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1.5 尺寸、公差、配合与形位公差标注

基孔制配合是基本偏差为一定的孔的公差带，选择改变轴的公差带获得所需配合（状态）的一种装配制度。

基轴制配合是基本偏差为一定的轴的公差带，选择改变孔的公差带获得所需配合（状态）的另一种装配制度。

根据GB/T 1800.2-1998规定，标准公差采用国际标准公差代号IT表示。标准公差等级分为01， 0， 1， 2， 3，?，18共20级，分别标记为IT01，?，IT18.

标准推荐，基孔制的间隙配合、轴的基本偏差用a，b，c，d，e，f，g，h；过渡配合用js，k，m，n；过盈配合用p，r，s，t，u，v， x，y，z。

零件单一实际要素（指构成零件几何特征实际存在的点、线、面）形状所允许的变动全量称为形状公差。关联实际要素（指对其他要素有功能关系的实际要素）的位置对基准所允许的变动全量称为位置公差。形状和位置公差简称为形位公差。

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表而粗糙度指已加工表面波距在lmm以下的微观几何形状误差。表面粗糙度由加工过程中的残留面积、塑性变形、积屑瘤、鳞刺以及工艺系统的高频振动等原因造成。

同一表面粗糙度值Ry＞Rz＞Ra，且Ry值约为Ra值的8倍。一般表面粗糙度标注优先采用Ra值。

尺寸链是在零件加工或机器装配过程中，由相互联接的尺寸形成的封闭尺寸组。按尺链的形成和应用场合，尺寸链可分为工艺尺寸链和装配尺寸链。在零件加工过程中，由同零件有关工序尺寸所形成的尺寸链，称为工艺尺寸链。在机器设计和装配过程中由有关零设计尺寸所形成的尺寸链，称为装配尺寸链。

按尺寸链各环的几何特征和所处空间位置，尺寸链可分为直线尺寸链、角度尺寸链、面尺寸链和空间尺寸链。

第二部分 工程材料

2.1金属材料

金属材料的主要性能包括工艺性能和使用性能。工艺性能是指金属材料使用某种工艺方法进行加工的难易程度。使用性能是指金属材料在正常工作条件下所表现出来的力学性能、物理性能和化学性能。

力学性能是指材料在外力作用下表现出来的性能。其主要指标有硬度、强度、塑性、韧性、耐磨性和缺口敏感性等。材料的力学性能主要取决于材料的组分和晶体结构。

硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。

硬度是材料的重要力学性能指标。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的强度越高，塑性变形抗力越大，硬度值也越高。

硬度和其他力学性能之间存在一定关系。金属材料的布氏硬度HBS与抗拉强度ζb在一定硬度范围内存

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在线性关系，即ζb=KHBS，钢铁材料和铝合金K值约为3.3～3.5，铜及铜合盆约为4.8～5.3。根据洛式硬度换算ζb=－801.24＋50.083HRC。

对于刀具、冷成型模具和粘着磨损或磨粒磨损失效的零件，其磨损抗力和材料的硬度成正比，硬度是决定耐磨性的主要性能指标。对于承受接触疲劳载荷的零件如齿轮、滚动轴承等，在一定硬度范围内提高硬度对减轻麻点剥落是有效的。用硬度作为控制材料性能的指标时，必须对热处理工艺作出明确的规定，设计零件时在图样上除注明材料外，还必须注明热处理技术条件和热处理后达到的硬度（硬度应有一定范围，一般波动为5个HRC）。

生产中常用的硬度测试方法有布氏（HB）硬度测试法、洛氏（HR）硬度试验方法和维氏（HV）硬度试验方法三种（HS-肖氏硬度）。

（一）布氏硬度试验法

布氏硬度试验法是用一直径为D的淬火钢球或硬质合金球作为压头，在载荷P（kgf或N）的作用下压入被测试金属表面，保持一定时间t后卸载，测量金属表面形成的压痕直径d，以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测金属的布氏硬度值。

布氏硬度指标有HBS和HBW，前者所用压头为淬火钢球，适用于布氏硬度值低于450的金属材料，如退火钢、正火钢、调质钢及铸铁、有色金属等；后者压头为硬质合金，适用于布氏硬度值为450～650的金属材料，如淬火钢等。

布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度及钢件退火、正火和调质后的硬度。试验数据稳定，重复性强。检测布氏硬度时，检测面应是光滑的，表面粗糙度一般为Ra<0.8μm，试样厚度至少应为压痕直径的10倍。试验时，压痕中心应距试样边缘≥4d，当材料硬度<35HBS时应为6d。相邻两个压痕之间的间隔必须大于压痕直径的3倍以上。布氏硬度测试法，因压痕较大，故不宜测试成品件或薄片金属的硬度。

（二）洛氏硬度试验法

洛式硬度是以测量压痕深度来表示材料的硬度值。

洛氏硬度试验法是用一锥顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为（1.558mm（1/16英寸）的淬火钢球为压头，以一定的载荷压入被测试金属材料表面，根据压痕深度可直接在洛氏硬度计的指示盘上读出硬度值。常用的洛氏硬度指标有HRA、HRB和HRC三种。

洛氏硬度测试，操作迅速、简便，且压痕小不损伤工件表面，故适于成品检验，热处理质量检验。缺点是压痕小，代表性差，所测硬度值重复性差，分散度较大。常用于检查淬火后的硬度。

（二）维氏硬度试验法

维氏硬度试验的压头是两对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体。压头在试验力F的作用下，将试样表面压出一个四方锥形的压痕，经一定保持时间后，卸除试验力，测量出压痕对角线平均长度d，用以计算压痕的表面积A 。

l） 金属维氏硬度试验方法。试验力范围为49.03～980.7N，共分六级，主要用于测定较大工件和较深表面层的硬度。

2） 金属小负荷维氏硬度试验方法。试验力范围为1.961～49.03N，共分七级，主要用于测定较薄工件和具有较浅硬化层零件的表面硬度，也可测表面硬化零件的表层硬度梯度或硬化层深度。

3） 金属显微硬度试验方法。试验力范围为18.07310-3～1.961N，共分五级，主要用于测量微小件，极薄件以及具有极薄的表面层的硬度以及合金中组成相的硬度。

维氏硬度不仅试验力可任意选取，而且压痕测量精度高，硬度值准确。缺点是硬度值需通过测量压痕对角线长度后进行计算或查表，效率较低。

其他还有努氏硬度（HK）试验，它是一种显微硬度的试验方法，对表面淬硬层或镀层，渗层等薄层区域的硬度测定以及截面上的硬度分布的测定较为方便；肖氏硬度（HS）试验也是一种动载荷试验法（也称回跳硬度），较为方便，可在现场测量大型工件的硬度，其缺点是硬度测量精度较低；里氏硬度（HL）试验法，

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是一种新型的反弹式硬度测量方法，便于携带，常用于测量大型铸锻件、永久组装部件等、精度较高，可自动转换成洛式硬度、布氏硬度、里氏硬度或肖氏硬度，并可直接打印出测量结果，被测表面的粗糙度应达到Ra=2μm，表面清洁，不得有油污，被测零件的重量≥100g，厚度＞5mm，硬化层深度＞0.8mm。

习题1. 材料的基本力学性能主要包括哪此内容？

答：力学性能主要指标有硬度、强度、塑性、韧性等。

硬度：制造业中，通常采用压入法测量材料的硬度，按试验方法不同，分有布氏硬度（HB）、洛式硬度（HR）、维氏硬度（HV），表达材料表面抵抗外物压入的能力。布氏硬度（HB）是用一定载荷将淬火钢球压入试样表面，保持规定时间后卸载，测得表面压痕的面积后，计算出单位面积承受的压力，为布氏硬度值（HB），单位是kgf/mm2，通常不标注；布氏硬度（HB）测试法一般用于HB<450。洛氏硬度（HR）以压痕深浅表示材料的硬度。洛式硬度有三种标尺，分别记为HRA、HRB和HRC，采用不同的压头和载荷。生产中按测试材料不同，进行选择，有色金属和正火钢，选用HRB，淬火钢选用HRC；硬质合金、表面处理的高硬层选用HRA进行测量。维氏硬度（HV）根据单位压痕表面积承受的压力定义硬度值，压头为锥角136度金钢石角锥体，载荷根据测试进行选择，适用对象普遍。肖氏硬度（HS）是回跳式硬度，定义为一定重量的具有金钢石圆头和钢球的标准冲头从一定高度落下，得到的回跳高度与下落高度的比值，适用于大型工件的表面硬度测量。

强度：常用的强度指标为屈服强度ζs，通过拉伸试验确定，定义为材料开始产生塑性变形的应力，其大小表达材料抵抗塑性变形的能力，大多数金属材料在拉伸时没有明显的屈服现象，因此将试样产生0.2%塑性变形时的应力值，作为屈服强度指标，称为条件屈服强度，用ζ0.2表示。

抗拉强度ζb是材料产生最大均匀变形的应力。ζb对设计塑性低的材料如铸铁、冷拔高碳钢丝和脆性材料，如白口铸铁、陶瓷等制作的零件具有直接意义。设计时以抗拉强度确定许用应力，即[ζ]＝ζb/K（K为安全系数）。

塑性：通过拉伸试验确定塑性指标，包括伸长率（δ）和断面收缩率（Ψ），分别定义为断裂后试样的长度相对伸长和截面积的相对收缩，单位是％。它们是材料产生塑性变形重新分布而减小应力集中的能力的度量。δ和Ψ值愈大则塑性愈好，金属材料具有一定的塑性是进行塑性加工的必要条件。塑性还可以提高零件工作的可靠性，防止零件突然断裂。

韧性：冲击韧度指标αk或Ak表示在有缺口时材料在冲击载荷下断裂时塑性变形的能力及所吸收的功，反映了应力集中和复杂应力状态下材料的塑性，而且对温度很敏感，单位为kgf2m/cm2。

δ和ψ数值大小只能表示在单向拉伸应力状态下的塑性，不能表示复杂应力状态下的塑性，即不能反映应力集中、工作温度、零件尺寸对零件断裂强度的影响，因此不能可靠地避免零件脆断。标准件厂在螺栓或螺钉成品检验时都必须随机抽样对螺栓或螺钉实物进行偏斜拉伸试验。

冲击韧度指标αk或Ak、表征在有缺口时材料塑性变形的能力，反映了应力集中和复杂应力状态下材料的塑性，而且对温度很敏感，正好弥补了δ和ψ的不足。在设计中对于脆断是主要危险的零件，冲击韧度是判断材料脆断抗力的重要性能指标。其缺点是αk或Ak不能定量地用于设计，只能凭经验提出对冲击韧度值的要求。若过分追求高的αk值，结果会造成零件笨重和材料浪费。尤其对于中低强度材料制造的大型零件和高强度材料制造的焊接构件，由于其中存在冶金缺陷和焊接裂纹，此时，仅以冲击韧度值已不能评定零件脆断倾向的大小。

应当指出，在冲击载荷作用下工作的零件，实际承受的载荷是小能量多次重复冲击，这与αk值的实验条件不同，因此材料承受小能量多次重复冲击的能力主要决定于强度，而无需过高的冲击韧度。

材料经受无数次重复交变应力作用而不致引起断裂的最大应力，此种应力称为疲劳强度，用ζ-l表示弯曲疲劳强度。

试验规范规定：钢的循环次数以107为基数，非铁合金或某些超高强度钢取108为基数。

疲劳断裂的原因是由于材料内部缺陷，表面伤痕及在工作中零件局部应力集中，导致微裂纹的产生。这些微裂纹在交变应力作用下，随循环次数增加而逐渐扩展，使零件有效截面减小，从而导致突然断裂。

为了提高零件的疲劳强度，在设计时可通过改变零件结构的形状，避免应力集中。加工时改善表面粗糙度，采取表面处理、滚压和喷丸等措施，以提高材料的疲劳强度。

习题5. 常用材料硬度的测定法有哪三种？它们主要适应于检验什么材料？ 答：（1）硬度（HB）测定法：布氏硬度测定是用一定直径D（mm）的钢球或硬质合金球为压头，测量压痕球形面积A（mm2）。布氏硬度（HB）就是试验力F除以压痕球形面积A所得的商。布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度及钢件退火、正火和调质后的硬度。

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