第5章 非铁材料.ppt

1、第五章非铁材料,5.1 非铁金属及其合金 5.1.1 铝及铝合金 纯铝 特性：银白色的金属，具有面心立方晶格，密度为2.7g/cm3 ，导电性、导热性好，强度低，塑性好。 主要用途：配制铝合金，在电气工业中用铝代铜作导线、电容器等 。,5.1.1 铝及铝合金,分类,工业高纯铝（LG1LG5）,工业纯铝（L1L7）,5.1.1 铝及铝合金,（序号越大，纯度越低）,5.1.1 铝及铝合金,铝根据二元相图，可分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。,5.1.1 铝及铝合金,铝合金 比重小，比强度高。 在空气中的抗蚀性好。 容易加工。,5.1.1 铝及铝合金,形变铝合金： 防锈铝合金LF11焊接油箱、油管等

2、 硬铝合金LY11中、高强度结构件。 超硬铝合金LC4结构中主要受力件。 锻铝合金LD7内燃机活塞和在高温下工作的复杂件,铸造铝合金： 分Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn四类,5.1.1 铝及铝合金,5.1.2 铜及铜合金,纯铜（紫铜）物理性能：密度为8.94g/cm 3 ，熔点为1083，无磁性。具有面心立方结构无同素异构转变。,5.1 非铁金属及其合金,5.1.2 铜及铜合金,特点：具有优良的导电性、导热性，很高的化学稳定性和良好的抗蚀性能。纯铜的强度不高，硬度低，塑性很好。经冷变形加工后，强度提高，但伸长率下降。 工业纯铜加工产品代号有T1、T2、T3、T4四种。主要用于制

3、作电线、蒸发器等。,5.1 非铁金属及其合金,铜合金 机械性能好 摩擦系数小 在空气环境下具有良好的抗蚀性。 容易加工。,1.黄铜,以锌（含量小于50%）为主要加入元素的铜合金。,分类（铸造 在其前加“Z” ）,特殊黄铜 在普通黄铜基础上加入 Al、Mn 、 Si 、 Pb 等元素,普通黄铜 （铜锌合金）,表示方法 （H+铜含量）,表示方法（H+主要元素符号 铜含量主加元素含量）,HMn58-2,H62,5.1.2 铜及铜合金,2. 白铜,以Ni为主要元素（含量小于50%）的铜合金。,分类（铸造 在其前加“Z” ）,特殊白铜 在简单白铜基础上加入 Fe、Zn 、 Mn 、 Al 等元素,简单白

4、铜 （铜镍合金）,表示方法 （ B+镍含量）,表示方法（B+主要元素符号 镍含量主加元素含量）,BFe5-1,B30,5.1.2 铜及铜合金,3. 青铜,除Ni和Zn以外的其它元素为主要合金元素的铜合金。 青铜的代号用（Q+主加元素符号+主加元素百分含量+其他元素的百分含量）表示。,5.1.2 铜及铜合金,）锡青铜,以锡为主要加入元素的铜合金。 锡含量是决定锡青铜性能的关键，含锡量57%的锡青铜塑性最好，适用于冷热加工；含锡量大于10%的锡青铜，强度升高，塑性很低，只作铸造用。,5.1.2 铜及铜合金,）铝青铜,以Al为主要加入元素的铜合金。铝的含量小于12%。 铝青铜的强度、硬度、耐磨性、耐

5、热性、耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，并能进行热处理强化。 工业上压力加工用的铝青铜一般含铝量低于57%；含铝10%左右的合金，强度高，用于热加工或铸造用材。,5.1.2 铜及铜合金,）铍青铜,以Be为主要加入元素的铜合金。铍含量为1.72.5 。 铍青铜可以淬火、时效处理提高强度、硬度、疲劳极限和弹性极限。具有良好的铸造性能和冷、热加工性能。 主要用于制作高级精密的弹性元件、如弹簧、膜片、膜盘等；也用于制作特殊要求的耐磨零件，如钟表的齿轮和发条、压力表游丝等。,5.1.2 铜及铜合金,5.1.3 钛及钛合金,特点：熔点1667，密度4.5g/cm3，密排六方晶格Ti，高于882.5为体心立方晶格T

6、i。 优点：强度高（1500Mpa），密度小，热强度高，耐蚀性高。 缺点：工艺性差；导热系数小、摩擦因数大，故切削性差；弹性模量小，变形时回弹大，冷变形困难；硬度低，不耐磨；成本高。,5.1 非铁金属及其合金,5.1.3 钛及钛合金,1、钛合金 退火组织为单向固溶体，热压加工成型，含5Al与2.5Sn起固溶强化作用。,5.1.3 钛及钛合金,2、钛合金 加入V、Mo使其室温下全部为相，淬火得介稳定的相钛合金，可通过淬火、失效处理强化，室温强度高。,3、钛合金 加入适当的稳定相的合金元素所得，高度合金化的钛合金可通过热处理获得。,比较,1）组成 树脂：树脂是塑料的主要成份，它联系和粘结其它组分，

7、对塑料的性能起决定性作用。 填充剂：弥补或改善树脂的性能不足，另外可以显著地降低成本。 增塑剂：增加材料塑性。 固化剂：使线型高分子交联成体型网络结构。 稳定剂：用来抵抗老化延长塑料寿命物质。 其它:诸如发泡剂，抗静电剂，染料，润滑剂等等.,1. 工程塑料,5.2 高分子材料,5.2 高分子材料,热塑性塑料和热固性塑料的比较,加热变软，冷却变硬； 不同材料的韧性变化范围很大； 可循环再利用； 不能承受高温。,制成后永久固化； 脆； 不能循环再利用； 可承受高温。,热塑性塑料,热固性塑料,5.2 高分子材料,2）分类及应用,主要优点：质轻、比强度高；良好的耐蚀性、减摩性；绝缘性、耐电弧性、隔音性

8、、吸振性；工艺性能好。 主要缺点：强度、硬度、刚度低；耐热性、导热性差，热膨胀系数大；容易燃烧，容易老化。,2）分类及应用,1. 工程塑料,主要制造各种罩壳、轻载齿轮、干摩擦轴承、轴套、密封件、各种耐磨耐蚀结构件、绝缘件等。,2）分类及应用,1. 工程塑料,2 橡胶,1) 橡胶的组成、种类及性能 橡胶是一种具有高弹性的有机高分子材料。主要由生胶、各种配合剂和增强材料组成。,5.2 高分子材料,1) 橡胶的组成、种类及性能,配合剂：硫化剂、硫化促进剂、增塑剂、补强剂、防老化剂、着色剂、增容剂等。 作用：提高橡胶制品的使用性能和改善加工工艺性能。,2橡胶,2) 橡胶的组成、种类及性能,增强材料：各

9、种纤维织品、帘布及钢丝等，以增加强度并限制其变形。 生产过程：生胶的塑炼、胶料的混炼、压延、压出和制品的硫化。,2 橡胶,2) 橡胶的组成、种类及性能,分类： 按原料来源分：天然橡胶； 合成橡胶,2橡胶,按应用范围分：通用橡胶： 特种橡胶,特点：高弹性，良好的绝缘性、耐磨性、阻尼性和隔音性。,2橡胶,2橡胶,橡胶制品,弹性圈,V形圈,2 橡胶,3 胶黏剂,5.2 高分子材料,以富含黏性的物质为基料，加入各种添加剂后组成。 胶接：借助胶黏剂实现的连接。 优点：劳动强度低、工艺操作简单、生产率高。 缺点：强度低。,3 胶黏剂,5.2 高分子材料,5.3陶瓷,5.3.1 概念 除金属材料和有机高分子

10、材料外的所有固体材料（无机非金属材料）。 5.3.2 分类 按原料来源分： 普通陶瓷以天然硅酸盐矿物为原料，经过加工、成形、烧结而成。 特种陶瓷采用纯度较高的人工合成物，经配料、成形、烧结而成。,5.3陶瓷,5.3.2 陶瓷的分类,按用途分： 、日用陶瓷 、工业物陶瓷,5.3陶瓷,或分为： 、结构陶瓷 、功能陶瓷 、生物陶瓷,按化学组成分： 、氮化物陶瓷 、氧化物陶瓷 、碳化物陶瓷,按性能分： 、高强度陶瓷 、高温陶瓷 、耐酸陶瓷,5.3.4 陶瓷的性能与应用,陶瓷材料具有极高的硬度，耐磨性好、熔点高、绝缘性好。但冲击韧性与断裂韧性差。 常用来制作新型刀具、耐磨零件及绝缘材料。,5.3陶瓷,5

11、.3.5 陶瓷产品,纺织剪纱刀,马赛克,5.3陶瓷,各种耐磨件,5.4复合材料,5.4.1 复合材料的概念 两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的，各组分间有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料。,优点：可根据需要改善材料的使用性能。,5.4.2 复合材料的分类,5.4复合材料,5.4.3 常用复合材料,5.4复合材料,颗粒增强复合材料,纤维增强复合材料,层合复合材料,常用复合材料,5.4.3 常用复合材料,5.4复合材料,颗粒增强复合材料,碳化物基金属陶瓷,氧化物基金属陶瓷,5.4.3 常用复合材料,5.4复合材料,热塑性玻璃钢,碳纤维树脂复合材料,纤维增强复合材料,热

12、固性玻璃钢,碳纤维碳复合材料,碳纤维金属复合材料,其它纤维增强复合材料,5.4.3 常用复合材料,5.4复合材料,层合复合材料,双金属复合材料,SF性三层复合材料,塑料覆层材料,夹层玻璃,金属塑料复合材料,5.5 其他材料,1、超导材料 超导现象：电阻随温度降低而减少最终为零。 特性：临界温度Tc以下，电阻为零，完全导电；磁场强度H恒为零；对处于Tc以下的超导体施加足够强的磁场，超导电性消失；无外磁场而使超导体通电，当电流密度超过一定值时，超导体恢复到正常态。,5.5 其他材料,2、贮氢材料 有些金属可固溶氢气形成含氢固溶体（MHx），其溶解度与平衡氢压的平方成正比。在一定温度和压力下，固溶体

13、与氢发生反应生成金属氢化物来贮氢。,分类：镁系贮氢合金；稀土系贮氢合金；钛系贮氢合金。 用途：做贮运氢的容器、氢燃料贮存器；分离与回收氢，制造高纯度氢气和氢化物电极。,5.5 其他材料,3、形状记忆合金 将记忆合金材料加工成所需要的形状并加热到高温，让它记住这个形状，随后淬火冷却到M相变区，施加外力使试件发生一定的变形，再将温度升高，试件将完全恢复到原来的形状。,机理：热弹性M相变 分类：镍钛系合金；铜系合金；铁系合金。 用途：做紧固件、连接件、密封垫、与温度有关的传感器及自动控制等。,5.5 其他材料,4、非晶态合金金属玻璃 以极高速度使熔融的合金冷却，溶体中原子来不及做规则排列就完成凝固，

14、凝固后的合金结构呈玻璃态。,优点：超耐蚀性、高磁导率、恒弹性、高强韧性、低热膨胀系数和磁致伸缩。 特征：不具有长程有序晶体结构；具有高达1013Pa.S以上的黏滞系数；在某一窄的温度区内能够发生明显的结构变化。 缺点：厚度受限制；热力学不稳定，受热有晶化倾向。,5.5 其他材料,5、磁性材料 1）软磁材料：低的磁场中被磁化而呈强磁性，但磁场去除后磁性基本消失。 2）硬磁材料永磁材料：材料被外磁场磁化后，去掉外磁场仍然保持较强剩磁的材料： （1）变形永磁钢：有高的矫顽力和剩磁。 （2）铝镍钴永磁合金：磁性好，可用铸造和烧结方法制造。 （3）稀土永磁材料：体积小、重量轻、比功率大、效率高。,5.5

15、 其他材料,6、光纤材料 像头发丝细的透明玻璃纤维，制作光缆。 基本原理：把声音变成电信号，由发光元件变为光信号，由光导纤维传向远方，再由接收元件恢复为电信号，使受话机发出声音。 特点：传输效率高；通信容量大、重量轻、耐腐蚀、不怕电子干扰；保密性好、施工方便、成本低，可节约大量非铁金属。,5.5 其他材料,5.5 其他材料,7、压电材料 电压效应：对石英晶体在某些特定方向上加力时，在力方向的垂直平面上出现正、负束缚电荷的现象。 机电性能稳定，没有内耗，在频率稳定器、扩音器、电话、钟表领域广泛运用。,5.5 其他材料,8、生态金属材料 具有满意的使用性能和优良的环境协调性，或能够改善环境的材料。,金属材料生态设计的主要方法： 1）采用通用合金 合金系中组元越少，合金的再生循环性越好。 2）采