材料特性及應(yīng)用

1、材料特性及應(yīng)用 目錄1、材料的特性2、金屬材料3、非金屬材料材料的特性Part1材材 料料 的的 特特 性性物物理理性性能能化化學(xué)學(xué)性性能能工工藝藝特特性性環(huán)環(huán)保保性性感感覺覺特特性性可可變變復(fù)復(fù)合合性性1. 材料的特性物理性能力學(xué)性能塑性強(qiáng)度硬度韌性1.1 物理特性強(qiáng)度強(qiáng)度：材料在：材料在外力作用外力作用下抵抗塑性變形和破壞作用的能力。下抵抗塑性變形和破壞作用的能力。 包括包括：抗拉強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。、抗彎強(qiáng)度等。1.11 強(qiáng)度彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形 彈性彈性: : 材料受外力作用而發(fā)生變材料受外力作用而發(fā)生變 形，外力除去后能恢復(fù)原形，外力除去后能恢復(fù)原 狀的性能。狀的

2、性能。 塑性塑性: : 材料受外力作用而發(fā)生變材料受外力作用而發(fā)生變 形，外力除去時(shí)，仍能保形，外力除去時(shí)，仍能保 持變形后的形狀，而不恢持變形后的形狀，而不恢 復(fù)原形的性能。復(fù)原形的性能。1.12 塑性脆性脆性：材料受外力作用達(dá)到一定限度后，：材料受外力作用達(dá)到一定限度后，產(chǎn)生破壞而無明顯變形的能力。產(chǎn)生破壞而無明顯變形的能力。韌性韌性: : 材料在沖擊荷重或振動(dòng)荷重下能承受材料在沖擊荷重或振動(dòng)荷重下能承受很大的變形而不致破壞的性能。很大的變形而不致破壞的性能。1.13 韌性硬度硬度：是指材料表面抵抗穿透和刮劃的能力。：是指材料表面抵抗穿透和刮劃的能力。耐磨性耐磨性：是指材料表面抵抗磨損的能

3、力。：是指材料表面抵抗磨損的能力。一般說來，硬度大的材料，耐磨性較強(qiáng)，但是不易加工。一般說來，硬度大的材料，耐磨性較強(qiáng)，但是不易加工。1.13 硬度化化 學(xué)學(xué) 性性 能能耐候性耐候性耐腐蝕性耐腐蝕性抗氧化性抗氧化性材料抵抗周圍介質(zhì)腐蝕破材料抵抗周圍介質(zhì)腐蝕破壞的能力。壞的能力。材料在常溫或高溫時(shí)抵抗氧化材料在常溫或高溫時(shí)抵抗氧化作用的能力。作用的能力。材料在各種氣候條件下，保持物理和化材料在各種氣候條件下，保持物理和化學(xué)性能不變的性質(zhì)。學(xué)性能不變的性質(zhì)。1.2 化學(xué)特性工工 藝藝 特特 性性表面處理工藝表面處理工藝成型工藝成型工藝加工工藝加工工藝材料適應(yīng)各種工藝處理要求的能力。材料適應(yīng)各種工藝

4、處理要求的能力。 1.3 工藝特性不同成形工藝對(duì)造型的影響不同成形工藝對(duì)造型的影響(a)鑄造成型鑄造成型(b)厚鋼板焊接成型厚鋼板焊接成型(c)薄鋼板彎折成型薄鋼板彎折成型金屬材料Part2金屬材料分類金屬材料黑色金屬有色金屬碳鋼合金鋼其他銅合金鋁、鎂合金其他鑄鐵2.1 碳鋼 碳鋼指的是含碳量在2.11%以下的鐵碳合金，根據(jù)含碳量的多少可分為低碳鋼（0.10.25%）、中碳鋼（0.250.6%）和高碳鋼（0.61.7%）。 幾種常用碳鋼的化學(xué)成分：牌號(hào)牌號(hào)化學(xué)成分，化學(xué)成分，%CSiMnCrNiCuSP不大于250.220.290.170.370.500.800.250.300.250.035

5、0.035450.420.500.170.370.500.800.250.300.250.0350.035800.770.850.170.370.500.800.250.300.250.0350.035牌號(hào)牌號(hào)力學(xué)性能力學(xué)性能硬度抗拉強(qiáng)度/Mpa屈服強(qiáng)度/Mpa伸長(zhǎng)率/%斷面收縮率/%25未熱處理170HB450275235545熱軋鋼229HB退火鋼197HB調(diào)質(zhì)硬度HRC2234600355174080未熱處理285HB淬火硬度可62HRC1080930630幾種常用碳鋼力學(xué)性能對(duì)比：隨著含碳量的增加，碳鋼的硬度和強(qiáng)度增加，塑韌性下降。2.11 碳鋼的力學(xué)性能 2.12 碳鋼的應(yīng)用 低碳鋼

6、強(qiáng)度、硬度較低，但有著較好的塑、韌性，冷成形性良好，常用于鈑金件。如：汽車車身、電腦主機(jī)箱、空調(diào)外殼、機(jī)械設(shè)備的外殼等。 中碳鋼擁有較好的綜合力學(xué)性能，在碳鋼中應(yīng)用范圍最廣，適合制造機(jī)械零部件和作為建筑材料使用。高碳鋼擁較高的強(qiáng)度和硬度，高的彈性極限和疲勞極限，但焊接性能和冷塑性變形能力差。 常用于制造對(duì)硬度和耐磨性要求較高的錘、撬棍、銷等。2.2合金鋼 在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加其它合金元素就構(gòu)成了合金鋼。根據(jù)添加合金元素的多少可以將合金鋼分為低合金鋼（合金元素總含量5%）、中合金鋼（5%10%）和高合金鋼（10%）。合金元素中經(jīng)常加入的合金元素有錳（Mn）、硅(Si)、鉻（Cr）、鎳（Ni）、

7、鉬（Mo）、鎢（W）、鈦（Ti）、硼（B）、鋁（Al）、鈮（Nb）、鋯（Zr）等。2.21 幾種常用的低合金鋼16Mn（現(xiàn)已歸入Q345）廣泛應(yīng)用于橋梁、車輛、船舶、建筑、壓力容器等。 GB/T1591對(duì)Q345A的化學(xué)成分的要求如下：C0.20%，Mn 1.70%，Si0.50%，P0.035%，S0.035%。在碳鋼中加入Mn元素對(duì)材料力學(xué)性能的影響：可以大幅提高材料的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，對(duì)材料的塑、韌性影響較小。但也會(huì)降低材料的焊接性和耐腐蝕性。含碳量相近的15號(hào)鋼屈服強(qiáng)度僅略大于225Mpa，而加入Mn元素后材料的屈服強(qiáng)度超過了345Mpa。40Cr40Cr鋼是機(jī)械制造業(yè)使用最廣泛的鋼

8、之一 ，可用于制造汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、后半軸、齒輪、曲軸、連桿、機(jī)床蝸桿等。 化學(xué)成分如下表（與40鋼對(duì)比）：牌號(hào)牌號(hào)化學(xué)成分化學(xué)成分/%CSiMnCrNiPSCu400.370.440.170.370.500.800.250.300.0350.0350.2540Cr0.370.440.170.370.500.800.801.100.0300.0350.0350.030碳鋼中加入Cr元素對(duì)材料力學(xué)性能的影響：顯著提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性，同時(shí)降低塑性和韌性。通過加入Cr元素，屈服強(qiáng)度由40號(hào)鋼的335Mpa提高到了785Mpa。35CrMo 用于制造承受沖擊、彎扭、高載荷的各種機(jī)器中的重要零件

9、，如軋鋼機(jī)人字齒輪、曲軸、錘桿、連桿、緊固件，汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)主軸、車軸，發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)零件等?；瘜W(xué)成分如下表（與35鋼對(duì)比）：牌號(hào)牌號(hào)化學(xué)成分化學(xué)成分/%CSiMnCrMoNiPSCu350.370.440.170.370.500.800.25-0.300.0350.0350.2535CrMo0.320.400.170.370.400.700.801.100.150.250.300.0350.0350.30碳鋼中加入Mo元素對(duì)材料力學(xué)性能的影響：可以是材料的晶粒細(xì)化，并提高熱強(qiáng)性，進(jìn)而提高材料的使用溫度。35號(hào)鋼屈服強(qiáng)度315Mpa，35CrMo的屈服強(qiáng)度為835Mpa。2.22 不銹鋼 根據(jù)組織的狀

10、態(tài)不銹鋼可以分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。幾種常用的不銹鋼304（0Cr18Ni9）【304L(00Cr19Ni10)】 主要用于不銹鋼餐具、浴室廚房用具以及某些對(duì)抗腐蝕性能要求較高的零件。主要力學(xué)性能見下表：抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%斷面收縮率/%硬度/HB 5202054060187 從304不銹鋼力學(xué)性能參數(shù)來看，強(qiáng)度和硬度都不算高，有很好的塑、韌性。屈服強(qiáng)度和硬度比20號(hào)鋼還略低，抗拉強(qiáng)度也僅僅只是與45號(hào)鋼相當(dāng)。316（0Cr18Ni12Mo2）【316L（00Cr17Ni14Mo2）】 在304不銹鋼的基礎(chǔ)上提高了Ni含量

11、，并加入了約2%的Mo，大幅提升了抗氯化物腐蝕的能力，主要用于食品工業(yè)和外科手術(shù)器材。非金屬材料Part3非金屬材料高分子材料陶瓷材料塑料橡膠合成纖維普通陶瓷特種陶瓷非金屬材料分類非金屬材料分類按加工特性分類熱塑性塑料和熱固性塑料項(xiàng)目項(xiàng)目熱塑性塑料熱塑性塑料熱固性塑料熱固性塑料加工特性加工特性受熱軟化、熔融、塑制成一定受熱軟化、熔融、塑制成一定形狀，冷卻后固化定型形狀，冷卻后固化定型未成型前受熱軟化，熔融可塑制成一定未成型前受熱軟化，熔融可塑制成一定形狀，在熱和固化劑作用下，一次硬化形狀，在熱和固化劑作用下，一次硬化定型定型重復(fù)加工性重復(fù)加工性再次受熱，仍可軟化、熔融，再次受熱，仍可軟化、熔融

12、，反復(fù)多次加工反復(fù)多次加工受熱不熔融，達(dá)到一定溫度分解破壞，受熱不熔融，達(dá)到一定溫度分解破壞，不能反復(fù)加工不能反復(fù)加工化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)線性高分子線性高分子由線性分子變?yōu)轶w形分子由線性分子變?yōu)轶w形分子舉例舉例PEPE、PPPP、PVCPVC、ABSABSPFPF、UFUF、MFMF、EPEP3.1 塑料 聚乙烯(PE) 1.為白色蠟狀半透明材料，柔而韌，無毒。2.易燃燒且離火后繼續(xù)燃燒。3.易老化。幾種常見塑料的應(yīng)用聚丙烯（PP）1.無毒、無味，密度?。?.9）；2.強(qiáng)度、剛度、硬度、耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯；3.具有良好的電性能和高頻絕緣性。 聚氯乙烯（PVC） 分為硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種。硬質(zhì)聚氯乙烯

13、強(qiáng)度較高，絕緣性和耐蝕性好，耐熱性差，在1560溫度范圍使用。軟質(zhì)聚氯乙烯強(qiáng)度低于硬質(zhì)聚氯乙烯，伸長(zhǎng)率大，絕緣性較好。聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET)1.有良好的力學(xué)性能，沖擊強(qiáng)度是其他薄膜的35倍；2.無毒、無味，衛(wèi)生安全性好，可直接用于食品包裝；3.溫度達(dá)到70時(shí)易變形，且有對(duì)人體有害的物質(zhì)溶出。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚體（ABS）1. 沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品性；沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品性；2. .易加工、尺寸穩(wěn)定性好、表面光澤性；易加工、尺寸穩(wěn)定性好、表面光澤性；3. 還可以進(jìn)行表面噴鍍金屬、電鍍等二次加工。還可以進(jìn)行表面噴鍍金屬、電鍍等二次加工。聚酰胺(PA

14、，俗稱尼龍)1優(yōu)良的力學(xué)性能。尼龍的機(jī)械強(qiáng)度高，韌性好。2自潤(rùn)性、耐摩擦性好，可作為傳動(dòng)部件其使用壽命長(zhǎng)。3.優(yōu)良的耐熱性?？稍?50下長(zhǎng)期期使用。4.吸水性。尼龍吸水性大，飽和水可達(dá)到3%以上。在一定程度影響制件的尺寸穩(wěn)定性。聚四氟乙烯（PTFE）耐高溫最高使用工作溫度達(dá)250。耐低溫最低使用溫度-196，也可保持5%的伸長(zhǎng)率。耐腐蝕耐對(duì)大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑。耐氣候有塑料中最佳的老化壽命。高潤(rùn)滑是固體材料中摩擦系數(shù)最低者。電絕緣性可以抵抗1500伏高壓電。373.2 橡膠38橡膠材料特性比較圖39 橡膠材料耐化學(xué)性40橡膠材料耐溫性力學(xué)性能 抗拉強(qiáng)度低、抗壓強(qiáng)度高，硬度高，是典型的脆性材料。物理性能 電阻率高、絕緣性好，熔點(diǎn)高，耐熱性好，是良好的高溫材料?；瘜W(xué)性能 耐酸、堿、鹽腐蝕。但不耐熔鹽、熔融金屬的腐蝕。 3.3陶瓷 陶瓷的性能特點(diǎn)新型陶瓷材料傳統(tǒng)陶瓷