第5章-有色金属及非金属课件

机械制造基础,机械制造基础,铝及铝合金,铜及铜合金,滑动轴承合金,粉末冶金与硬质合金,高分子材料,陶瓷材料,复合材料,第,5,章 有色金属及非金属,一、,铝及其合金,工业纯铝,物理性能：熔点低、密度小、无磁性、导电及导热,性能好；,化学性能：抗大气腐蚀性好；,力学性能：塑性、韧性高，强度、硬度低；,工艺性能：易塑性变形，加工性能良好。,性能特点,W,Al,=99.00,99.80%,的纯铝，,主要用来制作电线、电缆、,散热片、配置合金等。,铝合金,铝合金,的分类,变形铝合金,铸造铝合金,不能热处理强化,能热处理强化,分类依据：铝合金相图,铝及其合金牌号表示方法,工业纯铝铝锭牌号,铝锭：,Al99.7,、,Al99.6,、,Al99.5,、,Al99.0,、,Al98.0,纯度依次降低,变形铝及其合金牌号,根据“国际牌号注册组织”，采用四位数字或四位字符。,四位数字体系,纯铝：表示铝质量百分数小数点后的两位数,铝合金：用来识别同一组铝合金中的不同序号,纯铝：表示杂质元素的控制情况,铝合金：表示改型情况（,“,0,”,为原始合金；,“,1-9,”,为改型合金，允许与原始合金有一定的成分偏差）,表示组别：,1-,纯铝，,2-,铝铜合金，,3-,铝锰合金，,4-,铝硅合金，,5-,铝镁合金，,6-,铝镁硅合金，,7-,铝锌合金，,8-,其他铝合金，,9-,备用,数字,数字,数字,数字,X X X X,例如：,1070,、,5056,四位字符体系,例如：,1A35,、,2A11,纯铝：表示铝质量百分数小数点后的两位数,铝合金：用来识别同一组铝合金中的不同序号,A-,表示原始铝或铝合金，,B-Y,表示改型合金,(,允许与原始合金有一定的成分偏差,),表示组别：,1-,纯铝，,2-,铝铜合金，,3-,铝锰合金，,4-,铝硅合金，,5-,铝镁合金，,6-,铝镁硅合金，,7-,铝锌合金，,8-,其他铝合金，,9-,备用,数字,数字,字符,数字,X X X X,铸造铝合金牌号及代号,ZAl+,元素符号,+,数字,合金元素的百分含量,主加合金元素,铸造铝合金,牌号：,代号：,ZL X XX(ZL+,三位数字）,合金顺序号,合金类别：,1-,铝硅合金，,2-,铝铜合金，,3-,铝镁合金，,4-,铝锌合金,“,铸铝”的首字母,例如：,ZAlSi12,ZL102,铝合金的热处理,固溶,+,时效,固溶处理：,加热获得单相,固溶体后，在水中快冷，获得单相过,饱和,固溶体组织。固溶处理后的铝合金强度、硬度并,不高，而塑性、韧性较好。,时效处理：,固溶处理后的铝合金，在室温或加热时，过饱和,固溶,体中会析出第二相，弥散分布于,固溶体基体上，起强,化作用随后强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象。,分为自然时效和人工时效两种。,变形铝合金,常用的有防锈铝、硬铝、超,硬铝、锻铝合金。,防锈铝合金,(LF),：,Al-Mn,系和,Al-Mg,系合金,性能特点：不能热处理强化，具有很好的耐腐蚀性、,适中的强度和优良的塑性。,用途：制造油槽、油箱、导管、生活器皿、各种容,器、防锈蒙皮等。,硬铝合金,(LY),：,Al-Mn-Cu,系和,Al-Mg-Cu,系合金,用途：作中等强度的构件和零件，如铆钉、螺栓、,航空工业的一般受力结构件。,性能特点：经固溶时效处理后，具有较高的强度，,但,耐蚀性不高，构件表面包铝可改善耐蚀性。,超,硬铝合金,(LC),：,Al-Mg-Cu-Zn,系合金,用途：作受力大的重要构,件及高载荷零件，如飞机大,梁、起落架、,螺旋桨叶片等。,性能特点：经固溶时效处理后，是室温强度最高的铝,合金，但,耐蚀性较差，构件表面包铝可改善耐蚀性。,飞机翼梁,飞机主起落架,锻铝合金,(LD),：,Al-Mg-Cu-Si,系合金,用途：制造,形状复杂的中等负荷零件，如压缩机叶,片、飞机桨叶等。,性能特点：经固溶时效处理后，力学性能与硬铝合,金相当。经软化退火后热塑性和耐腐蚀良好，适合于,锻造成形。,铸造铝合金,分为,Al-Si,系、,Al-Cu,系、,Al-Mg,系、,Al-Zn,系，常用牌,号、代号、性能和用途见表,5-2,。,活塞,(,裙部为铝硅合金,),大型空压机活塞,(ZL401),汽缸头（铝铜合金）,二、,铜及其合金,工业纯铜,物理性能：密度,8.9g/cm,3,，熔点为,1083,；良好的,导电性、导热性；抗磁性；,化学性能：,化学性能稳定，在大气、淡水中具有良,好的耐腐蚀性能,力学性能：塑性、韧性高，强度、硬度低；,工艺性能：易塑性变形，适宜于进行各种冷热加工。,性能特点,未加工产品（铜锭或电解铜）：代号为,Cu-1,、,Cu-2,等,加工产品：,Tu1,、,Tu2,、,T1,、,T2,、,T3,、,T4,纯度依次降低,牌号表示方法,用于制造电线、电缆、电刷、铜管、通信器材、导热,材料、配置合金等。,用途,铜合金,分类,黄铜,:Cu-Zn,白铜,:Cu,Ni,青铜,:,除黄铜和白铜外的所有铜合金,按化学成分,普通白铜,特殊白铜,普通黄铜,特殊黄铜,按制造方法,压力加工铜合金,铸造铜合金,铜镍合金，良好的塑性、耐蚀性、耐热性，主要用来,制作精密机械和仪表中的耐蚀零件、热电偶等，价格高。,1,、白铜,铜锌合金，组织、,性能与含锌量有关。,当,Wzn,39,时，单相,固溶体，随锌含量增加，其,强度、硬度提高，保持较好塑性，适于冷变形加工；,当,Wzn,39,时，,+,两相组织，使强度升高而塑,性下降，适于热变形加工；,当,Wzn,45,时，全部为,相组织，强度和塑性急剧,下降，合金已无使用价值。,2,、黄铜,黄铜中锌对组织和力学性能的影响,500,30,40,50,60,70,0,400,300,200,100,0,10,20,50,40,30,20,10,50,60,70,80,90,100,110,40,HB,+,b,b,(Mpa),(%),HB,锌的质量分数,(w,Zn,),黄铜牌号表示方法,H 90,含铜量,W,Cu,=90%,黄铜,普通黄铜,特殊黄铜,H Al 59 - 3,含铝量,W,Al,=3%,含铜量,W,Cu,=59%,黄铜,除锌外的主加合金元素,铸造黄铜,牌号表示方法与铸造铝合金相同,ZCu+,元素符号,+,数字,合金元素的百分含量,主加合金元素,铸造铜合金,例如：,ZCuZn16Si4,黄铜的性能：色泽美观，对海水与大气有良好的耐腐,蚀性，加工性能好。,常用牌号及应用,H80,、,H92,：艺术装饰品、纪念章、镀层、散热器等；,H68,：冷冲压管、套类零件，如弹壳、冷凝器管等；,H62,：工业上应用较多，散热器、油管、垫片、螺,钉、弹簧等 。,法兰阀,闸阀,冷凝器管,种类：,普通青铜,(,锡青铜,),；,特殊青铜,(,无锡青铜：铝青铜、铍青铜、铅青,铜、锰青铜、硅青铜等,),。,3,、青铜,牌号表示方法,QSn 10-1,主加元素锡含量,W,Sn,=10%,其它加入元素含量为,1%,锡青铜,压力加工青铜,铸造青铜牌号表示方法同铸造黄铜,如,ZCuPb30,锡青铜的性能：,比黄铜的强度、硬度和耐磨性好，,力学性能与锡含量有关。,锡青铜的应用：,主要用于耐磨、耐蚀及弹性元件，,如滑动轴承、弹簧、蜗轮、丝杠螺母等。,三、,滑动轴承合金,用来制造滑动轴承内衬,或轴瓦的合金。,滑动轴承特点：,与滚动轴承相比，与轴颈接触面积大、,承受载荷均匀、工作平稳、无噪声、维修方便等。,各类轴瓦,足够的抗压强度和抗疲劳性能，,适当的硬度；,良好的减摩性（摩擦系数要小）；,良好的储备润滑油的功能、良好的磨合性；,良好的导热性和耐蚀性；,良好的工艺性能；,性能要求,软基体上分布硬质点；,硬基体上分布软质点。,组织,锡基、铅基、铜基、铝基轴承合金。,常用轴承合金,1,、,锡基与铅基轴承合金（巴氏合金）,辅加元素铜含量,6,主加元素锑含量,11%,“,铸承,”,的首字母,例：,ZChSnSb11-6,主加元素符号,基体元素符号（锡或铅）,牌号表示方法,锡基轴承合金：,性能好、价格昂贵。用作重要轴承，,如发动机、汽轮机等,高速,轴承。,铅基轴承合金：,价格便宜、性能比锡基合金稍差。,常用作中等载荷的,低速,轴承，如汽车、拖拉机的曲轴,轴承及电动机轴承等。,特点及应用,2,、,铜基轴承合金（主要有锡青铜和铅青铜）,ZCuSn10Pb1,（锡青铜）,高的强度，适用于受力较大的,中速,轴承，如电动机、,泵、金属切削机床轴承等。,ZCuPb30,（铅青铜）,较高的疲劳强度、导热性能，摩擦系数低，适于高压,高速,轴承，如航空发动机、高速柴油机轴承等。,3,、铝基轴承合金（常用牌号,ZAlSn6Cu1Ni1,）,密度小、导热性好、疲劳强度高、耐腐蚀性好，价,格低，应用于高速重载的汽车、拖拉机、柴油机轴承。,四、粉末冶金与硬质合金,制粉,筛分与混合,压制成形,烧结,后处理。,粉末冶金工艺,可生产普通熔炼方法无法生产的特殊性能材料和制品；,是一种无切屑或少切屑的精密加工，,可省材料、省工,时、减少设备、降低成本；,缺点是,金属粉末成本高，模具费用高，制品大小和形,状受到一定限制，制品的韧性和强度较差。,粉末冶金特点,特点,含油轴承材料。用于制作中速、轻载、的轴承。,多孔材料。用于制造过滤器、多孔电极 、灭火装置等。,结构材料。,用于制作各类零件,。,摩擦材料。用于制造离合器和制动器。,工模具材料。包括硬质合金、粉末冶金高速钢等。可,用于制造切削刀具、模具和零件的坯件。,电磁材料。,包括电工材料和磁性材料，,用于制造,各种,转换、传递、储存能量和信息的,磁性器件。,高温材料。包括粉末冶金高温合金、难熔金属和合金、,金属陶瓷、弥散强化和纤维强化材料等。,粉末冶金材料,按用途分为,7,类,视频,含油轴承材料,慢走丝火花机滤芯（多孔材料）,粉末冶金结构零件,粉末冶金摩擦片,（摩擦材料）,硬质合金刀片,钕铁硼永磁,软磁金属磁粉芯,钨,钼,粉末冶金高熔点金属,硬质合金,组成,碳化钨、碳化钛等碳化物粉末,+,粘结剂钴,硬度高、耐磨性好、热硬性好；,良好的耐蚀性和抗氧化性；,抗压强度和弹性模量高；,抗拉强度低，难以切削加工制成形状复杂,的整体刀具。,性能特点,切削用硬质合金。,模具用硬质合金。,地质、矿山用硬质合金。,耐磨零件用硬质合金,。,硬质合金分类,切削工具用硬质合金牌号,P 20 1,类别代码，按使用领域不同分为,P,、,M,、,K,、,N,、,S,、,H,六类。,分组号,，用,01,、,10,、,20,两位数字表示，必要时可补充组号,05,、,15,、,25,数字表示。,细分号,五、高分子材料,高分子材料是以高分子化合物,（分子量一般大于,5000,）为主要组成的材料。,天然高分子（天然橡胶、蚕丝、,皮革、木材等）,合成高分子化合物（塑料、橡胶等）,按来源分类,塑料,塑料的组成：主要是合成树脂和添加剂。,塑料的分类,通用塑料,工程塑料,按使用范围,热塑性塑料,热固性塑料,按受热性能,塑料的性能特点,质量轻、比强度高；,对酸、碱等介质的抗腐蚀能力强；,良好的电绝缘性能；,优良的减摩性、耐磨性和自润滑性；,消声、减振性好；,成形加工性好、方法简单、成本低、生产率高。；,塑料的强度、硬度不及金属材料高，耐热性和热导,性差、膨胀变形大、蠕变大、易老化等。,塑料的性能及应用,常用塑料,聚乙烯,PE,、聚氯乙烯,PVC,、聚酰胺,PA,、,聚碳酸脂,PC,、,ABS,、酚醛塑料,PF,，等等。其性能和用途见表,5-9,。,PE,药品包装,聚苯乙烯板,尼龙,12,挤管,聚酰胺,PA,ABS,插座、电器外壳,PC,电脑外壳,塑料成形方法,注射成形,吹塑成形,挤压成形,压制成形,塑料成形方法,橡胶,橡胶分类,通用（制作轮胎、输送带、胶管、胶板等 ）,特种（用于高温、低温、酸、碱、油和辐射,介质条件下）,按用途分,天然橡胶（聚异戊二烯 ）,合成橡胶（合成高分子物质 ）,按来源分,生胶,+,配合剂（硫化剂、硫化促进剂、增塑剂、填充剂、防老化剂等）,橡胶组成,高的回弹性，良好的耐磨性、电绝缘性、隔音性,和吸振能力,、一定的强度和,耐腐蚀性，缺点是易老化。,橡胶的性能,橡胶的用途,用于制作：,密封件，,减振防振件，,传动件，,运输胶带，,各种轮胎，,电线、电缆和电工绝缘材料。,各种橡胶制品,六、陶瓷材料,按原料分为普通陶瓷和特种陶瓷,陶瓷分类,普通陶瓷,：采用天然硅酸盐矿物，如长石、粘土和,石英等烧结而成。按用途又分日用陶瓷、建筑陶瓷、,电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。,特种陶瓷,：采用高纯度人工合成的原料，并具有某,些特殊性能。按成分有氧化物、氮化物、碳化物等。,按用途分为高温、耐磨、耐酸、光学、磁性陶瓷等。,刚度最好、硬度最高，耐高温，热硬性高，热膨胀系,数和导热系数低于金属，良好的电绝缘性和很好的耐,腐蚀能力。但抗拉强度低，脆性大，抗热振性能较差。,陶瓷特性,普通瓷、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等，,其性能与用途见表,5-11,。,常用陶瓷,日用陶瓷工艺品、器皿,建筑陶瓷（面砖、卫浴、幕墙）,化工陶瓷,绝缘陶瓷件,陶瓷刮皮器刀片,金刚石刀具,七、复合材料,复合材料,是由两种或两种以上性质不同的物质组成的,多相材料。其组成分为基体材料和增强材料。,定义,按基体材料划分为树脂基、陶瓷基、金属基等复合材料。,按复合形式划分为纤维增强复合材料、层叠复合材料、,颗粒复合材料等。,分类,比强度和比模量、抗疲劳性能好、减振性能好、高温,性能好、化学稳定性好、成形工艺简单。,纤维增强复合材料的性能,玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）、碳纤维增强塑料、,层,叠复合材料、颗粒复合材料等，其性能和用途见表,5-10,。,常用复合材料,玻璃纤维增强聚乙烯产品,玻璃钢不锈钢复合管,碳纤维增强塑料齿轮,夹层复合材料火车车厢,八、胶黏剂,胶接接头应力分布均匀、接头光滑平整、能胶接各种,材料、密封性好、胶接工艺简单、胶粘剂质量轻等优点。,但胶接接头强度低于母材、使用温度低、易老化等。,胶接的特点,按胶粘剂的主要用途分类,分为非结构胶、结构胶、密封胶、导电胶、耐高温胶、,耐低温胶、医用胶等。,胶黏剂的分类,按胶粘剂化学成分分类,无机胶粘剂，主要有磷酸型、硼酸型和硅酸型。,有机胶粘剂，分为天然胶黏剂和合成胶黏剂（树脂型、,橡胶型、混合型）,常用的有酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、氯丁橡胶、,丁腈橡胶等，其性能与用途见表,5-12,。,常用胶黏剂,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,