《非铁材料》PPT课件.ppt

第五章 非铁材料,5.1 非铁金属及其合金 5.1.1 铝及铝合金 纯铝 特性：银白色的金属，具有面心立力方晶格，密度为2.7g/cm3 ，导电性、导热性好，强度低，塑性好。 主要用途：配制铝合金，在电气工业中用铝代铜作导线、电容器等 。,5.1.1 铝及铝合金,分类,工业高纯铝（LG1LG5）,工业纯铝（L1L7）,5.1.1 铝及铝合金,（序号越大，纯度越低）,5.1.1 铝及铝合金,铝的强度低，不宜作承力结构材料使用。加入硅、铜、镁、锰等合金元素，其强度比纯铝高几倍，可用于制造承受一定载荷的机械零件。 铝根据二元相图，可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。,5.1.1 铝及铝合金,铝合金 比重小，比强度高。 在空气中的抗蚀性好。 容易加工。,5.1.1 铝及铝合金,1、形变铝合金 分类：防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金。 防锈铝合金：Al-Mg和Al-Mn合金，特点是耐蚀性能好，易加工和焊接，但强度低不能通过热处理强化； 硬铝合金： Al-Cu-Mg和Al-Cu-Mg合金，特点是有极强的失效硬化能力，强度高，耐蚀性和焊接性差； 超硬铝合金： Al-Cu-Mg-Zn合金，特点是强度很高； 锻铝合金：Al-Mg-Si-Cu和Al-Cu-Mg-Ni-Fe合金，具有良好的热塑性、铸造性能和较高的力学性能。,5.1.1 铝及铝合金,5.1.1 铝及铝合金,2、铸造铝合金 分类：Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系、Al-Re系等合金。 Al-Si系合金具有优良的铸造性能，加入Cu、Mg、Mn等元素使其强化，通过热处理可进一步提高力学性能； Al-Cu系合金有较高的强度和耐热性，但铸造性能差； Al-Mg系合金属高强度、高耐蚀合金； Al-Zn系合金有自淬火效应铸造后经变质、失效处理后强度较高，但耐蚀性差，热裂倾向大； Al-Re系合金有良好的铸造和耐热性能。,5.1.1 铝及铝合金,5.1.2 铜及铜合金,纯铜（紫铜）物理性能：密度为8.94g/cm 3 ，熔点为1083，无磁性。具有面心立方结构无同素异构转变。,5.1 非铁金属及其合金,5.1.2 铜及铜合金,特点：具有优良的导电性、导热性，很高的化学稳定性和良好的抗蚀性能。纯铜的强度不高，硬度低，塑性很好。经冷变形加工后，强度提高，但伸长率下降。 工业纯铜加工产品代号有T1、T2、T3、T4四种。主要用于制作电线、蒸发器等。,5.1 非铁金属及其合金,铜合金 机械性能好 摩擦系数小 在空气环境下具有良好的抗蚀性。 容易加工。,1.黄铜,以锌（含量小于50%）为主要加入元素的铜合金。,分类（铸造 在其前加“Z” ）,特殊黄铜 在普通黄铜基础上加入 Al、Mn 、 Si 、 Pb 等元素,普通黄铜 （铜锌合金）,表示方法 （H+铜含量）,表示方法（H+主要元素符号 铜含量主加元素含量）,HMn58-2,H62,5.1.2 铜及铜合金,1. 黄铜,5.1.2 铜及铜合金,2. 白铜,以Ni为主要元素（含量小于50%）的铜合金。,分类（铸造 在其前加“Z” ）,特殊白铜 在简单白铜基础上加入 Fe、Zn 、 Mn 、 Al 等元素,简单白铜 （铜镍合金）,表示方法 （ B+镍含量）,表示方法（B+主要元素符号 镍含量主加元素含量）,BFe5-1,B30,5.1.2 铜及铜合金,3. 青铜,除Ni和Zn以外的其它元素为主要合金元素的铜合金。 青铜的代号用（Q+主加元素符号+主加元素百分含量+其他元素的百分含量）表示。,5.1.2 铜及铜合金,）锡青铜,以锡为主要加入元素的铜合金。 锡含量是决定锡青铜性能的关键，含锡量57%的锡青铜塑性最好，适用于冷热加工；含锡量大于10%的锡青铜，强度升高，塑性很低，只作铸造用。,5.1.2 铜及铜合金,）铝青铜,以Al为主要加入元素的铜合金。铝的含量小于12%。 铝青铜的强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，并能进行热处理强化。 工业上压力加工用的铝青铜一般含铝量低于57%；含铝10%左右的合金，强度高，用于热加工或铸造用材。,5.1.2 铜及铜合金,）铍青铜,以Be为主要加入元素的铜合金。铍含量为1.72.5 。 铍青铜可以淬火、时效处理提高强度、硬度、疲劳极限和弹性极限。具有良好的铸造性能和冷、热加工性能。 主要用于制作高级精密的弹性元件、如弹簧、膜片、膜盘等；也用于制作特殊要求的耐磨零件，如钟表的齿轮和发条、压力表游丝等。,5.1.2 铜及铜合金,5.1.3 钛及钛合金,特点：熔点1667，密度4.5g/cm3，密排六方晶格Ti，高于882.5为体心立方晶格Ti。 优点：强度高（1500Mpa），密度小，热强度高，耐蚀性高。 缺点：工艺性差；导热系数小、摩擦因数大，故切削性差；弹性模量小，变形时回弹大，冷变形困难；硬度低，不耐磨；成本高。,5.1 非铁金属及其合金,5.1.3 钛及钛合金,1、钛合金 退火组织为单向固溶体，热压加工成型，含5Al与2.5Sn起固溶强化作用。,5.1.3 钛及钛合金,2、钛合金 加入V、Mo使其室温下全部为相，淬火得介稳 定的相钛合金，可通过淬火、失效处理强化，室温强度高。,3、 钛合金 加入适当的稳定相的合金元素所得，高度合金化的钛合金可通过热处理获得。,比较,5.2 高分子材料,1. 工程塑料 塑料：一种合成树脂为主要成分的高分子材料。由合成树脂和添加剂组成。 1）组成 添加剂：为改善塑料的使用性能或成形工艺而加入的其它成分。包括填料、增塑剂、固化剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂等。,第五章 非铁材料,树脂：树脂是塑料的主要成份，它联系和粘结其它组分，对塑料的性能起决定性作用。 填充剂：弥补或改善树脂的性能不足，另外可以显著地降低成本。 增塑剂:增加材料塑性。 固化剂：使线型高分子交联成体型网络结构。 稳定剂：用来抵抗老化延长塑料寿命物质。 其它:诸如发泡剂，抗静电剂，染料，润滑剂等等.,1. 工程塑料,热塑性塑料和热固性塑料的比较,加热变软，冷却变硬； 不同材料的韧性变化范围很大； 可循环再利用； 不能承受高温。,制成后永久固化； 脆； 不能循环再利用； 可承受高温。,热塑性塑料,热固性塑料,5.2 高分子材料,2）分类及应用,主要优点：质轻、比强度高；良好的耐蚀性、减摩性；绝缘性、耐电弧性、隔音性、吸振性；工艺性能好。 主要缺点：强度、硬度、刚度低；耐热性、导热性差，热膨胀系数大；容易燃烧，容易老化。,2）分类及应用,1. 工程塑料,主要制造各种罩壳、轻载齿轮、干摩擦轴承、轴套、密封件、各种耐磨耐蚀结构件、绝缘件等。,2）分类及应用,1. 工程塑料,2 橡胶,1) 橡胶的组成、种类及性能 橡胶：一种具有高弹性的有机高分子材料。主要由生胶、各种配合剂和增强材料组成。 生胶：未加配合剂的橡胶。,5.2 高分子材料,1) 橡胶的组成、种类及性能,配合剂：硫化剂、硫化促进剂、增塑剂、补强剂、防老化剂、着色剂、增容剂等。 作用：提高橡胶制品的使用性能和改善加工工艺性能。,2 橡胶,2) 橡胶的组成、种类及性能,增强材料：各种纤维织品、帘布及钢丝等。 作用：增加橡胶制品的强度并限制其变形。 生产过程：生胶的塑炼、胶料的混炼、压延、压出和制品的硫化。,2 橡胶,2) 橡胶的组成、种类及性能,分类： 按原料来源分：天然橡胶； 合成橡胶,2 橡胶,按应用范围分：通用橡胶： 特种橡胶,特点：高弹性，良好的绝缘性、耐磨性、阻尼性和隔音性。,3) 天然橡胶,由橡树流出的乳胶，经凝固、干燥、加压制成片状生胶，再经硫化的橡胶制品。 特点：弹性好，抗拉强度达25MPa35MPa，耐碱性能好，是电的绝缘体；但耐油和耐溶剂性能差，耐臭氧老化较差，不耐高温。,2 橡胶,4) 通用合成橡胶,a丁苯橡胶 由丁二稀和苯乙稀共聚而成。强度低，成形性差，弹性不如天然橡胶；但价格便宜，能以任何比例与天然橡胶混合。主要与其他橡胶混合使用，可代替天然橡胶。,2 橡胶,b顺丁橡胶 由丁二稀单体聚合而成。弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶；但强度低、加工性差、抗撕裂性差。,4) 通用合成橡胶,c氯丁橡胶（万能橡胶） 由氯丁二稀聚合而成。高弹性、高绝缘性、较高强度、高耐碱性，耐油、溶剂、氧化、老化、酸、热、燃烧、挠曲；但耐寒性差、 密度大、生胶稳定性差。,2 橡胶,d已丙橡胶 由乙稀和丙稀聚合而成。原料丰富、价廉、易得。分子链中不含双键，结构稳定。,4) 通用合成橡胶,橡胶制品,弹性圈,V形圈,2 橡胶,5) 特种合成橡胶,a丁腈橡胶 由丁二稀和丙二稀共聚而成。丙二稀含量越高，耐油、溶剂和化学稳定性越强，强度、硬度和耐磨性提高，但耐寒性降低 。 不能作绝缘材料。,2 橡胶,5) 特种合成橡胶,b硅橡胶 由二甲基硅氧烷与其他有机单体共聚而成。分子主链由硅原子和氧原子以单键连接而成，具有高柔性和高稳定性。 特点：耐高温、耐低温、抗老化，对臭氧、氧、光和气候的老化抗力大。但强度、和耐磨性低，耐酸碱性也差，且价格较贵。,2 橡胶,5) 特种合成橡胶,c氟橡胶 以碳原子为主链含有氟原子的高聚物。由于含有键能很高的碳氟键，具有高的化学稳定性。 特点：耐腐蚀和耐热性很好，且强度和硬度较高，抗老化性能强。但耐寒性差，加工性能不好，价格高。,2 橡胶,5.3 陶瓷,5.3.1 概念 除金属材料和有机高分子材料外的所有固体材料（无机非金属材料）。 5.3.2 分类 按原料来源分： 普通陶瓷 以天然硅酸盐矿物为原料，经过加工、成形、烧结而成。 特种陶瓷 采用纯度较高的人工合成物，经配料、成形、烧结而成。,5.3 陶瓷,5.3.2 陶瓷的分类,按用途分： 、日用陶瓷 、工业物陶瓷,5.3 陶瓷,或分为： 、结构陶瓷 、功能陶瓷 、生物陶瓷,按化学组成分： 、氮化物陶瓷 、氧化物陶瓷 、碳化物陶瓷,按性能分： 、高强度陶瓷 、高温陶瓷 、耐酸陶瓷,5.3.4 陶瓷的性能与应用,陶瓷材料具有极高的硬度，耐磨性好、熔点高、绝缘性好。但冲击韧性与断裂韧性差。 常用来制作新型刀具、耐磨零件及绝缘材料。,5.3 陶瓷,5.3.5 功能陶瓷简介,功能陶瓷：具有高温氧化自适应性的高温陶瓷。 利用Nb在高温下自动“流入”裂纹并屏蔽内部组织与氧接触，阻止陶瓷材料在高温下的破坏过程。,5.3 陶瓷,5.3.6 陶瓷产品,纺织剪纱刀,马赛克,5.3 陶瓷,5.4 复合材料,5.4.1 复合材料的概念 两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的，各组分间有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料。,优点：可根据需要改善材料的使用性能。,5.4.2 复合材料的分类,5.4 复合材料,5.4.3 常用复合材料,5.4 复合材料,颗粒增强复合材料,纤维增强复合材料,层合复合材料,常用复合材料,5.4.3 常用复合材料,5.4 复合材料,颗粒增强复合材料,碳化物基金属陶瓷,氧化物基金属陶瓷,5.4.3 常用复合材料,5.4 复合材料,热塑性玻璃钢,碳纤维树脂复合材料,纤维增强复合材料,热固性玻璃钢,碳纤维碳复合材料,碳纤维金属复合材料,其它纤维增强复合材料,5.4.3 常用复合材料,5.4 复合材料,层合复合材料,双金属复合材料,SF性三层复合材料,塑料覆层材料,夹层玻璃,金属塑料复合材料,5.5 其他材料,1、超导材料 超导现象：电阻随温度降低而减少最终为零。 特性：临界温度Tc以下，电阻为零，完全导电；磁场强度H恒为零；对处于Tc以下的超导体施加足够强的磁场，超导电性消失；无外磁场而使超导体通电，当电流密度超过一定值时，超导体恢复到正常态。,5.5 其他材料,2、贮氢材料 金属固溶氢气形成含氢固溶体（MHx），其解度与平衡氢压的平方成正比。在一定温度和压力下，固溶体（MHx）与氢发生反应生成金属氢化物来贮氢。,分类：镁系贮氢合金；稀土系贮氢合金；钛系贮氢合金。 用途：做贮运氢的容器、氢燃料贮存器；分离与回收氢，制造高纯度氢气和氢化物电极。,5.5 其他材料,3、形状记忆合金 具有形状记忆效应的合金,机理：热弹性M相变 分类：镍钛系合金；铜系合金；铁系合金。 用途：做紧固件、连接件、密封垫、与温度有关的传感器及自动控制等。,5.5 其他材料,4、非晶态合金金属玻璃 以极高速度使熔融的合金冷却、凝固后的合金结构呈玻璃态。,优点：超耐蚀性、高磁导率、恒弹性、高强韧性、低热膨胀系数和磁致伸缩。 特征：不具有长程有序晶体结构；具有高达1013Pa.S以上的黏滞系数；在某一窄的温度区内能够发生明显的结构变化。 只要冷却速度足够快，溶体中原子来不及做规则排列就完成凝固，即可形成非晶态金属。 缺点：厚度受限制；热力学不稳定，受热有晶化倾向。,5.5 其他材料,5、磁性材料 1）软磁材料 特点：在较低的磁场中被磁化而呈强磁性，但磁场去除后磁性基本消失。 2）硬磁材料永磁材料 材料被外磁场磁化后，去掉外磁场仍然保持较强剩磁的材料： （1）变形永磁钢 （2）铝镍钴永磁合金 （3）稀土永磁材料,5.5 其他材料,6、光纤材料 采用像头发丝细的透明玻璃纤维制成的光缆。