精密機械設計

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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合材料新型及特種用途材料1、黑色金屬指鐵、錳、鉻的統稱，包括鋼和以鐵為主的合金。在鐵碳合金中，碳質量分數小于2.11%的合金稱為鋼。（1）碳鋼與合金鋼根據碳含量，碳鋼分為：低碳鋼：<0.25%中碳鋼：0.3～0.55%高碳鋼：>0.6%根據鋼的質量，碳鋼分為：普通碳素鋼：S、P含量分別低于0.055%和0.045%優(yōu)質碳素鋼：S、P含量均低于0.040%高級優(yōu)質碳素鋼：S、P含量分別低于0.030%和0.035%根據鋼的用途，碳鋼分為：碳素結構鋼：主要用于制造各種工程構件和機器零件，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。根據用途，合金鋼分為：合金結構鋼：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：

a)普通碳素結構鋼甲類鋼（機械性能）：A代號：乙類鋼（化學成分）：B特類鋼（機械性能與化學成分）：C數字：表示含碳量或強度如A3鋼。

b)優(yōu)質碳素結構鋼用兩位數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：T數字：表示含碳量為千分之幾。如T8鋼，含碳量為0.8%；T8A，高級優(yōu)質碳素工具鋼。

d)合金結構鋼兩位數字+合金元素符號+數字如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構鋼類似，只是當含碳量大于等于1%時，不注明；小于1%時，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%以下不注碳素結構鋼鋼板、鋼筋建筑構件螺釘、鉚釘鋼橋梁碳素結構鋼齒輪螺栓優(yōu)質碳素結構鋼曲軸彈簧優(yōu)質碳素結構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)連桿合金調質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)游標卡尺千分尺量具用鋼燃氣輪機耐熱鋼破碎機顎板履帶鐵軌分道叉挖掘機斗齒耐磨鋼

（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成分：C2.7～3.6%Si1.0～2.2%Mn0.5～1.3%P<0.13%S<0.15%

牌號：HT20-40最低抗拉強度最低抗彎強度灰口鑄鐵的特點：脆性大（片狀石墨的存在）彈性模量低于鋼抗壓強度是抗拉強度的３～５倍耐蝕性好于鋼（城市灰鐵上下水管道的使用壽命達百余年）成本低，鑄造性好減振性能好可制成形狀復雜的零件

（3）球墨鑄鐵含球狀石墨。牌號：QT40-17

特點：塑性、韌性比灰口鑄鐵好具有較高的延展性和耐磨性強度比灰口鐵高屈強比高，約為0.7～0.8（碳鋼只有0.5）抗壓是抗拉強度的2倍減振性、耐磨性、切削性能、鑄造性均優(yōu)于鋼最低抗拉強度伸長率重型機械齒輪鑄鋼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：H70（含銅70%，其余為鋅）ZH70（鑄造黃銅）用于光學儀器零件的制造，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：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：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）具有時效硬化特性，強度、硬度、彈性極限、疲勞極限有提高，良好的耐蝕性，導熱性、導電性好，無磁性，但價格較高。牌號：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）具有適當的強度，優(yōu)良的塑性、耐蝕性，電阻率高。牌號：B19（含Ni19%）用于制造船舶儀器，如刻度盤，能抵抗海水、有機酸、鹽類溶液的腐蝕。

（2）鋁合金密度小，熔點低，導熱、導電性好，塑性高，強度低，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：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：ZL102常用鋁合金種類、牌號

（3）鈦合金密度小，耐蝕性好，強度高，耐高溫，低溫韌性好。Ti，銀白色，熔點1668C，密度4.5g/cm。3o鈦泵鈦合金人工關節(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。機械強度差，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）可用于水暖結構件。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，耐化學腐蝕，耐放射性。主要用于彈性材料、密封材料、減振材料、傳動材料。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、復合材料由兩種以上在物理和化學上不同的物質結合起來而得到的一種多相固體材料。（引自ISO）復合材料由基體材料和增強材料組成，基體一般是強度高、韌性好的材料，如聚合物、橡膠、金屬等，而增強材料是高強度、高彈性模量的材料，如玻璃纖維、碳纖維、硼纖維等。

特點：高比強度、高比模量抗疲勞性能好減摩、耐磨、自潤滑性能好化學穩(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)結構而得到的材料。特點：高的強度、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）?？捎糜谥圃熳儔浩鳌⒋蓬^、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，存在三方面效應：小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應，因此具有特殊物理、化學性能。納米材料已經用于化工催化、敏感材料、吸波材料、阻熱材料、涂層材料等。

（3）梯度材料依據使用要求，選擇兩種不同性能的材料進行復合，使材料中間部分的組成和結構連續(xù)的呈梯度變化，內部不存在明顯界面，從而使材料的性質和功能沿厚度方向也呈梯度變化。主要用于航天領域，如航天發(fā)動機的燃燒室側壁（金屬與陶瓷）。

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

（5）儲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。光功能材料的應用--紅外透鏡光學塑料