第五章工程材料.ppt

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1、第五章第五章 工程材料工程材料有色金属有色金属陶瓷、陶瓷、玻璃玻璃新型无机非金属新型无机非金属传统无机非金属传统无机非金属:金属材料金属材料无机非金属无机非金属有机材料有机材料黑色金属材料黑色金属材料碳纲碳纲合金钢合金钢铝合金铝合金铜合金铜合金钛合金钛合金塑料塑料橡胶橡胶光导纤维光导纤维 生物陶瓷生物陶瓷 合成纤维合成纤维复合材料复合材料第一节第一节 工程材料的分类工程材料的分类铸铁铸铁第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能1、强度强度 强度是指在外力作用下材料强度是指在外力作用下材料抵抗塑性变形和抵抗塑性变形和断裂断裂的能力。抵抗破坏能力越大，强度越高。的能力。抵抗破坏能力越大，强度越高

2、。应力应力-应变曲线应变曲线 抗抗拉拉强强度度是是指指材材料料所所能能承承受受的的最最大大应应力力。它表征了材料它表征了材料抵抗断裂抵抗断裂的能力，用的能力，用 表示。表示。式中：式中：Fb-试样在断裂前的最大载荷试样在断裂前的最大载荷(N)；A0-试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)。1)抗拉强度抗拉强度 3)剪切强度剪切强度 当受一对大小相等、方向相反、作用力距当受一对大小相等、方向相反、作用力距离很近的外力，且力的方向都与材料的轴线想离很近的外力，且力的方向都与材料的轴线想垂直，这时材料表现出来的垂直，这时材料表现出来的抵抗能力抵抗能力称为剪切称为剪切强度，用强度，用 表示。表示。

3、2)抗压强度抗压强度 当所受外力是压力时，材料所表现出来的当所受外力是压力时，材料所表现出来的抵抵抗变形或破坏抗变形或破坏的能力称为抗压强度，用的能力称为抗压强度，用 表示。表示。屈屈服服强强度度是是指指材材料料产产生生屈屈服服时时的的最最小小应应力力。它它表表达达了了材材料料抗抗塑塑性性变变形形的的能能力力。用用s表示。表示。sFs/A0 式中：式中：Fs-s点的最小载荷点的最小载荷(N)；A0-试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)。4）屈服强度）屈服强度2、硬度硬度 硬度是指材料的软硬程度。它表征了材料硬度是指材料的软硬程度。它表征了材料抵抵抗表面局部塑性变形及破坏抗表面局部塑性变形

4、及破坏的能力。的能力。1）布氏硬度（）布氏硬度（HB）布氏硬度布氏硬度值是指材料压坑单位球面积上的抵抗值是指材料压坑单位球面积上的抵抗力。其数值越大，则表示材料越硬。力。其数值越大，则表示材料越硬。2）洛氏硬度（）洛氏硬度（HR）洛氏硬度洛氏硬度是用是用压痕深度压痕深度作为测量硬度的依据。作为测量硬度的依据。根据压印头和载荷的不同，洛氏硬度根据压印头和载荷的不同，洛氏硬度分为分为若干种。若干种。常用的有常用的有HRA、HRB、HRC。（1）HRA采用采用1200圆锥形金刚石压入器求得的圆锥形金刚石压入器求得的硬度，一般用来测量硬度，一般用来测量高硬材料高硬材料（如硬质合金等）及（如硬质合金等）

5、及一一 些硬而薄的金属等，其硬度为些硬而薄的金属等，其硬度为7085HRA。（2）HRB采用直径采用直径1/16 in 的淬硬材料钢球测得的淬硬材料钢球测得的硬度，的硬度，一般用来测量一般用来测量有色金属、退火刚有色金属、退火刚等，其硬等，其硬度为度为7085HRA。（3）HRC采用采用1200圆锥形金刚石压入器求得的圆锥形金刚石压入器求得的硬度，一般用来测量硬度，一般用来测量调质钢及淬火调质钢及淬火钢，其硬度为钢，其硬度为2067HRC。3、塑性塑性 塑性是指在外力作用下材料产生永久变形而不被塑性是指在外力作用下材料产生永久变形而不被破坏的能力。常用的塑性指标是破坏的能力。常用的塑性指标是伸

6、长率（伸长率（）和和断面断面收缩率（收缩率（），其值越大，塑性愈大。，其值越大，塑性愈大。碳碳:碳碳塑性塑性（渗碳体）（渗碳体）杂质杂质:杂质杂质塑性塑性 磷磷冷脆性。强度、硬度冷脆性。强度、硬度 塑性塑性 硫硫热脆性。硫化物和共晶体分布晶界，熔点低热脆性。硫化物和共晶体分布晶界，熔点低 氮氮时效脆性、即兰脆。温度时效脆性、即兰脆。温度氮化物析出氮化物析出 氢氢氢脆，间隙固溶体。白点，扩散聚集微缺陷氢脆，间隙固溶体。白点，扩散聚集微缺陷 氧氧热脆性。氧化物、易溶共晶体，熔点低热脆性。氧化物、易溶共晶体，熔点低合金元素合金元素:合金元素加入合金元素加入塑性塑性抗力抗力化学成分对金属塑性的影响化学

7、成分对金属塑性的影响 冲击韧度是材料冲击韧度是材料抵抗冲击载荷抵抗冲击载荷的能力。试的能力。试样横截面单位面积上所消耗的功即为冲击韧度样横截面单位面积上所消耗的功即为冲击韧度值值AK。4、冲击韧性冲击韧性冲击冲击h试样试样摆锤摆锤 H AK值低的材料称为值低的材料称为脆性脆性材料，材料，AK值高的值高的材料称为材料称为韧性韧性材料。材料。材料的材料的AK值取决于材料及其状态，同值取决于材料及其状态，同时与试样的形状、尺寸有很大关系。时与试样的形状、尺寸有很大关系。材料的材料的AK值随温度的降低而减小，且在值随温度的降低而减小，且在某一温度范围内，某一温度范围内，AK值发生急剧降低，这种值发生急

8、剧降低，这种现象称为现象称为冷脆冷脆。5、抗疲劳性抗疲劳性 金属材料在长期交变载荷下，仍然金属材料在长期交变载荷下，仍然不被破坏不被破坏的能力，称为抗疲劳性。的能力，称为抗疲劳性。衡量抗疲劳性大小的指标是衡量抗疲劳性大小的指标是疲劳强度疲劳强度，其值，其值越大，抗疲劳性越好。越大，抗疲劳性越好。第三节第三节 金属材料金属材料 碳钢又称碳素钢，是现代经济建设应用极为碳钢又称碳素钢，是现代经济建设应用极为广泛的基础材料，其主要元素为广泛的基础材料，其主要元素为铁和碳铁和碳。碳含量。碳含量在在0.022.11%之间。由于原料和冶炼工艺的限制，之间。由于原料和冶炼工艺的限制，实际使用的钢中都含有硅、锰

9、、硫、磷等杂质元实际使用的钢中都含有硅、锰、硫、磷等杂质元素。素。一、碳钢一、碳钢 常用金属材料分为黑色金属和有色金属，其常用金属材料分为黑色金属和有色金属，其中黑色金属主要就是指刚和铁。中黑色金属主要就是指刚和铁。按碳含按碳含量量Wc低碳钢：低碳钢：0.60%按质量按质量普通质量碳钢：普通质量碳钢：优质碳钢：优质碳钢：特殊质量碳钢：特殊质量碳钢：按用途按用途碳碳钢钢碳素结构钢：碳素结构钢：碳素工具钢：碳素工具钢：碳素铸钢：碳素铸钢：1、碳钢分类、碳钢分类2、碳碳钢牌号钢牌号Q A F屈服点屈服点屈服点屈服点 s的值的值质量等级：质量等级：A、B、C、D、E脱氧脱氧方法方法沸腾钢沸腾钢F半镇静

10、钢半镇静钢B镇静钢镇静钢Z特殊镇静钢特殊镇静钢TZ1）普通碳素结构钢）普通碳素结构钢2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢 45 表示平均碳质量分数为表示平均碳质量分数为0.45%的优质碳的优质碳 素结构钢。素结构钢。65Mn 表示表示Wc为为0.65%、含锰量较高的优质、含锰量较高的优质 碳素结构钢。碳素结构钢。用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数。用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数。例例1：Q235AF表示屈服点为表示屈服点为235MPa、质量为、质量为A级的碳素结构钢，是沸腾钢。级的碳素结构钢，是沸腾钢。3）碳素工具钢）碳素工具钢 T8 表示平均碳质量分数为表示平均碳质量分数为0

11、.8%的碳素工具钢。的碳素工具钢。T12A 表示平均碳质量分数为表示平均碳质量分数为1.20%的高级的高级优质碳素工具钢。优质碳素工具钢。T（“碳碳”）+两位数字（表示钢中平均碳的质量两位数字（表示钢中平均碳的质量分数的千分数）。分数的千分数）。二、铸铁二、铸铁v强度、塑性、韧性比钢低。强度、塑性、韧性比钢低。v 耐磨性好耐磨性好 石墨有利于润滑、储油。石墨有利于润滑、储油。碳的质量分数碳的质量分数大于大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。的铁碳合金称为铸铁。w(C)=2.5-4.0%，w(Si)=1.0-3.0%.应用特点：应用特点：1、灰铸铁灰铸铁牌号牌号如如HT100，表示表示 b100MP

12、a性能性能与其它铸铁相比，力学性能差，其它性能好与其它铸铁相比，力学性能差，其它性能好发动机飞轮发动机飞轮水泵叶轮水泵叶轮2、球墨球墨铸铁铸铁铁水浇注前加球化剂使石墨球化铁水浇注前加球化剂使石墨球化牌号牌号 如如 QT700-2，表示表示 b700，2性能性能 强度、塑韧性明显优于灰铸铁。强度、塑韧性明显优于灰铸铁。连杆连杆管道接口管道接口 3、蠕墨蠕墨铸铁铸铁在铁水浇注前加在铁水浇注前加蠕蠕化剂而得化剂而得牌号牌号 如如 RuT420，表示表示 b420。性能性能 强度、塑韧性优于灰铸铁。强度、塑韧性优于灰铸铁。应用应用 高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。进气管

13、进气管排气管排气管4、可煅铸铁、可煅铸铁 白口铸铁白口铸铁 经石墨化退火而得经石墨化退火而得牌号牌号 如如 KT300-6，表示表示 b300，6 性能性能 强度、塑韧性优于强度、塑韧性优于HT，低于低于QT。三、三、合金钢合金钢 不仅合金钢的强度高，塑韧性优于碳钢，而不仅合金钢的强度高，塑韧性优于碳钢，而且抗腐蚀性和抗氧化性也好于碳钢。且抗腐蚀性和抗氧化性也好于碳钢。合金钢合金钢 在碳钢的基础上，加入某些合金元素在碳钢的基础上，加入某些合金元素（如锰、硅、镍、钒和稀土等）而得到，（如锰、硅、镍、钒和稀土等）而得到，铁、碳铁、碳和合金元素和合金元素是合金钢的基本组元。是合金钢的基本组元。常分为

14、常分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。1、合金结构钢、合金结构钢 成分：成分：Wc0.2%，Me%3%，主加元素，主加元素Mn 用途：桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输用途：桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。油输气管道、大型钢结构等。性能：性能：较高的强度、屈强比、塑、韧性较高的强度、屈强比、塑、韧性 良好的焊接性和冷塑性加工性良好的焊接性和冷塑性加工性 含有耐大气和海水腐蚀的元素含有耐大气和海水腐蚀的元素1）渗碳钢）渗碳钢低碳：低碳：0.1%0.25%，以保证零件心部足够的，以保证零件心部足够的塑性和韧性，抵抗冲击载荷；塑性

15、和韧性，抵抗冲击载荷；合金元素：主加合金元素：主加Cr、Mn、Ni、B等，以提高渗等，以提高渗碳钢的淬透性，保证零件的心部为低碳马氏体，碳钢的淬透性，保证零件的心部为低碳马氏体，从而具有足够的心部强度。从而具有足够的心部强度。用途：制造要求高耐磨性、承受高接触应力和用途：制造要求高耐磨性、承受高接触应力和 冲击载荷的重要零件。冲击载荷的重要零件。2）调质钢）调质钢中碳：中碳：0.25%0.5%（一般为（一般为0.4%左右）。左右）。合金元素合金元素：主加元素：主加元素Mn、Si、Cr、Ni等，主要等，主要作用提高淬透性；次要作用溶入铁素体起固溶作用提高淬透性；次要作用溶入铁素体起固溶强化作用。

16、强化作用。用途：制造受力复杂（交变应力、冲击载荷等）用途：制造受力复杂（交变应力、冲击载荷等）的重要零件，如发动机连杆、曲轴、机床主轴等。的重要零件，如发动机连杆、曲轴、机床主轴等。3）弹簧钢）弹簧钢中高碳：碳素弹簧钢中高碳：碳素弹簧钢0.60.9%，合金弹簧钢，合金弹簧钢0.450.70%，经淬火加中温回火后得到回火托氏体组，经淬火加中温回火后得到回火托氏体组织，能较好地保证弹簧的性能要求。织，能较好地保证弹簧的性能要求。合金元素：主加元素为合金元素：主加元素为Si、Mn等，其主要作用是等，其主要作用是提高淬透性、回火稳定性。提高淬透性、回火稳定性。用途：制造各种弹簧和弹性元件或类似性能用途

17、：制造各种弹簧和弹性元件或类似性能 要求的结构零件。要求的结构零件。4）滚动轴承钢）滚动轴承钢 高碳：高碳：0.95%1.15%，保证轴承钢高硬度和高耐磨性。，保证轴承钢高硬度和高耐磨性。低铬：低铬：0.40%1.65%，增加钢的淬透性，形成合金渗体。，增加钢的淬透性，形成合金渗体。M3C型型碳化物碳化物:提高接触疲劳极限和耐磨性。提高接触疲劳极限和耐磨性。用途：制造各种滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱）用途：制造各种滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱）和内外套圈的专用钢种，也可制作精密量和内外套圈的专用钢种，也可制作精密量 具、冷冲模、机床丝杆及油泵油嘴精密件。具、冷冲模、机床丝杆及油泵油嘴精密件。2

18、、合金工具钢、合金工具钢 具有具有较高硬度、足较高硬度、足够韧性、耐高温、热处够韧性、耐高温、热处理变形小。理变形小。1）刃具钢）刃具钢 高的硬度（高的硬度（6066HRC）和耐磨性。）和耐磨性。高的热硬性，即钢在高温下（高的热硬性，即钢在高温下（500600）保持）保持高硬度（高硬度（60HRC左右）的能力，这是高速切削加工左右）的能力，这是高速切削加工刀具必备的性能。同时具有适当的韧性。刀具必备的性能。同时具有适当的韧性。2）量具钢）量具钢高硬度和耐磨性、良好尺寸稳定性。高硬度和耐磨性、良好尺寸稳定性。成分：高碳成分：高碳；合金元素：合金元素：Cr，Mn、W。3）模具钢）模具钢 在常温下使

19、金属材料变形成型的模具用钢，工在常温下使金属材料变形成型的模具用钢，工作温度作温度200300；模具承受很大的载荷及摩擦、；模具承受很大的载荷及摩擦、冲击作用；冷作模具钢应具有高硬度、高耐磨性。冲击作用；冷作模具钢应具有高硬度、高耐磨性。（2）热作模具钢）热作模具钢 使热态金属成形的模具用钢。热锻模工作部分使热态金属成形的模具用钢。热锻模工作部分的温度会升高到的温度会升高到300400、热挤压模可达、热挤压模可达500800、甚至近、甚至近1000。（1）冷作模具钢）冷作模具钢3、特殊性能钢、特殊性能钢1）不锈钢不锈钢 铬不锈钢的合金元素以铬为主，可抵抗空铬不锈钢的合金元素以铬为主，可抵抗空气

20、、水对钢的腐蚀。铬镍不锈钢的合金元素以气、水对钢的腐蚀。铬镍不锈钢的合金元素以铬和镍为主，可抵抗酸碱的腐蚀。铬和镍为主，可抵抗酸碱的腐蚀。2）耐热钢）耐热钢在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。3）耐磨钢）耐磨钢强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化高锰钢。强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化高锰钢。四、有色金属四、有色金属1）纯铝）纯铝 具具有有低低强强度度、良良好好低低温温性性能能，塑塑性性好好，易易铸铸造造、切削和加工。同时具有良好导电性和导热性。切削和加工。同时具有良好导电性和导热性。2）铝合金）铝合金 在在纯纯铝铝中中加加入入硅硅、铜铜、镁镁、锰锰

21、等等合合金金元元素素所所形形成成，保留纯铝优点同时，提高铝合金的强度。保留纯铝优点同时，提高铝合金的强度。1、铝及铝合金、铝及铝合金 2、铜及铜合金、铜及铜合金 1）纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）铜是人类历史上铜是人类历史上应用最早应用最早的金属材料。具有的金属材料。具有良好的导电、热及耐腐蚀性，从而广泛应用于电良好的导电、热及耐腐蚀性，从而广泛应用于电气、仪器、化工等行业。气、仪器、化工等行业。纯铜表面呈紫色，又叫紫铜。最主要特点是具纯铜表面呈紫色，又叫紫铜。最主要特点是具有高的导电、导热性，同时具有较高的抗磁性。但有高的导电、导热性，同时具有较高的抗磁性。但纯铜的强度和硬度较低。纯铜的强度和硬度

22、较低。a.普通黄铜（铜普通黄铜（铜-锌二元合金）锌二元合金）普普通通黄黄铜铜的的代代号号为为“H”加加数数字字组组成成，如如H62表示表示Cu=62%，Zn=38%的普通黄铜。的普通黄铜。b.特殊黄铜（复杂黄铜）特殊黄铜（复杂黄铜）特特殊殊黄黄铜铜的的代代号号：H+主主要要添添加加元元素素符符号号+铜铜的质量分数的质量分数+主添元素的质量分数。主添元素的质量分数。如如HPb59-1为为Cu=59%，Pb=1%，余余量量为为锌的铅黄铜。锌的铅黄铜。2）铜合金）铜合金 青青铜铜是是在在铜铜合合金金中中加加入入主主要要元元素素不不是是锌锌，而而是是锡、铝、硅等其他元素。锡、铝、硅等其他元素。青青铜铜

23、代代号号为为“Q”加加数数字字组组成成，其其后后是是主主加加元元素素 符符 号号 及及 其其 平平 均均 含含 量量。如如 QSn6.5-0.1代代 表表Sn6.5%、p0.1%锡青铜。锡青铜。青青铜铜一一般般经经铸铸造造而而成成，其其强强度度、硬硬度度、耐耐腐腐蚀蚀性性都都比比黄黄铜铜好好，因因此此常常用用来来制制造造轴轴承承、齿齿轮轮套套圈圈及减摩零件等。及减摩零件等。c.青铜青铜第四节第四节 有机材料有机材料 有机材料主要是指有机材料主要是指塑料、合成橡胶、合成纤维塑料、合成橡胶、合成纤维等高分子材料。等高分子材料。1）组成元素主要有）组成元素主要有C、H、O、N、Cl、Si等等2）以许

24、多简单的重复单元连接而成）以许多简单的重复单元连接而成 例：聚乙烯例：聚乙烯 CH2-CH2-CH2-.重复单元重复单元-CH2-CH2-也叫做也叫做链节链节高分子材料组成高分子材料组成一、塑料一、塑料 由树脂及增塑剂、防老化剂等添加剂组成的，由树脂及增塑剂、防老化剂等添加剂组成的，主要成分是树脂。主要成分是树脂。塑料塑料热塑性塑料：热塑性塑料：热固性塑料：热固性塑料：具有长链状的线性结构具有长链状的线性结构硬化后，形成体形网状结构硬化后，形成体形网状结构 塑料特点：一是以高分子聚合物为主要成分，塑料特点：一是以高分子聚合物为主要成分，二是本身具有可塑性。二是本身具有可塑性。热固性塑料热固性塑

25、料再次受热再次受热时，链与链间会形成时，链与链间会形成共价共价键键，产生一些交联，形成，产生一些交联，形成体型网状结构体型网状结构，从而会硬，从而会硬化定型。化定型。热塑性塑料热塑性塑料具有长链具有长链状的状的线型结构线型结构。受热时，受热时，分子间作用力减弱，易滑分子间作用力减弱，易滑动；冷却时，相互引力增动；冷却时，相互引力增强，会重新硬化。强，会重新硬化。塑料的特性塑料的特性1、塑料的优点、塑料的优点:（1）易于加工、易于制造，成本低。易于加工、易于制造，成本低。（2）可根据需要随意着色，或制成透明制品。）可根据需要随意着色，或制成透明制品。（3）可制做轻质高强度的产品。）可制做轻质高强

26、度的产品。（4）不生锈、不易腐蚀，不易传热、保温性能好。）不生锈、不易腐蚀，不易传热、保温性能好。2、塑料的缺点、塑料的缺点:（1）耐热性差、易于燃烧耐热性差、易于燃烧（2）机械强度较低机械强度较低（3）耐久性差，易老化耐久性差，易老化（4）尺寸稳定性差）尺寸稳定性差二、橡胶二、橡胶 橡胶是具有轻度交联的线性高聚物，橡胶是具有轻度交联的线性高聚物，是制造是制造飞机、汽车和医疗器械等所必需的材料，是重要飞机、汽车和医疗器械等所必需的材料，是重要的战略物资。的战略物资。2、合成橡胶分为、合成橡胶分为通用橡胶通用橡胶和和特种橡胶特种橡胶。通用橡胶通用橡胶：如丁苯橡胶、顺丁：如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁

27、橡胶等。橡胶、氯丁橡胶等。特种橡胶特种橡胶：如耐热和耐酸碱的：如耐热和耐酸碱的氟橡胶氟橡胶、耐高温和耐严寒的、耐高温和耐严寒的硅硅橡胶橡胶等。等。硅橡胶硅橡胶1、天然橡胶天然橡胶的化学组成是的化学组成是 聚异戊二烯聚异戊二烯：第五节第五节 陶瓷陶瓷陶陶瓷瓷材材料料是是最最常常用用的的一一种种无无机机非非金金属属材材料料。是是用用天天然然或或人人工工合合成成的的粉粉状状化化合合物物，经经成成型型和和高高温温烧烧结结而而制制成成的的多多相相固固体体材材料料。它它的的出出现现是是人人类类文文明明的的象象征征之之一。一。陶陶瓷瓷最最大大优优点点是是可可作作为为高高温温结结构构材材料料，同同时时具具有有

28、高硬度、高耐磨性、耐蚀性和绝缘性能高硬度、高耐磨性、耐蚀性和绝缘性能。陶瓷是继金属材料、高分子材料之后的第三大工程材料。陶瓷是继金属材料、高分子材料之后的第三大工程材料。一、陶瓷材料的分类一、陶瓷材料的分类1）普通陶瓷又称传统陶瓷。以天然硅酸盐）普通陶瓷又称传统陶瓷。以天然硅酸盐矿物矿物 为主要原料，如粘土、石英、长石等。主为主要原料，如粘土、石英、长石等。主要制品有：日用陶瓷、建筑陶瓷、电器绝缘陶要制品有：日用陶瓷、建筑陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷。瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷。2）特特种种陶陶瓷瓷是是以以纯纯度度较较高高的的人人工工合合成成化化合合物为主要原料的人工合成化合物。物为主要

29、原料的人工合成化合物。如如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN等。等。以以Al2O3为主要成分，含少量为主要成分，含少量SiO2的陶瓷。的陶瓷。根根据据Al2O3含含量量不不同同，分分75瓷瓷（）又又称称刚刚玉玉-莫来石瓷；莫来石瓷；95瓷、瓷、99瓷，又称刚玉瓷。瓷，又称刚玉瓷。Al2O3含含量量愈愈高高，玻玻璃璃相相愈愈少少，气气孔孔愈愈少少，陶陶瓷瓷的的性性能愈好，但工艺愈复杂，成本愈高。能愈好，但工艺愈复杂，成本愈高。（1）氧化铝陶瓷）氧化铝陶瓷下面介绍几种特种陶瓷下面介绍几种特种陶瓷 主主晶晶相相SiC，有有反反应应烧烧结结和和热热压压烧烧结结两两种种碳碳化化硅硅陶陶瓷瓷；

30、高高温温强强度度高高，工工作作温温度度可可达达16001700 1400时，抗弯强度为时，抗弯强度为500600MPa。有有很很好好的的导导热热性性、热热稳稳定定性性、抗抗蠕蠕变变能能力力、耐耐磨磨性性、耐耐蚀蚀性性，且且耐耐辐辐射射；是是良良好好的的高高温温结结构构材材料料，主主要要用用于于制制作作火火箭箭喷喷管管的的喷喷嘴嘴，浇浇注注金金属属的的浇浇道道口口、热热电电偶偶套套管管、炉炉管管，燃燃气气轮轮叶叶片片，高高温温轴轴承承，热热交交换器及核燃料包封材料等。换器及核燃料包封材料等。（2）碳化硅陶瓷）碳化硅陶瓷 以以Si3N4粉粉为为原原料料，加加入入少少量量添添加加剂剂，装装入入石石墨

31、墨模模具具中中，在在16001700高高温温和和2030MPa的的高高压压下下烧烧结结成成型型，得得到到组组织织致致密密，气气孔孔率率接接近近0的的氮氮化化硅硅陶陶瓷瓷。因因受受石石墨墨模模具具所所限限制制，只只能能加加工工形状简单的制品。形状简单的制品。（3）氮化硅陶瓷）氮化硅陶瓷第六节第六节 复合材料复合材料 复合材料是由两种或两种以上不同性质或不同组复合材料是由两种或两种以上不同性质或不同组织的组分，以宏观或微观方式复合形成的新型材料，织的组分，以宏观或微观方式复合形成的新型材料，一般由一般由基体组元基体组元和和增强材料增强材料组成。组成。复合材料特点：复合材料特点：1）比强度高和比模量

32、高）比强度高和比模量高2）抗疲劳和破损安全好）抗疲劳和破损安全好3）减振性能好）减振性能好4）耐高温性能好）耐高温性能好5）成型工艺好）成型工艺好 常用复合材料常用复合材料一、玻璃钢：一、玻璃钢：基体：基体：树脂树脂；增强体：；增强体：玻璃纤维玻璃纤维性能：强度高、密度小（钢的性能：强度高、密度小（钢的1/4）、耐腐蚀、）、耐腐蚀、绝缘性好绝缘性好 应用：人造卫星、导弹和火箭外壳（瞬时耐高温应用：人造卫星、导弹和火箭外壳（瞬时耐高温性能）；性能）；雷达罩（不反射无线电波、微波透过性雷达罩（不反射无线电波、微波透过性好）；好）；电机、电器及仪表的绝缘零部件；电机、电器及仪表的绝缘零部件；各种管各

33、种管道、泵、阀门、容器等。道、泵、阀门、容器等。二、碳纤维二、碳纤维-树脂复合材料树脂复合材料基体：基体：树脂树脂；增强体：；增强体：碳纤维碳纤维性能：高的比强度和比模量，良好的高温性能，性能：高的比强度和比模量，良好的高温性能，优良的抗疲劳性能、耐冲击、减摩耐磨、耐腐蚀优良的抗疲劳性能、耐冲击、减摩耐磨、耐腐蚀等。等。应用：制造承载、耐磨等零件，如轴承、密封圈、应用：制造承载、耐磨等零件，如轴承、密封圈、齿轮等。化学工业、汽车制造业、航空航天和国齿轮等。化学工业、汽车制造业、航空航天和国防工业等。防工业等。基体：基体：环氧树脂环氧树脂 增强体：增强体：硼纤维硼纤维性能：强度和冲击韧性特别高，

34、具有一定的抗性能：强度和冲击韧性特别高，具有一定的抗热性。但各向异性很明显，横向力学性能低而热性。但各向异性很明显，横向力学性能低而纵向力学性能高。纵向力学性能高。应用：主要用于航空航天、军事和生物医学，应用：主要用于航空航天、军事和生物医学，如洲际导弹头部的隔热罩、固体火箭喷管等。如洲际导弹头部的隔热罩、固体火箭喷管等。三、硼纤维三、硼纤维树脂复合材料树脂复合材料第七节第七节 钢的热处理钢的热处理退火退火热处理热处理普通热处理普通热处理 化学热处理化学热处理正火正火 淬火淬火 回火回火 表面热处理表面热处理 表面淬火表面淬火 感应加热感应加热 表面淬火表面淬火 火焰加热火焰加热 表面淬火表面

35、淬火 渗碳渗碳 渗氮渗氮 碳氮共渗碳氮共渗 发黑处理发黑处理退火是将钢件加热到高于或低于钢的临界退火是将钢件加热到高于或低于钢的临界温度，保温一定时间，随后以温度，保温一定时间，随后以极缓慢极缓慢的速度冷却的速度冷却的一种热处理工艺。退火能降低硬度。的一种热处理工艺。退火能降低硬度。1、钢的退火与正火钢的退火与正火 正火是将钢件加热、保温后在正火是将钢件加热、保温后在空气空气中冷却中冷却的热处理工艺。的热处理工艺。正火可消除内应力，提高钢的塑性和韧性正火可消除内应力，提高钢的塑性和韧性,同样钢件在正火后强度和硬度比退火高。同样钢件在正火后强度和硬度比退火高。将钢加热、保温后，迅速冷却至室温将钢

36、加热、保温后，迅速冷却至室温(一般为一般为油油冷或水冷冷或水冷)，从而获得马氏体组织的工艺叫淬火。，从而获得马氏体组织的工艺叫淬火。淬火的主要目的在于提高钢的硬度，或得到马氏淬火的主要目的在于提高钢的硬度，或得到马氏体体,以便通过回火调整组织、性能。以便通过回火调整组织、性能。2、钢的淬火与回火、钢的淬火与回火将淬火后的钢加热、保温一定时间，然后取出将淬火后的钢加热、保温一定时间，然后取出空冷或油冷的热处理工艺过程称为回火。空冷或油冷的热处理工艺过程称为回火。回火后硬度下降，韧性大大提高，消除了淬火回火后硬度下降，韧性大大提高，消除了淬火产生的内应力，降低了淬火钢的脆性。产生的内应力，降低了淬

37、火钢的脆性。3、钢的调质与时效处理、钢的调质与时效处理 将淬火后的钢件进行高温（将淬火后的钢件进行高温（500600）回火，）回火，这种这种双重热处理双重热处理方法称为调质。方法称为调质。调质的目的是细化晶粒，使钢件获得较高的韧性调质的目的是细化晶粒，使钢件获得较高的韧性和足够的强度，使其具有良好的综合力学性能。和足够的强度，使其具有良好的综合力学性能。为消除零件在制造过程中的内应力而采取的方法为消除零件在制造过程中的内应力而采取的方法称为称为时效处理时效处理。人工时效人工时效：自然时效自然时效：将淬火钢件加热到将淬火钢件加热到100160，保温后冷却，保温后冷却不需提高温度而靠长期存放来达到

38、稳定尺寸目的不需提高温度而靠长期存放来达到稳定尺寸目的4、化学热处理与发黑处理、化学热处理与发黑处理 化学热处理就是将钢件放到某些活性原子的化化学热处理就是将钢件放到某些活性原子的化学介质中，通过加热、保温、冷却的方法，使学介质中，通过加热、保温、冷却的方法，使活性活性原子渗入到钢件的表层原子渗入到钢件的表层，从而达到改变钢的表层化，从而达到改变钢的表层化学成分，使其具有某种特殊性能的目的。学成分，使其具有某种特殊性能的目的。将金属零件放在高浓度碱和氧化剂溶液中加热氧将金属零件放在高浓度碱和氧化剂溶液中加热氧化，使其表面生成一层带化，使其表面生成一层带磁性的四氧化三铁磁性的四氧化三铁薄膜热薄膜热处理过程称为处理过程称为发黑处理发黑处理。目的是使金属表面防锈，。目的是使金属表面防锈，增加金属表面美观和光泽，消除淬火过程应力。增加金属表面美观和光泽，消除淬火过程应力。本章结束本章结束