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機械制造材料名詞解釋
常用的金屬材料是鋼和鑄鐵,其次是某些有色金屬及其合金。鋼和鑄鐵是鐵、碳合金。含碳量小于2%者為鋼;大于2%者為鑄鐵。黑色金屬以外的金屬統(tǒng)稱為有色金屬。
1.鋼
鋼具有良好的機械性能(即強度、硬度、塑性、韌性、抗疲勞性等),還可以經(jīng)過熱處理進一步改善其機械性能和工藝性能(即鑄造、鍛造、焊接、切削及熱處理等性能)。工業(yè)用鋼品種繁多,常按其品質(zhì)、用途、化學成分等特點進行分類。
鋼的品質(zhì)優(yōu)劣是按殘存于鋼中的有害元素硫、磷的含量高低來鑒別的。
鋼的機械性能與其含碳量高低有關。一般來說,鋼中含碳量愈高,鋼的硬度、強度上升;韌性、塑性下降,按鋼中含碳量高低又分為低碳鋼(含碳量<o.25%=、中碳鋼(含碳量在0.25%~0.6%)、高碳鋼(含碳量>0.6%)。
以下僅介紹建筑機械的零部件常用的鋼:
(1)普通碳素鋼,分為甲(A)、乙(B)、特(C)三類。
甲類鋼按機械性能供應。按其含碳量高低分為7級,1級含碳量最低,逐級升高。鋼的強度也相應增加而塑性降低。它用于制造不重要的機械零件和建筑、橋梁的結(jié)構(gòu)件,其中Q215、Q235、Q275最為常用。
乙類鋼是按化學成分供應,它也有7種鋼號,用B1~B7表示,鋼號愈大含碳量愈高。
特種鋼既能按機械性能又能按化學成分供應。
(2)優(yōu)質(zhì)碳素鋼。它有害雜質(zhì)硫、磷含量較小,機械性能優(yōu)于普通碳素鋼。廣泛用于制造較重要的機械零件,使用時需要進行熱處理。“45號”優(yōu)質(zhì)碳素鋼(平均含碳量為0.45%)常選作軸、鍵、活塞銷等重要零件的材料。
按鋼中含錳量不同,又可分為普通含錳量和較高含錳量兩種優(yōu)質(zhì)碳素鋼。
(3)普通低合金鋼,即在普通碳素鋼中加入少量合金元素(如A1、B,Cr、Mn等),其合金元素的總量≤5%,以改善鋼的綜合性能,或使鋼具有某種特殊性能。由于其強度比同等含碳量的普通碳素鋼高得多.常可代替普通碳素鋼作大型廠房、公共建筑、橋梁、船舶、車輛等大型鋼結(jié)構(gòu)以及大型建筑機械的構(gòu)件、零件的材料。
    (4)優(yōu)質(zhì)合金鋼。合金元素總含量>5% ~ 10%者稱中合金鋼:合金元素總含量>10%者稱高合金鋼。由于高含量合金元素的加入,使其更具有耐磨、不銹、耐酸、耐堿、耐油脂、耐熱、耐腐蝕等特殊性能。經(jīng)過熱處理后,可用作制造彈簧、軸承、軸等重要零件。
(5)鑄鋼  它是將鋼水澆注到鑄模中,形成具有一定形狀和尺寸的毛坯材料。主要用于制造一些形狀復雜、體積較大,難以進行鍛造和切削加工而又要求強度和韌性較高的零件。它的編號方法,采用相應的鋼號前冠以ZG符號.如ZG45、ZG40Mn2等。
2.鑄鐵
與鋼相比,鑄鐵的機械性能較差,性脆不能輾壓或鍛造。但鑄造、切削性能好,可鑄成形狀復雜的零件。此外,其抗壓強度較高,減振性、耐磨性好,成本低廉,因而在建筑機械制造中應用甚廣。常用的鑄鐵有:
(1)灰鑄鐵  斷口呈灰色,應用極其廣泛。
(2)球墨鑄鐵  以鑄鐵中的石墨球狀化而得名。耐磨性、減振性也優(yōu)于鑄鋼,且價廉。
3.有色金屬及其合金
鋁、鎂、銅、錫、鉛、鋅等及其合金統(tǒng)稱為有色金屬。有色金屬由于具有某些特殊性質(zhì),因而成為現(xiàn)代工業(yè)技術中不可缺少的材料之一。在機械制造中多采用有色金屬的合金材料,常用的有銅合金、鋁合金、鑄造軸承合金等。
4. 高分子材料
高分子材料為有機合成材料,亦稱聚合物。它具有較高的強度,良好的塑性,較強的耐
腐蝕性,很好的絕緣性,以及重量輕等優(yōu)良性能,在工程上是發(fā)展最快的一類新型材料。
高分子材料種類很多,工程上根據(jù)機械性能和使用狀況將其分為三大類:
(1)塑料  主要是指強度、韌性和耐磨性較好的可制造某些機械零件或構(gòu)件的工程塑料,它分熱塑性塑料和熱固性塑料兩種。
(2)橡膠  通常指經(jīng)硫化處理,彈性特別優(yōu)良的聚合物,有通用橡膠和特種橡膠兩種。
(3)合成纖維  指由單體聚合,強度很高的聚合物,通過機械處理所獲得的纖維材料。
5. 復合材料
所謂復合材料,是由兩種或更多種物理和化學性質(zhì)不同的物質(zhì)由人工制成的一種多相固體材料。實際上它存在于自然界中,有的已被廣泛應用。例如,木材就是纖維素和木質(zhì)素的復合物;鋼筋混凝土則是鋼筋與砂、石、水泥和水經(jīng)人工復合的材料等等。
由于它能集中組成材料的優(yōu)點,并能實行最佳結(jié)構(gòu)設計,所以具有許多優(yōu)越的持性:
(1)   比強度和比剛度高  復合想料的這兩項指標是各類材料中最高的。見表l—2。
(2)抗疲勞性能好  如復合材料的碳纖維增強樹脂的疲勞強度為拉伸強度的70%一80%。
(3)減振能力強  構(gòu)件的自振頻率與結(jié)構(gòu)有關,并且同材料彈性模量與密度之比(即比模量)的平方根成正比。復合材料的比模量大,所以它的自振頻率很高,在一般加大速度和頻率的情況下,不容易發(fā)生共振而快速脆斷。
(4)高溫性能好  增強纖維多有較高的彈性模量,因而常有較高的熔點和較高的高溫強度。鋁在400一500℃以后完全喪失強度,但用連續(xù)硼纖維或氧化硅纖維增強的鋁復合材料,在這樣溫度下仍有較高的強度。用鎢纖維增強鉆、鎳或它們的合金時,可把這些金屬的使用溫度提高到1000℃以上。此外,復合材料的熱穩(wěn)定性也很好。
(5)斷裂安全性高  增強纖維每平方厘米截面上有成千上萬根隔離的細纖維,當其受力時,將處于力學上的靜不定狀態(tài),過載會使其中部分纖維斷裂,但它能隨即迅速進行應力的重新分配,而由未斷纖維將載荷承擔起來,不致造成構(gòu)件在瞬間完全喪失承載能力而斷裂,所以工作的安全性高。
復合材料除有上述特性外,其減摩性,耐蝕性以及工藝性均較好。但因它是各向異性材料,橫向拉伸強度和層間剪切強度不高;同時伸長率較低,沖擊韌性有時也不理想。
復合材料的種類很多,具有代表性的纖維增強材料有,玻璃纖維(玻璃鋼)、碳纖維、硼纖維、金屬纖維等多種復合材料。但目前因其成本高,使用受到限制。
1.4.2材料的選擇原則
選擇材料是機械設計過程中一個重要環(huán)節(jié)。同一零件如采用不同材料制造,則零件尺寸、結(jié)構(gòu)、加工方法、工藝要求等都會有所不同。因此,選擇材料應該考慮三個主要問題。
(1)使用要求  滿足零件的使用要求是選材的基本原則。使用要求一般包括零件的工作環(huán)境和受載情況、對零件尺J—和重量的限制、零件的重要程度等。
(2)工藝要求  樹料對工藝的要求包括毛坯制造、機械加工、熱處理等。大型零件且大批量生產(chǎn)時,宣應用鑄造毛坯;大型零件只小批量生產(chǎn)時,可用焊接毛坯。在自動車床上進行大批量加工的零件,應考慮材料的切削性能。熱處理是提高鋼材性能的有效措施,對于需要進行熱處理的零件,在選擇材料時,還必須考慮熱處理的工藝性。
(3)經(jīng)濟要求  經(jīng)濟性首先表現(xiàn)為材料的相對價格。當用價格低廉的材料能滿足使用要求時,就不應選用價格高的材料。材料選擇還應考慮國家資源和供應情況,所選材料應盡量少而集中,以便采購和生產(chǎn)管理。
 1.4.3 選擇材料的基本方法
(1)   以綜合機械性能為主選材 
一般軸類零件、連桿、低速齒輪等要求有較好的綜合機械性能.因此可選用中碳鋼如45鋼或中碳合金鋼如《》Cr、40M6等。
(2)   以疲勞強度為主選材 
在各種變載荷和沖擊載荷作用下的零件如曲軸、彈簧、應選用疲勞強度較高的材料。
(3)   以磨損為主選材 
有些零件工作時常因表面磨損而失效,選材時應注意材料的耐磨性,如受力不大而磨損大的零件可選用高碳鋼、錳鋼等耐磨材料。
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