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机 械 工 程 导 论　　　 §1 工程材料分类及应用 §2 工程材料改进技术 §3 新型工程材料 §1工程材料分类及应用 工程材料分类： 历史学家把人类社会的发展按其使用的材料类型划分为： 石器时代、青铜时代、铁器时代。 而今正处于人工合成材料的新时代： 金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料 黑色金属 有色金属 铸铁 钢 金属材料 低碳钢 (08F) 中碳钢 (45) 高碳钢 (60) 合金钢 (1Cr18） … 灰铸铁 (TH300) 球墨铸铁(QT500-5) … 铝合金 (LY12) 铜合金 (ZCuSn10P1) 金 属 材 料 显 微 组 织 钢 按冶炼方法 按脱氧程度 平炉钢 转炉钢 酸性钢 碱性钢 按炉衬材料分 沸腾钢 镇静钢 半镇静钢 电炉钢 特殊镇静钢 白口铁 液态生铁 吹入空气或氧气 钢 浇注成钢锭 脱 氧 熔融 炼钢过程 钢 非合金钢 合金钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢 低合金钢 ＜5% 中合金钢 5%～10% 高合金钢 ＞10% C＜0.25％ C=0.25%～0.60％ C＞0.25％ 普通质量钢 钢 特殊质量钢 优质钢 S ——使钢在高温下呈脆性，称为热脆性； P ——使钢在常温和低温下呈脆性，称为冷脆性。 钢 结构钢 工具钢 碳素结构钢 合金结构钢 建筑钢 碳素工具钢 合金工具钢 高速工具钢 特殊性能钢 不锈钢 耐酸钢 耐热钢 磁 钢 高分子材料 复合材料 陶瓷 非金属材料 -- 塑料、橡胶、合成纤维。 -- 强如钢、轻如铝、硬如金刚石。 -- 强度高、弹性模量大、质量轻。 橡胶： 橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。 塑料： 塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其应用日益广泛。 橡 胶 材 料 陶瓷材料 复合材料(composite material) 定义：由两种或两种以上的不同材料组合而成的工程材料。 区别：各种组成材料在性能上能互相取长补短，产生协同效应。 复合材料的综合性能优于原组成材料，能满足各种不同的要求。 分类 金属与金属 金属与非金属 非金属与非金属复合材料 组成 结构 纤维复合材料 层叠复合材料 细粒复合材料 骨架复合材料 玻璃纤维增强塑料 (glass-fiber reinforced plastics，GFRP) 具有优异的耐蚀性、轻量性、强度特性、瞬时的耐高温性能。 被用来制造人造卫星、导弹和火箭的外壳（耐烧蚀层）。玻璃 钢不反射无线电波，微波透过性好，是制造雷达罩理想材料。 团状玻璃纤维 过滤器 碳纤维增强塑料(carbon-fiber reinforced plastics，CFRP) 是最有代表性、性能最优越的塑料(即树脂)基复合材料。 优点：碳纤维的强度比钢大四倍，重量只有钢的1／4，比铝还轻。 与玻璃钢相比，强度高0.5～1倍，弹性模量高2～4倍。 ①很高的耐腐蚀性； ②优良的热特性(绝热性，隔热性和尺寸稳定性等)； ③一定的电性能(通电发热，防静电干扰，导电性等)； ④滑动特性(耐磨性，润滑性)； ⑤减振性能(减振防噪等)；⑥放射线特性(X射线透过性)等。 碳纤维增强金属基复合材料（碳／铝复合材料） 原料及加工成本低、比强度和比刚度高、高温性能和抗拉强度好以 及摩擦系数小且抗磨等优点，是电和热的良导体而且尺寸稳定；是 最有前途的金属基复合材料。 制造直升飞机的主要材料；坦克上的传动箱、底盘和装甲部件；卫 星上的设备支架、天线及望远镜的扇形镜面，是轻便野战桥梁的理 想材料。 碳纤维外壳，更轻，更结实 全缠绕碳纤维复合气瓶 材料应用和研究的总趋势 1、在材料的微观结构设计方面，将从显微构造层次（～1um）向分子、原子层次（1～10um）及电子层次（0.1～1um）发展（研制微米、纳米材料）。 2、将有机、无机和金属三大类材料在原子、分子水平上混合而构成所谓“杂化”（Hybrid）材料的构思设想，以探索合成材料新途径。 3、在新材料研制中，在数据库和知识库存的基础