金属工艺学36821.ppt

1,金属工艺学,主讲：副教授,实习学时：60实验学时：6讲课学时：26,工程训练中心,2,金属工艺学,马中全,3,绪论,世界四大材料：钢铁、木材、塑料、水泥(如生产一根“轴”),材料分：金属材料、非金属材料、复合材料,金属材料指钢铁、有色金属等材料,非金属材料无机高分子材料（陶瓷、水泥、木材等），有机高分子材料（如塑料、橡胶），复合材料-玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料。,现在新材料-纳米材料、智能材料,4,材料按物质结构不同分：金属材料、非金属材料（有机高分子材料和陶瓷料)、复合材料材料按用途不同分：机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材料材料按功能不同分：结构材料、功能材料、磁性材料等,5,材料发展概括,天工开物明朝科学家：宋应星箸,石器时代,陶器时代,铜器时代：,司母戊鼎（公元前1116世纪）11307801100,战国编钟（前475221年）65个总重2500Kg,天然石，兽骨，树枝,泥巴（日晒原始陶器；火烧瓷器用具）,铁器时代沧州大狮（公元953年）重50T,长5.3m,宽3m,人工复合材料,塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等,本草纲目,农政全书,李时珍,徐光启,智能材料,6,沧州铁狮铸造于公元953年。铁狮子通高5.78米，身长6.5米，体宽3.17米，重约40吨,7,本课程的性质和目的,2、目的：,a获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。,c具有选择零件材料的能力，确定加工工艺路线的能力。,d为后续课程和从事技术工作打下基础。,1、性质：,特点：杂，多，广，逻辑性差。,本课学习方法是：预习、笔记、复习、讨论问题本教材的重点：常见的材料牌号及应用，钢的热处理,8,第一章金属材料的力学性能,Mechanicspropertiesofmetals,金属材料的性能,使用性能力学、物理、化学,工艺性能铸造、锻压、焊接、切削加工,力学性能：受外力作用下所表现出的性能。不能说：机械性能,判据如：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等,第一节强度与塑性,一、强度strength,概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力。通过拉伸试验测得大小。见教材P5,强度判据：屈服点（屈服强度）、抗拉强度,9,L0,LK,d0,拉断前试样,拉断后试样,试样按GB639786制取，分长试样L0=10d0,短试样L0=5d0,说明：,b,k,s,e,拉伸力F,O,伸长量L,Fs,Fb,Fe,低碳钢的力伸长曲线,F,F,10,说明：单位面积上的内力称应力。读sigm,L长度Length单位：mm,A截面积Area单位：mm2,F外力Force单位：N,s屈服点的值单位：MPa（兆帕）megapascal,屈服点,概念：力不增加仍能继续伸长时的应力。用符号：s表示,抗拉强度,概念：试样拉断前所承受的最大拉应力。用符号：b表示,补充：bb表示抗弯强度,注：s、b是设计与选材的重要依据,另：e表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。,11,补充资料：GB/T2282002金属材料室温拉伸试验方法规定：断后伸长率A表示；断面收缩率Z表示；屈服强度Re表示；抗拉强度Rm表示；此规定代替GB228-87，从2002年7月执行。,12,二、塑性plasticity,概念：在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。,判据：断后伸长率、断后断面收缩率,断后伸长率Percentageelongationafterfracture,概念：试样断后标准的伸长量与标准的百分比。用符号表示，读作代儿特,其中：Lk断后试样长度Lo试样原始长度,断后断面收缩率,概念：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比。用符号表示，读作扑洒哎,说明：伸长率和收缩率在实际应用中，一般是用表示塑性大小。,、越大，材料的塑性越好。通常认为0.9%后，其HB，b、ak,二、状态图中的特性点、线、区域组织,请打开教材40页，二部分。,42,钢铁力学性能与碳含量WC的关系,43,特性点：见表22,特性线：,1、ACD线；,2、AECF线固相线,液相线,（其中AE线是碳钢固线）,3、ECF线共晶转变线LLd,4、GS线（又称A3线）,5、ES线（又称Acm线）,6、PSK线共析转变线,Ap,（又称A1线）,44,三、合金的结晶过程分析,亚共析钢,共析钢,过共析钢,A,F+A,L,E,A+Fe3C,L+A,45,三、合金的结晶过程分析,A,E,G,P,Q,S,Fe,L,A,L+A,F,F+A,F+P,P,P+Fe3C,A+Fe3C,0.77,2.11,、共析钢WC=0.77%,1,2,3,P,、亚共析钢,1,2,3,4,1,2,3,4,4,L,L+A,A,F+A,AP,P+F,冷却曲线,过共析钢WC=1.0%,状态图的应用：自己看P45,46,四、碳素钢（简称：碳钢）carbon-steel,本内容P101，重点是常见牌号的含义、性能、应用。,GB/T133041991规定：钢按化学成分分：非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。,非合金钢是指WC0.9%后，其HB，b、ak,二、状态图中的特性点、线、区域组织,请打开教材40页，二部分。,77,钢铁力学性能与碳含量WC的关系,78,特性点：见表22,特性线：,1、ACD线；,2、AECF线固相线,液相线,（其中AE线是碳钢固线）,3、ECF线共晶转变线LLd,4、GS线（又称A3线）,5、ES线（又称Acm线）,6、PSK线共析转变线,Ap,（又称A1线）,79,三、合金的结晶过程分析,亚共析钢,共析钢,过共析钢,A,F+A,L,E,A+Fe3C,L+A,80,三、合金的结晶过程分析,A,E,G,P,Q,S,Fe,L,A,L+A,F,F+A,F+P,P,P+Fe3C,A+Fe3C,0.77,2.11,、共析钢WC=0.77%,1,2,3,P,、亚共析钢,1,2,3,4,1,2,3,4,4,L,L+A,A,F+A,AP,P+F,冷却曲线,过共析钢WC=1.0%,状态图的应用：自己看P45,81,四、碳素钢（简称：碳钢）carbon-steel,本内容P101，重点是常见牌号的含义、性能、应用。,GB/T133041991规定：钢按化学成分分：非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。,非合金钢是指WC0.7%，随WC，淬透性。,118,（3）对力学性能的影响：,淬透性好的钢，力学性能高；淬透性差的钢，尤其是心部力学性能底，受力易变形。,二、回火tempering,1、概念：淬火后的工件，再加热到A1以下某一温度、保温一定时间，然后冷却到室温的工艺。,2、目的：（1）使工件获得要求的力学性能；（2）稳定工件尺寸；（3）消除或减少内应力；（4）改善工件的切削加工性。,3、回火方法（组织转变、性能、应用）,（1）低温回火（150250）lowtemperaturetempering,获得组织M回；5865HRC；用于高碳钢、工具钢（刀具、量具、模具）、滚动轴承钢。,（2）中温回火,119,（2）中温回火（350500）；mediumtemperaturtempering,回火后b、s较高，内应力消除，ak较好。,回火组织：T回；用于弹簧钢制造的弹性件、锻模。,（3）高温回火(500650)；hightemperatuertempering,回火组织：S回；特点是综合力学性能好。应用广泛，汽车、拖拉机、机车，承受较大载荷的结构零件，如：轴、齿轮等。,淬火+高温回火称调质处理，简称：调质。trawn,说明：回火组织与等温冷却转变组织的区别：S回、T回是粒状，而S、T是片状；正火与调质硬度很接近，但结构件一般经调质而不正火后用，因调质综合力学性能好。,120,4、回火脆性：一般来讲，随回火温度，其、HB，、ak，但在250350之间其ak的现象，称“回火脆性”。碳化物沿着马氏体周围析出，形成脆性薄壳，受力易裂纹。,1、退火、正火、淬火、回火简称“四把火”的概念、工艺、目的、应用。,小结：,2、回火后的组织性能、应用如何？,作业：P74；,121,第五节钢的表面热处理和化学热处理简介,一、表面热处理surfaceheat-treatment,1、概念：将工件快速加热，表面达到淬火温度立即淬火（喷水），表面层获得M，而心部保持了原有的韧性、塑性且达到表面耐磨的工艺。,2、应用：齿轮、凸轮、套筒、顶杆等，WC=0.4%0.5%较好。,3、方法：按加热方式不同，分为：感应加热和火焰加热,（1）感应加热表面淬火原理“集肤效应”,122,高频加热：200KHZ300KHZ；0.32.5mm,小件；轴；齿轮中频加热：1KHZ10KHZ；210mm；较大件，凸轮，曲轴工频加热：50HZ；硬度层1020mm；应用大件,特点：a、生产率高，加热速度快；b、淬火后晶粒细、硬度高；c、加热不氧化、不脱碳、不变形；d、有较高疲劳强度；e、缺点是设备投资大。应用大批量生产小件，齿轮等。,（2）、火焰加热,用乙炔氧气混合气体燃烧的火焰。,特点：操作简单，效率低；表面层26mm，工作表面严重氧化，质量难以控制。应用单件、小批生产。,第六节化学热处理简介,Thermochemicaltreatment,一、概念：是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变化学成分、组织和性能的热处理工艺。,123,二、工艺方法,1、渗碳：向工件表面深入碳原子过程，WC，渗碳层0.52mm.,（1）目的：提高耐磨性；此时心部有良好的韧性；“外强里韧”。,（2）应用：低碳钢，低合金钢。,（3）方法：气体渗碳，固体渗碳。,（4）热处理：渗碳、淬火+低温回火。,2、氮化：向工件表面渗入活性氮原子形成硬度极高的合金氮化物。,（1）目的：提高硬度、耐磨性，提高疲劳强度，耐蚀性。,（2）应用：含较高合金元素的钢，V、W、AI、Mo、Cu等,（3）方法：离子渗氮氨气,第七节钢的热处理新工艺、新技术P95自己看。,124,本章总结：,1、什么是热处理？分类；为什么要进行热处理？,2、加热、冷却时组织如何转变的？冷却速度对组织有何影响？,3、“四把火”的概念、工艺、应用，工序安排。,4、何谓表面热处理，化学热处理；机理是什么？有何特点，应用如何？,作业P76；40，41，42,125,第五章合金钢alloy-steel,一、分类,1、按含合金元素量多少：,（1）低合金钢（2）中合金钢（3）高合金钢,W含量10%,W含量=5%10%,2、按用途分：,（1）合金结构钢（2）合金工具钢（3）特殊性能钢,轴、齿轮、钢筋、型钢等,刀具、模具、手用工具等,不锈钢、耐热钢、耐蚀钢等,二、合金元素在钢中的作用（了解）,1、与铁作用：固溶于铁素体中，固溶强化，力学性能。,2、与碳作用：固溶于铁素体；形成碳化物，HB、b.,总的看来：在碳钢的基础上，加入些合金元素，提高淬透性，提高综合力学性能，满足使用要求。,第一节合金结构钢,一、低合金高强度钢：GB/T15911994（原：低合金钢）,牌号：标出化学元素和含量，含碳量WC,两位数字+元素符号+数字,含元素量的%,1.5%不标出1.52.5%用2表示2.53.5%用3表示,主加元素,WC的万分之几,例如：40Cr、60Si2Mn、20CrMnTi,合金元素总量5%，主要用于桥梁、井架、电视塔架、船舶等。,127,1、成分：WC0.2%；合金元素强化铁素体。,2、性能：良好的、ak，较高的b、s；,3、钢号、用途：P107表54Q295；Q345；Q390；Q420；Q460,常用的是：Q345代替旧标准16Mn,4、热处理：热轧后，正火状态使用。,二、合金渗碳钢GB307799,1、成分：WC0.25%；目的保证心部有良好的塑性、韧性。,2、性能：良好的淬透性；经渗碳后，耐磨性，-1，良好的、ak，抗冲击。,3、钢号、用途：P108表55,统一数字代号：20Cr-A20202;20CrMnTi-A26202,128,4、热处理：渗碳、淬火+低温回火，58HRC62HRC,三、合金调质钢GB/T307799,1、成分：Wc=0.25-0.50%；过高，ak；过低，淬不硬，不高。,2、性能：具有良好的综合力学性能。,3、钢号、用途：P109表56代号40Cr-A20402,4、热处理：淬火+高温回火S回,四、合金弹簧钢GB122284,1、成分：Wc=0.5-0.7%过低，e不高，屈服比低；过高-1、ak,2、性能：具有高的b；高的屈强比s/b，-1、足够的、ak,3、钢号、用途：P110表57；60Si2Mn,129,4、热处理：,（1）冷成形弹簧：当d8mm,200250去应力退火；淬火+中温回火。,五、滚动轴承钢（专用）应用在高速运转中。,1、成分：Wc=0.95-1.1%,目的保证高硬度、耐磨性；加Wcr=0.4-1.6%，提高淬透性。,2、性能：较高的-1，HB，e一定的ak,3、钢号、用途：p112,常用的GCr15小型套圈，直径12%,1、铬不锈钢：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13，见表513P122,2、铬镍不锈钢：1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9,另：铁素体不锈钢：1Cr17容器，日用品,二、耐磨钢GB568098P1233、,又称“高锰钢”，强烈冲击力作用下发生硬化现象。,如牌号：ZGMn131；ZGMn132；等应用防弹板、铁道叉、履带板、颚板、铲斗、保险箱等。,三、耐热钢P121自己阅,小结：作业P78,第六章铸铁castironP124第二节,本章重点：铸铁的分类、常用的牌号、应用。,一、什么是铸铁？GB561195,一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称，称为铸铁。,补充：生铁：pigiron铁矿石在高炉中炼出来的。炼铁（Ironmaking)工艺，分铸造生铁和炼钢生铁（WSi1.25%)两种；铸造生铁与其他材料一起熔化后，获得的材料，叫铸铁；炼钢生铁通过进一步的熔炼，得到钢材，此过程称炼钢steelmaking。,特点：铸铁有良好的铸造性、耐磨性、减摩性、减振性、切削加工性等优良性能，且制造容易、价格便宜，在工业生产中应用广泛。,二、铸铁分类,按碳的存在形式分,1、白口铸铁whitecast-iron,碳以碳化物（Fe3C)形式出现。断口：银白色，硬而脆；很难切削加工，很少直接用于零件.,2、灰口铸铁graycast-iron,碳以石墨形式出现。断口：呈灰色；常用材料。,按石墨的形状不同，又分为：,（1）灰铸铁片状石墨（2）球墨铸铁球状石墨（3）可锻铸铁团絮状石墨（4）蠕墨铸铁蠕虫状石墨,3、麻口铸铁mottledcast-iron,碳以Fe3C+石墨形式出现。断口：白色与灰色之间；此类铸铁脆性很大，很少使用。,白口,灰口,麻口,另：合金铸铁（向铸铁中加入合金元素，改善性能）。,第一节铸铁的石墨化及影响因素,一、铸铁石墨化,铸铁中石墨的形成过程称为“石墨化”。,石墨“G”表示，graphite,是碳的一种结晶形式，六方晶格，碳原子呈层片状排列；性能：、ak很低，硬度为3HBS；,实践证明：,冷却速度快Fe3C冷却速度慢G,二、石墨化影响因素,1、化学成分：随C、SiG核，有利于G析出；S阻碍G，促进白口化，所以严格控制。,2、冷却速度：V原子来不急扩散，G难以进行；易白口。V小易得到灰口。所以设计时：合理选择铸件壁厚。,薄件白口厚大件灰口,136,第二节灰铸铁graycast,一、成分、组织、性能,1、成分：Wc=2.6%3.5%；Wsi=1.13%；Mn=0.61.3%,2、组织（1）F+片状G；（2）F+P+片状G；（3）P+片G,3、性能：,（1）力学性能：压高；b低；、ak较差；,（2）其他性能：铸造性好；减振性好；减摩性好；切削加工性好；低的缺口敏感性。,137,二、灰铸铁的牌号、用途,GB943988,牌号：HT,bMPa,灰铸铁简称“灰铁”，汉语拼音字母首,如：HT150；HT200；见表515P127；主要应用于床身、箱体、底座等。,三、热处理,1、消除应力退火,2、消除白口组织改善切削加工性能退火,3、表面淬火如车床导轨,第三节球墨铸铁nodulargraphitecast-iron,一、成分、组织、性能,1、成分：在金属液中加入球化剂稀土镁合金球化处理使G变为球状。,2、组织：基体是（F，F+P，P）+球状石墨G,3、性能：较高的b、-1，但、ak比钢差。,二、牌号、用途GB134888,牌号：QT,=%,b=MPa,球墨铸铁简称球铁（汉语拼音字母字首）,如：QT40018；QT6003；见P130表516,球墨铸铁金相组织照片,三、热处理,1、退火,（1）去应力退火（2）石墨化退火：低温退火、高温退火两种。,2、正火,3、调质,4、等温淬火,以上方法见教材P132图521；图522；图523；图524生产方法在P130（1）,140,第四节可锻铸铁malleablecast-iron,又称马铁；玛钢,一、成分、生产过程,1、成分：Wc=2.22.8%,Wsi=11.8;含碳、硅量低；,2、生产过程：首先浇注成白口铸铁件，然后再经过可锻化（石墨化）退火而得到团絮状石墨的可锻铸铁。,据退火后断口颜色不同又分：白心可锻铸铁；黑心可锻铸铁；,141,二、性能、牌号、用途,1、性能：、ak比灰铸铁好，但不能锻造。,2、牌号：KTH（或Z）,=%,bMPa,可锻铸铁（可铁）,珠光体,黑心（铁素体）,如：KTH30006；用：湾头、三通管件、阀门。KTZ55004；用于；载荷较高的耐磨损、凸轮轴，齿轮等。见P133表517。GB944088,142,第五节合金铸铁P135四,Alloycast-iron,一、耐蚀铸铁二、耐热铸铁三、耐磨铸铁四、蠕墨铸铁,自己看！,了解其性能特点、应用。,小结：1、掌握概念、分类；2、常用铸铁材料的牌号、性能、应用。,作业：P8081,143,第七章有色金属及其合金P137,Nonferrousmetals,第一节铝及铝合金,一、纯铝Alaluminium,银白色，轻金属，熔点660，面心立方晶格，没有同素异构转变。,1、性能特点,（1）密度小2.72g/cm3；（2）导热、导电性好；（3）抗大气腐蚀（Al2O3膜)；（4）塑性、韧性好，易加工成形。（5）无铁磁性；（6）强度较低，应用受限。,2、纯铝牌号GB/T819096,工业纯铝：L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7七种，号数越大，纯度越低。从99.7%98%。,144,二、铝合金的分类：,按成分及工艺不同,变形铝合金铸造铝合金,三、变形铝合金,1、分类、牌号、特点、应用,厂家直接按加工成各种规格的型材、板材、带材、管材、线材等。,防锈铝合金LF硬铝铝合金LY超硬铝合金LC锻铝铝合金LD,、HB；、ak,GB/T3190-96；见表520；P140,牌号采用国际四位数字符表示；新牌号：5A05LF5（代号）；2A11对应代号LY11；7A04LC4等。,（1）防锈铝合金LF,Al-Mg、Al-Mn合金；不能进行热处理强化。,特点：耐蚀性、塑性好，抛光性好；适用小件，冲压件。LF5,（2）LY,Al-Mg-Cu合金；通过热处理强化。,特点：较高的硬度、强度；但抗蚀性差（在海水）；用铆钉、骨架、隔框等。如LY1、LY11等。,（3）LC,AlCuMgZn合金；热处理强化。,特点：强度高，一定的塑性；但抗蚀性差；通过在外边包一层铝锌合金，提高耐磨性。如LC4受力的框架、飞机梁等。,（4）LDAlCuMgSi合金；热处理强化,特点：具有良好的锻造性，较高强度、力学性能；在热态下易压力加工。如LD7模锻件、高温下工作结构件。,2、热处理,（1）淬火,获得过饱和的固溶体，获得高的强度、硬度，足够的塑性。,（2）时效,自然时效放在露天中的一种方法。人工时效加热280300（退火）目的是消除加工硬化、稳定尺寸.,时效硬化：淬火后铝合金随时间延长而发生、HB升高的现象，称为时效硬化。,四、铸造铝合金P142表521,147,1、分类、牌号、应用GB/T117395教材142；,四、铸造铝合金,代号：ZL,合金顺序号,合金类别,铸造铝合金,如ZL101，ZL104，ZL202，ZL301，ZL401等,合金类别：1AlSi2AlCu3AlMg4Al-Zn,牌号：,ZAlSi7Mg-ZL101仪表、壳体等；,ZAlSi9Mg-ZL104汽缸体零件；,ZAlZn6Mg-ZL401压力铸造零件，形状复杂零件。,2、热处理了解内容，自己看,148,第二节铜及其合金,一、纯铜：,紫铜，玫瑰红色，表面氧化膜后呈紫色。,1、特点：,（1）=8.9g/cm3，熔点1083；属贵金属。面心晶格,（2）良好的导电性、导热性；,导电性仅次于银,（3）塑性好，易热、冷加工；=45%50%,（4）较高的抗蚀性（Cu2O膜),（5）抗磁性可制造磁学仪器、定向仪器等。,2、纯铜牌号GB523185,T1、T2、T3、T4号数越大，纯度越低；T199.95%;T499.5%;用于电线、电缆，油管、电器开关等件。,149,二、铜合金,白铜青铜黄铜,在纯铜的基础上加入些合金元素构成合金。,CuNi合金；精密件，仪表；如B19等。,CuZn合金,CuSn合金,（一）黄铜brassGB523285,按成分不同分：,普通黄铜WZn39%特殊黄铜：加入Pb、Sn、Al,1、普通黄铜,（1）特点：颜色随Zn，由黄红色淡黄色；,（2）牌号：H,WCu=%,黄铜,如；H62；H70；H90等。见P145,2、特殊黄铜,加：Si改善铸造性；Al提高强度、硬度、耐蚀性；,Pb提高切削加工性；Sn提高抗海水腐蚀；,见P145；表522；分压力加工特殊黄铜和铸造特殊黄铜两种。,（二）、青铜bronze,一般指CuSn合金，常称锡青铜。,牌号：Q+主加元素+平均含量%,如：QSn43；有良好的弹性、耐磨性、抗磁性、耐蚀性。应用：化工机械、弹性元件。,作业；P81,151,第八章常用非金属材料,教材155页，,第一节高分子材料,高分子材料概念：指以高分子化合物（分子量一般在5000以上）为主要组分的材料。常用的有塑料、橡胶、胶粘剂等。,一、塑料plastics,1、塑料的特性：,与金属相比，塑料优点：质轻、比强度高；化学稳定性好；减摩性、耐磨性好；电绝缘性优良；消声和吸震性好；成形加工性好，方法简单，生产率高。,152,塑料缺点：强度、刚度底；耐热性差，易燃烧和易老化；导热性差，热膨胀系数大。,2、塑料的分类、用途,按加热和冷却时所表现的性质分为：热塑性塑料、热固性塑料。,（1）热塑性塑料P164,（2）热固性塑料P166,二、橡胶rubber,1、概念：是以生胶为主要原料，加入适量的硫化剂、软化剂、填充剂、防老化剂和骨架材料等制成的材料。,2、特性、分类、用途P1672、表62,153,第二节陶瓷材料potteryandporcelainP171,一、概念,陶瓷是以天然硅酸盐或人工合成无机化合物为原料，用粉末冶金法生产的无机非金属材料。,二、陶瓷特性,优点硬度极高，耐磨损；抗压强度高；耐高温，抗氧化，耐蚀性好。缺点脆性大，受冲击时医粹裂；不能受急热急冷。,三、陶瓷的分类、用途P175表66,154,第三节复合材料compoundmaterial,一、概念：,复合材料是指由两种或两种以上性质不同的材料，经人工合成的多相固体材料。,二、特性：,优点：强度高，抗疲劳性能好；耐高温、耐蚀性好；减摩、减振性好；工艺简单，可以节省原材料和降低成本。缺点：抗冲击性差；不同方向的力学性能存在较大差异。,三、分类、用途,复合材料分基体相和增强相。基体相起粘结剂作用；增强相起提高强度和韧性作用。,155,复合材料的分类方法很多，如：按用途分；按增强材料分；按基体材料分。,常用的复合材料为：纤维增强复合材料；层叠复合材料；颗粒复合材料三种。,1、纤维增强复合材料,如：玻璃纤维增强复合材料（俗称玻璃钢）是用热固性树脂与纤维复合的一种复合材料；用于船舶壳体，减摩、耐磨零件。,2、层叠复合材料,是由两层或两层以上不同材料复合而成的材料。特点是强度、刚度、耐磨、耐绝热、隔声、减轻自重得到改善。如：五合板，塑钢门窗，火车车厢等。,156,3、颗粒复合材料,是一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体内所组成的材料。,如将金属粉加入塑料中，成为复合材料；改善导热、导电性能，并且大大提高强度。再如：将铅粉加入塑料中，可防射线辐射的罩屏。,小结：1、常用工程塑料的特点、应用。2、复合材料的特点、应用,157,第九章材料的选用（掌握内容）,第一节选材的一般原则、方法与步骤,一、失效：,1、概念：指零件在使用过程中，由于某种原因不能工作或虽能继续工作但已失去应有功能的现象，称为该零件失效。,2、失效形式：三种（1）断裂失效；（2）过量变形失效；（3）表面损伤失效。,3、失效原因（1）设计方面；（2）选材方面；（3）加工工艺是否合理；（4）安装如何；（5）操作规程。,二、选材原则：,1、使用原则：从零件工作环境、工作条件，考虑材料的力学性能、物理性能、化学性能，满足使用要求。,158,2、工艺性能,（1）铸造性能；流动性、收缩性来衡量。铸铁中，灰铸铁好。,（2）锻造性能；塑性变形抗力衡量。低碳钢性能优于高碳钢。,（3）焊接性；铝、铜合金焊接性差，铸铁基本不能焊，钢材可焊。,（4）切削加工性；硬度是否在170HBS230HBS内，高速钢、耐热钢差。,（5）热处理工艺；淬透性，淬火是否变形、开裂。合金钢好于碳钢。一定按工艺要求操作，如加热温度高或低的问题。,3、经济性,考虑材料的价格、成本。,如：材料本身价格，碳钢低于合金钢低于有色金属；,加工费用设备简单、工序少、少切削加工，提高经济效益。,在大量生产中，设备寿命、加工质量等，合金钢比碳钢更经济。,159,三、选材方法,1、以综合力学性能为主时的选材,如：结构零件：轴、杆、套类，承受动、静载荷作用。选：中碳钢，中碳合金钢调质处理。,2、以疲劳强度为主时选材,如：曲轴，齿轮，弹簧，滚动轴承等承受交变载荷。通过热处理工艺提高性能；合理的零件结构；正确加工方法；减少应力集中。选中碳钢调质或淬火+中温回火；高碳钢淬火+低温回火；,3、以磨损为主时的选材,两种情况（1）磨损较大，受力较小选高碳钢或高合金钢淬火+低回。（2）磨损同时受较大冲击力作用选低碳钢或低碳合金钢渗碳、淬火+低回。一般称“外硬而里韧”；如冷冲模，挫、锯；汽车变速齿轮。,160,四、选材步骤,1、分析零件工作条件，提出关键性能要求；,2、同类产品的用材情况比较，进行调查研究；,3、确定零件应具有的力学性能指标；,4、初步选出所用材料的牌号，确定热处理方法，进行强化。,5、对关键性零件投产前应先在实验室试验，是否达到各项指标；必要时，还进行破坏性试验，检验材料性能。,注意：如果是一、二个零件失效，可到商店或生产厂家去买。如果是大量生产，但是自己厂没有能力（条件）制造的话可委托其他厂制造（俗称外协加工）。,161,第二节热处理技术条件的标注及工序安排,一、热处理技术条件,设计者根据零件的性能要求，在图纸上标明材料的牌号，并相应的热处理条件，作为热处理操作及检验的依据，一般来讲，在图纸上用硬度作为热处理条件。,如：高碳钢一般在56HRC以上，58HRC62HRC；差5。中碳钢：56HRC以下，34HRC37HRC等。布氏硬度标注时：差30；如220HBS250HBS；180HBS200HBS等。,另：写上相应的调质，淬火，回火，高频淬火等。渗碳零件还标注渗碳层深度、渗碳淬火回火的硬度和渗碳部位等。表面淬火应标注淬硬部位。,二、热处理工序位置安排,162,二、热处理工序位置安排,1、退火（完全退火、球化退火、去应力退火）,在毛坯生产（铸造，锻造，焊接）之后，便于毛坯切削加工。其加工工艺路线如下：,毛坯生产（铸造，锻造，焊接）