精密机械设计

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QQ:494618第七章工程材料及热处理二、常用工程材料黑色金属有色金属非金属材料复合材料新型及特种用途材料1、黑色金属指铁、锰、铬的统称，包括钢和以铁为主的合金。在铁碳合金中，碳质量分数小于2.11%的合金称为钢。（1）碳钢与合金钢根据碳含量，碳钢分为：低碳钢：<0.25%中碳钢：0.3～0.55%高碳钢：>0.6%根据钢的质量，碳钢分为：普通碳素钢：S、P含量分别低于0.055%和0.045%优质碳素钢：S、P含量均低于0.040%高级优质碳素钢：S、P含量分别低于0.030%和0.035%根据钢的用途，碳钢分为：碳素结构钢：主要用于制造各种工程构件和机器零件，属于低碳和 中碳钢。碳素工具钢：主要用于制造各种刀具、工具、量具、模具等，属于 高碳钢。根据用途，合金钢分为：合金结构钢：普通低合金钢、易削钢、弹簧钢、轴承钢合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢根据合金元素含量，合金钢分为：低合金钢：<5%中合金钢：5～10% 高合金钢：>10%根据正火状态，合金钢分为：珠光体钢马氏体钢 贝氏体钢 奥氏体钢 铁素体钢钢的牌号：

a)普通碳素结构钢甲类钢（机械性能）：A代号：乙类钢（化学成分）：B特类钢（机械性能与化学成分）：C数字：表示含碳量或强度如A3钢。

b)优质碳素结构钢用两位数字表示含碳量为万分之几。如45钢，含碳量为0.45%；45Mn，钢中含锰较多。

c)碳素工具钢含碳量较高，0.65～1.35%。代号：T数字：表示含碳量为千分之几。如T8钢，含碳量为0.8%；T8A，高级优质碳素工具钢。

d)合金结构钢两位数字+合金元素符号+数字如12CrNi3钢，含碳量0.12%，含Cr小于1.5%，平均含Ni3%。

e)合金工具钢与合金结构钢类似，只是当含碳量大于等于1%时，不注明；小于1%时，以千分之几表示。如9CrSi钢，含碳量为0.9%；Cr,Si含量均小于1.5%。含碳量的万分之几元素含量的百分之几，1.5%以下不注碳素结构钢钢板、钢筋建筑构件螺钉、铆钉钢桥梁碳素结构钢齿轮螺栓优质碳素结构钢曲轴弹簧优质碳素结构钢锉刀碳素工具钢量规钻头拨叉变速齿轮合金渗碳钢汽车万向节连杆合金调质钢合金弹簧钢滚珠滚珠轴承滚珠轴承钢铣刀合金刃具钢合金模具钢

模具螺纹规游标卡尺千分尺量具用钢燃气轮机耐热钢破碎机颚板履带铁轨分道叉挖掘机斗齿耐磨钢

（2）灰口铸铁 （铸铁分四种：灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。）含片状石墨，断口呈灰色。分普通铸铁和孕育铸铁。普通灰口铸铁的化学成分：C2.7～3.6%Si1.0～2.2%Mn0.5～1.3%P<0.13%S<0.15%

牌号：HT20-40最低抗拉强度最低抗弯强度灰口铸铁的特点：脆性大（片状石墨的存在）弹性模量低于钢抗压强度是抗拉强度的３～５倍耐蚀性好于钢（城市灰铁上下水管道的使用寿命达百余年）成本低，铸造性好减振性能好可制成形状复杂的零件

（3）球墨铸铁含球状石墨。牌号：QT40-17

特点：塑性、韧性比灰口铸铁好具有较高的延展性和耐磨性强度比灰口铁高屈强比高，约为0.7～0.8（碳钢只有0.5）抗压是抗拉强度的2倍减振性、耐磨性、切削性能、铸造性均优于钢最低抗拉强度伸长率重型机械齿轮铸钢2、有色金属指非铁金属及其合金，减摩性、耐蚀性、耐热性、导电性好。

（1）铜合金可以分为：黄铜 锡青铜 铝青铜 铍青铜 白铜

a)黄铜（铜锌合金）易成形，耐蚀性好，色泽美观。牌号：H70（含铜70%，其余为锌）ZH70（铸造黄铜）用于光学仪器零件的制造，齿轮、蜗轮、衬套、轴、镜座等。b)锡青铜（铜锡合金）耐蚀性比黄铜和纯铜高。牌号：QSn4-3（含Sn4%，含Zn3%）ZQSn10（含Sn10%的铸造锡青铜）用于制造弹簧、片簧、轴承、轴套、垫圈、抗磁元件等。

c)铝青铜（铜铝合金）含铝11%以下，机械性能比黄铜、锡青铜好，但铸造性、焊接性差，因此用量少。牌号：QAl5（含Al5%）用于制造弹簧和高耐蚀性的弹性元件。d)铍青铜（铜铍合金）具有时效硬化特性，强度、硬度、弹性极限、疲劳极限有提高，良好的耐蚀性，导热性、导电性好，无磁性，但价格较高。牌号：QBe2（含Be2.0%）用于制造精密仪器的重要弹簧和其他弹性元件。e)白铜（铜镍合金）具有适当的强度，优良的塑性、耐蚀性，电阻率高。牌号：B19（含Ni19%）用于制造船舶仪器，如刻度盘，能抵抗海水、有机酸、盐类溶液的腐蚀。

（2）铝合金密度小，熔点低，导热、导电性好，塑性高，强度低，耐磨性差，切削性能好，无火花，反射性好，抗腐蚀（三氧化二铝）。

a)变形铝合金经过热态或冷态压力加工，制成板材，型材使用，塑性变形能力好，适用于锻造、轧制和挤压。如Al-Mn、Al-Mg、Al-Cu-Mg合金等。牌号：LF（防锈铝合金）LY（硬铝）

b)铸造铝合金具有良好的铸造性能。如Al-Si、Al-Cu、Al-Zn合金等。牌号：ZL102常用铝合金种类、牌号

（3）钛合金密度小，耐蚀性好，强度高，耐高温，低温韧性好。Ti，银白色，熔点1668C，密度4.5g/cm。3o钛泵钛合金人工关节钛飞船叶片3、非金属材料包括工程塑料、橡胶、人工合成矿物。

（1）工程塑料密度小，耐蚀性好，绝缘，加工性好。机械强度差，特别是刚性差，耐热性低，一般100C以下。散热性差，易老化，易燃。通常有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、聚碳酸酯、有机玻璃、聚甲醛和聚酰胺（尼龙）。聚乙烯（PE）塑料可制作食品包装袋、奶瓶、容器等。聚氯乙烯（PVC）塑料可用于建筑材料。聚丙烯（PP）可用于水暖结构件。聚苯乙烯（PS）可用于制造仪表外壳。oPE管材聚丙烯制成电容器外皮聚丙烯管子摩托车挡泥板

（2）橡胶弹性好，绝缘性好，耐磨损，耐化学腐蚀，耐放射性。主要用于弹性材料、密封材料、减振材料、传动材料。常用的橡胶材料有天然橡胶、合成橡胶和特种合成橡胶。合成橡胶有丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等。特种合成橡胶有丁腈（jing）橡胶、硅橡胶、氟橡胶等。

（3）人工合成矿物主要有刚玉和石英。o顺丁橡胶4、复合材料由两种以上在物理和化学上不同的物质结合起来而得到的一种多相固体材料。（引自ISO）复合材料由基体材料和增强材料组成，基体一般是强度高、韧性好的材料，如聚合物、橡胶、金属等，而增强材料是高强度、高弹性模量的材料，如玻璃纤维、碳纤维、硼纤维等。

特点：高比强度、高比模量抗疲劳性能好减摩、耐磨、自润滑性能好化学稳定性好具有其他特殊性能，如隔热性，特殊的电、光、磁性。抗冲击性能低通常具有很强的方向性成本高5、新型及特种用途材料

（1）非晶态合金也称为金属玻璃，由熔融状态的合金极高速冷却，凝固后仍保持液态结构而得到的材料。特点：高的强度、硬度和断裂韧性，良好的磁性及耐蚀性（某些情况下比不锈钢好）。可用于制造变压器、磁头、耐腐蚀管道、电池电极、海底电缆屏蔽等。

（2）纳米材料组成材料的颗粒尺寸为纳米量级，存在三方面效应：小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应，因此具有特殊物理、化学性能。纳米材料已经用于化工催化、敏感材料、吸波材料、阻热材料、涂层材料等。

（3）梯度材料依据使用要求，选择两种不同性能的材料进行复合，使材料中间部分的组成和结构连续的呈梯度变化，内部不存在明显界面，从而使材料的性质和功能沿厚度方向也呈梯度变化。主要用于航天领域，如航天发动机的燃烧室侧壁（金属与陶瓷）。

（4）记忆合金具有形状记忆效应，即一定形状的合金在某种条件下经塑性变形，然后加热至该材料的某一临界温度以上时，又完全恢复原来的形状。主要有Ti-Ni、Au-Cd、Cu-Zn-Sn合金等。应用示例：海底输油管道修补、利用海水温差发电。

（5）储氢材料以金属氢化物的形式吸收氢，加热后又能释放氢的金属。主要有镁系合金、稀土系合金、钛系合金等。光功能材料的应用--红外透镜光学塑料