1
机械学基础课程电子教案
蒋秀珍 编写
马惠萍 制作
机械学基础多媒体系列 CAI课件
2
第 5章 机械工程常用材料及其工程性能
5.1 概述
材料
金属材料
无机非金属材料
有机材料 -塑料，橡胶，合成纤维
非金属材料
黑色金属材料－ 铁基金属合金
有色金属材料
3
5.2 金属材料的机械性能
机械性能
强度
刚度
塑性
材料抵抗 塑性变形 和 断裂 的能力
材料抵抗 弹性变形 的能力
在外力作用下金属产生 塑性变形 而不
产生 断裂 的能力
硬度 材料抵抗局部 塑性变形 能力的性能指
标
金属的疲
劳
当应力的周期循环次数增加到某一
数值 N后，材料也会产生 断裂
线膨胀系
数 α
? ?0l l a t t? ? ?
4
材料在轴向拉伸或压缩时的机械性质
力
变形
应力
应变
5
5.3 常用的工程材料
黑色金
属
铸铁 含碳量大于 2.06％ 的铁碳合金；
制作底座、支架、工作台
合金钢 为改善钢的性能，在钢中加入一种或数种
合金元素的钢－ 铬锰镍硅铝钨
碳素钢
（含碳量 0.04%-
1.7％ 的铁碳合金
称为钢）
普通碳素结构钢－ Q255, Q275制造强
度要求高的零件－连杆、轴
优质碳素结构钢－ 钢号 10, 15, 20,
85 －一般零部件应用（ 0.01％）
碳素工具钢－ T8, T12A （高级优质
碳素工具刚） －一般零部件应用（ 0.1
％）
6
有色金
属
形状记忆
合金 在宇航、电子、医疗等方面应用
铜及铜合
金
不宜制造结构零件，常制作电
元件和耐磨件，价格贵
纯铜
铜与锌合金,H80, H59 (铜含量 )、
HPb59-1, HMn58-2（特殊）
黄铜
铜与锡铅等元素的合金
－锡青铜（铜锡合金）
－无锡青铜（含铝铍锰等元素）
青铜
铝及铝合
金
铸铝合金
变形铝合金
超硬铝合金
7
非金属材
料
工程塑料
陶瓷材料
密度小，质量轻，耐腐蚀性好，易
加工；
硬度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀
人工合成
矿物
宝石
石英
橡 胶 耐腐蚀性好，耐磨损和耐放射性；
8
5.4 金属材料的热处理与表面精饰
热处理
普通热处
理
钢的热处理,将钢在固态范围内施以不同形式的加热、保温和冷却，
从而改变（或改善）其组织结构以达到预期性能的操作工艺。
表面热处
理
退火
正火
淬火
回火
表面淬火
化学热处
理
火焰加热
感应加热
渗碳
氮化
氰化
9
普通热处
理
退火
将钢加热稍高于临界温度－保持一定时间
－缓慢冷却；
目的：软化钢件，以利于切削，细化晶粒，
改善组织以提高化学性能；消除残余应力，
以防止变形、干裂；
正火
淬火
回火
将钢加热稍高于临界温度－保持一定时间
－在空气中冷却；
目的：强度硬度比退火后高；利于切削加
工
将钢加热高于临界温度－保温－在水或油
中迅速冷却；
目的：提高零件硬度和耐磨性；
将淬火后零件－重新加热低于临界温度－
保温－在水或油中迅速冷却；
目的：消除淬火时冷却过快产生的内应力；
是淬火后必须程序；
10
5.4 金属材料的热处理与表面精饰
表面热处
理
表面淬火
化学热处
理
快速加热－－迅速冷却
目的,使表面变硬；内部塑性和韧
性较好；－－齿轮、蜗杆、丝杆、
轴颈；
将工件在一定介质中 加热和保温 －使
介质中 活性原子渗入 表层－改变表层
化学成分和组织 －使具有特殊的 力学
或物理化学性能；渗碳；氮化；氰化
金属零件的表
面精饰
电镀
化学处理
涂漆
目的：在金属表面加覆盖层，
以达到 防腐、改善性能和装
饰 作用；
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马惠萍 制作
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2
第 5章 机械工程常用材料及其工程性能
5.1 概述
材料
金属材料
无机非金属材料
有机材料 -塑料，橡胶，合成纤维
非金属材料
黑色金属材料－ 铁基金属合金
有色金属材料
3
5.2 金属材料的机械性能
机械性能
强度
刚度
塑性
材料抵抗 塑性变形 和 断裂 的能力
材料抵抗 弹性变形 的能力
在外力作用下金属产生 塑性变形 而不
产生 断裂 的能力
硬度 材料抵抗局部 塑性变形 能力的性能指
标
金属的疲
劳
当应力的周期循环次数增加到某一
数值 N后，材料也会产生 断裂
线膨胀系
数 α
? ?0l l a t t? ? ?
4
材料在轴向拉伸或压缩时的机械性质
力
变形
应力
应变
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5.3 常用的工程材料
黑色金
属
铸铁 含碳量大于 2.06％ 的铁碳合金；
制作底座、支架、工作台
合金钢 为改善钢的性能，在钢中加入一种或数种
合金元素的钢－ 铬锰镍硅铝钨
碳素钢
（含碳量 0.04%-
1.7％ 的铁碳合金
称为钢）
普通碳素结构钢－ Q255, Q275制造强
度要求高的零件－连杆、轴
优质碳素结构钢－ 钢号 10, 15, 20,
85 －一般零部件应用（ 0.01％）
碳素工具钢－ T8, T12A （高级优质
碳素工具刚） －一般零部件应用（ 0.1
％）
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有色金
属
形状记忆
合金 在宇航、电子、医疗等方面应用
铜及铜合
金
不宜制造结构零件，常制作电
元件和耐磨件，价格贵
纯铜
铜与锌合金,H80, H59 (铜含量 )、
HPb59-1, HMn58-2（特殊）
黄铜
铜与锡铅等元素的合金
－锡青铜（铜锡合金）
－无锡青铜（含铝铍锰等元素）
青铜
铝及铝合
金
铸铝合金
变形铝合金
超硬铝合金
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非金属材
料
工程塑料
陶瓷材料
密度小，质量轻，耐腐蚀性好，易
加工；
硬度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀
人工合成
矿物
宝石
石英
橡 胶 耐腐蚀性好，耐磨损和耐放射性；
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5.4 金属材料的热处理与表面精饰
热处理
普通热处
理
钢的热处理,将钢在固态范围内施以不同形式的加热、保温和冷却，
从而改变（或改善）其组织结构以达到预期性能的操作工艺。
表面热处
理
退火
正火
淬火
回火
表面淬火
化学热处
理
火焰加热
感应加热
渗碳
氮化
氰化
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普通热处
理
退火
将钢加热稍高于临界温度－保持一定时间
－缓慢冷却；
目的：软化钢件，以利于切削，细化晶粒，
改善组织以提高化学性能；消除残余应力，
以防止变形、干裂；
正火
淬火
回火
将钢加热稍高于临界温度－保持一定时间
－在空气中冷却；
目的：强度硬度比退火后高；利于切削加
工
将钢加热高于临界温度－保温－在水或油
中迅速冷却；
目的：提高零件硬度和耐磨性；
将淬火后零件－重新加热低于临界温度－
保温－在水或油中迅速冷却；
目的：消除淬火时冷却过快产生的内应力；
是淬火后必须程序；
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5.4 金属材料的热处理与表面精饰
表面热处
理
表面淬火
化学热处
理
快速加热－－迅速冷却
目的,使表面变硬；内部塑性和韧
性较好；－－齿轮、蜗杆、丝杆、
轴颈；
将工件在一定介质中 加热和保温 －使
介质中 活性原子渗入 表层－改变表层
化学成分和组织 －使具有特殊的 力学
或物理化学性能；渗碳；氮化；氰化
金属零件的表
面精饰
电镀
化学处理
涂漆
目的：在金属表面加覆盖层，
以达到 防腐、改善性能和装
饰 作用；
