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1、2020/9/26,Associate Prof Xiurong Zhao，Shenyang Agriculture University,China,機械制造基礎教學案卷,對象：交通運輸 時間：2011/02-2011/07 沈陽農業(yè)大學 工程學院 趙 秀 榮,2020/9/26,4 常用金屬材料,4-1 常用黑色金屬材料 4-2 常用有色金屬材料 4-3 非金屬材料 4-4 新型材料,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（一）碳鋼 碳鋼也稱碳素鋼（Carbon steel），是含碳量低于2.11（一般低于1.35）的鐵碳合金的總稱。 常含有錳、硅、磷、硫、氫、氧等雜質。,2

2、020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,1、 按含碳量分為 低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼； 2、 按用途可分為 碳素結構鋼（包括普通碳素結構鋼、碳素滲碳鋼、碳素調質鋼和碳素彈簧鋼）、 碳素工具鋼和鑄鋼.,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,3、按硫、磷等有害雜質的含量可分為 普通碳素鋼、優(yōu)質碳素鋼和高級優(yōu)質碳素鋼； 按退火組織可分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,隨含碳量增加碳素鋼的強度、硬度、耐磨性升高，塑性。韌性和焊接性降低。 碳素鋼在工業(yè)上用途極廣，產量占鋼的總產量的80左右， 具有生產工藝簡單。生產成本低等優(yōu)點。,2020/9

3、/26,4-1 常用黑色金屬材料,A 碳素結構鋼（Constructional carbon steel） 碳素結構鋼是用作工程結構和機器零件的碳素鋼。 可分為普通碳素結構鋼（也叫碳素結構鋼）和優(yōu)質碳素結構鋼。 前者對含碳量、性能范圍以及硫、磷等有害雜質含量限制較寬。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,根據交貨的保證條件又分為甲類鋼（A類鋼，保證力學性能）、乙類鋼（B類鋼，保證化學成分）和特類鋼（C類鋼，既保證力學性能又保證化學成分）。 目前使用較多的是含有0.20左右碳鋼如Q235，主要用于工程結構。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,為適應專業(yè)用鋼的特殊要求

4、，對碳素鋼的成分和性能作適當調整，發(fā)展了橋梁、建筑、鋼筋、壓力容器等專門用鋼。 優(yōu)質碳素結構鋼的硫、磷和其他非金屬夾雜物含量較低，根據含碳量和用途不同又可分為三類： （1）小于0.25%碳的低碳鋼， 主要用作深沖件、滲碳鋼、鍋爐等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（2）含有0.250.60碳的中碳鋼，多在調質狀態(tài)下使用，制造各種機械零件。 （3）大于0.60碳的高碳鋼，多用于制造彈簧、齒輪、軋輥等。根據合錳量不同， 又分為普通含錳量（0.250.80）和較高合錳量（0.701.20）兩組。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（1）普通碳素結構鋼 碳含量c0.060

5、.38，用于建筑及其他工程結構的鐵碳含金稱普通碳素結構鋼。 此類鋼的冶煉簡單、價格低廉，能夠滿足一般工程結構與普通機械結構零件的性能要求，用量很大。 此類鋼強度不高，但工藝性（如焊接性，冷成形性）優(yōu)良。通常以各種規(guī)格（圓鋼、方鋼、工字鋼、鋼筋等）、熱軋空冷狀態(tài)供貨。一般不進行熱處理。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,普通碳素結構鋼的應用如下： Q195、Q215：用于制造釘子、鉚釘、墊塊、地腳螺釘、煙筒以及輕負荷的焊接結構件。 Q235、Q255：用于制造鋼筋、鋼板；制作小軸、拉桿、螺栓、螺母、法蘭等不重要的農業(yè)機械零件；,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,Q2

6、35C、Q235D用于質量要求高的重要焊接件。 Q275：用于重要的建筑、橋梁等工程的焊接件；制作拉桿、連桿、轉軸、心軸、齒輪和鍵等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（2）優(yōu)質碳素結構鋼 優(yōu)質碳素結構鋼是碳含量c=0.050.90%、錳含量Mn=0.25%1.2%的鐵碳合金。 主要用于機械結構中的零件與構件， 因此，也稱機械結構的非合金鋼。 該類鋼均要進行熱處理后才能使用。 如45 、40Mn,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,B 碳素工具鋼 碳素工具鋼(Carbon tool steel)碳含量為c=0.651.35， 是用于制造工具的碳素鋼。 性

7、能特點：高的硬度、耐磨性；切削工藝性好；淬透性低，易變形；價格便宜。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,碳素工具鋼中的S、P含量較少，屬優(yōu)質或高級優(yōu)質鋼（后面加“A”符號）。預先熱處理為球化退火，最終熱處理為淬火、低溫回火。 如T13、 T13A,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,C 鑄鋼（Cast steel）， 用鋼水直接澆注成零件毛坯的鋼稱為鑄鋼 一般用于制造形狀復雜或大型的，難以鍛造而又要求具有較高的強度和塑性， 并承受沖擊載荷的零件。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,鑄造碳鋼的牌號用字母“ZG”和兩 組數字表示，第一組數字代表屈服點 的值，第二

8、組數字代表抗拉強度值。 ZG250 ：,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（二）合金鋼 合金鋼，是為了得到或改善某些性能，在碳素鋼基礎上加入一種或多種合金元素所得到的鋼。 常用的合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鈷、鋯、銅、硼、稀土等。磷、硫、氮等在某些情況下也可起合金元素作用。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,合金鋼中由于含有不同數量和種類的合金元素，再采取適當的工藝措施，就可以分別具有較高的 強度、韌性、淬透性、耐磨性、耐熱性、耐蝕性、耐低溫性、紅硬性、 磁性等特殊性能。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,1、 合金鋼按用途可分為合金

9、結構鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼； 2、按合金元素總含量可分為 低合金鋼（Me5以下）、 中合金鋼（Me510） 高合金鋼（Me10以上）；,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,3、按主要合金元素可分為 鉻鋼、鋅鋼、錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎳鋁鋼等 4、按合金的金相組織可分為 鐵素體鋼、珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼以及亞共析鋼、過共析鋼等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,合金鋼與碳素鋼相比，生產工藝較復雜，價格也較貴，但由于性能優(yōu)異，故應用廣泛，并能節(jié)約金屬，減輕機器或結構的重量。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,A 合金結構鋼(Constructi

10、onal alloy steel) 合金結構鋼包括 低合金高強度結構鋼、合金滲碳鋼、合金調質鋼、合金彈簧鋼、滾動軸承鋼。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（1）低合金高強度結構鋼 低合金高強度結構鋼是在碳素結構鋼的基礎上加入少量合金元素（Me3）制成的。 合金元素的主要作用是固溶強化和細晶強化。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,低合金高強度結構鋼承載大、自重輕、強度高，大都經過塑性變形與焊接加工，并長期在一定的腐蝕介質中工作。 主要用于房屋構架、橋梁、船舶、車輛、鐵道、高壓容器、石油天然氣管線等工程結構件。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,常用

11、的低合金高強度結構鋼的應用如下： Q295（09Mn2、09MnNb、09MnV、）: 用于制造車輛沖壓件、建筑結構容器、低壓鍋爐汽包、中低壓化工容器、薄板沖壓件、儲油罐、輸油管、車輛、油船、有低溫要求低工程構件等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,Q345（12MnV、14MnNb、16Mn、18Nb、 用于制造車輛、機械零件、船舶、橋梁、管道、鍋爐、壓力容器及礦山電廠設備、廠房鋼架等承受動載荷各種合金件等。 Q390（15MnTi、16MnNb、10MnPNbRE: 用于制造中高壓鍋爐汽包、中高壓化工容器、大型船舶、橋梁、車輛、起重機及其它較高載荷各種爐件等。,2020/9/

12、26,4-1 常用黑色金屬材料,Q420（15MnVN、16MnVTiRE）： 用于制造大型焊接結構、大型橋梁、管道、液氨罐車、高壓容器電站設備、大型船舶等。 Q460：可淬火回火處理。 用于制造大型挖掘機、起重運輸機械、鉆井平臺等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,(2) 合金滲碳鋼(Alloy carburizing steel) 這類鋼碳含量低于0.25%，以確保零件的心部有足夠的塑性和韌性， 同時也是為了能夠進行表面滲碳。 加入的合金元素有Cr、Ni、Mn、B、W、Mo、V、Ti等； 可提高鋼的淬透性并起到細化晶粒的作用。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材

13、料,經滲碳、淬火低溫回火，鋼的表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有足夠的強度、塑性和韌性。 適用于要求承受交變應力和摩擦作用的同時 也能承受一定的沖擊載荷條件下工作的機械零件，如齒輪、凸輪、活塞銷等。 常見鋼種15Cr 、20Cr 、20CrMnTi 、20CrMnMo 、20Cr2Ni4 等,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（3）合金調質鋼(Alloy heat refined steel) 合金調質鋼主要用于制造在重載和沖擊載荷作用下的一些重要的受力件， 要求高強度的同時，還要求有高的塑性和韌性等綜合力學性能。 只有中碳合金結構鋼經調質處理后才能達到上述要求，因此稱合金

14、調質鋼。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,合金調質鋼碳含量為0.250.45，碳含量過高、過低均不能滿足經調質后獲得良好綜合力學性能的要求。 加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、B、V、Mo、W等， 主要作用是提高淬透性，強化鐵素體和細化晶粒，W、Mo可防止產生高溫回火脆性。 具有良好的綜合力學性能和合適的淬透性。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,合金調質鋼原始組織為珠光體時，預先熱處理可采用正火（或退火）處理； 當原始組織為馬氏體時，預先熱處理可采用高溫回火處理。 該類鋼最終熱處理均采用淬火后在5O0650的高溫回火工藝即調質處理工藝。 常用合金調質鋼的

15、牌號、力學性能 見書表。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（4）合金彈簧鋼 合金彈簧鋼(Alloy spring steel) 專門制造大截面的受到較大沖擊、振動、周期性扭轉、彎曲等交變載荷作用下一些重要的彈性元件， 它可以吸收振動能、沖擊能或儲存能量，以驅動機件運動。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,根據彈簧的工作條件，要求合金彈簧鋼具 有高的彈性極限、高的屈強比（sb）、 高的疲勞強度和足夠的塑性、韌性， 同時還要求良好的淬透性和表面質量。 在一些特殊條件下，還要求有一定的耐熱性和耐腐蝕性。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,合金彈簧鋼的碳含量必

16、須是中、高碳的（c0.450.7），以保證得到高的彈性。 加入的合金元素有Si、Mn、Cr、Mo、W、V等， 目的是為了提高合金彈簧結構鋼的彈性極限和淬透性，并起到細化晶粒的作用， W、Mo還可降低高溫回火脆性，提高耐回火性。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,(5)滾動軸承鋼(Ball bearing steel) 滾動軸承運轉時，內外套圈和滾動體之間為點接觸或線接觸，接觸力很大，并承受周期性交變載荷，損壞的主要形式是表面小塊疲勞剝落和磨損。 因此軸承鋼應具有高的硬度和一定數量的耐磨性。為了保證軸承鋼在淬火后能得到最高的硬度和一定數量的耐磨碳化物，軸承鋼的含碳量為1左右。,

17、2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,滾動軸承鋼的合金元素以Cr為主，其主要作用是提高鋼的淬透性、減少過熱敏感性，并形成一定數量的細粒狀碳化物。Cr 加入量為0.41.65，含量過高會增加殘余奧氏體量，降低硬度。對于大型軸承，為進一步增大淬透性，還常加入Si、Mn等元素。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,常用滾動軸承鋼的牌號、化學成分、熱處理及用途見書表4-7。 滾動軸承鋼也可作為工具鋼使用，用于制造絲錐、板牙、鉸刀和量具等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,B合金工具鋼(Alloy tool steel) 合金工具鋼按其用途分為合金刃具鋼、合金模具鋼和合

18、金量具鋼三類， 但各類鋼之間實際應用的界限并不嚴格。 例如，某些低合金刃具鋼除作刀具外，也可作冷沖模具或量具。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（1）合金刃具鋼 (Alloy cutlery steel) 合金刃具鋼用于制造各種切削刀具， 其刃部不僅和切屑發(fā)生強烈摩擦產生高熱，而且還要承受較大的切削力作用以及沖擊和震動。 因此，合金刃具鋼除了必須具有高硬度和耐磨性、足夠的強度和韌性外，還應具有在高溫下仍然可保持高硬度的能力， 即所謂的熱硬性，也稱紅硬性,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,常用合金刃具鋼有低合金工具鋼和高速鋼 a 低合金工具鋼 低合金工具鋼的含

19、碳量為0.91.1， 加入的合金元素有Cr、Mn、Si、W、V等， 合金元素含量不超過5。 其主要作用是提高淬透性，增加回火穩(wěn)定性和二次硬化，使鋼在300400時仍能保持60HRC以上的硬度，其切削速度可達到1015m/min。 如：9SiCr 、CrWMn 、CrMn 、9Mn2V,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,b 高速鋼 (High-speed steel) 用于高速切削（切削速度=2555 ms）、 加入的合金元素總量10的高合金刃具鋼稱高速工具鋼，簡稱高速鋼。 高速鋼碳含量為0.751.65，合金總量在1025，主要合金元素有W、Cr、V、Mo、Co、Al等。,202

20、0/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,W、Mo、V等在鋼中形成特殊碳化物， 當加熱后，這些元素溶入奧氏體，在淬火后560左右回火時，基體會析出大量彌散分布的特殊碳化物，使硬度不但不會降低反而升高，即所謂的二次硬化現象。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,高速鋼中合金元素Cr可提高鋼的淬透性； Co元素可提高淬火溫度，使更多的二次硬化元素溶入奧氏體，間接促使淬火回火后二次硬化產生。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,高速鋼具有較高的熱硬性，在 600時仍能保持高硬度（ 58HRC）； 淬透性好，空冷可得到馬氏體；耐磨性高。 鑄態(tài)下有大量萊氏體存在，又稱萊氏體鋼。,

21、2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,常用高速鋼鋼種： W18Cr4V ： C/%為0.70.8 室溫硬度為HRC 6366 ，而500為56，600 為48.5。 一般用于高速車刀、刨刀、鉆頭、銑刀等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（2）合金模具鋼 (Alloy die steel) 模具是鑄造、鍛造和冷沖壓等生產過程中常用的加工工具，模具材料及其熱處理是保證模具使用性能和壽命的重要條件。 合金模具鋼分為冷模具鋼和熱模具鋼兩種。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,a 冷模具鋼 用于制造在冷態(tài)下使金屬變形的模具材料稱為冷模具鋼。 常用的冷變形模

22、具有沖裁模、彎曲模、拉伸模等，這類模具在工作中必須具有高硬度（5562HRC）和耐磨性以及足夠的韌性和疲勞強度。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,常用的冷模具鋼有：T9、T10、9Mn2V、CrWMn、Cr12、Cr12MoV、6SiCr等。 T9、T10為碳素工具鋼，也可作為冷模具鋼使用，適用于受力不大、形狀簡單、尺寸較小的模具。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,9Mn2V、CrWMn適用于受力不大、形狀較復雜、尺寸較大的模具。 Cr12、Cr12MoV適用于制造受力較大、技術要求較高的冷變形模具， 6SiCr適用于制造沖擊力較大而刃口又比較單薄的切邊模等。,20

23、20/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,b 熱模具鋼 常用的熱變形模具有壓鑄模、熱鍛模、熱擠壓模等。 這些模具工作表面溫度可達600以上，在工作中不僅承受著巨大的機械應力，而且在冷熱交替作用下又要承受很大的熱應力。 因此，對熱模具鋼要求有較高的紅硬性、熱疲勞抗力以及足夠的韌性。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,熱模具鋼的含碳量一般為0.30.6， 為了強化鐵素體和提高淬透性，還加入Cr、Mn、Si等元素。 同時還需加入一定量的Mo、W等元素，以避免回火脆性。 常用的熱模具鋼有5CrMnMo、5CrNiMo、3CrW8V、5SiMn等 。,2020/9/26,4-1

24、常用黑色金屬材料,（3）合金量具鋼 (Alloy gauge steel) 合金量具鋼用于制造各種測量工具，如千分尺、卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)等。 對量具鋼的要求是具有高的硬度與耐磨性、高的韌性以及尺寸穩(wěn)定性。 量具鋼含碳量較高（0.91.5），以保證足夠的硬度（62HRC以上）和耐磨性。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,合金量具鋼中加入Cr、W、Mn等以提高淬透性，使殘余奧氏體穩(wěn)定性增加， 在使用過程中不發(fā)生組織轉變，保證尺寸的穩(wěn)定。 同時這些元素形成大量合金碳化物，進一步提高了耐磨性。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,形狀簡單、精度較低的量具，如量規(guī)、卡尺、塞規(guī)等可采用

25、T10A、T12A、9SiCr制造。 也常用15、20、20Cr鋼經滲碳熱處理， 或50、55、60Mn、65Mn鋼經高頻感應淬火熱處理來制造精度不高、使用中常用碰撞的樣板、卡規(guī)及大型量具。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,精度要求高的量具如量規(guī)、塊規(guī)及形狀復雜的樣板 常采用熱變形小的微變形合金工具鋼，如CrMn、CrWMn、GCr15等制造。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,C 特殊性能鋼 (1)耐磨鋼（Water-resisting steel） 有些機器零件，如拖拉機和坦克的履帶板、挖掘機鏟齒、破碎機顎板等 在工作時承受強烈沖擊和嚴重磨損，要求材料應具有很高

26、的韌性和耐磨性。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,目前廣泛采用的耐磨鋼是高錳鋼，其牌號有ZGMn13等，其含碳量為1.01.3，含錳量為1214。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,Mn是擴大Fe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的元素， 當鋼中含Mn量12時，可使其在常溫下呈現單一的奧氏體組織。 所以高錳鋼也稱為奧氏體鋼。 為了防止高錳鋼在冷卻過程中碳化物從奧氏作中析出，導致鋼的脆性增大，必須通過水韌處理消除碳化物，使鋼保持單一的奧氏作組織。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,所謂水韌處理(Water toughening) 就是將高錳鋼加熱到10501100

27、， 保溫一定時間，使碳化物完全溶入奧氏體中，然后在40左右的水中激冷. 由于冷卻很快，碳化物來不及析出，使鋼得到純奧氏體組織，此時鋼的硬度很低（190220HBS），但韌性卻很高。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,水韌處理后所獲得的奧氏體鋼是不穩(wěn)定的， 一經劇烈的沖擊變形，則會產生顯著的加工硬化，且隨沖擊變形程度的增加，硬度急劇上升。 與此同時，還發(fā)生馬氏體轉變并析出碳化物， 硬度迅速上升到450500HBW，形成厚720mm的硬化層，而基體卻仍然保持高韌性的奧氏體。 由上述分析可知，高錳鋼的高抗磨性產生于對它的巨大沖擊力，否則它是不耐磨的。,2020/9/26,4-1 常用黑色

28、金屬材料, 高錳鋼水韌處理后，不可進行回火， 如果加熱超過300，在極短時間內奧氏體便會析出大量碳化物，使鋼變脆。 高錳鋼的切削加工性能很差，零件都是在鑄造成形后，經水韌處理直接使用。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（2）不銹鋼 （Stainless steel） 不銹鋼是指對腐蝕具有很高抗力的鋼。 金屬腐蝕有兩種形式：一種是由單純的化學反應造成的化學腐蝕，如鋼在高溫下的氧化；另一種是由于電流作用引起的電化學腐蝕，金屬在電解質溶液中可形成腐蝕原電池產生電流，使陽極金屬被腐蝕。 零件的腐蝕大部分屬于電化學腐蝕。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,具有兩相組織結構的金

29、屬，由于不同相的電極電位不同，在有電解質溶液環(huán)境 中，金屬內部將構成許多腐蝕原電池，使金屬發(fā)生電化學腐蝕。 不銹鋼的抗腐蝕原則是：使金屬盡可能保持均勻的單相組織，減少金屬內部形成原電池的可能性.,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,在形成了原電池情況下，盡可能減少金屬各相電極電位差并通過合金化， 盡可能提高合金本身的電極電位； 加入合金元素在鋼的表面形成穩(wěn)定的鈍化膜，隔絕腐蝕介質。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,常用的不銹鋼分為以下幾種類型： a 馬氏體型不銹鋼 主要鋼種有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13，通常稱為Cr13型不銹鋼。 鋼號前數字是該鋼

30、種的序號，代表平均含碳量的千分之幾，Cr含量為1214。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,鋼中加入Cr，一方面能提高基體的電極電位（含Cr量必須大于12）， 另一方面Cr在氧化性介質中極易生成鈍化膜，使鋼的耐蝕性大大提高。 Cr13型不銹鋼不是單相組織，可以進行熱處理強化，其耐蝕性主要依靠鈍化。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,1Cr13、2Cr13主要制作耐蝕結構零件，如汽輪機葉片、化油器針閥等。 3Cr13、4Cr13耐蝕性較差，主要用于制作手術器械、量具、彈簧等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,b 鐵素體型不銹鋼 主要鋼種是1Cr17。Cr是

31、縮小相圖奧氏 體區(qū)的元素，當Cr增大至17時，鋼中 沒有奧氏體鐵素體轉變，始終保持單相鐵素體。 這類鋼耐蝕性優(yōu)于Cr13型不銹鋼， 主要用作吸收塔、熱交換器、酸槽、管道等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,c 奧氏體型不銹鋼 當鋼中含Cr18、Ni8時，鋼中便有穩(wěn)定的奧氏體組織產生。這類鋼還常加入Mo、Ti、Nb等元素進一步提高其抗蝕能力。 常用牌號有0Cr18Ni9、1Crl8Ni9、2Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti等，簡稱為188型不銹鋼。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（3）耐熱鋼 (Heat-resisting steel)

32、 耐熱鋼是指在高溫下能抗氧化并具有一定高溫強度的鋼。 所謂抗氧化是在鋼中加入足夠的Cr、Si、 Al等元素，使鋼在高溫下迅速氧化生成致 密的高熔點氧化膜，阻止高溫氣體的繼續(xù)氧化 。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,高溫強度是指金屬對蠕變的抵抗能力。 當金屬的工作溫度高于再結晶溫度，工作應力超過金屬在該溫度下的彈性極限時， 隨著時間的延長金屬發(fā)生極其緩慢的變形，這種現象稱為蠕變（Creep）。 金屬對蠕變抗力愈大，表示金屬高溫強度愈高。 在鋼中加入W、Mo、V等合金元素能明顯地提高鋼的高溫強度。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,15CrMo和12Cr1MoV是典型的

33、鍋爐鋼， 分別用來制造壁溫510和540的蒸汽導管等。 4Cr9Si2和4Cr10Si2Mo又稱閥門鋼， 分別用來制造700和750的汽車發(fā)動機和柴油機的排氣閥門等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,1CrllMoV和1Cr12WMoV具有較高的高溫強度，組織穩(wěn)定，工藝性能好， 分別用來制造在540和580以下工作的汽輪機和燃氣輪機葉片等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,1Cr18Ni9Ti不銹鋼的抗氧化性可達700900，在600左右有足夠的熱強度， 在鍋爐及汽輪機制造方面用來制造610以下的過熱管道及構件等。 Cr9Mn12SiN和 Cr22Ni4N可用于

34、制造溫度在9001200的熱處理爐底板、坩堝等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（三）鑄鐵（Cast iron） 鑄鐵是含碳量大于2.11的鐵碳合金。 此外它還含有硅、錳、硫、磷、鉬、鉻、鋁等化學元素。 鑄鐵與鋼的主要區(qū)別，一是碳含量及硅含量高，并且碳多以石墨形式存在； 二是硫、磷雜質多。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,鑄鐵作為工程材料歷史悠久，并被廣泛應用于各個工業(yè)部門。 由于鑄鐵制造成本低，又有良好的減振性、耐磨性、加工工藝性，在不少應用中是不能被替代的。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,鑄鐵的種類很多，可以有不同的分類。 工業(yè)中通常是

35、按照鑄鐵中碳的存在形式和石墨的形態(tài)劃分的，有白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,白口鑄鐵中的碳全部或部分以滲碳體形式存在，斷口呈銀白色； 灰口鑄鐵中的碳除了少量溶于基體外， 其余的全部以石墨形式存在于鑄鐵中；,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,可鍛鑄鐵中的碳全部或大部分以團絮狀石墨存在； 球墨鑄鐵中的碳大部分以球狀石墨形式存在； 蠕墨鑄鐵中的碳大部分以蠕蟲狀石墨形式存在。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,A 灰口鑄鐵 灰口鑄鐵（Gray cast iron）在鑄鐵的總產量中占80以上。 它常用來制

36、造各種機器的底座、機架、工作臺、機身、齒輪箱箱體、閥體及內燃機的汽缸蓋、汽缸體等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（1）灰口鑄鐵的化學成分與顯微組織 灰口鑄鐵的基體組織分為三種類型： 鐵素體灰口鑄鐵（組織：鐵素體+片狀石墨） 鐵素體-珠光體灰口鑄鐵（組織：鐵素體+珠光體+片狀石墨） 珠光體灰口鑄鐵（組織：珠光體+片狀石墨）。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,鐵素體灰口鑄鐵,鐵素體珠光體灰口鑄鐵,珠光體灰口鑄鐵,灰口鑄鐵中石墨的形態(tài)、多少、分布及基體組織狀態(tài)，主要取決于石墨化程度，即取決于鑄鐵的化學成分和鑄件的冷卻速度。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料

37、,（2）灰口鑄鐵的牌號、性能及應用 灰口鑄鐵的牌號由“灰鐵”二字的拼音字母的首字母（HT）后面加一組表示鑄鐵的最低抗拉強度（單位為（Mpa）的數字組成。 如HT250 ：最低抗拉強度250Mpa，基體為P，應用于閥殼、油缸、汽缸、聯軸器、機體、齒輪、齒輪箱外殼、飛輪、襯筒、凸輪、軸承座等,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,B 可鍛鑄鐵(Malleable cast iron) 可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經高溫、長時間的石墨化，使?jié)B碳體在固態(tài)下分解，而獲得的團絮狀石墨的鑄鐵。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,(1)可鍛鑄鐵的化學成分和組織 可鍛鑄鐵中的碳和硅的含量不能太高

38、， 因為若含碳量過高，由于它們都是強烈促進石墨化的元素，故鑄鐵的鑄態(tài)組織中就有片狀石墨形成，并在隨后退火過程中， 從滲碳體分解的石墨將會附在片狀石墨上析出，而得不到團絮狀石墨。,2020/9/26,Associate Prof Xiurong Zhao，Shenyang Agriculture University,China,89,4-1 常用黑色金屬材料,目前生產中可鍛鑄鐵的化學成分為c=2.22.8%、Si=1.22.0%、Mn=0.41.2%、p0.1%、s0.2%。 常見顯微組織是：鐵素體+石墨；珠光體+石墨,,,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（2）可鍛鑄鐵的牌號性能

39、及應用 牌號中“KT”是“可鐵”二字的漢語拼音的第一個字母，其后的“H”表示黑心可鍛鑄鐵；“Z”表示珠光體可鍛鑄鐵（白心可鍛鑄鐵用“B”表示）。符號后面的兩組數字分別表示其抗拉強度和伸長率。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,KTH37012 ： 表示黑心可鍛鑄鐵，抗拉強度 370， 延伸率為12 %。 用于汽車、拖拉機前后輪殼、減速器殼、轉向節(jié)殼、制動器等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,C 球墨鑄鐵(Nodular grapbite cast iron) 球墨鑄鐵的球狀石墨對基體的割裂影響最小，因而具有很高的強度、良好的韌性、塑性和切削加工性，焊接性也較好

40、。 可以在一定范圍內代替鋼，所以發(fā)展很快。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,(1)球墨鑄鐵的化學成分和組織 球墨鑄鐵的主要成分為：c=3.63.9、Si=2.0、Mn= O.60.8、s0.O4、p0.1、Mg0.03RE=0.O30.05（稀土）。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,球墨鑄鐵的生產過程是在一定成分的鐵液中加入一定量的孕育劑和球化劑（稀土鎂等），使石墨變成球狀。,2020/9/26,Associate Prof Xiurong Zhao，Shenyang Agriculture University,China,95,4-1 常用黑色金屬材料,在生產中

41、球墨鑄鐵的顯微組織有： 鐵素體+石墨，鐵素體+珠光體+石墨，珠光體+石墨,,,,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（2）球墨鑄鐵的牌號、性能及應用 球墨鑄鐵的牌號是以漢語拼音字頭“QT”為標志，其后兩組數字分別是最小抗拉強度和伸長率。 由于球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，因此，球墨鑄鐵的基體強度利用率可高達7090%，而灰鑄鐵的基體強度利用率僅為3050%。所以球墨鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性不僅高于其它鑄鐵，而且可與相應組織的鑄鋼相媲美。 如QT450-10,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,球墨鑄鐵的疲勞極限接近一般中碳鋼；而沖擊疲勞強度則高于中碳鋼；特別是球墨鑄鐵的屈服

42、比鋼提高一倍。 在一般機械設計中，材料的許用應力是按屈服強度來確定的，因此，對于承受靜載荷的零件，用球墨鑄鐵代替鑄鋼，就可以減少機器重量。但球墨鑄鐵的塑性和韌性低于鋼。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,由于球墨鑄鐵通過熱處理可獲得不同的基體組織，使其性能在較大范圍內變化。 加上球墨鑄鐵的生產周期短，成本低（接近灰口鑄鐵），因此，球墨鑄鐵在機械制造業(yè)這得到廣泛的應用，它成功地替代了不少的碳鋼、合金鋼和可鍛鑄鐵，用來制造一些受力復雜，強度、韌性和耐磨性要求高的零件。,2020/9/26,Associate Prof Xiurong Zhao，Shenyang Agriculture

43、 University,China,99,4-1 常用黑色金屬材料,D蠕墨鑄鐵 2O世紀80年代，發(fā)展起來了一種新型鑄鐵，因其石墨很象蠕蟲而命名。它的強度高于灰口鑄鐵。韌性和耐磨性良好；鑄造性能與灰鑄鐵相當。蠕墨鑄鐵的化學成分要求與球墨鑄鐵相似，即要求高碳、高硅、低硫、低磷，并含有一定量的稀土與鎂。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,如RuT420、RuT380 強度、硬度高，具有高的耐磨性和較高的導熱率，鑄件材質中需加入合金元素或經正火處理，可制造要求強度、耐磨性高的零件 。 用于活塞環(huán)、制動盤、鋼珠研磨盤、吸淤泵體等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,E 合金鑄

44、鐵(Alloy cast iron)。 在鑄鐵中加入一定量的合金元素，生成的特殊性能鑄鐵，稱為合金鑄鐵 （1）耐磨鑄鐵與抗磨鑄鐵 工業(yè)生產中，常在兩種工作條件下對鑄件的耐磨、抗磨性提出了更高的要求。一種是在有潤滑條件下，另一種是在無潤滑即干磨擦條件下。前者如機床的導軌、軸承、活塞環(huán)與缸套等，要求耐磨性好；后者如球磨機的材板和磨球、軋輥、犁鏵等，要求抗磨性好。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,具有高碳共晶或過共晶的合金白口鑄鐵抗磨性高，但是脆性大，沖擊韌度差。常用的抗磨鑄鐵有KMTBCr2Mo1Cu及KMTBCr20Mo2Cu等。 普通鑄鐵本身具有減摩耐磨功能，若再加入一些

45、合金元素，效果更好。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,球墨鑄鐵中的錳元素加大到Mn=59.5，硅元素控制在Si=3.35.0%范圍內，經球化和孕育處理，可得到含有馬氏體、大量殘余奧氏體及碳化物和球墨組織，達到高耐磨性能。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（2）耐熱鑄鐵(Heat-resisting cast iron) 工業(yè)生產中有不少鑄件是在高溫下工作的，如爐底板、換熱器、坩堝、爐條等。普通鑄鐵在高溫下工作壽命很低，加入 Al、 Si、 Cr等合金元素生成相應的氧化膜，保護內部不繼續(xù)氧化。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（3）耐蝕鑄鐵 耐蝕鑄鐵被

46、廣泛地應用于化工、制藥、采礦部門的閥門、管道、貯罐等。 普通鑄鐵耐蝕性能差，是由于石墨、滲碳體和鐵素體等相，它們在電解質中的電極電位不同，形成微電池效應而被腐蝕。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,普通鑄鐵耐蝕性能差，加入Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素，鑄件表面形成致密的保護膜，而且也能降低基體的電極電位，使耐蝕性提高。常見的有高硅、高硅鋁、高鋁、高鉻等耐蝕鑄鐵可供選用，如STQAl15Si15等。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,（一）鋁合金 鋁合金是使用了100多年的傳統(tǒng)材料，目前世界原鋁產量達1900萬噸。其中50用來制取加工材與深加工產品。目

47、前我國的鋁合金品種，約為美國的一半，規(guī)格不足美國的1/4。傳統(tǒng)的鋁合金有鑄造鋁合金和變形鋁合金兩大類。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,A Al-Li系合金 鋰是最輕的金屬元素。鋁合金中添加百分之幾的鋰后，可獲得時效強化效果，質量分數可降低10，比模量可提高10。 但鋰的熔點很低，故鋁鋰合金冶煉很困難。波音747的外殼用鋁鋰合金，減輕了較多的質量。飛機單位質量的降低，其產生的經濟效益是按幾何級數遞增的，因此鋁鋰合金是大有作為的。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,B 超塑鋁合金 超塑成形因變形可達百分之幾百，復雜的構件可一次成形。飛機機身隔框、電氣外殼等都可采用鋁

48、合金超塑成形以節(jié)約生產成本。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,C 粉末冶金鋁合金 采用快速凝固制粉技術或機械合金化制粉，可獲得晶粒細化且成分均勻的過飽和微合金粉。它比熔鑄法合金成分均勻。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,D 鋁合金功能膜 鋁合金功能膜是利用氧化膜內孔洞，充填別的材料以獲得所要求的功能。是近年來的研究熱點，應用推廣較快。 （二）銅合金 銅合金(Copper alloy)按化學成分可分為黃銅、青銅和白銅三大類。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,A 黃銅 以鋅為主要合金元素的銅基合金稱為黃銅(Brass)。黃銅具有良好的力學性能、加工

49、成型性、導電性和導熱性。而且色澤美麗，價格較低，是重有色金屬中應用最廣的金屬材料。 黃銅分普通黃銅和特殊黃銅兩大類。按生產方式分壓力加工黃銅和鑄造黃銅。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,(1)普通黃銅 也叫二元黃銅，是 Cu-Zn二元合金。黃銅的力學性能與鋅的質量分數有極大關系，當Zn3032時，強度和塑性都隨鋅的質量分數增加而提高。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,當鋅的質量分數超過32時因組織中相的出現，塑性開始下降，但強度還在提高，在Zn=45附近達到最大值。因此工業(yè)用黃銅，鋅的質量分數均在46%以下。其組織為或+ ，分別稱黃銅及+ 黃銅。,2020/9/

50、26,4-2 常用有色金屬材料,a 黃銅 黃銅又稱單相黃銅，具有較高的強度和優(yōu)良的冷變形性能，適用于在常溫下壓力加工形狀復雜的零件。常用代號有H90、H80、H70、H68，其中 H70、 H68又稱三七黃銅，由于它強度較高，塑性特別好，大量用作槍彈殼和炮彈筒，故有“彈殼黃銅”之稱。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,b + 黃銅 + 黃銅又稱兩相黃銅，適宜熱壓力加工具有較高的強度和耐蝕性，常用代號有H62、H59，常用于制造散熱器、水管、油管、彈簧等。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,(2)特殊黃銅 為了提高普通黃銅的耐蝕性、切削加工性、力學性能，在銅鋅二元合金

51、的基礎上加入其它合金元素所組成的多元合金，稱為特殊黃銅。常加入鉛、鋁、錳、鎳、錫、硅等，分別稱鉛黃銅、鋁黃銅等。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,合金元素加入黃銅后，一般都能提高其強度。加入鋁、錳、錫、硅可提高抗蝕性，加入硅還可改善鑄造性能，加入鉛能改善切削加工性能。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,B 青銅 除黃銅、白銅以外的銅合金均稱為青銅（Bronze）。工業(yè)上常用的青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。 （1）錫青銅 以錫為主要添加元素的銅基合金稱錫青銅。錫青銅的主要特點是耐蝕、耐磨、強度高、彈性好等。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,由于錫青銅表

52、面生成由 Cu2O對及2CuCO3 Cu（OH）2構成的致密薄膜，因此錫青銅在大氣、海水、堿性溶液和其它無機鹽類溶液中有極高的耐蝕性，但在酸性溶液中抗蝕性較差。 錫青銅結晶溫度區(qū)間較大，合金流動性差，鑄件的縮孔較嚴重，但線收縮小，熱裂傾向小，故錫青銅適宜鑄造形狀復雜、壁厚變化較大且致密性要求不高的零件。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,為了改善錫青銅的鑄造性能、力學性能、耐磨性能、彈性性能和切削加工性，常加入鋅、磷、鎳等元素形成多元錫青銅。 錫青銅常用牌號或代號有QSn4-3、QSn4-4-4、ZQSn10等。用于制作彈簧、軸瓦、襯套等耐磨零件。,2020/9/26,4-2 常

53、用有色金屬材料,（2）鋁青銅 以鋁為主要合金元素的銅基合金稱鋁青銅，一般鋁的質量分數為8.510.5。鋁青銅具有良好的力學性能，耐蝕性和耐磨性，并能進行熱處理強化。有良好的鑄造性能，在大氣、海水、碳酸及大多數有機酸中具有比黃銅和錫青銅更高的抗蝕性，此外還有沖擊時不發(fā)生火花等特性。 常用牌號或代號有 QA15、QA19-4、ZCuAl11Fe3Mn2等。宜作機械、化工、造船及汽車工業(yè)中的軸套、齒輪、蝸輪、管路配件等件。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,（3）鈹青銅 以鈹為主要合金元素的銅基合金稱鈹青銅。一般鈹的質量分數為1.72.5。鈹青銅有很高的強度、硬度、疲勞極限和彈性極限，

54、而且耐蝕、耐磨、無磁性、導電和導熱性好，受沖擊無火花等。在工藝方面，它承受冷、熱壓力加工的能力很強，鑄造性能亦好。常用代號有QBe2、QBe2.5等。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,鈹青銅主要用于制作高級精密的彈性元件，如彈簧、膜片、膜盤等，特殊要求的耐磨零件，如鐘表的齒輪和發(fā)條、壓力表游絲；高速、高溫、高壓下工作的軸承、襯套及礦山、煉油廠用的沖擊不帶火花的工具。鈹青銅價格較貴。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,C 白銅 以鎳為主要合金元素的銅基合金稱白銅工業(yè)上應用的白銅有普通白銅和特殊白銅。普通白銅是銅鎳二元合金；特殊白銅是在銅鎳合金基礎上加入鋅、錳、鋁等合金

55、元素，分別稱鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等。 白銅具有高的耐蝕性、優(yōu)良的冷、熱加工工藝性。因此，廣泛用于制造精密儀器、儀表化工機械及醫(yī)療器械中的關鍵零件。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,（三）鈦合金 鈦合金(Titanium alloy)是近來快速發(fā)展的材料。鈦及鈦合金質量分數小（4.5gcm3）強度大大高于鋼。比強度和比模量性能突出。波音777的起落架采用鈦合金制造，大大減輕了質量，經濟效益極為顯著。鈦的耐腐蝕性能優(yōu)異，是目前耐海水腐蝕的最好的材料。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,鈦是制造工作溫度在500以下，如火箭低溫液氮燃料箱、導彈燃料罐、核潛艇船殼、化工廠

56、反應釜等構件的重要材料。我國鈦產量居世界第一，TiO2儲量約8億噸。特別在攀枝花、海南島資源非常豐富。 鈦合金高溫強度差，不宜在高溫中使用。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,（四）鎳及鎳合金 鎳是重要的戰(zhàn)略性資源。鎳基高溫合金用以制造噴氣發(fā)動機渦輪盤及葉片。 鎳銅系耐蝕合金可制造高壓充油電纜、油槽、醫(yī)療器材；鎳錳系是電真空材料；鎳中添加硅、鎢或鋯和鈣或鋇可做陰極材料等等。我國金川鎳礦的開發(fā)，為鎳基合金發(fā)展提供了必要的條件。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,（五）鎂及鎂合金 鎂在地殼中含量為2.77，僅次于鋁和鐵，年產量約40萬噸。 鎂及鎂合金的主要優(yōu)點是質量分

57、數小，比強度、比模量高，抗振能力強，可承受較大的沖擊載荷，同時，切削加工和拋光性能好，因而是航空航天、儀器儀表、交通運輸等工業(yè)部門的重要結構材料。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,鎂的化學性質活潑，抗腐蝕性能差，熔煉技術復雜，冷變形困難，缺口敏感性大，因而阻礙了其發(fā)展。目前以鑄造鎂合金的應用為主。 近年來研究出的MgLi合金，質量分數為1.31.65gcm3，有超合金之稱。強度高，塑性、韌性好，易焊接，缺口敏感性小，是很有發(fā)展前途的變形鎂合金。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,一、 塑料(Plastics) （一）塑料的組成 塑料是以合成樹脂為主要成分，加入適量的添加劑

58、組成的。 合成樹脂是由低分子化合物經聚合反應所獲得的高分子化合物，如聚乙烯、聚氯乙稀、酚醛樹脂等，樹脂受熱可軟化，起粘結作用，塑料的性能主要取決于樹脂。 絕大多數塑料是以所用樹脂名稱來命名的。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,塑料加入添加劑的目的是彌補塑料的某些性能的不足。 添加劑有填料、增強材料、增塑劑、固化劑、潤滑劑、著色劑、穩(wěn)定劑、阻燃劑等。 （二）塑料的分類和性能 塑料按使用性能可分為通用塑料、工程塑料和耐熱塑料三類。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,通用塑料的價格低、產量高，約占塑料總產量的3/4以上。如聚乙烯、聚氯乙稀等。 工程塑料是作為制造工程結構件的塑料，其強

59、度大、剛度高、韌性好。如聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯等。 通用塑料改性后，也可作為工程塑料使用。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,耐熱塑料工作溫度高于150200，但成本高。 典型的耐熱塑料有聚四氟乙烯、有機硅樹脂、芳香尼龍、環(huán)氧樹脂等。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,按塑料受熱后的性能，可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。 熱塑性塑料加熱時可熔融，并可多次反復加熱使用。 熱固性塑料經一次成形后，受熱不變化，不軟化，不能回收再利用，只能塑壓一次 。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,二、陶瓷（Ceramics） （一）陶瓷的組織結構與性能 A 陶瓷的組織結構 陶瓷是由金屬

60、和非金屬元素的無機化合物所構成的多晶固體材料，其結構比金屬復雜得多，其顯微結構可分為晶體相、玻璃相和氣相。 它們各自的數量、形狀及分布對陶瓷的性能起著決定性的作用。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,B 陶瓷的性能 陶瓷的質量分數低，只有鋼的1/3，彈性模量比鋼高約2倍，缺口敏感性小， 耐高溫（目前達到1400），線膨脹系數比金屬低得多，硬度高于一般金屬， 多為10005000HV。摩擦系數較低，熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好，電性能好， 屬耐高溫耐腐蝕絕緣材料。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,利用陶瓷的特殊結構，可以制成半導體陶瓷、壓電陶瓷及磁性陶瓷等具有一定電性能的新型功能陶瓷

61、； 陶瓷韌性低，較脆，導熱性低于金屬，抗熱振性也差，難加工。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,（二）常用陶瓷 （1）普通陶瓷 普通陶瓷為粘土長石石英所組成。這類陶瓷歷史悠久，其質地堅硬，可耐高溫，具有良好的耐蝕性、絕緣性和工藝性，且成本低廉。普通陶瓷中除日用陶瓷、建筑及衛(wèi)生陶瓷外，在工業(yè)上主要用于絕緣的電瓷和耐酸堿的化學瓷以及承受要求較低的結構零件用瓷等。普通陶瓷是陶瓷中用量最大的一類。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,（2）特種陶瓷 采用純度較高的人工合成原料制成的新型陶瓷，因具有各種獨特的性能，稱為特種陶瓷。特種陶瓷有結構陶瓷、功能陶瓷和生物陶瓷三類。,2020/9/2

62、6,4-3 非金屬材料,a 結構陶瓷 結構陶瓷有氧化鋁陶瓷瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等。 氧化鋁陶瓷主要成分為Al2O3，可分為剛玉瓷、剛玉莫來石瓷和莫來石瓷。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,常用的剛玉瓷可用來制造高速切削刀具、量規(guī)、拉絲模、高溫坩堝、內燃機火花塞、耐蝕農用水泵等；氮化硅陶瓷的主要成分是Si3N4，可分為反應燒結氮化硅和熱壓燒結氮化硅兩種。反應燒結氮化硅常用于制造耐蝕水泵密封環(huán)、電磁泵管道、閥門、熱電偶套和高溫軸承等。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,b 功能陶瓷 功能陶瓷是具有機、電、聲、熱、磁、彈性之間的耦合材料，是現代信息、自動化等工業(yè)的基礎材料。在耐

63、熱性、化學穩(wěn)定性等方面優(yōu)于金屬和有機高分子材料。又稱為電子陶瓷。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,c 生物陶瓷 生物陶瓷始于20世紀60年代。與金屬材料、有機高分子材料相比，它具有與生物機體有較好的相容性和生物活性、耐侵蝕性、耐磨損性等獨特性能。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,目前陶瓷的發(fā)展如下： a 多相復合陶瓷 包括纖維（或晶須）補強的陶瓷基復合材料，異相顆粒彌散的復相陶瓷；兩種或兩種以上主晶相組合的多相復合陶瓷及梯度功能復合材料。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,b 納米陶瓷 先進陶瓷從目前的微米級（從粉體到顯微結構）向納米級尺度發(fā)展，由于制備科學上的進步以

64、及工藝上的可行性，已成為其發(fā)展趨勢之一。 c 陶瓷材料按使用性能設計 已逐步擺脫以往的經驗式的研究而步入按使用性能對陶瓷材料進行設計。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,三、復合材料(Composite materials) 復合材料是由兩種或兩種以上材料，即基體材料和增強材料復合而成的一類多相材料。 復合材料保留了組成材料各自的優(yōu)點， 可獲得單一材料無法具備的優(yōu)良綜合性能。 是按照性能要求而設計的一種新型材料。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,復合材料區(qū)別于單一材料的顯著特征是材料性能的可設計性，即可以根據工程結構的載荷分布、環(huán)境條件和使用要求，選擇相應的基體、增強材料和它們

65、各自所占的比例，以及選用不同的復合工藝，設計各種排列方向、層數以滿足構件的強度、剛度、耐蝕、耐熱等要求。 為結構的最佳化設計提供廣闊的前景。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,另一特征是材料與結構一次成形， 即在形成復合材料同時也得到了結構件。 這一特點使構件零件數目減少，整體化程度提高； 同時由于減少甚至取消了接頭，避免或減少了鉚、焊等工藝，從而減輕了構件質量，改善并提高了構件的耐疲勞性和穩(wěn)定性等。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,復合材料已成為當前結構材料發(fā)展的一個重要趨勢。 玻璃纖維增強樹脂基為第一代復合材料； 碳纖維增強樹脂基為第二代復合材料； 金屬基、陶瓷基及碳基等

66、夏合材料則是目前正在發(fā)展的第三代復合材料。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,復合材料的種類繁多，按基體分，有金屬基和非金屬基兩類。 金屬基主要有鋁、鎂、鈦、銅等和它們的合金； 非金屬基主要有合成樹脂、碳、石墨、橡膠、陶瓷和水泥等。 按使用性能分，有結構復合材料和功能復合材料。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,隨著高技術對材料耐熱等性能的苛刻要求，高性能樹脂基復合材料主要向耐熱、耐溶劑等方向發(fā)展。,2020/9/26,4-4 新型材料,一、功能材料 功能材料是指具有特殊的電、磁、光、熱、聲、力、化學性能和理化效應的各種新材料， 用以對信息和能量的感受、機測、傳導、輸運、屏蔽、絕緣、吸收、控制、記憶、存儲、顯示、發(fā)射、轉化和變換的目的。 功能材料是現代高新技術發(fā)展的先導和物質基礎。,2020/9/26,4-4 新型材料,按材料的功能特點，功能材料可分為力功能材料、聲功能材料、熱功能材料、光功能材料、電功能材料、磁功能材料、化學功能材料、核功能材料、生物醫(yī)學功能材料等。,2020/9/26,4-4 新型材料,（一）傳感器用敏感材料 傳感器通常由敏感元件和轉換元件所