第三章 常用材料的特点和 与选择 3.1至3.3常用材料 生产工程基础 .pptVIP

第三章 常用材料的特点与选择 选择产品的材料时所需要考虑的问题： 从使用者的角度看——要能完成产品 最基本和最主要的功能； 从产品的加工制造过程看——要考虑 工艺的可行性、加工的方便性、材料的再 生性、生产的环保性等。 一 · 常用材料的特点 1、黑色金属 铁碳合金中碳的最高含量可达到6.69%。 其中含碳量小于 0.02% 的称为纯铁，含碳 量介于 0.02% ~ 2.11% 之间的称为钢，含 碳量大于 2.11% 的称为生铁或铸铁。 （1）钢的分类及其特点 结构钢的用途 1、工程结构钢主要用于船舶、桥梁、建筑材料、压力容器等。工作条件：不作相对运动，长期承受静载荷。 2、机械结构钢主要用于轴、齿轮、弹簧等各类机器零件。工作条件：受拉伸、压缩、扭转、冲击、振动、摩擦等力的作用，工作环境复杂，要求强度、塑性、韧性高，耐疲劳、耐磨损。 （2）铸铁的分类及特点 白口铸铁：硬而脆，难于切削； 灰口铸铁：在工业中得到广泛应用； 可锻铸铁：有较高的塑性、韧性； 球墨铸铁：一定程度上可以代替碳钢； 蠕墨铸铁：具有较高的综合力学性能； 合金铸铁：具有某种特殊的性能。 2、有色金属 （1）铝及铝合金 纯铝：强度和硬度低，但塑性好，具 有很好的导电性和导热性，用于导电器材、 耐蚀容器等。 铝合金：强度得到提高，可用作结构零 件。其中形变铝合金用于飞机起落架、螺旋 桨叶等；铸造铝合金用于气缸体、气缸盖、 内燃机活塞等。 （2）铜及铜合金 纯铜：塑性好，具有很好的导电性和 导热性。 黄铜：铜锌合金，塑性好、强度较高。 青铜：锡青铜具有高的耐磨性、耐腐 蚀性和良好的铸造性能；铝青铜具有较高 的强度、耐磨性和耐腐蚀性；铍青铜具有 较高的弹性极限。 3、塑料及其特点 塑料的分类 热塑性塑料：如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS等，它们的碎屑可进行再加工； 热固性塑料：如酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等，它们的碎屑不能再加工。 塑料的特点： 缺点是强度、硬度低，产品易老化；优点是 着色自由，质量轻，易于加工成型，耐腐蚀， 有自润滑性。 4、橡胶及其特点 橡胶的分类： 天然橡胶：从橡胶树等植物的浆汁中制取； 合成橡胶：人工制造的橡胶，耐热、耐老化等性能优于天然橡胶。 橡胶的特点： 具有极高的弹性、优良的伸缩性，是 常用的弹性材料、密封材料、减震材料和 传动材料。 5、陶瓷及其特点 陶瓷的分类： 普通陶瓷（传统陶瓷）：由天然的硅酸盐矿物（如粘土、石英）烧结制成； 特种陶瓷（现代陶瓷）：由人工合成原料烧结制成，如氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷等。 陶瓷的特点：高硬度、耐高温、耐腐蚀，电绝缘性好，脆性大。 6、复合材料及其特点 复合材料一般是由低强度、低弹性模 量、韧性好的基体材料与高强度、高弹性 模量、脆性大的增强材料所组成。 基体常用树脂和橡胶；增强材料常用 玻璃纤维、碳纤维、硼纤维，也可以用金 属和陶瓷。常用的玻璃纤维树脂复合材料 （俗称玻璃钢）主要用于要求重量轻的受 力结构件，碳纤维树脂复合材料的强度优 于玻璃钢，在宇航工业中广泛应用。 二 · 材料的性能 1、材料的力学性能 在外力作用下，材料所表现出来的特 性称为力学性能。 外力常分为静载荷、冲击载荷和交变 载荷等，材料的力学性能也分为强度、塑 性硬度、冲击韧性和疲劳强度等。 （1）强度和塑性 强度：材料在外力作用下抵抗永久变 形和断裂的能力。强度用应力表示，符号 为σ，单位为 MPa 。 弹性模量：材料抵抗弹性变形的能力。 屈服强度： 抗拉强度： 塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。 断后伸长率： 断面收缩率： （2）硬度 硬度：材料抵抗硬物压入其表面的能力。 布氏硬度 HB = 0.102 ×载荷 / 压痕表面积 洛氏硬度 HR =（固定常数－压入深度）／0.002 （3）冲击韧性 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷而不 破坏的能力。 （4）疲劳强度 疲劳强度：在无数次交变载荷作用 下材料不发生断裂的最大应力值。 2、材料的物理、化学及工艺性能 物理性能：包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性等。 化学性能：包括耐腐蚀性、抗氧化性等。 工艺性能：包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等。 （1）铸造性能：材料熔化后在型腔中再次凝固、良好成型的能力。 （2）锻压性能：材料受挤压后变形或成型的能力。 （3）焊接性能：材料在焊接时形成优良焊接接头的能力。 （4）切削加工性能：