3.4 工业常用钢铁材料工业常用钢铁材料碳素钢碳素钢-含碳量含碳量2.11%的铁碳合金的铁碳合金2021/3/112007-3-121第3章 机械工程材料基础陈君梅3.4.1 碳素钢碳素钢 Mn 脱氧、去硫脱氧、去硫, ,提高钢的强度和硬度。提高钢的强度和硬度。 Si 有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用, ,能脱氧，提高钢能脱氧，提高钢的强度、硬度和弹性，降低塑性和韧性。的强度、硬度和弹性，降低塑性和韧性。1.有益元素有益元素钢的性能与含碳量有关；还受钢中杂钢的性能与含碳量有关；还受钢中杂质元素的影响。质元素的影响。2021/3/112007-3-122第3章 机械工程材料基础陈君梅2.有害元素有害元素: : P 有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用, ,低温低温 韧性差韧性差 ( ( 冷脆冷脆 ) )。 S 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( ( 热裂热裂 ) )。* * 适当增加硫、磷含量，可提高钢的切适当增加硫、磷含量，可提高钢的切削加工性能；削加工性能；* * 磷可增加钢在大气中的耐腐蚀性能磷可增加钢在大气中的耐腐蚀性能2021/3/112007-3-123第3章 机械工程材料基础陈君梅碳素钢的编号及用途碳素钢的编号及用途 1. 普通普通碳素结构钢碳素结构钢: : Q 235 A F沸腾钢沸腾钢（B、Z、TZ）A等级等级（D、C、B）235 MPa屈服强度屈服强度P87脱氧方法质量等级2021/3/112007-3-124第3章 机械工程材料基础陈君梅2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢两位阿拉伯数字，表示含碳量两位阿拉伯数字，表示含碳量* * 45 - Wc = 45%00的优质碳素结构钢的优质碳素结构钢* * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn - Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%1.0%P882021/3/112007-3-125第3章 机械工程材料基础陈君梅3.碳素工具钢碳素工具钢T 12 A高级优质高级优质 Wc = 12%0碳素工具钢碳素工具钢P882021/3/112007-3-126第3章 机械工程材料基础陈君梅4.铸造碳钢铸造碳钢ZG 200 - 400b 400MPas 200MPa铸钢铸钢P882021/3/112007-3-127第3章 机械工程材料基础陈君梅 3.4.2 3.4.2 合金钢合金钢 ( Alloy Constructional Steel )普通低合金钢普通低合金钢易切削钢易切削钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金调质钢合金调质钢弹簧钢弹簧钢滚动轴承钢滚动轴承钢2021/3/112007-3-128第3章 机械工程材料基础陈君梅一一. .普通低合金钢普通低合金钢 ( common low alloyed steel )1.化学成分化学成分: 碳素结构钢碳素结构钢 + 合金元素合金元素主加合金元素主加合金元素: Mn 1.8 %以内。以内。辅加合金元素辅加合金元素:V、Ti、Cu、B。2021/3/112007-3-129第3章 机械工程材料基础陈君梅一一. .普通低合金钢普通低合金钢2.牌号牌号: Q 345 C 质量等级质量等级345 MPa屈服强度屈服强度2021/3/112007-3-1210第3章 机械工程材料基础陈君梅一一. .普通低合金钢普通低合金钢Q460钢含钢含Mo、B，强度强度高高，用于石化中温，用于石化中温 高高压容器压容器。压力容压力容器器南京长江大南京长江大桥桥 Q345钢钢(16Mn)综合性能好综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等大用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。型钢结构。 Q390钢含钢含V、Ti，强度强度 高高，用于中等压力的容器。，用于中等压力的容器。万吨远洋轮万吨远洋轮2021/3/112007-3-1211第3章 机械工程材料基础陈君梅 二、二、 .易切削钢易切削钢( fee cutting steel )2.性能要求性能要求:降低切削力和切削热降低切削力和切削热,减少刀具减少刀具磨损磨损,延长刀具寿命延长刀具寿命,改屑性能改屑性能,提高切削速度。提高切削速度。3.化学成分特点化学成分特点:1.用途用途:适用于高速切削和在自动加工机适用于高速切削和在自动加工机床上加工的材料。床上加工的材料。S:Ws = 0.080.3%Pb:WPb=0.150.25%Ca:微量微量2021/3/112007-3-1212第3章 机械工程材料基础陈君梅4.易切削钢的牌号易切削钢的牌号Y 40 Mn 含锰量含锰量WMn 1.5 % 含碳量含碳量WC 0.4 % 易切削钢易切削钢2021/3/112007-3-1213第3章 机械工程材料基础陈君梅三三 . 碳素渗碳钢及合金渗碳钢碳素渗碳钢及合金渗碳钢1.对渗碳钢的性能要求对渗碳钢的性能要求:2.用途用途:适于制造承受强烈冲击载荷和磨擦磨损的零件。适于制造承受强烈冲击载荷和磨擦磨损的零件。 如汽车齿轮、离合器等。如汽车齿轮、离合器等。表硬里韧表硬里韧2021/3/112007-3-1214第3章 机械工程材料基础陈君梅3.合金渗碳钢的牌号合金渗碳钢的牌号20 Mn2 Ti A等级等级:高级优质高级优质含钛量含钛量WTi1.5 %含锰量含锰量WMn 2 %含碳量含碳量WC 20 %002021/3/112007-3-1215第3章 机械工程材料基础陈君梅四四. 碳素调质钢及合金调质钢碳素调质钢及合金调质钢1.对调质钢的性能要求对调质钢的性能要求:既强又韧既强又韧2.对调质钢的含碳量的要求对调质钢的含碳量的要求:中碳中碳2021/3/112007-3-1216第3章 机械工程材料基础陈君梅3.合金调质钢的牌号合金调质钢的牌号40Cr40Mn40MnB35CrMo38 Cr Mo Al A25Cr2Ni4WA2021/3/112007-3-1217第3章 机械工程材料基础陈君梅4 .典型合金调质钢种介绍典型合金调质钢种介绍 低淬透性调质钢低淬透性调质钢钢含合金元素总量钢含合金元素总量3 %。40Cr、40MnB等。等。 中淬透性调质钢中淬透性调质钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %左右。左右。38 CrSi、35 CrMo 等。等。圆圆锥锥齿齿轮轮柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴常用于制造较小的齿轮、常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。轴、螺栓等零件。2021/3/112007-3-1218第3章 机械工程材料基础陈君梅4 .典型合金调质钢种介绍典型合金调质钢种介绍 高淬透性调质钢高淬透性调质钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 % 10 %。 制造大截面重载荷零件，如制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性的零件等曲轴等用高淬透性的零件等 。38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、25 Cr2 Ni4 W A等。等。2021/3/112007-3-1219第3章 机械工程材料基础陈君梅五五. . 弹簧钢弹簧钢1.对弹簧钢的性能要求对弹簧钢的性能要求:高的高的e、高的、高的s/ b、高的、高的-1、良好的、良好的韧。2.对弹簧钢含碳量的要求对弹簧钢含碳量的要求:中、高碳。中、高碳。2021/3/112007-3-1220第3章 机械工程材料基础陈君梅3.合金弹簧钢的牌号合金弹簧钢的牌号6565 Mn55 Si 2 Mn60 Si 2 Mn50 Cr V A50 Cr Mn A55 Si Mn Mo V Nb2021/3/112007-3-1221第3章 机械工程材料基础陈君梅汽车板簧汽车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧热卷大弹簧热卷大弹簧簧弹丝簧弹丝2021/3/112007-3-1222第3章 机械工程材料基础陈君梅六六. 滚动轴承钢滚动轴承钢 ( bearing steel )1.性能要求性能要求:v高的高的硬度强度和耐磨性硬度强度和耐磨性;v高的接触疲劳强度高的接触疲劳强度;v足够的韧性和耐蚀性足够的韧性和耐蚀性;v高的纯净度高的纯净度;滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承滚珠轴承滚珠轴承2021/3/112007-3-1223第3章 机械工程材料基础陈君梅六六. 滚动轴承钢滚动轴承钢 ( bearing steel )2.化学成分特点化学成分特点:高高碳碳, Wc = 0.91.1%。主加主加Cr, 0.41.65 % 辅加辅加Si、Mn。优质钢材优质钢材。2021/3/112007-3-1224第3章 机械工程材料基础陈君梅3.滚动轴承钢的牌号滚动轴承钢的牌号G Cr9 Si Mn 含含Mn量量WMn1.5 % 含含Si量量WSi1.5 % 含含Cr量量WCr 0.9 % 滚动轴承钢滚动轴承钢2021/3/112007-3-1225第3章 机械工程材料基础陈君梅七七 . 合金工具钢合金工具钢合金刃具钢合金刃具钢 ( alloy cutting steel )合金模具钢合金模具钢 ( alloy die steel )合金量具钢合金量具钢( alloy measuring steel )2021/3/112007-3-1226第3章 机械工程材料基础陈君梅量量 具具刃刃 具具模模 具具2021/3/112007-3-1227第3章 机械工程材料基础陈君梅一）合金刃具钢一）合金刃具钢种类种类 : 低合金刃具钢低合金刃具钢 ; 高速钢。高速钢。牌号牌号 :合金元素及含量合金元素及含量千分之几的含碳量千分之几的含碳量 9 Si Cr W18 Cr4 V2021/3/112007-3-1228第3章 机械工程材料基础陈君梅1.低合金刃具钢低合金刃具钢1.性能要求性能要求:高硬度、高耐磨性、有一高硬度、高耐磨性、有一定的红硬性、强度和韧性定的红硬性、强度和韧性,工作温度不超过工作温度不超过300。2.化学成分特点化学成分特点:*高碳高碳*加入加入Cr、Mn、Si、 W、V 等合金元素。等合金元素。3.热处理特点热处理特点:球化退火球化退火 淬火淬火 + 低温回火低温回火 2021/3/112007-3-1229第3章 机械工程材料基础陈君梅2.高速钢高速钢 ( high speed steel )(1) 性能要求性能要求:高硬度、高耐磨性、高的红硬性高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600时时,HRC63以上以上) 、有一定的强度和韧性。、有一定的强度和韧性。高速钢高速钢 - 锋钢、风钢锋钢、风钢 ; 车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头2021/3/112007-3-1230第3章 机械工程材料基础陈君梅(2) 化学成分特点化学成分特点:v高高碳碳 0.71.5%:v钨钨 18%:v钼钼 5%:v铬铬 4%:v钒钒1.5%: 保证高硬度保证高硬度退火状态下形成退火状态下形成M6C碳化物碳化物,在在560左右回火时左右回火时, 弥散析弥散析出出W2C, 造成二次硬化造成二次硬化, 提高提高钢的红硬性钢的红硬性。1%Mo的作用等同于的作用等同于2%W。形成形成Cr23C6碳化物碳化物;提高钢的提高钢的淬透性淬透性。形成形成VC, 硬度极高硬度极高, 提高钢的提高钢的硬度和耐磨性硬度和耐磨性, 产生二次硬化。产生二次硬化。2021/3/112007-3-1231第3章 机械工程材料基础陈君梅二二)合金模具钢合金模具钢( alloy die steel ) 热作模钢热作模钢 ( hot die steel )1.性能要求性能要求:高的热硬性、高温耐磨性高的热硬性、高温耐磨性;高的抗氧化能力高的抗氧化能力;高的热强性和足够高的韧性高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力高的热疲劳抗力( 防止龟裂防止龟裂 );高的淬透性和导热性高的淬透性和导热性; 2.化学成分特点化学成分特点:中碳中碳 0.30.6 %;合金元素合金元素:Cr、Ni、Mn、 Si、Mo、W、V。曲轴模具曲轴模具2021/3/112007-3-1232第3章 机械工程材料基础陈君梅冷作模钢冷作模钢 ( cold die steel )1.性能要求性能要求:高的硬度高的硬度,HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;足够高的韧性与疲劳抗力足够高的韧性与疲劳抗力;热处理变形小热处理变形小;2.化学成分特点化学成分特点:高碳高碳 12 %;合金元素合金元素:Cr, Mo、W、V。汽车冲压模具汽车冲压模具2021/3/112007-3-1233第3章 机械工程材料基础陈君梅三）合金量具钢三）合金量具钢1.性能要求性能要求:高的硬度高的硬度, HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;高的尺寸稳定性高的尺寸稳定性;足够高的心部韧性足够高的心部韧性;热处理变形小热处理变形小; 尺寸稳定尺寸稳定;良好的耐蚀性良好的耐蚀性;卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺2021/3/112007-3-1234第3章 机械工程材料基础陈君梅3.牌号牌号: CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr、T12A、60等。等。2.化学成分特点化学成分特点:高碳高碳 0.91.5 %;合金元素合金元素:Cr, Mn、W。2021/3/112007-3-1235第3章 机械工程材料基础陈君梅八八. 特殊性能钢特殊性能钢不锈钢不锈钢 ( stainless steel )耐热钢耐热钢 ( heat resistant steel )耐磨钢耐磨钢 ( wear resistant steel )2021/3/112007-3-1236第3章 机械工程材料基础陈君梅 一）不锈钢一）不锈钢 ( stainless steel )1.定义定义: 在腐蚀介质中具有很高的抗腐在腐蚀介质中具有很高的抗腐 蚀能力的钢。蚀能力的钢。2.概念概念:*在在空气空气中的年腐蚀量为中的年腐蚀量为0.01mm 以内的钢以内的钢, 称为在空气中使用的称为在空气中使用的 不锈钢。不锈钢。 *在在强酸、强碱强酸、强碱介质中的年腐蚀介质中的年腐蚀 量为量为0.1mm以内的钢以内的钢,称为在强称为在强 酸、强碱介质中使用的不锈钢。酸、强碱介质中使用的不锈钢。2021/3/112007-3-1237第3章 机械工程材料基础陈君梅5.化学成分特点化学成分特点: * 低碳低碳:耐蚀性要求愈高耐蚀性要求愈高,碳含量愈低。碳含量愈低。 * 合金元素合金元素:主加主加Cr。 辅加辅加Ni、Mo、Cu、Ti、 Nb、Mn 等。等。6.常用的不锈钢常用的不锈钢: *马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 *铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 *奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢2021/3/112007-3-1238第3章 机械工程材料基础陈君梅二）耐热钢二）耐热钢1.定义定义:在高温下具有抗氧化性和高温在高温下具有抗氧化性和高温 强度的特殊钢。强度的特殊钢。抗氧化性抗氧化性 ( 热稳定性热稳定性 )2.性能要求性能要求高温强度高温强度( 热强性热强性 )蠕变强度蠕变强度持久强度持久强度3.提高钢的耐热性的途径提高钢的耐热性的途径: 加入合金元素加入合金元素Cr、Si、 Mo、 Al等等,在在 钢的表面形成稳定、致密的氧化膜。钢的表面形成稳定、致密的氧化膜。2021/3/112007-3-1239第3章 机械工程材料基础陈君梅耐耐 热热 钢钢 的的 用用 途途发动机叶片发动机叶片航空发动机航空发动机汽轮机叶片汽轮机叶片汽车阀门汽车阀门2021/3/112007-3-1240第3章 机械工程材料基础陈君梅三）耐磨钢三）耐磨钢( wear-resistant steel )1.定义定义:在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢。在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢。球磨机球磨机挖掘机挖掘机颚式破碎机颚式破碎机2021/3/112007-3-1241第3章 机械工程材料基础陈君梅3.4.3 铸铁铸铁铸铁是指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金总称。 工业常用铸铁；工业常用铸铁；灰口铸铁球墨铸铁可锻铸铁目的：目的：掌握常用铸铁的性能特点；掌握常用铸铁的性能特点；掌握铸铁的牌号；掌握铸铁的牌号；了解铸铁的应用；了解铸铁的应用；2021/3/112007-3-1242第3章 机械工程材料基础陈君梅铸铁的分类铸铁的分类1白口铸铁白口铸铁 2麻口铸铁3灰口铸铁（1）灰铸铁 碳主要以片状石墨形式出现的铸铁；（2）可锻铸铁 碳主要以团絮状石墨形式出现的铸铁；（3）球墨铸铁 碳主要以球状石墨形式出现的铸铁；（4）蠕墨铸铁 碳主要以蠕虫状石墨形式出现的铸铁。 牌号：RUT4202021/3/112007-3-1243第3章 机械工程材料基础陈君梅一一. 灰口铸铁灰口铸铁1灰铸铁的化学成分、组织和性能灰铸铁的化学成分、组织和性能（1）化学成分灰铸铁的化学成分一般为：wC=2.5% 40%，wSi=1.0% 25%，wMn=O5% 1.4%，wSO.15%，wP0.3%。(2)组织由于石墨化程度的不同，灰铸铁的组织有三种类型：铁素体(F)+片状石墨(G)；铁素体(F)珠光体(P)+片状石墨(G)；珠光体(P)+片状石墨(G)。 2021/3/112007-3-1244第3章 机械工程材料基础陈君梅（3）性能力学性能石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得了许多钢所不及的优良性能 优良的性能：良好的铸造性能 良好的减震性较低的缺口敏感性良好的切削加工性良好的减摩性良好的抗压性能2021/3/112007-3-1245第3章 机械工程材料基础陈君梅灰口铸铁牌号灰口铸铁牌号类 别牌号用 途 举 例铁素体灰铸铁HTl00低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支架等铁索体珠光体灰铸铁HT150承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件珠光体灰铸铁HT200承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等HT250孕育铸铁HT300床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸体、汽缸盖等HT3502021/3/112007-3-1246第3章 机械工程材料基础陈君梅二二. 可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁俗称玛钢、马铁。生产过程是：首先浇注成白口铸铁件，然后经可锻化退火（可锻化退火使渗碳体分解为团絮状石墨）而获得可锻铸铁件。2021/3/112007-3-1247第3章 机械工程材料基础陈君梅二二.可锻铸铁可锻铸铁1可锻铸铁的化学成分、组织和性能1）可锻铸铁的化学成分是: wC=2.2%2.8%，wSi=1.0%1.8%，wMn=0.3%0.8%，wS0.2%，wP0.1%。 2）可锻铸铁的组织有二种类型：铁素体(F)+团絮状状石墨(G)；珠光体(P)+团絮状石墨(G)。 3)性能由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，因此它的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不能进行锻压加工。可锻铸铁的基体组织不同，其性能也不一样，其中黑心可锻铸铁具有较高的塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁具有较高的强度、硬度和耐磨性。 2021/3/112007-3-1248第3章 机械工程材料基础陈君梅可锻铸铁牌号可锻铸铁牌号类 别牌号应用举例黑心可锻铸铁KTH300-06KTH330-08KTH35010KTH37012汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座等，机床上用的扳手，低压阀门，管接头，铁道扣板和农具等珠光体可锻铸铁KTZ550-04KTZ700-02曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，播臂，活塞环等2021/3/112007-3-1249第3章 机械工程材料基础陈君梅三三. 球墨铸铁球墨铸铁是20世纪50年代发展起来的一种新型铸铁，它是经过球化处理后得到的。球化处理的方法是在铁液出炉后、浇注前加入一定量的球化剂(稀土镁合金等)和孕育剂，使石墨呈球状析出。 2021/3/112007-3-1250第3章 机械工程材料基础陈君梅球墨铸铁球墨铸铁性能 球墨铸铁的力学性能与基体的类型以及球状石墨的大小、形状及分布状况有关。由于球状石墨对基体的割裂作用最小，又无应力集中作用，球墨铸铁基体的强度、塑性和韧性可以充分发挥，所以，球墨铸铁与灰铸铁相比，有高的强度和良好的塑性与韧性。它的某些性能可以与钢相媲美，如屈服点比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢。同时，它还具有灰铸铁的减震性、减磨性和小的缺口敏感性等优良性能。球墨铸铁中的石墨球的圆整度越好，球径越小，分布越均匀，则球墨铸铁的力学性能就越好。2021/3/112007-3-1251第3章 机械工程材料基础陈君梅球墨铸铁牌号球墨铸铁牌号基体类型牌号用途举例铁素体QT400-15QT400-10阀体，汽车、内燃机车零件，机床零件，减谴器壳铁素体+珠光体QT500-7机油泵齿轮，机车、车辆轴瓦珠光体QT700-2QT800-2柴油机曲轴、凸轮轴汽缸体、缸套，活塞环，部分磨床、铣床、车床的主轴等下贝氏体QT900-2汽车的螺旋锥齿轮，拖拉机减速齿轮柴油机凸轮轴2021/3/112007-3-1252第3章 机械工程材料基础陈君梅3.5 3.5 有色金属材料有色金属材料定义定义 : 除黑色金属除黑色金属 ( 钢、铁钢、铁 ) 以外的所有以外的所有 金属。金属。 铝及铝合金铝及铝合金铜及铜合金铜及铜合金滑动轴承合金滑动轴承合金2021/3/112007-3-1253第3章 机械工程材料基础陈君梅 3.5.1 铝及铝合金铝及铝合金一一. 铝铝1.性能特点性能特点: 密度小密度小;导电及导热导电及导热 性能好性能好;抗大气腐蚀性好抗大气腐蚀性好;塑性塑性高高;强度低强度低;无磁性无磁性;无打击火花无打击火花;加工工艺性好等。加工工艺性好等。2.用途：用途：电线、电缆、器皿电线、电缆、器皿3.纯铝的牌号：纯铝的牌号：按铝的纯度来编制，如按铝的纯度来编制，如1060表示表示99.6%2021/3/112007-3-1254第3章 机械工程材料基础陈君梅二二. 铝合金铝合金形变铝合金形变铝合金 铸造铝合金铸造铝合金 2021/3/112007-3-1255第3章 机械工程材料基础陈君梅一一) 形变铝合金形变铝合金 ( deformation aluminum alloy )1.防防锈锈铝铝合金合金 ( LF ) : Al Mn 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性强度和抗蚀性 ( 比纯铝好比纯铝好 )。 例如例如:LF21。 Al Mg 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性强度和抗蚀性 ( 比纯铝轻比纯铝轻 )。 例如例如:LF2、LF6等。等。 2021/3/112007-3-1256第3章 机械工程材料基础陈君梅飞机翼梁飞机翼梁( (腹板为硬铝合金腹板为硬铝合金) )2.硬硬铝铝合金合金 ( LY ) : Al Cu Mg 通过通过时效强化时效强化提铝合金强度提铝合金强度,但但耐蚀性不高耐蚀性不高。LY1、LY11、LY12。3.超超硬硬铝铝合金合金 ( LC ) : Al Zn Mg Cu 通过通过时效强化和形成的强化相时效强化和形成的强化相,使铝合金达到使铝合金达到最高的硬度和最高的硬度和强度强度。但。但耐蚀性较差耐蚀性较差。LC4、LC9。 飞机主起落架飞机主起落架2021/3/112007-3-1257第3章 机械工程材料基础陈君梅4.锻锻铝铝合金合金 ( LD ) : Al Mg Si Cu 具有良好的热塑性具有良好的热塑性, 通过固溶处理和人工时效通过固溶处理和人工时效 来提高铝合金的力学性能。来提高铝合金的力学性能。 LD5、LD6、LD10。压气机叶片压气机叶片2021/3/112007-3-1258第3章 机械工程材料基础陈君梅二二) 铸造铝合金铸造铝合金 ( cast aluminum alloy )铸造铝铸造铝 硅合金硅合金铸造铝铸造铝 铜合金铜合金铸造铝铸造铝 镁合金镁合金铸造铝铸造铝 锌合金锌合金2021/3/112007-3-1259第3章 机械工程材料基础陈君梅1.铸铸造造铝铝 硅硅合金合金 ( ZL101ZL111 ) :活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) ) ZL102合金铸造组织 ( 化染 ) 552021/3/112007-3-1260第3章 机械工程材料基础陈君梅2.铸铸造造铝铝 铜铜合金合金 ( ZL201ZL203 ) : 有较高的强度、塑性及耐热性有较高的强度、塑性及耐热性,但铸但铸 造性能和耐蚀性较差。造性能和耐蚀性较差。 铝铜合金铸造组织 ( 化染 ) 210汽缸头汽缸头2021/3/112007-3-1261第3章 机械工程材料基础陈君梅3.铸铸造造铝铝 镁镁合金合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有较高的强度、韧性及耐蚀性有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸但铸 造性能和耐热性较差。造性能和耐热性较差。 铝镁合金铸造组织 (化染) 150鼓风机用密封件鼓风机用密封件(ZL102)(ZL102)及及抗空架件抗空架件(ZL301)(ZL301)2021/3/112007-3-1262第3章 机械工程材料基础陈君梅4.铸铸造造铝铝 锌锌合金合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的铸造性具有良好的铸造性,经变质处理和经变质处理和时效处理后时效处理后,强度高强度高,但耐蚀性差。但耐蚀性差。大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)2021/3/112007-3-1263第3章 机械工程材料基础陈君梅3.5.2 铜及铜合金铜及铜合金一一.铜铜1.性能特点性能特点:密度大密度大;导电及导热性能好导电及导热性能好;抗大气腐蚀性好抗大气腐蚀性好;塑性高塑性高;强强 度低度低;无磁性无磁性;无打击火花无打击火花;加工工艺性好等。加工工艺性好等。2.铜的分类铜的分类工业纯铜工业纯铜 T1T4，含铜量依次下降，含铜量依次下降无氧铜无氧铜 TU22021/3/112007-3-1264第3章 机械工程材料基础陈君梅3.铜合金的分类铜合金的分类黄铜黄铜 : Cu Zn 白铜白铜 : Cu Ni 青铜青铜 : 除黄铜和白除黄铜和白 铜外的所有铜外的所有 铜合金。铜合金。2021/3/112007-3-1265第3章 机械工程材料基础陈君梅一）黄铜一）黄铜 ( brass )普通黄铜普通黄铜 ( common brass )特殊黄铜特殊黄铜 ( special brass )2021/3/112007-3-1266第3章 机械工程材料基础陈君梅（一) 普通黄铜普通黄铜 ( common brass )2021/3/112007-3-1267第3章 机械工程材料基础陈君梅1.黄铜的牌号黄铜的牌号( Z ) H 90含铜量含铜量 WCu = 90%黄铜黄铜铸造铸造2021/3/112007-3-1268第3章 机械工程材料基础陈君梅2.常用的黄铜常用的黄铜v金奖黄铜金奖黄铜 - H90v弹壳黄铜弹壳黄铜 - H70 ( H68 )v日用黄铜日用黄铜 - H62 ( H59 )法兰阀法兰阀闸阀闸阀冷凝器管冷凝器管2021/3/112007-3-1269第3章 机械工程材料基础陈君梅（二（二) 特殊黄铜特殊黄铜 ( special brass )1.定义定义:在黄铜中加入在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、 Ni、Sn、Mn 等元素所形成的合金。等元素所形成的合金。2.牌号牌号:H Al 59 - 3含铝量含铝量WAl = 3%含铜量含铜量WCu = 59%2021/3/112007-3-1270第3章 机械工程材料基础陈君梅二）青铜二）青铜 ( bronze )普通青铜普通青铜 ( 锡青铜锡青铜 ) ( tin bronze ) 特殊青铜特殊青铜 ( 无锡青铜无锡青铜 ) ( tin free bronze )2021/3/112007-3-1271第3章 机械工程材料基础陈君梅 青铜牌号的表示方法青铜牌号的表示方法Z Q Sn10 1 其它合金元其它合金元素含量为素含量为1%主加元素锡其含主加元素锡其含量为量为WSn = 10%青铜青铜铸造铸造2021/3/112007-3-1272第3章 机械工程材料基础陈君梅特殊青铜特殊青铜 ( 无锡青铜无锡青铜 )( tin free bronze )1.硅青铜硅青铜 : QSi3 1 2.铝青铜铝青铜 : QAl73.铍青铜铍青铜 : QBe2; 具有非常好的力学具有非常好的力学 性能。用于制造重要、精性能。用于制造重要、精 密、高温、高速下工作的密、高温、高速下工作的 零件。零件。2021/3/112007-3-1273第3章 机械工程材料基础陈君梅3.5.3 滑动轴承合金滑动轴承合金( bearing alloy )一一. 定义定义 :工件体工件体轴轴轴瓦轴瓦2021/3/112007-3-1274第3章 机械工程材料基础陈君梅二二.性能要求性能要求 :1.在工作温度下在工作温度下,应具有足够的应具有足够的抗压强度、疲劳强度和抗压强度、疲劳强度和高的耐高的耐磨性磨性。2.具有足够的具有足够的塑性与韧性塑性与韧性。3.具有较小的摩擦系数。具有较小的摩擦系数。4.具有良好的磨合性。具有良好的磨合性。5.具有良好的抗蚀性。具有良好的抗蚀性。6.具有良好的导热性。具有良好的导热性。7.具有较小的膨胀系数。具有较小的膨胀系数。8.具有良好的抗咬合性。具有良好的抗咬合性。各类型轴瓦各类型轴瓦2021/3/112007-3-1275第3章 机械工程材料基础陈君梅锡锑轴承合金锡锑轴承合金 ( 锡基巴氏合金锡基巴氏合金 )Z Ch Sn Sb11 6 其它元素的其它元素的含量为含量为6%主加元素锑其主加元素锑其含量为含量为11%基本元素锡基本元素锡轴承轴承铸造铸造2021/3/112007-3-1276第3章 机械工程材料基础陈君梅铅基轴承合金铅基轴承合金 :铝铝基基轴承合金轴承合金 : ZChAlSb4 1 铜基轴承合金铜基轴承合金 : ZCuPb30 ZCuSn10P1 2021/3/112007-3-1277第3章 机械工程材料基础陈君梅3.6 其他常用工程材料其他常用工程材料非金属材料非金属材料指工程材料中除金属材料以外的其指工程材料中除金属材料以外的其他一切材料。他一切材料。非金属材料的原料来源广泛，自然资源丰富，非金属材料的原料来源广泛，自然资源丰富，成形工艺简单，具有一些特殊性能，应用日益成形工艺简单，具有一些特殊性能，应用日益广泛，已成为机械工程材料中不可缺少的重要广泛，已成为机械工程材料中不可缺少的重要组成部分。组成部分。在机械工程中常用的非金属材料主要包括在机械工程中常用的非金属材料主要包括高分高分子材料、陶瓷材料和复合材料子材料、陶瓷材料和复合材料 2021/3/112007-3-1278第3章 机械工程材料基础陈君梅学习要点学习要点：1常用塑料常用塑料及其在生产中的用途。2工业陶瓷工业陶瓷的特点及用途。3复合材料复合材料的特点及分类。2021/3/112007-3-1279第3章 机械工程材料基础陈君梅3.6.1 塑料1塑料的组成塑料的组成 塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的高分子材料。树脂的种类、性能、数量决定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以树脂的名称命名的，例如聚氯乙烯塑料的树脂就是聚氯乙烯。工业中用的树脂主要是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。2021/3/112007-3-1280第3章 机械工程材料基础陈君梅2.塑料的特性(1)质轻、比强度高质轻、比强度高 塑料的密度为0.92.2gcm3，只有钢铁的1814。泡沫塑料的密度约001gcm3。塑料的强度比金属低，但比强度高。这对减轻机械产品的重量具有重要意义。(2)化学稳定性好化学稳定性好 塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。例如，聚四氟乙烯在沸腾的“王水”中仍很稳定。(3)优异的电绝缘性优异的电绝缘性 塑料有良好的电绝缘性，介质损耗小，其电绝缘性可与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美。(4)减摩、耐磨性好减摩、耐磨性好 塑料的硬度低于金属，但多数塑料的摩擦系数小，有些塑料(如聚四氟乙烯、尼龙等)具有自润滑性。因此，塑料可用于制作在无润滑条件下工作的某些零件。 (5)消声和吸振性好消声和吸振性好 塑料轴承和齿轮工作时平稳无声，大大减小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。 (6)成形加工性好成形加工性好 塑料有注射、挤压、模压、浇塑等多种成形方法，且工艺简单，生产率高。 (7)耐热性差耐热性差 多数塑料只能在100左右使用，少数品种可在200左右使用；易老化(因光、热、载荷、水、碱、酸、氧等的长期作用，使塑料变硬、变脆、开裂等现象，称老化)；导热性差，约为金属的1500；热膨胀系数大，约为金属的3至10倍。 2021/3/112007-3-1281第3章 机械工程材料基础陈君梅3常用塑料(1)热塑性塑料热塑性塑料 聚乙烯聚乙烯(PE) 按生产工艺不同，分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯。高压聚乙烯化学稳定性高，柔软性、绝缘性、透明性、耐冲击性好，宜吹塑成薄膜、软管、瓶等。低压聚乙烯质地坚硬，耐磨性、耐蚀性、绝缘性好，适宜制作化工用管道、槽，电线、电缆包皮，承载小的齿轮、轴承等；又因其无毒，可制作茶杯、奶瓶、食品袋等。 聚氯乙烯聚氯乙烯(PVC) 分为硬质和软质两种。硬质聚氯乙烯强度较高，绝缘性和耐蚀性好，耐热性差，在1560温度范围使用，用于化工耐蚀的结构材料，如输油管、容器、离心泵、阀门管件等，用途很广。软质聚氯乙烯强度低于硬质聚氯乙烯，伸长率大，绝缘性较好，在1560的温度范围使用。用于电线、电缆的绝缘包皮，农用薄膜，工业包装等。因其有毒，不能包装食品。2021/3/112007-3-1282第3章 机械工程材料基础陈君梅3常用塑料聚丙烯聚丙烯(PP) 密度小，是常用塑料中最轻的一种。强度、硬度、刚性、耐热性均高于低压聚乙烯，可在120以下长期工作。绝缘性好，且不受湿度影响，无毒无味，但低温脆性大，不耐磨，易老化，用于一般机械零件，如齿轮、耐蚀件（如泵叶轮、化工管道、容器）；绝缘件；电视机、收音机、电扇、电机罩等壳体；生活用具，医疗器械，食品和药品包装等。聚酰胺聚酰胺(PA) 俗称尼龙或锦纶。强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、吸振性、自润滑性、成形性好，摩擦系数小，无毒无味，可在100以下使用。蠕变值大，导热性差，吸水性高，成形收缩率大。常用的有尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010等。用于制造耐磨、耐蚀的某些承载和传动零件，如轴承、机床导轨、齿轮、螺母及一些小型零件。也可用于制作高压耐油密封圈，或喷涂在金属表面作防腐、耐磨涂层，应用较广。2021/3/112007-3-1283第3章 机械工程材料基础陈君梅3常用塑料聚甲基丙烯酸甲脂聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA) 俗称有机玻璃俗称有机玻璃 透光性、着色性、绝缘性、耐蚀性好，在自然条件下老化发展缓慢，可在60100使用。不耐磨，脆性大，易溶于有机溶剂中，硬度不高，表面易擦伤。用于航空、仪器、仪表、汽车中的透明件和装饰件，如飞机窗、灯罩、电视和雷达屏幕，油标、油杯、设备标牌等。ABS塑料塑料 是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)的三元共聚物。综合力学性能好，尺寸稳定性、绝缘性、耐水和耐油性、耐磨性好，长期使用易起层。用于制造齿轮，叶轮，轴承，把手，管道，贮槽内衬，仪表盘，轿车车身，汽车挡泥板，电话机、电视机、电机、仪表的壳体，应用较广。聚甲醛聚甲醛(POM) 耐磨性、尺寸稳定性、着色性、减摩性，绝缘性好，可在零下40100长期使用。加热易分解，成形收缩率大。用于制造减摩、耐磨件及传动件，如轴承、滚轮、齿轮、绝缘件，化工容器，仪表外壳，表盘等，可代替尼龙和有色金属。 2021/3/112007-3-1284第3章 机械工程材料基础陈君梅3常用塑料聚四氟乙烯聚四氟乙烯(F-4) 也称塑料王也称塑料王 有极强的耐蚀性，可抗王水腐蚀，绝缘性、自润滑性好，不吸水，摩擦系数小，可在195250使用，但价格较高。用于耐蚀、减摩、耐磨件，密封件，绝缘件，如高频电缆、电容线圈架，化工用反应器、管道等。聚碳酸脂聚碳酸脂(PC) 强度高，韧性、尺寸稳定性、透明性好，可在60120长期使用。耐疲劳性不如尼龙和聚甲醛。用于制造齿轮、蜗轮、凸轮，电气仪表零件，大型灯罩，防护玻璃，飞机挡风罩，高级绝缘材料，用途很广。 聚砜聚砜(PSF) 强度、硬度、成形温度高，抗蠕变、尺寸稳定性、绝缘性好，可在100150长期使用。不耐有机溶剂和紫外线。用于制造耐热件，绝缘件，减摩、耐磨件，高强度件，如凸轮，精密齿轮、真空泵叶片、仪表壳体和罩，汽车护板，电子器件等。 2021/3/112007-3-1285第3章 机械工程材料基础陈君梅3常用塑料 (2)热固性塑料热固性塑料酚醛塑料酚醛塑料(PF) 俗称电木俗称电木 强度、硬度、绝缘性、耐蚀性、尺寸稳定性好，工作温度100，脆性大，耐光性差，只能模压成形，价格低。用于制造仪表外壳，灯头、灯座、插座，电器绝缘板，耐酸泵，刹车片，电器开关，水润滑轴承等。氨基塑料氨基塑料 俗称电玉俗称电玉 颜色鲜艳，半透明如玉，绝缘性好，长期使用温度80，耐水性差。用于制造装饰件、绝缘件，如开关、插头、旋钮、把手、灯座、钟表外壳等。环氧塑料环氧塑料(EP) 俗称万能胶俗称万能胶 强度、韧性、绝缘性、化学稳定性好，能防水、防潮、防霉，可在80155长期使用，成形工艺简便，成形后收缩率小，粘结力强。用于制造塑料模具、仪表和电器零件、电子元件及线圈及用于涂覆、包封和修复机件。 2021/3/112007-3-1286第3章 机械工程材料基础陈君梅3.6.2 橡胶 1橡胶的组成与性能橡胶的组成与性能 橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子材料。 橡胶具有弹性大（最高伸长率可达8001000，外力去除后能迅速恢复原状），吸振能力强，耐磨性、隔声性、绝缘性好，可积储能量，有定的耐蚀性和足够的强度等有点，其主要缺点是易老化。 2021/3/112007-3-1287第3章 机械工程材料基础陈君梅2常用橡胶 种类名称（代号）回弹性耐磨性耐碱性耐酸性耐油性耐老化用 途 举 例通用橡胶天然橡胶（NR）好中好差差轮胎、胶带、胶管丁苯橡胶（SBR）中好中差差好轮胎、胶板、胶布、胶带、胶管顺丁橡胶（BR）好好好差差好轮胎、v带、耐寒运输带、绝缘件氯丁橡胶（CR）中中好中好好电线(缆)包皮，耐燃胶带、胶管，汽车门窗嵌条，油罐衬里丁腈橡胶（NBR）中中中中好中耐油密封圈、输油管、油槽衬特种橡胶聚氨酯橡胶（UR）中好差差好耐磨件、实心轮胎、胶辊氟橡胶（FPM）中中好好好好高级密封件，高耐蚀件，高真空橡胶件硅橡胶差差好中差好耐高、低温制品和绝缘件2021/3/112007-3-1288第3章 机械工程材料基础陈君梅3.6.3 陶瓷材料1陶瓷的分类陶瓷的分类 按原料不同，陶瓷分为按原料不同，陶瓷分为普通陶瓷普通陶瓷和和特种陶瓷特种陶瓷；按；按用途不同分为用途不同分为日用陶瓷日用陶瓷和和工业陶瓷工业陶瓷。 普通陶瓷普通陶瓷又称传统陶瓷，其原料是天然的硅酸盐产物，如粘又称传统陶瓷，其原料是天然的硅酸盐产物，如粘土、长石、石英等。这类陶瓷又称硅酸盐陶瓷，例如日用陶瓷、土、长石、石英等。这类陶瓷又称硅酸盐陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。 特种陶瓷特种陶瓷又称近代陶瓷，其原料是人工合成的金属氧化物、又称近代陶瓷，其原料是人工合成的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特种陶瓷具有一些独特碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特种陶瓷具有一些独特的性能，可满足工程结构的特殊需要。的性能，可满足工程结构的特殊需要。 2021/3/112007-3-1289第3章 机械工程材料基础陈君梅3.6.4 复合材料复合材料复合材料由两种或两种以上性质不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料，称为复合材料。复合材料的分类复合材料的分类按基体不同，分为两类：按基体不同，分为两类：非金属基复合材料非金属基复合材料和和金属基复合材料金属基复合材料。按增强相的种类和形状不同，分为三类：按增强相的种类和形状不同，分为三类：颗粒复合材料颗粒复合材料、层叠层叠复合材料复合材料和和纤维增强复合材料纤维增强复合材料。按性能，分为按性能，分为结构复合材料结构复合材料、功能复合材料功能复合材料等。等。用于制作轴承，齿轮，仪表盘，汽车车身，直升机旋翼，氧气用于制作轴承，齿轮，仪表盘，汽车车身，直升机旋翼，氧气瓶，轻型船体，耐海水腐蚀件，石油化工管道和阀门等等。瓶，轻型船体，耐海水腐蚀件，石油化工管道和阀门等等。 2021/3/112007-3-1290第3章 机械工程材料基础陈君梅复合材料的性能1比强度和比模量高比强度和比模量高 例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的8倍，比模量(弹性模量与密度之比)比钢大3倍。2抗疲劳性能好抗疲劳性能好 例如碳纤维-聚酯树脂复合材料的疲劳强度是其抗拉强度的70-80，而大多数金属的疲劳强度是其抗拉强度的3050。3减振性能好减振性能好 纤维与基体界面有吸振能力，可减小振动。例如，尺寸形状相同的梁，金属梁9s停止振动，碳纤维复合材料制成的梁2.5s就可停止振动。4高温性能好高温性能好 一般铝合金在400500时弹性模量急剧下降，强度也下降。碳或硼纤维增强的铝复合材料，在上述温度时，其弹性模量和强度基本不变。此外，复合材料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工艺性等。艺性等。2021/3/112007-3-1291第3章 机械工程材料基础陈君梅