材料分類及加工工藝課件

第一節(jié)材料的性能、分類與特征一、材料的性能第一節(jié)材料的性能、分類與特征一、材料的性能二、材料的類型★按凝聚狀態(tài)★固態(tài)材料中按存在狀態(tài)★根據(jù)材料的尺寸★按用途和使用領(lǐng)域★按材料的物理和化學(xué)性質(zhì)★按開發(fā)、使用的時(shí)間長短及先進(jìn)性等：傳統(tǒng)材料（如普通鋼材、通用塑料、日用陶瓷等）和新型材料（也稱為先進(jìn)材料如超導(dǎo)材料、納米材料、智能材料等）。二、材料的類型★按凝聚狀態(tài)★固態(tài)材料中按存在狀態(tài)按凝聚狀態(tài)氣態(tài)液態(tài)固態(tài)按凝聚狀態(tài)氣態(tài)液態(tài)固態(tài)根據(jù)材料的尺寸一維材料二維材料三維材料（纖維及晶須）薄膜（塊體）根據(jù)材料的尺寸一維材料二維材料三維材料（纖維及晶須）薄膜（塊按用途和使用領(lǐng)域建筑機(jī)械生物能源包裝醫(yī)學(xué)航空電工按用途和使用領(lǐng)域建筑機(jī)械生物能源包裝醫(yī)學(xué)航空電工★按工程材料的化學(xué)組成、組合鍵的特點(diǎn)：（最常用最有價(jià)值分類）金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料四大類★按工程材料的化學(xué)組成、組合鍵的特點(diǎn)：（最常用最有價(jià)值分類材料分類及加工工藝ppt課件三、各類材料的特征1.金屬材料的特征優(yōu)點(diǎn)：★兼有良好力性(較高強(qiáng)度、剛度、塑性、韌性)★某些理化性能良好（導(dǎo)電、導(dǎo)熱性等)★較好的工藝性★價(jià)格便宜或適中★大量用作結(jié)構(gòu)材料，部分用作功能材料缺點(diǎn)：資源有限，特高溫及特殊介質(zhì)中不能勝任。三、各類材料的特征1.金屬材料的特征優(yōu)點(diǎn)：2.無機(jī)非金屬材料的特征

優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良理、化性能(耐蝕、光、電、熱學(xué)性能，絕緣性能等)極好的耐高溫性能原料來源廣泛主要用在特殊場合(特殊陶瓷)及日常(傳統(tǒng)陶瓷)缺點(diǎn)：性脆、難加工，可靠性差。2.無機(jī)非金屬材料的特征4.復(fù)合材料的特征（兩種或多種材料復(fù)合而成）

優(yōu)點(diǎn)：具有單一材料所不具備的優(yōu)異性能；可按需要進(jìn)行人為設(shè)計(jì)、制造。缺點(diǎn)：目前性能高、價(jià)格貴3.高分子材料的特征優(yōu)點(diǎn)：較高彈性、耐磨性、絕緣性、抗腐蝕性重量輕，加工性好，原料豐富缺點(diǎn)：力性尤其強(qiáng)度低；不耐高溫（≤300℃）；易老化易燃。4.復(fù)合材料的特征（兩種或多種材料復(fù)合而成）3.高分第二節(jié)常見的材料制備、加工與處理技術(shù)一、從原料到材料金屬材料冶煉陶瓷材料燒結(jié)有機(jī)聚合物反應(yīng)合成二、從材料到零件1.成形加工（鑄造、壓力、焊接、粘接）——無屑成形2.切削加工（刃具、光能、聲能、電能、電化學(xué)能）——有屑成形3.熱處理加工4.表面改性加工第二節(jié)常見的材料制備、加工與處理技術(shù)一、從原料到材料金屬材第三節(jié)常見工程材料一、工業(yè)材料的“脊梁”——鋼鐵1.鋼鐵是怎樣煉成的鐵礦石煉鐵煉鋼鑄錠軋制鋼材鑄造生鐵圖1-3鋼鐵生產(chǎn)的基本流程第三節(jié)常見工程材料一、工業(yè)材料的“脊梁”——鋼鐵1.材料分類及加工工藝ppt課件2.鋼的分類及常用鋼（1）按化學(xué)成分分類1）碳鋼和合金鋼碳鋼低碳鋼：C%<0.25%中碳鋼：C%：0.25%～0.60%高碳鋼：C%>0.6%超高碳鋼：C%>1.0%合金鋼低合金鋼：M%<≤5%中合金鋼：M%<5%～10%高合金鋼：M%>10%2.鋼的分類及常用鋼（1）按化學(xué)成分分類碳鋼合金鋼（2）按用途分類1）結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼；A結(jié)構(gòu)鋼分為工程結(jié)構(gòu)用鋼和機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼；B工具鋼分為刃具鋼、量具鋼和模具鋼；C特殊性能鋼有耐蝕鋼、耐磨鋼、耐熱鋼和特殊物理性能鋼。（3）按冶金質(zhì)量1）按鋼中S、P含量：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼；2）按脫氧程度：沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼。（2）按用途分類1）結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼；（3）按冶金普通碳素結(jié)構(gòu)鋼用途

鋼板、鋼筋、型鋼等，作橋梁、建筑等構(gòu)件。多邊型角鋼螺釘、鉚釘鋼筋、螺紋鋼建筑構(gòu)件鋼橋梁普通碳素結(jié)構(gòu)鋼用途鋼板、鋼筋、型鋼等，作橋梁、建筑等構(gòu)件優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用途

較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等。汽車曲軸優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用途較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等碳素工具鋼用途

螺紋量規(guī)碳素工具鋼用途螺紋量規(guī)3.鑄鐵的分類及常用鑄鐵依據(jù)鑄鐵的化學(xué)成分、結(jié)晶形態(tài)和組織性能不同，可分為普通鑄鐵和合金鑄鐵兩類3.鑄鐵的分類及常用鑄鐵片狀石墨球狀石墨蠕蟲狀石墨團(tuán)絮狀石墨灰鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵可鍛鑄鐵圖1-5灰口鑄鐵中石墨形態(tài)片狀石墨球狀石墨蠕蟲狀石墨團(tuán)絮狀石墨灰鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵可①

有色重金屬：銅、鎳、錫、鉛、銻、鈷、汞等

它們的密度較大，約為7~11g/cm3。②有色輕金屬：鋁、鎂、鈣、鉀、鈉、鋇等它們的密度小于5g/cm3。③貴金屬：金、銀及鉑族金屬（鉑、銠、鈀、銥、鋨、釕）等因其價(jià)值比一般金屬貴得多而得名這些金屬在空氣中不會(huì)被氧化。④稀有金屬：在80余種有色金屬元素中其中大約50種被認(rèn)為是稀有金屬

二、豐富多彩的有色金屬①有色重金屬：銅、鎳、錫、鉛、銻、鈷、汞等二、豐富多彩的有材料分類及加工工藝ppt課件1.上天用得最多的材料——鋁合金鋁是自然界蘊(yùn)藏量最豐富的金屬，約占地殼質(zhì)量的8%左右優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕，比強(qiáng)度大

良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性；耐蝕性好等2.又輕又強(qiáng)的材料——鈦合金優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)異的耐蝕性和高溫性能，高的比強(qiáng)度；缺點(diǎn)：工藝性能差，切削加工困難，硬度低（約70～74HB），抗磨性差。1.上天用得最多的材料——鋁合金優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕，比強(qiáng)度大2.3.

最早應(yīng)用的金屬——銅及銅合金特點(diǎn)：①較好的理化性能導(dǎo)電材料，導(dǎo)熱（純銅，汽車散熱器）；抗大氣、海水腐蝕（黃銅）。②良好的加工性易冷成形，且鑄造銅合金，有良好鑄造性能。③某些特有性能優(yōu)良減摩性和耐磨性（青銅和部分黃銅，滑動(dòng)軸承或蝸輪等）高的σe和σ-1（鈹青銅，彈性元件）。④色澤美觀3.最早應(yīng)用的金屬——銅及銅合金特點(diǎn)：銅及銅合金銅白銅（銅鎳合金）青銅黃銅（銅鋅合金）銅及銅合金銅白銅（銅鎳合金）青銅黃銅（銅鋅合金）三、古老又年輕的無機(jī)非金屬材料1.陶瓷（圖片）2.玻璃3.水泥三、古老又年輕的無機(jī)非金屬材料1.陶瓷（圖片）2.玻璃3陶瓷按其概念和用途不同，可分為兩大類，即普通陶瓷和特種陶瓷。根據(jù)陶瓷坯體結(jié)構(gòu)及其基本物理性能的差異，陶瓷制品可分為陶器和瓷器。傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料之一：陶瓷陶瓷按其概念和用途不同，可分為兩大類，即普通陶瓷和特種陶瓷。27普通陶瓷即傳統(tǒng)陶瓷，是指以粘土為主要原料與其它天然礦物原料經(jīng)過粉碎混練、成型、煅燒等過程而制成的各種制品。包括日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、電瓷以及其它工業(yè)用陶瓷。見表0-1。普通陶瓷即傳統(tǒng)陶瓷，是指以粘土為主要原料與其它天然礦物原料經(jīng)28表0-1普通陶瓷的分類方法表0-1普通陶瓷的分類方法29特種陶瓷是用于各種現(xiàn)代工業(yè)及尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的陶瓷制品。包括結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷主要用于耐磨損、高強(qiáng)度、耐高溫、耐熱沖擊、硬質(zhì)、高剛性、低膨脹、隔熱等場所。功能陶瓷主要包括電磁功能、光學(xué)功能、生物功能、核功能及其它功能的陶瓷材料。特種陶瓷是用于各種現(xiàn)代工業(yè)及尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的陶瓷制品。包括30常見高溫結(jié)構(gòu)陶瓷包括：高熔點(diǎn)氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物。功能陶瓷包括:裝置瓷（即電絕緣瓷）、電容器陶瓷、壓電陶瓷、磁性陶瓷（又稱為鐵氧體）、導(dǎo)電陶瓷、超導(dǎo)陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷（又稱為敏感陶瓷）、熱學(xué)功能陶瓷（熱釋電陶瓷、導(dǎo)熱陶瓷、低膨脹陶瓷、紅外輻射陶瓷等）、化學(xué)功能陶瓷（多孔陶瓷載體等）、生物功能陶瓷等。常見高溫結(jié)構(gòu)陶瓷包括：高熔點(diǎn)氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、31根據(jù)陶瓷坯體結(jié)構(gòu)及其基本物理性能的差異，陶瓷制品可分為陶器和瓷器，見表0-2。陶器包括粗陶器、普陶器和細(xì)陶器。陶器的坯體結(jié)構(gòu)較疏松，致密度較低，有一定吸水率，斷口粗糙無光，沒有半透明性，斷面成面狀或貝殼狀。根據(jù)陶瓷坯體結(jié)構(gòu)及其基本物理性能的差異，陶瓷制品可分為陶器和32吸水率（%）特征陶器粗陶器>15不時(shí)施釉，制作粗糙普通陶器≤12斷面顆粒較粗，氣孔較大，表面施釉，制作不夠精細(xì)細(xì)陶器 ≤15斷面顆粒較細(xì)，氣孔較小，施釉或不施釉，制作不夠精細(xì)瓷器炻瓷器≤3透光性差，通常胎體較厚，呈色，斷口呈石狀，制作精細(xì)普通瓷器≤1有一定透光性，斷而呈石狀或貝殼狀，制作精細(xì)細(xì)瓷器≤0.5透光性好，斷面細(xì)膩，呈貝殼狀，制作精細(xì)性質(zhì)及特征類別表0-2中國日用瓷分類標(biāo)準(zhǔn)吸水率特征陶器粗陶器>15不時(shí)施釉，制作粗糙普通陶器≤12斷33材料分類及加工工藝ppt課件傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料之二：玻璃玻璃是由熔體過冷所制得的非晶態(tài)材料。根據(jù)其形成網(wǎng)絡(luò)的組分不同可分為硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃等，其網(wǎng)絡(luò)形成劑分為SiO2、B2O3和P2O5。習(xí)慣上玻璃態(tài)材料可分為普通玻璃和特種玻璃兩大類。普通玻璃是指采用天然原料，能夠大規(guī)模生產(chǎn)的玻璃。普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、光學(xué)玻璃和玻璃纖維等。傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料之二：玻璃玻璃是由熔體過冷所制得的非晶35特種玻璃（亦稱為新型玻璃）是指采用精制、高純或新型原料，通過新工藝在特殊條件下或嚴(yán)格控制形成過程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。特種玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅酸鹽玻璃、非硅酸鹽氧化物玻璃（硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽、碲酸鹽、鋁酸鹽及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、非氧化物玻璃（鹵化物、氮化物、硫化物、硫鹵化物、金屬玻璃等）以及光學(xué)纖維等。根據(jù)用途不同，特種玻璃分為防輻射玻璃、激光玻璃、生物玻璃、多孔玻璃、非線性光學(xué)玻璃和光纖玻璃等。特種玻璃（亦稱為新型玻璃）是指采用精制、高純或新型原料，通過36傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料之三：水泥水泥是指加入適量水后可成塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化，并能夠?qū)⑸?、石等材料牢固地膠結(jié)在一起的細(xì)粉狀水硬性材料。傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料之三：水泥水泥是指加入適量水后可成塑性37水泥的種類很多，按其用途和性能可分為：通用水泥、專用水泥和特性水泥三大類；按其所含的主要水硬性礦物，水泥又可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥以及以工業(yè)廢渣和地方材料為主要組分的水泥。目前水泥品種已達(dá)一百多種。水泥的種類很多，按其用途和性能可分為：通用水泥、專用水泥和特38通用水泥為大量土木工程所使用的一般用途的水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥等。專用水泥指有專門用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥等特性水泥則是某種性能比較突出的一類水泥，如快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力鋁酸鹽水泥等。通用水泥為大量土木工程所使用的一般用途的水泥，如硅酸鹽水泥、39四、多姿多彩的高分子材料1.塑料2.橡膠3.纖維4.膠粘劑和涂料天然橡膠+硫磺四、多姿多彩的高分子材料1.塑料2.橡膠3.纖維4.塑料的彈性模量介于橡膠和纖維之間，約107~108Pa。溫度稍高些，受力形變可達(dá)百分之幾至幾百。有些塑料的形變是可逆的，有些塑料的形變是永久的。

根據(jù)塑料受熱時(shí)行為的不同，分為熱塑性和熱固性塑料兩類。前者受熱時(shí)可以塑化和軟化，冷卻時(shí)則凝固成形，再加熱又可塑化軟化。聚乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯等都屬于此類；后者在受熱時(shí)可塑化和軟化，并通過化學(xué)反應(yīng)，使之固定成型，但冷卻后不能再加熱軟化，酚醛塑料就屬此類。塑料的彈性模量介于橡膠和纖維之間，約107~108Pa。溫度41橡膠的特點(diǎn)是室溫彈性高，即使在很小的外力作用下，也能產(chǎn)生很大的形變（可達(dá)1000%），外力去除后，能迅速恢復(fù)原狀。其彈性模量小，約105~104Pa。常用的橡膠有天然橡膠（異戊橡膠）、丁苯橡膠、順丁橡膠（聚丁二烯）、乙丙橡膠和硅橡膠等。橡膠的特點(diǎn)是室溫彈性高，即使在很小的外力作用下，也能產(chǎn)生很大4243

1839年英國人古特異(Goodyear)在天然橡膠中加入硫磺，首次合成硫化橡膠；硫化橡膠天然橡膠431839年英國人古特異(Goodyear)441832-1845年，人們用硝酸處理纖維索，得到硝化纖維；1872年，革新硝化纖維工藝，獲得celluloid“賽璐璐”材料；1884年，賽璐璐用來制作照相底片、電影膠片等；1855年，法國人奧德馬爾制得硝化纖維人造絲；賽璐璐人造絲44賽璐璐人造絲451872年，德國的拜爾發(fā)現(xiàn)苯酚和甲醛在酸性介質(zhì)中反應(yīng)形成樹脂狀物質(zhì)1907年，比利時(shí)人貝克蘭德在拜爾等人的研究基礎(chǔ)上制得酚醛樹脂；1927年，美國的杜邦公司合成尼龍66；酚醛樹脂尼龍66451872年，德國的拜爾發(fā)現(xiàn)苯酚和甲醛在酸性介質(zhì)中反應(yīng)形成46聚乙烯1933年，英國的Robsin制得聚乙烯；1941年，英國制備出滌綸纖維，在中國的俗稱就是大家熟悉的“的確良”；1950年起，齊格勒催化劑的出現(xiàn)促使新型高分子材料大量出現(xiàn)。滌綸纖維的確良布料46聚乙烯1933年，英國的Robsin制得聚乙烯；滌綸纖纖維的彈性模量較大，約109~1010Pa。受力時(shí)，形變不超過百分之二十。纖維大分子沿軸向作規(guī)則排列，其長徑比較大，在較廣的溫度范圍（-50~150℃）內(nèi)，機(jī)械性能變化不大。常用的合成纖維有尼龍、滌綸、晴綸和維尼綸等。纖維的彈性模量較大，約109~1010Pa。受力時(shí)，形變不超47膠粘劑是指在常溫下處于粘流態(tài)，當(dāng)受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生永久變形，外力撤去后又不能恢復(fù)原狀的高聚物。有時(shí)把聚合后未加工成型的高聚物稱為樹脂，以區(qū)分加工后的塑料