4548有色金屬及其合金

4.5.1鋁及鋁合金4.5.2銅及銅合金4.5.3其他非鐵金屬材料4.5.4滑動(dòng)軸承合金4.5有色金屬及其合金4.5.5粉末冶金材料本章重點(diǎn)內(nèi)容學(xué)習(xí)目的通過本章的學(xué)習(xí)，了解粉末冶金方法及滑動(dòng)軸承合金的組織特征；掌握常用鋁合金、銅合金、硬質(zhì)合金牌號(hào)、性能、用途及強(qiáng)化方法。常用鋁合金、銅合金、硬質(zhì)合金牌號(hào)、性能、用途及強(qiáng)化方法。4.5.1鋁及鋁合金1、工業(yè)純鋁名稱純度用途高純鋁99.93%-99.99%科學(xué)研究、制作電器工業(yè)高純鋁98.85%-99.9%鋁箔、鋁合金原料工業(yè)純鋁98.0%-99.0%電線、電纜、配置合金純鋁呈銀白色，是地殼中蘊(yùn)藏量最豐富的元素之一，約占全部金屬元素的1/3.鋁是一種輕金屬，面心立方晶格、無同素異晶轉(zhuǎn)變，具有許多優(yōu)良的性能。純鋁中含有Fe、Si、Zn等元素時(shí)，會(huì)使性能下降。4.5.1鋁及鋁合金鋁（鋁合金）的特點(diǎn)熔點(diǎn)低、密度小:熔點(diǎn)6600C，易于鑄造成形。純鋁的密度只有2.7g/m3，僅為鐵的1/3，比強(qiáng)度高于鐵。良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。鋁的電導(dǎo)性僅次于金銀銅，其電導(dǎo)率是銅的60%。優(yōu)良的加工工藝性能。純鋁的強(qiáng)度、硬度低σb=80-100MPa，20HBS，塑性、韌性很好δ=50%，ψ=80%，可進(jìn)行各種冷、熱加工。純鋁經(jīng)冷變形強(qiáng)化后，強(qiáng)度，彈塑性下降。良好的耐大氣腐蝕能力。純鋁和癢的親和力很大，在空氣中會(huì)生成致密的Ai2O3薄膜，有效阻止鋁的進(jìn)一步氧化。4.5.1鋁及鋁合金鋁（鋁合金）的特點(diǎn)純鋁的強(qiáng)度低，不能用作結(jié)構(gòu)材料鋁合金鋁含量不低于99%為純鋁，其牌號(hào)按GB/T16474-1996的規(guī)定，用1XXX表示。牌號(hào)最后兩位數(shù)字表示鋁的最低百分含量，第二位字母表示原始純鋁的改型情況，如1Al35，表示wAl=99.35%的純鋁。工業(yè)純鋁是wAl=99.00%-99.80%的純鋁，雜質(zhì)元素是Fe，Si等，其含量越多，電導(dǎo)性，熱導(dǎo)性，耐蝕性和塑性越差。加入Si，Cu，Mn，Mg等合金元素，可形成具有較高強(qiáng)度的鋁合金。鋁合金的比強(qiáng)度高，耐蝕性和切削加工性好，廣泛用于航空工業(yè)。4.5.1鋁及鋁合金32、鋁合金1.鋁合金的分類

根據(jù)合金元素的含量和加工工藝性能特點(diǎn)，鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。請(qǐng)點(diǎn)擊

變形鋁合金不可熱處理強(qiáng)化鋁合金——防銹鋁可熱處理強(qiáng)化鋁合金——硬鋁、超硬鋁和鍛鋁

（1）

變形鋁合金（2）

鑄造鋁合金具有共晶組織，塑性較差，但熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好4.5.1鋁及鋁合金(1)鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化4.5.1鋁及鋁合金2.鋁合金的熱處理

固溶處理+時(shí)效處理鋁合金固溶處理后，得到過飽和的α固溶體，強(qiáng)度和硬度不會(huì)明顯升高，塑性會(huì)顯著提高。但這種組織是不穩(wěn)定的，經(jīng)時(shí)效處理，細(xì)小彌散分布的第二相析出，強(qiáng)度和硬度顯著升高，塑性下降。將鋁合金加熱到α相區(qū)，經(jīng)保溫第二相溶解形成單相α固溶體后，水冷至室溫，得到過飽和的α固溶體——固溶處理。將經(jīng)過固溶熱處理的合金，在常溫放置（自然時(shí)效）或在較高溫度保溫（人工時(shí)效），第二相從過飽和固溶體中緩慢析出，使鋁合金的強(qiáng)度、硬度明顯提高。這種固溶處理后的鋁合金隨時(shí)間延長(zhǎng)而發(fā)生硬化的現(xiàn)象，稱為時(shí)效（時(shí)效強(qiáng)化）。42.鋁合金的熱處理

下圖是鋁合金自然時(shí)效曲線。自然時(shí)效過程是一個(gè)逐漸變化的過程，在時(shí)效初始階段（孕育期），強(qiáng)度和硬度變化不大，塑性較好，容易進(jìn)行各種冷變形加工。孕育期后，強(qiáng)度、硬度迅速增加，隨后又趨于穩(wěn)定。4.5.1鋁及鋁合金42.鋁合金的熱處理

下圖是人工時(shí)效溫度對(duì)強(qiáng)度的影響。時(shí)效溫度高，時(shí)效速度快。但時(shí)效溫度過高，合金會(huì)出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，稱為時(shí)效處理。4.5.1鋁及鋁合金(2)回歸處理

4.5.1鋁及鋁合金將已強(qiáng)化的鋁合金重新加熱，經(jīng)保溫后在水中急冷，使合金恢復(fù)到固溶后的狀態(tài)，這種處理方法叫回歸處理?？稍诨貧w處理后的軟化狀態(tài)進(jìn)行各種冷變形。

(3)退火

鑄造鋁合金退火消除內(nèi)應(yīng)力及成分偏析，穩(wěn)定組織。變形鋁合金退火消除變形加工中出現(xiàn)的加工硬化現(xiàn)象，改善其加工工藝性。

時(shí)效規(guī)律請(qǐng)點(diǎn)擊

(1)變形鋁合金的分類、代號(hào)與牌號(hào)3.變形鋁合金分類：防銹鋁合金(LF)、硬鋁合金(LY)、超硬鋁合金(LC)及鍛鋁合金(LD)。

四位數(shù)字體系和四位字符體系：如3A21

、2A01等請(qǐng)點(diǎn)擊代號(hào)與牌號(hào)：(2)常用的變形鋁合金①不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金用“鋁”和“防”二字的漢語拼音第一個(gè)字母

“L”和“F”加順序號(hào)表示，如五號(hào)防銹鋁用LF5(5A05)表示。

防銹鋁（鋁-鎂系合金）（鋁-錳系合金）4.5.1鋁及鋁合金●Al-Mn系合金如3A21(LF21)

●Al-Mg系合金如5A05(LF5)、5A11(LF11)

●Al-Zn-Mg-Cu系合金

②能熱處理強(qiáng)化的鋁合金

防銹鋁

優(yōu)良的抗腐蝕，良好的塑性與焊接性，適宜壓力加工和焊接。力學(xué)性能較低，可用冷加工方法使其強(qiáng)化。切削加工工藝性能差，故適用制作焊接管道、容器、鉚釘以及其它冷變形零件。

硬鋁用“鋁”和“硬”二字的漢語拼音首字母“L”和“Y”加順序號(hào)表示，如12號(hào)硬鋁用LY12(2A12)表示。（鋁-銅-鎂系合金）4.5.1鋁及鋁合金

硬鋁有強(qiáng)烈的時(shí)效強(qiáng)化作用，經(jīng)時(shí)效處理后具有很高的硬度、強(qiáng)度，具有優(yōu)良的加工工藝性能，可以加工成板、棒、管、線、型材及鍛件等半成品，廣泛應(yīng)用在航空，汽車和機(jī)械中。鉚釘硬鋁典型牌號(hào)2A01(LY1)、2A10(LY10)

標(biāo)準(zhǔn)硬鋁典型牌號(hào)2A11(LY11)

高強(qiáng)度硬鋁典型牌號(hào)2A12(LY12)

超硬鋁用“鋁”和“超”二字的漢語拼音首字母“L”和“C”加順序號(hào)表示，如4號(hào)超硬鋁用LC4(7A04)表示。（鋁-鋅-銅系合金）4.5.1鋁及鋁合金超硬鋁合金是目前室溫強(qiáng)度最高的一類鋁合金，其強(qiáng)度達(dá)500～700MPa，超過高強(qiáng)度的硬鋁LY12合金(400-430MPa)。（抗蝕性差，高溫下軟化快）應(yīng)用在航空飛機(jī)大梁，起落架等承受重載的零部件。用“鋁”和“鍛”二字的漢語拼音首字母“L”和“D”加順序號(hào)表示，如5號(hào)鍛鋁用LD5(2A50)表示。

鍛鋁（鋁-鎂-硅-銅系合金）鍛鋁合金具有優(yōu)良的耐蝕性和良好的塑性，適用于鍛造成形，主要用作制作外形復(fù)雜的鍛件。如：內(nèi)燃機(jī)活塞、風(fēng)扇輪等。鍛鋁合金通常要進(jìn)行固溶處理和人工時(shí)效。4.5.1鋁及鋁合金4.鑄造鋁合金

鑄造鋁合金的代號(hào)用“鑄鋁”二字的漢語拼音首寫字母“ZL”加三位數(shù)字表示

第一位數(shù)表示合金系別：1為鋁硅系合金；2為鋁銅系合金；3為鋁鎂系合金；4為鋁鋅系合金。

第二、三位數(shù)字表示合金的順序號(hào)。如ZL111表示11號(hào)鋁硅系鑄造鋁合金。(1)鑄造鋁合金的分類、代號(hào)及牌號(hào)

鑄造鋁合金的牌號(hào)是由“Z+基體金屬的化學(xué)元素符號(hào)+合金元素符號(hào)+數(shù)字”組成。如ZA1Si12表示wsi≈12%的鑄造合金。

4.5.1鋁及鋁合金ZL101、

ZL104、ZL105、

ZL107、ZL109

具有流動(dòng)性好、收縮小、熔點(diǎn)低、熱裂傾向小、密度小、耐蝕性和耐熱性好的特點(diǎn)，主要用于制作強(qiáng)度要求不高、形狀復(fù)雜的鑄件，如儀表的殼體和汽缸體等一些承受低載荷的零件。

鋁-硅鑄造合金ZL201ZL202ZL203

耐熱性高，其高溫強(qiáng)度隨銅含量的增加而提高，而合金的鑄縮率和形成裂紋的趨向則減小。由于銅含量增加，使合金的脆性增加，故銅含量一般不超過14％。ZAlCu5Mn鑄造鋁合金強(qiáng)度較高、塑性較好、耐熱性好，但鑄造性能及耐蝕性較低。可用于制作3000C以下工作、形狀不復(fù)雜的零件，如內(nèi)燃機(jī)氣缸頭、活塞等。

鋁-銅鑄造合金(2)常用的鑄造鋁合金4.5.1鋁及鋁合金ZAlMg10鑄造鋁合金強(qiáng)度較高、密度小、有良好的耐蝕性，但鑄造性能不好、耐熱性差。常用語制作受沖擊、在腐蝕介質(zhì)中工作，外形不復(fù)雜的零件，如氨用泵體。ZL301ZL302ZL303ZAlZn11Si7鑄造鋁合金鑄造性能優(yōu)良、價(jià)格低、強(qiáng)度較高，但抗蝕性差，熱裂傾向大。常用語制作結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的汽車、飛機(jī)、儀器零件，也可制造日用品。ZL401ZL402

鋁-鎂鑄造合金

鋁-鋅鑄造合金4.5.1鋁及鋁合金4.5.2銅及銅合金1、工業(yè)純銅

純銅為紫色，又稱紫銅。工業(yè)純銅分為4種：T1、T2、T3、T4。編號(hào)越大，純度越低。工業(yè)純銅除配制銅合金和其他合金外，主要用于電器工業(yè)，制造電線、電纜、電刷、銅管、散熱器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防磁儀器等。純銅的強(qiáng)度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料工業(yè)純銅的純度為99.9%-99.5%4.5.2銅及銅合金

銅及銅合金的特點(diǎn)銅的熔點(diǎn)10830C，密度為8.96g/cm3，色澤美觀。良好的加工工藝性能。純銅的強(qiáng)度、硬度不高（σb=200-500MPa，40HBS），塑性、韌性很好（δ=45%-50%），容易冷、熱成形。純銅經(jīng)冷變形強(qiáng)化后，抗拉強(qiáng)度σb=400-500MPa，但塑性下降至δ=5%。極佳的電導(dǎo)性和熱導(dǎo)性。具有抗磁性。良好的耐蝕性。純銅具有良好的抗大氣和海水腐蝕的能力。4.5.2銅及銅合金銅中加入合金元素后，可提高合金的強(qiáng)度，并保持良好的加工性能。按化學(xué)成分

黃銅以Zn為主要合金元素。良好的加工性能，良的鑄造性能，耐腐蝕性能也好。分普通黃銅和特殊黃銅。

青銅以Sn為主要合金元素。用于鑄造形狀復(fù)雜的零件?？垢g性比黃銅還好。

白銅以Ni為主要合金元素。具有較好的強(qiáng)度和塑性，能進(jìn)行冷加工變形，抗腐蝕性能也好。4.5.2.2銅合金1.銅合金的分類4.5.2銅及銅合金

按生產(chǎn)方式

加工銅合金

鑄造銅合金

2.黃銅

(1)普通黃銅(銅鋅二元合金)①Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Zn<32%時(shí)，強(qiáng)度和塑性都隨Zn的增加而提高；Zn=30%～32%時(shí)塑性最高；Zn>32%時(shí)，塑性下降；Zn=40%～45%時(shí)，強(qiáng)度最高；Zn>45%時(shí)，塑性和強(qiáng)度均急劇下降。4.5.2銅及銅合金②普通黃銅的代號(hào)及牌號(hào)

H62表示Cu的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%，其余為Zn的普通加工黃銅。ZCuZn38，其含義是wZn≈38%，其余為Cu的鑄造黃銅。H80金色黃銅，裝飾件，薄管。H62

、H59強(qiáng)度較高，作零件，標(biāo)準(zhǔn)件，焊接件，沖壓件。H96冷凝管、熱交換器、散熱器，計(jì)算機(jī)插件等。

H70“三七黃銅”彈殼、套管和復(fù)雜深沖零件(H68)。③普通黃銅的用途4.5.2銅及銅合金(2)特殊黃銅

①合金元素的影響

Pb——改善切削加工性和耐磨性；Si——改善鑄造性能，提高強(qiáng)度和耐蝕性；A1——提高強(qiáng)度、硬度和耐蝕性；Sn、Al、Si、Mn——提高耐蝕性，減少應(yīng)力腐蝕破裂。

②特殊黃銅的代號(hào)、牌號(hào)與應(yīng)用HSn62-1表示wCu≈62%，wSn≈1%，其余為Zn的加工錫黃銅。

ZCuZn40Mn3Fe1，表示wZn≈40%、wMn≈3%wFe≈1%、其余為Cu的鑄造特殊黃銅。4.5.2銅及銅合金☆Pb黃銅：HPb60-1切削性能好，耐磨性好——鐘表零件☆Sn黃銅：HSn90-1HSn62-1耐蝕性好

——船舶零件。海軍黃銅☆A(yù)l黃銅：HAl77-2HAl60-1-1耐蝕性好，強(qiáng)度和硬度高——船舶零件，機(jī)械及電機(jī)零件?！頢i黃銅HSi80-3

耐蝕性好，機(jī)械性能好，切削性好，耐磨性好——船舶零件，機(jī)械及化工零件其它還有錳黃銅，鐵黃銅，鎳黃銅。主要用于船舶零件4.5.2銅及銅合金消除加工黃銅的加工硬化現(xiàn)象。(3)黃銅的熱處理①去應(yīng)力退火：將黃銅制件加熱到200～300℃，保溫后緩冷。消除應(yīng)力，防止應(yīng)力腐蝕破裂及切削加工后的變形。②再結(jié)晶退火：一般是將黃銅制件加熱到500～700℃，保溫后緩冷.

3.青銅（分為錫青銅和無錫青銅）

(1)青銅的代號(hào)及牌號(hào)

加工青銅的代號(hào)如QSn4-3表示平均wSn≈4%、wZn≈3%，其余為Cu的加工錫青銅。4.5.2銅及銅合金

鑄造青銅的牌號(hào)如ZCuSn10Zn1，表示平均wSn≈10%、wZn≈1%，其余為Cu的鑄造錫青銅。(2)普通青銅(錫青銅)①Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Sn<7%時(shí)，強(qiáng)度、塑性隨著

Sn的增加而增大；Sn>7%以后，強(qiáng)度繼續(xù)升高，塑性急劇下降；wSn>20%時(shí)，合金變脆，強(qiáng)度顯著降低4.5.2銅及銅合金②錫青銅的性能及用途QSn4-3,QSn6.5-0.1,

耐蝕性優(yōu)于黃銅，鑄造性好，耐磨性好，有彈性用于造船、化工、機(jī)械、儀表中的耐磨件，耐蝕件、彈性元件，抗磁件。(3)特殊青銅(無錫青銅)☆鋁青銅

QAl9-4QAl7耐蝕性優(yōu)于黃銅和錫青銅

，鑄造性和耐磨性優(yōu)于錫青銅，力學(xué)性能好。QAl10-3-1.5飛機(jī)、船舶用高強(qiáng)度、高耐磨抗蝕零件QAl9-4船舶及電氣零件，耐磨件

4.5.2銅及銅合金☆鈹青銅

耐蝕性、耐磨性、彈性、抗磁性、抗疲勞都很好，耐寒，沖擊無火花。QBe2重要的彈簧及彈性元件、耐磨件、高壓高速高溫軸承，防爆工具，鐘表件。

☆硅青銅

耐蝕件、彈簧、渦輪、蝸桿等。QAl7重要的彈簧及彈性元件。4.5.2銅及銅合金4.5.3滑動(dòng)軸承合金軸承合金的工作條件及性能要求較高的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度；高的耐磨性，良好的磨合性和較小的摩擦數(shù)；足夠的塑性和韌性；良好的耐蝕性和導(dǎo)熱性，較小的膨脹系數(shù)和良好的工藝性。強(qiáng)烈的摩擦，并承受周期性載荷。并要考慮使軸磨損最小軸承合金蝕指在滑動(dòng)軸承中制造軸瓦或內(nèi)襯的合金?；瑒?dòng)軸承具有承壓面積大，工作平穩(wěn)、無噪聲、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)廣泛。4.5.3滑動(dòng)軸承合金軸承支撐軸工作，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦和軸之間發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦，同時(shí)還承受軸頸傳給的交變載荷，并伴有沖擊力。因此軸承合金應(yīng)具有以下性能。（1）較高的抗壓強(qiáng)度、硬度，以承受軸頸傳給的壓力（2）高的疲勞強(qiáng)度、足夠的塑性和韌性，以承受軸頸傳給的交變載荷，耐沖擊性和振動(dòng)。（3）高的耐磨性、良好的磨合能力、較小的摩擦系數(shù)，能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，減小磨損，周瑜軸瓦之間能緊密配合。1、軸承合金的性能和組織特點(diǎn)4.5.3滑動(dòng)軸承合金（4）有良好的耐蝕性，熱導(dǎo)性，較小的膨脹系數(shù)，防止摩擦升溫而發(fā)生咬合。（5）良好的工藝性，原材料來源廣泛，容易制造，價(jià)格便宜。為達(dá)到上述性能，軸承合金的組織應(yīng)是在軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)或硬基體上分布軟質(zhì)點(diǎn)的兩相組織，如圖。軸承工作時(shí)，硬組織起支程、承抗磨作用，軟組織承受振動(dòng)和沖擊，被磨損后形成的凹坑還可儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，減小摩擦。1、軸承合金的性能和組織特點(diǎn)4.5.3滑動(dòng)軸承合金

牌號(hào)：“Z+基體合金元素符號(hào)+主添加合金元素符號(hào)+數(shù)字+輔添加元素符號(hào)+數(shù)字”組成。元素符號(hào)后的數(shù)字是以名義百分?jǐn)?shù)表示的該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

如ZSnSb11Cu6表示wsb≈11%、wCu≈6%，余量為錫的鑄造錫基軸承合金。2、軸承合金的分類及牌號(hào)分類：錫基、鉛基、鋁基、銅基等4.5.3滑動(dòng)軸承合金2、常用的軸承合金1.錫基軸承合金錫基軸承合金蝕以錫為基礎(chǔ)，加入銻、銅等元素組成的合金。這類合金具有較好的塑性和韌性、適中的硬度，膨脹系數(shù)小、優(yōu)良的熱導(dǎo)性和耐蝕性，但疲勞強(qiáng)度低，工作溫度<1500C，主要用于重要的軸承，如汽車、汽輪機(jī)等機(jī)械的高速軸承。

2.鉛基軸承合金(鉛基巴氏合金)鉛基軸承和浸蝕以鉛為基礎(chǔ)，加入銻、錫、銅等元素組織的合金。這類合金的強(qiáng)度、硬度、韌性、熱導(dǎo)性、耐蝕性低于錫基軸承合金，但價(jià)格低，主要用于中低載荷的中速滑動(dòng)軸承，如汽車、拖拉機(jī)的曲軸、連桿軸及電動(dòng)機(jī)軸承。4.5.3滑動(dòng)軸承合金2、常用的軸承合金3.銅基軸承合金銅基軸承合金有錫青銅、鉛青銅等，尤以鉛青銅適于制作軸承。鉛青銅典型牌號(hào)ZCuPb30，其顯微組織是硬基體（銅）上大量均勻分布軟的質(zhì)點(diǎn)（鉛）。與上述巴氏軸承相比：具有高的疲勞強(qiáng)度，承載能力，同時(shí)還具有高的熱導(dǎo)性和低的摩擦系數(shù)，能在低于2500C的環(huán)境下工作。

主要用于高速、高壓下工作的軸承，如高速才有機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸承。4.5.3滑動(dòng)軸承合金4.鋁基軸承合金鋁基軸承合金蝕以鋁為基本元素，加入錫、銅、鎂等合金元素支撐的合金。優(yōu)點(diǎn)：原料豐富、價(jià)格低、導(dǎo)熱性好、疲勞強(qiáng)度及高溫硬度高，能承受較大的壓力和速度。缺點(diǎn)：線膨脹系數(shù)大，抗要和形不如巴氏合金。其組織特點(diǎn)是硬基體（鋁）上均勻分布軟質(zhì)點(diǎn)（球狀錫晶粒）。適用于制造高速、重載汽車、拖拉機(jī)和內(nèi)燃機(jī)車上的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承。典型牌號(hào)ZAlSn6Cu1Ni1。2、常用的軸承合金4.5.3滑動(dòng)軸承合金4.6粉末冶金材料

粉末冶金材料是以金屬粉末或摻入少量非金屬粉末作原料，經(jīng)混合壓制成形并在低于金屬熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，利用粉末間原子擴(kuò)散來使其結(jié)合，制成金屬材料和零件的方法。4.6.1粉末冶金概述1.粉末冶金法的特點(diǎn)和工藝1）粉末冶金法的特點(diǎn)（1）能生產(chǎn)具有特點(diǎn)性能的材料和支配。如高溫合金，含油軸承（多孔材料）、摩擦材料、點(diǎn)接觸材料、磁性材料等。4.6粉末冶金材料4.6粉末冶金材料（2）無切屑或少切屑的精密加工。用粉末冶金法制造機(jī)械零件時(shí)一種無切屑或少切屑的加工方法，具有省材料、省工時(shí)、減少設(shè)備、降低成本等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)缺點(diǎn)：1、粉末成本高、模具費(fèi)用高；2、制品的大小、形狀受到一定的限制；3、制品的強(qiáng)度和韌性較差。4.6粉末冶金材料4.6粉末冶金材料2）粉末冶金生產(chǎn)過程如圖：制取粉末混料壓制版形燒結(jié)燒結(jié)后處理制取粉末是將塊狀金屬、合金、金屬化合物變成粉末?；炝鲜菍⒅频姆勰饺胩砑觿?，按一定的比例混合，得到制坯的原料。壓制成型是將定量混合料子巨大壓力作用下，得到一定形狀，并具有一定的密度和強(qiáng)度的坯件。坯件經(jīng)燒結(jié)，使孔隙度減少，得到致密的，有一定物理性能和力學(xué)性能的制品。如果要進(jìn)一步提高，需進(jìn)行某些后處理，如整形、浸油、機(jī)加工、熱處理等。4.6粉末冶金材料2.粉末冶金材料的簡(jiǎn)介

(1)粉末冶金減摩材料滑動(dòng)軸承(含油軸承)

(2)粉末冶金摩擦材料

鐵基摩擦材料：承受較大壓力，在高溫、高載荷下摩擦性能優(yōu)良，多用于各種高速重載機(jī)器的制動(dòng)器。

銅基摩擦材料：工藝性較好，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，抗粘、抗卡性好，濕式工作條件下耐磨性優(yōu)良，常用于汽車、拖拉機(jī)、鍛壓機(jī)床的離合器與制動(dòng)器。(3)鐵基結(jié)構(gòu)材料

鐵基結(jié)構(gòu)材料：零件精度較高，粗糙度值小，無屑和少屑加工，生產(chǎn)率高，制品多孔，可浸潤(rùn)滑油，減摩、減振、消聲。如：汽車差齒輪、活塞環(huán)、撥叉等。4.6粉末冶金材料

銅基結(jié)構(gòu)材料比鐵基結(jié)構(gòu)材料抗拉強(qiáng)度低，但塑性、韌性較高，具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐腐蝕性能，可進(jìn)行各種鍍涂處理。4.6.2硬質(zhì)合金

一種或幾種難熔碳化物(如碳化鎢、碳化鈦等)粉末，加入起粘接作用的金屬粉末，用粉末冶金法制得的材料。4.6.2硬質(zhì)合金1）硬度高、耐磨性好、熱硬性好常溫下硬度可到：86-93HRA（69-81HRC)，在9000C-10000C的溫度下，刃保持60HRC的高硬度。故硬質(zhì)合金刀具使用時(shí)，切屑速度比高速工具鋼高4-7倍，刀具壽命高5-80倍，可切切削50HRC左右的硬質(zhì)材料。1、硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)2）抗壓強(qiáng)度和彈性模量高常溫下抗壓強(qiáng)度可到6000MPa，高于高速工具鋼，在時(shí)可達(dá)到1000MPa。彈性模量是高速工具鋼2-3倍。3）耐腐蝕性和抗氧化性。4）抗拉強(qiáng)度低，能以切削加工制成復(fù)雜的整刀具，通常制成不同形狀的刀片，采用焊接、夾持等方法安裝在刀體上火模具體上。硬質(zhì)合金是重要的工具材料。4.6.2硬質(zhì)合金成分：WC+TiC+Co牌號(hào)：如YT15表示wTiC≈15%的鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金。

(3)鎢鈦鉭(鈮)類硬質(zhì)合金(萬能硬質(zhì)合金或通用硬質(zhì)金)(2)鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金成分：

WC+TiC+TaC+Co或WC+TiC+NbC+Co牌號(hào)：如YW1表示是1號(hào)萬能硬質(zhì)合金。2、常用硬質(zhì)合金的類別、成分和牌號(hào)成分：WC+Co。牌號(hào)：如YG6表示wCo≈6%，余量為WC的鎢鈷類硬質(zhì)合金。(1)鎢鈷類硬質(zhì)合金4.6.2硬質(zhì)合金3.硬質(zhì)合金的應(yīng)用

①刀具材料：高速切削高硬度或高韌性材料適合各種硬質(zhì)合金車刀、銑刀、鉆頭、鉸刀等。③耐磨零件用硬質(zhì)合金，如：軋輥、頂尖、精磨床等精密軸承。②冷作模具材料：如冷拉模、冷沖模、冷擠模和冷鐓模等。YG6、YG8適用于小拉深模，YG15適用于大拉深模和沖壓模具。④硬質(zhì)合金具。千分尺，塊規(guī)，塞規(guī)等。⑤礦山用硬質(zhì)合金：YG11C。YG15可用于制作鑿巖用的釬頭。4.6.2硬質(zhì)合金

4.切削加工用硬質(zhì)合金的分類和分組代號(hào)按其切屑排出形式和加工對(duì)象范圍不同，分為P、M、K三類，用途代號(hào)由“類別代號(hào)+數(shù)字”組成，如P01、M10、K20…。請(qǐng)點(diǎn)幻燈片464.6.2硬質(zhì)合金4.6.2硬質(zhì)合金4.6.2硬質(zhì)合金以銅為主要合金元素的鋁合金2×××

以錳為主要合金元素的鋁合金3×××以硅為主要合金元素的鋁合金4×××以鎂為主要合金元素的鋁合金5×××以鎂和硅為主要合金元素并以Mg2Si相為強(qiáng)化相的鋁合金6×××以鋅為主要合金元素的鋁合金7×××以其他元素為主要合金元素的鋁合金8×××備用合金組9×××4.6.2硬質(zhì)合金應(yīng)用范圍分類對(duì)照性能提高方向代號(hào)被加工材料類別用途代號(hào)硬質(zhì)合金牌號(hào)合金性能切削性能P長(zhǎng)切屑的鋼鐵材料P01YT30

高耐韌磨性性高

高切進(jìn)削給速量度大P10YT15P20YT14P30YT5M介于P與

K之間M10YW1同上

同上M20YW2K短切屑的鋼鐵材料有色金屬及非金屬材料K01YG3X同上

同上K10YG6X、YG6AK20YG6、YG8NK30YG8、YG8N

說明：牌號(hào)中“A”表示該合金中含有TaC或NbC，“X”表示該合金為細(xì)顆粒，“N”

表示合金有少量NbC。

14.7非金屬材料塑料：是以樹脂為主要成分，加入一些能改善使用性能和工藝性能的添加劑而制成的一種高分子材料。樹脂是具有可塑性的高分子化合物的總成稱，這些添加劑有填充劑、增塑劑、著色劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等。以樹脂(天然的或合成的)為主要組分，加入一些用來改善使用性能和工藝性能的添加劑而制成的。(1)樹脂樹脂在塑料中起粘接其他物質(zhì)的作用。

工程塑料高分子材料4.7.11.塑料的組成(2)添加劑：改善塑料性能常用的有：填充劑、增塑劑、固化劑、穩(wěn)定劑(防老劑)、潤(rùn)滑劑、著色劑及發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑、抗靜電劑等。2.塑料的分類(1)按樹脂的性質(zhì)分類①熱塑性塑料：指能重復(fù)加熱成型的塑性。常用的品種有：聚乙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、ABS等。特點(diǎn)：能溶于有機(jī)溶劑，加熱可軟化，易于加工成形，并能反復(fù)塑化成形。4.7非金屬材料②熱固性塑料：不能重復(fù)加熱成型的塑料。常用的品種有：酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料等。特點(diǎn)：塑料固化后重新加熱不再軟化和熔融、也不溶于有機(jī)溶劑，不能成形使用。耐熱性高、受壓不易變形，但強(qiáng)度不高、韌性差，成形加工復(fù)雜、生產(chǎn)率低。(2)按塑料使用范圍分類

①通用塑料主要是指產(chǎn)量大、應(yīng)用光、價(jià)格便宜、容易加工成形，但性能一般的一類塑料?？勺鳛槿粘Ｉ钣闷贰b材料等。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和酚醛塑料等。4.7非金屬材料主要有:ABS塑料、有機(jī)玻璃、尼龍、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚甲醛等。

③耐高溫塑料：主要是指耐高溫，大多能在1500C以上條件下工作的塑料，如氟塑料，有機(jī)硅樹脂、聚酰亞胺，聚苯硫醚等。這類塑料價(jià)格貴，產(chǎn)量小，適用于特殊用途，特別是國(guó)防工業(yè)和尖端技術(shù)中有著重要的作用。②工程塑料

工程塑料是指性能優(yōu)異的電性能，力學(xué)性能，耐冷，耐熱心更難，耐磨性能，耐腐蝕等，可代替金屬材料制造機(jī)械零件及工程構(gòu)件的塑料。4.7非金屬材料3.塑料的性能特點(diǎn)特點(diǎn)：可塑性和可調(diào)性?？伤苄裕和ㄟ^簡(jiǎn)單的成型工藝，利用模具可以制造出所需要的各種不同形狀的塑料制品；可調(diào)性：在生產(chǎn)過程中可以通過變換工藝，改變配方，制造出不同性能的塑性。（1）物理性能密度。塑料的密度在0.9-2.2g/cm3之間，僅相當(dāng)于鋼密度的1/4-1/7。若塑料中加入發(fā)泡劑后，泡沫塑料的密度近衛(wèi)0.02-0.2g/cm3.電性能。塑料的電絕緣性能與陶瓷、橡膠相近，這對(duì)于絕緣性能要求的機(jī)械零件和電器開關(guān)十分重要。熱性能。塑料預(yù)熱，遇光易老化、分解，大多數(shù)塑料只能在1000C以下使用；塑料的導(dǎo)熱性差，是良好的絕熱材料；塑料線膨脹系數(shù)大，一般為鋼的3-10倍。4.7非金屬材料（2）化學(xué)性能塑料對(duì)一般的酸、堿、油、海水等具有良好的耐腐蝕性能力，大多數(shù)塑料能耐大氣、水、酸、堿、油的腐蝕，尤其塑料能耐“王水”的腐蝕。這種性能特別適用于在腐蝕性介質(zhì)中工作的零件、管道。（3）力學(xué)性能強(qiáng)度和剛度。塑料的強(qiáng)度、剛度較差，其強(qiáng)度僅為30-150MPa，且受溫度的影響較大。如圖所示。但由于塑料的密度小，故比強(qiáng)度比較高。蠕變與盈利松弛。塑料中外力作用下，在應(yīng)力保持恒定的條件下，變形隨時(shí)間的延續(xù)而慢慢增加，這種現(xiàn)象稱為蠕變。如加工的電線套管會(huì)慢慢變彎；蠕變會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力松弛，如塑料管接頭經(jīng)一定時(shí)間使用后，由于應(yīng)力松弛導(dǎo)致泄露。減磨性和耐磨性。塑料的摩擦系數(shù)低，因此塑料有良好的減磨性；同時(shí)塑料具有自潤(rùn)滑性，在無潤(rùn)滑或少潤(rùn)滑摩擦的條件下，其減磨性浩宇金屬，工程上用這類塑料來制造軸承，軸套，襯套，絲桿，螺母等摩擦磨損件。塑料具有良好的減震性、消音性，用塑料制作零件可減小及其工作時(shí)的振動(dòng)和噪聲。4.7非金屬材料4.7非金屬材料4.7非金屬材料2橡膠1.橡膠的組成(1)生膠

未加配合劑的天然或合成橡膠統(tǒng)稱為生膠，是橡膠制品的主要組分。

作用:起著粘接其他配合劑的作用，而且決定橡膠制品的性能。(2)配合劑

用以改善和提高橡膠制品的性能而加入的物質(zhì)。

常用的有：硫化劑、硫化促進(jìn)劑、增塑劑、填充劑、防老劑、增強(qiáng)材料及著色劑、發(fā)泡劑、電磁性調(diào)節(jié)劑等。

硫化劑的作用:使線型結(jié)構(gòu)分子相互交聯(lián)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高橡膠的彈性、耐磨性、耐蝕性和抗老化能力，并使之具有不溶、不融特性。4.7非金屬材料2.橡膠的分類

按原料來源可分為天然橡膠和合成橡膠；按應(yīng)用范圍分通用橡膠和特種橡膠天然橡膠是橡樹的乳膠，經(jīng)過凝固、干燥、加壓等工序制成的片狀生膠，具有綜合性能好，較好的彈性，彈性模量為3-6MPa，適用于制造輪胎，膠帶，膠管，膠鞋等。合成橡膠是用石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品為原料，提煉制得的類似天然橡膠的高分子材料，以彌補(bǔ)天然橡膠的產(chǎn)量和性能的不足。通用橡膠主要用于制作輪胎、輸送帶、膠管、膠板等，主要品種有丁苯橡膠等。特種橡膠具有耐高溫、耐低溫、耐腐蝕以及其他各種特殊性能，主要用于高溫、酸、堿、油和輻射介質(zhì)條件下的橡膠制品。多用于國(guó)防工業(yè)和尖端學(xué)科部門。4.7非金屬材料2）橡膠的特性（1）橡膠有極好的彈性，

在受到較小力作用下能產(chǎn)生很大的變形，變形量是原長(zhǎng)的1-10倍，取消外力后又能恢復(fù)原狀。（2）除了高彈性外，橡膠還具有很高的可撓性，伸長(zhǎng)率，良好但耐磨性，電絕緣性，耐腐蝕性，隔音，吸振以及與其他物質(zhì)的粘結(jié)性等。4.7非金屬材料4.7.2

陶瓷1陶瓷的分類

按原料不同，陶瓷分為普通陶瓷(傳統(tǒng)陶瓷)和特種陶瓷(現(xiàn)代陶瓷)；按用途不同，陶瓷分為工業(yè)陶瓷和日用陶瓷；按化學(xué)成分不同，陶瓷分為氮化物陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷等。6.2.2陶瓷的性能1.陶瓷的力學(xué)性能

陶瓷的硬度在各類材料中最高，剛度最好，抗壓強(qiáng)度高。但抗拉強(qiáng)度低，伸長(zhǎng)率和斷面收縮率幾乎為零，沖擊韌性和斷裂韌度很低。普通陶瓷的原料是天然的硅酸鹽礦物，如粘土、長(zhǎng)石、石英等，又稱為傳統(tǒng)陶瓷。特種陶瓷又稱為近代陶瓷，其原料是人工合成的高純度氧化物，氮化物，碳化物，硅化物等無機(jī)非金屬物質(zhì)。4.7非金屬材料

2.陶瓷的物理性能陶瓷的熔點(diǎn)很高，有很好的高溫強(qiáng)度，高溫抗蠕變能力強(qiáng)，熱硬性高達(dá)1000℃，但熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率小，溫度劇烈變化時(shí)易破裂，不能急熱驟冷。大多數(shù)陶瓷絕緣性能好，是傳統(tǒng)的絕緣材料，如電瓷。有的陶瓷還具有各種特殊性能，如壓電陶瓷、磁性陶瓷、鐵電陶瓷等。3.陶瓷的化學(xué)性能陶瓷的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，高溫下(1000℃)也不會(huì)氧化，既耐酸、堿、鹽的腐蝕，也能抵抗熔融的非鐵金屬(如Al、Cu)的侵蝕，具有不可燃燒性和不老化性。還有一些陶瓷具有光學(xué)性能和磁學(xué)性能，如近代透明陶瓷和被稱為鐵氧體的磁性陶瓷等。4.7非金屬材料3常用的陶瓷材料

1.普通陶瓷

普通陶瓷是用粘土、長(zhǎng)石和石英等天然原料，經(jīng)粉碎配制、坯料成型、燒結(jié)而成的，這類陶瓷又稱為硅酸鹽陶瓷，其性能取決于三種原料的純度、粒度與比例。

特點(diǎn)：普通陶瓷質(zhì)地堅(jiān)硬，不會(huì)氧化生銹，不導(dǎo)電，能耐1200℃高溫。加工成型性好，成本低廉，強(qiáng)度較低，耐高溫性能和絕緣性能不如特種陶瓷。

4.7非金屬材料

應(yīng)用：工業(yè)普通陶瓷主要用于電氣、化工、建筑、紡織等部門。如用于裝飾板、衛(wèi)生間裝置及器具等的日用陶瓷和建筑陶瓷；用于化工、制藥、食品等工業(yè)及實(shí)驗(yàn)室中的管道設(shè)備、耐蝕容器及實(shí)驗(yàn)器皿等的化工陶瓷；用于電器等的絕緣陶瓷等。特種陶瓷也叫現(xiàn)代陶瓷、精細(xì)陶瓷或高性能陶瓷。特種陶瓷的原料是人工提煉的，即純度較高的金屬氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等化合物。

2.特種陶瓷4.7非金屬材料(1)氧化物陶瓷

①氧化鋁(剛玉)陶瓷氧化鋁陶瓷是以Al2O3為主要成分，含有少量的SiO2。氧化鋁陶瓷熔點(diǎn)高，抗氧化性強(qiáng)，耐高溫性能好，強(qiáng)度高氧化鋁陶瓷還具有很高的電阻率和低的熱導(dǎo)率，是很好的電絕緣材料和絕熱材料。

②氧化鈹陶瓷

氧化鈹陶瓷具有極好的導(dǎo)熱性，很高的熱穩(wěn)定性，強(qiáng)度較低，抗熱沖擊性較高，消散高能輻射的能力強(qiáng)，用來制造坩堝，氣體激光管、晶體管散熱片和集成電路的基片和外殼等。常用的特種陶瓷有：4.7非金屬材料(2)碳化物陶瓷①碳化硅陶瓷特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度高，熱傳導(dǎo)能力強(qiáng)，耐磨、耐蝕、抗蠕變?？捎糜诨鸺矅姽艿膰娮?、熱電偶套管等高溫零件，也可作為加熱元件、石墨表面保護(hù)層以及砂輪的磨料等。②碳化硼陶瓷碳化硼陶瓷的硬度極高，抗磨損能力很強(qiáng)，能耐酸、堿腐蝕，熔點(diǎn)高。用作磨料和制作磨具，也可用于制作超硬工具材料。

4.7非金屬材料①氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷的硬度高，耐磨性好，摩擦系數(shù)低，有自潤(rùn)滑作用，熱膨脹系數(shù)小、抗熱沖擊，能耐很多無機(jī)酸和堿溶液侵蝕。可用于制造各種泵的耐蝕耐磨密封環(huán)、轉(zhuǎn)子葉片以及加工難切削材料的刀具等。②氮化硼陶瓷氮化硼有六方氮化硼和立方氮化硼。六方氮化硼導(dǎo)熱性、耐熱性好，有自潤(rùn)滑性能，在高溫下耐腐蝕、絕緣性好，用于高溫耐磨材料和電絕緣材料、耐火潤(rùn)滑劑等。

立方氮化硼的硬度與金剛石相近，是優(yōu)良的耐磨材料，可用于制作耐磨切削刀具、高溫模具和磨料等。(3)氮化物陶瓷4.7非金屬材料3.金屬陶瓷

金屬陶瓷是以金屬氧化物(如Al2O3、ZrO2等)或金屬碳化物(如TiC、WC、TaC、NbC等)為主要成分，再加入適量的金屬粉末(如Co、Cr、Ni、Mo等及其合金)，通過粉末冶金方法制成，具有金屬某些性質(zhì)的陶瓷。

金屬陶瓷多以鉻為粘結(jié)金屬，熱穩(wěn)定性和抗氧化能力較好，韌性高，可做高速切削工具材料，還可做高溫下工作的耐磨件，如噴嘴、熱拉絲模以及耐蝕環(huán)規(guī)、機(jī)械密封環(huán)等。4.7非金屬材料

兩種或兩種以上不同化學(xué)成分或不同組織結(jié)構(gòu)的物質(zhì)復(fù)合到一起。4.7.3

復(fù)合材料1復(fù)合材料的組成及分類

1）按增強(qiáng)材料的形狀分類可分為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、層疊符合材料等。2）按基體不同分類可分為樹脂基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料3）按用途分類結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要作為承受力結(jié)構(gòu)使用的材料；功能復(fù)合材料是指除力學(xué)性能以外還具備其他物理、化學(xué)、生物等特殊性能的復(fù)合材料。4.7非金屬材料復(fù)合材料的性能特點(diǎn)

31.比強(qiáng)度和比模量高

2.疲勞強(qiáng)度高

3.良好的減摩、耐磨性和較強(qiáng)的減振能力圖6-1三種材料的疲勞強(qiáng)度比較4.高溫性能好，抗蠕變能力強(qiáng)

5.斷裂安全性高

6.成形工藝性好

4.7非金屬材料常用的復(fù)合材料6.3.4

1.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

(1)玻璃纖維復(fù)合材料①熱固性玻璃鋼

由玻璃纖維與熱固性樹脂(如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂和有機(jī)硅樹脂等)復(fù)合的材料稱為熱固性玻璃鋼。質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高，耐腐蝕，絕緣性、絕熱性及微波穿透性好，吸水性低，成形工藝簡(jiǎn)單。但彈性模量小，剛性差，耐熱性差，易老化。

常用來制作機(jī)器護(hù)罩、車輛車身、絕緣抗磁儀表、耐蝕耐壓容器和管道及各種形狀復(fù)雜的機(jī)器構(gòu)件和車輛配件。4.7非金屬材料②熱塑性玻璃鋼由玻璃纖維與熱塑性樹脂(如尼龍、ABS、聚苯乙烯等)復(fù)合的材料稱為熱塑性玻璃鋼。具有高的力學(xué)性能、介電性能、耐熱性和抗老化性，成形性好，且比強(qiáng)度不低。

尼龍66玻璃鋼的剛度、強(qiáng)度、減摩性好，常用來制作軸承、軸承架、齒輪等精密件、電工件、汽車儀表及前后燈等；

ABS玻璃鋼常用來制作化工裝置、管道、容器等；聚苯乙烯玻璃鋼常用來制作汽車內(nèi)裝制品、收音機(jī)機(jī)殼、空調(diào)葉片等；

聚碳酸酯玻璃鋼常用來制作耐磨、絕緣儀表等。4.7非金屬材料(2)碳纖維復(fù)合材料①碳纖維-樹脂復(fù)合材料

特點(diǎn)：是密度小，強(qiáng)度高，彈性模量大，比強(qiáng)度和比模量高，抗疲勞性能優(yōu)良，耐沖擊、耐磨、耐蝕及耐熱。

用途：飛機(jī)、宇宙飛船和航天器的零件；人造衛(wèi)星和火箭的機(jī)架、殼體。②碳纖維-金屬(或合金)復(fù)合材料

特點(diǎn)：是比強(qiáng)度和比模量高，高溫強(qiáng)度、減摩性和導(dǎo)電性好。

用途：主要用于制造飛機(jī)蒙皮、螺旋槳、航天飛機(jī)外殼、運(yùn)載火箭的大直徑圓錐段。③碳纖維-陶瓷復(fù)合材料較高的沖擊韌度和抗熱振性，脆性低，高溫下不被氧化。4.7非金屬材料(3)硼纖維復(fù)合材料①硼纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料②硼纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料

特點(diǎn)：密度小，剛度大，具有高的比強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。

用途：主要用于飛機(jī)或航天器蒙皮、大型壁板、長(zhǎng)梁、加強(qiáng)肋、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等。

特點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及比強(qiáng)度都高于鋁合金和鈦合金，且蠕變小，硬度和彈性模量高，疲勞強(qiáng)度很高，耐輻射性及導(dǎo)熱性極好。用途：主要用于制作航空、航天工業(yè)中，如飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、軌道飛行器等。4.7非金屬材料

2.顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料(1)金屬陶瓷金屬陶瓷中常用的增強(qiáng)粒子為金屬氧化物、碳化物、氮化物等陶瓷粒子。陶瓷粒子耐熱性好，硬度高，但脆性大，一般采用粉末冶金法將陶瓷粒子與金屬基體粘接在一起。(2)彌散強(qiáng)化合金彌散強(qiáng)化合金是一種將少量的顆粒尺寸極細(xì)的增強(qiáng)微粒高度彌散地均勻分布在金屬基體中的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。

常用晶須有：氧化鋁、氮化鈦和碳化硅等。(4)晶須增強(qiáng)復(fù)合材料4.7非金屬材料

在工程上，有很多零件使用時(shí)失效僅發(fā)生在零件的表面局部區(qū)域，要求該區(qū)域表面耐磨、耐蝕。為降低成本，我們可預(yù)先將陶瓷顆粒與適量粘結(jié)劑混制成膏狀，涂抹在鑄型中零件需要復(fù)合的位置，或者將陶瓷顆粒直接做成預(yù)制塊放置在鑄型中，在澆鑄時(shí)一次成形。這種復(fù)合材料可靈活更換基體金屬，最大限度地發(fā)揮復(fù)合層與基體的性能優(yōu)勢(shì)，大大提高表面復(fù)合層的耐磨性和其他特殊性能。主要用于嚴(yán)酷工況的耐磨、耐蝕、耐高溫零件。

(3)表面復(fù)合材料4.7非金屬材料3.層狀復(fù)合材料(1)雙層金屬?gòu)?fù)合材料

圖6-2簡(jiǎn)易恒溫器4.7非金屬材料(2)塑料-金屬多層復(fù)合材料

圖6-3SF型三層復(fù)合材料1-表面層(塑料);2-中間層(多孔性青銅);3-鋼基體適用于制作高應(yīng)力、高溫及低溫和無油潤(rùn)滑條件下工作的各種滑動(dòng)軸承，已應(yīng)用于汽車、礦山機(jī)械、化工機(jī)械中。

4.7非金屬材料4.8.1零件失效分析典型機(jī)械零件材料的選用4.8失效是指零件在使用過程中喪失或達(dá)不到原來設(shè)計(jì)的效能。具體表現(xiàn)為：①完全破壞不能工作；②雖然能工作但達(dá)不到預(yù)定的功能或不能保證工作精度；③損壞不嚴(yán)重但繼續(xù)工作不安全。

上述情況中任何一種發(fā)生，都認(rèn)為零件已失效。例如，齒輪在工作過程中磨損而不能正常嚙合及傳遞動(dòng)力；主軸在工作過程中變形失去精度等均屬于失效。4.8典型機(jī)械零件材料的選用1零件的失效形式

1.過量變形失效過量變形失效是指零件變形量超過允許范圍而造成的失效。過量變形失效主要有過量彈性變形、過量塑性變形、蠕變變形而造成的失效。

2.斷裂失效斷裂失效是指零件完全斷裂而無法工作的失效。斷裂形式主要有塑性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂等。

3.表面損傷失效零件在工作中，因機(jī)械或化學(xué)作用，使其表面損傷而造成的失效。表面損傷失效主要有表面磨損失

效、表面腐蝕失效、表面疲勞失效(疲勞點(diǎn)蝕)。4.8典型機(jī)械零件材料的選用2零件失效的原因

1.設(shè)計(jì)因素零件的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸設(shè)計(jì)不合理，存在尖角、尖銳缺口和過小的過渡圓角等缺陷。

2.材料因素材料的成分與設(shè)計(jì)要求不符，選用的材料質(zhì)量差，內(nèi)部含有氣孔、雜質(zhì)元素、夾雜物或不良組織等各種冶金缺陷，使得零件達(dá)不到應(yīng)有的性能指標(biāo)；混料或錯(cuò)料。4.8典型機(jī)械零件材料的選用3.加工工藝因素零件在加工過程中，工藝方法、工藝參數(shù)不正確等。如零件在機(jī)械加工過程中，表面粗糙度值過大、刀痕紋路較深或磨削時(shí)產(chǎn)生較高的殘余應(yīng)力或裂紋；鑄件中有氣孔、疏松、夾雜甚至裂紋；鍛造溫度過高產(chǎn)生的過熱、過燒，溫度過低因材料塑性下降而產(chǎn)生的開裂；鋼中含硫量過多，出現(xiàn)的熱脆；鍛造流線分布不合理等都會(huì)造成零件的失效。

4.安裝使用因素機(jī)器在裝配和安裝過程中，由于裝配過緊、過松，在使用過程中，操作、維護(hù)、保養(yǎng)不當(dāng)或違規(guī)使用。4.8典型機(jī)械零件材料的選用1選材的原則選材的原則、方法和步驟4.8.2

1.充分考慮材料的使用性使用性能包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，一般機(jī)械零件主要是力學(xué)性能。

零件的工作條件主要指：

(1)受力情況：包括受力形式(拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等)、載荷性質(zhì)(靜載、循環(huán)變載、沖擊、載荷分布等)、受摩擦情況等；

(2)工作環(huán)境：如工作溫度、環(huán)境介質(zhì)的性質(zhì)，是否有腐蝕性等；4.8典型機(jī)械零件材料的選用(3)特殊性能要求：如導(dǎo)電、導(dǎo)熱、密度、外觀、色澤等。

2.必須兼顧材料的工藝性

工藝性是指材料能否保證順利地加工制造成零件。

3.注重材料的經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性：加工成零件后價(jià)格便宜，成本低廉。零件的總成本包括材料本身價(jià)格、加工費(fèi)、管理費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)和安裝費(fèi)等。碳鋼、鑄鐵價(jià)格較低，加工方便，在滿足使用性能前提下，應(yīng)優(yōu)先選用。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼價(jià)格低于合金鋼，有色金屬、鉻鎳不銹鋼、高速工具鋼價(jià)格高，應(yīng)

盡量少用。生產(chǎn)中，應(yīng)盡量使用簡(jiǎn)單設(shè)備、減少加工工序數(shù)量、采用少切削或無切削加工等措施，以降低加工費(fèi)用。4.8典型機(jī)械零件材料的選用2選材的方法和步驟1）按力學(xué)性能選材的基本方法

(1)以綜合力學(xué)性能為主時(shí)的選材

承受沖擊力和循環(huán)載荷的零件，如連桿、錘桿、鍛模等，其性能要求主要是綜合力學(xué)性能要好，根據(jù)零件的受力和尺寸大小，常選用中碳鋼或中碳合金鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。

(2)以疲勞強(qiáng)度為主時(shí)的選材疲勞破壞是零件在交變應(yīng)力作用下最常見的破壞形式，如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、齒輪、彈簧及滾動(dòng)軸承等零件的失效，大多數(shù)是由疲勞破壞引起的。這類零件的選材，應(yīng)主要考慮疲勞強(qiáng)度。4.8典型機(jī)械零件材料的選用

(3)以磨損為主時(shí)的選材

①承載不大，磨損較大，受力較小的零件和各種量具，如鉆套、頂尖等，可選用高碳鋼或高碳合金鋼進(jìn)行淬火和低溫回火；

②受磨損和交變應(yīng)力的零件，應(yīng)選用能進(jìn)行表面淬火或滲碳、滲氮等的鋼材。例如機(jī)床中重要的齒輪和主軸，應(yīng)選用中碳鋼或中碳合金鋼，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)后再進(jìn)行表面淬火，獲得較好的綜合力學(xué)性能；

③承受交變載荷，沖擊載荷，且摩擦較大。如汽車、拖拉機(jī)變速齒輪，應(yīng)選用低碳鋼經(jīng)滲碳后淬火、低溫回火；

④要求硬度、耐磨性更高以及熱處理變形小的精密零件，如高精度磨床主軸及鏜床主軸等，常選用氮化用鋼進(jìn)行滲氮處理。4.8典型機(jī)械零件材料的選用

2.選材的步驟

(1)分析零件的工作條件及失效形式，確定零件的性能要求(使用性能和工藝性能)。

(2)對(duì)同類零件情況進(jìn)行調(diào)查研究，從使用性能、原材料供應(yīng)和加工等方面分析選材是否合理，以此作為選材的參考；

(3)通過力學(xué)計(jì)算或試驗(yàn)等方法，確定零件應(yīng)具有的力學(xué)性能指標(biāo)或理化性能指標(biāo)；

(4)合理選擇材料；

(5)確定熱處理方法或其他強(qiáng)化方法；

(6)審核所選材料的經(jīng)濟(jì)性；

(7)零件投產(chǎn)前應(yīng)對(duì)所選材料進(jìn)行試驗(yàn)，以驗(yàn)證所選材料與熱處理方法能否達(dá)到各項(xiàng)性能指標(biāo)要求，當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果基本滿意后，可小批投產(chǎn)。4.8典型機(jī)械零件材料的選用1齒輪類零件典型零件的選材及熱處理工藝分析4.8.31）齒輪的主要作用是傳遞扭矩、調(diào)節(jié)速度、改變運(yùn)動(dòng)方向。2）齒輪的工作條件（1）一對(duì)相互嚙合的齒輪，是通過齒面的接觸、滑動(dòng)傳遞動(dòng)力，所以齒根受很大交變彎曲應(yīng)力作用、齒面受較大接觸應(yīng)力并有強(qiáng)烈的摩擦和磨損。（2）在換擋、啟動(dòng)、嚙合不良時(shí)，承受一定的沖擊載荷。4.8典型機(jī)械零件材料的選用

(2)齒輪的主要失效形式齒輪主要失效形式是：斷齒、齒面剝落、磨損及過量塑性變形等。

(3)齒輪對(duì)材料性能的要求根據(jù)齒輪的受力情況和失效形式，要求制造齒輪的材料應(yīng)具備：

①高的彎曲疲勞強(qiáng)度；②齒面應(yīng)具有高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的硬度和耐磨性；③齒輪心部應(yīng)具有良好的綜合力學(xué)性能或較好的強(qiáng)韌性。4.8典型機(jī)械零件材料的選用

(1)中碳鋼和中碳合金鋼一般承載不大的低、中速傳動(dòng)齒輪，常選用40,45,40Cr，40MnB鋼等，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理或正火達(dá)到性能要求。經(jīng)表面淬火、低溫回火，表面硬度可達(dá)52-58HRC，具有較高的耐磨性。不能承受較大的沖擊載荷。（2）低碳鋼和低碳合金鋼

承受較大沖擊載荷和重載高速齒輪一般選用20CrMnTi，20MnVB鋼等。經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火，可使齒面獲得很高的硬度58-62HRC和耐磨性，心部具有較高的強(qiáng)度和韌性。5）齒輪類零件常用材料及熱處理齒輪的選材主要依據(jù)工作條件(如圓周速度、載荷性質(zhì)與大小以及精度要求等)來確定。4.8典型機(jī)械零件材料的選用

(3)對(duì)直徑較大，大于400-600mm，形狀復(fù)雜的齒輪毛坯，難以鍛造成形時(shí)，可采用鑄鋼，如ZG27-500，ZG310-570等。（4）對(duì)一些輕載、低速、不受沖擊、精度要求不高的不太重要的齒輪，可采用灰鑄鐵，如HT200，HT250，HT300等?；诣T鐵多用于開始傳動(dòng)，在閉式傳動(dòng)中，可用球墨鑄鐵代替鑄鋼制造齒輪，如QT600-3，QT500-7。（5）對(duì)儀表中某些在腐蝕介質(zhì)中工作的輕載齒輪，可采用黃銅、鋁青銅、錫青銅、硅青銅等有色金屬；對(duì)受力不大的儀器、儀表齒輪，在無潤(rùn)滑條件下工作的小齒輪，可采用尼龍，ABS，聚甲醛等工程塑料制造。4.8典型機(jī)械零件材料的選用6）齒輪選材舉例圖4.27解放牌汽車汽車變速箱齒輪4.8典型機(jī)械零件材料的選用

(1)工作條件及性能要求

任務(wù)是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到后輪，承受重載和大的沖擊力，工作條件比機(jī)床齒輪復(fù)雜，要求齒面具有高的硬度60～62HRC和耐磨性、吃心部具有高的強(qiáng)度和優(yōu)良的韌性。考慮到神探公益性的要求和淬透性的問題，可選用20CrMnTi鋼。

(2)加工工藝路線下料→齒坯鍛造→正火(950～970℃空冷)→粗加工、半精加工→滲碳(920～950℃滲碳6～8h)→預(yù)冷淬火(預(yù)冷至870～880℃油冷)→低溫回火→噴丸→校正花鍵孔→精磨齒。4.8典型機(jī)械零件材料的選用(3)熱處理工序的作用①正火均勻組織、細(xì)化晶粒、為以后的熱處理作組織準(zhǔn)備；消除鍛造應(yīng)力，調(diào)整硬度，改善切削加工性。②滲碳提高輪齒表層碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，保證滲碳層深度。③淬火、低溫回火

淬火是使齒面達(dá)到所要求的高硬度和高耐磨性，而心部具有較高的強(qiáng)度和足夠的韌性；低溫回火是為了消除淬火應(yīng)力及減少脆性。④噴丸可增大滲層表面的壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度，消除氧化皮。4.8典型機(jī)械零件材料的