第2章常用工程材料

第2章工程材料的基本知识2.1 金属材料的主要性能用来制造零件的金属材料应具有优良的使用性能及工艺性能。

所谓使用性能，是指机器零件在正常工作情况下金属材料应具备的性能，它包括机械性能(或称之为力学性能)、物理和化学性能。

而工艺性能是指零件在冷、热加工制造过程中，金属材料应具备的与加工工艺相适应的性能。

2.2金属材料的机械性能所谓机械性能，是指零件在载荷作用下所反映出来的抵抗变形或断裂的性能。

机械性能指标是零件在设计计算、选材、工艺评定以及材料检验时的主要依据。

由于外加载荷性质的不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲击及循环载荷等)，所以对金属材料的机械性能指标要求也将不同。

常用的机械性能指标包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性及疲劳强度等。

一. 强度金属材料在外力作用下抵抗破坏(过量的塑性变形或断裂)的性能叫做强度。

由于外力的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等，所以强度也分为：抗拉强度、）抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、屈服强度。

一般以测定材料的抗拉强度（σb 为主。

二. 硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。

目前常用的测定硬度的方法为压入法。

它是用特定的几何形状压头在一定载荷作用下，压入被测试样材料表面，根据被压入的程度来测定其硬度值。

所以硬度值的物理意义是金属材料表面抵抗局部压入塑性变形的能力。

常用的硬度的指标有：布氏硬度(HBS或HBW)及洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)。

1. 布氏硬度布氏硬度测定原理是用一定大小的载荷将一定直径的淬火钢球或硬质合金球压求出应入被测金属表面，保持一定时间后卸载，根据载荷P和压痕的表面积F凹力值作为布氏硬度值。

布氏硬度试验法用于测定硬度不高的金属材料，如铸铁、有色金属、一般经退火、正火后的钢材等。

2. 洛氏硬度洛氏硬度测定原理是以测量压痕深度为硬度的计量指标，由于采用了不同的压头及载荷，可用来测量从极软到极硬的金属材料的硬度。

洛氏硬度的三种标度(HRA、HRB、HRC)中，常用的是HRC洛氏硬度，它采用金刚石圆锥体做压头，可用来测量硬度很高的材料，如淬火钢、调质钢等。

❖ 法国1858年在巴黎用天然岩沥青修筑第一条地沥 青碎石路；
❖ 我国上海在20世纪20年代开始铺设沥青路面。
第一节 概述
建筑材料的发展经历了一个很长的历史时期，是随着 人类社会生产力的发展而发展的。
❖ 天然的土、石、竹、木是占人类的主要建筑材料。
❖ 人类能够用黏土烧制砖瓦、用岩石烧制石灰、石膏 之后，建筑构件进入了人工生产阶段。
❖ (2) 多功能复合材料 利用复合技术生产的多功能材料、特 殊性能材料及高性能材料，将对提高道路建筑物的使用功能、 经济性及加快施工速度等有着十分重要的作用。
❖ (3) 工业废渣再利用材料 充分利用工业废渣生产建筑材料， 以保护自然资源和生态环境。
❖ (4) 节能材料 研制和生产低能耗(包括材料生产能耗和建筑 使用能耗)的新型节能建筑材料，可以降低建筑材料和建筑 物的成本以及建筑物的使用能耗，充分节约能源。
二、道路建筑材料在公路工程中的作用
❖ 1．材料是路桥工程结构物的物质基础 道路建筑材料质量的好坏，配制是否合理及选用是否适当等， 都直接影响结构物的质量，其性质对结构物的使用起着决定 性的作用。道路工程结构物终年裸露于自然环境中，承受瞬 时、反复荷载的作用，道路工程材料的性能和质量对结构物 的使用性能和工程寿命有着极为重要的影响。 2．道路建筑材料的使用与道路工程的造价密切相关 路桥工程材料方面的费用约占总工程费用的40％～60％。 有些重要工程甚至达70％～80％。合理地选择和使用材 料，对节约工程投资、降低工程造价具有十分重要的意义。
第二章 道路建筑材料
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
概述 道路工程中常用的原材料 无机混合料 有机混合料 其他道路工程材料
第二章 道路建筑材料
❖ 知识目标

（2）锻造及热处理特点 莱氏体钢呈鱼骨状分布的粗大共晶碳 化物M6C。碳化物只能依靠锻打来击碎，通过反复多次的镦拔，使 其尽可能均匀分布。锻造后进行球化退火，显微组织为索氏体和其 上均匀分布的碳化物。
1.典型零件的工作条件、失效方式和性能要求
失效方式为接触疲劳破坏产生的麻点或剥落；长期摩擦造成磨 损而丧失精度；处于润滑环境下而带来的锈蚀。性能要求为具有高 的接触疲劳强度，高硬度、高耐磨性，以及良好的耐蚀性。
2.化学成分特点 碳含量为wc 0.95%～1.10%，以保证高硬度、高耐磨性和高强 度。主加元素为Cr，辅加元素为Si、Mn、V、Mo。 Cr的作用是提高淬透性，为了进一步提高淬透性，补加Mn、Si， 通过加入V、Mo可阻止奥氏体晶粒长大。
（2）油淬回火弹簧钢丝 冷拔钢丝退火后，冷绕成弹簧，再进 行淬火+中温回火处理，得到回火托氏体组织。 （3）硬拉弹簧钢丝 冷拔至要求尺寸后，利用淬火+回火来进行 强化，在冷绕成弹簧，并进行去应力退火，之后不再热处理。 4.钢种、牌号与用途 （1）以Si、Mn元素合金化的弹簧钢 淬透性显著优于碳素弹簧 钢，例如：65Mn、60Si2Mn。 （2）含Cr、V、W等元素的弹簧钢 可制作在350～400℃下承受 重载的较大型弹簧，例如阀门弹簧、汽车弹簧等。典型钢种是 50CrVA。 （六）滚动轴承钢
4.合金结构钢
该类钢的牌号是由“数字+元素+数字”三部分组成。如 36Mn2Si 和18Cr2Ni4WA。
5.合金工具钢 如9Mn2V和CrMn，特殊：W6Mo5Cr4V2。 6.滚动轴承钢
该类钢在钢号前冠以“滚”或“G”，其后为铬（Cr）+数字来 表示，数字表示铬含量平均值的千分之几。如GCr15。

第一节 非合金钢低合金钢和合金钢 三、合金钢的分类、牌号及用途
P.29
合金钢 种类较多，在工业上具有重要用途。它具有高强度、高硬度、高 耐磨性及特殊的物理、化学性能等；价格较高；用于制作重要的轴、齿轮、凸 轮弹簧、工具、刀具、模具等。合金钢制作的机械零件大多需要热处理后使用。
1. 合金钢的分类
（1）按钢的质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类） 优质钢 硫、磷的含量较低，如：20CrMnTi、40Cr等。 特殊质量钢 硫、磷的含量控制严格。如：38CrMoA、W18Cr4V等。
普通质量钢 有害杂质硫、磷的含量较多。 如：Q235。 优质钢 有害杂质硫、磷的含量较低。如：45、T7。 特殊质量钢 有害杂质硫、磷的含量控制严格。如：T7A、T12A。
第一节 非合金钢低合金钢和合金钢 一、非合金钢的分类、牌号及用途
P.23
1.非合金钢的分类
（3）按用途分类 结构钢 主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等，一
P.22
第2章 常用工程材料
P.22
工程材料 是指在生活、生产和科技领域中，用于制造结构件、机器、工 具和功能部件的各类材料的统称。
工程材料的类别 工程材料按其特性， 可分为金属材料和非金属材料。 工程材料按其组成特点， 可分为金属材料、有机高分子材料、无机非金属 材料和复合材料四大类。 工程材料按其使用性能， 可分结构材料与功能材料两大类，其中结构材料 是作为承力结构的材料， 主要利用的是结构材料的学性能; 功能材料主要利用 的是其光、电、磁、热、声等特殊功能性能。 从工程材料应用领域分， 可分为信息材料、能源材料、建筑材料、机械工 程材料、生物材料、航空航天材料等。
用途：合金渗碳钢 20Cr、20CrMnTi ，活塞销、汽车变速箱齿轮等。 合金调质钢 40Cr、45Mn2，机床主轴、重要齿轮、连杆、曲轴等。 合金弹簧钢 60Si2Mn，大尺寸弹簧、板簧等。