第一篇工程材料 2-1

第三章铁碳合金,液态：Fe、C无限互溶。固态：固溶体金属化合物.1、铁素体（F）铁素体是碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体。由于-Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量只有0.0218%（727）所以是几乎不含碳的纯铁。性能：b=180230MPaHB=5080=3050%ak=156196Jcm-2显微镜下观察，铁素体呈灰色并有明显大小不一的颗粒形状。,第一节铁碳合金的基本组织,第三章铁碳合金,2、渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的稳定化合物。含碳量为6.69%性能：HB=800，硬度很高，脆性极大，是钢中的强化相。显微镜下观察，渗碳体呈银白色光泽。渗碳体在一定条件下可以分解出石墨，,第一节铁碳合金的基本组织,第三章铁碳合金,3、奥氏体（A）奥氏体是碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体。-Fe的溶碳能力较高，最大为2.11%（1148）。由于-Fe一般存在于7271394之间，所以奥氏体也只出现在高温区域内。显微镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结构，并有明显的界限。性能：=4050%，具有良好的塑性和低的变形抗力。是绝大多数钢种在高温进行压力加工所需的组织。,第一节铁碳合金的基本组织,第三章铁碳合金,4、珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体。珠光体的平均含碳量为0.77%，在727以下温度范围内存在。显微镜观察，珠光体呈层片状特征，表面具有珍珠光泽，因此得名。性能：b=750MPaHB=160180较高=2025%,第一节铁碳合金的基本组织,第三章铁碳合金,5、莱氏体（Le）莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体。铁碳合金中含碳量为4.3%的液体冷却到1148时发生共晶转变，生成高温莱氏体。合金继续冷却到727时，其中的奥氏体转变为珠光体，故室温时由珠光体和渗碳体组成，叫低温莱氏体,统称莱氏体。,第一节铁碳合金的基本组织,第三章铁碳合金,铁碳合金状态图是表明平衡状态下含C不大于6.69%的铁碳合金的成分,温度与组织之间关系,是研究钢铁的成分,相和组织的变化规律以及与性能之间关系的基础,也是制定热加工工艺的基础.,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,一、铁碳合金状态图中点线面的意义(1)各主要线的意义相图中的线是把具有相同转变性质的各个成分合金的开始点和终了点，分别用光滑曲线连接起来得到的，代表了铁碳合金内部组织发生转变的界限。,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,ABCD线液相线AHJECF线固相线AHJE线钢的固相线ECF线生铁的固相线，共晶线GS线铁素体析出开始线，A3ES线Fe3C析出线，AcmPSK线共析线,A1,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,(2)各主要点的含义,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,二、钢铁分类1工业纯铁:含C0.77%P+Fe3C3铁含C:2.11%6.69%共晶生铁4.3%CLe亚共晶生铁4.3%CLe+Fe3C1,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,三、典型铁碳合金的平衡结晶过程及其组织1共析钢（0.77C）共析钢的结晶过程如图所示。,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,三、典型铁碳合金的平衡结晶过程及其组织2亚共析钢（0.020.77C）亚共析钢的结晶过程如图所示。,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,三、典型铁碳合金的平衡结晶过程及其组织3过共析钢（0.020.77C）过共析钢的结晶过程如图所示。,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,三、典型铁碳合金的平衡结晶过程及其组织4共晶白口铸铁（4.3%C）共晶白口铸铁结晶过程如图所示。,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,三、典型铁碳合金的平衡结晶过程及其组织5亚共晶白口铸铁（C:2.11%4.3%C）亚共晶白口铸铁结晶过程如图所示。,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,三、典型铁碳合金的平衡结晶过程及其组织6过共晶白口铸铁（C:4.3%6.69%C）过共晶白口铸铁结晶过程如图所示。,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,四、铁碳合金状态图的应用1铸造确定浇铸温度选材:共晶点附近铸造性能好2锻造锻造温度区间3焊接焊接缺陷用热处理改善.根据状态图制定热处理工艺4热处理确定各种热处理加热温度的依据,第二节铁碳合金状态图,第三章铁碳合金,一、碳钢1含碳量对碳钢性能的影响0.9%CC硬,强,塑,韧脆性2钢中常见杂质对性能的影响Si:溶于F,强化F,强,硬塑,韧.含量0.6%C0.91.2%Mn0810152025强塑冲压件焊件30354045505560强硬弹簧,轴,齿轮耐磨件6570758085耐磨件数字表示含C万分之几3)碳素工具钢T7T8T13数字表示含C千分之几高级优质钢加A含Mn高,加MnT8MnA,第三节钢的分类和应用,第三章铁碳合金,二合金钢常加合金元素:MnSiCrNiMoWVTiB(硼)稀土元素(Xt)等1合金结构钢“数+元素符号+数”表示：数含碳万分之几,符号合金元素,符号后面数表示含合金%,1.5%不标,=1.5%标2若为高级优质钢,后加A如:60Si2Mn0.6%C,2%Si1.5%Mn18Cr2Ni4WA0.18%C,2%Cr,4%Ni,=1.0%不标如:9SiCr(板牙,丝锥)0.9%C1.5%Si1.5%CrCrWMn(长铰刀,丝锥,拉刀,精密丝杠)高速钢含CHV850),氮化层残余压应力,疲劳强度氮化物抗腐蚀.温度低,变形小.碳氮共渗:硬度高,渗层较深,硬度变化平缓,具有良好的耐磨性,较小的表面脆性.,第三节钢的热处理工艺,第五章常用非金属材料,一、高分子材料的基本知识1什么是高分子材料高分子材料是以高分子化合物为主要组成部分的材料。高分子化合物是指分子量很大的有机化合物，称聚合物或高聚物。如：聚苯乙烯的分子量是10000300000，聚氯乙烯的分子量是20000160000。2高分子化合物的组成聚合物是以一些简单的结构单元重复连接而成。如氯乙烯合成的聚氯乙烯：,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,一、高分子材料的基本知识2高分子化合物的组成聚合物是以一些简单的结构单元重复连接而成。如氯乙烯合成的聚氯乙烯：,第一节高分子材料,nCH2=CH-CH2-CH-nClCl,第五章常用非金属材料,一、高分子材料的基本知识3高分子材料的分类1）按性能和用途分类塑料：在常温下有一定形状，强度较大，受力后能发生一定形变的聚合物。橡胶：在室温下具有高弹性的聚合物（可达原长的十余倍，去除外力后又恢复原状）。纤维：在室温下分子的轴向强度很大，受力后形变较小，在一定的温度范围内力学性能变化大的聚合物。注意：塑料、橡胶和纤维三类高聚物很难严格区分，可用不同的方式制成不同的种类，如聚氯乙烯是典型的塑料，但也可抽丝制成纤维。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,一、高分子材料的基本知识3高分子材料的分类2）按聚合反应的类型分类加聚物单体经加聚合成高聚物。链节结构的化学式与单体分子式相同。如聚乙烯、聚氯乙烯等。缩聚物单体经缩聚合成高聚合物。链节的化学结构和单体的化学结构不完全相同。如：酚醛树脂，是由苯酚和甲醛聚合，缩去水分子形成的聚合物。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,一、高分子材料的基本知识3高分子材料的分类3）按聚合物的热行为分类热塑性聚合物加热后软化，冷却后又硬化成型，随温度变化可以反复进行。聚乙烯、聚氯乙烯等烯类聚合物都属此类。热固性聚合物受热后发生化学变化而固化成型，成型后再受热也不会软化。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂，在加工过程中能塑制成型的材料。1塑料的组成1）树脂树脂是塑料的主要成分，对塑料的性能起着决定性的作用。多数塑料是以所用的树脂来命名的，如酚醛塑料；有些树脂不加添加剂可直接用作塑料，如聚乙烯。2）添加剂添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。常见的添加剂有：,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料2）添加剂填料主要是为提高强度，或增加某些性能，或降低成本而加入的物质。例如：酚醛树脂加入木屑后其强度显著提高，成为通常所说的电木。增塑剂它是重要的添加剂，其作用是使大分子链间距离增加，降低分子间的作用力，增加柔顺性。如甲酸脂类化合物等。固化剂能使热固性树脂受热时产生交联作用的物质。如乙二胺、六亚甲基四胺等。稳定剂提高树脂在受热和光作用时的稳定性，防止过早老化，延长使用寿命。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料2）添加剂润滑剂为了防止塑料在成形过程中粘在模或其它设备上而加入的物质，同时可以使制品表面光亮美观，如硬酯酸等。着色剂为了使塑料制品具有美观的颜色及适合使用上的要求而加入的染料。其它塑料中加入的添加剂还有发泡剂、催化剂、阻燃剂、抗静电剂等。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料2塑料的分类1）按树脂的特性分类根据树脂受热时的行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。根据树脂合成反应的特点分为聚合塑料和缩聚塑料。2）按塑料的应用范围分类通用塑料主要指六大品种：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料。通用塑料产量大、价格低、用途广，它们占塑料总产量的3/4以上，大多用于生活用品。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料3常用塑料的性能及应用1）聚乙烯（PE）聚乙烯由低分子乙烯聚合而成，乙烯可由石油裂解得到，产量在塑料中占首位。性能：相对密度小，耐低温，电绝缘性能好，耐蚀。但强度、刚度、表面硬度低，耐热性低，易老化。应用：常用作齿轮、轴承、管道及电线皮等构件。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料3常用塑料的性能及应用1）聚乙烯（PE）聚乙烯由低分子乙烯聚合而成，乙烯可由石油裂解得到，产量在塑料中占首位。性能：相对密度小，耐低温，电绝缘性能好，耐蚀。但强度、刚度、表面硬度低，耐热性低，易老化。应用：常用作齿轮、轴承、管道及电线皮等构件。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料3常用塑料的性能及应用2）聚氯乙烯（PVC）是由乙烯和氯化氢合成氯乙烯，再均聚而成。根据增塑剂的多少，可分为硬质和软质两种。性能：耐化学腐蚀、不燃烧、成本低、加工容易；耐热性差，冲击强度较低，还有一定的毒性。应用：常用作贮槽、通风机、泵体、管道、薄膜、低压电线绝缘层。也可制成发泡塑料。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料3常用塑料的性能及应用3）聚苯乙烯（PS）是由苯乙烯和乙烯加聚而成。性能：加工性能好，制品表面光泽，无毒无味，透光率达88%92%，具有优良的电绝缘、隔音、隔热和防震性能，加入各种颜料制成色彩鲜艳的制品。但脆性大、耐热性差。应用：常用于电器仪器壳体，造玩具和各种日用器皿。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料3常用塑料的性能及应用4）聚丙烯（PP）是由丙烯单体聚合而成。丙烯主要由石油、天然气经裂解而得。性能特点：A相对密度小，是塑料中最轻的，其强度、刚度、表面硬度都比PE大，耐热性好，能经受消毒温度130。B粘合性、染色性、印刷性均差，低温易脆化，易受热、光作用而变质，与铜接触会促进变质，易燃，收缩大。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料3常用塑料的性能及应用4）聚丙烯（PP）用途：聚丙烯具有优良的综合性能，可用来制造各种机械零件，如法兰、齿轮、接头、把手、各种化工管道、容器等，以及收音机、录音机外壳、电扇、电机罩等。聚丙烯无毒，可用作药品、食物的包装等。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料3常用塑料的性能及应用5）聚酰胺（PA）通常称尼龙，有多个品种。性能特点：A机械强度高，耐磨、自润滑性好，而且耐油、耐蚀、消音、减震。B尼龙很容易吸水，吸水后性能和尺寸发生很大变化。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料3常用塑料的性能及应用5）聚酰胺（PA）用途：A铸型尼龙（MC尼龙），可以生产出大型零件，如适用于制造大型齿轮、轴套等。B芳香尼龙具有耐磨、耐热、耐辐射及很好的电绝缘性，常用于制作高温下耐磨的零件、绝缘材料和宇宙服等。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料6）聚甲醛（POM）由甲醛聚合而成。性能特点：A聚甲醛是没有侧链、高密度、高结晶性的线型聚合物，性能比尼龙好。B聚甲醛的耐候性较差，室外使用必须加稳定剂。用途：广泛用于汽车、机床、化工、电气仪表、农机等。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料7）聚碳酸酯（PC）性能特点：聚碳酸酯的综合性能很好，其化学稳定性也很好，能抵抗日光、雨水和气温变化的影响，它的透明度高，成型收缩率小，制件尺寸精度高。用途：聚碳酸酯广泛用于机械、仪表、电讯、交通、航空、光学照明、医疗器械等方面。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料9）聚砜（PSF）性能特点：聚砜具有良好的综合性能，尤其是耐热性、抗蠕变性好。用途：广泛应用于电器、机械设备、医疗器械、交通运输等。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料10）聚四氟乙烯（PTFE）11）聚苯醚（PPO）12）有机玻璃（PMMA）4热固性塑料有以下几种：1）酚醛塑料（PF）酚醛塑料是由酚类和醛类化合物在催化剂作用下缩聚而成，俗称电木。用途：酚醛塑料广泛用于机械、汽车、航空、电器等工业中。如电讯器材壳体、刹车片、无声齿轮等。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,二、工程塑料4热固性塑料有以下几种：2）环氧塑料（EP）环氧塑料是由环氧树脂与各种添加剂混合而成。用途：环氧塑料的最大用途是作粘结剂和层压树脂，其次是作涂料。如用于防腐工程、农用船体、塑料模具等。3）氨基塑料（UF）氨基塑料是以一种具有氨基管能团的原料与醛类经聚合反应所得。典型的产品是脲醛塑料，俗称电玉。用途：常用作日用品、电器仪表外壳。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,三、橡胶1橡胶的组成把未经硫化的天然胶与合成胶称为生胶，硫化的胶称为橡胶。橡胶中常加入各种添加剂，主要有：硫化剂能使生胶分子互相交联为网状结构。天然橡胶中常加硫磺。促进剂常选用有机化合物，目的是缩短硫化时间。软化剂常选用硬脂酸、精制蜡、凡士林为软化剂，以增加橡胶的塑性。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,三、橡胶2橡胶的性能及用途把未经硫化的天然胶与合成胶称为生胶，硫化的胶称为橡胶。橡胶中常加入各种添加剂，主要有：高弹性是橡胶的最大特点。橡胶还有储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。橡胶广泛用于制造密封件、减震件、轮胎、电线等。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,三、橡胶3常用橡胶材料天然橡胶天然橡胶是橡胶树上流出的乳胶加工而成，其综合性能是最好的，尤其是有高强的绝缘性能和防震性能。典型制品如轮胎等。合成橡胶其种类很多，主要有丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶、丁荃橡胶、乙丙橡胶和丁腈橡胶等七大品种。特殊橡胶指具有特殊性能的橡胶。如乙丙橡胶的特殊性能是耐水绝缘性好，硅橡胶的耐热绝缘性好，聚硫橡胶的耐油耐碱性好。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,四、合成纤维凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料均称纤维。纤维有天然纤维和化学纤维之分，化学纤维又可分为人造纤维和合成纤维。1人造纤维人造纤维是用自然界的纤维加工制成的，如叫“人造丝”、“人造棉”的粘胶纤维和硝化纤维、醋酸纤维等。2合成纤维合成纤维是以石油、煤、天然气为原料制成的，产量最多的有六大品种，即：涤纶、尼龙、腈纶、维纶、丙纶和氯纶。,第一节高分子材料,第五章常用非金属材料,一、陶瓷概念及用途1什么是陶瓷陶瓷：是陶器和瓷器的总称，现代是指所有的无机非金属材料。主要成分是：SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、PbO等。陶瓷与金属材料、高分子材料构成三大固体材料。2陶瓷的用途陶瓷能适用现代工业的许多特殊要求。其典型的用途有：内燃机的火花塞、高温轴承、热电偶套管、钠灯的灯管、远距离输电用的耐高压陶瓷绝缘子、水泵中的防漏水封环等。原子能反应堆中也要用到多种陶瓷材料。,第二节陶瓷材料,第五章常用非金属材料,一、陶瓷概念及用途3陶瓷的分类陶瓷大致上可分为以下几种：传统陶瓷：也称普通陶瓷，主要成分是粘土。可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷等。特种陶瓷：主要指具有独特的物理化学性能的陶瓷。如压电陶瓷、磁性陶瓷、光电陶瓷等。工程陶瓷：可分为两种，一种是纯氧化物陶瓷，如Al2O3、MgO等；一种是非金属氧化物陶瓷，如金属的碳化物陶瓷等。金属陶瓷：具有陶瓷和金属的综合性能，如硬质合金等。,第二节陶瓷材料,第五章常用非金属材料,二、陶瓷的性能特点1力学性能几种材料的应力-应变曲线如图所示。模量较大，刚性较好;塑性差，冲击韧性值低，是脆性材料。抗压强度比抗拉强度高得多；硬度高，一般硬度值在莫氏硬度7以上。,第二节陶瓷材料,第五章常用非金属材料,二、陶瓷的性能特点2热性能熔点高，高温强度很好；在高温下不氧化，抗熔融金属的侵蚀性也好；和金属相比，陶瓷的抗热震性较差，不耐温度的急剧变化。3其它性能陶瓷的导电能力在很大的范围内变化，大部分陶瓷可作绝缘材料；利用陶瓷的光学特性，可作激光材料、光色材料、光学纤维、荧光物质和透光