金属材料及机械制造工艺项目二机械零件材料的选用

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1、项目二机械零件材料的选用任务1工业用钢任务2铸铁任务3有色金属及粉末冶金材料任务4非金属材料任务5机械零件的失效与材料选用的一般原则【知识目标】1.熟悉典型钢铁材料的牌号、性能及典型用途；2.了解有色合金及其他材料的牌号、性能及典型用途；3.掌握机械零件材料选用的一般原则。【能力目标】1.具备正确区分各种材料牌号、性能的能力；2.具备根据机械零件的工作要求正确选用常用金属材料的能力。任务1工业用钢金属材料来源丰富，并具有优良的使用性能和工艺性能。金属材料是机械工程中应用最普遍的材料，常用来制造机械设备、工具及模具等，并广泛应用于工程结构件中。　　金属材料大致可分为黑色金属和有色金属两大

2、类。黑色金属通常指钢和铸铁；有色金属是指黑色金属以外的其他金属及其合金，如铝及铝合金、铜及铜合金等。1.1钢内元素对钢性能的影响1.1.1钢内杂质元素对钢性能的影响钢中常存杂质元素主要是指钢在冶炼过程中不可避免地带入少量的常存元素(如硅、锰、硫、磷等)和一些杂质(非金属杂质物及某些气体，如氮、氢、氧等)，它们的存在会对钢的性能有较大的影响。一般来说，锰和硅为有益元素，硫和磷为有害元素。1．锰(Mn)锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中的，它也经常作为合金元素而特地加入钢中。锰的脱氧能力较好，能大幅度减少钢中的FeO，还能与硫化合成MnS，减轻硫的有害作用。锰大部分溶入铁素体中，具有固溶强化作

3、用，使铁素体强化，可提高钢的强度和硬度。所以，锰在钢中是一种有益元素。在非合金钢中，锰作为常存元素时，其含量一般规定为小于1.00%。2．硅(Si)硅是炼钢时用硅铁脱氧而残留在钢中的，也可作为合金元素而特意加入钢中。硅的脱氧能力比锰强，可有效清除FeO。硅在室温下大部分溶入铁素体，使铁素体强化。作为常存元素时，其含量一般规定为小于0.50%。3．硫(S)硫是在冶炼时由矿石和燃料中带入的有害杂质，炼钢时难以除尽。硫在钢中常以FeS的形式存在，FeS与Fe形成低熔点的共晶体，分布在奥氏体的晶界上，当钢材进行热加工时，共晶体过热甚至熔化，减弱了晶粒间的联系，使钢材强度降低，韧性下降，这种现象称

4、为热脆。常加入锰来降低硫的有害作用。4．磷(P)磷是在冶炼时由矿石带入的有害杂质，炼钢时很难除尽。磷能溶于α-Fe中，但当钢中有碳存在时，磷在α-Fe中溶解度急剧下降。磷的偏析倾向十分严重，即使只有千分之几的磷存在，也会在组织中析出脆性很大的化合物Fe3P，并且特别容易偏聚于晶界上，使钢的脆性增加，塑性和韧性下降，冷脆转化温度升高，即发生冷脆。5．气体元素钢在冶炼时还会吸收和溶解一部分气体，如氮、氢、氧等，使钢的塑性、韧性和疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、脆断，所以这些气体也是必须严格控制的有害元素。1.1.2合金元素对钢性能的影响为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素，所获

5、得的钢种称为合金钢。一般按与碳亲和力的大小，可将合金元素分为碳化物形成元素与非碳化物形成元素两大类。常用的合金元素有以下两种：(1)非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si，它们不和碳形成碳化物，而溶于铁素体和奥氏体中，形成合金铁素体和合金奥氏体；Al、N、B则以非金属夹杂物和金属间化合物的形式存在。(2)碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr，它们中的一部分溶于铸件和奥氏体中，另一部分与碳形成碳化物。　　合金元素对钢的组织和性能产生很大影响，在钢中的作用也是非常复杂的，下面仅简述其最基本的几方面作用。1．合金元素对基本相的影响(1)溶于铁素体，具有固溶强化作用。除

6、铅外，大多数合金元素都能溶于铁素体，形成合金铁素体。由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径不同而造成铁素体的晶格畸变。另外，合金元素易分布于位错线附近，对位错线的移动起牵制作用，降低位错的易动性，从而提高变抗力，产生固溶强化，使铁素体的强度和硬度提高，而塑性和韧性下降。(2)形成合金碳化物。碳化物是钢中的重要相之一，碳化物的类型、数量、大小、形状及分布对钢的性能有很重要的影响。合金渗碳体是渗碳体中一部分铁被碳化物形成元素置换后所得到的产物，其晶体结构与渗碳体相同，但比渗碳体略稳定，硬度也略高，可表达为(Fe，Me)3C，Me代表合金元素。当钢中的合金元素含量超过一定限度时，可以生成一些碳钢

7、中没有的新相，其中最重要的是由强碳化物形成元素生成的合金碳化物，例如与碳亲和力强的钒、铌、锆和钛等元素，与碳原子结合形成特殊碳化物如TiC、VC、NbC、WC等。合金碳化物比合金渗碳体的稳定性更高，熔点和硬度也更高。合金碳化物加热时很难溶于奥氏体中，回火时加热到较高温度才能从奥氏体中析出并聚集，长大也较慢。2．合金元素对金属材料性能的影响合金元素的加入对钢的性能有很大的影响，主要表现在：(1)细化组织，提高机械性能。由于几乎所有的合