工程材料的基本知识6350.pptx

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1、 第第四章四章 工程工程材料的基本知識材料的基本知識4-1 4-1 工程材料的種類及性能工程材料的種類及性能 4-2 4-2 常用金常用金屬材料屬材料4-4 4-4 金屬材料的熱處理金屬材料的熱處理4-5 4-5 材料成型技術簡介材料成型技術簡介 4-3 4-3 非金屬材料非金屬材料4-1 4-1 工程材料的種類及性能工程材料的種類及性能1.1.常用工程材料的常用工程材料的種類種類1)1)金金屬材料屬材料:包括黑色金包括黑色金屬（鋼鐵）和有色屬（鋼鐵）和有色 金金屬材料屬材料 2)2)工程陶瓷工程陶瓷:由金由金屬和非金屬元素的化合物屬和非金屬元素的化合物 所構成的各種無機非金屬材料所構成的各種

2、無機非金屬材料 3)3)有有機高分子材料機高分子材料：工程中常：工程中常見的有塑料、見的有塑料、橡橡膠和膠黏劑膠和膠黏劑4)4)複合材料複合材料：將上述兩種或多種單一材料人工將上述兩種或多種單一材料人工 合成合成在一起的材料在一起的材料4-1 4-1 工程材料的種類及性能工程材料的種類及性能2.2.工程材料的主要性能工程材料的主要性能(1)(1)工程材料的力工程材料的力學性能學性能 2 2）塑性塑性3 3）硬度硬度4 4）衝擊韌性衝擊韌性 5 5）疲疲勞强度勞强度 6 6）耐磨性耐磨性 1 1）强度强度(2)(2)工程材料的物理、化工程材料的物理、化學及加工性能學及加工性能1 1）力）力學性能

3、學性能-强度强度强度是指在外力作用下材料抵抗强度是指在外力作用下材料抵抗變形與斷裂的能力變形與斷裂的能力2 2）力）力學性能學性能-塑性塑性材料在外力作用下材料在外力作用下產生塑性變形而不斷裂的能力產生塑性變形而不斷裂的能力3 3）力）力學性能學性能-硬度硬度硬度是衡量材料硬度是衡量材料軟硬程度的指標。硬度越高，軟硬程度的指標。硬度越高，表示材料抵抗局部塑性表示材料抵抗局部塑性變形的能力越大，材料變形的能力越大，材料的耐磨性的耐磨性也較好。也較好。勃式硬度勃式硬度 用用 HBHB 表示表示洛式硬度洛式硬度 用用 HRB(HRB(較軟金屬較軟金屬)或或 HRC(HRC(較硬金屬較硬金屬)表示表示

4、RockwellHardnessTest (洛式洛式)4 4）力）力學性能學性能-衝擊韌性衝擊韌性材料在材料在衝擊負荷作用下抵抗斷裂的一種能力，衝擊負荷作用下抵抗斷裂的一種能力，用標準試樣受衝擊器作用所吸收的能量表示。用標準試樣受衝擊器作用所吸收的能量表示。5 5）力）力學性能學性能-疲度強度疲度強度材料在材料在無數次重複無數次重複“交變應力交變應力”作用下，而不引作用下，而不引起起斷裂的最大應力值。斷裂的最大應力值。Fatigue test 6 6）力）力學性能學性能-耐磨性耐磨性材料在一定工作材料在一定工作條件下抵抗磨損的能力。條件下抵抗磨損的能力。用體積磨損量、質量磨損量和長度磨損量來評

5、定。用體積磨損量、質量磨損量和長度磨損量來評定。(2)(2)工程材料的物理、化工程材料的物理、化學及加工性能學及加工性能物理性能物理性能：指材料在重力、：指材料在重力、電磁場、熱力等物理電磁場、熱力等物理 因素作用下所表因素作用下所表現出來的性能或屬現出來的性能或屬 性，包括材料的密度、熔点、導電性、性，包括材料的密度、熔点、導電性、磁性能、磁性能、導熱性、熱膨脹性等導熱性、熱膨脹性等 化化學性能學性能：主要指材料的抗氧化性、耐蝕性和耐酸：主要指材料的抗氧化性、耐蝕性和耐酸 性等，反映了材料在常温或高温性等，反映了材料在常温或高温環境下環境下 抵抗各抵抗各種化學作用的能力。種化學作用的能力。材

6、料材料加工性能加工性能：指材料：指材料對各種加工方式的適應性對各種加工方式的適應性 4-2 4-2 常用金常用金屬材料屬材料1.1.碳碳鋼和合金鋼鋼和合金鋼2.2.鑄鐵鑄鐵 3 3.有色金有色金屬材料屬材料 碳碳鋼鋼：各種金屬合金鋼：各種金屬合金鋼：低碳鋼、中低碳鋼、中碳碳鋼、高碳鋼鋼、高碳鋼合金合金鋼鋼灰灰鑄鐵鑄鐵球墨灰球墨灰鑄鐵鑄鐵可可鍛鍛鑄鐵鑄鐵合金合金鑄鐵鑄鐵碳碳鋼鋼低碳鋼低碳鋼：含碳量低於：含碳量低於 0.30%中碳鋼中碳鋼：含碳量在：含碳量在 0.30%0.50%高碳鋼高碳鋼：含碳量在：含碳量在 0.50%0.95%強度較差，但有較好的成型性強度較差，但有較好的成型性中等強度、延展

7、性及硬度中等強度、延展性及硬度具較耐磨耗特性，故適用於表面具較耐磨耗特性，故適用於表面長久受到磨耗之工具，如農具。長久受到磨耗之工具，如農具。合金合金鋼鋼鎳鎳可改良材料的韌性、硬化能及抗腐蝕能力可改良材料的韌性、硬化能及抗腐蝕能力(硬化能愈大，代表鋼材在同一種淬火條件下能被硬化硬化能愈大，代表鋼材在同一種淬火條件下能被硬化 的深度愈深，但硬化能大並不代表能經由淬火而獲得的深度愈深，但硬化能大並不代表能經由淬火而獲得 更大的硬度。更大的硬度。)鉻鉻可增加硬化能、抗磨耗的能力、高溫強度，可增加硬化能、抗磨耗的能力、高溫強度，尤其高濃度的鉻可大大提高抗腐蝕的能力，所尤其高濃度的鉻可大大提高抗腐蝕的能

8、力，所以是以是不銹鋼不銹鋼的重要成份。的重要成份。硫、磷、鉛可改良鋼的切削性硫、磷、鉛可改良鋼的切削性灰灰鑄鐵鑄鐵生生產產過過程程簡簡單單，抗抗壓壓强强度度高高，耐耐磨磨性性、消消振振性性好好，抗抗拉拉强强度度稍稍低低，韌韌性性差差，常常應應用用於於引引擎汽缸體、機械底座、支架等。擎汽缸體、機械底座、支架等。球墨灰球墨灰鑄鐵鑄鐵強度、軔性與塑性都較灰鑄鐵佳，可應用於製強度、軔性與塑性都較灰鑄鐵佳，可應用於製造曲柄軸、連桿等造曲柄軸、連桿等為可熱處理的鑄鐵，具中高為可熱處理的鑄鐵，具中高強度與好的切削性，強度與好的切削性，可應用於製造曲柄軸、連桿等。可應用於製造曲柄軸、連桿等。可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵有

9、色金有色金屬材料屬材料 鋁鋁及及其其合合金金：質質量量輕輕、比比强强度度和和比比剛剛度度高高、導導電電導導熱熱性性好好、耐耐腐腐蝕蝕，因因而而廣廣泛泛用用於於飛飛機機製造業，成為航空等工業的主要材料。製造業，成為航空等工業的主要材料。銅及其合金銅及其合金：黄黄銅銅是以是以鋅作為主要合金元素的銅合金鋅作為主要合金元素的銅合金青青銅銅以以錫為主添加元素，有高的耐磨性、耐腐錫為主添加元素，有高的耐磨性、耐腐蝕性，好的力學性能與鑄造性能，常用以製造蝕性，好的力學性能與鑄造性能，常用以製造耐磨、耐磨、減摩擦及耐蝕零件，如齒輪、軸承等。減摩擦及耐蝕零件，如齒輪、軸承等。無錫青銅無錫青銅比比錫青銅具有更高的

10、力學性能、耐磨性錫青銅具有更高的力學性能、耐磨性和和耐蝕性，主要有：鋁青铜，錳青銅等。耐蝕性，主要有：鋁青铜，錳青銅等。4-3 4-3 非金屬材料非金屬材料1.1.常用高分子材料常用高分子材料2.2.陶瓷陶瓷3.3.複合材料複合材料(1)(1)塑料塑料(2)(2)橡橡膠膠(1)(1)塑料塑料分分類類 以以樹脂為主要成分的有機高分子固體材料樹脂為主要成分的有機高分子固體材料 質量輕、比强度高，耐腐蝕性好，絕緣性能優質量輕、比强度高，耐腐蝕性好，絕緣性能優 異，減摩擦、耐磨及自潤滑性能突出，消音吸異，減摩擦、耐磨及自潤滑性能突出，消音吸 振性强，易成型加工，以及其它特殊性能振性强，易成型加工，以及

11、其它特殊性能 。按按樹脂受熱後性質：熱塑性塑料、熱固性塑料樹脂受熱後性質：熱塑性塑料、熱固性塑料 按塑料使用按塑料使用範圍：通用塑料、工程塑料和特種範圍：通用塑料、工程塑料和特種 塑料塑料 1.1.常用高分子材料常用高分子材料(2)(2)橡橡膠膠分分類類 以生以生膠為基礎加入適量的填加劑組成的高分子膠為基礎加入適量的填加劑組成的高分子 彈性體彈性體 天然橡天然橡膠膠：從天然植物中採集到的一種聚乙戊從天然植物中採集到的一種聚乙戊 二烯二烯為主要成分的高聚物，用來製造輪胎，也為主要成分的高聚物，用來製造輪胎，也 可可製作膠帶、膠管及各種橡膠製品，如刹車皮製作膠帶、膠管及各種橡膠製品，如刹車皮 合合

12、成成橡橡膠膠：基基本本性性能能和和用用途途與與天天然然橡橡膠膠相相似似，可可用用於於某某些些特特殊殊場場合合，如如耐耐高高温温、低低温温的的矽矽橡橡膠膠，耐耐油油的的聚聚硫硫橡橡膠膠和和丁丁腈腈橡橡膠膠，特特别别耐耐腐腐蝕蝕的的氟氟橡橡膠膠等。等。2.2.陶瓷陶瓷 分分類類 用各用各種粉狀原料做成一定形狀後，在高温種粉狀原料做成一定形狀後，在高温窯窯爐爐 中中燒製而成的一種無機非金屬固體材料燒製而成的一種無機非金屬固體材料 具有硬度高、抗具有硬度高、抗壓强度大、耐高温、不怕氧化壓强度大、耐高温、不怕氧化 和腐和腐蝕、隔熱絕緣性能好等特性蝕、隔熱絕緣性能好等特性 普通陶瓷普通陶瓷：廣泛用於建築、

13、日用、衛生、化工、廣泛用於建築、日用、衛生、化工、紡織、高低壓電器等行業的結構件和用品紡織、高低壓電器等行業的結構件和用品 特特種種陶陶瓷瓷：氧氧化化物物陶陶瓷瓷、碳碳化化物物陶陶瓷瓷、氮氮化化物物陶瓷陶瓷 3.3.複合材料複合材料纖維增强複合材料纖維增强複合材料 複複合材料至少由合材料至少由兩大類組成：基體相和增强相兩大類組成：基體相和增强相 1 1）複複合材料的合材料的組成及性能特點組成及性能特點 2 2）常用）常用複合材料複合材料具有高比强度和比具有高比强度和比剛度、高的抗疲勞性、高的剛度、高的抗疲勞性、高的 斷裂韌性、强的減震能力、高温性能好、抗潛斷裂韌性、强的減震能力、高温性能好、抗

14、潛 變能力强、以及優良的減摩性和耐蝕性等特變能力强、以及優良的減摩性和耐蝕性等特 點，它還有良好的加工性能。點，它還有良好的加工性能。骨架骨架複複合材料合材料層疊增强層疊增强複複合材料合材料 顆粒增强複合材料顆粒增强複合材料 4-4 4-4 金屬材料的熱處理金屬材料的熱處理1.1.1.1.鋼的整體熱處理鋼的整體熱處理鋼的整體熱處理鋼的整體熱處理 2.2.2.2.鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理 退火退火正正常化常化1.1.鋼的整體熱處理鋼的整體熱處理將鋼件加熱到適當温度，保温一定時間，將鋼件加熱到適當温度，保温一定時間，随随後緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態組織的後緩慢冷卻以

15、獲得接近平衡狀態組織的 熱處理過程。熱處理過程。目的是使目的是使組織與成份均匀化、或是消除殘組織與成份均匀化、或是消除殘 留應力、或是消除内應力、或是消除鋼中留應力、或是消除内應力、或是消除鋼中 的氫。的氫。鋼件加熱到某一温度以上，保温適當時間鋼件加熱到某一温度以上，保温適當時間 後，在空氣中冷後，在空氣中冷卻卻的的熱處理過程。熱處理過程。目的改善目的改善鋼的組織和性能，可作為最終熱鋼的組織和性能，可作為最終熱 處理而直接使用。處理而直接使用。淬火淬火回火回火 將鋼件加熱到某一温度以上，保温一段時將鋼件加熱到某一温度以上，保温一段時 間，然後以大於臨界冷間，然後以大於臨界冷卻卻速度冷速度冷卻卻

16、，以獲以獲 得麻田散鐵組織的熱處理過程得麻田散鐵組織的熱處理過程回火就是把已回火就是把已經淬火的鋼件重新加熱到某經淬火的鋼件重新加熱到某 一温度，一温度，適當保温後，冷適當保温後，冷卻卻到室温的到室温的熱處熱處 理過程。理過程。目的目的使材料的硬度與強度增加，但材料也使材料的硬度與強度增加，但材料也 會變的較會變的較脆。脆。目的目的可改良鋼的抗拉強度與降伏強度，並可改良鋼的抗拉強度與降伏強度，並 增加材料的延性增加材料的延性。表面淬火表面淬火化化學熱處理學熱處理 通通過快速加熱，使鋼件在預定厚度達到相變化，過快速加熱，使鋼件在預定厚度達到相變化，然後再立即淬火。然後再立即淬火。目的是使表目的是

17、使表層獲得高硬度、高耐磨性的麻田散組層獲得高硬度、高耐磨性的麻田散組 織，而心部仍保持原來的塑性和韌性都較好的退織，而心部仍保持原來的塑性和韌性都較好的退 火、正火、正常化組織。常化組織。鋼件置於特定的介質中加熱和保温，使介質中的鋼件置於特定的介質中加熱和保温，使介質中的 活性原子活性原子滲入鋼件表層，造成表層的化學成份和滲入鋼件表層，造成表層的化學成份和 組織改變，而達到材料表面性能變化之目的。組織改變，而達到材料表面性能變化之目的。滲滲碳、碳、滲滲氮、碳氮共氮、碳氮共滲滲、滲滲硼、硼、滲滲鉻、鉻、滲滲鋁等鋁等 2.2.鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理 4-5 4-5 材料成型技術簡介材料成型技

18、術簡介1.1.鑄造鑄造2.2.塑性加工塑性加工3.3.焊接焊接 4.4.非金非金屬材料成型簡介屬材料成型簡介 1.1.鑄造鑄造砂型砂型鑄鑄造造：將金屬或合金液澆注到砂型内，冷將金屬或合金液澆注到砂型内，冷卻卻 凝固後獲得凝固後獲得鑄鑄件，件，此應用最為廣泛。此應用最為廣泛。熔模熔模鑄鑄造造：鑄鑄件精度件精度與表面品質佳、可獲得形狀複與表面品質佳、可獲得形狀複 雜雜鑄鑄件，件，適合各種難加工合金的成型。適合各種難加工合金的成型。金金屬型屬型鑄鑄造造：將金屬液澆注到金屬將金屬液澆注到金屬鑄鑄型中型中獲得獲得鑄鑄件件 的方法的方法，鑄鑄件件組織緻密、力學性能組織緻密、力學性能 高，尺寸精度和表高，尺

19、寸精度和表面品質好，工作環面品質好，工作環 境改善；但境改善；但鑄鑄型成本高型成本高。壓力鑄造壓力鑄造：生：生產率高，便於自動化；鑄件尺寸和表產率高，便於自動化；鑄件尺寸和表 面精度高，能生面精度高，能生產較複雜的薄壁件；鑄產較複雜的薄壁件；鑄 件品質好。件品質好。砂型砂型鑄造鑄造2.2.塑性加工塑性加工利用金利用金屬的塑性，使其在外力作用下成形的屬的塑性，使其在外力作用下成形的 一一種加工方法。種加工方法。主要有：自由主要有：自由鍛、模鍛、板料沖壓、軋製、鍛、模鍛、板料沖壓、軋製、擠壓、拉拔擠壓、拉拔自由自由鍛：利用自由鍛：利用自由鍛鍛設備的上下設備的上下砧塊砧塊或一些或一些簡單簡單 的通用

20、工具，直接使坯料變形而獲得所的通用工具，直接使坯料變形而獲得所 需的需的幾何形狀的鍛件。幾何形狀的鍛件。模模鍛：利用模具使坯料變形而獲得比自由鍛品質鍛：利用模具使坯料變形而獲得比自由鍛品質 更高的鍛件更高的鍛件 板料板料沖壓：利用安裝在壓力機上的沖模對板料加沖壓：利用安裝在壓力機上的沖模對板料加 壓，使其產生分離或變形，以獲得零壓，使其產生分離或變形，以獲得零 件的一件的一種加工方法；主要有種加工方法；主要有沖裁沖裁、彎彎 曲曲、拉伸拉伸。模模鍛模具鍛模具沖裁沖裁彎曲彎曲拉伸拉伸經由加熱或加壓，使金屬原子結合與產生擴散作經由加熱或加壓，使金屬原子結合與產生擴散作用，使分離金屬材料牢固地連接在一

21、起。用，使分離金屬材料牢固地連接在一起。3.3.焊接焊接 熔化焊熔化焊：利用：利用熱源，將被焊金屬結合處局部加熱到熔熱源，將被焊金屬結合處局部加熱到熔 化化狀態，並與熔化的焊條金屬混合，冷狀態，並與熔化的焊條金屬混合，冷卻卻時時 凝固結晶，使之焊合在一起。凝固結晶，使之焊合在一起。壓力焊壓力焊：利用加：利用加壓力（或同時加熱），使金屬產生塑壓力（或同時加熱），使金屬產生塑 性性變形，使原子間相互結合，組成新的晶變形，使原子間相互結合，組成新的晶 粒，粒，而達到焊接的目的而達到焊接的目的。按焊接按焊接過程主要分為：過程主要分為：鉛焊鉛焊：由鉛料與被焊金屬表面間的相互擴散和溶解作由鉛料與被焊金屬表

22、面間的相互擴散和溶解作 用而形成焊接接用而形成焊接接頭。與熔化焊的區别是被焊金頭。與熔化焊的區别是被焊金 屬不熔化，只是作為填充金屬的鉛料熔化。屬不熔化，只是作為填充金屬的鉛料熔化。(1)(1)工程塑料成型工程塑料成型主要有：主要有：射射出成型出成型、擠出成型擠出成型、壓製成型、壓製成型、吹塑成型、吹塑成型、澆注成型、壓延成型澆注成型、壓延成型 (2)(2)橡橡膠成型膠成型用生用生膠膠和各和各種配合劑經煉種配合劑經煉膠膠機混煉成煉機混煉成煉膠膠，再加入能保持製品形狀和提高强度的各種骨再加入能保持製品形狀和提高强度的各種骨 架材料，放入一定形架材料，放入一定形狀的模具中，以獲得所狀的模具中，以獲

23、得所 需形需形狀和性能的橡狀和性能的橡膠膠製品。製品。4.4.非金非金屬材料成型簡介屬材料成型簡介 成型方法主要有成型方法主要有壓製成型、壓鑄成型、射出壓製成型、壓鑄成型、射出 成型、擠出成型成型、擠出成型陶瓷陶瓷製品的生產過程主要包括配料、成型、製品的生產過程主要包括配料、成型、燒結三個階段燒結三個階段 (3)(3)陶瓷成型陶瓷成型 按成型方法主要有按成型方法主要有壓製制成型、注漿成型、壓製制成型、注漿成型、可塑成型可塑成型(4)(4)複合材料成型複合材料成型 樹脂基複合材料成型樹脂基複合材料成型 陶瓷基陶瓷基複合材料成型複合材料成型金金屬基複合材料成型屬基複合材料成型 射射出成型示意圖出成型示意圖擠出成型示意圖擠出成型示意圖本本 章章 結結 束束演讲完毕，谢谢观看！