精密機(jī)械設(shè)計(jì)

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QQ:494618第七章工程材料及熱處理二、常用工程材料黑色金屬有色金屬非金屬材料復(fù)合材料新型及特種用途材料1、黑色金屬指鐵、錳、鉻的統(tǒng)稱，包括鋼和以鐵為主的合金。在鐵碳合金中，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%的合金稱為鋼。（1）碳鋼與合金鋼根據(jù)碳含量，碳鋼分為：低碳鋼：<0.25%中碳鋼：0.3～0.55%高碳鋼：>0.6%根據(jù)鋼的質(zhì)量，碳鋼分為：普通碳素鋼：S、P含量分別低于0.055%和0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S、P含量均低于0.040%高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S、P含量分別低于0.030%和0.035%根據(jù)鋼的用途，碳鋼分為：碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種工程構(gòu)件和機(jī)器零件，屬于低碳和 中碳鋼。碳素工具鋼：主要用于制造各種刀具、工具、量具、模具等，屬于 高碳鋼。根據(jù)用途，合金鋼分為：合金結(jié)構(gòu)鋼：普通低合金鋼、易削鋼、彈簧鋼、軸承鋼合金工具鋼：刃具鋼、模具鋼、量具鋼特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼根據(jù)合金元素含量，合金鋼分為：低合金鋼：<5%中合金鋼：5～10% 高合金鋼：>10%根據(jù)正火狀態(tài)，合金鋼分為：珠光體鋼馬氏體鋼 貝氏體鋼 奧氏體鋼 鐵素體鋼鋼的牌號(hào)：

a)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼甲類鋼（機(jī)械性能）：A代號(hào)：乙類鋼（化學(xué)成分）：B特類鋼（機(jī)械性能與化學(xué)成分）：C數(shù)字：表示含碳量或強(qiáng)度如A3鋼。

b)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用兩位數(shù)字表示含碳量為萬分之幾。如45鋼，含碳量為0.45%；45Mn，鋼中含錳較多。

c)碳素工具鋼含碳量較高，0.65～1.35%。代號(hào)：T數(shù)字：表示含碳量為千分之幾。如T8鋼，含碳量為0.8%；T8A，高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。

d)合金結(jié)構(gòu)鋼兩位數(shù)字+合金元素符號(hào)+數(shù)字如12CrNi3鋼，含碳量0.12%，含Cr小于1.5%，平均含Ni3%。

e)合金工具鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼類似，只是當(dāng)含碳量大于等于1%時(shí)，不注明；小于1%時(shí)，以千分之幾表示。如9CrSi鋼，含碳量為0.9%；Cr,Si含量均小于1.5%。含碳量的萬分之幾元素含量的百分之幾，1.5%以下不注碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板、鋼筋建筑構(gòu)件螺釘、鉚釘鋼橋梁碳素結(jié)構(gòu)鋼齒輪螺栓優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼曲軸彈簧優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼銼刀碳素工具鋼量規(guī)鉆頭撥叉變速齒輪合金滲碳鋼汽車萬向節(jié)連桿合金調(diào)質(zhì)鋼合金彈簧鋼滾珠滾珠軸承滾珠軸承鋼銑刀合金刃具鋼合金模具鋼

模具螺紋規(guī)游標(biāo)卡尺千分尺量具用鋼燃?xì)廨啓C(jī)耐熱鋼破碎機(jī)顎板履帶鐵軌分道叉挖掘機(jī)斗齒耐磨鋼

（2）灰口鑄鐵 （鑄鐵分四種：灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵。）含片狀石墨，斷口呈灰色。分普通鑄鐵和孕育鑄鐵。普通灰口鑄鐵的化學(xué)成分：C2.7～3.6%Si1.0～2.2%Mn0.5～1.3%P<0.13%S<0.15%

牌號(hào)：HT20-40最低抗拉強(qiáng)度最低抗彎強(qiáng)度灰口鑄鐵的特點(diǎn)：脆性大（片狀石墨的存在）彈性模量低于鋼抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的３～５倍耐蝕性好于鋼（城市灰鐵上下水管道的使用壽命達(dá)百余年）成本低，鑄造性好減振性能好可制成形狀復(fù)雜的零件

（3）球墨鑄鐵含球狀石墨。牌號(hào)：QT40-17

特點(diǎn)：塑性、韌性比灰口鑄鐵好具有較高的延展性和耐磨性強(qiáng)度比灰口鐵高屈強(qiáng)比高，約為0.7～0.8（碳鋼只有0.5）抗壓是抗拉強(qiáng)度的2倍減振性、耐磨性、切削性能、鑄造性均優(yōu)于鋼最低抗拉強(qiáng)度伸長率重型機(jī)械齒輪鑄鋼2、有色金屬指非鐵金屬及其合金，減摩性、耐蝕性、耐熱性、導(dǎo)電性好。

（1）銅合金可以分為：黃銅 錫青銅 鋁青銅 鈹青銅 白銅

a)黃銅（銅鋅合金）易成形，耐蝕性好，色澤美觀。牌號(hào)：H70（含銅70%，其余為鋅）ZH70（鑄造黃銅）用于光學(xué)儀器零件的制造，齒輪、蝸輪、襯套、軸、鏡座等。b)錫青銅（銅錫合金）耐蝕性比黃銅和純銅高。牌號(hào)：QSn4-3（含Sn4%，含Zn3%）ZQSn10（含Sn10%的鑄造錫青銅）用于制造彈簧、片簧、軸承、軸套、墊圈、抗磁元件等。

c)鋁青銅（銅鋁合金）含鋁11%以下，機(jī)械性能比黃銅、錫青銅好，但鑄造性、焊接性差，因此用量少。牌號(hào)：QAl5（含Al5%）用于制造彈簧和高耐蝕性的彈性元件。d)鈹青銅（銅鈹合金）具有時(shí)效硬化特性，強(qiáng)度、硬度、彈性極限、疲勞極限有提高，良好的耐蝕性，導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性好，無磁性，但價(jià)格較高。牌號(hào)：QBe2（含Be2.0%）用于制造精密儀器的重要彈簧和其他彈性元件。e)白銅（銅鎳合金）具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，優(yōu)良的塑性、耐蝕性，電阻率高。牌號(hào)：B19（含Ni19%）用于制造船舶儀器，如刻度盤，能抵抗海水、有機(jī)酸、鹽類溶液的腐蝕。

（2）鋁合金密度小，熔點(diǎn)低，導(dǎo)熱、導(dǎo)電性好，塑性高，強(qiáng)度低，耐磨性差，切削性能好，無火花，反射性好，抗腐蝕（三氧化二鋁）。

a)變形鋁合金經(jīng)過熱態(tài)或冷態(tài)壓力加工，制成板材，型材使用，塑性變形能力好，適用于鍛造、軋制和擠壓。如Al-Mn、Al-Mg、Al-Cu-Mg合金等。牌號(hào)：LF（防銹鋁合金）LY（硬鋁）

b)鑄造鋁合金具有良好的鑄造性能。如Al-Si、Al-Cu、Al-Zn合金等。牌號(hào)：ZL102常用鋁合金種類、牌號(hào)

（3）鈦合金密度小，耐蝕性好，強(qiáng)度高，耐高溫，低溫韌性好。Ti，銀白色，熔點(diǎn)1668C，密度4.5g/cm。3o鈦泵鈦合金人工關(guān)節(jié)鈦飛船葉片3、非金屬材料包括工程塑料、橡膠、人工合成礦物。

（1）工程塑料密度小，耐蝕性好，絕緣，加工性好。機(jī)械強(qiáng)度差，特別是剛性差，耐熱性低，一般100C以下。散熱性差，易老化，易燃。通常有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、聚碳酸酯、有機(jī)玻璃、聚甲醛和聚酰胺（尼龍）。聚乙烯（PE）塑料可制作食品包裝袋、奶瓶、容器等。聚氯乙烯（PVC）塑料可用于建筑材料。聚丙烯（PP）可用于水暖結(jié)構(gòu)件。聚苯乙烯（PS）可用于制造儀表外殼。oPE管材聚丙烯制成電容器外皮聚丙烯管子摩托車擋泥板

（2）橡膠彈性好，絕緣性好，耐磨損，耐化學(xué)腐蝕，耐放射性。主要用于彈性材料、密封材料、減振材料、傳動(dòng)材料。常用的橡膠材料有天然橡膠、合成橡膠和特種合成橡膠。合成橡膠有丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠等。特種合成橡膠有丁腈（jing）橡膠、硅橡膠、氟橡膠等。

（3）人工合成礦物主要有剛玉和石英。o順丁橡膠4、復(fù)合材料由兩種以上在物理和化學(xué)上不同的物質(zhì)結(jié)合起來而得到的一種多相固體材料。（引自ISO）復(fù)合材料由基體材料和增強(qiáng)材料組成，基體一般是強(qiáng)度高、韌性好的材料，如聚合物、橡膠、金屬等，而增強(qiáng)材料是高強(qiáng)度、高彈性模量的材料，如玻璃纖維、碳纖維、硼纖維等。

特點(diǎn)：高比強(qiáng)度、高比模量抗疲勞性能好減摩、耐磨、自潤滑性能好化學(xué)穩(wěn)定性好具有其他特殊性能，如隔熱性，特殊的電、光、磁性?？箾_擊性能低通常具有很強(qiáng)的方向性成本高5、新型及特種用途材料

（1）非晶態(tài)合金也稱為金屬玻璃，由熔融狀態(tài)的合金極高速冷卻，凝固后仍保持液態(tài)結(jié)構(gòu)而得到的材料。特點(diǎn)：高的強(qiáng)度、硬度和斷裂韌性，良好的磁性及耐蝕性（某些情況下比不銹鋼好）?？捎糜谥圃熳儔浩?、磁頭、耐腐蝕管道、電池電極、海底電纜屏蔽等。

（2）納米材料組成材料的顆粒尺寸為納米量級(jí)，存在三方面效應(yīng)：小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)，因此具有特殊物理、化學(xué)性能。納米材料已經(jīng)用于化工催化、敏感材料、吸波材料、阻熱材料、涂層材料等。

（3）梯度材料依據(jù)使用要求，選擇兩種不同性能的材料進(jìn)行復(fù)合，使材料中間部分的組成和結(jié)構(gòu)連續(xù)的呈梯度變化，內(nèi)部不存在明顯界面，從而使材料的性質(zhì)和功能沿厚度方向也呈梯度變化。主要用于航天領(lǐng)域，如航天發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室側(cè)壁（金屬與陶瓷）。

（4）記憶合金具有形狀記憶效應(yīng)，即一定形狀的合金在某種條件下經(jīng)塑性變形，然后加熱至該材料的某一臨界溫度以上時(shí)，又完全恢復(fù)原來的形狀。主要有Ti-Ni、Au-Cd、Cu-Zn-Sn合金等。應(yīng)用示例：海底輸油管道修補(bǔ)、利用海水溫差發(fā)電。

（5）儲(chǔ)氫材料以金屬氫化物的形式吸收氫，加熱后又能釋放氫的金屬。主要有鎂系合金、稀土系合金、鈦系合金等。光功能材料的應(yīng)用--紅外透鏡光學(xué)塑料