金属材料与非金属材料总结.doc

金属材料金属材料的分类：按组成成分分：纯金属（简单金属）：指由一和金属元素组成的物质。目前已知的纯金属约有80多和，但工业方面所采用的则为数甚少。合金（复杂金属）：指由一种金属元素（为主的）与另外一种（或几种）金属元素（或非金属元素）组成的物质。它的种类甚多，例如：钢是由铁、碳组成的合金，即铁碳合金；黄铜是由铜、锌组成的合金，即铜锌合金；青铜是由铜、锡组成的合金，即铜锡合金；等等。由于合金的使用性能好，在工业生产中，其应用范围要比纯金属广泛得多按实用分：黑色金属：指铁和铁的合金，如生铁、铁合金、铸铁和钢等。有色金属：除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。另外工业上还采用镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等，这些金属主要用作合金附加物，以改善金属的性能，适宜于制造某些有特殊性能要求的零件。所有上述金属称为工业用金属，以区别于贵重金属（铂、金、银）与稀有金属（包括放射性的铀、镭等）。钢1、钢的来源及组成成分来源：把炼钢用生铁放到炼钢炉内熔炼，即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯（供再轧制成各种钢材）和直接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢，一般是指轧制成各种钢材的钢。组成成分：是含碳量低于2%的一种铁碳合金。此外尚含有硅、锰、磷、硫等元素，不过这些元素的停驶量要比生铁中的少。2、钢的分类按化学成分分碳素钢：钢中除铁、碳外，还含有少量的硅、锰、硫、磷等元素，根据含碳量的高低，碳素钢可分为：低碳钢（含碳量0.25%，中碳钢（含碳量0.250.60%），高碳钢（含量0.60%）合金钢：除含有碳素钢所含有的各中元素外，尚含有一些其它元素（如铬、镍、钼、钨、钒等）。根据钢中合金元素总含量多少，合金钢可分为：低合金钢（合金元素总含量5%，中合金钢（合金元素总含量5-10%），高合金钢（合金元素总含量10%）。按质量分：普通钢：含硫量不超过0.05%；含磷量不超过0.045%，优质钢：含硫量不超过0.040%，含磷量不超过0.040%，高级优质钢：含硫量不超过0.030%，含磷量不超过0.035%按用途分：结构钢：指用以制造各种工程结构（如建筑、桥梁、车辆、锅炉构件）、机械零件（如齿轮、轴类零件）的钢。工具钢：指用以制造各种工具、模具、量具等的钢。特殊性能钢：简称特殊钢，指作特殊用途和具有特殊性能的钢，如不锈钢、耐酸钢、耐热钢、磁钢、低温用钢、电工用钢等。按冶炼方法分：平炉钢，转炉钢，电炉钢按浇铸前脱氧程度分：镇静钢，沸腾钢，半镇静钢。3、钢材类别：棒钢、型钢、钢板、钢带、钢簧、钢丝、钢丝绳。综合分类：甲类钢按照机械性能供应的钢普通碳素钢 乙类钢按照化学成份供应的钢 特类钢按照化学成分供应的钢 碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素钢 易切削钢碳素工具钢低合金结构钢钢 合金结构钢合金结构钢 弹簧钢轴承钢合金钢 合金工具钢合金工具钢 高速工具钢特殊用途钢不锈耐酸钢、耐热钢等生铁组成成份：是含碳量在2%以上的一种铁碳合金，此外尚含有硅、锰、磷、硫等元素。品种：有炼钢用生铁和铸造用生铁。铁合金定义：是指铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金总称。铁与硅组成的合金叫硅铁；铁与锰组成的合金叫做锰铁用途：供铸造或炼钢作还原剂或作合金元素添加剂用。铸铁来源：把铸造生铁放到熔炉中熔炼，产品即为铸铁（液状）。再把液体状铸铁浇铸成铸件，这种铸件叫做铸铁件。品种：工业上常用的有灰口铸铁（灰铸铁、铸铁）、可锻铸铁（马铁、玛铜）、球墨铸铁和耐热铸铁等。工业上常用的有色金属铜合金：黄铜普通黄铜，特殊黄铜（含有其他合金元素的黄铜）；青铜锡青铜（铜锡合金，一般尚含有磷或锌，铅等合金元素），特殊青铜（无锡青铜）铝青铜（铜铝合金）、铍青铜（铜铍合金）、硅青铜（铜硅合金）等金属材料性能物理性能：密度，熔点，热膨胀性，导热性，导电性，磁性。化学性能：耐腐蚀性，抗氧化性，化学稳定性。机械性能：强度，抗拉强度，抗压强度，抗弯强度，抗剪强度，抗扭强度，屈服强度，条件屈服强度，弹性与刚性，弹性极限，弹性模数，塑性，延伸率，断面收缩率，硬度，布氏硬度，洛氏硬度，韧性，冲击韧性，疲劳强度（疲劳极限）。工艺性能：铸造性，锻压性，可焊性，可切削加工性。非金属材料非金属材料的分类机械工业中广泛使用的非金属材料分为三类： 1、高分子合成材料，如塑料、橡胶等 2、陶瓷，如日用陶瓷、特种陶瓷等。3、复合材料。一、高分子材料高分子材料的性能特点：1、高分子材料通常有一定的强度和弹性。比强度一般高于碳钢，可作为工程结构材料用于工农业生产。2、耐蚀性和绝缘性较好。3、具有隔热、隔音和减振的特性。4、高分子材料具有良好的可加工性，加温加压下可塑性极为优良，可以通过挤压、注射、冲压、焊接、粘接、和切削加工等方法制成各种制品。5、高分子材料与金属材料相比强度不高；刚度较低；不耐高温； 线膨胀系数大，是钢铁的10倍。高分子材料的分类：高分子材料是以高分子化合物为主要组分的一类有机材料。有两大类，天然高分子材料和人工合成高分子材料。天然高分子材料：如淀粉、油脂和天然橡胶，其使用受资源限制。 人工合成高分子材料：包括塑料、合成橡胶、合成纤维三大类。其中塑料应用最广，约占三大合成材料的2/3以上。高分子材料的老化及防止： 高分子材料容易发生“老化”。在氧气、阳光、受热、机械力和微生物等长期作用下结构组成发生变化，失去弹性，变硬变脆，出现龟裂。这种现象称为老化。 防止方法：加入各种防老化剂，表面处理（喷涂或镀上金属）合理的使用和科学的管理。 （一）塑料塑料的主要成分是合成树脂，此外还包括填料或增强材料、增塑剂、固化剂、稳定剂等各种添加剂。塑料的性能特点：密度小；耐腐蚀；电绝缘性好；耐磨和减磨性好；消音和隔热性好；良好的工艺性能。分类：根据性能和应用分为：通用塑料：产量大、用途广、价格低的常用塑料。工程塑料：具有类似金属的机械性能、可以代替金属材料制造机器零件或结构件的塑料。特种塑料：有特殊性能的塑料，如高耐蚀性，导磁塑料导电塑料、医用塑料等。按受热后表现的性质分为： 热塑性塑料：指受热软化、冷却又变硬可以多次反复的塑料。受热时结构基本不发生变化。 热固性塑料：在一定温度初次加热时会软化或熔融，并发生了结构的变化，冷却后塑料会固化成型，重新加热时不会再软化，软化和固化是不可逆的。常用工程塑料：PPR（pentatricopeptide repeats），又叫三型聚丙烯管、无规共聚聚丙烯（PPR）其产品韧性好，强度高，加工性能优异，较高温度下抗蠕变性能好，并具有无规共聚聚丙烯特有的高透明性优点，可广泛用于管材、片材、日用品、包装材料、家用电器部件以及各种薄膜的生产。管材除具有一般塑料重量轻、强度好、耐腐蚀、不结垢、使用寿命长等优点外，还具有以下主要特点： (1)无毒，卫生，属绿色建材。PP-R原料属聚烯烃，其分子由碳，氢元素组成，无毒性，卫生性能优良； (2)耐热，保温，属节能产品。PP-R管维卡软化温度为131.3,最高使用温度为95,长期(50年)使用温度可高达70.该产品的导热系数为0.24W/m,仅为钢管导热系数的1/200,用于热水管道保温节能效果极佳; (3)安装方便、可靠,采用热熔同质连接,数秒钟即可完成一个接头连接,与金属管及用水器连接采用优质金属嵌件管件,安全可靠. PP-R冷热水管的应用领域 建筑物内的冷热水系统，包括集中供热系统；建筑物内的采暖系统，包括地板，壁板的采暖及辐射采暖系统；可直接饮用的纯净水供应系统；中央(集中)空调系统；农业，园林灌溉系统；雨水管网；游泳池管网；太阳能设施的管网；PPR一般用于小管径，PPR明设暗设均可。1、热塑性塑料：（1）聚酰胺（PA）商品名尼龙性能：良好的综合性能，特别是有较高的韧性，一定的强度，低的摩擦系数和良好的自润滑性。热稳定性较差，有一定的吸水性。 用途：制造100的轻载齿轮、蜗轮、轴承、轴套等。（2）聚甲醛（POM） 性能：具有优良的综合性能，疲劳强度在热塑性塑料是最高的。有优良的耐磨性和自润滑性，可在-40100 长期工作，吸水性小，具有好的耐水、耐油、耐化学腐蚀性和电绝缘性，但热稳定性差。 用途：可代替有色金属及其合金在汽车、机床、化工、农机等部门制造轴承、齿轮、凸轮、管道等各种机械零件。（3）ABS塑料，又称“塑料合金”性能：兼有丙烯腈的高硬度、高强度、耐油耐蚀；丁二烯的高弹性、高韧性；苯乙烯的绝缘性，着色性和成型加工性的优点。质坚、性韧、刚性大。但是它不耐高温，不耐燃，耐气候性也差。 用途：制造齿轮、泵叶轮、轴承、方向盘、扶手等，电器工业中用作电讯器材、电话、收音机、电机外壳等。表面可以电镀一层金属，代替金属部件。（4）聚四氟乙烯（F-4）性能：具有优良的耐化学蚀性，不受任何化学试剂侵蚀，固有“塑料王” 之称。它的热稳定性高，耐寒性好，可在-180250长期使用。摩擦系数极低（0.04）并有自润滑性，吸水性小，在潮湿条件下仍能保持良好的绝缘性，不易老化。但强度较低，加工成型性较差，在390释放有毒气体，成本高。 用途：用作减磨密封零件，如热垫圈、密封圈、自润滑轴承等，化工用的耐蚀泵，反应器，高频电子仪器的高频电缆等，医疗上制作人工心肺装置，代用血管等。（5）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）即有机玻璃性能：具有优异的光学性能，透光率为92%，比普通玻璃（透光率为88% ）高。强度高于无机玻璃，抗破碎能力是无机玻璃的十倍。硬度低表面容易擦伤起毛，并溶于丙酮等有机溶剂，导热性差，膨胀系数大使用温度不超过80。 用途：制造有一定透明度和强度要求的零件如油杯，窥孔玻璃，汽车，飞机的玻璃窗等。（6）聚氯乙烯（PVC ）性能：化学稳定性高，绝缘性好、阻燃、耐磨、具有消声减振作用。成本低，加工容易，但耐热性差，冲击强度低，有一定毒性。配料不同可以作成硬质和软质塑料。 用途：硬质塑料机械强度高、耐蚀性好，主要用于化工设备和各种耐蚀容器，可以代替不锈钢和铝材。软质塑料主要用于制造人造革和塑料用于日常生活和农业。（7）聚乙烯（PE）性能：高压聚乙烯密度较低，质地柔软，长期使用温度80。低压聚乙烯密度较高，质地刚硬，耐磨性、耐蚀性和绝缘性好。长期使用温度100 用途：高压用于薄膜、软管等。低压用于硬管、板材和小载荷的机械零件。2. 热固性塑料：（1）酚醛塑料（PF）性能：有一定的机械强度，刚度大，制品尺寸稳定，良好的耐热性，耐蚀性，良好的介电性能。 用途：机械工业中用它制造齿轮、凸轮、皮带轮等。在电器工业中用它制造电器开关、插头、收音机外壳等电器绝缘零件。（2）氨基塑料 性能：与酚醛塑料相似，但强度低，着色性好，表面光泽如玉，俗称“电玉”，电绝缘性好。 用途：色彩鲜丽、外观漂亮的装饰品和各种电器绝缘件，日用器皿食具等。（3）环氧树脂（EP）性能：机械强度高，有突出的尺寸稳定性和耐久性；能耐各种酸、碱和溶剂的侵蚀，能耐大多数霉菌的浸蚀，在较宽的频率范围和温度范围内有良好的电绝缘性。 用途：广泛用于机械、电机、化工、航空、船舶、汽车、建材各行业。用于制造塑料模具、精密量具、绝缘器件等结构。也可用于制造压层塑料、浇注塑料等。另外，对各种物质有极好的粘附力，有“万能胶”之称，可以制造粘接剂。（二）合成橡胶橡胶的性能特点高弹性；良好的回弹性能；良好的绝缘性、隔音性和阻尼性；一定的强度和硬度；具有良好的耐磨性。橡胶成为常用的弹性材料、密封材料、减震防震材料、传动材料、绝缘材料。（1）丁苯橡胶（SBR） 由丁二烯和苯乙烯共聚而成，约占合成橡胶的80%。 性能：耐磨性、耐热性和抗老化性都很好，其耐磨性超过了天然橡胶 。根据苯乙烯的百分含量主要有丁苯-10、丁苯-30、丁苯-50等，苯乙烯的含量越多橡胶的硬度、耐磨性、耐蚀性越高，但弹性和耐寒性越低。丁苯橡胶强度较低，成型性较差。通常可以任何比例与天然橡胶混合使用。用途：制造轮胎、胶管及胶鞋等（2）顺丁橡胶（BR） 是由丁二烯聚合而成.性能：弹性是目前各种橡胶中最好的品种。耐磨性比天然橡胶高30%左右。耐寒性也好。但是加工性不好、抗撕裂性差。 用途：主要用于制作轮胎、三角带、耐热胶管、减震器刹车皮碗等。（3）丁腈橡胶（NBR） 是丁二烯和丙烯腈的共聚物，是特种橡胶中产量最大的品种。 性能：耐油性好、高的耐磨性、耐热性、耐水性、气密性、和抗老化性。但电绝缘性、耐寒性、耐酸性差。 用途：各种耐油制品，如耐油胶管、贮油槽、油封等。（4）氯丁橡胶（CR） 由氯丁二烯单体聚合而成，即可作通用橡胶又可作为特殊橡胶使用。 性能：断裂强度高、延伸率大、弹性好、耐油、耐酸、耐热、不燃烧、不透气，有“万能橡胶”之称，但耐寒性差、密度大、成本高。 用途：制作高速运转的三角皮带、地下矿井的运输带、在400以下使用的耐热运输带。石油化工中输送腐蚀物质和输油的胶管及各种垫圈。作金属、皮革、木材、纺织品的胶粘剂，及海底电缆的绝缘层。（5）硅橡胶 由二甲基硅氧烷与有机硅单体共聚而成，属于特种橡胶。 性能：稳定性高，耐高低温和低温，可在-100350范围内保持良好弹性。有良好的绝缘性和抗老化性。无毒、无味有较好的气透性。但其强度较低和耐磨性较低，不耐酸、碱，价格贵。 用途：制造各种耐高、低温的橡胶制品，如耐热密封垫圈，耐高温电线的绝缘层等。（6）氟橡胶 主链上和侧链上即有碳原子也有氟原子的聚合物。 性能：由于含有键能很高的碳氟键，因此氟橡胶具有很高的化学稳定性，在酸、碱、强氧化剂中的耐蚀能力居各类橡胶之首。强度硬度较高，耐 高温，耐油、耐老化性能也很好。但耐寒性、加工性较差，价格较贵。 用途：是军工和尖端技术中的高级密封件、高真空密封件和化工设备中的里衬等不可少的重要橡胶材料。 二、陶瓷陶瓷材料耐高温、耐腐蚀、耐磨损、绝缘性好，在现代工业中广泛应用。尤其是优异的高温性能，是其他材料不可比拟的。超耐热合金最高使用温度为1100，而陶瓷材料可以达到1600。主要成分：SiO2、Al2O3、ZrO2、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、Na2O、PbO 等。还有人工合成的Si3N4、SiC、BN等。 原料来自天然硅酸盐矿如黏土、石英、长石、或人工合成的粒状原料，包括氧化物、碳化物、氮化物等为原料，经粉碎-配制-制坯-成型-烧结而制成，它是多相的固体材料。陶瓷的性能特点： 硬而脆；耐高温；耐腐蚀；绝缘性好。常用的陶瓷材料：（一）、普通陶瓷 是用天然原料烧结而成的传统陶瓷。种类多产量大质地坚硬，耐1200 高温，具有良好的耐蚀性、电绝缘性和加工成型性，成本低，但强度较低。 用途：日用陶瓷、电器、化工、建筑等工业部门。（二）、特种陶瓷 是采用人工合成的原料烧结成的现代陶瓷，具有特殊优良的性能，如耐高温陶瓷、高强度陶瓷、高耐磨陶瓷、耐蚀陶瓷、压电陶瓷、介电陶瓷、光学陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷、半导体陶瓷等。 按化学成分组成分：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和金属陶瓷。（1）氧化铝陶瓷（Al2O3） 性能：其强度高于普通陶瓷2-3倍，甚至5-6倍，抗拉强度可达250Mpa，硬度很高，可达HRC90，能在1600高温下长期工作。耐磨性很高、耐蚀性强、良好的电绝缘性。但脆性大、抗热震能力差。 用途： 制造高速切削刀具、内燃机的火花塞、耐磨耐蚀的农用水泵、石油化工用的密封环、高温热电偶套管，各种耐磨零件，如金属拉丝模，也是制造电炉和各种高温炉的良好材料。（2）氮化硅陶瓷（Si3N4） 性能：Si3N4是共价键化合物，原子间结合很牢固，故化学稳定性好，硬度高，其显微硬度高达HV32000。加工性能好，成品精度高、烧结变形小，较高的强度，比重小摩擦系数只有0.1-0.2，抗蚀性能好，其抗热震能力是陶瓷中最强的。 用途：广泛的用于农业、化工、机械和国防尖端技术，主要用于制造耐高温、耐蚀、耐磨而形状复杂的零件如高速切削工具、高温轴承和耐磨轴承，热电偶套管等。（3）碳化硅陶瓷（SiC） 性能：SiC也是共价键结合晶体，键能高，很稳定。高温强度好，导热性能好，抗热震能力强耐磨性高，耐放射性元素的照射。 用途：可用于火箭尾喷管和喷嘴，浇注金属的浇道口，制造热交换器，核燃料的包装密封材料等。（4）氮化硼陶瓷（BN） 性能：BN 也是共价键晶体，六方结构，具有良好的耐热性，高温绝缘性，在2000 仍是绝缘体。导热性好，其导热性与不锈钢相当，是良好的散热材料。膨胀系数小，比金属和其它陶瓷低得多。硬度较其它陶瓷低，可进行切削加工，并有自润滑性， 用途：制造熔炼半导体的坩埚，半导体散热绝缘零件，高温绝缘材料，高温轴承，玻璃成型模具等，立方BN 可用于磨料和金属切削刀具。 BN 用碱金属或碱土金属为触媒，在1500-2000，6000-9000MPa的压力下转变为立方BN，结构牢固，硬度和金刚石相比，是优良的耐磨材料。 三、复合材料用两种或两种以上不同性质的材料，通过不同工艺方法组合而成的多相材料称复合材料。复合材料的性能特点比强度和比模量高；抗疲劳性好；破损安全性好；减震性好。复合材料的分类按基体材料分类： 金属基复合材料；陶瓷基复合材料；塑料基复合材料；橡胶基复合材料等。按增强体材料的形态分类： 粒子增强复合材料；纤维增强复合材料；层叠复合材料等。按复合材料用途分类： 结构复合材料；功能复合材料。常用复合材料及应用1玻璃纤维增强复合材料 只介绍玻璃纤维为增强体，树脂为基体的复合材料。 玻璃纤维：是人造的无机纤维。主要成分是SiO2和各种金属氧化物，直径为5-9m。抗拉强度高，而且，纤维越细，强度越高。比重小，是钢的三分之一。柔软如丝可以织布，耐高温，化学稳定性高，隔热、吸声电绝缘性能好、弹性模量大。（1）玻璃纤维热塑性树脂复合材料性能：比强度高，一般优于金属材料。有良好的电绝缘性、耐蚀性和加工成型性。良好的低温性能和低的热膨胀系数，较高的冲击韧性。 用途：在电机、机械、化工、汽车、航空、建筑、等工业大量用于制作要求重量轻强度高的受力受热结构件和绝缘件。（2）玻璃纤维热固性树脂复合材料通常称为玻璃钢。 性能：密度小、