《機(jī)械制造基礎(chǔ)》教學(xué)案卷

2020/9/26,Associate Prof Xiurong Zhao，Shenyang Agriculture University,China,機(jī)械制造基礎(chǔ)教學(xué)案卷,對(duì)象：交通運(yùn)輸 時(shí)間：2011/02-2011/07 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)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(zhì)。,2020/9/26,4-1 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(jié)構(gòu)鋼（包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素滲碳鋼、碳素調(diào)質(zhì)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(zhì)的含量可分為 普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼； 按退火組織可分為亞共析鋼、共析鋼和過(guò)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(qiáng)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(chǎn)量占鋼的總產(chǎn)量的80左右， 具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,A 碳素結(jié)構(gòu)鋼（Constructional carbon steel） 碳素結(jié)構(gòu)鋼是用作工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件的碳素鋼。 可分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（也叫碳素結(jié)構(gòu)鋼）和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 前者對(duì)含碳量、性能范圍以及硫、磷等有害雜質(zhì)含量限制較寬。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,根據(jù)交貨的保證條件又分為甲類鋼（A類鋼，保證力學(xué)性能）、乙類鋼（B類鋼，保證化學(xué)成分）和特類鋼（C類鋼，既保證力學(xué)性能又保證化學(xué)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(jié)構(gòu)。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,為適應(yīng)專業(yè)用鋼的特殊要求，對(duì)碳素鋼的成分和性能作適當(dāng)調(diào)整，發(fā)展了橋梁、建筑、鋼筋、壓力容器等專門(mén)用鋼。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的硫、磷和其他非金屬夾雜物含量較低，根據(jù)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(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，制造各種機(jī)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(jù)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(jié)構(gòu)鋼 碳含量c0.060.38，用于建筑及其他工程結(jié)構(gòu)的鐵碳含金稱普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。 此類鋼的冶煉簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，能夠滿足一般工程結(jié)構(gòu)與普通機(jī)械結(jié)構(gòu)零件的性能要求，用量很大。 此類鋼強(qiáng)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(jìn)行熱處理。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)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(fù)荷的焊接結(jié)構(gòu)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(nóng)業(yè)機(jī)械零件；,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,Q235C、Q235D用于質(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)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(jī)械結(jié)構(gòu)中的零件與構(gòu)件， 因此，也稱機(jī)械結(jié)構(gòu)的非合金鋼。 該類鋼均要進(jìn)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。 性能特點(diǎn)：高的硬度、耐磨性；切削工藝性好；淬透性低，易變形；價(jià)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(zhì)或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（后面加“A”符號(hào)）。預(yù)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(fù)雜或大型的，難以鍛造而又要求具有較高的強(qiáng)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(hào)用字母“ZG”和兩 組數(shù)字表示，第一組數(shù)字代表屈服點(diǎn) 的值，第二組數(shù)字代表抗拉強(qiáng)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(chǔ)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(shù)量和種類的合金元素，再采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧涂梢苑謩e具有較高的 強(qiáng)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結(jié)構(gòu)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(guò)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(chǎn)工藝較復(fù)雜，價(jià)格也較貴，但由于性能優(yōu)異，故應(yīng)用廣泛，并能節(jié)約金屬，減輕機(jī)器或結(jié)構(gòu)的重量。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,A 合金結(jié)構(gòu)鋼(Constructional alloy steel) 合金結(jié)構(gòu)鋼包括 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（1）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)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(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼承載大、自重輕、強(qiáng)度高，大都經(jīng)過(guò)塑性變形與焊接加工，并長(zhǎng)期在一定的腐蝕介質(zhì)中工作。 主要用于房屋構(gòu)架、橋梁、船舶、車輛、鐵道、高壓容器、石油天然氣管線等工程結(jié)構(gòu)件。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,常用的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用如下： Q295（09Mn2、09MnNb、09MnV、）: 用于制造車輛沖壓件、建筑結(jié)構(gòu)容器、低壓鍋爐汽包、中低壓化工容器、薄板沖壓件、儲(chǔ)油罐、輸油管、車輛、油船、有低溫要求低工程構(gòu)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(jī)械零件、船舶、橋梁、管道、鍋爐、壓力容器及礦山電廠設(shè)備、廠房鋼架等承受動(dòng)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(jī)及其它較高載荷各種爐件等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,Q420（15MnVN、16MnVTiRE）： 用于制造大型焊接結(jié)構(gòu)、大型橋梁、管道、液氨罐車、高壓容器電站設(shè)備、大型船舶等。 Q460：可淬火回火處理。 用于制造大型挖掘機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械、鉆井平臺(tái)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(shí)也是為了能夠進(jìn)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(xì)化晶粒的作用。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,經(jīng)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(qiáng)度、塑性和韌性。 適用于要求承受交變應(yīng)力和摩擦作用的同時(shí) 也能承受一定的沖擊載荷條件下工作的機(jī)械零件，如齒輪、凸輪、活塞銷等。 常見(jiàn)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(diào)質(zhì)鋼(Alloy heat refined steel) 合金調(diào)質(zhì)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(qiáng)度的同時(shí)，還要求有高的塑性和韌性等綜合力學(xué)性能。 只有中碳合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后才能達(dá)到上述要求，因此稱合金調(diào)質(zhì)鋼。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,合金調(diào)質(zhì)鋼碳含量為0.250.45，碳含量過(guò)高、過(guò)低均不能滿足經(jīng)調(diào)質(zhì)后獲得良好綜合力學(xué)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(qiáng)化鐵素體和細(xì)化晶粒，W、Mo可防止產(chǎn)生高溫回火脆性。 具有良好的綜合力學(xué)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(diào)質(zhì)鋼原始組織為珠光體時(shí)，預(yù)先熱處理可采用正火（或退火）處理； 當(dāng)原始組織為馬氏體時(shí)，預(yù)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(diào)質(zhì)處理工藝。 常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)、力學(xué)性能 見(jiàn)書(shū)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(mén)制造大截面的受到較大沖擊、振動(dòng)、周期性扭轉(zhuǎn)、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(dòng)能、沖擊能或儲(chǔ)存能量，以驅(qū)動(dòng)機(jī)件運(yùn)動(dòng)。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,根據(jù)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(qiáng)比（sb）、 高的疲勞強(qiáng)度和足夠的塑性、韌性， 同時(shí)還要求良好的淬透性和表面質(zhì)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(jié)構(gòu)鋼的彈性極限和淬透性，并起到細(xì)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(dòng)軸承鋼(Ball bearing steel) 滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)外套圈和滾動(dòng)體之間為點(diǎn)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(yīng)具有高的硬度和一定數(shù)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(shù)量的耐磨碳化物，軸承鋼的含碳量為1左右。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,滾動(dòng)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(guò)熱敏感性，并形成一定數(shù)量的細(xì)粒狀碳化物。Cr 加入量為0.41.65，含量過(guò)高會(huì)增加殘余奧氏體量，降低硬度。對(duì)于大型軸承，為進(jìn)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(dòng)軸承鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理及用途見(jiàn)書(shū)表4-7。 滾動(dòng)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、合金模具鋼和合金量具鋼三類， 但各類鋼之間實(shí)際應(yīng)用的界限并不嚴(yán)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(qiáng)烈摩擦產(chǎn)生高熱，而且還要承受較大的切削力作用以及沖擊和震動(dòng)。 因此，合金刃具鋼除了必須具有高硬度和耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性外，還應(yīng)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(guò)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(shí)仍能保持60HRC以上的硬度，其切削速度可達(dá)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(jiǎn)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。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,W、Mo、V等在鋼中形成特殊碳化物， 當(dāng)加熱后，這些元素溶入奧氏體，在淬火后560左右回火時(shí)，基體會(huì)析出大量彌散分布的特殊碳化物，使硬度不但不會(huì)降低反而升高，即所謂的二次硬化現(xiàn)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(chǎn)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(shí)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。,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(chǎn)過(guò)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(qiáng)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(jiǎn)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(fù)雜、尺寸較大的模具。 Cr12、Cr12MoV適用于制造受力較大、技術(shù)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。,2020/9/26,4-1 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(dá)600以上，在工作中不僅承受著巨大的機(jī)械應(yīng)力，而且在冷熱交替作用下又要承受很大的熱應(yīng)力。 因此，對(duì)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(qiáng)化鐵素體和提高淬透性，還加入Cr、Mn、Si等元素。 同時(shí)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 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(cè)量工具，如千分尺、卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)等。 對(duì)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(guò)程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，保證尺寸的穩(wěn)定。 同時(shí)這些元素形成大量合金碳化物，進(jìn)一步提高了耐磨性。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,形狀簡(jiǎn)單、精度較低的量具，如量規(guī)、卡尺、塞規(guī)等可采用T10A、T12A、9SiCr制造。 也常用15、20、20Cr鋼經(jīng)滲碳熱處理， 或50、55、60Mn、65Mn鋼經(jīng)高頻感應(yīng)淬火熱處理來(lái)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(fù)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(jī)器零件，如拖拉機(jī)和坦克的履帶板、挖掘機(jī)鏟齒、破碎機(jī)顎板等 在工作時(shí)承受強(qiáng)烈沖擊和嚴(yán)重磨損，要求材料應(yīng)具有很高的韌性和耐磨性。,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(hào)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(kuò)大Fe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的元素， 當(dāng)鋼中含Mn量12時(shí)，可使其在常溫下呈現(xiàn)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(guò)程中碳化物從奧氏作中析出，導(dǎo)致鋼的脆性增大，必須通過(guò)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， 保溫一定時(shí)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(lái)不及析出，使鋼得到純奧氏體組織，此時(shí)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(jīng)劇烈的沖擊變形，則會(huì)產(chǎn)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(shí)，還發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)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(chǎn)生于對(duì)它的巨大沖擊力，否則它是不耐磨的。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料, 高錳鋼水韌處理后，不可進(jìn)行回火， 如果加熱超過(guò)300，在極短時(shí)間內(nèi)奧氏體便會(huì)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(jīng)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(duì)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(xué)反應(yīng)造成的化學(xué)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(xué)腐蝕，金屬在電解質(zhì)溶液中可形成腐蝕原電池產(chǎn)生電流，使陽(yáng)極金屬被腐蝕。 零件的腐蝕大部分屬于電化學(xué)腐蝕。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,具有兩相組織結(jié)構(gòu)的金屬，由于不同相的電極電位不同，在有電解質(zhì)溶液環(huán)境 中，金屬內(nèi)部將構(gòu)成許多腐蝕原電池，使金屬發(fā)生電化學(xué)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(nèi)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(guò)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(zhì)。,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(hào)前數(shù)字是該鋼種的序號(hào)，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(zhì)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(jìn)行熱處理強(qiáng)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(jié)構(gòu)零件，如汽輪機(jī)葉片、化油器針閥等。 3Cr13、4Cr13耐蝕性較差，主要用于制作手術(shù)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是縮小相圖奧氏 體區(qū)的元素，當(dāng)Cr增大至17時(shí)，鋼中 沒(méi)有奧氏體鐵素體轉(zhuǎn)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(dāng)鋼中含Cr18、Ni8時(shí)，鋼中便有穩(wěn)定的奧氏體組織產(chǎn)生。這類鋼還常加入Mo、Ti、Nb等元素進(jìn)一步提高其抗蝕能力。 常用牌號(hào)有0Cr18Ni9、1Crl8Ni9、2Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti等，簡(jiǎn)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) 耐熱鋼是指在高溫下能抗氧化并具有一定高溫強(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)度是指金屬對(duì)蠕變的抵抗能力。 當(dāng)金屬的工作溫度高于再結(jié)晶溫度，工作應(yīng)力超過(guò)金屬在該溫度下的彈性極限時(shí)， 隨著時(shí)間的延長(zhǎng)金屬發(fā)生極其緩慢的變形，這種現(xiàn)象稱為蠕變（Creep）。 金屬對(duì)蠕變抗力愈大，表示金屬高溫強(qiáng)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(qiáng)度。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,15CrMo和12Cr1MoV是典型的鍋爐鋼， 分別用來(lái)制造壁溫510和540的蒸汽導(dǎo)管等。 4Cr9Si2和4Cr10Si2Mo又稱閥門(mén)鋼， 分別用來(lái)制造700和750的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)的排氣閥門(mén)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(qiáng)度，組織穩(wěn)定，工藝性能好， 分別用來(lái)制造在540和580以下工作的汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)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(dá)700900，在600左右有足夠的熱強(qiáng)度， 在鍋爐及汽輪機(jī)制造方面用來(lái)制造610以下的過(guò)熱管道及構(gòu)件等。 Cr9Mn12SiN和 Cr22Ni4N可用于制造溫度在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(xué)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(zhì)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(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門(mén)。 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(yīng)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(tuán)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(chóng)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(chǎn)量中占80以上。 它常用來(lái)制造各種機(jī)器的底座、機(jī)架、工作臺(tái)、機(jī)身、齒輪箱箱體、閥體及內(nèi)燃機(jī)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(xué)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(xué)成分和鑄件的冷卻速度。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,（2）灰口鑄鐵的牌號(hào)、性能及應(yīng)用 灰口鑄鐵的牌號(hào)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(qiáng)度（單位為（Mpa）的數(shù)字組成。 如HT250 ：最低抗拉強(qiáng)度250Mpa，基體為P，應(yīng)用于閥殼、油缸、汽缸、聯(lián)軸器、機(jī)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(jīng)高溫、長(zhǎng)時(shí)間的石墨化，使?jié)B碳體在固態(tài)下分解，而獲得的團(tuán)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(xué)成分和組織 可鍛鑄鐵中的碳和硅的含量不能太高， 因?yàn)槿艉剂窟^(guò)高，由于它們都是強(qiáng)烈促進(jìn)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(guò)程中， 從滲碳體分解的石墨將會(huì)附在片狀石墨上析出，而得不到團(tuán)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(chǎn)中可鍛鑄鐵的化學(xué)成分為c=2.22.8%、Si=1.22.0%、Mn=0.41.2%、p0.1%、s0.2%。 常見(jiàn)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(hào)性能及應(yīng)用 牌號(hào)中“KT”是“可鐵”二字的漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)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(hào)后面的兩組數(shù)字分別表示其抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)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(qiáng)度 370， 延伸率為12 %。 用于汽車、拖拉機(jī)前后輪殼、減速器殼、轉(zhuǎn)向節(jié)殼、制動(dòng)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(duì)基體的割裂影響最小，因而具有很高的強(qiáng)度、良好的韌性、塑性和切削加工性，焊接性也較好。 可以在一定范圍內(nèi)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(xué)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(chǎn)過(guò)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(chǎn)中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(hào)、性能及應(yīng)用 球墨鑄鐵的牌號(hào)是以漢語(yǔ)拼音字頭“QT”為標(biāo)志，其后兩組數(shù)字分別是最小抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。 由于球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，因此，球墨鑄鐵的基體強(qiáng)度利用率可高達(dá)7090%，而灰鑄鐵的基體強(qiáng)度利用率僅為3050%。所以球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性不僅高于其它鑄鐵，而且可與相應(yīng)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(qiáng)度則高于中碳鋼；特別是球墨鑄鐵的屈服比鋼提高一倍。 在一般機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的許用應(yīng)力是按屈服強(qiáng)度來(lái)確定的，因此，對(duì)于承受靜載荷的零件，用球墨鑄鐵代替鑄鋼，就可以減少機(jī)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(guò)熱處理可獲得不同的基體組織，使其性能在較大范圍內(nèi)變化。 加上球墨鑄鐵的生產(chǎn)周期短，成本低（接近灰口鑄鐵），因此，球墨鑄鐵在機(jī)械制造業(yè)這得到廣泛的應(yīng)用，它成功地替代了不少的碳鋼、合金鋼和可鍛鑄鐵，用來(lái)制造一些受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性和耐磨性要求高的零件。,2020/9/26,Associate Prof Xiurong Zhao，Shenyang Agriculture University,China,99,4-1 常用黑色金屬材料,D蠕墨鑄鐵 2O世紀(jì)80年代，發(fā)展起來(lái)了一種新型鑄鐵，因其石墨很象蠕蟲(chóng)而命名。它的強(qiáng)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(dāng)。蠕墨鑄鐵的化學(xué)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(qiáng)度、硬度高，具有高的耐磨性和較高的導(dǎo)熱率，鑄件材質(zhì)中需加入合金元素或經(jīng)正火處理，可制造要求強(qiáng)度、耐磨性高的零件 。 用于活塞環(huán)、制動(dòng)盤(pán)、鋼珠研磨盤(pán)、吸淤泵體等。,2020/9/26,4-1 常用黑色金屬材料,E 合金鑄鐵(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(chǎn)中，常在兩種工作條件下對(duì)鑄件的耐磨、抗磨性提出了更高的要求。一種是在有潤(rùn)滑條件下，另一種是在無(wú)潤(rùn)滑即干磨擦條件下。前者如機(jī)床的導(dǎo)軌、軸承、活塞環(huán)與缸套等，要求耐磨性好；后者如球磨機(jī)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(guò)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(nèi)，經(jīng)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(dá)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(chǎn)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(yīng)的氧化膜，保護(hù)內(nèi)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 耐蝕鑄鐵被廣泛地應(yīng)用于化工、制藥、采礦部門(mén)的閥門(mén)、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?cè)陔娊赓|(zhì)中的電極電位不同，形成微電池效應(yīng)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(hù)膜，而且也能降低基體的電極電位，使耐蝕性提高。常見(jiàn)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(chǎn)量達(dá)1900萬(wàn)噸。其中50用來(lái)制取加工材與深加工產(chǎn)品。目前我國(guó)的鋁合金品種，約為美國(guó)的一半，規(guī)格不足美國(guó)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(shí)效強(qiáng)化效果，質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降低10，比模量可提高10。 但鋰的熔點(diǎn)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(zhì)量。飛機(jī)單位質(zhì)量的降低，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是按幾何級(jí)數(shù)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(dá)百分之幾百，復(fù)雜的構(gòu)件可一次成形。飛機(jī)機(jī)身隔框、電氣外殼等都可采用鋁合金超塑成形以節(jié)約生產(chǎn)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(shù)或機(jī)械合金化制粉，可獲得晶粒細(xì)化且成分均勻的過(guò)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(nèi)孔洞，充填別的材料以獲得所要求的功能。是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，應(yīng)用推廣較快。 （二）銅合金 銅合金(Copper alloy)按化學(xué)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(xué)性能、加工成型性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。而且色澤美麗，價(jià)格較低，是重有色金屬中應(yīng)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(chǎn)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(xué)性能與鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有極大關(guān)系，當(dāng)Zn3032時(shí)，強(qiáng)度和塑性都隨鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而提高。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,當(dāng)鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)32時(shí)因組織中相的出現(xiàn)，塑性開(kāi)始下降，但強(qiáng)度還在提高，在Zn=45附近達(dá)到最大值。因此工業(yè)用黃銅，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在46%以下。其組織為或+ ，分別稱黃銅及+ 黃銅。,2020/9/26,4-2 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(qiáng)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(fù)雜的零件。常用代號(hào)有H90、H80、H70、H68，其中 H70、 H68又稱三七黃銅，由于它強(qiáng)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(qiáng)度和耐蝕性，常用代號(hào)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(xué)性能，在銅鋅二元合金的基礎(chǔ)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(qiáng)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(diǎn)是耐蝕、耐磨、強(qiáng)度高、彈性好等。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,由于錫青銅表面生成由 Cu2O對(duì)及2CuCO3 Cu（OH）2構(gòu)成的致密薄膜，因此錫青銅在大氣、海水、堿性溶液和其它無(wú)機(jī)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(jié)晶溫度區(qū)間較大，合金流動(dòng)性差，鑄件的縮孔較嚴(yán)重，但線收縮小，熱裂傾向小，故錫青銅適宜鑄造形狀復(fù)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(xué)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(hào)或代號(hào)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.510.5。鋁青銅具有良好的力學(xué)性能，耐蝕性和耐磨性，并能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。有良好的鑄造性能，在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機(jī)酸中具有比黃銅和錫青銅更高的抗蝕性，此外還有沖擊時(shí)不發(fā)生火花等特性。 常用牌號(hào)或代號(hào)有 QA15、QA19-4、ZCuAl11Fe3Mn2等。宜作機(jī)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?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.72.5。鈹青銅有很高的強(qiáng)度、硬度、疲勞極限和彈性極限，而且耐蝕、耐磨、無(wú)磁性、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好，受沖擊無(wú)火花等。在工藝方面，它承受冷、熱壓力加工的能力很強(qiáng)，鑄造性能亦好。常用代號(hào)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(jí)精密的彈性元件，如彈簧、膜片、膜盤(pán)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(jià)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(yīng)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(chǔ)上加入鋅、錳、鋁等合金元素，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(jī)械及醫(yī)療器械中的關(guān)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(lái)快速發(fā)展的材料。鈦及鈦合金質(zhì)量分?jǐn)?shù)小（4.5gcm3）強(qiáng)度大大高于鋼。比強(qiáng)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(zhì)量，經(jīng)濟(jì)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(dǎo)彈燃料罐、核潛艇船殼、化工廠反應(yīng)釜等構(gòu)件的重要材料。我國(guó)鈦產(chǎn)量居世界第一，TiO2儲(chǔ)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(qiáng)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(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)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(guó)金川鎳礦的開(kāi)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(chǎn)量約40萬(wàn)噸。 鎂及鎂合金的主要優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量分?jǐn)?shù)小，比強(qiáng)度、比模量高，抗振能力強(qiáng)，可承受較大的沖擊載荷，同時(shí)，切削加工和拋光性能好，因而是航空航天、儀器儀表、交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門(mén)的重要結(jié)構(gòu)材料。,2020/9/26,4-2 常用有色金屬材料,鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，抗腐蝕性能差，熔煉技術(shù)復(fù)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(yīng)用為主。 近年來(lái)研究出的MgLi合金，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.31.65gcm3，有超合金之稱。強(qiáng)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(shù)脂為主要成分，加入適量的添加劑組成的。 合成樹(shù)脂是由低分子化合物經(jīng)聚合反應(yīng)所獲得的高分子化合物，如聚乙烯、聚氯乙稀、酚醛樹(shù)脂等，樹(shù)脂受熱可軟化，起粘結(jié)作用，塑料的性能主要取決于樹(shù)脂。 絕大多數(shù)塑料是以所用樹(shù)脂名稱來(lái)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(bǔ)塑料的某些性能的不足。 添加劑有填料、增強(qiáng)材料、增塑劑、固化劑、潤(rùn)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(jià)格低、產(chǎn)量高，約占塑料總產(chǎn)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(jié)構(gòu)件的塑料，其強(qiáng)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(jī)硅樹(shù)脂、芳香尼龍、環(huán)氧樹(shù)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(shí)可熔融，并可多次反復(fù)加熱使用。 熱固性塑料經(jīng)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(jié)構(gòu)與性能 A 陶瓷的組織結(jié)構(gòu) 陶瓷是由金屬和非金屬元素的無(wú)機(jī)化合物所構(gòu)成的多晶固體材料，其結(jié)構(gòu)比金屬?gòu)?fù)雜得多，其顯微結(jié)構(gòu)可分為晶體相、玻璃相和氣相。 它們各自的數(shù)量、形狀及分布對(duì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(dá)到1400），線膨脹系數(shù)比金屬低得多，硬度高于一般金屬， 多為10005000HV。摩擦系數(shù)較低，熱穩(wěn)定性和化學(xué)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(jié)構(gòu)，可以制成半導(dǎo)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； 陶瓷韌性低，較脆，導(dǎo)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(zhǎng)石石英所組成。這類陶瓷歷史悠久，其質(zhì)地堅(jiān)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(xué)瓷以及承受要求較低的結(jié)構(gòu)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(dú)特的性能，稱為特種陶瓷。特種陶瓷有結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷和生物陶瓷三類。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,a 結(jié)構(gòu)陶瓷 結(jié)構(gòu)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(lái)石瓷和莫來(lái)石瓷。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,常用的剛玉瓷可用來(lái)制造高速切削刀具、量規(guī)、拉絲模、高溫坩堝、內(nèi)燃機(jī)火花塞、耐蝕農(nóng)用水泵等；氮化硅陶瓷的主要成分是Si3N4，可分為反應(yīng)燒結(jié)氮化硅和熱壓燒結(jié)氮化硅兩種。反應(yīng)燒結(jié)氮化硅常用于制造耐蝕水泵密封環(huán)、電磁泵管道、閥門(mén)、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(jī)、電、聲、熱、磁、彈性之間的耦合材料，是現(xiàn)代信息、自動(dòng)化等工業(yè)的基礎(chǔ)材料。在耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性等方面優(yōu)于金屬和有機(jī)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(jì)60年代。與金屬材料、有機(jī)高分子材料相比，它具有與生物機(jī)體有較好的相容性和生物活性、耐侵蝕性、耐磨損性等獨(dú)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(fù)合陶瓷 包括纖維（或晶須）補(bǔ)強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料，異相顆粒彌散的復(fù)相陶瓷；兩種或兩種以上主晶相組合的多相復(fù)合陶瓷及梯度功能復(fù)合材料。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,b 納米陶瓷 先進(jìn)陶瓷從目前的微米級(jí)（從粉體到顯微結(jié)構(gòu)）向納米級(jí)尺度發(fā)展，由于制備科學(xué)上的進(jìn)步以及工藝上的可行性，已成為其發(fā)展趨勢(shì)之一。 c 陶瓷材料按使用性能設(shè)計(jì) 已逐步擺脫以往的經(jīng)驗(yàn)式的研究而步入按使用性能對(duì)陶瓷材料進(jìn)行設(shè)計(jì)。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,三、復(fù)合材料(Composite materials) 復(fù)合材料是由兩種或兩種以上材料，即基體材料和增強(qiáng)材料復(fù)合而成的一類多相材料。 復(fù)合材料保留了組成材料各自的優(yōu)點(diǎn)， 可獲得單一材料無(wú)法具備的優(yōu)良綜合性能。 是按照性能要求而設(shè)計(jì)的一種新型材料。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,復(fù)合材料區(qū)別于單一材料的顯著特征是材料性能的可設(shè)計(jì)性，即可以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的載荷分布、環(huán)境條件和使用要求，選擇相應(yīng)的基體、增強(qiáng)材料和它們各自所占的比例，以及選用不同的復(fù)合工藝，設(shè)計(jì)各種排列方向、層數(shù)以滿足構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、耐蝕、耐熱等要求。 為結(jié)構(gòu)的最佳化設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)一次成形， 即在形成復(fù)合材料同時(shí)也得到了結(jié)構(gòu)件。 這一特點(diǎn)使構(gòu)件零件數(shù)目減少，整體化程度提高； 同時(shí)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(gòu)件質(zhì)量，改善并提高了構(gòu)件的耐疲勞性和穩(wěn)定性等。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,復(fù)合材料已成為當(dāng)前結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。 玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基為第一代復(fù)合材料； 碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基為第二代復(fù)合材料； 金屬基、陶瓷基及碳基等夏合材料則是目前正在發(fā)展的第三代復(fù)合材料。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,復(fù)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(shù)脂、碳、石墨、橡膠、陶瓷和水泥等。 按使用性能分，有結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。,2020/9/26,4-3 非金屬材料,隨著高技術(shù)對(duì)材料耐熱等性能的苛刻要求，高性能樹(shù)脂基復(fù)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(xué)性能和理化效應(yīng)的各種新材料， 用以對(duì)信息和能量的感受、機(jī)測(cè)、傳導(dǎo)、輸運(yùn)、屏蔽、絕緣、吸收、控制、記憶、存儲(chǔ)、顯示、發(fā)射、轉(zhuǎn)化和變換的目的。 功能材料是現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)和物質(zhì)基礎(chǔ)。,2020/9/26,4-4 新型材料,按材料的功能特點(diǎn)，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(xué)功能材料、核功能材料、生物醫(yī)學(xué)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(zhuǎn)換元件所