[材料科学]textbook8-材料及其性能.ppt

常用工程材料 基本知识培训 黑色金属 有色金属 生铁 铸铁 钢 工 程 材 料 金 属 非金属 高分子 材料 复合材料 铝及铝合金 铜及铜合金 钛合金 镁合金 玻璃 水泥 陶瓷 塑料 橡胶 合成纤维 聚合物基复合材料 金属基复合材料 工程材料的分类 第一部分 金属材料 第二部分 工程塑料 第三部分 橡胶 内容提纲 第一部分 金属材料 第一章 黑色金属分类 钢铁材料又称黑色金属材料，钢铁是指钢和铁的统称 ，都是以铁和碳为主要元素组成的合金。 生铁 铸铁 钢 一、 黑色金属分类 第一部分 金属材料 1.生铁的分类 生铁：碳的质量分数c大于2%的铁碳合金称为生铁。 （1）按用途分： 炼钢生铁：指平炉、转炉炼钢用生铁，其含Si量较低，si不大于1.75%，含 硫较高，s不大于0.07%。炼钢生铁硬而脆，断口成白色，所以也叫白口铁。占 生铁产量的80%-90% 铸造生铁:又称翻砂铁，一般含Si量较高，si达3.75%，含硫量较低，s不 大于0.06%。断口呈灰色又称灰口铁。 它占生铁产量的10% （2）按化学成份分： 普通生铁：普通生铁是指不含其它合金元素的生铁，如炼钢生铁、铸造生铁 特种生铁： a.天然合金生铁： 天然合金生铁是指含有共生金属，如铜、钒、镍等的铁矿 石或精矿石，用还原剂还原而炼成的一种生铁，它含有一定量的合金元素，可用 来炼钢或铸造。 b.铁合金：是在炼铁中特意加入其它成份，炼成含有多种合金元素的特种生 铁，如硅铁、锰铁、铬铁、钼铁等等。 第一部分 金属材料 2、铸铁的分类 碳的质量分数c超过2%（一般为2.5%-3.5%）的铁碳合金称为铸铁。 按断口颜色分： 灰铸铁：铸铁中碳大部或全部以自由状态的片状石墨形式存在，断口是暗灰色， 故称灰铸铁，有一定力学性能和良好的被切削加工性。 白口铸铁：组织中完全没有或几乎没有石墨的一种铁碳合金，其中碳完全以渗碳 体形式存在。 麻口铸铁：介于白口铸铁与灰口铸铁之间的一种铸铁，断口呈灰白相间的麻点， 故称麻口铸铁，性能不好，极少应用。 按化学成份： 普通铸铁：指不含任何合金元素的铸铁。如常用的灰铸铁，可锻铸铁等。 特殊铸铁：在普通铸铁中有意加入一些合金元素，借以提高铸铁某些特殊性而配 制的一种高级铸铁，如各种耐热、耐腐蚀、耐磨铸铁。 第一部分 金属材料 按生产方式和组织性能分： 孕育铸铁：又称变质铸铁，在灰铸铁基础上，采用“变质处理”即是在铁水中加入 少量的变质剂（硅铁或硅钙合金）造成人工晶核，获得细晶的珠光体和细片状石墨 组织的一种高级铸铁。这种铸铁强度塑性和韧性比一般灰铸铁好，主要用来制造力 学性能要求较高而截面尺寸变化大的大型铸件。 可锻铸铁：是一种由一定成份的白口铸铁经石墨化退火后而成，其中碳大部或全 部成团絮状石墨的形式存在。比灰铸铁具有较高的韧性，故又称韧性铸铁，此种铸 铁并不可以锻造，多用来制造承受冲击载荷的铸件。 球墨铸铁：球墨铸铁铸铁 又称球铁铁。它是通过过在浇铸浇铸 前往铁铁水中加入一定量的球化 剂剂（如纯镁纯镁 或其合金）和墨化剂剂（硅铁铁或硅铝铝合金）以促进进碳呈球状石墨结结晶而 获获得的。在机械工程上获得广泛应用。 第一部分 金属材料 3、 钢的分类 （1）按冶炼方法分： 平炉钢：主要有普通碳钢、低合金钢、优质碳素钢。 转炉钢：转炉钢的主要品种是普碳钢，也生产优质碳素钢和合金钢。 电炉钢：主要品种：优质钢和合金钢。 （2）按脱氧程度和浇注分： 沸腾钢：这是脱氧不完全的钢，在浇注时钢锭模里产生沸腾。这类钢大量用来轧 制普通碳素钢、钢板型钢。 镇静钢：它是脱氧完全的钢，在浇注时钢液镇静，没有沸腾现象，一般合金钢和 优质碳素钢都是镇静钢。 半镇钢：它是脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间的钢，在钢生产中的的比重不大 。 注：（i）脱氧方法表示符号：F、b、Z、TZ （ii）F-沸腾钢 、 b-半镇静钢 、 Z-镇静钢 、TZ-特殊镇静钢 （Si0.07%） (Si0.17%) Si下限值0.12% 第一部分 金属材料 按化学成份分： 合金钢：在碳素钢基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时，特意加入一些合金 元素（如铬、镍、硅、锰、钛、硼等）而炼成的钢。 a.低合金钢 合金元素总量5% b.中合金钢 合金元素总量5%10% c.高合金钢 合金元素总量10% 碳素钢：c低于2% ，并含有少量锰、硅、硫、磷、氧等杂质的铁、碳合金。 工业纯铁 c0.04%的铁碳合金 低碳钢 c0.25%的钢 中碳钢 c0.25%-0.60%的钢 高碳钢 c0.60%的钢 第一部分 金属材料 按用途分： 建筑及工程用结构钢 （i）.建筑及工程用结构钢 ： a、普通碳素结构钢； b、低合金钢 （ii）.机械制造用结构钢：a、优质碳素结构钢；b、合金结构钢； c、易切削钢 ； d、弹簧钢 ；e、滚动轴承钢 工具钢 （i）按化学成份分：a、碳素工具钢； b、合金工具钢 ；c、高速钢 （ii）按用途分： a、刃具钢（或刀具钢） b模具钢 c量具钢 特殊钢：指用特殊方法生产具有特殊物理、化学性能或力学性能的钢。如： （i）不锈耐酸钢 （ii） 耐热不起皮钢 （iii）高电阻合金钢 （iv）低温用钢 （v）耐磨钢 （vi）磷钢 （vii）抗磁钢 （viii）超高强度钢（指b1400MPa的钢 ） 专业用钢：指工业部门用钢： （i）汽车用钢 （ii） 农机用钢 （iii）航空用 钢 （iv）化工用钢 （v）锅炉用钢等等 第一部分 金属材料 按品质分 （i）普通钢：这类钢含杂质较多，主要用作建筑结构既要求不太高的机械零件， 如普通碳素钢、低合金结构钢(cp均限在0.07%内) （ii）优质钢：杂质少、质量好，其中硫与磷含量s、p限制在0.04%内，主要有优质 碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢等 （iii）高级优质钢：含杂质极少，其中硫与磷含量sp限制在0.03%内，主要机械零 件和工具，在钢号后加A或文字。 按制造加工形式分 （i）铸钢：c一般在0.15-0.60%的钢，制造一些复杂难于锻造或切削加工成型又要求 较高强度和塑性的零件。 （ii）锻钢：指用锻造方法而生产出来的各种锻材和零件，锻钢件的质量一般比铸钢件 高，能承受大的冲击力，塑性、韧性和其它力学性能都比铸钢件高。 （iii）热轧钢：热轧用来生产型钢、钢管、钢板，也用来轧制线材。 （iv）冷轧钢：表面光洁、尺寸精确、力学性能好。 （v）冷拔钢：指用冷拔方法生产出的各种冷拔钢材，其特点是精度高，表面质量好， 主要生产冷拔钢丝、圆钢、六角钢、钢管。 第一部分 金属材料 二、钢铁产品名称、用途、特性 元素名称化学元素符号元素名称化学元素符号 铁Fe钙Ca 锰Mn锡Sn 铬Cr铅Pb 镍Ni碳C 铜Cu硅Si 钒V硫S 钛Ti磷P 铝Al氮N 镁Mg氧O 氢H 1、常用钢铁产品所涉及到的化学元素及符号 第一部分 金属材料 名称汉字汉语拼音采用符号字体位置 炼钢用生铁炼LIANL大字牌号头 铸造用生铁铸ZHUZ大字牌号头 球墨铸铁用生铁球QIUQ大字牌号头 耐磨生铁耐磨NAIMOTL大字牌号头 碳素结构钢屈QUQ大字 低合金高强度钢屈QUQ大字 易切削钢易YIY大字牌号头 电工用热轧硅钢电热DIANREDR大字 电工用冷轧无取向硅钢无WUW大字牌号头 电工用冷轧取向硅钢取QUQ大字牌号头 电磁铁电铁DIANTIEDT大字牌号头 碳素工具钢碳TANT大字牌号头 塑料模具钢塑模SUMOSM大字 滚珠轴承钢滚GUNG大字 铆螺钢铆螺MAOLUOML大字 2、钢铁产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号 第一部分 金属材料 3、常用钢铁产品的牌号表示方法 （1）碳素结构钢 GB/T700-1988 （i）常用牌号： Q235Bb Q195AF Q255A Q275 （ii）牌号符号意义 Q 235 B b 脱氧方法： b-半镇静钢 质量等级A、B、C、D 屈服点（强度）值MPa 钢材屈服强度“屈”字的拼音首位字母 50 Mn F A 优质无符号 质量等级：A-高级优质 脱氧方法：同碳素结构 锰元素，锰含量较高Mn0.70%-1.00% 含碳量：以平均万分之几表示 （2）优质碳素结构钢 GB/T699-1999 （i）常用牌号：08、10、15、20、25、30、35、45、20A、40Mn、50、55等 （ii）牌号符号意义 第一部分 金属材料 Q 390 A 质量等级A、B、C、D、E 屈服点（强度）值（MPa） 钢材屈服强度“强”字的拼音首位字母 (3) 低合金高强度钢 GB/T1591-1994 （i）牌号： Q295 Q390B Q345A Q420C Q460 09MnV 16Mn 15MnTi等 （ii）牌号符号意义： DR 1750 G 35 厚度值的100倍 G-表示频率为400Hz时在强磁场下检测的钢板 无符号-表示频率为50Hz时在强磁场下检验的 钢板铁损值的100倍 代表电工用热轧硅钢薄钢板 电工用热轧硅钢薄钢板 GB5212-1985 DR510-50 DR1750G35 化学元素符号，以百分之几表示 含Cr量，以千分之几表示 代表滚动轴承 滚动轴承钢 GB/T5216-1985 GCr9、GCr15SiMn等 GCr15 SiMn 第一部分 金属材料 三、金属材料基本性能 1、金属材料主要性能 物理性能：a、密度b、热性能（熔点C导热率膨胀系数 ）c、电阻性能（电阻率e、导电率k、电阻温度系数p）d、 磁性能指标（导磁率、磁感应强度B、磁场强度H、铁损e、 减磨耐磨性能（摩擦系数相对摩擦系数）。 力学性能：弹性指标（弹性模量E（MPa）、切变弹性 量G）、强度（强度极限、抗拉强度b、抗弯强度w或Y、 抗剪切强度、抗扭强度b）屈服极限s、屈服强度0.2。 第一部分 金属材料 化学性能： a、耐腐蚀性 (i)化学腐蚀：指抵抗周围介质（大气、水蒸气、有害 气体、酸碱盐等）腐蚀作用的能力 (ii)电化学腐蚀：金属与酸、碱、盐等电解液时发生作 用而引起的腐蚀 (iii)点腐蚀 (iv)腐蚀速度 (v)腐蚀率等 b、抗氧化性：指在室温或高温下抵氧化的能力，金属的 氧化过程实际上是属于化学腐蚀的一种形式。 c、化学稳定性：指金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总 称。 第一部分 金属材料 2、金属材料的工艺艺性能 铸铸造性（流动动性、收缩缩率、偏析倾倾向） 锻锻造性：指金属材料在锻锻造过过程承受塑性变变形能力。 焊焊接性：用焊焊接方法将金属材料焊焊合在一起的性能。低碳钢钢好、中碳钢钢 中等、高碳钢钢和高合金钢钢、铸铁铸铁 、铝铝合金焊焊接性差。 加工性：指金属在切削时时的难难易程度。 热处热处 理工艺艺性：是指金属或合金在固态态范围围内通过过加热热、保温和冷却 方法以改变变金属或合金内部组织组织 所需工艺艺。工艺艺性指淬硬性、淬透性（指 钢钢在淬火时时能够够得到的淬硬层层深度）、淬火变变形及开裂趋势趋势 、表面氧化及 脱碳趋势趋势 、回火稳稳定性、回火脆性、时时效趋势趋势 等。 金属材料工艺艺性能试验试验 i顶锻试验顶锻试验 ：锻锻短至原长长1/3或1/2，检查检查 是否有裂纹纹。 ii冷弯试验试验 ：将材料试试件围绕围绕 具有一定直径圆圆柱弯到一定角度，或弯 到两端面接触，查查弯曲处处塑性变变形有无裂纹纹。 iii杯突试验试验 ：规规定的钢钢球或球形冲头顶压头顶压 在压压模内的试样试样 ，直至试试 样产样产 生第一个裂纹为纹为 止，压压入深度称为为杯突深度。 iv金属管液压试验压试验 ：用以检查检查 金属管的质质量和耐液压压强度，查查有无漏 水，浸湿和永久变变形。 铁铁-碳平衡图图（略） 第一部分 金属材料 3、金属材料力学性能指标名称、符号、单位的说明 （1）弹性弹性是指金属在外力作用下产生变形，当外力 取消后又恢复到原来的形状和大小的一种特性。 弹性模量 E=/（Mpa） -应力 -应变 切变模量 G= b/ （Mpa） b切应力 相应扭转滑移 （2）强度强度指金属在外力作用下，抵抗塑性变形和断 裂的能力。(续见下页表格) （3）硬度指金属抵抗硬的物体压入其表面的能力。 （4）塑性指金属材料在外力作用下，产生永久变形不至 破裂的能力。 伸长率 断面收缩率 （5）韧性指金属材料在冲击力（动力载荷）的作用下而 不破坏的能力。 （6）疲劳指金属材料在极限强度下，长期承受交变负荷 （即大小方向反复变化的载荷）的作用下不发生显著塑性变 形的情况下而突然断裂的现象。 第一部分 金属材料 名称符号计量 单位 计算公式含义 强度极限Mpa P最大载荷（N） 指金属受外力作用，在断裂前单位面积上所能承受的最大载荷 抗拉强度Mpa P 最大拉力（N） 指外力是拉力时的强度极限，它是衡量金属材料强度的主要性能指 标 抗压强度Mpa Py最大压力（N） 指外力是压力时的强度极限，压缩试验主要用于低塑性材料，如铸 铁，木材，塑料等 . 屈服极限 (或屈服点) Mpa Ps屈服载荷（N） 金属受载荷时，当载荷不再增加，但金属本身的变形继续增加，这 种现象叫屈服。产生屈服现象时的应力叫屈服极限或屈服点。 屈服强度Mpa P 试样产生永久变形为 0.2%时的载荷（N） 金属发生屈服现象时，为便于测量通常按其产生永久残余变形量等 于试样原长0.2%的应力作为条件屈服强度或称条件屈服极限。 蠕变强度Mpa金属在高温条件下，即使所受应力小于屈服点，也会随时间的增加 而缓慢地产生永久变形，称为蠕变。 抗剪强度 Mpa Pz/F Pz-最大剪切应应力（N） F-试样试样 横截面积积（mm） 指外力是剪切力时的强度极限 第一部分 金属材料 名称符号计量单位计算公式含义 密度 Kg/m 或g/ cm m物质的质量（kg或g） v物质的体积（m 或cm ） 单位体积所包含的质量，称为密度。 热性能指标 a、熔点 b、导热率 c、线膨系数 T 或K w/(m ) 1/k或（k ） 瓦特每米开尔文 每开尔文 a、金属材料由固态转变为液态时的温度称熔点。在单 位时间内，当沿着热流方向的单位b、长度上温度降低 1开尔文（或1 ）时，单位面积容许导过的热量。c、 金属温度每升高1 所增加的长度与原长度的比值。 磁性能指标 a、磁场强度 b、铁损 H P A/m（安培每米） W/Kg（瓦特每千 克） H= B磁感应强度（G） 导磁率 磁场强度是一个表示磁场中各点磁力大小和方向的物 理量。 单位质量的电机或变压器铁心材料，在交变磁化下所 消耗的功率，称为铁损。 减磨、耐磨性能 指标 a、磨擦系数 b、相对摩擦系数 无量纲 无量纲 =F/N F摩擦力（N） N垂直载荷（N） / 被测材料 通常把摩擦力（F）与施加在摩擦部位上的垂直载荷（ N）的比值，称为磨擦系数。 这是用来相对地表示金属材料好坏的一个指标，它是 在模拟耐磨试验机上进行测定的，通常采用硬度 HRC52-53的65Mn钢作为标准试件。 越大，说明这种 材料耐磨性越好 四、衡量金属材料物理性能指标 第一部分 金属材料 标标准代号标标准名称 ISO国际际（标标准化组织组织 ）标标准 IDO联联合国工业发业发 展组织标组织标 准 EN欧洲共同体标标准 ANSI美国国家标标准 SAE美国汽车车工程师协师协 会标标准 BS英国标标准 DN德国标标准 IS印度标标准 JIS日本工业标业标 准 KS韩韩国工业标业标 准 NF法国标标准 五、常用标标准代号 1、国外标标准 标标准代号标标准名称 GB国家标标准（强制性标标准） GB/T国家推荐性标标准 GBn国家内部标标准 GBJ国家工程建设标设标准 GJB国家军军用标标准 CB船舶行业标业标准 DL电电力行业标业标准 EJ核工业业行业标业标准 HB航空行业标业标准 HG化工行业标业标准 JB机械行业标业标准 MH民用航空行业标业标准 QB轻轻工业标业标准 QC汽车车行业标业标准 QJ航天行业标业标准 SJ电电子行业标业标准 WJ兵器工业标业标准 YS有色冶金行业标业标准 YB黑色冶金行业标业标准 2 、 我 国 国 家 标标 准 和 行 业业 标标 准 第一部分 金属材料 六、合金钢钢 合金钢钢：在钢钢中除含有铁铁、碳和少量不可避免的硅、锰锰、硫、磷元素以外， 还还含有一定量的合金元素，钢钢中的合金元素有硅、锰锰、镍镍、铬铬、矾矾、硼、 铝铝、稀土等其中一种或几种，这这种钢钢叫合金钢钢。 1、优质碳素结构钢（GB/T699-1999） 优质碳素结构钢是含碳小于0.8%的碳素钢，这种钢中所含的硫、磷及非金属 夹杂物比碳素结构钢少，机械性能较为优良。此类钢是依靠调整含碳（C） 量来改善钢的力学性能，因此，根据含碳量的高低，此类钢又可分为： 低碳钢-含碳量一般小于0.25%，如10、20钢等； 中碳钢-含碳量一般在0.250.60%之间，如35、45钢等； 高碳钢-含碳量一般大于0.60%。此类钢一般不用于制造钢管。 实际上，他们之间的含碳量并没有明显的界限。 此类钢产量较大，用途较广，一般多轧（锻）制成圆、方、扁等型材、 板材和无缝钢管。主要用于制造一般结构及机械结构零、部件以及建筑结构 件和输送流体用管道。根据使用要求，有时需热处理（正火或调质）后使用 。 第一部分 金属材料 2、低合金高强度钢钢GB/T1591-1994 Q295、Q345、Q390、Q420、Q460（按顺顺序强度增大） 主要用于建筑结结构、工业业厂房、低压锅压锅 炉、低中压压化工容器等 3、合金结构钢 GB/T3077-1999 合金结构钢含碳量分子数c比碳素结构钢低一些，一般在0.15%-0.50% 的范围内，除含碳外，还含有一种或多种合金元素，如硅、锰、钒、钛 、硼及镍、铬、钼等。 20Mn2-50Mn2 40B50B 15Cr 15CrA 40Cr 45Cr 50Cr 15CrMo35CrMo 45CrMnTi 20CrTi 还有弹簧钢、优质结构钢、冷拉钢材等 第一部分 金属材料 4、工具钢钢 GB/T1298-1986 碳素工具钢钢 T7、T8T13A 合金工具钢钢 GB/T1299-2000 合金工具钢钢是含多种合金元素， 如硅、铬铬、钨钨、钼钼、钒钒等的中、高碳钢钢，合金工具钢钢容易淬硬、不易 产产生变变形和裂纹纹，适于制造尺寸大、形状复杂杂的刀具、模具和量具。 9SiCr 9Cr2 Cr12MoV等，高耐磨性，切削不剧剧烈。板牙、钻头钻头 、 绞绞刀、拉刀、冲模、锻锻模。 高速工具钢钢 GB/T9943-1988 W18CrV等，广泛用于制造加工中 等强度的各种刀具、车车刀、铣铣刀、拉刀、齿轮齿轮 刀具等高硬度高速切削 刀具、滚滚刀、车车刀。 第一部分 金属材料 七、常用钢钢板、圆钢圆钢 、钢带钢带 、钢丝标记钢丝标记 示例 标记标记 示例2 选选用10号钢钢，厚度2.5，B级级精度，表面质质量为为级级，拉延级级 别为别为 P级级的冷轧轧薄钢钢板表示为为： 钢钢板 标记标记 示例3 选选用08AL钢钢，厚度为为1.0，B级级精度，表面质质量为为级级，拉延 级别为级别为 ZF的钢钢板表示为为： 钢钢板 2、冷拉圆钢圆钢 标记标记 示例，选选用45号钢钢，尺寸公差为为12级级，直径为为18mm的冷拉圆钢圆钢 表 示为为： 冷拉圆钢圆钢 （GB/T3077-94为热轧圆钢为热轧圆钢 ） 1、钢钢板 标记标记 示例1 选选用Q235，厚度1mm，B级级精度冷轧轧薄钢钢板表示为为： 钢钢板 第一部分 金属材料 3、钢钢管 标记标记 示例，选选用10号钢钢，外径为为38mm，壁厚为为3.5mm，外径为为高精度、 壁厚为为普通精度的冷拔钢钢管表示为为： 钢钢管拔10-35高3.5-GB/T8162-1989 4、钢带钢带 标记标记 示例，选选用45钢钢，普通精度等级级组组，切边边、退火的厚度1mm，宽宽 度50mm钢带钢带 标记标记 示例： 45-P-Q-T-150-GB/T3522-1983 选选用08钢钢，普通精度组组，不磨光、切边边、软软，厚度0.8mm，宽宽70mm的 低碳钢带钢带 标记标记 示例： 钢带钢带 08-P-BM-Q-R-0.870-GB/T3526-1983 5、钢丝钢丝 标记标记 示例，选选用10号钢钢，软态软态 ，直径允许许偏差11级级，直径为为10mm的冷拉 碳素结结构钢丝钢丝 表示为为 ： 钢丝钢丝 第一部分 金属材料 第二章 有色金属 一、有色金属 的概念 有色金属 ：我们通常把铁、锰、铬及其合金称为黑色金属，把其他金属及 其合金称为有色金属。有色金属及其合金具有钢铁材料所没有的许多特殊 的机械、物理和化学性能，是现代工业中不可缺少的金属材料。它们的种 类很多，本章仅简单介绍较常用的几种，如铝、铜、钛、镁等。 常用有色金属和合金元素的名称及代号 名称化学元素拼音代号名称化学元素拼音代号 铜CuT钼Pb 铝AlL锡Sn 镁MgM锑Sb 钛TiT金Au 黄铜H银Ag 青铜Q镉Cd 白铜B铍Be 锌Zn 第一部分 金属材料 二、铜铜及铜铜合金 1、纯铜纯铜 Cu 特性：原子量 63.54，密度8.9，熔点1083,电电阻率0.01673 ，线线性膨胀胀数17.610-6/，导热导热 率0-100 399W/mk。软软 态态 280MPA，延伸率40%。 用途：各种导线导线 、电缆电缆 、导电导电 牌、电电器开关等导电导电 器材和各 种冷凝管、散热热管、热热交换换器、真空电电弧炉的结结晶器等。导导 电电器材用量占铜铜材总总量一半以上。 所有杂质杂质 和加入元素，不同程度降低铜铜的导电导电 、导热导热 性能 。固溶于铜铜的元素(除Ag、Cd外)对铜对铜 的导电导电 、导热导热 性降低 较较多，而呈第二相析出的元素则对铜则对铜 的导电导电 、导热导热 性降低较较 少。 第一部分 金属材料 2、工业纯铜业纯铜 的牌号 纯铜纯铜 含铜铜 99.90-99.99%，加工铜铜国家标标准有9个牌号：3 个纯铜纯铜 牌号、3个无氧铜铜牌号、2个磷脱氧铜铜牌号、1个银铜银铜 牌号；高纯铜纯纯铜纯 度可达 99.99%99.9999% ，又称为为4N、 5N、6N铜铜。 工业纯铜业纯铜 的牌号用字母T加上序号表示，如T1，T2，T3等 ，数字增加表示纯纯度降低。 无氧铜铜用 “T”和“U”加上序号表示，如TUl、TU2。 用磷和锰锰脱氧的无氧铜铜，在TU后面加脱氧剂剂化学元素符号 表示，如TUP、TUMn。 第一部分 金属材料 3、铜铜合金 铜铜合金：黄铜铜、青铜铜、白铜铜。 黄铜铜：铜铜、锌锌二元合金称普通黄铜铜，如H62，含铜铜62%，含锌锌38% ； 还还可加入少量铅铅、锡锡、铝铝、锰锰等，组组成多元合金。第三组组元为铅为铅 的称铅铅黄 铜铜，为铝为铝 的称铝铝黄铜铜。 黄铜铜性能（导电导电 、导热导热 性等）随Zn等金属含量的增加而下降，而机械性能( 抗拉强度、硬度、耐磨、铸铸造等)则则随上升，所以黄铜铜在工业业上的应应用，主 要根据其性能来选择选择 。 代号 化学成分, %机械性能 CuZn加工状态bMPa%HB H969597余量退火25035 H807981余量退火27050 H686770余量退火30040 H595760余量退火/变形300/42025/5/103 黄铜铜的成分和机械性能 二元黄铜铜 第一部分 金属材料 三元黄铜铜 组 别代 号 主要化学成分, %机械性能(变形) Cu其它 b MPa % HB Pb黄铜 HPb 63-3 HPb 60-1 62.065.0 59.061.0 Pb 2.43.0 Pb 0.61.0 600 610 5 4 Sn黄铜 HSn 90-1 HSn 62-1 88.091.0 61.063.0 Sn 0.250.75 Sn 0.71.1 520 700 5 4 148 Al黄铜 HAl 77-276.079.0Al 1.82.665012170 Si黄铜HSi 65-1.5-363.566.5 Si 1.02.0 Pb 2.53.5 6008160 Mn黄铜 Fe黄铜 HMn 58-2 HFe 59-1-1 57.060.0 57.060.0 Mn 1.01.2 Fe 0.61.2 700 700 10 10 175 160 Ni黄铜HNi 65-564.067.0Ni 5.06.57004 第一部分 金属材料 青铜铜：是铜铜合金的一种，铜锡铜锡 合金叫青铜铜，在青铜铜前面附上加入元素的 名称，青铜铜按主添元素（如Sn、Al、Be等）分别别命名为锡为锡 青铜铜、铝铝青铜铜、 铍铍青铜铜等。是最古老的铜铜合金。用于鼎、钟钟、武器、铜镜铜镜 等。耐蚀蚀、耐磨 、弹弹性好和铸铸件体积积收缩缩率小等。 锡锡青铜铜：用作高强、弹弹性材料。用作耐磨材料。铸铸件体积积收缩缩小、 耐蚀蚀，用来制作艺术铸艺术铸 件。 铝铝青铜铜：含铝铝或铁铁、镍镍、锰锰等其它元素的合金铜铜。同时时添加镍镍和铁铁，能获获 得更佳的性能。 含镍镍和铁铁的铝铝青铜铜作为为高强度合金在航空工业业中广泛用来 制造阀阀座和导导向套筒，也在其它机器制造部门门中用来制造齿轮齿轮 和其它重要 用途的零件。 铍铍青铜铜：铍铍青铜铜即含1.52.5Be的铜铜合金。铍铍青铜铜用作高级弹级弹 性元件(如 弹弹簧、膜片，手表的游丝丝)，特殊要求的耐磨元件，高速，高压压下工作的轴轴 承、衬衬套、齿轮齿轮 等。 第一部分 金属材料 白铜铜：是铜铜合金的一种，是以镍为镍为 主要加入元素的铜铜合金 。其耐蚀蚀性、耐热热性、耐寒性好，中等强度，高塑性，能冷 、热压热压 加工，还还有很好的电电学性能，用作结结构材料外、高电电 阻和热电热电 偶合金。按用途分为结为结 构白铜铜和电电工白铜铜。 结结构白铜铜：具有很好的耐蚀蚀性，优优良的机械性能和压压力加工 性能，焊焊接性好，用于造船、电电力、化工及石油等部门门中制 造冷凝管、蒸发发器、热热交换换器和各种高强耐蚀蚀件等。还还分为为 铁铁白铜铜、锌锌白铜铜、铝铝白铜铜。 电电工白铜铜：应应用最广泛的电电工白铜铜是康铜铜、锰铜锰铜 和考铜铜 第一部分 金属材料 三、铝铝及铝铝合金 1、纯铝纯铝 Al 特性：原子序数为为13，原子量为为26.98，面心立方结结构，熔点 660，密度2.702 ，晶格常数4.05，原子直径2.86 ，标标 准电电极电电位1.67V 用途：高纯铝纯铝 主要用于科研、化学工业业、电电子工业业以及其它 一些特殊用途。日常生活用品用1050A(L3)制造。大部分纯铝纯铝 用于熔制铝铝合金，有些纯纯度不高的铝铝有时时也用来加工成各种 半成品。 第一部分 金属材料 2、纯铝纯铝 Al的牌号 高纯铝： 99.999 工业高纯铝： 99.9599.996 工业纯铝： 99.0099.85 高纯铝 牌号 Al含量% Si Fe Cu Pb Zn Ga Ti Cd Ag In 总量 Al-05 99.999 2.8 2.8 2.8 0.5 1.0 0.5 1.0 0.2 0.2 0.2 10.0 (ppm) Al-055 99.9995 Si+Fe+Cu+Zn+Ti+Ga 5.0(ppm) 工业高纯铝 牌 号 Al含量% Fe Si Cu Zn Ti 其它杂质每种 总和 Al99.996 99.996 0.0010 0.0010 0.0015 0.001 0.001 0.001 0.004 Al99.993 99.993 0.0015 0.0013 0.0030 0.001 0.001 0.001 0.007 Al99.99 99.99 0.0030 0.0030 0.0050 0.002 0.002 0.001 0.04 Al99.95 99.95 0.02 0.02 0.01 0.005 0.002 0.005 0.05 工业纯铝 牌号 Al含量% Fe Si Cu Ga Mg 其它每种 总和 Al99.85 99.85 0.12 0.08 0.005 0.030 0.030 0.015 0.15 Al99.80 99.80 0.15 0.10 0.01 0.03 0.03 0.02 0.20 Al99.70 99.70 0.20 0.13 0.01 0.03 0.03 0.03 0.30 Al99.60 99.60 0.25 0.18 0.01 0.03 0.03 0.03 0.40 Al99.50 99.50 0.30 0.25 0.02 0.03 0.05 0.03 0.50 Al99.00 99.00 0.50 0.45 0.02 0.05 0.05 0.05 1.00 第一部分 金属材料 3、铝铝合金 纯铝中加入适量其它元素如Si、Cu、Mg、Zn等即为铝合金 铝合金的牌号、分类与应用 按铝合金所处相图的位置分类：形变铝合金、铸造铝合金 形变铝合金：相图中D点以左的部分。该类铝合金加热至固溶线FD以 上时能形成单相固溶体，塑性好，适用于压力加工成形。 第一部分 金属材料 铸造铝合金：相图中D点以右的部分，有共晶铝合金、亚共晶铝合金和 过共晶铝合金之分。这类是我们常涉及到的材料。 铸 造 铝合金 铝锌系 合 金 铝镁系 合 金 铝铜系 合 金 铝硅系 合 金 铸造、机械 性能良好 高温强度高（耐 热），易腐蚀 强度、塑性高， 耐腐蚀，铸造时 易氧化 强度高，易腐 蚀，价格低 第一部分 金属材料 典型铸造铝硅合金的成分、性能和应用 牌号代号 化学成分 w/% 铸造 方法 热处 理方 法 力学性能 用途举例 SiMgMnb /MPa /% HBS ZAlSi7MgZL1016.5 7.5 0.25 0.45 金属型固溶处理 + 不完全时 效 205260 形状复杂的零 件，如飞机仪表 零件、抽水机壳 体、柴油机零件 等 砂型195260 固溶处理 + 完全时效 砂型 变质 处理 225170 ZAlSi12ZL10210.0 13.0 金属型 退火 145350 形状复杂的仪 表壳体、水泵壳 体、工作温度在 200以下高气密 性、低载零件等 砂型 变质 处理 135450 ZAlSi9MgZL1048.0 10.5 0.17 0.35 0.2 0.5 金属型 固溶处理 + 完全时效 235270 在200以下工 作的内燃机气缸 头、活塞等 第一部分 金属材料 典型铸造铝铜合金的成分、性能和应用 牌号代号 化学成分 w/% 砂型变 质处理 热处 理 方法 力学性能 用途举例 SiMgMnb /MPa / % HBS ZAlMg10ZL301 9.5 11.0 砂型 固溶处 理+ 自然时 效 280 1 0 60 在大气或海 水工作的零件 ，在150以下 工作，承受大 振动载 荷的零 件等 ZAlMg5SiZL3030.8 1.3 4.5 5.5 0.1 0.4 砂型145155 腐蚀介质中 工作的中载零 件，严寒大气 及200以下工 作的海轮配件 等 第一部分 金属材料 四、锌锌及锌锌合金 1、纯锌纯锌 Zn 性能：锌 Zn 65。锌是重要的有色金属原材料，目前，锌在有色金属的消 费中仅次于铜和铝，锌金属具有良好的压延性、耐磨性和抗腐性，能与多 种金属制成物理与化学性能更加优良的合金。 用途： 镀锌，用作防腐蚀的镀层(如镀锌板)，广泛用于汽车、建筑、船舶、轻工 等行业，约占锌用量的46%。 制造铜合金材(如黄铜)，用于汽车制造和机械行业，约占15%。 铸造锌合金，主要为压铸件，用于汽车、轻工等行业，约占15%。 锌具有良好的抗电磁场性能。锌板是一种非常有效的屏蔽材料， 氧化锌广泛用于橡胶(21380,115,0.54%)、涂料、搪瓷、医药、印刷、纤维 等工业，约占11%。 用于制造干电池，以锌饼、锌板形式，约占13%。 第一部分 金属材料 四、锌锌及锌锌合金 2、锌锌合金 特性：以锌为基体加入铝、铜、镁等其他元素而构成的有色合金。锌合金 比重大，常温下呈蓝白色，有光泽，质硬脆。锌合金的熔点约为380，浇 铸温度为440460之间，铸造性能好，可以压铸形状复杂、薄壁的精密 件，铸件表面光滑。 牌号及应应用： 第一部分 金属材料 锌合金的主要用途 第一部分 金属材料 铸造锌合金力学性能 第一部分 金属材料 五、镁镁及镁镁合金 1、纯镁纯镁 Mg 性能：原子量24.3 ，银银白色，密度1.74克/厘米3，熔点 648.9，沸点1090。电电离能7.65电电子伏特。具有延展性， 无磁性，且有良好的热热消散性。热导热导 率: 156 W/(mK)。 用途： 生产铝产铝 合金：铝铝合金中的添加元素。 压铸镁压铸镁 合金铸铸件：镁镁消费费中，压铸压铸 占35%以上。 炼钢炼钢 脱硫：用于炼钢炼钢 脱硫，占总总量的15.70%。 金属还还原剂剂：如稀土合金、钛钛等。 镁牺镁牺 牲阳极保护护阴极：防腐性能好、不需外加直流电电源、安 装后自动动运行、不需维护维护 、占地面积积少、工程费费用低、与外 界环环境不发发生任何干扰扰。 第一部分 金属材料 五、镁镁及镁镁合金 2、镁镁合金 纯镁纯镁 中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元素，制成镁镁合金。 Mg-Mn系、Mg-Al-Zn 系、Mg-Zn-Zr系 和Mg-RE-Zr系等合金 系。分为变为变 形镁镁合金和铸铸造镁镁合金。 用途： 变变形镁镁合金：主要用于在航空、航天工业业中，制作飞飞机及宇 航器结结构件。 铸铸造镁镁合金：主要用于制造飞飞机、导弹导弹 、发动发动 机中承受较较 高载载荷的结结构件或壳体。及制造250以下工作的高气密零件 。 第一部分 金属材料 五、钛钛及钛钛合金 1、纯钛纯钛 Ti 性能：原子量为为47.9，密度为为4.5。钛钛的弹弹性模量低，只有铁铁 的一半。熔点1668，导电导电 性较较差（仅为铜仅为铜 的3.1%），导导 热热系数（铁铁的六分之一）和线胀线胀 系数（与玻璃的相近）均较较 低。 钛钛无磁性，在强磁场场下也不会磁化，用钛钛制人造骨和关节节植 入人体内不会受雷雨天气的影响。钛钛阻尼性低，适宜做共振材 料。 用途： 工业纯钛业纯钛 可制成板、管、棒、线线、带带材等半成品。 工业纯钛业纯钛 可作为为重要的耐蚀结蚀结 构材料，用于化工设备设备 、滨滨海 发电发电 装置、海水淡化装置和舰舰艇零部件。 制造钛钛合金。 第一部分 金属材料 五、钛钛及钛钛合金 2、钛钛合金 钛钛合金中常用的合金元素有铝铝、锡锡、锆锆、钒钒、钼钼、铬铬、铁铁、 硅、铜铜、稀土。 常用牌号TA5、TA7等：主要用于制造500以下工作的零件 ，如飞飞机压压气机叶片、导弹导弹 的燃料罐、超音速飞飞机的蜗轮蜗轮 机 匣及飞飞船上的高压压低温容器等。 型钛钛合金：TB2、TB3、TB4，这类这类 合金强度高，但冶炼炼 工艺艺复杂杂，难难于焊焊接,应应用受到限制。主要用于350以下工 作的结结构件和紧紧固件,如飞飞机压压气机叶片、轴轴、弹弹簧、轮盘轮盘 等 。 +型钛钛合金主要用于制造400以下工作的飞飞机压压气机叶 片、火箭发动发动 机外壳、火箭和导弹导弹 的液氢氢燃料箱部件及舰舰船 耐压压壳体等. 高温钛钛合金：可在400以上长长期工作的钛钛合金。主要用于 航空发动发动 机的压压气机盘盘和叶片等，用它代替部分钢钢，可使发发 动动机减重，提高推重比。 第二部分 塑料 一、概念 塑料(广义定义)： 塑料(狭义定义) ： 指具有塑性行为的材料。 是指以合成树脂(或在加工过程中 用单体直接聚合)为主要成分，以填料、增塑剂、稳定剂 、润滑剂、抗氧剂、色料等添加剂为辅助成分，在加工 过程中能流动成型的材料。 塑料是一种以高分子有机物质为主要成分的材料， 在制造以及加工过程中，借助熔融态流动(flow)来造型， 加工完成呈现固态形状。 第二部分 塑料 一、概念 1、它是合成有机高分子化合物 ； 2、种类繁多，由不同的单体聚合而形成不同种类的塑料； 3、它以多种型态存在，例如：液体、固体、胶体溶液等； 4、具有不同的性质； 5、可以用不同的加工方法成型 ； 6、产品呈现多样化，用途广泛。 第二部分 塑料 二、塑料的性能塑性、弹性、刚性 塑性：材料在某种给定载荷下，产生永久变形，撤去外力后 不能恢复原状的性质的材料特性； 弹性：物体在外力作用下发生形变，当外力撤消后能恢复原 来大小和形状的性质。 刚性：两个物体相碰撞不会发生变形，因此两个刚体就不会占 据同一个空间。微粒、原子就是这样的物质。 弹性变形：可以恢复的那部分变形 塑性变形：不可恢复的那部分变形 在一个具体的变形中，一定有弹性变形，可能会有塑性变形。 第二部分 塑料 三、塑料的成分 塑料的主要成分是合成树脂。 何为树脂？树脂这一名词最初是由动植物分泌出的脂质而得 名，如松香、虫胶等。 目前树脂是指尚未和各种添加剂混合 的高聚物。 天然树脂：松香、虫胶 合成树脂：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP) 树脂 树脂约占塑料总重量的40%100%。 有些塑料基本上是由合成树脂所组成，不含或 少含添加剂，如有机玻璃(PMMA)、聚苯乙烯(PS)等。 第二部分 塑料 塑料的基本性能主要取决于树脂的本性，但是添加剂也 起着十分重要的作用(强化或改性)。 所谓塑料，其实它是合成树脂中的一种，形状跟天然树 脂中的松树脂相似，但它是经过化学反应合成得到的具有可 塑性的材料，而被称之为塑料。 通常所用的塑料并不是一种纯物质，它的主要成分是 合成树脂。 除了上述助剂外，塑料中还可加入阻燃剂、发泡剂、 抗静电剂等，以满足不同的使用要求。 它是由合成树脂、填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、抗氧 剂、色料等添加剂组成的。 第二部分 塑料 按合成树脂的特性 热固性塑料 热塑性塑料 四、塑料分类 热塑性塑料热固性塑料 分子结构线形高分子体型高分子 弹性好差 可塑性有无 溶解性可溶性溶胀性 硬度小大 脆性弱强 加热可熔融不可熔融 第二部分 塑料 3、常用的热塑性塑料： 聚烯烃：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚异戊二烯 聚卤代烯烃：聚氯乙烯、聚四氟乙烯 聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯晴、聚丙烯酸酯类 聚砜、聚苯醚、氯化聚醚。 热塑性塑料 1、定义：在加热时变软以至流动，冷却后变硬，这种过程是 可逆的，可以反复进行。 2、原理：热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结 构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流 动。冷却变硬的过程是物理变化。 第二部分 塑料 热塑性塑料 聚乙烯（PE） 聚丙烯（PP ） 聚苯乙烯（PS ） 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA有机玻璃） 聚氯乙烯（PVC ） 聚酰胺（Nylon尼龙) 聚氨酯（PU ） 聚四氟乙烯（特富龙，PTFE） 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE，涤纶 ) 第二部分 塑料 1、定义：第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产 生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不可逆的。 正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的 塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺 寸的制品。这种材料称为热固性塑料。 、热固性塑料 2、固化原理：热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的， 固化后分子链之间形成化学键，成为三度的网状结构，不仅 不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。 3、常用的热固性塑料：酚醛树脂、三聚氰胺甲醛、环氧、不 饱和聚酯、有机硅等塑料，都是热固性塑料。 4、主要用途：主要用于隔热、耐磨、绝缘、耐高压电等在 恶劣环境中使用的塑料，大部分是热固性塑料，最常用的是 炒锅锅把手和高低压电器的壳体及绝缘件。 第二部分 塑料 热固性塑料 环氧树脂 酚醛塑料 聚酰亚胺 三聚氰胺甲醛树脂 第二部分 塑料 五、塑料添加剂 对塑料添加剂的主要要求是： 高效：在塑料加工和应用中能有效地发挥其应有的功能。添加剂的选用 应依据配混料的综合性能要求； 相容性：能与合成树脂较好地相容； 持久性：在塑料加工和应用过程中不挥发、不渗出、不迁移、不溶出； 化学稳定性：在塑料加工和应用过程中不分解，不与合成树脂及其他组 分发生化学反应； 无毒：对人体无任何毒性作用； 价格低廉。 塑料添加剂：填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、抗氧剂、色料等； 塑料中还可加入阻燃剂、发泡剂、抗静电剂，以满足不同的使用要求。 第二部分 塑料 塑料添加剂的功能 塑料添加剂按其特定功能可分为七大类： 改善加工性能的添加剂，如热稳定剂、润滑剂等； 改善机械加工性能的添加剂，如增塑剂、增韧剂等； 改善表面性能的添加剂，如抗静电剂、偶联剂等； 改善光学性能的添加剂，如着色剂等； 改善老化性能的添加剂，如抗氧剂、光稳定剂等； 降低塑料成本的添加剂，如增量剂、填充剂等； 赋于其他特定效果的添加剂，如发泡剂、阻燃剂、防霉剂等 第二部分 塑料 六、常用工程用塑料的特点和用途 塑料名称特点用途 硬聚氯乙烯 1.耐腐蚀性能好,除强氧化性酸(浓硝酸,发烟硫酸),芳香族及含氟 的碳氢化合物和有机溶剂外,对一般的酸,碱介质都是稳定的.2.机 械强度高,特别是抗冲击强度均优于酚醛塑料.3.电性能好.4.软化 点低,使用温度-10+55C. 1.可代替铜,铝,铅,不锈钢 等金属材料作耐腐蚀设备 与零件.2.可作灯头,插座, 开关等. 低压聚乙烯 1.耐寒性良好,在-70C时仍柔软.2.摩擦系数低,为0.21. 3.除浓 硝酸,汽油,氯化烃及芳香烃外,可耐强酸,强碱及有机溶剂的腐蚀 .4.吸水性小,有良好的电绝缘性能和耐辐射性能.5.注射成型工艺 性好,可用火焰,静电喷涂法涂于金属表面,作为耐磨,减摩及防腐 涂层.6.机械强度不高,热变形温度低,故不能承受较高的载荷,否 则会产生蠕变及力松弛,使用温度可达80-100C. 1.作一般的结构零件.2.作 减摩自润滑零件,如低速, 轻载的衬套等.3.作耐腐蚀 的设备与零件.4.作电器绝 缘材料,如高频,水底和一 般电缆的包皮等. 改性有机玻 璃 (372) 1.有极好的透光性,可透过92%以上的太阳光,紫外线光达73.5%. 2.综合性能超过聚苯乙烯等一般塑料,机械强度较高,有一定耐热 耐寒性.3.耐腐蚀,绝缘性