《机械制造基础》教学案卷

?机械制造根底?教学案卷对象：交通运输时间：2021/02-2021/07沈阳农业大学工程学院赵秀荣2/6/2025AssociateProfXiurongZhao，ShenyangAgricultureUniversity,China4常用金属材料4-1常用黑色金属材料4-2常用有色金属材料4-3非金属材料4-4新型材料2/6/20254-1常用黑色金属材料〔一〕碳钢碳钢也称碳素钢〔Carbonsteel〕，是含碳量低于2.11％〔一般低于1.35％〕的铁碳合金的总称。常含有锰、硅、磷、硫、氢、氧等杂质。2/6/20254-1常用黑色金属材料1、按含碳量分为低碳钢、中碳钢和高碳钢；2、按用途可分为碳素结构钢〔包括普通碳素结构钢、碳素渗碳钢、碳素调质钢和碳素弹簧钢〕、碳素工具钢和铸钢.2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料随含碳量增加碳素钢的强度、硬度、耐磨性升高，塑性。韧性和焊接性降低。碳素钢在工业上用途极广，产量占钢的总产量的80％左右，具有生产工艺简单。生产本钱低等优点。2/6/20254-1常用黑色金属材料A碳素结构钢〔Constructionalcarbonsteel〕碳素结构钢是用作工程结构和机器零件的碳素钢。可分为普通碳素结构钢〔也叫碳素结构钢〕和优质碳素结构钢。前者对含碳量、性能范围以及硫、磷等有害杂质含量限制较宽。2/6/20254-1常用黑色金属材料根据交货的保证条件又分为甲类钢〔A类钢，保证力学性能〕、乙类钢〔B类钢，保证化学成分〕和特类钢〔C类钢，既保证力学性能又保证化学成分〕。目前使用较多的是含有0.20％左右碳钢如Q235，主要用于工程结构。2/6/20254-1常用黑色金属材料为适应专业用钢的特殊要求，对碳素钢的成分和性能作适当调整，开展了桥梁、建筑、钢筋、压力容器等专门用钢。优质碳素结构钢的硫、磷和其他非金属夹杂物含量较低，根据含碳量和用途不同又可分为三类：〔1〕小于0.25%碳的低碳钢，主要用作深冲件、渗碳钢、锅炉等。2/6/20254-1常用黑色金属材料〔2〕含有0.25％～0.60％碳的中碳钢，多在调质状态下使用，制造各种机械零件。〔3〕大于0.60％碳的高碳钢，多用于制造弹簧、齿轮、轧辊等。根据合锰量不同，又分为普通含锰量〔0.25％～0.80％〕和较高合锰量〔0.70％～1.20％〕两组。2/6/20254-1常用黑色金属材料〔1〕普通碳素结构钢碳含量ωc＝0.06％～0.38％，用于建筑及其他工程结构的铁碳含金称普通碳素结构钢。此类钢的冶炼简单、价格低廉，能够满足一般工程结构与普通机械结构零件的性能要求，用量很大。此类钢强度不高，但工艺性〔如焊接性，冷成形性〕优良。通常以各种规格〔圆钢、方钢、工字钢、钢筋等〕、热轧空冷状态供货。一般不进行热处理。2/6/20254-1常用黑色金属材料普通碳素结构钢的应用如下：

Q195、Q215：用于制造钉子、铆钉、垫块、地脚螺钉、烟筒以及轻负荷的焊接结构件。

Q235、Q255：用于制造钢筋、钢板；制作小轴、拉杆、螺栓、螺母、法兰等不重要的农业机械零件；2/6/20254-1常用黑色金属材料

Q235C、Q235D用于质量要求高的重要焊接件。Q275：用于重要的建筑、桥梁等工程的焊接件；制作拉杆、连杆、转轴、心轴、齿轮和键等。2/6/20254-1常用黑色金属材料〔2〕优质碳素结构钢优质碳素结构钢是碳含量ωc=0.05％～0.90%、锰含量ωMn=0.25%～1.2%的铁碳合金。主要用于机械结构中的零件与构件，因此，也称机械结构的非合金钢。该类钢均要进行热处理后才能使用。如45、40Mn2/6/20254-1常用黑色金属材料B碳素工具钢碳素工具钢(Carbontoolsteel)碳含量为ωc=0.65％～1.35％，是用于制造工具的碳素钢。性能特点：高的硬度、耐磨性；切削工艺性好；淬透性低，易变形；价格廉价。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料C铸钢〔Caststeel〕，用钢水直接浇注成零件毛坯的钢称为铸钢一般用于制造形状复杂或大型的，难以锻造而又要求具有较高的强度和塑性，并承受冲击载荷的零件。2/6/20254-1常用黑色金属材料铸造碳钢的牌号用字母“ZG〞和两组数字表示，第一组数字代表屈服点的值，第二组数字代表抗拉强度值。ZG250：2/6/20254-1常用黑色金属材料〔二〕合金钢合金钢，是为了得到或改善某些性能，在碳素钢根底上参加一种或多种合金元素所得到的钢。常用的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、钴、锆、铜、硼、稀土等。磷、硫、氮等在某些情况下也可起合金元素作用。2/6/20254-1常用黑色金属材料合金钢中由于含有不同数量和种类的合金元素，再采取适当的工艺措施，就可以分别具有较高的

强度、韧性、淬透性、耐磨性、耐热性、耐蚀性、耐低温性、红硬性、磁性等特殊性能。2/6/20254-1常用黑色金属材料1、合金钢按用途可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢；2、按合金元素总含量可分为低合金钢〔ωMe＝5％以下〕、中合金钢〔ωMe＝5％～10％〕高合金钢〔ωMe＝10％以上〕；

2/6/20254-1常用黑色金属材料3、按主要合金元素可分为铬钢、锌钢、锰钢、铬镍钢、铬镍铝钢等4、按合金的金相组织可分为铁素体钢、珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢以及亚共析钢、过共析钢等。2/6/20254-1常用黑色金属材料合金钢与碳素钢相比，生产工艺较复杂，价格也较贵，但由于性能优异，故应用广泛，并能节约金属，减轻机器或结构的重量。2/6/20254-1常用黑色金属材料A合金结构钢(Constructionalalloysteel)合金结构钢包括低合金高强度结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢。2/6/20254-1常用黑色金属材料〔1〕低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的根底上参加少量合金元素〔ωMe＜3％〕制成的。合金元素的主要作用是固溶强化和细晶强化。2/6/20254-1常用黑色金属材料低合金高强度结构钢承载大、自重轻、强度高，大都经过塑性变形与焊接加工，并长期在一定的腐蚀介质中工作。主要用于房屋构架、桥梁、船舶、车辆、铁道、高压容器、石油天然气管线等工程结构件。

2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料Q345〔12MnV、14MnNb、16Mn、18Nb、用于制造车辆、机械零件、船舶、桥梁、管道、锅炉、压力容器及矿山电厂设备、厂房钢架等承受动载荷各种合金件等。Q390〔15MnTi、16MnNb、10MnPNbRE:用于制造中高压锅炉汽包、中高压化工容器、大型船舶、桥梁、车辆、起重机及其它较高载荷各种炉件等。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料(2)合金渗碳钢(Alloycarburizingsteel)这类钢碳含量低于0.25%，以确保零件的心部有足够的塑性和韧性，同时也是为了能够进行外表渗碳。参加的合金元素有Cr、Ni、Mn、B、W、Mo、V、Ti等；可提高钢的淬透性并起到细化晶粒的作用。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料〔3〕合金调质钢(Alloyheatrefinedsteel)合金调质钢主要用于制造在重载和冲击载荷作用下的一些重要的受力件，要求高强度的同时，还要求有高的塑性和韧性等综合力学性能。只有中碳合金结构钢经调质处理后才能到达上述要求，因此称合金调质钢。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料〔4〕合金弹簧钢合金弹簧钢(Alloyspringsteel)专门制造大截面的受到较大冲击、振动、周期性扭转、弯曲等交变载荷作用下一些重要的弹性元件，它可以吸收振动能、冲击能或储存能量，以驱动机件运动。2/6/20254-1常用黑色金属材料根据弹簧的工作条件，要求合金弹簧钢具有高的弹性极限、高的屈强比〔σs／σb〕、高的疲劳强度和足够的塑性、韧性，同时还要求良好的淬透性和外表质量。在一些特殊条件下，还要求有一定的耐热性和耐腐蚀性。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料滚动轴承钢的合金元素以Cr为主，其主要作用是提高钢的淬透性、减少过热敏感性，并形成一定数量的细粒状碳化物。Cr参加量为0.4％～1.65％，含量过高会增加剩余奥氏体量，降低硬度。对于大型轴承，为进一步增大淬透性，还常参加Si、Mn等元素。2/6/20254-1常用黑色金属材料常用滚动轴承钢的牌号、化学成分、热处理及用途见书表4-7。滚动轴承钢也可作为工具钢使用，用于制造丝锥、板牙、铰刀和量具等。

2/6/20254-1常用黑色金属材料B合金工具钢(Alloytoolsteel)合金工具钢按其用途分为合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢三类，但各类钢之间实际应用的界限并不严格。例如，某些低合金刃具钢除作刀具外，也可作冷冲模具或量具。2/6/20254-1常用黑色金属材料〔1〕合金刃具钢(Alloycutlerysteel)合金刃具钢用于制造各种切削刀具，其刃部不仅和切屑发生强烈摩擦产生高热，而且还要承受较大的切削力作用以及冲击和震动。因此，合金刃具钢除了必须具有高硬度和耐磨性、足够的强度和韧性外，还应具有在高温下仍然可保持高硬度的能力，即所谓的热硬性，也称红硬性2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料b高速钢(High-speedsteel)用于高速切削〔切削速度=25～55m／s〕、参加的合金元素总量＞10％的高合金刃具钢称高速工具钢，简称高速钢。高速钢碳含量为0.75％～1.65％，合金总量在10％～25％，主要合金元素有W、Cr、V、Mo、Co、Al等。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料高速钢具有较高的热硬性，在600℃时仍能保持高硬度〔＞58HRC〕；淬透性好，空冷可得到马氏体；耐磨性高。铸态下有大量莱氏体存在，又称莱氏体钢。2/6/20254-1常用黑色金属材料常用高速钢钢种：W18Cr4V：ωC/%为0.7～0.8室温硬度为HRC63～66，而500℃为56，600℃为48.5。一般用于高速车刀、刨刀、钻头、铣刀等。2/6/20254-1常用黑色金属材料〔2〕合金模具钢(Alloydiesteel)模具是铸造、锻造和冷冲压等生产过程中常用的加工工具，模具材料及其热处理是保证模具使用性能和寿命的重要条件。合金模具钢分为冷模具钢和热模具钢两种。2/6/20254-1常用黑色金属材料a冷模具钢用于制造在冷态下使金属变形的模具材料称为冷模具钢。常用的冷变形模具有冲裁模、弯曲模、拉伸模等，这类模具在工作中必须具有高硬度〔55～62HRC〕和耐磨性以及足够的韧性和疲劳强度。2/6/20254-1常用黑色金属材料常用的冷模具钢有：T9、T10、9Mn2V、CrWMn、Cr12、Cr12MoV、6SiCr等。T9、T10为碳素工具钢，也可作为冷模具钢使用，适用于受力不大、形状简单、尺寸较小的模具。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料b热模具钢常用的热变形模具有压铸模、热锻模、热挤压模等。这些模具工作外表温度可达600℃以上，在工作中不仅承受着巨大的机械应力，而且在冷热交替作用下又要承受很大的热应力。因此，对热模具钢要求有较高的红硬性、热疲劳抗力以及足够的韧性。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料〔3〕合金量具钢(Alloygaugesteel)合金量具钢用于制造各种测量工具，如千分尺、卡尺、块规、塞规等。对量具钢的要求是具有高的硬度与耐磨性、高的韧性以及尺寸稳定性。量具钢含碳量较高〔0.9％～1.5％〕，以保证足够的硬度〔62HRC以上〕和耐磨性。2/6/20254-1常用黑色金属材料合金量具钢中参加Cr、W、Mn等以提高淬透性，使剩余奥氏体稳定性增加，在使用过程中不发生组织转变，保证尺寸的稳定。同时这些元素形成大量合金碳化物，进一步提高了耐磨性。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料

精度要求高的量具如量规、块规及形状复杂的样板常采用热变形小的微变形合金工具钢，如CrMn、CrWMn、GCr15等制造。2/6/20254-1常用黑色金属材料C特殊性能钢(1)耐磨钢〔Water-resistingsteel〕有些机器零件，如拖拉机和坦克的履带板、挖掘机铲齿、破碎机颚板等在工作时承受强烈冲击和严重磨损，要求材料应具有很高的韧性和耐磨性。2/6/20254-1常用黑色金属材料

目前广泛采用的耐磨钢是高锰钢，其牌号有ZGMn13等，其含碳量为1.0％～1.3％，含锰量为12％～14％。

2/6/20254-1常用黑色金属材料Mn是扩大Fe-Fe3C相图中奥氏体区的元素，

当钢中含Mn量≥12％时，可使其在常温下呈现单一的奥氏体组织。所以高锰钢也称为奥氏体钢。为了防止高锰钢在冷却过程中碳化物从奥氏作中析出，导致钢的脆性增大，必须通过水韧处理消除碳化物，使钢保持单一的奥氏作组织。2/6/20254-1常用黑色金属材料所谓水韧处理(Watertoughening)就是将高锰钢加热到1050～1100℃，保温一定时间，使碳化物完全溶入奥氏体中，然后在40℃左右的水中激冷.由于冷却很快，碳化物来不及析出，使钢得到纯奥氏体组织，此时钢的硬度很低〔190～220HBS〕，但韧性却很高。2/6/20254-1常用黑色金属材料水韧处理后所获得的奥氏体钢是不稳定的，一经剧烈的冲击变形，那么会产生显著的加工硬化，且随冲击变形程度的增加，硬度急剧上升。与此同时，还发生马氏体转变并析出碳化物，硬度迅速上升到450～500HBW，形成厚7～20mm的硬化层，而基体却仍然保持高韧性的奥氏体。由上述分析可知，高锰钢的高抗磨性产生于对它的巨大冲击力，否那么它是不耐磨的。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料〔2〕不锈钢〔Stainlesssteel〕不锈钢是指对腐蚀具有很高抗力的钢。金属腐蚀有两种形式：一种是由单纯的化学反响造成的化学腐蚀，如钢在高温下的氧化；另一种是由于电流作用引起的电化学腐蚀，金属在电解质溶液中可形成腐蚀原电池产生电流，使阳极金属被腐蚀。零件的腐蚀大局部属于电化学腐蚀。2/6/20254-1常用黑色金属材料具有两相组织结构的金属，由于不同相的电极电位不同，在有电解质溶液环境中，金属内部将构成许多腐蚀原电池，使金属发生电化学腐蚀。不锈钢的抗腐蚀原那么是：使金属尽可能保持均匀的单相组织，减少金属内部形成原电池的可能性.2/6/20254-1常用黑色金属材料在形成了原电池情况下，尽可能减少金属各相电极电位差并通过合金化，尽可能提高合金本身的电极电位；参加合金元素在钢的外表形成稳定的钝化膜，隔绝腐蚀介质。2/6/20254-1常用黑色金属材料常用的不锈钢分为以下几种类型：a马氏体型不锈钢主要钢种有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13，通常称为Cr13型不锈钢。钢号前数字是该钢种的序号，代表平均含碳量的千分之几，Cr含量为12％～14％。

2/6/20254-1常用黑色金属材料钢中参加Cr，一方面能提高基体的电极电位〔含Cr量必须大于12％〕，另一方面Cr在氧化性介质中极易生成钝化膜，使钢的耐蚀性大大提高。Cr13型不锈钢不是单相组织，可以进行热处理强化，其耐蚀性主要依靠钝化。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料b铁素体型不锈钢

主要钢种是1Cr17。Cr是缩小相图奥氏体区的元素，当Cr增大至17％时，钢中没有奥氏体—铁素体转变，始终保持单相铁素体。这类钢耐蚀性优于Cr13型不锈钢，主要用作吸收塔、热交换器、酸槽、管道等。

2/6/20254-1常用黑色金属材料c奥氏体型不锈钢当钢中含Cr18％、Ni8％时，钢中便有稳定的奥氏体组织产生。这类钢还常参加Mo、Ti、Nb等元素进一步提高其抗蚀能力。常用牌号有0Cr18Ni9、1Crl8Ni9、2Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti等，简称为18－8型不锈钢。2/6/20254-1常用黑色金属材料〔3〕耐热钢(Heat-resistingsteel)耐热钢是指在高温下能抗氧化并具有一定高温强度的钢。所谓抗氧化是在钢中参加足够的Cr、Si、Al等元素，使钢在高温下迅速氧化生成致密的高熔点氧化膜，阻止高温气体的继续氧化。2/6/20254-1常用黑色金属材料高温强度是指金属对蠕变的抵抗能力。当金属的工作温度高于再结晶温度，工作应力超过金属在该温度下的弹性极限时，随着时间的延长金属发生极其缓慢的变形，这种现象称为蠕变〔Creep〕。金属对蠕变抗力愈大，表示金属高温强度愈高。在钢中参加W、Mo、V等合金元素能明显地提高钢的高温强度。2/6/20254-1常用黑色金属材料15CrMo和12Cr1MoV是典型的锅炉钢，分别用来制造壁温≤510℃和540℃的蒸汽导管等。4Cr9Si2和4Cr10Si2Mo又称阀门钢，分别用来制造≤700℃和750℃的汽车发动机和柴油机的排气阀门等。2/6/20254-1常用黑色金属材料1CrllMoV和1Cr12WMoV具有较高的高温强度，组织稳定，工艺性能好，分别用来制造在540℃和580℃以下工作的汽轮机和燃气轮机叶片等。2/6/20254-1常用黑色金属材料1Cr18Ni9Ti不锈钢的抗氧化性可达700～900℃，在600℃左右有足够的热强度，在锅炉及汽轮机制造方面用来制造610℃以下的过热管道及构件等。Cr9Mn12SiN和Cr22Ni4N可用于制造温度在900～1200℃的热处理炉底板、坩埚等。2/6/20254-1常用黑色金属材料〔三〕铸铁〔Castiron〕铸铁是含碳量大于2.11％的铁碳合金。此外它还含有硅、锰、硫、磷、钼、铬、铝等化学元素。铸铁与钢的主要区别，一是碳含量及硅含量高，并且碳多以石墨形式存在；二是硫、磷杂质多。2/6/20254-1常用黑色金属材料铸铁作为工程材料历史悠久，并被广泛应用于各个工业部门。由于铸铁制造本钱低，又有良好的减振性、耐磨性、加工工艺性，在不少应用中是不能被替代的。

2/6/20254-1常用黑色金属材料铸铁的种类很多，可以有不同的分类。工业中通常是按照铸铁中碳的存在形式和石墨的形态划分的，有白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。

2/6/20254-1常用黑色金属材料白口铸铁中的碳全部或局部以渗碳体形式存在，断口呈银白色；灰口铸铁中的碳除了少量溶于基体外，其余的全部以石墨形式存在于铸铁中；2/6/20254-1常用黑色金属材料可锻铸铁中的碳全部或大局部以团絮状石墨存在；球墨铸铁中的碳大局部以球状石墨形式存在；蠕墨铸铁中的碳大局部以蠕虫状石墨形式存在。2/6/20254-1常用黑色金属材料A灰口铸铁灰口铸铁〔Graycastiron〕在铸铁的总产量中占80％以上。它常用来制造各种机器的底座、机架、工作台、机身、齿轮箱箱体、阀体及内燃机的汽缸盖、汽缸体等。2/6/20254-1常用黑色金属材料〔1〕灰口铸铁的化学成分与显微组织灰口铸铁的基体组织分为三种类型：铁素体灰口铸铁〔组织：铁素体+片状石墨〕铁素体-珠光体灰口铸铁〔组织：铁素体+珠光体+片状石墨〕珠光体灰口铸铁〔组织：珠光体+片状石墨〕。2/6/20254-1常用黑色金属材料铁素体灰口铸铁铁素体－珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁灰口铸铁中石墨的形态、多少、分布及基体组织状态，主要取决于石墨化程度，即取决于铸铁的化学成分和铸件的冷却速度。2/6/20254-1常用黑色金属材料〔2〕灰口铸铁的牌号、性能及应用灰口铸铁的牌号由“灰铁〞二字的拼音字母的首字母〔HT〕后面加一组表示铸铁的最低抗拉强度〔单位为〔Mpa〕的数字组成。如HT250：最低抗拉强度250Mpa，基体为P，应用于阀壳、油缸、汽缸、联轴器、机体、齿轮、齿轮箱外壳、飞轮、衬筒、凸轮、轴承座等2/6/20254-1常用黑色金属材料B可锻铸铁(Malleablecastiron)可锻铸铁是由白口铸铁经高温、长时间的石墨化，使渗碳体在固态下分解，而获得的团絮状石墨的铸铁。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料目前生产中可锻铸铁的化学成分为ωc=2.2～2.8%、ωSi=1.2～2.0%、ωMn=0.4～1.2%、ωp≤0.1%、ωs≤0.2%。常见显微组织是：铁素体+石墨；珠光体+石墨2/6/202589AssociateProfXiurongZhao，ShenyangAgricultureUniversity,China4-1常用黑色金属材料〔2〕可锻铸铁的牌号性能及应用牌号中“KT〞是“可铁〞二字的汉语拼音的第一个字母，其后的“H〞表示黑心可锻铸铁；“Z〞表示珠光体可锻铸铁〔白心可锻铸铁用“B〞表示〕。符号后面的两组数字分别表示其抗拉强度和伸长率。2/6/20254-1常用黑色金属材料KTH370—12：表示黑心可锻铸铁，抗拉强度370，延伸率为12%。用于汽车、拖拉机前后轮壳、减速器壳、转向节壳、制动器等。2/6/20254-1常用黑色金属材料C球墨铸铁(Nodulargrapbitecastiron)球墨铸铁的球状石墨对基体的割裂影响最小，因而具有很高的强度、良好的韧性、塑性和切削加工性，焊接性也较好。可以在一定范围内代替钢，所以开展很快。2/6/20254-1常用黑色金属材料(1)球墨铸铁的化学成分和组织球墨铸铁的主要成分为：ωc=3.6～3.9％、ωSi=2.0％、ωMn=O.6～0.8％、ωs≤0.O4％、ωp≤0.1％、ωMg＝0.03％ωRE=0.O3～0.05％〔稀土〕。

2/6/20254-1常用黑色金属材料球墨铸铁的生产过程是在一定成分的铁液中参加一定量的孕育剂和球化剂〔稀土镁等〕，使石墨变成球状。2/6/20254-1常用黑色金属材料

在生产中球墨铸铁的显微组织有：铁素体+石墨，铁素体+珠光体+石墨，珠光体+石墨

2/6/202595AssociateProfXiurongZhao，ShenyangAgricultureUniversity,China4-1常用黑色金属材料〔2〕球墨铸铁的牌号、性能及应用球墨铸铁的牌号是以汉语拼音字头“QT〞为标志，其后两组数字分别是最小抗拉强度和伸长率。由于球墨铸铁中的石墨呈球状，因此，球墨铸铁的基体强度利用率可高达70～90%，而灰铸铁的基体强度利用率仅为30～50%。所以球墨铸铁的抗拉强度、塑性、韧性不仅高于其它铸铁，而且可与相应组织的铸钢相媲美。如QT450-102/6/20254-1常用黑色金属材料球墨铸铁的疲劳极限接近一般中碳钢；而冲击疲劳强度那么高于中碳钢；特别是球墨铸铁的屈服比钢提高一倍。在一般机械设计中，材料的许用应力是按屈服强度来确定的，因此，对于承受静载荷的零件，用球墨铸铁代替铸钢，就可以减少机器重量。但球墨铸铁的塑性和韧性低于钢。2/6/20254-1常用黑色金属材料由于球墨铸铁通过热处理可获得不同的基体组织，使其性能在较大范围内变化。加上球墨铸铁的生产周期短，本钱低〔接近灰口铸铁〕，因此，球墨铸铁在机械制造业这得到广泛的应用，它成功地替代了不少的碳钢、合金钢和可锻铸铁，用来制造一些受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。2/6/20254-1常用黑色金属材料D蠕墨铸铁2O世纪80年代，开展起来了一种新型铸铁，因其石墨很象蠕虫而命名。它的强度高于灰口铸铁。韧性和耐磨性良好；铸造性能与灰铸铁相当。蠕墨铸铁的化学成分要求与球墨铸铁相似，即要求高碳、高硅、低硫、低磷，并含有一定量的稀土与镁。基体蠕虫状石墨2/6/202599AssociateProfXiurongZhao，ShenyangAgricultureUniversity,China4-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料E合金铸铁(Alloycastiron)。在铸铁中参加一定量的合金元素，生成的特殊性能铸铁，称为合金铸铁〔1〕耐磨铸铁与抗磨铸铁工业生产中，常在两种工作条件下对铸件的耐磨、抗磨性提出了更高的要求。一种是在有润滑条件下，另一种是在无润滑即干磨擦条件下。前者如机床的导轨、轴承、活塞环与缸套等，要求耐磨性好；后者如球磨机的材板和磨球、轧辊、犁铧等，要求抗磨性好。2/6/20254-1常用黑色金属材料具有高碳共晶或过共晶的合金白口铸铁抗磨性高，但是脆性大，冲击韧度差。常用的抗磨铸铁有KMTBCr2Mo1Cu及KMTBCr20Mo2Cu等。普通铸铁本身具有减摩耐磨功能，假设再参加一些合金元素，效果更好。2/6/20254-1常用黑色金属材料球墨铸铁中的锰元素加大到ωMn=5％～9.5％，硅元素控制在ωSi=3.3％～5.0%范围内，经球化和孕育处理，可得到含有马氏体、大量剩余奥氏体及碳化物和球墨组织，到达高耐磨性能。2/6/20254-1常用黑色金属材料〔2〕耐热铸铁(Heat-resistingcastiron)工业生产中有不少铸件是在高温下工作的，如炉底板、换热器、坩埚、炉条等。普通铸铁在高温下工作寿命很低，参加Al、Si、Cr等合金元素生成相应的氧化膜，保护内部不继续氧化。2/6/20254-1常用黑色金属材料2/6/20254-1常用黑色金属材料普通铸铁耐蚀性能差，参加Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素，铸件外表形成致密的保护膜，而且也能降低基体的电极电位，使耐蚀性提高。常见的有高硅、高硅铝、高铝、高铬等耐蚀铸铁可供选用，如STQAl15Si15等。2/6/20254-2常用有色金属材料

〔一〕铝合金铝合金是使用了100多年的传统材料，目前世界原铝产量达1900万吨。其中50％用来制取加工材与深加工产品。目前我国的铝合金品种，约为美国的一半，规格缺乏美国的1/4。传统的铝合金有铸造铝合金和变形铝合金两大类。2/6/20254-2常用有色金属材料

AAl-Li系合金鋰是最轻的金属元素。铝合金中添加百分之几的鋰后，可获得时效强化效果，质量分数可降低10％，比模量可提高10％。但鋰的熔点很低，故铝鋰合金冶炼很困难。波音747的外壳用铝鋰合金，减轻了较多的质量。飞机单位质量的降低，其产生的经济效益是按几何级数递增的，因此铝鋰合金是大有作为的。2/6/20254-2常用有色金属材料

B超塑铝合金超塑成形因变形可达百分之几百，复杂的构件可一次成形。飞机机身隔框、电气外壳等都可采用铝合金超塑成形以节约生产本钱。2/6/20254-2常用有色金属材料

2/6/20254-2常用有色金属材料

D铝合金功能膜铝合金功能膜是利用氧化膜内孔洞，充填别的材料以获得所要求的功能。是近年来的研究热点，应用推广较快。〔二〕铜合金铜合金(Copperalloy)按化学成分可分为黄铜、青铜和白铜三大类。2/6/20254-2常用有色金属材料

A黄铜以锌为主要合金元素的铜基合金称为黄铜(Brass)。黄铜具有良好的力学性能、加工成型性、导电性和导热性。而且色泽美丽，价格较低，是重有色金属中应用最广的金属材料。黄铜分普通黄铜和特殊黄铜两大类。按生产方式分压力加工黄铜和铸造黄铜。2/6/20254-2常用有色金属材料

(1)普通黄铜也叫二元黄铜，是Cu-Zn二元合金。黄铜的力学性能与锌的质量分数有极大关系，当ωZn＜30～32％时，强度和塑性都随锌的质量分数增加而提高。2/6/20254-2常用有色金属材料当锌的质量分数超过32％时因组织中ßˊ相的出现，塑性开始下降，但强度还在提高，在ωZn=45％附近到达最大值。因此工业用黄铜，锌的质量分数均在46%以下。其组织为α或α+ßˊ，分别称α黄铜及α+ßˊ黄铜。2/6/20254-2常用有色金属材料aα黄铜α黄铜又称单相黄铜，具有较高的强度和优良的冷变形性能，适用于在常温下压力加工形状复杂的零件。常用代号有H90、H80、H70、H68，其中H70、H68又称三七黄铜，由于它强度较高，塑性特别好，大量用作枪弹壳和炮弹筒，故有“弹壳黄铜〞之称。2/6/20254-2常用有色金属材料bα+ßˊ黄铜α+ßˊ黄铜又称两相黄铜，适宜热压力加工具有较高的强度和耐蚀性，常用代号有H62、H59，常用于制造散热器、水管、油管、弹簧等。

2/6/20254-2常用有色金属材料(2)特殊黄铜为了提高普通黄铜的耐蚀性、切削加工性、力学性能，在铜锌二元合金的根底上参加其它合金元素所组成的多元合金，称为特殊黄铜。常参加铅、铝、锰、镍、锡、硅等，分别称铅黄铜、铝黄铜……等。2/6/20254-2常用有色金属材料合金元素参加黄铜后，一般都能提高其强度。参加铝、锰、锡、硅可提高抗蚀性，参加硅还可改善铸造性能，参加铅能改善切削加工性能。2/6/20254-2常用有色金属材料B青铜除黄铜、白铜以外的铜合金均称为青铜〔Bronze〕。工业上常用的青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。〔1〕锡青铜以锡为主要添加元素的铜基合金称锡青铜。锡青铜的主要特点是耐蚀、耐磨、强度高、弹性好等。2/6/20254-2常用有色金属材料由于锡青铜外表生成由Cu2O对及2CuCO3•Cu〔OH〕2构成的致密薄膜，因此锡青铜在大气、海水、碱性溶液和其它无机盐类溶液中有极高的耐蚀性，但在酸性溶液中抗蚀性较差。锡青铜结晶温度区间较大，合金流动性差，铸件的缩孔较严重，但线收缩小，热裂倾向小，故锡青铜适宜铸造形状复杂、壁厚变化较大且致密性要求不高的零件。2/6/20254-2常用有色金属材料为了改善锡青铜的铸造性能、力学性能、耐磨性能、弹性性能和切削加工性，常参加锌、磷、镍等元素形成多元锡青铜。锡青铜常用牌号或代号有QSn4-3、QSn4-4-4、ZQSn10等。用于制作弹簧、轴瓦、衬套等耐磨零件。2/6/20254-2常用有色金属材料2/6/20254-2常用有色金属材料2/6/20254-2常用有色金属材料2/6/20254-2常用有色金属材料C白铜以镍为主要合金元素的铜基合金称白铜工业上应用的白铜有普通白铜和特殊白铜。普通白铜是铜—镍二元合金；特殊白铜是在铜—镍合金根底上参加锌、锰、铝等合金元素，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。白铜具有高的耐蚀性、优良的冷、热加工工艺性。因此，广泛用于制造精密仪器、仪表化工机械及医疗器械中的关键零件。2/6/20254-2常用有色金属材料〔三〕钛合金钛合金(Titaniumalloy)是近来快速开展的材料。钛及钛合金质量分数小〔4.5g／cm3〕．强度大大高于钢。比强度和比模量性能突出。波音777的起落架采用钛合金制造，大大减轻了质量，经济效益极为显著。钛的耐腐蚀性能优异，是目前耐海水腐蚀的最好的材料。2/6/20254-2常用有色金属材料2/6/20254-2常用有色金属材料〔四〕镍及镍合金镍是重要的战略性资源。镍基高温合金用以制造喷气发动机涡轮盘及叶片。镍铜系耐蚀合金可制造高压充油电缆、油槽、医疗器材；镍锰系是电真空材料；镍中添加硅、钨或锆和钙或钡可做阴极材料等等。我国金川镍矿的开发，为镍基合金开展提供了必要的条件。2/6/20254-2常用有色金属材料〔五〕镁及镁合金镁在地壳中含量为2.77％，仅次于铝和铁，年产量约40万吨。镁及镁合金的主要优点是质量分数小，比强度、比模量高，抗振能力强，可承受较大的冲击载荷，同时，切削加工和抛光性能好，因而是航空航天、仪器仪表、交通运输等工业部门的重要结构材料。2/6/20254-2常用有色金属材料2/6/20254-3非金属材料

一、塑料(Plastics)〔一〕塑料的组成塑料是以合成树脂为主要成分，参加适量的添加剂组成的。合成树脂是由低分子化合物经聚合反响所获得的高分子化合物，如聚乙烯、聚氯乙稀、酚醛树脂等，树脂受热可软化，起粘结作用，塑料的性能主要取决于树脂。绝大多数塑料是以所用树脂名称来命名的。2/6/20254-3非金属材料塑料参加添加剂的目的是弥补塑料的某些性能的缺乏。添加剂有填料、增强材料、增塑剂、固化剂、润滑剂、着色剂、稳定剂、阻燃剂等。〔二〕塑料的分类和性能塑料按使用性能可分为通用塑料、工程塑料和耐热塑料三类。2/6/20254-3非金属材料

2/6/20254-3非金属材料耐热塑料工作温度高于150～200℃，但本钱高。典型的耐热塑料有聚四氟乙烯、有机硅树脂、芳香尼龙、环氧树脂等。2/6/20254-3非金属材料

按塑料受热后的性能，可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料加热时可熔融，并可屡次反复加热使用。热固性塑料经一次成形后，受热不变化，不软化，不能回收再利用，只能塑压一次。2/6/20254-3非金属材料

二、陶瓷〔Ceramics〕〔一〕陶瓷的组织结构与性能A陶瓷的组织结构陶瓷是由金属和非金属元素的无机化合物所构成的多晶固体材料，其结构比金属复杂得多，其显微结构可分为晶体相、玻璃相和气相。它们各自的数量、形状及分布对陶瓷的性能起着决定性的作用。2/6/20254-3非金属材料

B陶瓷的性能陶瓷的质量分数低，只有钢的1/3，弹性模量比钢高约2倍，缺口敏感性小，耐高温〔目前到达1400℃〕，线膨胀系数比金属低得多，硬度高于一般金属，多为1000～5000HV。摩擦系数较低，热稳定性和化学稳定性好，电性能好，属耐高温耐腐蚀绝缘材料。2/6/20254-3非金属材料

利用陶瓷的特殊结构，可以制成半导体陶瓷、压电陶瓷及磁性陶瓷等具有一定电性能的新型功能陶瓷；陶瓷韧性低，较脆，导热性低于金属，抗热振性也差，难加工。2/6/20254-3非金属材料

〔二〕常用陶瓷〔1〕普通陶瓷普通陶瓷为粘土—长石——石英所组成。这类陶瓷历史悠久，其质地坚硬，可耐高温，具有良好的耐蚀性、绝缘性和工艺性，且本钱低廉。普通陶瓷中除日用陶瓷、建筑及卫生陶瓷外，在工业上主要用于绝缘的电瓷和耐酸碱的化学瓷以及承受要求较低的结构零件用瓷等。普通陶瓷是陶瓷中用量最大的一类。2/6/20254-3非金属材料

〔2〕特种陶瓷采用纯度较高的人工合成原料制成的新型陶瓷，因具有各种独特的性能，称为特种陶瓷。特种陶瓷有结构陶瓷、功能陶瓷和生物陶瓷三类。2/6/20254-3非金属材料

a结构陶瓷结构陶瓷有氧化铝陶瓷瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等。氧化铝陶瓷主要成分为Al2O3，可分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷和莫来石瓷。2/6/20254-3非金属材料

2/6/20254-3非金属材料

b功能陶瓷功能陶瓷是具有机、电、声、热、磁、弹性之间的耦合材料，是现代信息、自动化等工业的根底材料。在耐热性、化学稳定性等方面优于金属和有机高分子材料。又称为电子陶瓷。2/6/20254-3非金属材料

c生物陶瓷生物陶瓷始于20世纪60年代。与金属材料、有机高分子材料相比，它具有与生物机体有较好的相容性和生物活性、耐侵蚀性、耐磨损性等独特性能。2/6/20254-3非金属材料

目前陶瓷的开展如下：a多相复合陶瓷包括纤维〔或晶须〕补强的陶瓷基复合材料，异相颗粒弥散的复相陶瓷；两种或两种以上主晶相组合的多相复合陶瓷及梯度功能复合材料。2/6/20254-3非金属材料

b纳米陶瓷先进陶瓷从目前的微米级〔从粉体到显微结构〕向纳米级尺度开展，由于制备科学上的进步以及工艺上的可行性，已成为其开展趋势之一。c陶瓷材料按使用性能设计已逐步摆脱以往的经验式的研究而步入按使用性能对陶瓷材料进行设计。2/6/20254-3非金属材料

三、复合材料(Compositematerials)复合材料是由两种或两种以上材料，即基体材料和增强材料复合而成的一类多相材料。复合材料保存了组成材料各自的优点，可获得单一材料无法具备的优良综合性能。是按照性能要求而设计的一种新型材料。2/6/20254-3非金属材料

复合材料区别于单一材料的显著特征是材料性能的可设计性，即可以根据工程结构的载荷分布、环境条件和使用要求，选择相应的基体、增强材料和它们各自所占的比例，以及选用不同的复合工艺，设计各种排列方向、层数以满足构件的强度、刚度、耐蚀、耐热等要求。为结构的最正确化设计提供广阔的前景。2/6/20254-3非金属材料

另一特征是材料与结构一次成形，即在形成复合材料同时也得到了结构件。这一特点使构件零件数目减少，整体化程度提高；同时由于减少甚至取消了接头，防止或减少了铆、焊等工艺，从而减轻了构件质量，改善并提高了构件的耐疲劳性和稳定性等。2/6/20254-3非金属材料

复合材料已成为当前结构材料开展的一个重要趋势。玻璃纤维增强树脂基为第一代复合材料；碳纤维增强树脂基为第二代复合材料；金属基、陶瓷基及碳基等夏合材料那么是目前正在开展的第三代复合材料。2/6/20254-3非金属材料

复合材料的种类繁多，按基体分，有金属基和非金属基两类。金属基主要有铝、镁、钛、铜等和它们的合金；非金属基主要有合成树脂、碳、石墨、橡胶、陶瓷和水泥等。按使用性能分，有结构复合材料和功能复合材料。2/6/20254-3非金属材料

2/6/20254-4新型材料2/6/20254-4新型材料按材料的功能特点，功能材料可分为力功能材料、声功能材料、热功能材料、光功能材料、电功能材料、磁功能材料、化学功能材料、核功能材料、生物医学功能材料等。2/6/20254-4新型材料〔一〕传感器用敏感材料传感器通常由敏感元件和转换元件所组成。敏感材料按物理、化学和结构特性可分为半导体、陶瓷、有机聚合物、金属、复合材料等；按功能可分为力敏材料、热敏材料、气敏材料、湿敏材料、声敏材料、磁敏材料、电化学材料、电压敏材料、生物敏感材料等。2/6/20254-4新型材料2/6/20254-4新型材料〔三〕磁功能材料磁功能材料主要利用材料的磁性能和磁效应，实现对能量和信息的转换、传递、调制、存储、检测等功能。按其化学成分通常分为金属磁性材料〔包括金属间化合物〕和铁氧体〔氧化物磁性材料〕两大类。2/6/20254-4新型材料2/6/20254-4新型材料2/6/20254-4新型材料2/6/20254-4新型材料光导纤维已到达传光2000km后功率损耗只有4.2dB的水平。世界上第一条长达6684km的跨大西洋海底光缆〔TAT－8工程〕业已完工，最多可同时通4万条话路。光导到现在已开展了好几代，中国的光导目前是第三代，其衰减理论值是0.16，光导材料是高纯度石英玻璃与磷或锗的掺杂物，其中继距离是几百千米，2000年到达了2500km。2/6/20254-4新型材料光记录材料具有容量大、密度高、存取快速、可存储数字和图像信息的特点，在计算机领域开展迅速。显示显像材料以可见方式显示信息。光吸收材料最重要的应用是隐身材料，雷达吸波材料用于减少雷达对飞行器等的可探测性，到达隐身目的。红外隐身、可见光隐身、声隐身等材料均在开展。2/6/20254-4新型材料2/6/20254-4新型材料〔七〕力学、声学功能材料力学、声学功能材料是指主要利用物质的弹性、超弹性、内耗性、形状记忆效应、磁致伸缩效应、电致伸缩效应等，制作弹性元件、发声发振元件、形状记忆元件、智能元件、减振和吸声装置等的材料。力学、声学功能材料包括弹性合金、减振合金、吸声材料、乐器材料、电声材料、超声材料、形状记忆材料等。力学、声学功能材料广泛应用于仪器仪表、机械制造、声学工程等各领域。2/6/20254-4新型材料2/6/20254-4新型材料纳米材料按其结构可以分为四类：具有原子蔟和原子束结构称零维纳米材料具有纤维结构的称为一维纳米材料；具有层状结构的称为二维纳米材料；晶粒尺寸至少一个方向在几个纳米范围内的称为三维纳米材料。还有就是以上各种形式的复合材料。

2/6/20254-4新型材料

按化学组分，可分为纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料。按材料物性，可分为纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。按应用，可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。2/6/20254-4新型材料2/6/20254-4新型材料2/6/20254-4新型材料2/6/20254-4新型材料〔二〕纳米材料的应用及前景A在信息科学上的应用纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理信息的能力，实现信息采集和处理能力的革命性突破，纳米电子学将成为21世纪信息时代的核心。2/6/20254