常用材料零件--工具零件

附录A 机械零件的常用材料 机械零件的常用材料分为金属和非金属两大类。

其中，金属材料应用最广，非金属材料以其独特的性能也日益显示出广阔的应用前景。

金属材料包括黑色金属（钢、铸铁）和有色金属，前者应用最多。

此外，近年来复合材料的研究与开发，也已成为材料科学的一个新方向。

下面简要介绍机械零件的常用材料及其应用。

A.1 钢钢的品种多，性能好，是机械零件最常用的材料。

A.1.1 碳素钢碳素钢的性能主要取决于含碳量，即碳的质量百分含量。

含碳量越高，钢的强度越高，塑性越低。

由于碳素钢生产批量大，价格低，供应充足，一般的机械零件应优先选用。

碳素钢分为碳素结构钢（GB/T 700—1988）和优质碳素结构钢（GB/T 699—1988）。

前者主要用于受力不大而且基本上是承受静载荷的零件，其中以Q235、Q255较为常用。

这类钢只保证机械强度，不保证化学成分，故不能进行热处理。

优质碳素结构钢含磷、硫等杂质较少，其性能优于碳素结构钢，而且能同时保证钢的机械性能和化学成分，可以进行热处理，故常用于受力较大，且受变载荷或冲击载荷作用的零件。

优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，代表钢中碳的平均含量。

如45钢，其平均含量碳为0.45%。

对于含锰量较高的优质碳素结构钢，其牌号还要在含碳量数字之后加注符号“Mn”，如40Mn等。

平均含碳量低于0.25%的钢称为低碳钢，其强度极限和屈服点低，而塑性好，适用于冲压、焊接加工；平均含碳量在0.25%～0.60%之间的钢称为中碳钢，中碳钢既有较高的强度，又有一定的塑性和韧性，综合力学性能较好，常用来制造螺栓、螺母、齿轮、键、轴等零件；平均含碳量高于0.60%的钢称为高碳钢，它具有很高的强度和弹性，是弹簧、钢丝绳等零件的常用材料。

A.1.2 合金钢为了改善钢的性能，根据不同要求加入一种或几种合金元素而形成的钢称为合金钢。

不同的合金元素，使钢获得不同的性能。

如铬能提高硬度、高温强度和耐腐蚀性；镍能提高强度而不降低韧性；锰能提高强度、韧性和耐磨性；硅可提高弹性极限和耐磨性，但降低韧性。

以下是机械行业常用的20种材料及其特性：1. 碳钢：- 特性：强度高、硬度适中、耐磨性好，易于加工和焊接。

- 应用：机械零件、结构件等。

2. 不锈钢：- 特性：耐腐蚀性好、强度高、抗氧化性强。

- 应用：食品加工设备、化工设备、船舶零件等。

3. 铝合金：- 特性：密度低、强度高、良好的导热性和导电性。

- 应用：航空航天、汽车、电子设备等。

4. 铜：- 特性：良好的导电性和导热性，耐腐蚀性好。

- 应用：电子器件、导线、换热器等。

5. 钛合金：- 特性：密度低、强度高、耐腐蚀性强。

- 应用：航空航天、医疗器械、化工设备等。

6. 镍合金：- 特性：耐腐蚀性好、高温强度高。

- 应用：化工设备、航空发动机、核电站设备等。

7. 铸铁：- 特性：强度高、耐磨性好、抗冲击性强。

- 应用：机床床身、发动机缸体、管道件等。

8. 锻钢：- 特性：强度高、韧性好、耐磨性较好。

- 应用：汽车曲轴、锻造件、工具等。

9. 塑料：- 特性：良好的绝缘性、耐腐蚀性、低密度。

- 应用：工程塑料件、密封件、电器外壳等。

10. 聚酰亚胺（PI）：- 特性：高温稳定性、优异的耐化学性、强度高。

- 应用：航空航天、电子设备、汽车零部件等。

11. 聚四氟乙烯（PTFE）：- 特性：优异的耐磨性、低摩擦系数、优良的绝缘性。

- 应用：密封件、轴承、阀门等。

12. 聚氨酯（PU）：- 特性：耐磨性好、强度高、耐油性好。

- 应用：密封件、刮板、橡胶轮等。

13. 聚甲醛（POM）：- 特性：强度高、硬度高、耐磨性好。

- 应用：齿轮、轴承、零件等。

14. 高速钢：- 特性：耐高温、耐磨性好、切削性能优异。

- 应用：刀具、冲头、铣刀等。

15. 钻石：- 特性：硬度极高、耐磨性好、导热性好。

- 应用：切割工具、磨料、金刚石刀具等。

16. 合成蓝宝石：- 特性：透明度好、硬度高、耐腐蚀性强。

- 应用：光学器件、观察窗、手表表盘等。

17. 硅胶：- 特性：柔软、耐高温、优良的绝缘性。

以下是常用的20种零件材料以及它们的特性和常用场景：1. 钢材：强度高、耐磨、耐腐蚀，常用于制造机械零件、汽车零部件等。

2. 铝合金：轻质、良好的导热性和强度，常用于航空航天、汽车制造等领域。

3. 铜材：良好的导电性和导热性，常用于电子器件、电线电缆等。

4. 铸铁：高强度、耐磨、耐压，常用于制作发动机零件、工业设备等。

5. 不锈钢：耐腐蚀性好，抗磨损，常用于食品加工设备、化学设备等。

6. 聚合物（塑料）：轻质、绝缘性能好，常用于电子设备外壳、塑料制品等。

7. 碳纤维：高强度、低密度，常用于航空航天、运动器材等。

8. 聚酰亚胺：耐高温、绝缘性能好，常用于航空航天、电子器件等。

9. 聚四氟乙烯（PTFE）：耐腐蚀、低摩擦系数，常用于密封件、管道衬里等。

10. 玻璃：透明、耐腐蚀，常用于光学元件、实验室器皿等。

11. 陶瓷：高硬度、耐高温，常用于发动机部件、陶瓷刀具等。

12. 橡胶：弹性好、耐磨损，常用于密封件、橡胶制品等。

13. 硅胶：柔软、绝缘性能好，常用于电子组件保护、密封件等。

14. 锌合金：低熔点、良好的流动性，常用于压铸件、五金配件等。

15. 青铜：耐磨、导热性好，常用于轴承、齿轮等。

16. 铝青铜：耐腐蚀、耐磨性好，常用于海水设备、船舶零部件等。

17. 硬质合金：硬度高、耐磨性好，常用于切削工具、钻头等。

18. 超硬材料（如金刚石）：极高硬度、耐磨性强，常用于磨料、切削工具等。

19. 纤维复合材料：高强度、轻质，常用于航空航天、汽车制造等。

20. 合成纤维（如尼龙）：强度高、耐磨性好，常用于绳索、纺织品等。

这些材料在不同的工程和制造领域中具有广泛的应用，根据具体的需求和要求选择合适的材料可以提高产品的性能和质量。

常用材料及零件热处理
3.表面热处理方法特点和应用
表面热处理是通过改变零件表层组织，以获得硬度很高的马氏体，而保留心部韧性和朔性（即表面火），或同时表层的化学成分，以获得耐蚀、耐酸、耐碱性，及表层硬度更高的处理方法。

6.钢的淬透性
不同的钢种，接受淬火的能力不同，淬透层深度愈大，表明该钢种的淬透性愈好。

淬透性大的钢，其力学性能沿截面分布均匀；而淬透性小的钢心部力学性能低。

但全部淬透的工件，通常表面残留拉应力，对工件承受疲劳不利，工件热处理中也易变形开裂。

未淬透工件表面可残留压应力，反而有一定好处。

淬透层深度是指由淬火表面马氏体---50％马氏体+50％珠光体层的深度。

碳钢的淬透性低。

在设计大尺寸零件时，用碳钢正火比用碳钢调质更经济，而效果相似。

直径较大并具有几个台阶的台阶轴，需经调质处理时，考虑到淬透性影响，应先粗车成形，然后调质。

如果以棒料先调质，再车外圆，由于直径大，表面淬透层浅，阶梯轴尺寸较小的部分调质后的组织在粗车时可能被车去，起不到调质作用。

7.几种典型零件热处理示例
机床齿轮等零件常用材料及热处理。

24种常用机械模具材质的特性及用途1、45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢主要特征：最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。

小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。

应用举例：主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。

轴、齿轮、齿条、蜗杆等。

焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。

2、Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢主要特征：具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。

应用举例：广泛用于一般要求的零件和焊接结构。

如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。

3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢主要特征：经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。

应用举例：调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。

4、HT150——灰铸铁应用举例：齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等。

5、35——各种标准件、紧固件的常用材料主要特征：强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。

冷态下可局部镦粗和拉丝。

淬透性低，正火或调质后使用应用举例：适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件。

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除了常用的化学热处理(渗碳、渗硼等)和表面淬火方法外，还有表面冶金强化(表面熔化、表面合金化、表面涂层)、气相反应沉积、离子注入等方法都能提高零件表面的耐磨性和疲劳强度等性能。

耐磨堆焊是以提高耐磨性为主要目的的堆焊工艺。

耐磨堆焊材料也就成为一类重要的金属耐磨材料。

常用的耐磨堆焊材料有铁基合金、钴合金、镍合金等。

耐磨堆焊材料的范围很广泛的。

应该在耐磨性、对环境的适应能力和可焊性等几方面综合考虑正确选用堆焊材料。

耐磨材料概述用于制造耐磨零件的金属耐磨材料包括钢、复合钢材和铸铁等。

高锰钢是历史悠久的耐磨材料，在恶劣工况条件下，不容易产生塑性失稳，而具有相当好的耐磨性；但它只有在冲击载荷及单位压力较大的磨料磨损条件下，产生加工硬化效应，才显示出较其他材料具有更优良的耐磨性。

对于冲击载荷不太大的易磨损零部件，目前较广泛选用成本较低的非合金钢（碳素钢）或中高碳合金钢，并采取一定的工艺措施以提高其耐磨性。

选用表面硬化钢或复合钢材制作的零部件，在耐磨、耐冲击等性能方面都具有明显的优点，可提高使用寿命，但成本较高。