《机械设计常用基础知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计常用基础知识.docx（2页珍藏版）》请在第壹文秘上搜索。
1、机械设计常用根底知识金属材料及相关工艺1、钢的分类(1) 按化学成分分类有：碳素钢：根据含碳量多少又分为：低碳钢：含C量0.6%,塑性及焊接性都差，热处理后有较高强度和硬度。合金钢：参加种或数种合金元素的钢称合金钢，比碳素钢有较高强度和韧性，或有特殊性能。(2) 按质量分类：碳素钢质量的上下是根据钢中杂质一一磷、硫的含量来区分的普通钢：钢中磷、硫的含量较高；优质钢：钢中磷、硫的含量较低；高级优质钢：钢中磷、硫的含量很低。(3) 按用途分类：结构钢一一制造多种机械零件和工程结构。工具钢一一制造多种刃具、量具和模具。特殊性能钢一一特殊的物理化学性能、如不锈钢，耐热、耐磨钢等2、钢的热处理钢的热处理
2、是将固态金属或合金在一定介质中加热，保温和冷却，以改变其整体或外表组织，获得所需性能的工艺方法。重要的零件要进行热处理，以提高金属材料的强度和硬度，改善材料的逆性和韧性等，充分发挥材料的潜力。大多数的热处理都要将钢加热到相变温度以上，使其组织由铁素体和渗碳体的混合物转变为均匀的奥氏体。只有奥氏体状态才能通过不同的冷却方式转变成不同的组织，从而使钢获得所需要的性能。钢的热处理工艺主要有退火、正火、淬火、回火和外表热处理等。1、退火：将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当温度保持一定时间，然后缓慢冷却(一般随炉冷却)，以到达接近平衡状态组织。根据退火目的将退火分为以下两种：(1) 完全退火：使用
3、最广泛，主要用于亚共析钢(C0.77%)锻件，轧件和铸件退火，其目的是通过重结晶使晶粒细化，均匀组织，消除剩余应力。(2) 球化退火：使钢中碳化物呈球化，用于过共析钢(含碳0.77%C2.11%)和工具钢，使渗碳体球化，降低硬度提高韧性，改善工件切削加工性能，减少工件淬火时产生变形和开裂。2、正火：将工件加热后，保温适当时间后在自由流通的空气中冷却得到球光体组织。对低碳钢或低碳合金钢，正火目的是提高硬度改善切削加工性能。对过共析钢或合金工具钢，正火目的是减少渗碳体数量，便于球化退火。对不太重要的工件，目的是细化晶粒，使组织均匀化，提高机械性能，可作为工件的最终热处理。3、淬火：将合金加热到相变
4、温度以上，保温，快速冷却，获得不稳定组织。淬火后的工件再配适宜当的回火，使金属材料到达使用要求。如刃具和模具要求高的硬度和耐磨性，多种轴类和齿轮要求较好的韧性都是通过淬火和回火来到达的。钢件淬火通常用水、油和盐、碱的水溶液作为淬火介质，使用什么介质取决于钢的化学成分及对工件的技术要求，形状简单，截面较大的碳素钢件多在水中淬火，合金钢和复杂的碳素钢件多在油中淬火。4、回火：为消除剩余应力及获得所要求的组织和性能，将淬火后的工件加热到一定温度保温，然后冷却到室温。淬火后的工件应及时回火，这是由于淬火马氏体是不稳定的组织，回火促使其组织结构稳定，保持工件使用过程中不再发生形状和尺寸的改变，其次回火可
5、降低淬火工件的脆性，减少和消除内应力，最后回火可获得要求的强度，硬度和韧性，以满足工件使用要求。根据加热温度范围，回火可分为低温、中温和高温回火，其中低温回火应用于高碳工具模具、量具、渗碳后外表淬火的工件；中温回火用于多种弹簧、弹性夹头及锻模；高温回火用于重要工件如轴、齿轮、连杆和螺栓等。5、外表热处理仅对工件外表加热、冷却而不改变成分的热处理称为外表热处理。最常用的是表面淬火，使工件表层变硬，而心部仍保持原来的组织。外表淬火使工件外表具有较好的硬度和耐磨性。外表淬火有火焰加热外表淬火和高频感应加热外表淬火等。火焰加热是用氧气一乙烘（或氧气一煤气）混合气体燃烧的火焰，喷射加热工件外表，然后再喷
6、水冷却，这种方法设备简单，淬硬速度快，本钱低，但火焰加热外表容易过热，淬火效果不稳定。利用中、高频（频率一般为50030万HZ）高变电磁场在工件外表产生感应电流进行加热的热处理工艺称为感应加热外表淬火。感应电流在工件截面上的分布是不均匀的，心部电流几乎等于零，外表电流密度极大，这个现象称为集肤效应。频率越高，电流密度极大的表层越薄。工件表层可迅速被加热，几秒钟即可使温度升高8001000C,而心部仍接近室温。一但表层温度上升到淬火加热温度时，立即喷水冷却（合金钢浸油淬火），外表形成马氏体，工件外表变硬。这种方法较为先进，生产率高，加热温度和淬硬层容易控制，淬火质量好，但是设备昂贵，主要适用于大
7、批生产。6、化学热处理将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的外表，改变外表的化学成份，组织和性能，提高工件外表的耐磨性、耐腐蚀性及抗氧化性等。常见的化学热处理有渗碳、渗氮和碳氮共渗、渗金属等。渗碳多用气体渗碳，在专用井式电阻炉中进行。渗碳后，工件表层0.52.0三n范围内含碳量可提高0.851.0%,渗碳后，工件还要进行淬火和低温回火。适用低碳钢和低碳合金钢，提高工件外表硬度，耐磨性和使用寿命。渗氮也称氮化。氮化可使工件外表得到一定的氮化层，有更高的硬度和耐磨性，高的耐疲劳强度。渗氮没有相变，不需淬火，变形也很小。但生产周期长，工艺复杂，本钱高。碳氮共渗也叫制化。碳氮共渗时通入碳氮气体和一定数量的枯燥无水的氨气，使其发生分解，形成活性碳原子和氮原子，同时被工件外表吸附并扩散形成氧化层。鼠化过程加热温度较低（820-840oC）,鼠化后可直接淬火或冷却后再加热淬火。碳氮共渗工件变形小，渗层有较高的耐磨性，疲劳强度和抗压强度。但其工艺复杂，用于形状复杂、要求变形小的小型耐磨零件，如仪表和缝纫机零件等渗金属：是指以金属原子渗入钢的外表层的过程。它是使钢的外表层合金化，以使工件外表具有某些合金钢、特殊钢的特性，如耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。生产中常用的有渗铝、渗铭、渗硼、渗硅等、常见机械传动部件的选择与设计
