素含量分：
低合金鋼：合金含量<5%
中合金鋼：合金含量5%～10%
高合金鋼：合金含量>10%
(3)根據(jù)正火狀態(tài)分
珠光體鋼、馬氏體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼、鐵素體鋼。
3、鋼的牌號分類。
(1)普通碳素結構鋼。屈服點拼音字頭q、屈服極限值(單位mpa)質量等級符號、脫氧方法符號四部分組成。
質量等級四級a、b、c、d表示。
脫氧方法以f、b、z、tz分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼、
例，q235af表示屈服極限235mpa、質量等級a、沸騰鋼。
(2)優(yōu)質碳素結構鋼。用兩位數(shù)字表示含碳量為萬分之幾。
如45鋼，指含碳量為0.45%
45mn，指錳的含量較高，0.7%～1.2%
(3)碳素工具鋼。含碳量0.65%～1.35%
t+數(shù)字
如t8，含碳量為0.8%。
t8a，指高級優(yōu)質碳素工具鋼。
(4)合金結構鋼兩位數(shù)字+合金元素符號+數(shù)字
如：12grni3鋼，指含碳量0.12%，含gr小于1.5%，平均含ni3%
(5)合金工具鋼含碳量大于等于1%時不注;小于1%時以千分之幾表示。
4、鑄鐵：分為灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵四種。
特點：脆性大，抗壓強度是抗拉強度的3～5倍，耐蝕性好于鋼，成本低，鑄造性好，減振性能好，可制成形狀復雜的零件。
牌號ht后加強度數(shù)字。
例：ht150，表示抗拉強度為150 mpa
球墨鑄鐵：含球狀石墨。
特點：強度、塑性、韌性比灰口鑄鐵好，延展性、耐磨性較高，減振性、耐磨性、切削性能、鑄造性均優(yōu)于鋼。
牌號：qt表示，例qt500-7表示最低抗拉強度為500 mpa，最小伸長率7%
(二)有色金屬
非鐵金屬及合金。
銅合金。黃銅、錫青銅、鋁青銅、鈹青銅及白銅。
(三)非金屬材料
包括工程塑料、橡膠、人工合成礦物。
1、工程塑料。密度小、耐蝕性好，絕緣，加工性好。易老化。
2、橡膠。彈性好，絕緣性好，耐磨，耐蝕，耐放射性。常用天然和合成。
3、人工合成礦物。有剛玉和石英。
4、復合材料。由兩種以上物理化學不同的物質結合。
特點：抗疲勞、減摩、耐磨、自潤滑好、化學穩(wěn)定性好。
三、金屬材料的工程性能
(一)力學性能是構件選材的主要依據(jù)
包括強度、剛度、塑性、韌性、硬度。各自有相應指標。
黑色金屬材料力學性能的影響因素。
1、含碳量的影響：含碳量越高強度硬度越高，塑性差。
2、合金元素的影響：鉻提高剛度耐磨性。錳提高淬透性等。
3、溫度的影響：高溫強度硬度降低，塑性提高。
4、熱處理的影響：可改變工藝性能。
(二)材料的工藝性能
主要指鑄造性、可鍛性、可焊性、切削性。
(三)材料的物理、化學性能
密度、熔點、熱膨脹、導熱性、導磁性。物理性能。
耐蝕性、抗氧化性、熱化學穩(wěn)定性。化學性能。
四、材料的選用原則
1、根據(jù)使用要求選擇。
2、根據(jù)工藝要求選擇。
3、考慮經(jīng)濟要求。