机械工程材料概述.ppt

第2章 机械工程材料,2-4 其他工程材料及应用,金属材料,黑色金属,有色金属,铸铁,碳钢,合金钢,铝合金,铜合金,其它有色金属,非金属材料,高分子材料,陶瓷材料,复合材料,塑料,橡胶,合成纤维,复习：,工程材料的分类,一、有色金属及硬质合金,新授：,2-4 其他工程材料及应用,常用的有色金属有铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金、轴承合金等。,1、有色金属,指黑色金属（钢铁）以外的所有金属及其合金，也称为非铁金属。,（1）铜及铜合金,纯铜,铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。,纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。,纯铜呈紫红色，又称为紫铜。,铜合金,常用的铜合金可分为：黄铜、青铜和白铜。,普通黄铜 特殊黄铜,常用牌号,1)黄铜,以锌为主加元素的铜合金。,黄铜,普通黄铜,牌号：H ,H62：,“黄”字汉语拼音首字母,表示平均含铜量为62%的普通黄铜。,平均含铜量的百分数,H80、H70、H68：,H59、H62：,适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等；,适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等,特殊黄铜,加入的合金元素有锡、硅、锰、铅和铝等，分别称为锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铅黄铜、 铝黄铜等。,在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的合金。,特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。,主加元素符号（除锌外）,铜的百分数,HPb59-1：,表示平均含铜量为59%、含铅量为1%的特殊黄铜。,特殊黄铜的牌号,主加元素含量的百分数,H 元素符号数字-数字,常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等，主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。,2)青铜,常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。,除黄铜和白铜外的其他铜合金。,牌号：Q 元素符号数字-数字,“青”字汉语拼音首字母,例：Q Sn4 - 3,平均含锡量为4%,平均含锌量为3%,青铜,余量为铜, 锡青铜 是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为314%。 锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小 。 锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。,常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。,主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。, 铝青铜 以铝为主加元素的铜合金，铝含量为511%。 强度、硬度、耐,大型水力发电设备中的抗磨环,磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。 常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。 主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。, 铍青铜 以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.72.5%。 具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。,铍青铜制品,常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等 。 用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件。,3)白铜,白铜可分普通白铜和特殊白铜。,以镍为主要合金元素的铜合金。,牌号：B 数字,B5：,常用牌号有B5、B19等 。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换器等.,镍的平均百分含量,具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。,白铜,表示平均含镍量为5%的白铜。,普通白铜:,白铜件,在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。 其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。 常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。 用于制造精密机械、仪表零件及 医疗器械等。,特殊白铜:,（2）铝及铝合金,纯铝,铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。,纯铝具有银白色金属光泽，密度小，熔点低, 导电、导热性能优良；耐大气腐蚀，易于加工成形；无磁性。,铝合金,铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。,铝合金制造的机翼, 防锈铝合金：LF+序号 硬铝合金： LY +序号 超硬铝合金：LC +序号 锻铝合金： LD +序号,铝合金的分类及旧牌号,(1) 变形铝合金 防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。,卫星天线（LF2）,Mn和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。,汽化器(热交换管为LF21),常用的Al-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。 常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比纯,铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。, 硬铝合金 主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。 强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。,常用硬铝合金如LY11 (2A11)、 LY12 (2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等。, 超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。 热态塑性好，但耐蚀性差。,飞机主起落架,常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 )等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机大梁、起落架等。, 锻铝合金 可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等.,压气机叶片,常用牌号有LD7 (2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等 。用于制造150 225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。,美F-117隐身战斗机 (所用材料大部分是铝合金),（2）铸造铝合金 包括： Al- Si系： 代号为ZL1+两位数字顺序号 Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号 Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号 Al-Zn系： 代号为ZL4+两位数字顺序号 Al-Si系铸造铝合金 （硅铝明）,ZL102(ZAlSi12)是含有12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明。,加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。,Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。,活塞(裙部为铝硅合金),用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。, Al-Cu系铸造铝合金 这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。,汽缸头,常用代号有ZL201 (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。,Al-Mg系铸造铝合金 这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐热性低。,常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等。 主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。,鼓风机密封件等(ZL102、301), Al-Zn系铸造铝合金 这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。,大型空压机活塞(ZL401),常用代号为 ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等。 主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。,2、硬质合金,将难熔的碳化钨或碳化钨与碳化钛等金属碳化物为基体，并加入钴作为粘结剂混合，加 压成形后烧结而成的一种粉末冶金材料。,特点： （一）硬度高、热硬性好。 （二）抗压强度高。 （三）耐蚀性和抗氧化性好。 （四）线膨胀系数小，电导率和热导率与铁合金相近。,钨钴类硬质合金: （P）,钨钴钛类硬质合金: ( M),通用硬质合金: (K),分类,主要用于做切削脆性材料的刀具,主要用于做高速切削韧性材料的刀具,主要用于做耐热钢、高锰钢不锈钢等难加工钢材的刀具,硬质合金的分类,二、工程塑料,塑料是在玻璃态下使用的高分子材料。在一定温度、压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。 1、工程塑料概述 塑料的组成,塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂。 树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。,塑料制品,添加剂：是为改善塑料某些性能而加入的物质。 填料：主要起增强作用； 增塑剂：用于提高树脂的可塑性和柔软性； 固化剂：使热固性树脂由线型结构转变为体型结构； 稳定剂：用于防止塑料老化，延长其使用寿命； 润滑剂：防止塑料加工时粘在模具上, 使制品光亮； 着色剂：用于塑料制品着色。 其他的还有发泡剂、催化 剂、阻燃剂、抗静电剂等。,添加剂, 塑料的分类 按树脂受热时行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。 按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。 通用塑料产量大、价格低、用途广。 工程塑料力学性能高，耐热、耐蚀性能好。,特种塑料是指具有某些特殊性能如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合。,热固性塑料制品, 塑料的性能特点 塑料的优点： 相对密度小(一般为0.9 2.3)；耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好；有消音吸振性能 。,塑料的缺点： 刚性差(为钢铁材料的1/1001/10)，强度低；耐热性差、热膨胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数小(只有金属的1/2001/600)；蠕变温度低、易老化。,2、常用工程塑料 一般结构用塑料 包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。 聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。 ABS塑料 “坚韧、质硬、刚性” ，应用广泛。,聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件。 聚甲醛具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、化工、电气仪表、农机等工业 。,聚碳酸酯具有优良的机械性能，透明无毒，应用广泛。, 摩擦传动零件用塑料 包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。,聚四氟乙烯俗称“塑料王”，具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，摩擦系数极低，只有0.04。缺点是强度低、加工性差。主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。, 耐蚀用塑料 耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。 氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚四氟乙烯，但工艺性比聚四氟乙烯好，成本低。在化学工业和机电工业获得广泛应用，如化工设备零件、管道、衬里等。,氯化聚醚防腐蝶阀, 耐高温件用塑料 有聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚酰亚胺(PI)及氟塑料等。 聚砜的热稳定性高是其,聚酰亚胺层压板,最突出的特点。使用温度达150174。用于机械设备等工业。 聚苯醚具有良好的综合性能,用于机电等方面。 聚酰亚胺在260下可长期使用。主要用于特殊条件下使用的精密零件。, 热固性塑料 热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。 酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如插座、开关等），耐热绝缘部件及各种结构件。,电器配件,三、合成橡胶,橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。 1、橡胶的组成和性能特点 工业用橡胶由生胶和橡胶配合剂组成。生胶无配合剂并未经硫化。橡胶配合剂有硫化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。 橡胶最大的特点是高弹性。橡胶有储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。,2、常用合成橡胶 合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶，前者主要用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置等；后者主要用于高低温、强腐蚀、强辐射等特殊环境下工作的橡胶制品。,工业上应用的典型的传统陶瓷产品如陶瓷器、玻璃、水泥等。随着现代科技的发展，出现了许多性能优良的新型陶瓷。,陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。,四、陶瓷,1、陶瓷材料的性能特点 陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高化学稳定性，耐高温、耐氧化、耐腐蚀等特性。 陶瓷材料还具有密度小、弹性模量大、耐磨损、强度高等特点。 功能陶瓷还具有电、光、磁等特殊性能。,2、陶瓷材料的分类 （1）按化学成分分类 可将陶瓷材料分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷及其它化合物陶瓷。,（2）按使用的原材料分类 可将陶瓷材料分为普通陶瓷和特种陶瓷。,普通陶瓷：以天然的岩石、矿石、黏土等材料作原料。 特种陶瓷：采用人工合成的材料作原料。 （3）按性能和用途分类 可将陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷两类。,陶瓷零件,普通陶瓷加工成型性好，成本低，产量大。 除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门。,普通陶瓷,新型结构陶瓷, 氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分, 含有少量SiO2的陶瓷，又称高铝陶瓷。,氧化铝陶瓷耐高温性能好，可使用到1950,具有良好的电绝缘性能及耐磨性。微晶刚玉的硬度极高(仅次于金刚石).,氧化铝陶瓷,氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如耐火砖、坩埚、,热偶套管，淬火钢的切削刀具、金属拔丝模，内燃机的火花塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。,Si3N4轴承, 氮化硅陶瓷,氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚石、碳化硼等；热膨胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料。, 碳化硅（SiC）陶瓷 碳化硅的最大特点是高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，仅次于氧化铍陶瓷。,常压烧结碳化硅,碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模具等。,部分稳定氧化锆制品,ZrO2陶瓷耐火件, 氧化锆陶瓷,氧化锆制品,五、复合材料,1、复合材料的定义