机械制造与材料(1)课件

1、机械制造与材料 1机械制造与材料(1) 材料的分类及用途 常用材料分两类 金属材料的加工、非金属材料的加工 （如陶瓷、塑料等）。硬度由大到小：不锈钢铸铁铜 铝等。优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。主要特 征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低， 水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采 用正火处理。应用举例: 主要用于制造强度高的运动件， 如透平机叶轮、压缩机活塞。 2机械制造与材料(1) 常用塑料材料及应用 亚克力（PMMA） 材料特性：PMMA俗称有机玻璃，又叫压克力或亚克力， 香港人多叫亚加力，是一种开发较早的重要热塑性塑料， 具有较好的透明性、化学稳定性和耐候性，

2、易染色，易 加工，外观优美。有机玻璃产品通常可以分为浇注板、 挤出板和模塑料。 典型用途: 生产光学镜片，家用电器，餐具，日用品，仪 表表盘，透明盖。 3机械制造与材料(1) 透明压克力板材具有可与玻璃比拟的透明光率，但密度 只有玻璃的一半。此外，它不像玻璃那么易碎，即使破 坏，也不会像玻璃那样形成锋利的碎片。亚克力板的耐 磨性能与铝材接近，它不定期耐多种化学品的腐蚀。亚 克力板具有良好的适印性和喷涂性，采用丝印和喷涂工 艺，可以赋予压克力制品（亚克力制品）理想的表面装 饰效果。 4机械制造与材料(1) 热塑性弹性体（Thermoplastic Elastomers），简称TPE。TPE同时

3、具有传统热回型橡胶之功能和性质（柔软、弹性、触感佳），兼具 有一般热塑性塑料之加工简易，快速及可回收再使用的双重优点。 TPE是其功能与性质橡胶化的热塑性塑料，因此，也有人称其为热 塑性橡胶（Thermoplastic Rubbers）简称TPR。 TPR，TPE的优点 1. 可用一般的热塑性塑料成型机加工，不需要特殊的加工设备。 2. 生产效率大幅提高。可直接用橡胶注塑机硫化，时间由原来的 20min左右，缩短到1min以内；由于需要的硫化时间很短，因此已 可用挤出机直接硫化，生产效率大幅提高。 5机械制造与材料(1) 汽车车身的机械材料 汽车车身外壳绝大部分是金属材料，钢板、碳纤维、铝、

4、强化塑料等，不同用途的汽车外壳、不同部位的材料不 同。一般是钢板，奥迪高档车是铝，赛车是碳纤维，悍 马H2的引擎盖是强化塑料的。早期的轿车车身沿用了马 车车身结构，整个车身以木材料为主。1912年由爱德 华巴特首次制成了全金属的车身，1925年文森卓兰西 亚发明了承载式车身，车身由钢板冲压成型的金属结构 件和大型覆盖件组成，这种金属结构的车身一直沿用至 今，得到不断的完善和发展。 6机械制造与材料(1) 古代提取铜铁的方法 实际上就是一个找还原剂的过程。开始用单质，如金银。 后来知道炭可以做还原剂后，就能炼制一些还原性较强 的大宗金属，比如说铜，铁。有了这些金属就可以用湿 法治金炼一些稀有弱还

5、原性金属，也可以制氢还原。最 后人类发现了电，电化学粉墨登场，一系列还原性强的 金属被制备。纵观人类冶金史，就是把金属活动顺序表 从弱到强来一遍。最后补上，自从有了加速器，直接从 无到有，点石成金。 7机械制造与材料(1) 材料的演变过程 最古老的材料：木头。自从飞机发明以来，木头就作为 飞机制造的重要材料之一广泛存在。一直到30年代，出 现全金属飞机之后，才逐渐被取代。但木头作为一种成 本低、效果好的材料，目前仍然有飞机应用。而且近几 年，有一些人提出，木头具有良好的隐身性能，未来会 不会在军机上重新得到广泛应用也不得而知。 8机械制造与材料(1) 最常见的材料：铝合金。塑性好，强度高，易于

6、加工， 重量轻。所以自从1915年德国人容克斯（Junkers）制 造出第一架全金属飞机之后，全世界的飞机设计师和飞 机制造厂都开始广泛接受这种新型材料。直到现在，绝 大多数飞机还是以铝合金为主。缺点是不耐高温不耐磨， 在一些超音速飞机上显得不够用。 9机械制造与材料(1) 最坚固的材料：钢，主要是不锈钢。钢材成本较低，强 度大、耐高温，但是重量也大，所以在飞机上并没有广 泛采用，只是在一些需要承受比较大的负载和需要耐受 高温的地方少量采用。由于新型材料的出现，钢材在飞 机上的应用现在是越来越少了。 10机械制造与材料(1) 最纠结的材料：钛合金。钛合金重量轻（密度大概是钢 的一半）、强度大（

7、超过很多钢材）、耐腐蚀（浓硫酸 都不怕）、耐高温（在500摄氏度依然能保持高强度）， 缺点是冶炼和加工特别困难，所以在很长一段时间里都 是少量应用。不怕高温不怕腐蚀，冶炼起来肯定不容易； 至于说加工困难，用锉刀打磨钛合金制品，挫下来的钛 末儿一会儿就“糊”在锉刀上，能直接把一把锉刀废掉。 由于加工技术不断长进，越来越多的飞机开始大量采用 钛合金，比如F-22有40%的结构是钛合金制作的。 11机械制造与材料(1) 最新型的材料：复合材料。复合材料其实是很多种材料 的统称，最典型的就是玻璃钢，此外还包括碳纤维啊凯 芙拉啊陶瓷啊之类的材料，甚至连编织袋刷树脂都能算 复合材料。由于复合材料种类实在太

8、多，所以很难说哪 种最好什么的。但总体的特点是重量轻、强度大；由于 是类似塑料的材料，耐腐蚀性能肯定也不错；由于几乎 可以任意塑形，加工起来难度也不大，有的材料甚至可 以用胶水粘起来。由于相比钛合金更容易加工，所以也 在现代飞机上广泛采用。 12机械制造与材料(1) 此外还有帆布，伴随着木头，曾经广泛作为飞机的蒙皮 使用，但随着铝合金的广泛应用，逐渐退出了历史舞台。 与木头不同的是，由于帆布表面粗糙，会极大的增加飞 机表面的粘性阻力，而且成本不比刷上了树脂的编织袋 便宜，所以机本上没人用了。 13机械制造与材料(1) 合金材料的分类及其用途 1、铝合金。铝是一种轻金属，比重2.7左右。由于地球

9、的 吸引力的作用，要求飞机质量越轻越好。飞机越轻，飞的 越高、越快、越远，装载量越大。但是铝的强度低，它在 空中飞行，不会碰到别的物体，所以，飞机的蒙皮大部分 是用铝合金压制的，还有前机匣，飞机框架，肋条等。铝 合金材料占飞机用料50%-70%左右。 2、镁合金。镁比铝更轻，比重2.1-2.3左右，熔点300度左 右。强度更低。用来制造不承重的部件、壳体。例如各种 活门壳体，油泵壳体等。镁合金材料占飞机用料5%-10% 左右。 14机械制造与材料(1) 3、钛合金。钛也是一种轻金属，比重4.5左右，比铝重，但是强度 很高，很耐高温，熔点1660多度，钛是造飞机的理想材料，飞机发 动机，防弹部位，强化部位，加固部位，燃烧室，涡轮轴，涡轮盘， 喷口等，大多数是用钛合金材料制造的。现代化的飞机，钛合金的 用量比重越来越大。 4、镊钼钨合金。是造发动机的理想材料。飞机发动机的温度高达 2000多度。一般的材料是不行的。只