工程材料（第二版） 课件 第4-6章 有色金属材料 -材料的选用

铝及铝合金铝及铝合金的特性密度小、比强度高

纯铝密度为2.7g/cm3，为铁的1/3；

铝合金密度小，强度与低合金高强度钢强度相近，比强度比一般高强度钢高得多。优良的物理、化学性能

铝的导电性好，仅次于银、铜和金；

铝及铝合金的磁化率极低，接近于非铁磁性材料；有相当好的抗大气腐蚀能力。加工性能良好

良好的铸造性、锻造性、冷成型性、切削性；可热处理强化等。有色金属一、纯铝1.高纯铝：牌号：L01、L02、L03、L04纯度：99.93～99.99%。

编号越大，纯度越高。应用：科学研究及制作电容器等。2.工业纯铝：牌号：1060、1050A、1100等纯度：98.0%～99.9%应用：制作铝箔、包铝和电线、电缆、器皿、焊条、装饰材料、反光板、热交换器、配制合金等。二、铝合金铝合金分变形铝合金和铸造铝合金两类。变形铝合金：成分低于D的合金，加热时能形成单相固溶体组织，塑性较好，适于变形加工，称为变形铝合金。不可热处理强化的铝合金：成分低于F的合金，不能进行热处理强化。

可热处理强化的铝合金：成分位于F-D之间的合金，可进行固溶-时效强化。铸造铝合金：成分高于D的合金，由于冷却时有共晶反应发生，流动性较好，适于铸造生产，称为铸造铝合金。1.铝合金的强化（1）细晶强化

纯铝和铝合金在浇注前进行变质处理，即在浇注前向合金溶液中加入变质剂，有效细化晶粒，从而提升合金强度。常用变质剂Ti、B、Nb、Zr等元素，作用是形成外来晶核，细化铝合金晶粒。（2）固溶强化

纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了位错的运动，提高塑性变形抗力，可使铝合金的强度提高。如Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Zn、Al-Mn等二元合金一般都能形成有限固溶体，具有较大的固溶强化效果。（3）热处理强化

又称固溶处理+时效处理强化。固溶处理：将成分位于D～F之间的合金加热到α相区,保温获得单相α固溶体，迅速水冷，在室温得到过饱和的α固溶体,这种处理方式称固溶处理。时效：固溶处理的过饱和α固溶体不稳定，有分解出强化相过渡到稳定状态的倾向。室温或低温加热时，强度和硬度会明显升高。称为时效或时效硬化。自然时效——室温下进行；人工时效——加热时进行。铝合金的时效合金发生时效的条件：①合金在高温形成均匀的固溶体。②固溶体中溶质的溶解度随温度的降低显著降低。固溶-时效机理：含4%Cu的Al-Cu合金，加热到550℃保温后在水中快冷，θ相(CuAl2)来不及析出，合金获得过饱和α固溶体组织，强度σb=310MPa。在室温放置,随着时间强度逐渐提高。经4天～5天后，σb可达430MPa。时效规律：时效温度高，强化效果小。时效温度高，时效速度越快。低温抑制时效的进行。含4%Cu铝合金不同温度下的时效曲线时效时间屈服强度时效峰过时效亚时效铝合金的热处理回归：自然时效后的铝合金，在230℃～250℃短时间加热后,快速水冷至室温，重新变软的现象。在室温下又能发生自然时效。应用：时效后的铝合金进行回归处理,软化状态进行冷变形。用铝合金铆钉随时进行飞机的铆接和修理。飞机的铆接2.变形铝合金（1）变形铝合金的分类、命名、牌号国际四位数牌号：美、法、德、日、英等国签约了《推荐变形铝及铝合金产品的国际带好标示系统的协议公告》。由美国铝协会负责按ANSIH35.1标准登记，称之为国际四位数牌号。如2021、7075。汉语拼音牌号：汉语拼音加数字，第一个字母L表示铝，后一位字母G、B、F、Y、D、C、T、Q分别表示高（纯）、包（覆）、防（锈）、硬、锻、超（硬）、特（殊）、钎（焊）目前，我国“国际四位数字体系牌号可直接引用”，“未命名为国际四位数字体系牌号的变形铝及铝合金，应采用四位字符牌号”，目前两者均在使用。国际四位数牌号：N

X

XXN：2-82：Al-Cu3：Al-Mn4：Al-Si5：Al-Mg6：Al-Mg-Si7：Al-Zn8：Al+其他改型情况0：原始合金1~9：改型合金没有特殊意义，仅用来识别同一组中的不同合金汉语拼音牌号：汉语拼音加数字，LXXXL

X

XXL表示铝字母：汉语拼音缩写一或二位数字：序号G、B、F、Y、D、C、T、Q分别表示：高（纯）、包（覆）、防（锈）、硬、锻、超（硬）、特（殊）、钎（焊）四位字符牌号：N

X

XXN：数字，组别N：1-81：纯铝2：Al-Cu3：Al-Mn4：Al-Si5：Al-Mg6：Al-Mg-Si7：Al-Zn8：Al+其他英文大写字母原始纯铝或铝合金的改型数字：标识同一组中不同铝合金或标识铝的纯度四位数牌号-汉语拼音牌号对照四位数牌号合金系对应的汉语拼音牌号1XXX系纯铝LGX、LX、LTXX2XXX系Al-Cu、Al-Cu-MnLYXX、LDXX3XXX系Al-MnLFXX4XXX系Al-Si、Al-Cu-Mg-SiLQXX、LTXX5XXX系Al-MgLFXX6XXX系Al-Mg-SiLDXX7XXX系Al-Cu-Mg-ZnLCXX8XXX系其他2.变形铝合金（2）防锈铝合金：主要合金元素是Mn和Mg（5XXX），其中Mn提高材料抗蚀能力，并起到固溶强化作用，Mg起到固溶强化作用，同时降低材料中合金元素比重。如5A05(LF5)。

性能：耐蚀性高，塑性和焊接性好，切削加工性差；不能进行固溶时效强化，属于不可热处理强化的铝合金，可冷变形，利用加工硬化提高强度。工程应用：液体环境种的零管道的、容器等零件。（3）硬铝合金：主要合金元素是Cu和Mg（2XXX），Cu、Mg可形成强化相θ及s相。广泛应用与航空航天、汽车和机械领域。低合金硬铝2A02(LY2)：w(Cu)2.6%～3.2%、w(Mg)2.0%～2.4%性能：Mg、Cu含量较低,塑性好,强度低。采用固溶处理和自然时效提高强度和硬度，时效速度较慢。工程应用：制作铆钉，常称铆钉硬铝。标准硬铝2A11(LY11)：w(Cu)4.4%、w(Mg)0.6%

、w(Mn)0.6%合金元素含量中等，强度和塑性属中等水平。退火后变形加工性能良好，时效后切削加工性能也较好。用于轧材、锻材、冲压件和螺旋浆叶片及大型铆钉等重要零件。高合金硬铝

2A12(LY12)：w(Cu)4.4%、w(Mg)1.5%

、w(Mn)0.6%合金元素含量较多，强度和硬度较高，塑性及变形加工性能较差。工程应用：制作航空模锻件和重要的销、轴等零件。（4）超硬铝合金：Al-Mg-Zn-Cu系（7XXX）合金。含有少量的铬和锰。7A04(LC4)、7A09(LC9)等。锌、铜、镁与铝形成固溶体和多种复杂的第二相(例如MgZn2、Al2CuMg、AlMgZnCu等)。性能：固溶处理和人工时效后，很高的强度和硬度，是强度最高的铝合金。工程应用：制造受力大的重要构件，飞机大梁、起落架等。（5）锻铝合金：Al-Mg-Si-Cu、Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。如2A50(LD5)等，合金元素种类多但用量少。性能：有良好的热塑性、铸造性能和锻造性能，并有较高的力学性能。要进行固溶处理和人工时效。工程应用：用于承受重载荷的锻件和模锻件。3.铸造铝合金位于D点成分以右的合金，因发生共晶转变，液态流动性好，适用于铸造，所以称为铸造铝合金。(1)Al-Si铸造铝合金(硅铝明)，如ZAlSi12(2)Al-Cu铸造铝合金，如AlCu5Mn(3)Al-Mg铸造铝合金，如ZAlMg10(4)Al-Zn铸造铝合金，如ZAlZn11Si7应用：铸造铝合金具有良好的铸造性能，可以制成形状复杂的零件。如造梁、燃汽轮叶片、泵体、挂架、轮毂、和发动机的机匣等。还用于制造汽车的气缸盖、变速箱和活塞，仪器仪表的壳体和增压器泵体等零件。钛及钛合金一、钛及及合金的特性物理性能：纯钛是一种银灰色的轻金属，熔点为1660℃，密度小（只有4.5g/cm3）；钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，是顺磁性物质。钛在固态有两种结构882.5℃以下为密排六方晶格，称α-Ti；882.5℃以上直到熔点为体心立方晶格，称β-Ti。冷却时在882.5℃发生同素异构转变:

β-Ti→α-Ti。化学性能：良好的化学稳定性。具有优异的抗酸、碱腐蚀性能；钛的抗氧化能力优于大多数奥氏体不锈钢。力学性能：纯钛有良好的塑性（高纯钛δ=50～60%，ψ=80%），但强度低。钛中合金元素的存在，对其机械性能影响极大，因而钛合金具有高的强度和硬度，强密比（比强度）很高。耐高温及良好的低温韧性，在-253℃～500℃宽的温度范围内能保持高强度，耐冲击。工艺性能：纯钛有良好的塑性成形性能和焊接性，易于压力加工成形。钛合金加工硬化较强烈，切削加工性较差；可焊接，β型和α+β型钛合金可热处理强化。二、钛及钛合金的牌号表示方法1.纯钛牌号：用TA+序号表示，序号有0、1、2、3。数字越大，杂质含量越高。2.钛合金牌号：根据使用状态的组织，钛合金可分为三类：α钛合金、β钛合金和（α＋β）钛合金。α钛合金牌号

用TA+序号表示，序号有4、5、6、7、8、9、10。β钛合金牌号

用TB+序号表示，序号有1、2、3、4。（α＋β）钛合金牌号

用TC+序号表示，序号有1～12。三、钛及钛合金的种类和应用1.纯钛：纯钛提纯工艺复杂，生产成本高。一般分为化学纯钛和工业纯钛。常见牌号TA0、TA1、TA2、TA3等。2.钛合金：合金元素溶入α-Ti/β-Ti中形成α/β固溶体。α稳定化元素铝、碳、氮、氧、硼等使同素异构转变温度升高，扩大α相区。β稳定化元素铁、钼、镁、铬、锰、钒等使同素异构转变温度下降，扩大β相区。α稳定化元素的影响β稳定化元素的影响(1)α钛合金：钛中加入铝、硼等α稳定化元素。性能：室温强度低于β钛合金和（α＋β）钛合金，但高温(500℃～600℃)强度比它们的高，组织稳定，抗氧化性和抗蠕变性好，焊接性能也很好。热处理：不能淬火强化，主要依靠固溶强化。可进行消除应力退火或再结晶退火。典型牌号是TA7。应用：制造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣。导弹的燃料罐(2)

β钛合金：钛中加入钼、铬、钒等β稳定化元素。性能：β钛合金有较高的强度、优良的冲压性能。热处理：可通过淬火和时效进行强化。在时效状态下，合金的组织为β相和弥散分布的细小α相粒子。典型牌号是TB2。应用：在350℃以下使用,制造压气机叶片、轴、轮盘等重载的回转件，以及飞机构件等。

叶片(3)

（α＋β）钛合金：钛中加入β稳定化元素、大多数还加入α稳定化元素，得到（α＋β）钛合金。性能：（α＋β）钛合金强度高，塑性好，在400℃时组织稳定，蠕变强度较高，低温时有良好的韧性，并有良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀的能力。热处理：可通过淬火和时效进行强化。热处理后强度可提高50%～100%。典型牌号是TC4(Ti-6Al-4V)。显微组织为块状α＋β＋针状α。其中针状α是时效过程中从β相析出的。Ti-6Al-4V合金

时效处理后的显微组织应用：制造在400℃以下长期工作的零件，要求一定高温强度的发动机零件，低温下使用的火箭、导弹的液氢燃料箱部件等。)TC4钛合金空心风扇叶片实物及应变片铜及铜合金一、铜及铜合金的特性物理性能：铜熔点1083℃，密度8.98g/cm3。FCC结构，没有同素异构转变。纯铜导电性、导热性好，仅次于银。磁化率极低，属于抗磁材料。化学性能：铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很强。力学性能：良好的塑性和韧性，硬度和强度不如钢。具有某些特殊力学性能，如优良的减摩性和耐磨性（如青铜及部分黄铜）；高弹性极限和疲劳极限（如铍青铜）。工艺性能：塑性很好，容易冷、热成形。铸造铜合金有很好的铸造性能。二、铜及铜合金的牌号及应用1.纯铜工业纯铜，T+序号表示，（T1、T2、T3）无氧铜，TU+序号表示，（TU01、TU1、TU2）磷脱氧铜，TP+序号表示，（TP1、TP2）纯铜一般用于制作导线、电导体等，不宜做结构材料。2.铜合金根据加入合金元素的不同，分为黄铜、青铜和白铜。（1）黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。分普通黄铜和复杂黄铜两类。①普通黄铜

牌号：H+数字。H为黄铜，数字表示铜质量分数。

如：H96、H80、H70、H68、H62、H59单相黄铜

含铜量100%~62.4%，退火组织单相αCu-Zn合金相图

如：H80、H70、H68特性：塑性很好，制作冷轧板材、冷拉线材、管材深冲零件。应用：制造散热器、导电零件。黄铜制品Cu-Zn合金相图

双相黄铜：含铜量100%~62.4%，退火组织α+β’如：

H62、H59。特性：可热变形，热轧成棒材、板材，可铸造。应用：制造冲压件、螺母等。黄铜制品②复杂黄铜在普通黄铜基础上加铝、铁、硅、锰、镍等元素。牌号：H+主加元素符号+铜质量分数+主加元素质量分数。Pb黄铜，HPb60-1；切削性能好，耐磨性好；钟表零件。Sn黄铜，HSn90-1、HSn62-1；耐蚀性好；船舶零件。海军黄铜。Al黄铜，HAl77-2、HAl60-1-1；耐蚀性好，强度和硬度高；船舶零件，机械及电机零件。Si黄铜，HSi80-3；耐蚀性好,机械性能好，切削性好，耐磨性好；船舶、机械及化工零件。(2)青铜：含有Sn、Al、Si、Pb、Be、Mn等的铜基合金。按照合金元素可分为：锡青铜，铝青铜，铍青铜等。牌号：①Q+主加元素符号+主加元素含量+其它元素含量。

如QSn4-3,表示含4%Sn、3%Zn，其余为Cu的锡青铜②铸造青铜加“Z”字锡青铜QSn4-3、QSn6.5-0.1。耐蚀性优于黄铜，铸造性好，耐磨性好，有弹性。用于造船、化工、机械、仪表中的耐磨件，耐蚀件、弹性元件，抗磁件。铝青铜QAl10-4-4

w（Al)9.5%～11%w（Fe)3.5%～5.5% w（Ni)3.5%～5.5%耐蚀性优于黄铜和锡青铜，铸造性和耐磨性优于锡青铜，机械性能好。制造齿轮、轴套、蜗轮等在复杂条件下工作的高强度抗磨零件，弹簧和其它高耐蚀性弹性元件铍青铜QBe2、QBe1.7。弹性极限、疲劳极限都很高；耐磨性和抗蚀性优异；良好的导电性和导热性；无磁性、耐寒、受冲击时不产生火花；价格较贵。精密仪器的重要弹簧和其它弹性元件，钟表齿轮；高速高压下工作的轴承及衬套等耐磨零件；电焊机电极、防爆工具；航海罗盘(3)白铜：以镍为主要合金元素的铜合金。B5、B19、BMn3-12、BMn40-1.5。在固态下，铜与镍无限固溶。组织为单相α固溶体。Cu-Ni相图

性能有较好的强度和优良的塑性，能进行冷、热变形。冷变形能提高强度和硬度。抗蚀性很好。电阻率较高。应用制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等。锰白铜可制作热电偶丝。高分子材料一、基本概念：高分子材料：是以高分子化合物为主要组分的有机材料，高分子化合物是指相对分子质量大于5000的化合物。单体：组成高分子化合物的低分子化合物。链节：高分子化合物是由许许多多结构相同的基本单元通过共价键重复连接而形成的长链大分子化合物，组成大分子链的特定结构单元称作链节。聚合度：大分子链中链节的重复次数。非金属材料二、高分子材料的合成和结构1.高分子材料的合成

聚合反应：将低分子化合物（单体）聚合形成高分子化合物（聚合物、高聚物）的过程。（1）加聚反应

一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应。其生成物（加聚物）具有与其单体相同的成分（无副产物）。（2）缩聚反应

一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出(缩去)某种低分子物质(如水、氨、醇、卤化氢等)的反应。其生成的聚合物(缩聚物)成分与单体不同。二、高分子材料的合成和结构2.高分子材料的结构（1）线型分子链

链节是线型排列，分子间没有化学键结合，整个分子是细长线条状。具有高弹性和热塑性。（2）支化型分子链

在大分子主链上有一些或长或短的小支链，整个分子程枝状。由于支链的存在，分子不易规整排列，分子间作用力较弱，弹性和塑形更好。（3）体型（网型）分子链

线型主链之间的支链彼此交联，并向三维空间发展交联形成网型结构。较高强度、耐热性和化学稳定性，脆性大，塑形和韧性低。三、塑料的种类1.按塑料受热时的行为特点分类

(1)热塑性塑料：

概念：加热时软化，可塑造成型，冷却后复硬，可反复进行。优点：加工成型简便，机械性能较好，是塑料中性能较好的工程塑料。缺点：耐热性和刚性较差。(2)热固性塑料：概念：初加热时软化，可塑造成型，固化后再加热不再软化，不溶于溶剂。优点：耐热性好，受压不易变形。缺点：机械性能不好。2.按使用范围分类

(1)通用塑料：

概念：主要指产量大、用途广、价格低的塑料。特点：产量占塑料总产量的75%以上。应用：一般农业生产和日常生活。

(2)工程塑料：概念：指综合性能较好，能作为结构材料在较宽温度范围和较长使用时间内，承受载荷并保持优良性能的一类塑料。特点：耐热性高、低温性能好、耐腐蚀，较高强度和刚度。应用：可代替金属材料制作某些机械构件。(3)特种塑料：概念：指具有特殊性能和用途的塑料（导电、医用）。特点：产量少、价格较高。四、常见的工程塑料1.热塑性通用塑料

(1)聚乙烯（PE）：

低密度聚乙烯：质地柔软，用于制造日常工业品及包覆电缆等。高密度聚乙烯：较刚硬，耐磨，耐蚀，绝缘性较好，用于制造塑料管，板，绳及承载不高的零件。

(2)聚丙烯（PP）：

性能：刚性、强度、弹性模量、硬度比PE大；重量轻，耐热性良好(加热至150℃不变形)，绝缘性优越(抗高电)。应用：汽车保险杠、机械零件如法兰，齿轮等，化工容器、管道，泵壳等，电缆隔离膜等。

(3)聚氯乙烯（PVC）：

硬PVC：密度小、抗拉强度较好，耐水、耐油、耐化学用品腐蚀。可以用于制造化工及纺织工业管道，排污塔等，电器绝缘材料及电线绝缘层。软PVC：质地柔软，富有弹性，良好的耐蚀性和电绝缘性。应用：农用、工用薄膜包装（不能包装食品），日用雨衣，耐酸碱软管，电缆绝缘层等。(4)聚苯乙烯（PS）：

性能：硬脆性塑料，拉伸强度和弯曲强度较好，电绝缘性优良，耐腐蚀性优良，缺点是抗冲击性差，已催列，耐热性不高，耐油性有限。应用：灯罩、日用器皿、保温泡沫材料，仪器仪表外壳等。1.热塑性工程塑料

(1)ABS树脂：

性能：具有“硬，韧，刚”的混合特性（混合机械性能较好）；-40℃低温仍有一定的机械强度。尺寸稳定，耐热和耐蚀性较好；容易电镀，易于成型。应用：零件如齿轮，泵叶轮，轴承等，电机、仪表外壳，汽车零件及轿车车身等。摩托车挡泥板

(2)聚酰胺（PA，尼龙）：

性能：突出的耐磨性和自润滑性能，韧性很好，强度较好，耐热性不高（〈100℃），蠕变值较大。导热性差，吸水性高。耐蚀性好（耐水、油、一般溶剂、化学药剂），抗霉，抗菌，无毒。成型性能好。应用：耐磨，耐蚀的承载转动零件（齿轮，轴承，螺钉和螺母等小型零件）。

尼龙轴套尼龙拉杆

(3)聚碳酸酯（PC，尼龙）：

性能：聚碳酸酯誉称“透明金属”。具有优良的综合性能；冲击韧度高，弹性模量较高，不受温度的影响；抗蠕变性能好，尺寸稳定性高；透明度高，可染成各种颜色；吸水性小，绝缘性能优良，在10℃～130℃间介电常数和介质损耗近于不变。应用：电绝缘性能高，制造垫圈、垫片、套管、电容器等绝缘件，仪器仪表的外壳、护罩。透明性好，制造光盘。在航空及宇航工业中，制造信号灯、挡风玻璃，座舱罩、帽盔等。

(4)聚甲醛（POM）

(5)聚苯醚（PPO）

(6)氟塑料

(7)聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）

(8)热塑性聚酯（PET、PBT）

(6)聚酰亚胺（PI）2.热固性工程塑料

(1)酚醛树脂（PF）：

性能：具有一定的机械强度和硬度,耐磨性好；绝缘性良好,耐热性较高，耐蚀性优良；缺点是性脆，不耐碱。应用：制作插头、开关、电话机、仪表盒；汽车刹车片、内燃机曲轴皮带轮；纺织机和仪表中的无声齿轮；化工用耐酸泵日用用具。

(2)环氧树脂（EP）：

性能：强度较高，韧性较好；尺寸稳定性高，耐久性好。耐热耐寒，-80~55℃长期工作，优良绝缘性能，化学稳定性很好，成型工艺性能好，有某些毒性。应用：塑料薄膜；精密量具；灌封电器和电子仪表；电器绝缘及印刷线路，制作复合材料。很好的胶粘剂，对各种材料都有很强的胶粘能力。EP材料的胶水四、其他高分子材料1.橡胶

橡胶是一种具有极高弹性的高分子材料，其弹性变形量可达100%~1000%，而且回弹性好，回弹性速度快。同时，橡胶还有一定的耐磨性，很好的绝缘性和不透气、不透水性。它是常用的弹性材料、密封材料、减震防震材料和传动材料。

分类：按照原料的来源，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。

组成：橡胶制品的主要原材料是生胶、再生胶以及各种配合剂，有些制品还需用纤维或金属材料作为骨架材料。四、其他高分子材料(1)通用合成橡胶

①丁苯橡胶-以丁二烯和苯乙烯为单体共聚而成。

性能：具有较好的耐磨性、耐热性、耐老化性，价格便宜。可代替天然橡胶或与天然橡胶共混后使用。

应用：制造轮胎、胶带、胶管及生活用品。

②顺丁橡胶-由丁二烯聚合而成。

性能：弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶；缺点是强度较低、加工性能差。

应用：制造轮胎、胶带；弹簧、减震器；耐热胶管；电绝缘制品等。

③氯丁橡胶-由氯丁二烯聚合而成。

性能：各种性能优于天然橡胶，称“万能橡胶”。

应用：制造电线、电缆的外皮、胶管、输送带等。四、其他高分子材料(2)特种合成橡胶

①丁腈橡胶-丁二烯和丙烯腈的共聚物。

性能：耐油、耐有机溶剂；耐热、耐老化、耐腐蚀好；耐寒性差，脆化温度为-10～-20℃。

应用：各种耐油制品，如输油胶管、油封制品；贮油容器衬里及隔膜；耐油胶管、印刷胶辊和耐油手套品。

②硅橡胶-由各种硅氧烷缩聚而成。以二甲基硅橡胶应用最广，由二甲基硅氧烷缩聚而成。

性能：耐高温耐严寒，橡胶中工作温度范围最广（-100℃～300℃）；十分优异的耐臭氧老化、耐光老化和耐候老化性能；良好的电绝缘性能、柔顺性较好。

应用：用于军工及航空航天工业制品的密封、减震、电绝缘材料和涂料；医疗卫生制品。

③氟橡胶-以碳原子为主链、含有氟原子的高聚物。

性能：很高的化学稳定性，在酸、碱、强氧化剂中的耐蚀能力居各类橡胶之首；耐热性很好。缺点：价格昂贵、耐寒性差、加工性能不好。

应用：用于高级密封件、高真空密封件及化工设备中的里衬，火箭、导弹的密封垫圈。陶瓷材料概述：1.概念：是用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成的，由无机化合物构成的多相固体材料。2.分类：普通陶瓷、特种陶瓷。3.性能：高硬度、高弹性模量、高抗压强度，塑形韧性差、脆性大；导热性差，化学稳定性好，导电性变化范围广，多数陶瓷是良好的绝缘体，高熔点、高耐热性。一、普通陶瓷1.普通日用陶瓷长石质瓷、绢云母质瓷、骨灰质瓷、日用滑石质瓷。2.普通工业陶瓷(1)建筑陶瓷

性能要求：强度，热稳定性。

用途：地面，墙壁，管道，卫生洁具等。(2)化工陶瓷

性能要求：耐蚀性。

用途：实验器皿，耐热容器，管道，设备。(3)电工陶瓷

性能要求：强度，介电性能和热稳定性。

用途：隔电，支持及连接，绝缘器件。一、普通陶瓷1.普通日用陶瓷长石质瓷、绢云母质瓷、骨灰质瓷、日用滑石质瓷。2.普通工业陶瓷(1)建筑陶瓷

性能要求：强度，热稳定性。

用途：地面，墙壁，管道，卫生洁具等。(2)化工陶瓷

性能要求：耐蚀性。

用途：实验器皿，耐热容器，管道，设备。(3)电工陶瓷

性能要求：强度，介电性能和热稳定性。

用途：隔电，支持及连接，绝缘器件。二、特种陶瓷1.氧化物陶瓷Al2O3陶瓷——高的强度和高温强度（抗压2493MN/m2)，高化学稳定性和介电性能。

用途：工具刀具，高温炉零件，空压机泵零件，内燃机火花塞，坩埚。BeO陶瓷——导热性好（180kcal/m·h·℃），热稳定性较高，消散高能辐射的能力强，抗压强度低。

用途：熔化某些纯金属的坩埚，真空陶瓷和原子反应堆用陶瓷。

ZrO2陶瓷——呈弱酸性或惰性，导热系数小1.5~1.7kcal/m·h·℃，使用温度2000-2200℃，抗压强度2060MN/m2。

MgO陶瓷——抗各种金属碱性渣的作用，热稳定性差，MgO高温易挥发，可作高温炉炉衬。二、特种陶瓷2.碳化物陶瓷碳化硅陶瓷——弯曲强度200-250MN/m2，抗压强度1000-1500MN/m2，硬度高，抗氧化，不抗强碱。

用途：加热元件，石墨的表面保护层，砂轮，磨料。碳化硅目前成为第三代半导体研究前沿和产业竞争焦点。碳化硼陶瓷——硬度高，抗磨，熔点高2450℃。

用途：磨料，超硬质工具材料。碳化钛陶瓷——熔点高、硬度高，强度较高，导热较好，化学稳定好，室温下不与酸反应。

用途：制造硬质合金切削刀具、耐磨材料、机械零件、坩埚等。3.氮化物陶瓷氮化硼陶瓷（BN）石墨类型六方结构（白石墨）——介电体和耐火润滑剂。立方结构（β-BN)——极高硬度，抗加热温度2000℃，是金刚石的代用品。氮化硅陶瓷（Si3N4）硬度高、摩擦系数低，具有自润滑作用；耐酸碱溶液侵蚀；1200℃以下有较高的力学性能和化学稳定性。用途：各种泵的耐蚀、耐磨密封环；难切削材料的刀具；高温绝缘体雷达天线罩、隔离件及核裂变物质的载体等。三、硬质合金

硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物，如碳化物(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)、碳化铌(NbC)等粉末和金属黏合剂（如Co、Ni、Mo等）经高压压制成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。1.性能特点

高硬度，高耐磨性，高的红硬性，高的热稳定性和抗氧化性，抗弯强度较低，脆性较大，冲击韧性差,抗振动性能也较差。2.应用范围

制造各种刀具，如车刀、切断刀、铣刀、孔加工刀具等；尤其适用一些高精度的数控刀具。另外还应用于冷作模具的制造及各种高温下工作的耐磨件等。3.硬质合金的种类、牌号和用途

目前大部分硬质合金是以“碳化钨(WC)”为基体和以“碳化钛(TiC)”为基体制成的。主要有以下四种：(1)钨钴类硬质合金(WC-Co)组成：由钴Co和碳化钨WC混合粉末压制烧结而成。牌号：YG+Co的质量分数，如：YG3、YG6、YG8。 YG类对应国际标准IS0的K类。性能特点：该类硬质合金制造的刀具具有较好的韧性、耐磨性、导热性等，较高的硬度、红硬性，Co的含量越高，其韧性越好。用途：制做切削短切屑的黑色金属、铸铁、有色金属和非金属材料等脆性材料的刀具。如YG8刀具适合粗加工铸铁，YG3适合精加工铸铁，YG6适合半精加工铸铁。(2)钨钛钴类硬质合金(WC-TiC-Co)组成：以碳化钨WC为基体加Co和TiC粉末混合压制烧结而成。牌号：YT+TiC的质量分数，如：YT5、YT14、YT30。TiC含量越低，其韧性越好。YT类对应国际标准IS0的P类。性能特点：由于材料中加人了TiC，使材料的硬度和耐磨性有所提高，但抗弯强度有所降低。该类硬质合金具有高硬度和高耐热性，抗粘结、抗氧化能力较好，硬度和红硬性高于YG类，韧性、强度低于YG类。用途：制做切削各种钢的刀具。如：YT5刀具适合粗加工钢，YT30适合精加工钢，YT15适合半精加工钢。(3)钨钛钽钴类硬质合金(WC-TiC-TaC-Co)组成：由钴Co＋WC＋TiC＋TaC混合粉末压制烧结而成。属碳化钨WC为基体的硬质合金。牌号：YW+序号，如：YW1和YW2。ISO称为M类，可覆盖P类、K类合金的应用范围。性能特点：兼具YG，YT优点，在上述两种硬质合金中加入适量的稀有金属碳化物，如碳化钽和碳化铌等，使晶粒细化，提高其常温硬度和高温硬度、耐磨性、粘接温度和抗氧化性，能使合金的韧性有所增加，因此，这类硬质合金刀具有较好的综合切削性能和通用性，又称通用硬质合金及万能硬质合金。用途：特别适于制做切削各种高强度钢、耐热钢、不锈钢、耐热合金、各种合金铸铁等难加工材料的刀具。YW1用于精加工，YW2用于粗加工或半精加工。(4)镍钼钛类硬质合金（TiC-WC-Ni-Mo)组成：以镍和钼代替钴作结合剂与WC和TiC混合压制烧结而成。属碳化钛基类硬质合金。牌号：YN+序号，如：YN10、YN5（非标准）。对应于ISO的P01类。性能特点：耐磨性优良，性能与YT30基本相同，焊接性较差。价格低于上述硬质合金。用途：一般用于精加工和半精加工钢件，对于大长零件且加工精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载荷的粗加工和低速切削。复合材料概述：1.概念：由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。。2.特点：(1)复合材料可优势互补、改善不足，如金属陶瓷、玻璃钢（玻璃＋树脂）(2)可按构件的性能需要进行材料的最佳设计，给出预定的分布合理的配套性能.(3)可创造单一材料不易具备的性能或功能，玻璃纤维复合材料（高强高韧质轻）。3.结构：基体＋增强相4.分类：一、复合材料的复合原则

复合材料是由基体材料和增强相构成。两者的类型和性质及两者之间的结合力，决定其性能，增强相的形状、数量、分布及制备过程等也影响其性能。

纤维增强、颗粒增强。聚苯颗粒轻质复合隔墙板碳纤维复合材料1.纤维增强复合材料的复合原则(1)强化机制

由于纤维增强相是具有强结合键材料或硬质材料（陶瓷、玻璃等）。内部含微裂纹，易断裂，因而脆性大。因此制成细纤维可降低裂纹长度和出现裂纹的几率，使脆性降低，极大地发挥增强相的强度。高分子基复合材料-纤维增强相有效阻止基体分子链的运动金属基复合材料-纤维增强相有效阻止位错运动而强化基体(2)复合原则纤维应有高的强度和弹性模量。基体相起粘接剂作用，应对纤维相有润湿性。纤维增强相和基体相有适当的结合强度。纤维相必须有合理的含量、尺寸和分布。两者间不能发生有害的化学反应。2.颗粒增强复合材料的复合原则(1)强化机制

颗粒复合材料的基体承受载荷时，颗粒的作用是阻碍分子链或位错的运动。增强的效果与颗粒的体积含量、分布、尺寸等密切相关。(2)复合原则颗粒均匀弥散分布在基体中。颗粒大小应适当：颗粒直径为几微米到几十微米。颗粒的体积分数应在20％以上。颗粒与基体之间应有一定的结合强度。二、复合材料的性能1.比强度和比刚度高（各类材料中最高）。2.抗疲劳和抗断裂性能好。3.高温强度高，耐高温。碳纤维复合材料2400℃～2800℃可长期使用。4.减摩、耐磨和减振性好。5.高韧性和抗热冲击性，绝缘，耐辐射及特殊的光、电、磁等性能。三、常用聚合物基复合材料的性能及应用1.玻璃钢

玻璃纤维+树脂热固性玻璃钢（玻璃纤维+热固性树脂）

酚醛树脂玻璃钢

环氧树脂玻璃钢

聚酯树脂玻璃钢

有机硅树脂玻璃钢性能：热固性玻璃钢成形工艺简单、质量轻、比强度高、耐蚀性能好。应用：机器护罩、车辆车身绝缘抗磁仪表耐蚀耐压容器和管道各种形状复杂的机器构件和车辆配件玻璃钢壳体热塑性玻璃钢（玻璃纤维+热塑性树脂）

尼龙66玻璃钢

ABS玻璃钢

聚苯乙烯玻璃钢聚碳酸酯玻璃钢

性能：热塑性玻璃钢强度不如热固性玻璃钢,但成形性好、生产率高，且比强度不低。应用：尼龙66玻璃钢：刚度、强度、减摩性好，作轴承、轴承架、齿轮等精密件、电工件、汽车仪表、前后灯等。ABS玻璃钢：化工装置、管道、容器等。聚苯乙烯玻璃钢：汽车内装饰、收音机机壳、空调叶片等。聚碳酸酯玻璃钢：耐磨件、绝缘仪表等。2.碳纤维树脂复合材料

碳纤维环氧树脂

碳纤维聚四氟乙烯

碳纤维酚醛树脂应用：宇宙飞船和航天器的外层材料。人造卫星和火箭的机架、壳体。精密机器的齿轮、轴承以及活塞、密封圈。化工容器和零件。新能源汽车碳纤维复合材料结构件3.硼纤维树脂复合材料

硼纤维环氧树脂、硼纤维聚酰亚胺树脂性能：硼纤维的比强度与玻璃纤维的相近，比弹性模量比玻璃纤维的高5倍，耐热性更高。抗压强度和剪切强度都很高(优于铝合金、钛合金)，且蠕变小。硬度和弹性模量高，疲劳强度很高。耐辐射及导热极好。应用：航空航天器、宇航器的翼面、仪表盘、转子、压气机叶片、螺旋浆的传动轴。四、常用金属基复合材料的性能及应用

金属基复合材料是以金属及其合金为基体，用一种或几种金属或非金属增强的复合材料。金属基复合材料克服了聚合物基复合材料弹性模量低、耐热度低、易老化的缺点。1.金属陶瓷（颗粒增强复合材料）(1)组成基体：金属钛、镍、钴、铬等及其合金增强相：陶瓷颗粒氧化物、碳化物、硼化物、氮化物(2)性能及应用氧化物金属陶瓷组成：以钴或镍作为粘接金属。性能：热稳定性和抗氧化能力较好,韧性高。应用：高速切削工具材料。高温下工作的耐磨件：喷嘴、热拉丝模以及机械密封环等。碳化物金属陶瓷组成：碳化钨+Co。应用最广泛的金属陶瓷，通常以Co或Ni作金属粘接剂。应用：根据金属含量不同可作耐热结构材料或工具材料。碳化物金属陶瓷作工具材料时，称为硬质合金。

2.纤维增强金属基复合材料(1)组成基体：铝合金、镁合金、钛合金、镍合金增强相：硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、高强度金属丝(2)性能硼纤维、陶瓷纤维、碳纤维等增强相都是无机非金属材料，密度低、强度和弹性模量高，耐高温性好。比强度高、比模量高和耐高温。(3)应用航天飞机主舱骨架支柱、发动机叶片、尾翼、空间站结构材料。汽车构件、保险杠、活塞连杆。自行车车架、体育运动器械。材料的选用

选材必须使选用的材料保证零件在使用过程中具有良好的工作能力，保证零件便于加工制造，同时保证零件的总成本尽可能低。优异的使用性能、良好的加工工艺性能、便宜的价格和环保要求是机械零件选材的最基本原则。满足使用性能原则兼顾工艺性能原则充分考虑经济性的原则环境友好，可循环使用原则一、使用性能原则

使用性能是保证零件完成规定功能的必要条件。

使用性能的要求，是在分析零件工作条件和失效形式的基础上提出来的。零件的工作条件包括：1.分析零件的工作条件

工作条件是指受力形式(拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切或弯扭复合等)、载荷性质(静载、动载、冲击、载荷分布等)、受摩擦磨损情况；工作环境条件(如环境介质、工作温度等)；以及导电、导热、磁性、热膨胀、密度、外观等特殊要求。2.判断失效形式通过对零件工作条件和失效形式的全面分析，确定零件对使用性能的要求，然后利用使用性能与实验室性能的相应关系，将使用性能具体转化为实验室机械性能指标，这是选材最关键的步骤。之后，根据零件的几何形状、尺寸及工作中所承受的载荷，计算出零件中的应力分布，再由工作应力、使用寿命或安全性与实验室性能指标的关系，确定对实验室性能指标要求的具体数值。最后利用材料手册根据使用性能选材。零件工作条件常见的失效形式要求的主要机械性能应力种类载荷性质受载状态紧固螺栓拉，剪应力静载—过量变形，断裂强度，塑性传动轴弯，扭应力循环，冲击轴颈摩擦，振动疲劳断裂，过量变形，轴颈摩损、咬蚀综合机械性能传动齿轮压，弯应力循环，冲击摩擦，振动齿折断,磨损,疲劳断裂,接触疲劳(麻点)表面高硬度及疲劳极限，心部强度、韧性弹簧扭，弯应力交变，冲击振动弹性失稳，疲劳破坏弹性极限，屈强比，疲劳极限冷作模具复杂应力交变，冲击强烈摩擦磨损，脆断硬度，足够的强度，韧性表1常用零件的工作条件、失效形式及要求的力学性能3.合理选用材料的性能指标①正确运用材料的强度、塑性、韧性等指标。

一般情况下，材料的强度越高，其塑性、韧性越低。为避免零件的脆性断裂，在提高屈服强度的同时，还应考虑材料的塑性指标。②巧用硬度与强度等力学指标间的关系。

一般硬度值确定的规律为：对承载均匀,截面无突变，工作时不发生应力集中的零件，可选较高的硬度值；反之，有应力集中的零件，则需要有较高的塑性，硬度值应适当降低；对高精度零件，为提高耐磨性，保持高精度，硬度值要大些；对相互摩擦的一对零件，要注意两者的硬度值应有一定的差别，易磨损件或重要件应有较高的硬度值。③综合考虑多种因素④合理利用材料的淬透性二、工艺性能原则

材料的工艺性能能表示材料加工的难易程度。在选材中，同使用性能比较，工艺性能常处于次要地位。在某些特殊情况下，工艺性能也可成为选材考虑的主要依据。

高分子材料的工艺性能

陶瓷材料的工艺性能

金属材料的工艺性能金属材料的加工工艺路线分成三类:1.性能要求不高的一般零件毛坯→正火或退火→切削加工→零件2.性能要求较高的零件毛坯→预先热处理（正火、退火）→粗加工→最终热处理（淬火、回火，固溶时效或渗碳处理等）→精加工→零件3.要求较高的精密零件毛坯→预先热处理（正火、退火）→粗加工→半精加工→最终热处理（淬火、低温回火，固溶、时效或渗碳）→稳定化处理或氮化→精加工→稳定化处理→零件重点三、经济及环境友好性原则

采用便宜的材料，把总成本降至最低，取得最大的经济效益，环境友好。材料的价格-零件材料的价格应该尽量低。材料的价格一般可占产品价格的30%～70%。设计人员要关心材料的市场价格。零件的总成本-保证生产和使用的总成本最低。零件的总成本与其使用寿命、重量、加工费用、研究费用、维修费用和材料价格都有关。资源及能源-材料应该来源丰富并顾及我国资源状况。尽量选用耗能低的材料。材料的环境友好与循环使用-提倡绿色制造，使用材料与环境友好，不污染环境，可循环使用。使用可降解塑料。轴类零件的选材及加工工艺路线轴是机器上的最重要零件之一，一切回转运动的零件，如齿轮、凸轮等都装在轴上。所以，轴主要起传递运动和转矩的作用。一、轴类件的工作条件1.工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用。2.轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损。3.轴在高速运转过程中会产生振动，使轴承受冲击载荷。4.多数轴会承受一定的过载载荷二、轴类零件的失效形式1.长期交变载荷下的疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂）。2.大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂。3.其它零件相对运动时产生的表面过度磨损。三、轴类零件的性能要求1.良好的综合机械性能：足够强度、塑性和一定韧性，以

防过载断裂、冲击断裂。2.高的疲劳强度：对应集中敏感性低，以防疲劳断裂。3.足够的淬透性：热处理后表面要有高硬度、高耐磨性，

以防磨损失效。4.足够的刚度：以防工作过程中，轴发生过量弹性变形而

降低加工精度。四、轴类零件的选材总体来说，一般用经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造。一般轴类零件，可选优质碳结构钢：35、40、45、50钢等，其中45钢最常用。当载荷较大并要求限制轴的外形、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时，采用合金钢：20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB等。其他轴类（如曲轴），还可以采用球墨铸铁和高强度灰铸铁作为轴的材料。五、典型轴类零件选材实例1.机床主轴工作条件分析：主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速不高，冲击载荷也不大。性能要求分析：具有一般综合机械性能即可满足要求。但大端的轴颈、锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。选材：可选用45钢，热处理工艺为调质处理，硬度要求为220HB－250HB；轴颈和锥孔进行表面淬火，硬度要求为52HRC。工艺路线（45钢）：锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火及低温回火→磨削加工。机床主轴其他选材：如果这类机床主轴的载荷较大，可用40Cr钢制造。当承受较大的冲击载荷和疲劳载荷时，则可采用合金渗碳钢制造，如20Cr或20CrMnTi等。2.内燃机曲轴工作条件分析：输出内燃机功率，并驱动内燃机内其他运动机构。承受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力的复杂作用，应力分布很不均匀；另外，曲轴颈与轴承发生滑动摩擦。性能要求分析：高强度，足够的冲击韧性、弯曲、扭转疲劳强度和刚度，轴颈高硬度和耐磨性。选材：锻钢曲轴主要由优质中碳钢和中碳合金钢制造，如35、40、40Cr，35CrMo钢等。铸造曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁以及合金铸铁等制造，如ZG45、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。工艺路线（QT700-2）：铸造→高温正火→高温回火→切削加工→轴颈气体渗氮高温正火（950℃）是为了获得细珠光体基体的组织，以满足强度要求。正火后的高温回火（560℃）是为了消除正火时产生的内应力。轴颈气体渗氮（渗氮温度570℃）是在保证不改变组织及加工精度的前提下提高轴颈表面硬度和耐磨性。曲轴其他选材：汽车发动机曲轴也可用45、40Cr

钢制造。经过模锻、调质、切削加工后，在轴颈部位进行表面淬火。齿轮类零件的选材及加工工艺路线一、齿轮的工作条件1.由于传递扭矩，齿根承受很大的变弯曲应力。2.换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷。3.齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。二、齿轮的失效形式1.齿轮折断——疲劳断裂和过载断裂。2.齿面磨损——齿面胶合和吃面磨粒磨损。3.齿面接触疲劳破坏——在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落。4.齿面塑性变形——重载、摩擦力作用下，齿形遭受破坏。三、齿轮材料的性能要求1.高的弯曲疲劳强度。2.高的接触疲劳强度和耐磨性。3.较高强度和冲击韧性。4.还要求有较好的热处理工艺性能，例如热处理变形小，或变形有一定规律等。四、齿轮类零件常用材料及选用1.渗碳齿轮用钢，如20CrMnTi2.调质及表面淬火齿轮用钢，如40CrMo3.氮化齿轮用钢，如38CoMoAlA4.齿轮用铸铁，如HT2005.齿轮用有色金属，如ZCuSn10Pb16.齿轮用非金属材料，如尼龙66五、典型齿轮选材实例1.机床齿轮分析：机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击。一般可选中碳（合金）钢40Cr制造。工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轮齿高频淬火及回火→精磨机床齿轮其他选材：冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT600-2等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮外，有的还可改用塑料齿轮。如聚甲醛（或单体浇铸尼龙），工作时传动平稳，噪声减少，长期使用无损坏，且磨损很小。2.汽车齿轮汽车齿轮功能在变速箱中，改变发动机、曲轴和主轴齿轮的速比。在差速器中，齿轮增加扭矩，并调节左右轮的转速。全部发动机动力均通过齿轮传给车轴，推动汽车运行。工作条件：汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。选材：20CrMnTi合金渗碳钢工艺路线：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火及低温回火→喷丸→磨削加工分析上述工艺路线中，各热处理的目的？典型刃具的选材及加工工艺路线刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。刀具可以按如下方式分类：按加工形式加工外表面刀具孔加工刀具螺纹加工刀具齿轮加工刀具切断刀具按刀刃形状通用刀具成形刀具展成刀具按刀具结构整体式镶齿焊接式机械夹固式按刀具材料碳素工具钢刀具低合金刃具钢刀具高速钢（HSS）刀具硬质合金（HM）刀具陶瓷刀具立方氮化硼（CBN）刀具金刚石（PCD）刀具一、工作条件刃具切削材料时，受到切削材料的强烈挤压，刃部受到很大的弯曲应力。某些刃具（如钻头）还会受到较大的扭转应力作用。刃具刃部与被切削材料强烈摩擦，刃部温度可升到500°C～600°C。机用刃具往往承受较大的冲击与震动。二、失效形式1.磨损：由于摩擦，刃具刃部易磨损，这不但增加了切削抗力，降低切削零件表面质量，也由于刃部形状变化，使被加工零件的形状和尺寸精度降低。2.断裂：刃具在冲击力及震动的作用下折断或崩刃。3.刃部软化：由于刃部温度升高，若刃具材料的红硬性不足，使刃部硬度显著下降，丧失切削加工能力。三、性能要求1.高硬度，高耐磨性。硬度一般要大于62HRC。2.高的红硬性。3.强韧性好。4.高的淬透性；慢冷速淬火，可防止刃具变形和开裂。四、刃具的选材简单、低速的手用刃具如手锯锯条、锉刀、木工用刨刀、凿子等。对红硬性和强韧性要求不高，主要的使用性能是高硬度、高耐磨性。因可用碳素工具钢制造。如T8、T10、T12A钢等。碳素工具钢价格较低，但淬透性差。低速切削、形状较复杂的刃具如丝锥、板牙、拉刀等，可用低合金刃具钢9SiCr、CrWMn制造。因钢中加入了Cr、W、Mn等元素，使钢的淬透性和耐磨性大大提高，耐热性和韧性也有所改善，可在＜300℃的温度下使用。高速切削用的刃具如车刀、铣刀、钻头、刨刀、拉刀和其他复杂、精密刀具等，选用高速钢（如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等）制造。高速钢具有高硬度、高耐磨性、高的红硬性、好的强韧性和高的淬透性的特点，高速钢的硬度为62HRC-68HRC，切削温度可达500℃－550℃，价格较贵。高速强力切削和难加工材料的切削选用硬质合金YG6、YG8、YT5、YT15等。硬质合金的硬度很高（89HRA-94HRA），耐磨性、耐热性好，使用温度可达1000℃。抗弯强度较低，冲击韧性较差，价格贵。淬火钢、冷硬铸铁等高硬度、难加工材料的精加工选用陶瓷材料如：立方氮化硼。陶瓷硬度极高、耐磨性好、红硬性极高，如热压氮化硅（Si3N4）陶瓷显微硬度为5000HV，耐热温度达1400℃。立方氮化硼硬度达8000HV-9000HV，允工作温度达1400℃-1500℃。五、典型刃具选材实例1.板锉（T12钢）性能要求分析：表面刃部要求有高的硬度（64HRC～67HRC），柄部要求硬度＜35HRC。工艺路线：热轧钢板下料－锻（轧）柄部－正火－球化退火－机加工－淬火－低温回火2.齿轮滚刀（

W18Cr4V钢）分析：用于加工外啮合的直齿和斜齿渐开线圆柱齿轮。其形状复杂，精度要求高。工艺路线：热轧棒材下料－锻造－球化退火－粗加工－淬火－回火－精加工－表面处理。表面涂覆TiN、TiC涂层等典型模具的选材模具是成形金属、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷等制件的基础工艺装备,是工业生产中发展和实现少无切屑加工技术不可缺少的工具。用模具进行各种材料的成形,可实现高速度的大批量生产。模具的分类：按成型材料分塑料模具金属制品模具其他材料制品模具按用途冷作模具热作模具塑料模具模具材料选用的一般原则

1.应满足模具的使用性能要求。 2.应具有良好的工艺性。 3.适当考虑经济性。（一）冷作模具选材1.冷作模具选材分析