常用工程材料课件

常用工程材料1.4.1常用工程材料的分类

工程材料金属材料碳素钢合金钢碳素结构钢碳素工具钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁有色金属：铜合金、铝合金等非金属材料高分子材料：塑料、橡胶、复合材料等陶瓷材料：普通瓷、氧化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷钢常用工程材料1.4.1常用工程材料的分类工程材料金属材11.4.2.1碳素钢分类和牌号1）按钢的含碳量分类：

低碳钢中碳钢高碳钢2）按钢的质量分类：有害杂质硫、磷的含量普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢1.4.2常用金属材料1.分类1.4.2.1碳素钢分类和牌号1）按钢的含碳量分类：23）按用途分为：

碳素结构钢：

制造各种机器零件及工程构件，大都是低碳钢、中碳钢，属普通碳素钢或优质碳素钢。

碳素工具钢：

制造各种刃具、量具和模具等，大都是高碳钢，属优质钢或高级优质钢。4）按冶炼时脱氧程度的不同分类沸腾钢：不脱氧的钢；镇静钢：完全脱氧钢；半镇静钢：半脱氧钢。

5）按金相组织分亚共析钢、共析钢、过共析钢。3）按用途分为：碳素结构钢：制造各种机器零件及工程构件，32.普通碳素结构钢含碳量在0.06%∼0.38%之间，硫、磷含量较高，在供应状态下使用，不需热处理。常用于一般工程结构及普通零件。其牌号（表示方法）由代表屈服点的字母Q、屈服点的数值、质量等级符号(A、B、C、D)和脱氧方法符号(F、b、Z、TZ)组成。如Q235--A·F，表示其屈服点为235MPa，质量等级为A级，沸腾钢。3.优质碳素结构钢按化学成分和力学性能供应，杂质含量少，表面质量、组织结构的均匀性较好，需经热处理，用于重要的零件。其牌号采用两位数字来表示，表示该钢号的平均含碳量的万分之几。根据含锰量不同分为普通含锰量（0.25%∼0.8%）和较高含锰量（0.75%∼1.2%）两种，后者加“Mn”，如20钢为含碳0.2%，65Mn为含碳0.65%，较高含锰量。2.普通碳素结构钢3.优质碳素结构钢41.4.2.2合金钢分类和牌号

1.分类合金结构钢合金工具钢特殊性能钢建筑及工程用钢或构件用钢机器制造用钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢刃具钢模具钢量具钢不锈钢耐热钢耐磨钢磁钢1）按用途分:1.4.2.2合金钢分类和牌号1.分类合金结构钢合金工52）按合金元素含量（质量分数）分：3）按所含合金元素种类分为：铬钢、锰钢、镍钢、铬锰钢、硅锰钢等。4）按金相组织分为：珠光体钢、马氏体钢、贝氏体钢、奥氏体钢。

低合金钢（合金元素总含量<5%）中合金钢（合金元素总含量5%-10%）高合金钢（合金元素总含量>10%）2）按合金元素含量（质量分数）分：3）按所含合金元素种类分为62.合金结构钢1）低合金结构钢。Q+×××+质量等级符号，如Q345C；Q表示屈服点的“屈”，345表示屈服点数值，C表示质量等级，有A、B、C、D、E五个等级。

2）合金结构钢。数字+化学元素符号+数字，前面数字表示钢的平均含碳量，以万分之几表示，后面数字表示该合金元素的平均含量，以百分之几表示，但低于1.5%时不标。若为高级优质钢在最后加“A”字，如60Si2Mn，滚动轴承钢，GCr15SiMn。2.合金结构钢1）低合金结构钢。Q+×××+质量等级符号，74.特殊性能钢特殊性能钢牌号为数字+化学元素符号+数字。前面数字表示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但当平均含碳量小于等于0.03%时标为00，小于等于0.08%时标为0，如2Cr13。

3.合金工具钢合金工具钢牌号为数字+化学元素符号+数字。前面数字表示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但高于1.0%时不标，高速钢例外，其低于1.0%时也不标，其余同合金结构钢，如5CrMnMo。

4.特殊性能钢3.合金工具钢81.铸铁铸铁含碳量大于2.11%的铁碳合金，一般含碳量2.5%∼4.0%，含有较多的硅、锰、硫、磷等杂质。

根据碳在铸铁中的存在形态可分为：

1）白口铸铁。即生铁,碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以渗碳体形式存在，其断口呈银白色。特点是硬和脆，难以加工，但耐磨。一般不直接用来制造机器零件，常用作炼钢原料或制造可锻铸铁件。

2）灰铸铁。碳主要以自由状态的片状石墨形态存在，如图1-24，断口为暗灰色。强度低，塑性差，但易切削，减摩消振性好，且铸造性能好，应用最广泛。

图1-24片状石墨1.4.2.3铸铁和铸钢

1.铸铁根据碳在铸铁中的存在形态可分为：1）白口铸93）可锻铸铁。碳主要以团絮状石墨形态存在，如图1-25，因而有较高的塑性和韧性。用于受冲击和振动的薄壁小件。可锻铸铁由白口铸铁经高温退火处理获得。

图1-25团絮状石墨4）球墨铸铁。铁液在浇注前经球化处理，碳大部分或全部以自由状态的球状石墨存在，如图1-26，有时出现少量团絮状。强度、塑性均高于可锻铸铁，抗拉强度甚至高于碳钢。

图1-26球状石墨3）可锻铸铁。碳主要以团絮状石墨形态存在，如图1-25，因而102.铸钢1）铸钢件。将钢液直接铸成零件毛坯，以后不再进行锻造的钢件。常用于要求较高而复杂的零件。

2）含碳量。铸造碳钢的含碳量在0.20%∼0.60%之间，含碳量太高则塑性差，易冷裂，硫、磷含量在0.040%以下。

3）牌号。“ZG+两组数字”表示，数字分别表示最低屈服点和最低抗拉强度的值。如ZG200-400。2.铸钢1）铸钢件。将钢液直接铸成零件毛坯，以后不再进行锻造111.4.2.4有色金属

纯铜的性能特点：具有很高的导电导热性，仅次于银；化学稳定性高，抗大气腐蚀性好，无磁性，塑性好，但强度低。

工业生产中通常称铁和铁基合金为黑色金属，而把铁和铁基合金以外的金属称为有色金属。1.铜及铜合金铜及其合金是人类应用最早的金属，目前工业上使用的主要有工业纯铜、黄铜、青铜。1）工业纯铜。纯铜呈玫瑰红色，因表面经常形成一层紫红色的氧化物，俗称紫铜，电解铜。其熔点为10830C，密度为8.96g/cm3，为面心立方晶格。

1.4.2.4有色金属纯铜的性能特点：具有很高的12牌号：工业纯铜牌号为T+顺序号，共有T1,T2,T3,T4；序号越大，纯度越低。

2）黄铜。黄铜以锌为主要合金元素的铜基合金。它具有良好的力学性能、加工成形性、导电性和导热性，价格较低，是重有色金属中应用最广的金属材料。可分为普通和特殊黄铜两类，按加工方式分为压力加工黄铜和铸造黄铜。压力加工普通黄铜：也叫二元黄铜，是Cu-Zn二元合金。根据含锌量分为（小于39%）单相（）黄铜、（39%-45%）双相（）黄铜；相是锌溶于铜中的固溶体，溶解度随温度的下降而增大，为面心立方晶格，塑性好，可冷热加工。相是以电子化合物CuZn为基的固溶体，室温下较脆，但加热到4500C以上时，塑性良好。其性能随锌含量牌号：工业纯铜牌号为T+顺序号，共有T1,T2,T13压力加工特殊黄铜：在铜锌二元合金的基础上加入其它合金元素组成的多元合金。常加入硅、铅、铝、锰等，称为硅黄铜、铅黄铜，铝黄铜。铅能改善切削加工性能，提高耐磨性，故铅黄铜用于钟表零件，硅能显著提高黄铜的机械性能、耐蚀性，具良好铸造性能，用于船舶及化工零件。其牌号为增加，起初强度塑性提高，而后由于出现了相，强度继续升高，但塑性下降，直至全部为相时，强度塑性急剧下降，如图1-27所示。其牌号为H+铜的名义质量分数，如H62。而H70、H68又称为三七黄铜，因强度高，塑性好常用来制作枪弹壳和炮弹筒，有“弹壳黄铜”之称。图1-27黄铜的机械性能与含锌量的关系压力加工特殊黄铜：在铜锌二元合金的基础上加入其它合金14H+主加元素符号+铜及各合金元素的名义质量分数，如HPb59-1。铸造黄铜：采用铸造方法来生产的黄铜。其代号为ZCu+合金元素1的化学符号及其名义质量分数+合金元素2级其名义质量分数+……，如ZCuZn38（ZH62),ZCuZn40Pb2(ZHPb59-1)。3）青铜青铜。除黄铜、白铜以外的铜合金均称为青铜。工业上常用的有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。一般都有高的耐蚀性、较高的导电导热性及良好的切削加工性。分为压力加工青铜和铸造青铜两类。前者的代号为Q+第一个主加元素的化学符号及其名义质量分数-数字（其它合金元素的名义质量分数），如QSn4-3表示含锡4%，含锌3%，后者的代号为ZCu+合金元素1的化学符号及其名义质量分数+合金元素2及其名义质量分数+……如ZCuSn10Zn2.H+主加元素符号+铜及各合金元素的名义质量分数，如HPb5915锡青铜：以锡为主要添加元素的铜基合金。耐蚀、耐磨、强度高、弹性好，常用牌号有QSn4-3等，用于弹簧、轴瓦、衬套等耐磨零件。

铝青铜：以铝为主要合金元素的铜基合金。它有良好的力学性能，耐蚀、耐磨，有良好的铸造性能，受冲击无火花。常用牌号有QAl9-4，QAl5等，用于轴套、齿轮、蜗轮、管路配件等。

铍青铜：以铍为主要合金元素的铜基合金。有很高的强度、硬度疲劳极限和弹性极限，耐蚀、耐热、无磁性、导电导热性好，受冲击无火花，冷热加工，铸造性能均好。常用牌号有Qbe2，主要用于制作高级精密的弹性元件，如弹簧、膜片。特殊要求的耐磨零件，如钟表的齿轮和发条，高速高温高压下的轴承、衬套。

锡青铜：以锡为主要添加元素的铜基合金。耐蚀、耐磨、强162.铝及铝合金

1）工业纯铝。其熔点为660.370C，密度为2.7g/cm3，为面心立方晶格，呈银白色。强度（=80—100MPa）和硬度(20HBS)很低，塑性(=80%)很高，有良好的导热导电性。工业纯铝为L1-L7，其顺序数越大，纯度越低。2）铝合金。由于纯铝的强度低，不宜作承力结构材料，向纯铝中加入适量的硅、铜、镁、锌、锰等元素，通过固溶强化，沉淀硬化及组织强化，而得到的高强度合金。2.铝及铝合金1）工业纯铝。其熔点为660.370C，密17铝合金的分类：根据铝合金的成分以及生产工艺特点，铝合金可分为形变铝合金和铸造铝合金。铝合金的一般类型相图如图1-28所示，在D点以左的合金，在加热到DF线以上时，得到单相固溶体组织，塑性好，适于压力加工，故称形变铝合金；成分在F点以左的合金，冷却时组织不随温度变化，故不能热处理强化，因而称为热处理不能强化铝合金；在D点以右为铸造铝合金。形变铝合金：在加热时能形成单相的固溶体，塑性很好，适于冷热压力加工的铝合金。又可分为：热处理不能强化的铝合金和热处理能强化的铝合金。图1-28铝合金状态图的一般类型铝合金的分类：根据铝合金的成分以及生产工艺特点，铝合18铸造铝合金：含有低熔点的共晶体，液态流动性较高，适于铸造的铝合金。它具有良好的力学性能，抗蚀性及良好的工艺性能。而且生产工艺较为简便，成本较低。用途较广。其合金代号为ZL+三位数字，第一位为合金系，1位铝硅系，2位铝铜系，3位铝镁系，4位铝锌系，后两位为顺序号。铸造铝合金：含有低熔点的共晶体，液态流动性较高，适于191.4.3非金属材料通常认为除金属材料以外的材料都是非金属材料，主要有高分子材料、陶瓷材料。1.塑料塑料以有机合成树脂为主，加入适量的添加剂，在一定温度和压力作用下加工成形的玻璃态高分子材料。

塑料的组成：合成树脂和某些添加剂。

1.4.3非金属材料通常认为除金属材料以外的材料都20树脂：它是低分子化合物经聚合反应形成的高分子化合物，是塑料的主要成分。其种类、性质、含量等对塑料的性能起决定作用。塑料多以树脂来命名。

添加剂：是在塑料中，有目的加入的某些固态物质，以弥补树脂自身性能的不足。1）填料，为增加塑料的强度而加入的，如木粉、高岭土、石墨等。2）增塑剂，使大分子链的距离拉开，降低分子间的作用力，增加柔顺性，如甲酸酯类化合物。3）固化剂，在高聚物中生成横跨链，使分子交联，树脂由线型结构变成体型结构，如乙二胺。4）稳定剂，又称防老化剂，一般加入量在千分之几，防止过早老化的作用，如硬脂酸钙。树脂：它是低分子化合物经聚合反应形成的高分子化合物，215）其它，按性能要求加入一定量的润滑剂、染料、发泡剂、阻燃剂等。塑料的分类：

1）按热性能分为热塑性塑料和热固性塑料。

热塑性塑料：加热软化，可熔成粘稠状的液体，冷却时硬化成所需的形状。再加热时又重新软化。如聚氯乙烯，聚酰胺等。

热固性塑料：树脂受热先软化，继续加热又硬固化，大分子由线型结构变成体型网状结构，固化后加热则不再软化。如酚醛塑料。

2）按应用范围分：通用塑料、工程塑料、特种塑料。

5）其它，按性能要求加入一定量的润滑剂、染料、发泡剂222.橡胶橡胶是指在很宽的温度范围（-50∼1500C），均处于高弹态，在很小的力作用下可发生很大的弹性变形，外力去除后能瞬间恢复原来的状态的经过硫化，并加入了配合剂的高分子材料。

橡胶的组成：生产中把未经硫化的天然胶与合成胶称为生胶，硫化后的胶称为橡胶。为提高橡胶制品的性能，常添加各种配合剂。

2.橡胶橡胶的组成：生产中把未经硫化的天然胶与合成胶23

1）硫化剂。使生胶分子相互交联成为网状结构，天然橡胶中常加硫磺，合成橡胶则还要加入过氧化物及金属氧化物。

2）促进剂。常选用有机化合物，以缩短硫化时间，降低硫化温度。3）软化剂。常选用硬脂酸，精制蜡、凡士林等，增加橡胶的塑性，改善粘附力，降低硬度和提高耐寒性。

4）补强剂。常选用碳黑、白碳黑，以提高强度，硬度，增强耐磨性。橡胶的分类：按来源分为天然橡胶和合成橡胶两大类。

常用橡胶有：天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶。特种橡胶有：聚胺脂橡胶、硅橡胶等。

1）硫化剂。使生