第3章機械工程材料

1、金屬材料的性能金屬材料的性能3.1常用金屬材料常用金屬材料3.2鋼的熱處理鋼的熱處理3.3常用非金屬材料常用非金屬材料3.4新材料簡介新材料簡介3.5企業(yè)現(xiàn)場參觀、材料選用調(diào)查企業(yè)現(xiàn)場參觀、材料選用調(diào)查3.6 現(xiàn)代材料種類繁多，在機械工程上?，F(xiàn)代材料種類繁多，在機械工程上常用的材料有金屬材料和非金屬材料。用的材料有金屬材料和非金屬材料。 為了正確選擇和使用工程材料，我們?yōu)榱苏_選擇和使用工程材料，我們必須熟悉常用工程材料的分類、牌號、性必須熟悉常用工程材料的分類、牌號、性能、用途和熱處理等基礎(chǔ)知識，并及時了能、用途和熱處理等基礎(chǔ)知識，并及時了解新材料的性能和用途。解新材料的性能和用途。3.1

2、3.1 金屬材料的性能金屬材料的性能3.1.1 金屬材料的物理性能金屬材料的物理性能 金屬材料的物理性能是金屬固有的金屬材料的物理性能是金屬固有的屬性，它包括密度、熔點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)屬性，它包括密度、熔點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。電性、熱膨脹性和磁性等。 密度是指單位體積金屬的質(zhì)量，其密度是指單位體積金屬的質(zhì)量，其單位為單位為kg/m3。 根據(jù)密度的大小，金屬材料可分為根據(jù)密度的大小，金屬材料可分為輕金屬（密度小于輕金屬（密度小于4.5 103kg/m3）和重）和重金屬（密度大于金屬（密度大于4.5 103kg/m3）。）。 密度是金屬材料的特性之一，與材密度是金屬材料的特性之一，與材

3、料的使用和監(jiān)測等都有關(guān)系，通過測量料的使用和監(jiān)測等都有關(guān)系，通過測量金屬的密度可以鑒別金屬和確定鑄件的金屬的密度可以鑒別金屬和確定鑄件的致密程度。致密程度。 在航空工業(yè)和汽車工業(yè)中，為增加在航空工業(yè)和汽車工業(yè)中，為增加有效載重量，密度是選材需要考慮的重有效載重量，密度是選材需要考慮的重要因素。要因素。 熔點是指金屬或合金從固態(tài)向液態(tài)熔點是指金屬或合金從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度，其單位一般用攝氏溫度轉(zhuǎn)變時的溫度，其單位一般用攝氏溫度（）表示。）表示。 金屬都有固定的熔點，合金的熔點金屬都有固定的熔點，合金的熔點取決于它的成分。取決于它的成分。 熔點對金屬材料的熔煉、熱加工有熔點對金屬材料的熔煉、熱

4、加工有直接影響，并與材料的高溫性能有很大直接影響，并與材料的高溫性能有很大關(guān)系。關(guān)系。 導(dǎo)熱性是指金屬材料傳導(dǎo)熱量的能力。導(dǎo)熱性是指金屬材料傳導(dǎo)熱量的能力。 導(dǎo)熱性的大小通常用熱導(dǎo)率來衡量，熱導(dǎo)導(dǎo)熱性的大小通常用熱導(dǎo)率來衡量，熱導(dǎo)率的單位是率的單位是W/(mK)。 導(dǎo)熱率大表示金屬的導(dǎo)熱性好，一般情況導(dǎo)熱率大表示金屬的導(dǎo)熱性好，一般情況下，金屬材料的導(dǎo)熱性比非金屬材料好，純金下，金屬材料的導(dǎo)熱性比非金屬材料好，純金屬的導(dǎo)熱性比合金好。屬的導(dǎo)熱性比合金好。 金屬導(dǎo)熱性最好的是銀，其次是銅和鋁。金屬導(dǎo)熱性最好的是銀，其次是銅和鋁。 導(dǎo)電性是指金屬材料傳導(dǎo)電流的性導(dǎo)電性是指金屬材料傳導(dǎo)電流的性能。能

5、。 衡量金屬材料導(dǎo)電性能的指標(biāo)是電衡量金屬材料導(dǎo)電性能的指標(biāo)是電阻率阻率，電阻率的單位是，電阻率的單位是m，電阻率越，電阻率越小，金屬導(dǎo)電性越好。小，金屬導(dǎo)電性越好。 金屬導(dǎo)電性最好的是銀，其次是銅金屬導(dǎo)電性最好的是銀，其次是銅和鋁。和鋁。 工業(yè)上常用銅、鋁做導(dǎo)電的材料。工業(yè)上常用銅、鋁做導(dǎo)電的材料。 導(dǎo)電性差的高電阻金屬材料，如鐵導(dǎo)電性差的高電阻金屬材料，如鐵鉻合金、鎳鉻鋁等用于制造儀表零件或鉻合金、鎳鉻鋁等用于制造儀表零件或電熱元件，如電熱絲等。電熱元件，如電熱絲等。 金屬材料在受熱時體積會增大，冷卻金屬材料在受熱時體積會增大，冷卻時體積則收縮，這種現(xiàn)象稱為熱膨脹性。時體積則收縮，這種現(xiàn)象

6、稱為熱膨脹性。 常用線膨脹系數(shù)常用線膨脹系數(shù) 1表示熱膨脹性，亦表示熱膨脹性，亦即溫度變化即溫度變化1時，材料長度的增減量與時，材料長度的增減量與其其0時的長度之比。時的長度之比。 金屬材料導(dǎo)磁的性能稱為磁性。金屬材料導(dǎo)磁的性能稱為磁性。 根據(jù)金屬材料在磁場中受到磁化程根據(jù)金屬材料在磁場中受到磁化程度的不同，可分為鐵磁性材料（如鐵、度的不同，可分為鐵磁性材料（如鐵、鈷等）、順磁性材料（如錳、鉻等）和鈷等）、順磁性材料（如錳、鉻等）和抗磁性材料（如銅、鋅等）抗磁性材料（如銅、鋅等）3類。類。 但對某些金屬來說，磁性也不是固但對某些金屬來說，磁性也不是固定不變的，如鐵在定不變的，如鐵在768以上轉(zhuǎn)

7、變?yōu)轫槾乓陨限D(zhuǎn)變?yōu)轫槾朋w。體。 鐵磁性材料可用于制造變壓器、電鐵磁性材料可用于制造變壓器、電動機和測量儀表等；抗磁性材料則可用動機和測量儀表等；抗磁性材料則可用于制作要求避免電磁場干擾的零件和結(jié)于制作要求避免電磁場干擾的零件和結(jié)構(gòu)。構(gòu)。1耐腐蝕性耐腐蝕性 耐腐蝕性是指金屬材料在常溫下抵耐腐蝕性是指金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞抗氧、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。作用的能力。 抗氧化性是指金屬材料抵抗氧化作抗氧化性是指金屬材料抵抗氧化作用的能力。用的能力。 化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。和抗氧化性的總稱。 金屬材料的

8、力學(xué)性能是指金屬材料在金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的性能，是材料抵外力作用下所表現(xiàn)出來的性能，是材料抵抗外力的能力。抗外力的能力。 力學(xué)性能指標(biāo)有強度、塑性、硬度、力學(xué)性能指標(biāo)有強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。韌性和疲勞強度等。1強度強度2塑性塑性3硬度硬度4韌性韌性5疲勞強度疲勞強度u小結(jié)小結(jié) 常用金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)，如常用金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)，如表表3.1所示。所示。1鑄造性能鑄造性能2鍛壓性能鍛壓性能3焊接性能焊接性能4切削加工性能切削加工性能5熱處理性能熱處理性能3.2 3.2 常用金屬材料常用金屬材料 現(xiàn)代金屬材料種類繁多?，F(xiàn)代金屬材料種類繁多。 常

9、用的金屬材料有碳素鋼、合金鋼、常用的金屬材料有碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬和硬質(zhì)合金等。鑄鐵、有色金屬和硬質(zhì)合金等。 1碳素鋼的分類碳素鋼的分類 碳素鋼的分類很多，常用的分類方碳素鋼的分類很多，常用的分類方法見表法見表3.2。 碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)質(zhì)量可分為普通碳碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)質(zhì)量可分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 常用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、特性常用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、特性和用途等如表和用途等如表3.3所示。所示。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的部分牌號、性能優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的部分牌號、性能和應(yīng)用如表和應(yīng)用如表3.4所示。所示。 碳素工具鋼是用來

10、制造刃具、量具和模具及其碳素工具鋼是用來制造刃具、量具和模具及其他工具的鋼。他工具的鋼。 這些工具都要求高硬度和高耐磨性，因此，碳這些工具都要求高硬度和高耐磨性，因此，碳素工具鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在素工具鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在0.7%以上，一般屬于高以上，一般屬于高碳鋼，有害雜質(zhì)元素（碳鋼，有害雜質(zhì)元素（S、P）含量較少，都屬于優(yōu)）含量較少，都屬于優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。 碳素工具鋼的牌號、性能和用途如表碳素工具鋼的牌號、性能和用途如表3.5所示。所示。 隨著工業(yè)生產(chǎn)和科技的不斷進(jìn)步，隨著工業(yè)生產(chǎn)和科技的不斷進(jìn)步，對鋼材的某些性能提出了更高的要求。對鋼材的某些性能提出了更高的要求。 所謂

11、合金鋼是為了改善鋼的性能，所謂合金鋼是為了改善鋼的性能，特意加入其他合金元素的鋼。特意加入其他合金元素的鋼。 常用的合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鎢、常用的合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鎢、釩、鈷、鉛、鈦和稀土金屬等。釩、鈷、鉛、鈦和稀土金屬等。 合金元素是通過與鋼中的鐵和碳發(fā)生作用，合金元素是通過與鋼中的鐵和碳發(fā)生作用，以及合金元素之間的相互作用，從而影響鋼的以及合金元素之間的相互作用，從而影響鋼的組織和改善鋼的熱處理性能等，以滿足各種使組織和改善鋼的熱處理性能等，以滿足各種使用性能的要求。用性能的要求。 合金鋼的分類方法很多，常用的分合金鋼的分類方法很多，常用的分類如表類如表3.6所示。所示。 合

12、金結(jié)構(gòu)鋼按用途可分為低合金結(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼按用途可分為低合金結(jié)構(gòu)鋼和機械制造用鋼兩大類。構(gòu)鋼和機械制造用鋼兩大類。 （1）低合金結(jié)構(gòu)鋼）低合金結(jié)構(gòu)鋼（2）機械制造用鋼）機械制造用鋼 合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上，為改善其性能，再加入適量的合金上，為改善其性能，再加入適量的合金元素的鋼。元素的鋼。 這種鋼比碳素工具鋼具有更高的硬這種鋼比碳素工具鋼具有更高的硬度、耐磨性，更好的淬透性、熱硬性和度、耐磨性，更好的淬透性、熱硬性和回火穩(wěn)定性等?；鼗鸱€(wěn)定性等。 因而可以制造截面大、形狀復(fù)雜、因而可以制造截面大、形狀復(fù)雜、性能要求高的工具。性能要求高的工具。 特殊性能鋼是指具

13、有特殊物理、化特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。學(xué)性能的鋼。 鑄鐵是含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于鑄鐵是含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%，并含有硅、錳、硫、磷雜質(zhì)元素的鐵碳并含有硅、錳、硫、磷雜質(zhì)元素的鐵碳合金。合金。 鑄鐵具有良好的鑄造性能、切削加鑄鐵具有良好的鑄造性能、切削加工性能、耐磨性及消振性，經(jīng)合金化處工性能、耐磨性及消振性，經(jīng)合金化處理后具有良好的耐熱性和耐蝕性等，生理后具有良好的耐熱性和耐蝕性等，生產(chǎn)簡單、價格便宜。產(chǎn)簡單、價格便宜。 但鑄鐵塑性、韌性較差，一般的鑄但鑄鐵塑性、韌性較差，一般的鑄鐵抗拉強度較低，因此，鑄鐵一般用于鐵抗拉強度較低，因此，鑄鐵一般用于形狀復(fù)雜不能用鍛造、軋制、拉絲

14、等方形狀復(fù)雜不能用鍛造、軋制、拉絲等方法成形的零件。法成形的零件。 有色金屬是指除鋼鐵材料以外的其他金有色金屬是指除鋼鐵材料以外的其他金屬材料，如鋁、銅、鎂、鋅、鉻等金屬及其屬材料，如鋁、銅、鎂、鋅、鉻等金屬及其合金。合金。1鋁及鋁合金鋁及鋁合金（1）鋁和鋁合金的性能特點和牌號）鋁和鋁合金的性能特點和牌號 鋁和鋁合金的性能特點。鋁是一種具鋁和鋁合金的性能特點。鋁是一種具有良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性的輕金有良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性的輕金屬。鋁的導(dǎo)電性僅次于銀、銅，具有很屬。鋁的導(dǎo)電性僅次于銀、銅，具有很高的導(dǎo)電能力，被大量用于電氣設(shè)備和高的導(dǎo)電能力，被大量用于電氣設(shè)備和高壓電纜，如今鋁也廣泛應(yīng)

15、用于制造金高壓電纜，如今鋁也廣泛應(yīng)用于制造金屬器具、體育設(shè)備及工具等。屬器具、體育設(shè)備及工具等。 純鋁是銀白色金屬，主要特性是密純鋁是銀白色金屬，主要特性是密度小，強度低，不適宜作結(jié)構(gòu)材料，如度小，強度低，不適宜作結(jié)構(gòu)材料，如加入適量的銅、鎂、錳等合金元素而形加入適量的銅、鎂、錳等合金元素而形成鋁合金，則可提高強度，且仍具密度成鋁合金，則可提高強度，且仍具密度小、導(dǎo)熱性好、耐蝕性好等特點。小、導(dǎo)熱性好、耐蝕性好等特點。 鋁和鋁合金的牌號。鋁和鋁合金的牌號。 純鋁，純鋁按純度分為高純鋁、工業(yè)純鋁，純鋁按純度分為高純鋁、工業(yè)高純鋁和工業(yè)純鋁高純鋁和工業(yè)純鋁3類。類。 鋁合金。鋁合金。 銅元素在地殼

16、中儲量較小，它是人類史銅元素在地殼中儲量較小，它是人類史上應(yīng)用最早的金屬。上應(yīng)用最早的金屬。 由于銅和銅合金具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)由于銅和銅合金具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、抗磁性、耐蝕性和工藝性，故在儀表電性、抗磁性、耐蝕性和工藝性，故在儀表工業(yè)、電氣工業(yè)、機械制造業(yè)和造船業(yè)中應(yīng)工業(yè)、電氣工業(yè)、機械制造業(yè)和造船業(yè)中應(yīng)用廣泛。用廣泛。 現(xiàn)代工業(yè)上使用的銅及銅合金主要有工現(xiàn)代工業(yè)上使用的銅及銅合金主要有工業(yè)純銅、黃銅和青銅，白銅應(yīng)用較少。業(yè)純銅、黃銅和青銅，白銅應(yīng)用較少。 （1）工業(yè)純銅）工業(yè)純銅 （2）銅合金）銅合金 常用銅合金的牌號及應(yīng)用情況如表常用銅合金的牌號及應(yīng)用情況如表3.15所示。所示。

17、在滑動軸承中，制造軸瓦或內(nèi)襯的在滑動軸承中，制造軸瓦或內(nèi)襯的合金稱為軸承合金。合金稱為軸承合金。 隨著現(xiàn)代制造業(yè)水平的不斷提高，隨著現(xiàn)代制造業(yè)水平的不斷提高，要求機器的切削速度不斷提高，不少刀要求機器的切削速度不斷提高，不少刀具的刀刃部分工作溫度已超過具的刀刃部分工作溫度已超過700，一，一般高速工具鋼已很難勝任，這時就要采般高速工具鋼已很難勝任，這時就要采用硬質(zhì)合金。用硬質(zhì)合金。3.3 3.3 鋼的熱處理鋼的熱處理 熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄饘俨臒崽幚硎遣捎眠m當(dāng)?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜM(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲料或工件進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性

18、能的工藝。 我們把材料和形狀完全相同的兩把斧頭我們把材料和形狀完全相同的兩把斧頭（鋼制），用同樣的力砍到一木制包裝箱的（鋼制），用同樣的力砍到一木制包裝箱的釘子上，發(fā)現(xiàn)右邊的那把斧頭的刀刃壞了，釘子上，發(fā)現(xiàn)右邊的那把斧頭的刀刃壞了，而左邊一把卻完好無損（見圖而左邊一把卻完好無損（見圖3.2）；我們把）；我們把材料和形狀完全相同的兩根彈簧，讓它們受材料和形狀完全相同的兩根彈簧，讓它們受到同樣的壓力，去掉壓力以后，發(fā)現(xiàn)一根能到同樣的壓力，去掉壓力以后，發(fā)現(xiàn)一根能恢復(fù)原狀，仍有彈性，而另一根不能恢復(fù)原恢復(fù)原狀，仍有彈性，而另一根不能恢復(fù)原狀，是沒彈性了？狀，是沒彈性了？圖圖3.2 斧頭受力刀刃的變化

19、斧頭受力刀刃的變化1鋼的退火鋼的退火 退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。藝。 退火的目的如下。退火的目的如下。 （1）降低硬度、提高塑性、改善切削加）降低硬度、提高塑性、改善切削加工和壓力加工性能；工和壓力加工性能； （2）細(xì)化晶粒、改善內(nèi)部組織和性能；）細(xì)化晶粒、改善內(nèi)部組織和性能； （3）為以后的熱處理作準(zhǔn)備。）為以后的熱處理作準(zhǔn)備。 根據(jù)鋼的成分和退火目的的不同，根據(jù)鋼的成分和退火目的的不同，退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火和去應(yīng)力退火等。

20、退火、均勻化退火和去應(yīng)力退火等。 正火是將工件加熱奧氏體化后在空正火是將工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。氣中冷卻的熱處理工藝。 淬火是將工件加熱奧氏體化后以適淬火是將工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或貝氏體組織的當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。熱處理工藝。 淬火的目的是得到馬氏體或貝氏體淬火的目的是得到馬氏體或貝氏體組織，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。組織，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。 常用的淬火方法有單介質(zhì)淬火、雙常用的淬火方法有單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級淬火和等溫淬火。介質(zhì)淬火、分級淬火和等溫淬火。 淬火常見的冷卻介質(zhì)有水、鹽水和淬火常見的冷卻介質(zhì)有水、

21、鹽水和礦物油。礦物油。 回火是將淬火鋼重新加熱到低于回火是將淬火鋼重新加熱到低于727的某一溫度，保溫一定時間，然后空冷到的某一溫度，保溫一定時間，然后空冷到室溫的熱處理工藝。室溫的熱處理工藝。 回火的目的如下。回火的目的如下。 （1）消除殘余應(yīng)力，防止變形和開裂；）消除殘余應(yīng)力，防止變形和開裂； （2）調(diào)整工件硬度、強度、塑性和韌性，）調(diào)整工件硬度、強度、塑性和韌性，達(dá)到使用性能要求；達(dá)到使用性能要求； （3）穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度；）穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度； （4）改善和提高加工性能。）改善和提高加工性能。 在沖擊載荷、扭轉(zhuǎn)載荷及表面摩擦在沖擊載荷、扭轉(zhuǎn)載荷及表面摩擦條件下工作的零件，

22、如齒輪、凸輪、曲條件下工作的零件，如齒輪、凸輪、曲軸、活塞銷等，它們要求表面具有很高軸、活塞銷等，它們要求表面具有很高硬度和耐磨性，而心部需要足夠的塑性硬度和耐磨性，而心部需要足夠的塑性和韌性。和韌性。 在這種情況下，若采用前述的熱處在這種情況下，若采用前述的熱處理方法，很難滿足要求，這就需要進(jìn)行理方法，很難滿足要求，這就需要進(jìn)行表面熱處理。表面熱處理。 熱處理是機械制造過程中的重要工熱處理是機械制造過程中的重要工序。序。 正確理解熱處理的技術(shù)條件，合理正確理解熱處理的技術(shù)條件，合理安排零件的加工工藝路線，對于改善鋼安排零件的加工工藝路線，對于改善鋼的切削加工性能、保證零件的質(zhì)量、滿的切削加工

23、性能、保證零件的質(zhì)量、滿足使用要求，具有重要意義。足使用要求，具有重要意義。1熱處理的技術(shù)條件的標(biāo)注熱處理的技術(shù)條件的標(biāo)注2熱處理工序位置安排熱處理工序位置安排（1）預(yù)先熱處理）預(yù)先熱處理（2）最終熱處理）最終熱處理 淬火件工序位置分整體淬火件和表面淬淬火件工序位置分整體淬火件和表面淬火件兩種?；鸺煞N。 整體淬火件加工路線一般為下料整體淬火件加工路線一般為下料鍛造鍛造退火（或正火）退火（或正火）粗加工、半精加工（留粗加工、半精加工（留磨削余量）磨削余量）淬火、回火（低、中溫）淬火、回火（低、中溫）磨磨削。削。 表面淬火件加工路線一般為下料表面淬火件加工路線一般為下料鍛鍛造造退火（或正火）退火

24、（或正火）粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)半半精加工（留磨削余量）精加工（留磨削余量） 表面淬火、低溫表面淬火、低溫回火回火磨削。磨削。 滲碳件加工路線一般為下料滲碳件加工路線一般為下料鍛造鍛造正正火火粗加工、半精加工（留防滲余量和鍍粗加工、半精加工（留防滲余量和鍍銅）銅）滲碳滲碳淬火、低溫回火淬火、低溫回火磨削。磨削。3.4 3.4 常用非金屬材料常用非金屬材料3.4.1 高分子材料高分子材料1塑料塑料 塑料是以樹脂（天然、合成）為主要塑料是以樹脂（天然、合成）為主要成分，加入填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、著成分，加入填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、著色劑、潤滑劑等制成的。色劑、潤滑劑等制成的。 常用的工程塑料的分類

25、、特性和應(yīng)用常用的工程塑料的分類、特性和應(yīng)用如表如表3.20所示。所示。分類方法分類方法類類 別別主主 要要 特特 性性應(yīng)應(yīng) 用用按應(yīng)用按應(yīng)用范圍范圍通用塑料通用塑料產(chǎn)量高、用途廣、價格低產(chǎn)量高、用途廣、價格低用于制造日常生活用品、包裝材料和工用于制造日常生活用品、包裝材料和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用的一般機械零件；常用的有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用的一般機械零件；常用的有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料等、酚醛塑料、氨基塑料等工程塑料工程塑料在工程技術(shù)中作結(jié)構(gòu)材料。具有耐高溫在工程技術(shù)中作結(jié)構(gòu)材料。具有耐高溫、耐腐蝕、耐輻射等特殊性能、耐腐蝕、耐輻射等特殊性能可部分

26、代替金屬，特別是有色金屬來制可部分代替金屬，特別是有色金屬來制作某些機械構(gòu)件或某些特殊用途的構(gòu)件作某些機械構(gòu)件或某些特殊用途的構(gòu)件；常用的有聚酰胺（尼龍）、聚甲醛、；常用的有聚酰胺（尼龍）、聚甲醛、ABS、有機玻璃等、有機玻璃等特種塑料特種塑料耐高溫、產(chǎn)量小、價格貴耐高溫、產(chǎn)量小、價格貴具有特殊性能和特種用途，如耐高溫塑具有特殊性能和特種用途，如耐高溫塑料、醫(yī)用塑料等料、醫(yī)用塑料等按熱性能按熱性能分類分類熱塑性塑料熱塑性塑料由聚合樹脂加入少量穩(wěn)定劑、潤滑劑制由聚合樹脂加入少量穩(wěn)定劑、潤滑劑制成。加工成型簡單、力學(xué)性能較高，但成。加工成型簡單、力學(xué)性能較高，但耐熱差、剛性差耐熱差、剛性差常用的有

27、聚酰胺（尼龍）、聚乙烯、聚常用的有聚酰胺（尼龍）、聚乙烯、聚丙烯、丙烯、ABS塑料、聚甲醛、聚苯乙烯等塑料、聚甲醛、聚苯乙烯等熱固性塑料熱固性塑料大多以縮聚樹脂為基礎(chǔ)，加入各種添加大多以縮聚樹脂為基礎(chǔ)，加入各種添加劑而成。耐熱性高，受熱不易變形，但劑而成。耐熱性高，受熱不易變形，但力學(xué)性能差力學(xué)性能差常用的有酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑常用的有酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料等料等表表3.20常用的工程塑料的分類、特性和應(yīng)用常用的工程塑料的分類、特性和應(yīng)用 橡膠是一種有機高分子材料，是以生膠橡膠是一種有機高分子材料，是以生膠為主要原料，加適當(dāng)?shù)牧蚧瘎④浕瘎?、填為主要原料，加適當(dāng)?shù)牧蚧瘎?、軟化劑、?/p>

28、充劑等制成。充劑等制成。 橡膠具有彈性好、易撓曲、絕緣性好、橡膠具有彈性好、易撓曲、絕緣性好、耐磨性好的優(yōu)點，有隔音、吸振能力，有一耐磨性好的優(yōu)點，有隔音、吸振能力，有一定的耐蝕性和強度，但易老化，可加入防老定的耐蝕性和強度，但易老化，可加入防老化劑以延長和減輕老化。化劑以延長和減輕老化。 常用橡膠的分類、特性和應(yīng)用如表常用橡膠的分類、特性和應(yīng)用如表3.21所示。所示。分分 類類 方方 法法類類 別別主要特性及應(yīng)用主要特性及應(yīng)用按生膠來源按生膠來源天然橡膠天然橡膠屬于天然樹脂，是從橡膠樹的漿汁中制取的。它的抗拉強度與回彈性比多數(shù)合成橡屬于天然樹脂，是從橡膠樹的漿汁中制取的。它的抗拉強度與回彈性

29、比多數(shù)合成橡膠好、絕緣性好，但耐熱性、抗老化性、耐介質(zhì)性等較差。一般作膠帶、電線、電膠好、絕緣性好，但耐熱性、抗老化性、耐介質(zhì)性等較差。一般作膠帶、電線、電纜和輪胎等纜和輪胎等合成橡膠合成橡膠是從石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品中提煉制得的合成產(chǎn)物，可以代替天然橡膠。常是從石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品中提煉制得的合成產(chǎn)物，可以代替天然橡膠。常用的有氯丁橡膠、丁苯橡膠、聚氨酯橡膠等用的有氯丁橡膠、丁苯橡膠、聚氨酯橡膠等按應(yīng)用范圍按應(yīng)用范圍通用橡膠通用橡膠常用的有天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠等常用的有天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠等特種橡膠特種橡膠能在特殊條件下（如高溫、低溫、酸、堿、油、輻射等）下使用的橡

30、膠；常用的有能在特殊條件下（如高溫、低溫、酸、堿、油、輻射等）下使用的橡膠；常用的有乙丙橡膠、硅橡膠、氟橡膠等乙丙橡膠、硅橡膠、氟橡膠等表表3.21常用橡膠的分類、特性和應(yīng)用常用橡膠的分類、特性和應(yīng)用 膠粘劑（粘接劑），它能把同種或膠粘劑（粘接劑），它能把同種或不同種的材料牢固黏合起來。不同種的材料牢固黏合起來。 常用膠粘劑的分類、特性和應(yīng)用如常用膠粘劑的分類、特性和應(yīng)用如表表3.22所示。所示。類類 別別名名 稱稱用用 途途天然膠粘劑天然膠粘劑天然膠粘劑天然膠粘劑如松香等，應(yīng)用范圍不如合成膠粘劑如松香等，應(yīng)用范圍不如合成膠粘劑合成膠粘劑合成膠粘劑環(huán)氧膠粘劑（又稱萬環(huán)氧膠粘劑（又稱萬能膠）能膠

31、）廣泛應(yīng)用于船舶、機械、電子儀表、化工、廣泛應(yīng)用于船舶、機械、電子儀表、化工、宇航工業(yè)等宇航工業(yè)等聚氨酯膠粘劑（又稱聚氨酯膠粘劑（又稱烏利當(dāng)）烏利當(dāng)）用于液氮等低溫設(shè)備的粘接用于液氮等低溫設(shè)備的粘接特種膠粘劑特種膠粘劑電子工業(yè)、宇航中具有特殊性能要求的零部電子工業(yè)、宇航中具有特殊性能要求的零部件的膠接件的膠接表表3.22 常用膠粘劑的分類、特性和應(yīng)用常用膠粘劑的分類、特性和應(yīng)用 陶瓷是以天然硅酸鹽或人工合成無機陶瓷是以天然硅酸鹽或人工合成無機化合物為原料，用粉末冶金法生產(chǎn)的無機化合物為原料，用粉末冶金法生產(chǎn)的無機非金屬材料。非金屬材料。 陶瓷材料是無機非金屬材料的統(tǒng)稱，陶瓷材料是無機非金屬材料

32、的統(tǒng)稱，包括陶瓷、玻璃、瓷器、搪瓷、耐火材料包括陶瓷、玻璃、瓷器、搪瓷、耐火材料等。等。 它與金屬材料、高分子材料一起被稱它與金屬材料、高分子材料一起被稱為為3大固體工程材料。大固體工程材料。 陶瓷具有熔點高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)陶瓷具有熔點高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕定性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕緣等特點，有些陶瓷材料還具有導(dǎo)電、緣等特點，有些陶瓷材料還具有導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能。導(dǎo)磁性能。 陶瓷按原料不同分為普通陶瓷和特陶瓷按原料不同分為普通陶瓷和特種陶瓷；按用途不同分為日用陶瓷和工種陶瓷；按用途不同分為日用陶瓷和工業(yè)陶瓷。業(yè)陶瓷。 常用陶瓷的加工方法、特性和應(yīng)用常用陶瓷的加

33、工方法、特性和應(yīng)用如表如表3.23所示。所示。 高分子材料、陶瓷材料和金屬材料在使用上各高分子材料、陶瓷材料和金屬材料在使用上各有優(yōu)點和不足，因此它們也有各自適用的范圍。有優(yōu)點和不足，因此它們也有各自適用的范圍。 隨著科技的發(fā)展，機械工程材料對材料提出了隨著科技的發(fā)展，機械工程材料對材料提出了新的性能要求，而使用單一材料已難以滿足這些新新的性能要求，而使用單一材料已難以滿足這些新的使用性能，所以就出現(xiàn)了復(fù)合材料。的使用性能，所以就出現(xiàn)了復(fù)合材料。 復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，經(jīng)人工組合而成的新型多相材料。料，經(jīng)人工組合而成的新型多相材料。

34、 復(fù)合材料的種類很多，按基體材料分，有金復(fù)合材料的種類很多，按基體材料分，有金屬基、聚合物基、陶瓷基復(fù)合材料；按增強材料屬基、聚合物基、陶瓷基復(fù)合材料；按增強材料形狀分，有顆粒狀、纖維狀、層狀等復(fù)合材料；形狀分，有顆粒狀、纖維狀、層狀等復(fù)合材料；按使用目的分有結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料。按使用目的分有結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料。 復(fù)合材料可根據(jù)使用性能和環(huán)境要求，來選復(fù)合材料可根據(jù)使用性能和環(huán)境要求，來選擇不同的基體和增強材料以及制造工藝，而獲得擇不同的基體和增強材料以及制造工藝，而獲得特定性能。特定性能。 常用復(fù)合材料的特性和應(yīng)用如表常用復(fù)合材料的特性和應(yīng)用如表3.24所示。所示。類類 別別加加 工工 方方

35、 法法主要特性及應(yīng)用主要特性及應(yīng)用纖維復(fù)合材料纖維復(fù)合材料大部分是由纖維和樹脂復(fù)合而成，可分大部分是由纖維和樹脂復(fù)合而成，可分為玻璃纖維復(fù)合，碳纖維、芳綸纖維、為玻璃纖維復(fù)合，碳纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、晶須碳化硅纖維、晶須用玻璃纖維增強的熱固性塑料（稱玻璃鋼），具優(yōu)用玻璃纖維增強的熱固性塑料（稱玻璃鋼），具優(yōu)良的綜合性能，在國防、汽車、化工、航空等方面良的綜合性能，在國防、汽車、化工、航空等方面應(yīng)用廣泛；碳纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維復(fù)合材應(yīng)用廣泛；碳纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維復(fù)合材料比強度大、耐磨、自潤滑性能好，可用于航空、料比強度大、耐磨、自潤滑性能好，可用于航空、原子能工業(yè)中的壓氣機葉

36、片，發(fā)動機殼體、齒輪等原子能工業(yè)中的壓氣機葉片，發(fā)動機殼體、齒輪等；晶須復(fù)合材料具有強度高的特點，可用于渦輪葉；晶須復(fù)合材料具有強度高的特點，可用于渦輪葉片等片等層疊復(fù)合材料層疊復(fù)合材料將兩種以上的材料層疊而成將兩種以上的材料層疊而成如塑料復(fù)層是在普通鋼板或鋁材疊一層塑料，耐腐如塑料復(fù)層是在普通鋼板或鋁材疊一層塑料，耐腐蝕好，可用于化工、食品工業(yè)等，如鋁塑管材等；蝕好，可用于化工、食品工業(yè)等，如鋁塑管材等；玻璃復(fù)層是把兩層玻璃板之間夾一層聚乙烯醇縮丁玻璃復(fù)層是把兩層玻璃板之間夾一層聚乙烯醇縮丁醛，可作安全玻璃使用醛，可作安全玻璃使用骨架復(fù)合材料骨架復(fù)合材料包括多孔浸漬材料和夾層結(jié)構(gòu)材料包括多孔

37、浸漬材料和夾層結(jié)構(gòu)材料多孔材料浸漬低摩擦因數(shù)的油脂或氟塑料，可作軸多孔材料浸漬低摩擦因數(shù)的油脂或氟塑料，可作軸承；夾層結(jié)構(gòu)材料質(zhì)輕、抗彎強度大，可制作大電承；夾層結(jié)構(gòu)材料質(zhì)輕、抗彎強度大，可制作大電動機罩、門板、飛機機翼等動機罩、門板、飛機機翼等顆粒復(fù)合材料顆粒復(fù)合材料顆粒間的復(fù)合顆粒間的復(fù)合一種是金屬粒與塑料復(fù)合，如高含量鉛粉的塑料，一種是金屬粒與塑料復(fù)合，如高含量鉛粉的塑料，可作隔音材料；銅粉加氟塑料，可作軸承材料；另可作隔音材料；銅粉加氟塑料，可作軸承材料；另一種是陶瓷粒與金屬復(fù)合，如氧化物金屬陶瓷，可一種是陶瓷粒與金屬復(fù)合，如氧化物金屬陶瓷，可作高速切削刀具作高速切削刀具表表3.24常

38、用復(fù)合材料的特性和應(yīng)用常用復(fù)合材料的特性和應(yīng)用3.5 3.5 新材料簡介新材料簡介3.5.1 新型的高溫材料新型的高溫材料1高溫合金高溫合金2彌散強化合金彌散強化合金3難熔合金難熔合金4陶瓷材料陶瓷材料1形狀記憶材料工程方面應(yīng)用形狀記憶材料工程方面應(yīng)用2形狀記憶材料在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用形狀記憶材料在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用1超導(dǎo)材料的分類超導(dǎo)材料的分類（1）超導(dǎo)元素）超導(dǎo)元素 （2）合金材料）合金材料 （3）超導(dǎo)化合物）超導(dǎo)化合物（4）超導(dǎo)陶瓷）超導(dǎo)陶瓷2超導(dǎo)材料的應(yīng)用超導(dǎo)材料的應(yīng)用 1非晶態(tài)材料的特性非晶態(tài)材料的特性 （1）力學(xué)性能具有高的強度和硬度。）力學(xué)性能具有高的強度和硬度。 （2）耐蝕性非晶態(tài)合金具有

39、很強的耐腐）耐蝕性非晶態(tài)合金具有很強的耐腐蝕能力。蝕能力。 （3）電性能與晶態(tài)合金相比，非晶態(tài)合）電性能與晶態(tài)合金相比，非晶態(tài)合金的電阻率顯著增高（金的電阻率顯著增高（23倍）。倍）。 （4）軟磁性非晶態(tài)合金磁性材料具高導(dǎo)）軟磁性非晶態(tài)合金磁性材料具高導(dǎo)磁率、高磁感、低鐵損和低矯頑力等特磁率、高磁感、低鐵損和低矯頑力等特性，且無磁各向異性。性，且無磁各向異性。2非晶態(tài)材料的應(yīng)用非晶態(tài)材料的應(yīng)用1納米材料的分類納米材料的分類 納米材料的分類方法有很多，常見納米材料的分類方法有很多，常見納米材料的分類形式如表納米材料的分類形式如表3.25所示。所示。分分 類類 方方 式式類類 別別按納米顆粒結(jié)構(gòu)狀

40、態(tài)按納米顆粒結(jié)構(gòu)狀態(tài)納米晶體材料納米晶體材料納米非晶態(tài)材料納米非晶態(tài)材料按材料性質(zhì)按材料性質(zhì)納米金屬材料納米金屬材料納米陶瓷材料納米陶瓷材料納米復(fù)合高分子材料（納米塑料、納米橡膠、納米膠粘劑、納米涂料、納納米復(fù)合高分子材料（納米塑料、納米橡膠、納米膠粘劑、納米涂料、納米纖維）米纖維）按組成相數(shù)量按組成相數(shù)量納米相材料（由單相微粒構(gòu)成的固體）納米相材料（由單相微粒構(gòu)成的固體）納米復(fù)相材料（每個納米微粒本身由兩相構(gòu)成）納米復(fù)相材料（每個納米微粒本身由兩相構(gòu)成）表表3.25納米材料分類的常見形式納米材料分類的常見形式 運用納米技術(shù)，將物質(zhì)加工到運用納米技術(shù)，將物質(zhì)加工到100nm以下以下尺寸時，由于

41、它的尺寸已接近光的波長，加上尺寸時，由于它的尺寸已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應(yīng)，因此其所表現(xiàn)的特其具有大表面的特殊效應(yīng)，因此其所表現(xiàn)的特性，如熔點、磁性、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等，往往性，如熔點、磁性、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等，往往產(chǎn)生既不同于微觀原子、分子，也不同于該物產(chǎn)生既不同于微觀原子、分子，也不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時所表現(xiàn)的宏觀性質(zhì)，也即納米質(zhì)在整體狀態(tài)時所表現(xiàn)的宏觀性質(zhì)，也即納米材料表現(xiàn)出物質(zhì)的超常規(guī)特性，主要有材料表現(xiàn)出物質(zhì)的超常規(guī)特性，主要有4個方面?zhèn)€方面（見表（見表3.26）。）。分分 類類 方方 式式類類 別別體積效應(yīng)（小尺寸體積效應(yīng)（小尺寸效應(yīng)）效應(yīng)）當(dāng)粒徑減小到一定值時，納米材料的許多物性都與顆粒尺寸有敏感的依賴關(guān)系，表現(xiàn)出奇異當(dāng)粒徑減小到一定值時，納米材料的許多物性都與顆粒尺寸有敏感的依賴關(guān)系，表現(xiàn)出奇異的小尺寸效應(yīng)。如，對于粗晶狀態(tài)下難以發(fā)光的半導(dǎo)體的小尺寸效應(yīng)。如，對于粗晶狀態(tài)下難以發(fā)光的半導(dǎo)體Si、Ge等，當(dāng)其粒徑減小到納米量級等，當(dāng)其粒徑減小到納米量級時會表現(xiàn)出明顯的可見光發(fā)光現(xiàn)