常用工程材料性能.ppt

,常用工程材料及性能,议程,金属材料 钢及合金钢 铝及铝合金 铜及铜合金 塑料 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚乙烯 聚丙烯 聚酰胺 聚对苯二甲酸丁二醇酯 电源绝缘材料,聚甲醛 聚碳酸酯 ABS 有机玻璃 硅胶,工程材料概述,通常所说的材料性能 有两个方面的意义: 材料的使用性能 : 指材料在工作条件下表现出的性能,如强度,塑性,韧性等力学性能,耐蚀性,耐热性等化学性能以及声,光,电,磁等功能性能。 材料的工艺性能 : 指材料在加工过程中表现出的性能,如压力加工性能,机加工性能，焊接性能,铸造性能等. 工程材料的分类 : 金属材料 非金属材料 复合材料,钢及合金钢,钢的定义： 钢和铸铁是由铁和碳两种元素组成的二元合金，因此称为铁碳合金。通常所说的钢是指含碳量为0.02-2.14 %的铁碳合金，铸铁是指含碳量大于2.14 %的铁碳合金。 钢铁选材的成分依据： 在增加含碳量的同时，钢的硬度也随之增加；然而，钢的硬度越硬，它的韧性和塑性也越小。在设计中，要求塑性和韧性都较好的材料，如型钢和容器，一般应选用低碳钢（含碳量为0.10-0.25 % )；同时要求塑性和强度较好的材料，如轴等机械零件，应选用中碳钢（含碳量为0.25-0.60 % ）；同时要求硬度和耐磨性都较好的材料，如工具和模具，应选用高碳钢（含碳量为0.6-1.3 %).,钢的分类,按用途钢可分为两大类：工具钢和结构钢 工具钢要求硬度高，耐磨性好。用来制作各种工具如刃具,模具等.工具钢有碳素工具钢和合金工具钢等。 例：T9、T10（特种碳素钢、含碳量0.9%-1.0%,）这种钢材韧性小，有较高的耐磨性，适用于不受震动的工具车刀、钻头及木工工具等；锉刀采用高碳工具钢（T13或T12）。 合金工具钢8MnSi（含碳量0.75-0.85%,含锰量0.8-1.1%,含硅量0.3-0.6%）,这种钢用于木工工具中的凿子、锯条等工具。 结构钢则要求它具有高的强度，以便承受所负担的负荷，同时还要求有韧性，以便在超重的情况下只出现某些塑性变形而不折断和爆裂。用来制作各种金属构件和机器零件等.结构钢有碳素结构钢，优质碳素钢。例：钢的牌号中35#、45#钢，称为优质碳素钢，其含碳量为0.35%-0.45%。,铝的性质和用途,物质的用途在很大程度上取决于物质的性质。由于铝有多种优良性能，因而铝有着极为广泛的用途。 铝的密度很小，仅为2.7 g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金。例如，一架超音速飞机约由70的铝及其合金构成。船舶建造中也大量使用铝，一艘大型客船的用铝量常达几千吨。 铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的23，但密度只有铜的13，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。,铝的性质和用途,铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上 可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。 铝有较好的延展性（它的延展性仅次于金和银），在100 150 时可制成薄于0.01 mm的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品。 铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。 铝粉具有银白色光泽（一般金属在粉未状时的颜色多为黑色），常用来做涂料，俗称银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观。,铝的性质和用途,铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如铵铝炸药（由硝酸铵、木炭粉、铝粉、烟黑及其他可燃性有机物混合而成）、燃烧混合物（如用铝热剂做的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等）和照明混合物（如含硝酸钡68、铝粉28、虫胶4）。 铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。铝还用做炼钢过程中的脱氧剂，铝粉和石墨、二氧化钛（或其他高熔点金属的氧化物）按一定比率均匀混合后，涂在金属上，经高温炽烧而制成耐高温的金属陶瓷，它在火箭及导弹技术上有重要应用。 铝板对光的反射性能也很好，反射紫外线比银强，铝越纯，其反射能力越好，因此常用来制造高质量的反射镜，如太阳灶反射镜等。 铝具有吸音性能，音响效果也较好，所以广播室、现代化大型建筑室内的天花板等也采用铝。,铝合金,铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg形成的AL-Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蚀性，良好的塑性和较高的强度，称为防锈铝合金，用于制造油箱、容器、管道、铆钉等。硬铝合金的强度较防锈铝合金高，但防蚀性能有所下降，这类合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。新开发的高强度硬铝，强度进一步提高，而密度比普通硬铝减小15，且能挤压成型，可用作摩托车骨架等构件。A1-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。 目前高强度铝合金广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等，可增加它们的载重量以及提高运行速度，并具有抗海水侵蚀，避磁性等特点。,铜及铜合金,纯铜呈紫红色，故又称紫铜，有极好的导热、导电性，其导电性仅次于银而居金属的第二位。铜具有优良的化学稳定性和耐蚀性能，是优良的电工用金属材料。 工业中广泛使用的铜合金有黄铜、青铜和白铜等。 Cu与Zn的合金称黄铜，其中Cu占6090、Zn占4010，有优良的导热性和耐腐蚀性，可用作各种仪器零件。在黄铜中加入少量Sn(锡)，称为海军黄铜，具有很好的抗海水腐蚀的能力。在黄铜中加入少量的有润滑作用的Pb(铅)，可用作滑动轴承材料。 青铜是人类使用历史最久的金属材料，它是Cu-Sn合金。锡的加入明显地提高了铜的强度，并使其塑性得到改善，抗腐蚀性增强，因此锡青铜常用于制造齿轮等耐磨零部件和耐蚀配件。Sn较贵，目前已大量用A1、Si、Mn来代替Sn而得到一系列青铜合金。铝青铜的耐蚀性比锡青铜还好。铍青铜是强度最高的铜合金，它无磁性又有优异的抗腐蚀性能，是可与钢相竞争的弹簧材料。 白铜是Cu-Ni合金，有优异的耐蚀性和高的电阻，故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的材料。,电镀,电镀的定义： 采用直流电源和相应的镀液，钢件在电镀槽中作为阴极，待镀金属作为阳极，在金属工件表面发生电化学反应，沉积一层不同于基体的金属合金镀层。 电镀的作用： 电镀是一种表面处理，一般用来防止表面生锈；防酸，碱，盐，防日光，雨淋等；还可增强表面导电性能。 常用电镀种类： JIS G3313 SECC 表面灰色，不易起手指痕。 ASTM B633 SC2 TYPE2 银白色，导电性能好，易起手指痕。 ASTM B633 SC2 TYPE3 白色，导电性能好，易起手指痕。,常用工程塑料特性及应用,塑料是以合成或天然的树脂作为主要成分，添加或不添加辅助材料如填料，增塑剂，稳定剂，颜料，防老剂等，在一定温度，压力下加工成型而成的。塑料的性能主要取决于主体成分高聚物树脂的性质，高聚物中适当添加某些辅料可以改善材料耐寒，耐热，耐磨，导热，机械和加工性能。一般塑料具有密度小，比强度大，电绝缘性好，耐腐蚀性好和易加工等优点，但也具有不耐高温，强度差易变形，热膨胀系数大，导热差，易老化等缺点。热塑性塑料是以热塑性树脂为主体成分，加工塑化成型后一般具有链状的线型分子结构，受热后又软化，可反复塑制成型，亦可对型材做二次热加工。常用热塑性塑料如聚氯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚酰胺，聚甲醛，聚碳酸酯，ABS,硅胶等。,塑料概述,聚氯乙烯(PVC),可溶性和可熔性差，加热后塑性差。不直接用作塑料，一般加入增塑剂，稳定剂，填充剂，润滑剂等添加剂而成为塑料。聚氯乙稀树脂来源丰富，价格低廉，制成的塑料性能优良，它的产量仅次于聚乙稀。 聚氯乙烯塑料的类型，使用性能及用途： 硬聚氯乙烯。不含或只含少量的增塑剂。强度较高，质硬，介电性能好，化学稳定性好，抗酸碱能力强，但耐热性不高。 主要用于制造片材，板材，管材，棒材等各种型材，生产泵中的 弯头，零件，三通阀等，还可用于制造泡沫塑料。 软聚氯乙稀。含较多的增塑剂，可塑性，流动性比硬聚氯乙稀好，制品柔软且富有弹性，抗酸碱能力强，耐寒耐光且不受氧及臭氧的影响，但耐热性，机械强度，耐磨性，耐溶性及介电性不如硬聚氯乙稀。 软聚氯乙稀主要用于制造手柄，绝缘垫等结构性零件，各种薄膜 ，人造革，地板胶，电线电缆的绝缘层和软管。,聚氯乙烯(PVC),大多数聚氯乙烯塑料长期使用温度范围不宽（-15-55度).某些特殊配方的长期使用温度可达90度。 聚氯乙烯的成型性能： 聚氯乙烯塑料的成型性能较差，这是由于它的成型温度范围较窄，加热到80-85度就开始软化，它的粘流温度接近于分解温度，因此，必须严格控制成型温度，增大模具浇注系统截面尺寸，注意模具冷却系统的设计，提高型腔表面光滑程度（镀铬等）。,聚苯乙烯（PS),无色，透明并有光泽的非结晶型线型结构的高聚物。聚苯乙烯树脂来源广泛，产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯。 聚苯乙烯使用性能： 透明性好，透光率高，光学性能仅次于有机玻璃。 化学稳定性优良，耐酸（硝酸除外），碱，醇，油，水能力强，但对氧 化剂，苯，四氯化碳，酮类（丙酮除外），酯类等抵抗能力较差。 电性能优良，是理想的高频绝缘材料。 质硬，介电性能好，化学稳定性好，抗酸碱能力强 。,聚苯乙烯(PS),耐热性不高,使用温度为-30-80度。 耐磨性较差，质脆，耐冲击性较差，导热系数小，线膨胀系数比金属大，塑料件易产生内应力，易开裂。 聚苯乙烯成型性能： 成型性能优良，吸水性小，成型前可不进行干燥；收缩小，制品尺寸稳定；比热容小，可很快加热塑化，且塑化量较大，故成型速度快，生产周期短，可进行高速注射。 聚苯乙烯的用途： 可用来制造仪表外壳和指示灯罩，电视机结构零件，高频插座,隔音和绝缘用泡沫塑料，各种容器等。,聚乙烯（PE),聚乙烯使用性能： 电性能优良，是理想的绝缘材料,它的介电性能与温度和频率无关.无杂质的聚乙烯可作为超高频绝缘材料. 耐热性不高,低密度聚乙烯使用温度为不超过80度。高密度聚乙烯使用温度为不超过100度.耐寒性很好,在-60度仍有较好的机械性能. 化学稳定性好，耐酸,碱，醇，盐能力强. 可溶性较差，室温下不溶解于一般溶剂. 耐水性很好，长期与水接触,性能保持不变.化可作为超高绝缘材料,化学稳定性好，抗酸碱能力强 。,聚乙烯(PE),在热,光,氧气的作用下会发生老化,变脆,机械性能和介电性能下降,因此必须在聚乙烯塑料中加入抗氧化剂和紫外线吸收剂 有一定的机械性能,但与其它塑料相比,机械强度,表面硬度较低.高密度聚乙烯优于低密度聚乙烯.但柔软性,耐冲击性不如低密度聚乙烯. 聚乙烯的成型性能： 聚乙烯成型性能好，这是由于其吸水性好，成型前可不预热，熔体粘度小，流动性好，成型时不易分解。 聚乙烯的用途： 聚乙烯用于制造电气绝缘零件，尤其是无线电中的高频电线，电缆；薄膜；管材，单丝绳；生产机械零件和日用品，防油纸，防湿的涂覆纸等。,聚丙烯(PP),聚丙烯的使用性能： 聚丙烯具有聚乙烯所有的优良性能，如电性能优良，耐水性，化学稳定性，成型性好等,同时许多性能比聚乙烯还好，如耐热性较好，可在100-120度下长期使用；但耐低温不如聚乙烯，温度低于零下降35度会产生脆裂；机械性能较好，弯曲强度和拉伸强度接近于聚苯乙烯，刚性和延伸率好，抗应力开裂性比聚乙烯好，但耐磨性稍差；严重缺点是在氧，热，光作用下容易降解，老化，为此，应在聚丙烯塑料中加入稳定剂。 聚丙烯的成型性能： 聚丙烯吸水性好小，熔融状态流动性比聚乙烯好，但收缩率大，易产生缩孔，凹痕，变形等缺陷，成型温度低时，方向性明显，凝固速度较快，容易产生内应力。因此，应注意控制成型温度，制品壁厚应该均匀，浇注系统应较缓慢散热，冷却速度不宜过快。,聚丙烯(PP),聚丙烯的用途： 聚丙烯用于制造板材，片材，管材，薄膜，瓶子，化工设备中的法兰，管接头，泵的叶轮，阀门配件等机械零件，电气绝缘零件，日用品等；聚丙烯还可用于合成纤维抽丝。,聚酰胺-尼龙(PA),聚酰胺的使用性能： 聚酰胺的抗拉强度，硬度高，耐磨性和自润滑性很突出，其耐磨性高于作轴承的铜及铜合金，并有很好的耐冲击性能，疲劳强度与铸铁，铝合金相当；耐弱碱和大多数盐类，但不耐强酸和氧化剂；不溶于普通的有机溶剂（如苯，汽油，煤油等）和油脂，但会被甲酚，苯酚，浓硫酸溶解；耐热性不高，长期使用温度不超过80度。 聚酰胺的成型性能： 熔融温度范围较窄，熔点较高，为180-280度之间； 吸水性大，难以制造精度高，尺寸稳定的产品，成型前须干燥。 热稳定性差易产生缩孔，凹痕，变形等缺陷. 聚酰胺熔融状态粘度低，流动性好，有利成型薄壁制品，但必须 严格控制温度和正确设计模具及冷却系统。,聚酰胺-尼龙(PA),聚酰胺的用途： 聚酰胺用于制造减磨耐磨零件及传动件，如轴承，齿轮，凸轮，滑轮，衬套，铰链 等；制造电器，仪表，电子设备中的骨架，垫圈，支架，外壳等零件；还可用作阀座，密封圈，薄膜及日用品。,聚甲醛(POM),聚甲醛的使用性能： 综合机械性能良好，强度硬度高，具有与金属材料较为接近的比强度和比刚度 ；很好的冲击韧性和耐疲劳强度，好的耐磨性和小的磨擦系数。 热变形温度较高，连续使用的温度为100度。 热稳定性较差，加热时易分解，在光，氧作用下易老化； 聚甲醛的成型性能： 熔融温度范围较窄，熔点较高，为180-280之间； 吸水性比聚酰胺和ABS等塑料小，成型前可不必干燥，制品尺寸稳定性好，可以制造较精密的零件。,聚甲醛(POM),热稳定性差易产生缩孔，凹痕，变形等缺陷，成型温度低时，方向性明显，凝固速度较快，制品容易产生毛斑，折皱，熔接痕等表面缺陷，并且收缩率大，热稳定性差。 聚甲醛的用途： 聚甲醛是一种较好的工程材料，可以在很多领域代替钢，铜 ，铝，铸铁等金属材料制造许多种结构零件。如汽车散热器排水管阀门，散热器箱盖，空气压缩机阀门等零件。,聚碳酸酯(PC),聚碳酸酯的使用性能： 机械性能好，拉伸与弯曲强度与聚酰胺，聚甲醛相当，抗冲击和抗蠕变性能突出，制品尺寸稳定；耐疲劳强度低，使用中容易产生应力开裂，磨擦系数大，耐磨性差； 耐热性较好，长期使用温度可达130度，耐寒性好，脆化温度为-100度； 具有一定的化学稳定性，耐水，稀酸，油等，但不耐碱，酮，酯等，在光的作用下不会老化； 吸水性较小，透光率很高，介电性能良好；,聚碳酸酯的成型性能： 熔融温度高（220-230度），熔体粘度大，流动性较差，当冷却速度较快时，制品容易产生内应力。 吸水性小，但在成型过程中即使含有0.2 %的水分也会使制品产生气泡，银丝和斑痕，所以成型前仍需干燥，成型收缩率好，可以得到精度高的零件。 聚碳酸酯的用途： 聚碳酸酯在电气，机械，光学，医药等工业部门得到广泛的应用。在机械设备中用于制造中，小负荷的部件，如齿轮，齿条，蜗轮，蜗杆，凸轮，轴，杠杆等；还可制造转速不高的耐磨件，如轴套，导轨等；在电器电子工业中可制造各种绝缘接插件；因透光性高，可制造大型灯罩，门窗等；无毒无味有较好的耐热性，可制造医疗器械。 9,聚碳酸酯(PC),ABS塑料,ABS塑料的使用性能： ABS是由丙烯晴，丁二烯，苯乙烯三种单体聚合而成的非结晶型高聚物，因此具有三种组合物的综合性能。丙烯晴可使ABS具有较高的强度，硬度，耐热性和耐化学稳定性，丁二烯可使ABS具有弹性和较高的冲击韧性，苯乙烯可使ABS具有优良的介电性能和成型加工性能。 ABS塑料在一定的温度范围内具有较高的冲击性能和表面硬度及耐磨性； 热变形温度为100度左右，比聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚酰胺，都高 具有一定的化学稳定性和良好的介电性能；能与其它塑料和橡胶混溶等特性； 制品尺寸稳定，表面光泽，可以抛光和电镀。 耐热性不高，耐低温和耐紫外线性能也不好。,ABS塑料,ABS塑料的成型性能： ABS塑料成型性能较好，它的流动性较好，成型收缩率小，；ABS比热容较低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固也较快，模塑周期短。但ABS吸水性大，成型前必须充分干燥。 ABS塑料的用途： 由于ABS塑料具有良好的综合性能和易于成型，所以在机械，电气，轻工，汽车，飞机，造船以及日用品等工业中得到较广泛的应用，如电器仪表外壳，汽车仪表盘，仪表壳，把手，管道，电池槽等。,聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）,聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）的性能用途： 聚甲基丙烯酸甲脂俗称有机玻璃，它是透明度很高的一种热塑性塑料。它的主要特征是质轻，透光率高，它可以透过90 以上的太阳光和73 以上的紫外线光； 着色性好，加入有机着色剂可以染成各种鲜艳的颜色，加入荧光剂可制成荧光塑料。 使用温度范围-60-100度， 表面硬度不高，容易划伤，质脆，易开裂。 吸水性低，成型收缩率小，塑料件的尺寸稳定性好，但它的热稳定性较差。 有机玻璃可制面管，棒，板等型材，可制造飞机驾驶舱盖和飞机，汽车，轮船的玻璃窗，仪表盘，仪表壳油杯，光学玻璃以及钮扣等日用品。,硅胶,硅胶性能： 极好的耐高低温性，耐臭氧性能，低温柔软性， 绝缘性能良好 良好的导热性能 强的吸附性能 硅胶无毒、无味、与酸不起作用，对液相和气相介质有很强的吸附性能，硬度比玻璃稍软，除氢氟酸和强碱外，不溶于水及各种化学溶剂，物性非常稳定。 硅胶用途 电话机、电脑 ，计算器 键盘、 电极及密封件。 硅胶是用于物品吸潮、除湿、包装封存的理想产品。 微波炉、洗碗机、电磁炉等家用电器及船舱 与窗户以及电箱、重叠金属片的接口,硅脂,有机硅树脂的性能 ： 热稳定性。有机硅树脂的Si-O键有较高的键能（363kJ/mol），所以比较稳定，耐热性和耐高温性能均很高。一般说来其热稳定性范围可达200250，特殊类型的树脂可以更高一些。 力学性能。有机硅树脂固化后的力学性能不高，受热时弯曲强度有较大幅度的下降。若在主链中引入亚苯基，可提高刚性、强度及使用温度。 电性能。有机硅树脂具有优良的电绝缘性能，它的击穿强度、耐高压电弧及电火花性能均较优异。 憎水性。有机硅树脂的吸水性很低，水珠在其表面只能滚落而不能润湿。因此，在潮湿的环境条件下，有机硅树脂玻璃纤维增强复合材料仍能保持其优良的性能。 有机硅树脂的用途： 用于胶接金属或非金属材料的粘胶剂，如Bondply.,电源绝缘材料,VALOX FR-1 LEXAN FR-700 LEXAN FR-60 PET (MYLAR麦拉) FORMEX FORMEXGK STATEX,VALOX FR1,聚对苯二甲酸丁二醇酯（VALOX) VALOX FR-1 是一种符合UL94 VTM-0标准的薄膜，最薄达到0.003“，它具有中等程度的耐温性，系PBT材料。 FR-1的出色