机械工程材料 第2版 课件 高红霞 第11-13章 非金属材料、机械零件的选材及热处理、特定行业机械零件的选材及热处理

《工程材料》第11章非金属材料

§1、高分子材料

一、高分子材料的组成、性能及分类组成大分子链定义以相对分子质量大于5000的高分子化合物为主要组成的材料。低分子化合物→大分子链→高分子化合物→高分子材料分子链形态：线型、体型分类塑料橡胶树脂性能比强度较高、高弹性、高耐磨性绝缘、耐蚀、低耐热性、低导热性二、常用高分子材料强度低，耐热性差。日用品（薄膜、管道、玩具、餐具）聚乙烯（PE）：化工管道、薄膜聚氯乙稀（PVC）：化工管道、薄膜、电缆绝缘层聚丙烯（PP）：可水煮消毒（耐温100～120℃）、医用品、餐具聚苯乙烯（PS）：透明，仪表外壳、日用装饰品酚醛塑料（PF）：插头、开关盒、电话机等壳1、普通塑料PVC管：烟尘通风、空调防水PE软管塑料餐具2、工程塑料强度较高，耐热性较高结构件（代钢作仪表机械零件；代铜合金作受力小的轴承、齿轮）聚酰胺(PA)、聚甲醛（POM）、ABS塑料（丙烯晴－丁二烯－苯乙烯）齿轮、轴承（自润滑）、密封片、输油管、仪表外壳聚碳酸脂（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）：透明，齿轮、轴承、仪器仪表壳、挡风玻璃、飞机舱盖、镜片、聚四氟乙烯（PTFE）：

较高温度耐磨件、耐蚀件3、橡胶弹性、耐磨性、耐热、耐寒性、绝缘性轮胎、运输带、胶带、减震器、胶管、电绝缘制品等顺丁橡胶：丁二烯单体聚合而成

轮胎、耐寒运输带、胶带、减震器氯丁橡胶：氯丁二烯聚合而成，“万能橡胶”矿井的运输带，电缆包皮，耐蚀管道，耐热运输带§2、陶瓷材料

一、陶瓷材料的组成、性能组成晶相、玻璃相、气相组成定义无机高分子材料，天然或合成粉状物烧结而成制备工艺：制粉→压坯→烧结→成品晶相主要为氧化物、硅酸盐性能高硬耐磨、高抗压强度、耐蚀绝缘、低塑韧性

二、常用陶瓷材料1、普通陶瓷由粘土、长石、石英为原料烧结而成硬度、耐蚀性、耐高温性、绝缘性较好，强度较低。日用瓷、建筑瓷、绝缘瓷、耐蚀瓷（耐酸、碱容器及管道）2、特种陶瓷由氧化物、氮化物、碳化物等人工原料烧结而成强度、硬度大，耐温高，用于高温结构件Al2O3、Si3N4、SiC、BN

高温件：高温坩埚、炉衬、耐蚀耐磨件：球阀、泵体、密封环、发动机叶片高温耐磨件：切削刀具、砂轮、磨具、高速刀具、高温拉丝模具、高温轴承、高温绝缘件、发动机内环§3、复合材料

一、复合材料的组成、性能及分类定义将两种或以上材料用人工方法合成的多相材料分类按基体分高分子基复合材料陶瓷基复合材料金属基复合材料按增强相分纤维增强复合材料玻纤.碳纤.硼纤.芳纤.SiC纤Al2O3纤颗粒增强复合材料Al2O3.SiC.WC.TiC.石墨

基体＋增强相性能比强度和比模量高、抗疲劳性能好高温性能优良、减振性能好二、常用复合材料玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）高强度、高韧性、低温性好、绝缘、绝热性、耐腐蚀轻的受力件、绝缘耐蚀件：雷达罩、直升飞机的机身、轻型船、冷却塔，代替不锈钢制造一些容器和管道等。1、塑料基复合材料2、金属基复合材料纤维增强铝基复合材料（硼纤维＋铝）高强度、高比强度。飞机和航天器的蒙皮、长梁和航空发动机叶片、卫星支架、汽车的驱动轴、刹车盘、发动机缸套、活塞和连杆等颗粒增强铝基复合材料（SiC颗粒＋铝）《工程材料》第12章机械零件的选材及热处理一、机床主轴（1）工作条件：承受中等载荷，综合性能，局部（轴颈）摩擦。（2）失效形式：疲劳断裂，轴颈磨损，冲击过载断裂等。（3）性能要求：高疲劳强度；高综合机械性能；局部高硬度；选材：40钢、45钢工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质(淬火+高回)→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品；

分析各热处理的作用：最终组织：整体回火索氏体。轴颈表面回火马氏体、心部回火索氏体◆也适用于一般齿轮、连杆、螺栓等典型零件的选材、热处理及加工工艺路线制定：二、变速箱齿轮（1）工作条件：齿轮根部交变弯曲应力;齿面较大压应力及

强烈摩擦；换挡.气动.制动时齿轮受较大冲击。（2）失效形式：齿折断（疲劳断裂和冲击断裂）,齿面磨损

。（3）性能要求：高疲劳强度和表面硬度，心部高塑韧性.选材：20钢、25钢工艺路线：下料→锻造→正火→机加工→渗碳+淬火+低回→喷丸→精磨→成品；

分析各热处理的作用：最终组织：表面M高碳回+Fe3C颗粒心部M低碳回

◆也适用于冲击较大的轴、连杆、螺栓等《工程材料》第13章特定行业机械零件的选材及热处理汽车发动机主要零件选材零件名称选用材料性能要求主要失效形式热处理缸体、缸盖、飞轮、正时齿轮灰口铸铁HT200刚度、强度、尺寸稳定产生裂纹、孔臂磨损、翘曲变形不处理或去应力退火。也可用ZL104铝合金做缸体缸盖、淬火后时效缸套、排气门座等合金铸铁耐磨、耐热过量磨损铸造状态曲轴等球墨铸铁QT600～2刚度、强度、耐磨、疲劳抗力过量磨损、断裂表面淬火，圆角滚压、氮化，也可以用锻钢件活塞销等渗碳钢20、20Cr、18CrMnTi、12Cr2Ni4强度、冲击、耐磨磨损、变形、断裂渗碳、淬火、回火汽车底盘主要零件选材零件名称选用材料性能要求主要失效形式热处理纵梁、横梁、传动轴25、Q345D钢板等强度、刚度、韧性弯曲变形、铆钉松动、断裂不处理或冲压后退火或正火前桥前轴、半轴调质钢45、40Cr、40MnB强度、韧性、疲劳抗力弯曲变形、扭转变形、断裂调质处理变速箱齿轮、后桥齿轮渗碳钢20CrMnTi、18Cr2Ni4WA强度、耐磨性、接