常用工程材料综述.ppt

机械制造基础,第三章,第三章 常用工程材料,3.1 工业用钢 3.2 铸铁 3.3 其他合金 3.4 非金属材料,3.1 工业用钢,3.1.1 钢的分类和编号,3.1.2 碳素钢,第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,钢的冶炼,第三章 常用工程材料,3.1.1 钢的分类和编号,钢的分类,第三章 常用工程材料,3.1.1 钢的分类和编号,钢的编号,第三章 常用工程材料,3.1.1 钢的分类和编号,钢的编号（续）,第三章 常用工程材料,3.1.1 钢的分类和编号,钢的编号（续）,第三章 常用工程材料,3.1.2 碳素钢,碳素钢简称碳钢,它是含碳量小于2%的铁碳合金,碳钢可分为碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素铸钢和碳素工具钢,第三章 常用工程材料,3.1.2 碳素钢,含碳量对于碳钢性能的影响,第三章 常用工程材料,增加,减小,3.1.2 碳素钢,碳素结构钢,第三章 常用工程材料,碳素结构钢的硫、磷的质量分数较高(P0.045,S0.055),大部分用于工程结构,小部分用于机械零件,碳素结构钢一般在供应状态下使用,必要时可进行锻造、焊接等热加工,也可通过热处理调整其力学性能,3.1.2 碳素钢,碳素结构钢,第三章 常用工程材料,Q235钢在工业上应用最多,因为它既有一定的强度,又有较好的塑性,3.1.2 碳素钢,碳素结构钢,第三章 常用工程材料,3.1.2 碳素钢,优质碳素结构钢,第三章 常用工程材料,这类钢的硫、磷的质量分数0.035%,广泛用于较重要的机械零件,45号钢应用最广,3.1.2 碳素钢,优质碳素结构钢,低碳钢,中碳钢,高碳钢,根据含碳量多少,第三章 常用工程材料,3.1.2 碳素钢,碳素铸钢,第三章 常用工程材料,碳素铸钢是冶炼后直接铸造成毛坯或零件的,适用于形状复杂且韧性、强度要求较高的零件,碳素铸钢的C一般在0.15%0.60%范围内,过高则塑性差,易产生裂纹,3.1.2 碳素钢,碳素铸钢,第三章 常用工程材料,3.1.2 碳素钢,碳素工具钢,第三章 常用工程材料,碳素工具钢的含碳量为0.7%1.3%，含碳量高, 硬度高、耐磨性好,碳素工具钢用于制造各种刃具、模具、量具和其他要求耐磨的机器零件,3.1.2 碳素钢,碳素工具钢,第三章 常用工程材料,3.1.2 碳素钢,碳素工具钢,第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,所谓合金钢是为了改善或提高钢的性能,在碳钢基础上特意地加入一种或数种合金元素所制成的钢,常用的合金元素有Si、Cr、Mn、Ni、W、Mo、Ti和V等,第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,根据用途不同可分为三类:合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢,第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,合金结构钢,第三章 常用工程材料,合金结构钢是合金钢中用途最广、用量最大的一类钢,常用于制造重要的零件,合金结构钢可分为普通低合金钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等,3.1.3 合金钢,合金结构钢,第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,合金结构钢,第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,合金结构钢,(1)普通低合金钢,常用普通低合金钢的牌号有Q295、Q345、Q390、Q420等,第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,合金结构钢,(2)渗碳钢,常用的渗碳钢有15、20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4W等,第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,合金结构钢,(3)调质钢,常用的调质钢有45、40Cr、35SiMn、38CrMoAlA等,第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,合金结构钢,(4)弹簧钢,常用的弹簧钢有65、65Mn、60Si2Mn、50CrVA等,第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,合金结构钢,(5)滚动轴承钢,目前常用的是铬轴承钢(GCr9、GCrl5、GCrl5SiMn等),第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,合金工具钢,第三章 常用工程材料,合金工具钢主要用于制造刃具、模具和量具等，钢中的合金元素可增加钢的淬透性、耐磨性和热硬性,合金工具钢主要用于制造形状复杂、尺寸较大,要求变形小或切削速度较高的工模具,3.1.3 合金钢,合金工具钢,第三章 常用工程材料,3.1.3 合金钢,合金工具钢,第三章 常用工程材料,(1)刃具钢,3.1.3 合金钢,合金工具钢,第三章 常用工程材料,(2)模具钢,模具钢分为冷模具钢和热模具钢,3.1.3 合金钢,合金工具钢,第三章 常用工程材料,(3)量具钢,尽量降低淬火温度,淬火后立即进行-70-80的冷处理,精度要求高的量具,在淬火、冷处理和低温回火后尚需进行时效处理,3.1.3 合金钢,特殊性能钢,第三章 常用工程材料,(1)不锈钢,不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐溶液或其他腐蚀性介质中具有高度化学稳定性的合金钢的总称,3.1.3 合金钢,特殊性能钢,第三章 常用工程材料,(2)耐热钢,耐热钢常分为热化学稳定钢(3Cr18Ni25Si2等)和热强钢(Cr12型、Cr13型、1Cr18Ni9Ti、1Cr17等),3.1.3 合金钢,特殊性能钢,第三章 常用工程材料,(3)耐磨钢,高锰钢是目前最重要的耐磨钢,3.2 铸铁,3.2.1 铸铁的石墨化,3.2.2 常用铸铁,铸铁是指C为2%4%的铁碳合金,并且还含有较多的Si、Mn、S、P等元素铸铁有良好的减振、减磨作用,良好的铸造性能及切削加工性能,且价格低,第三章 常用工程材料,3.2.3 合金铸铁,3.2.1 铸铁的石墨化,第三章 常用工程材料,铸铁冷却和加热时的石墨化过程,(1)冷却,从液体中析出一次石墨,由共晶反应而生成的共晶石墨,由奥氏体中析出二次石墨,由共析反应而生成的共析石墨,3.2.1 铸铁的石墨化,第三章 常用工程材料,铸铁冷却和加热时的石墨化过程,(2)加热,Fe3C3Fe+C,3.2.1 铸铁的石墨化,第三章 常用工程材料,影响铸铁石墨化的因素,(1)化学成分的影响,(2)冷却速度的影响,3.2.2 常用铸铁,第三章 常用工程材料,灰铸铁,灰铸铁的组织是由片状石墨和钢的基体两部分组成,灰铸铁的性能与普通碳钢相比,具有力学性能低、耐磨性与消震性好和工艺性能好等特性,3.2.2 常用铸铁,第三章 常用工程材料,球墨铸铁,球墨铸铁中石墨呈球状,球墨铸铁兼有钢的高强度和灰铸铁的优良铸造性能,是一种有发展前途的铸造合金,用来制造受力复杂、力学性能要求高的铸件,3.2.2 常用铸铁,第三章 常用工程材料,蠕墨铸铁,蠕墨铸铁是一种新型铸铁,其中碳主要以蠕虫状形态存在,其石墨形状介于片状和球状之间,蠕墨铸铁保留了灰铸铁工艺性能优良和球墨铸铁力学性能优良的共同特点,而克服了灰铸铁力学性能低和球墨铸铁工艺性能差的缺点,3.2.2 常用铸铁,第三章 常用工程材料,可锻铸铁,可锻铸铁的石墨呈团絮状,它对基体的割裂程度较灰铸铁轻,可锻铸铁性能优于灰铸铁;在铁液处理、质量控制等方面又优于球墨铸铁,3.2.2 常用铸铁,第三章 常用工程材料,3.2.3 合金铸铁,合金铸铁与合金钢相比,熔炼简单,成本低廉,基本上能满足特殊性能的要求,但力学性能较差,脆性较大,第三章 常用工程材料,常用的合金铸铁有：,3.2.3 合金铸铁,耐磨铸铁,耐热铸铁,耐蚀铸铁,第三章 常用工程材料,3.2.3 合金铸铁,第三章 常用工程材料,耐磨铸铁,在无润滑干摩擦条件下工作的零件应具有均匀的高硬度组织,在润滑条件下工作的耐磨铸铁,其组织应为软基体上分布有硬的组织组成物,使软基体磨损后形成沟槽,保持油墨,3.2.3 合金铸铁,第三章 常用工程材料,耐热铸铁,铸铁的耐热性主要是指在高温下的抗氧化和抗热生长能力,耐热铸铁按其成分可分为硅系、铝系、硅铝系及铬系等，主要用于制造加热炉附件,如炉底、烟道挡板、传递链构件等,3.2.3 合金铸铁,第三章 常用工程材料,耐蚀铸铁,耐蚀铸铁是指在腐蚀性介质中工作时具有耐蚀能力的铸铁,耐蚀铸铁主要用于化工机械,如制造容器、管道、泵、阀门等,3.3 其它合金,3.3.1 铝及其合金,3.3.2 铜及其合金,3.3.3 轴承合金,3.3.4 粉末冶金与硬质合金,第三章 常用工程材料,3.3.1 铝及其合金,工业纯铝,工业上使用的纯铝,其纯度(质量分数)为99.7%98%,工业纯铝的牌号为1070A、1060、1050A,工业纯铝塑性好,但强度低,第三章 常用工程材料,3.3.1 铝及其合金,铝合金的分类及热处理特点,(1),第三章 常用工程材料,3.3.1 铝及其合金,铝合金的分类及热处理特点,(1)变形铝合金,防锈铝合金属Al-Mn系合金及Al-Mg系合金,硬铝合金属Al-Cu-Mg系合金,超硬铝合金属Al-Cu-Mg-Zn系合金,锻铝合金属A1-Cu-Mg-Si系合金,第三章 常用工程材料,3.3.1 铝及其合金,铝合金的分类及热处理特点,(2)铸造铝合金,铸造铝合金是用于浇注成铸件的铝合金,铸造铝合金的代号由“ZL”,根据主加元素的不同,铸造铝合金分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系及Al-Zn系四类,Al-Si系合金是工业中应用最广泛的铸造铝合金,第三章 常用工程材料,3.3.2 铜及其合金,第三章 常用工程材料,工业纯铜,工业用纯铜,含铜量Cu高于99.5%,通常呈紫红色,工业纯铜牌号有T1、T2、T3和T4四种,序号越大,纯度越低,纯铜具有优良的导电、导热、耐蚀和焊接性能,又有一定的强度,广泛用于导电、导热和耐蚀器件,微量的杂质元素对铜的力学性能和物理性能影响较大,3.3.2 铜及其合金,铜合金,第三章 常用工程材料,3.3.2 铜及其合金,铜合金,第三章 常用工程材料,(1)黄铜,普通黄铜是以锌和铜组成的合金,特殊黄铜是在普通黄铜的基础上加入其他合金元素的铜合金,3.3.2 铜及其合金,铜合金,第三章 常用工程材料,(2)青铜,压力加工锡青铜含锡量一般小于10%,适宜于冷热压力加工,铸造锡青铜含锡量为10%14%,无锡青铜是指不含锡的青铜,常用的有铝青铜、铍青铜、铅青铜、锰青铜、硅青铜等,3.3.3 轴承合金,轴承合金应具有如下性能要求：,第三章 常用工程材料,足够的强度和硬度,足够的塑性、韧性,与轴之间有良好的磨合能力及较小的摩擦系数,有良好的导热性和抗蚀性,有良好的工艺性,容易制造且价格低廉,3.3.3 轴承合金,用于制作轴瓦和轴衬的合金称为轴承合金,图3.1 轴承合金结构示意图,第三章 常用工程材料,3.3.3 轴承合金,(1)锡基轴承合金,锡基轴承合金是工业上广泛应用的轴承材料,典型锡基轴承合金的牌号是ZChSnSb11-6,第三章 常用工程材料,3.3.3 轴承合金,(2)铅基轴承合金,典型铅基轴承合金的牌号是ZChPbSbl6-16-2,第三章 常用工程材料,主要用于制造如汽车、拖拉机的曲轴轴承及电动机、破碎机轴承等,3.3.3 轴承合金,(3)其它轴承合金,第三章 常用工程材料,除了巴氏合金以外,还有铜基、铝基轴承合金,广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机车等一般工业轴承,特点是承载能力高、密度较小、导热性和疲劳强度好,工作温度高,价格便宜,3.3.4 粉末冶金与硬质合金,(1)粉末冶金简介,粉末冶金是利用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作原料,将几种粉末混匀压制成型,并经过烧结而获得材料或零件的加工方法,第三章 常用工程材料,3.3.4 粉末冶金与硬质合金,(2)硬质合金,硬质合金是以碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)等高熔点、高硬度的碳化物的粉末和起粘结作用的金属钴粉末经混合、加压成型、再烧结而制成的一种粉末冶金制品,第三章 常用工程材料,3.4 非金属材料,3.4.1 高分子材料,3.4.2 陶瓷材料,机械工业中使用的非金属材料可分为三大类:高分子材料(如塑料、胶粘剂、合成橡胶、合成纤维等)、陶瓷(如日用陶瓷、金属陶瓷等)、复合材料等。,第三章 常用工程材料,3.4.3 复合材料,3.4.1 高分子材料,工程塑料,第三章 常用工程材料,3.4.1 高分子材料,工程塑料,(1)热塑性塑料,热塑性塑料在受热时软化和熔融,冷却后成形固化,再受热时又软化和熔融,具有可塑性和重复性,常用的塑料有聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚四氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等,第三章 常用工程材料,3.4.1 高分子材料,工程塑料,(2)热固性塑料,热固性塑料不溶于任何溶剂,再加热也不软化不能回用,常用的热固性塑料有酚醛塑料、环氧塑料等,第三章 常用工程材料,3.4.1 高分子材料,工程塑料,第三章 常用工程材料,ABS塑料,环氧塑料,3.4.1 高分子材料,橡胶,(1)工业橡胶的组成,工业橡胶的主要成分是生胶,工业橡胶中还必须加入各种配合剂,第三章 常用工程材料,3.4.1 高分子材料,橡胶,(2)橡胶的性能特点,橡胶具有良好的回弹性，经硫化处理后具有良好的耐磨性,第三章 常用工程材料,3.4.1 高分子材料,橡胶,(3)常用橡胶材料,天然橡胶,第三章 常用工程材料,3.4.1 高分子材料,橡胶,(3)常用橡胶材料,合成橡胶,第三章 常用工程材料,3.4.1 高分子材料,橡胶,(1)天然橡胶,第三章 常用工程材料,天然橡胶是橡胶树上流出的胶乳,经过加工制成的固态生胶,(2)合成橡胶,合成橡胶分为丁苯橡胶(SBR)和顺丁橡胶(BR),3.4.1 高分子材料,橡胶,第三章 常用工程材料,生活中常见的橡胶：,3.4.2 陶瓷材料,陶瓷是一种无机非金属材料,一般可分为普通陶瓷(普通工业陶瓷、化工陶瓷)和特种陶瓷(氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化镁陶瓷及氧化铍陶瓷等)两大类,第三章 常用工程材料,3.4.2 陶瓷材料,陶瓷的特点：,硬度极高,抗压强度高,耐磨性、耐蚀性好,耐高温和抗氧化能力强等,质脆易碎,延展性差,抗急冷急热性差等,第三章 常用工程材料,3.4.2 陶瓷材料,为了提高陶瓷强度,改善脆性,目前常采用的措施如下：,第三章 常用工程材料,制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷,提高陶瓷中晶体的完整性,在陶瓷制品表面制造一层残余应力,以抵消部分外加拉力,减小应力峰值,用碳纤维、石墨纤维等复合强化陶瓷材料,3.4.2 陶瓷材料,第三章 常用工程材料,3.4.3 复合材料,复合材料是由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质,经人工合成的多相固体材料,复合材料既保持了各组成材料的最佳性能特点,又具有组合后新的特性,第三章 常用工