基 础
高级优质碳素钢 （ωs≤0.03％、 ωp≤0.035％ ）
第三节 常用工程材料
按用途分类：
碳素结构钢（用于制造各种工程构件和机器零件）
碳素工具钢（用于制造各种工具）（T8A）
2、合金钢
人为加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，用以提高钢
的力学性能、工艺性能。即具有高的强度、韧性、硬度，
精 密
材料 有机材料 橡胶
基
合成纤维
础
第一节 概述
在精密机械中应用的材料，按用途的不同，
可分为结构材料和功能材料两大类。
结构材料通常是指工程上要求强度、韧性、 塑性、硬度、耐磨性等力学性能的材料。
精 密
功能材料是指具有电、地、声、热、磁等 功能和效应的材料。
机 金属材料是精密机械中最常用的材料，可
械 设
械 设
布氏硬度(HBS)、洛氏硬度(HRC——洛氏C
计 标度硬度)和维氏硬度(HV)。
基
础
影响力学性能的主要因素
第二节 金属材料的力学性能
1、含碳量
含碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。
2、杂质元素：有益Si、Mn，有害S、P
3、合金元素
加入某些合金元素，可提高和改善其综合力学性能，并获 得某些特殊的物理和化学性能。
第二章
精 机械工程常用材料及钢的热处理
密 机 械 设 计 基 础
参考文献
史美堂，《金属材料及热处理》，上海科学 技术出版社，2003
齐宝森等，《机械工程材料》，哈尔滨工业 大学出版社，2003
精戈晓岚等，《工程材料》，东南大学出版社，
密2004
机 械
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设
计
基
础
主要内容
础
第四节 钢的热处理
1、退火：加热（至临界温度710～750 ° 以上
30 ～ 5 0 °）、保温、随炉冷却
➢ 目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力和残余应力， 改善切削性能， 预先热处理
2、正火：加热、保温（与退火相似） 、空气冷
➢ 目的：同退火，（因晶粒更细，故强度和硬度较退火
精 高），用于普通结构钢零件的最终热处理，中碳钢的预 密 处理。
• 有色金属
（减摩、耐腐、耐热、导电性好）
1、铜及其合金：
工业纯铜、
黄铜（铜锌二元合金）（铸、锻、机械加工性能好）
精
密
青铜（锡青铜Sn、铝青铜—强度高、加工低，用于制
机
造重载、耐磨零件，铍青铜Be、锰青铜等）
械
设 2、铝及其合金： 纯铝、硬铝、铸铝
计 基 3、钛及其合金：纯钛、钛合金
础
第三节 常用工程材料
精 三、延展性
密 延展性是衡量材料塑性性能的指标。
机
械 1率Ψ
基
础
第二节 金属材料的力学性能
四、冲击韧度
冲击韧度是衡量材料承受冲击载荷能力的性 能指标。
五、弹性能Ee和韧性能Et
六、硬度
精 硬度表示材料表面在一个小体积范围内抵 密 抗弹性变形、塑性变形或破裂的能力。
机 常用的硬度指标有：
灰铸铁：C－自由状态的片状石墨形式 （抗压强度高于抗拉强度，适用于受压零件，
精 脆性大，不适合冲击零件）（HT200）
密 机
可锻铸铁： C－自由状态的絮状石墨形式
械 球墨铸铁：C－球状石墨形式，较高的强度 ，良好的塑 设 计 性和韧性（应力集中）。
基 钢与铸铁的主要区别：碳的存在形式不同 础
第三节 常用工程材料
以及某些特殊性能（如耐腐性、高温强度）。
机 （40Cr,65Mn）
械
设
低合金钢合金元素总量小于百分之5
计 基 础
中合金钢合金元素总量在百分之5-10 高合金钢合金元素总量大于百分之10
第三节 常用工程材料
3、铸铁：
良好的铸造性能、减摩性能、吸振性能、切削加工 性能、低的缺口敏感性，生产工艺简单、成本低廉。
分为黑色金属材料和有色金属材料。
计
基
础
第二节 金属材料的力学性能
• 一、应力极限
• 二、弹性模量E
• 三、延展性
• 四、冲击韧度Ak
精
• 五、弹性性能Ee和韧性能Et
密 机
• 六、硬度
械
设
计
基
础
第二节 金属材料的力学性能
一、应力极限
• 比例极限σp
• 屈服极限σs
• 强度极限σB
图2-1
精
在常温下经过塑性变形使材料强度提
• 非金属
1.工程塑料（天然树脂或人造树脂为基础）
－特点：密度小，良好的抗蚀性，优良的电绝缘性，
耐磨、减摩、自润滑性好，工艺性好
－分类：热固性塑料、热塑性塑料
精 2.橡胶：高弹性、绝缘性 密
机 －密封件、缓冲件、绝缘件
械
设
上述二者易老化，难回收（污染）
计 基
3.人工合成矿物：刚玉（宝石Al2O3）, 石英SiO2
础
第四节 钢的热处理
一、钢的热处理
加热、保温、冷却改变金属整体或表面组织，获 得所需性能。
（铸铁、某些铜合金也可用热处理来改善其力学性能）
• 种类
精 普通热处理：退火、正火、淬火、回火
密 表面热处理和化学热处理： 机
械
感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗
设 计
碳、氮化、碳氮共渗
基 其他热处理
按质量分数分类：
低碳钢（ωc≤0.25％）
中碳钢（ 0.25％ ＜ ωc ≤ 0.6％）
高碳钢（ωc＞0.6％）
精 按质量等级分类：
密 机 械
普通碳素钢（ωs≤0.055％、 ωp≤0.045％ ） （例：Q235）
设
优 质 碳 素 钢 （ωs≤0.040 ％ 、 ωp≤0.040 ％ ）
计 （例：45，35）
• 第一节 概述
• 第二节 金属材料的力学性能
• 第三节 常用的工程材料
精
• 第四节 钢的热处理
密
• 第五节 表面精饰
机
械
• 第六节 精密仪器材料选用原则
设
计
基
础
第一节 概述
钢
黑色金属
金属 材料
合金钢 铝合金
有色金属 铜合金
精 密
机械工 程材料
机
其他有色合金 无机非金属材料 陶瓷
械
非金属
塑料
设 计
密 高、塑性降低的现象，称为冷作硬化。
机
械
设
计
基
础
• 应力极限
屈服点s
屈服阶段
精 密 弹性极限p 机 械 弹性阶段 设 计 基 础
第二节 金属材料的力学性能
强度极限 b``
颈缩阶段
强化阶段
第二节 金属材料的力学性能
二、弹性模量E
在比例极限范围内，应力 与应变ε成
正比。
弹性模量的大小反映了材料抵抗变形的 能力。
精 Cr：提高硬度、冲击韧性和淬透性 ，（形成碳化鉻）
密 机
Mn：提高强度和淬透性 ，W:提高硬度和韧性
械 4、温度
设 一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧性下降 ，
计 高温条件下相反。
基 础
5、热处理工艺
一、钢铁材料（黑色金属）
第三节 常用工程材料
1、非合金钢（碳钢）
含碳2％以下的铁碳合金、少量杂质