常用工程材料PPT课件

第三章一般工程材料、ma janmin(email : jmma )Fudan university、一般金属工程材料、碳钢的分类、碳钢的三种分类方法1、钢的含碳量可分为：低碳钢：碳含量00.25%中碳钢：碳含量(0.25 0.6)%。高碳钢：碳含量0.6%。2，可按钢的质量分为(取决于钢中有害杂质S、P的数量):普通钢：S荔0.055%，P0.045%高级钢：S，P全部0.04%高级高级高级高级高级钢碳工具钢：通常用于制造高碳钢锐化工具、模具和计量器等各种工具。铸铁，铸铁广泛应用于机械制造。按重量计算，汽车、拖拉机的铸铁零件约(50 70%)；机床中大约(60 90)%。常见的机床床、工作台、箱子、底座等复杂、压力大、摩擦大的零件大部分是铸铁做的。铸铁除了具有接近共晶的成分、熔点低、流动性好、容易铸造外，c、Si含量高，碳大部分以自由石墨状态存在，而不是以化合(Fe3C)为基础，石墨具有润滑和油吸收能力，因此铸铁具有很好的摩擦性和可加工性。根据铸铁组织中存在的形态，碳可以分为以下类别：白口铸铁灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁、合金钢、低碳钢成本，通常用作制造各种零件的基本材料，但碳钢有以下限制：(1)除非塑性和韧性明显下降，否则碳钢的强度不超过690MPa。(2)淬火厚截面碳钢零件时，不能得到全部马氏体组织。也就是说，不能淬火。(3)碳钢的耐蚀性和抗氧化性差。(4)高温强度低，红色刚度低。合金钢克服了碳钢以上的缺点，在很多应用中，合金钢是满足工程要求的重要材料。合金钢成本高，在压力、切削、焊接方面比碳钢差。结构钢，用于制造各种机械零件和各种工程结构。这种钢是在碳结构钢中加入一些合金元素以提高性能的钢。一般分为低合金结构钢、合金渗碳钢、合金淬火回火钢、合金弹簧钢和滚动轴承钢等。其用途最广，使用量最大。常用合金结构钢(5种类型的：低合金结构钢合金渗碳钢合金淬火和回火钢合金弹簧钢滚动轴承钢、合金工具钢、工具钢)用于制造各种工具，如规格、清晰度、模具等。合金工具钢分为：低合金工具钢、高合金工具钢、高速钢。高速钢应用:高速钢主要用于制造车刀、铣刀、铰刀、拉刀、拉刀、麻花钻等高速切削刀具。性能特性:热硬度高，硬度在500 600 时不减少，硬度在60HRC时保持不变。常用高速钢:高碳高合金工具钢，WC=0.70到1.25%，经常添加的合金元素包括w、Mo、Cr、v等，w、Mo、v是提高热硬化性的主要元素，v形成了高硬度碳化物，钢的硬度和耐磨性W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V是更常用的高铁，这三种钢材目前占国内生产和使用的产量的95%以上。热处理: w18 Cr 4v钢的最终热处理是高温淬火和多回火。W18Cr4V钢的淬火温度为1270 1280 ，淬火冷却后得到马氏体、碳化物和残余奥氏体(20% 30%)。回火是560 的3次回火，多次回火的主要目的是从淬火组织中去除更多残留奥氏体，将其转化为马氏体。此外，第三回火可从马氏体析出更多碳化物，产生二次硬化，提高热硬化性。热处理后，高速钢的硬度可达到6365HRC。高铁在莱克钢，铸造组织中有坚硬、易碎的粗糙鱼骨状合金碳化物，如果不消除这种碳化物的不均匀性，工具制造后会出现早期损伤，工具容易产生“崩溃刀片”，因此要反复锻造，使碳化物细化，均匀分布在底座上。W18Cr4V钢锻造后退火，消除内部应力，降低硬度，提高切削性能，为淬火做好组织准备。不锈钢，不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。必须能抵抗空气、蒸汽、酸、碱、盐等腐蚀性介质的腐蚀。不锈钢主要用于制造在化学工厂的管道、阀门、泵、医疗手术器械、防锈锐化机构、仪表等各种腐蚀介质上工作的零件或组件。化学成分:不锈钢的耐腐蚀性随碳含量的增加而下降，因此大多数不锈钢的碳含量低，某些钢的wC低于0.03%(例如00Cr12)。不锈钢的主要合金元素是Cr，只有在Cr含量达到一定值时，钢才具有耐蚀性。因此，不锈钢一般的wCr为13%以上。不锈钢还包含Ni、Ti、Mn、n、Nb等元素。不锈钢种类:不锈钢经常按组织状态分为马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢等。另外，由铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢等组成。高温合金，高温合金通常是指以铁、钴或镍等为标准的高温下可用的合金。高温使用的零件主要需要两个指标：热稳定性和热强度。金属材料在高温下抵抗氧化或气体腐蚀的功能称为热稳定性。抵抗塑料变形和断裂的能力称为热强度。高温合金分类方法:按合金基体分为铁基、镍、钴、钼、钽、铌系等；根据合金的高温性能、成型特性和用途进行分类：热强度变形高温合金=高热强度，主要用于在高温下承受大载荷并在复杂应力条件下工作的零件。热稳定性变形高温合金=热稳定性高，强度不高，但塑性好。主要用于力不大、工作温度高的零件。热强度铸造高温合金=热强度高、塑性低、焊接性能差。一般用于精密铸造的方法用于直接铸造零件。高温合金等级用汉语拼音字母的“高音”首字母“GH”序列号数字表示。GH36表示36号高温合金。铸造高温合金用k-序号表示，例如K17或17号铸造高温合金。与有色金属、铝及其合金、铝和铝合金其他金属材料相比，密度小的铝和铝合金的密度接近2.7g/cm3，约为铁或铜的三分之一。2、高强度铝和铝合金强度。通过一定程度的冷加工可以提高基体强度，某些等级的铝合金可以通过热处理进行强化。3、铝的导电导热性能好，仅次于银、铜、金；4、耐腐蚀性好的铝表面容易自然生产保护底座不受腐蚀的致密坚固的Al2O3保护膜。可通过人工阳极氧化和着色获得良好铸造性能的铸造铝合金或加工塑性好的变形铝合金；5、在添加了容易加工的特定合金元素后，可获得良好的铸造性能的铸造铝合金或加工塑料变形铝合金，钛及其合金，钛的10大性能:密度小，强度高；弹性系数低。热导率小。抗拉强度接近屈服强度。非磁性、无毒；阻尼性能强。耐热性好。低温耐受性好。吸入性能；耐蚀性。钛的三大功能:内存功能；超导功能；储氢功能。纯钛是银白色的高熔点轻金属，密度为4.51g.cm-3，熔点为1700 ，钛有两种相同的异构体。温度低于882 ，-ti有稠密的六角形晶格。高于882 的温度为-ti，具有身体中心立方晶格。纯钛的强度高，退火状态下，b=300 500mpa类似于碳素结构钢，热处理后，b=1000 1400mpa类似于高强度结构钢，在高温下保持高强度。并且可塑性强，适合压力处理。镁合金，镁合金是常用工程金属中最小的密度，1.8g/cm3，铝合金约2/3，钛合金约1/3，钢约4。镁合金比铝合金更能承受冲击载荷，飞机轮毂可用于制造镁合金铸造的冲击部件。镁合金具有良好的切削和抛光加工性，铸造和热加工容易，但要注意不要在高温下燃烧。镁合金分为变形镁合金和铸造镁合金两类。塑料和橡胶是有机高分子材料，质量比金属轻，具有金属材料无法比拟的特殊特性，使用非常广泛；陶瓷是无机非金属材料，具有高硬度和耐蚀性，除了日用陶瓷外，工业中使用的特殊陶瓷具有更独特的特性，在加工、航空航天、化学工业等领域应用。复合材料是由两种以上材料组成的多相材料，具有良好的综合性能，其应用越来越受到关注，众所周知的FRP、塑料门窗、羽毛球拍等由复合材料制成。一般构成非金属工程材料、塑料、塑料的塑料的主要组成是合成树脂和添加剂。合成树脂是具有塑料的高分子化合物的统称，塑料的基本成分决定了塑料的基本特性，在塑料中合成树脂一般为30%100%。树脂在塑料中也起粘合剂的作用，很多塑料的名称是泡沫塑料。例如，泡沫塑料是聚苯乙烯。添加剂的作用主要用于改善塑料的特定特性或降低成本，常用添加剂包括填充物、增塑剂、稳定剂、润滑剂、固化剂、着色剂等。塑料的分类按使用范围分类：普通塑料、工程塑料、特殊塑料按热性能分类：热塑性:加热时反复塑化热硬化塑料:加热到熔体温度以上不会再改变形状，塑料特性，质量轻，强度高的塑料密度为0.9 2.2g/cm3泡沫的密度约为0.01g/cm3。塑料的强度低于金属，但高于强度。这对减轻机械产品的重量很重要。化学稳定性好的塑料能抵抗大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。例如，PTFE在沸腾的“王水”中仍然稳定。优秀的电绝缘塑料具有良好的电绝缘性，遗传损失小，电绝缘性可与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美。减摩、耐磨塑料的硬度比金属低，但大多数塑料的摩擦系数较小，某些塑料(例如聚四氟乙烯、尼龙等)具有自润滑性。因此，塑料可用于制造在没有润滑的情况下工作的某些零件。降噪和吸振塑料轴承和齿轮运行时安静的噪音减少。泡沫经常用作隔音材料。成型加工性好的塑料有注射、挤压、成型、浇注等多种成型方法，工艺简单，生产率高。耐热的大部分塑料只能在100左右使用，少数品种可以在200 左右使用。容易老化(由于光、热、载荷、水、碱、酸、氧等长期作用，塑料变硬、易碎、裂开的现象，称为老化)；导热性不好，大约是金属的1/500；热膨胀系数是金属的3到10倍左右。橡胶、橡胶是弹性高的高分子材料，卸载后可以迅速恢复原状，是常用的弹性材料、密封材料、冲击和减振材料、变速器材料。橡胶的分类根据其来源分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶是由橡胶树的液态牛奶采集和适当加工而成的，天然橡胶的主要化学成分是聚异戊二烯。合成橡胶的主要成分是合成高分子材料，其品种比较多，丁苯橡胶和丁二烯橡胶是比较普遍的合成橡胶。按用途可分为通用橡胶和特殊橡胶，通用橡胶的用途大体上用于制造轮胎、传送带、软管、橡胶板等，主要有丁苯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等。特殊橡胶主要在高温、低温、酸、碱、油和辐射介质条件下用于橡胶产品，有丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶等。陶瓷材料、陶瓷材料是金属和聚合物以外的无机非金属材料。工业中使用的典型传统陶瓷产品，如陶瓷、玻璃、水泥等。随着现代科学技术的发展，出现了很多性能优良的新型陶瓷。陶瓷是一类用天然或合成化合物成型，在高温下烧结而成的无机非金属材料。具有熔点、高硬度、耐磨性、防氧化等优点。可以用作结构材料、刀具材料等，陶瓷具有特定的属性，可以用作功能材料。复合材料及其分类、复合材料是多个性质不同的多相材料，由物理和化学复合组成。通常，其中一个用矩阵粘合，另一个用作加强材料，提高承载能力。复合材料不仅性能优于组件中的任意单个材料，而且可以具有单个组件没有的独特特性，因此复合材料具有良好综合特性的复合材料的分类可以分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、叠层复合材料等。根据基体的不同，不同的分类可以分为三酯基复合材料、陶瓷基复合材料、金属基复合材料。按用途分类可分为结构复合体和功能复合体。结构复合材料主要用作轴承结构的材料。功能复合体除了机械性质外，还具有其他物理、化学、生物等特殊特性的复合体。复合材料的特性，非模量和高强度复合材料的增强材料通常使用高强度、低密度材料。一般来说，系数约为钢的4倍，强度约为钢的8倍。耐疲劳复合材料的基板上密集了很多增强纤维等，基板的塑性一般更好，增强纤维和基体的界面可以防止疲劳裂纹增长，有效提高复合材料的疲劳极限，碳纤维增强复合材料的疲劳极限为拉伸强度的70%80%。安全良好复合材料的每平方厘米截面有数千或数万个独立纤维，如果零件过载，一些纤维破损，应力迅速重新分配，并由未断裂的纤维搬运，在短时间内不丧失构件承载能力，提高使用的安全性。高温性能良好的纤维的熔点或软化温度通常在2000 以上，但玻璃纤维的软化点只有700到900 时除外，因此复合材料一般具有较高的高温强度。振动阻尼好的机构的固有频率与弹性系数的平方根成正比，复合材料的比例系数大，固有频率高，不易产生共振，纤维和矩阵的界面具有吸振能力，因此振动阻尼高。此外，复合材料一般具有良好的化学稳定性，制造工艺简单，并广泛使用于这些优点，是近年来重要的工程材料。被广泛用于飞机结构部件。汽车、船舶、压力容器、管道、变速器零部件等其应用量呈逐年增加的趋势。功能材料、功能材料是优秀的电、磁、光学、热、声、力学、化学、生物医学功能、特殊物理、化学、生物效果、功能相互转化完成的，主要用于制造各种功能组件，广泛应用于各种高新技术领域的高新技术材料。功能材料分类：功能材料可以按其功能分类为电功能材料、磁功能材料、热功能材料、光功能材料、智能功能材料等。根据其特性，可以分为超导材料、几何记忆材料、储能材料、永磁材料、感光材料、隐形材料等。超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换和储能材料、生态环境材料、生物材料和材料的分子、原子设计等当前国际功能材料及其应用技术正在迅速发展，功能材料技术的发展已成为一些发达国家加强经济和军事优势的重要手段。形状记忆材料，形状记忆材料(shapememorymaterials，SMM):具有一定初始形状的材料变形固定为其他形状后，通过热、