2022/12/151工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)概論主講蔣亞南副教授第八講金屬材料概述2013年9月工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)概論主講蔣亞南副教授第六講工業(yè)產(chǎn)品選材—金屬材料2015年8月寧波市數(shù)字圖書館第二批高校網(wǎng)絡(luò)（MOOC）課程2022/12/141工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)概論主講蔣亞南副教2022/12/15講次內(nèi)容內(nèi)容體系第一講了解工業(yè)產(chǎn)品介紹及其開發(fā)流程第一篇工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)第二講結(jié)合實(shí)例介紹硬件產(chǎn)品開發(fā)步驟和方法第三講結(jié)合實(shí)例介紹服務(wù)產(chǎn)品的開發(fā)步驟和方法第四講工業(yè)產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)第二篇產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)第五講工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)第六講

工業(yè)產(chǎn)品選材—金屬材料第七講工業(yè)產(chǎn)品選材—非金屬材料第八講產(chǎn)品表達(dá)圖示技術(shù)基礎(chǔ)第三篇產(chǎn)品工程表達(dá)基礎(chǔ)第九講

產(chǎn)品圖樣表達(dá)方法—基本視圖第十講產(chǎn)品圖樣表達(dá)方法—剖視斷面第十一講產(chǎn)品圖紙表達(dá)—零件圖第十二講產(chǎn)品圖紙表達(dá)—裝配圖第十三講工業(yè)產(chǎn)品加工方法—熱加工第四篇工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)加工第十四講工業(yè)產(chǎn)品加工方法—金屬切削加工第十五講工業(yè)產(chǎn)品加工方法—非金屬加工第十六講先進(jìn)制造技術(shù)介紹2022/12/14講次內(nèi)容內(nèi)容體系第一講了解工業(yè)產(chǎn)品2022/12/153工程材料是構(gòu)成工業(yè)產(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)產(chǎn)品的性能取決于其使用的材料。既能保證使用性能、便于加工，經(jīng)濟(jì)性又好。2022/12/143工程材料是構(gòu)成工業(yè)產(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)。2022/12/154一、選材的一般原則和步驟正確選材是工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要任務(wù)，它必須使選用的材料保證零件在使用過程中具有良好的工作能力，保證零件便于加工制造，同時(shí)保證零件的總成本盡可能低。優(yōu)異的使用性能、良好的加工工藝性和便宜的價(jià)格是工業(yè)產(chǎn)品零件選材的最基本原則。2022/12/144一、選材的一般原則和步驟正確選材是工業(yè)2022/12/155使用性能原則使用性能是保證零件完成規(guī)定功能的必要條件。在大多數(shù)情況下，它是選材首先要考慮的因素。使用性能主要是指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具有的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。2022/12/145使用性能原則使用性能是保證零件完成規(guī)定2022/12/156工藝性能原則工業(yè)產(chǎn)品零件都是由設(shè)計(jì)選用的工程材料，通過一定的加工方式制造出來的:金屬材料有鑄造、壓力加工、焊接、機(jī)械加工、熱處理等加工方式。陶瓷材料通過粉末壓制燒結(jié)成型，有的還須進(jìn)行磨削加工、熱處理。高分子材料利用有機(jī)物原料，通過熱壓、注塑、熱擠等方法成型，有的再進(jìn)行切削加工、焊接等加工過程。2022/12/146工藝性能原則工業(yè)產(chǎn)品零件都是由設(shè)計(jì)選用2022/12/157經(jīng)濟(jì)性原則在滿足使用性能和工藝性能的前提下，材料的經(jīng)濟(jì)性是選材的重要原則。2022/12/147經(jīng)濟(jì)性原則在滿足使用性能和工藝性能的前2022/12/158

2022/12/148 2022/12/159二、材料的幾種分類法1.歷史分類法第一代：石器時(shí)代的木片、石器、骨器第二代：陶、青銅和鐵器第三代：高分子材料，主要來自石油、煤等礦物第四代：復(fù)合材料2022/12/149二、材料的幾種分類法1.歷史分類法2022/12/15102.物質(zhì)結(jié)構(gòu)分類法2022/12/14102.物質(zhì)結(jié)構(gòu)分類法2022/12/15113.材料加工度分類法天然材料有機(jī)材料竹、木、棉、毛、皮革；無機(jī)材料粘土、礦石、寶石、金屬、大理石、煤等加工材料膠合板、細(xì)木工板、紙張、黏膠纖維、玻璃紙人造材料利用天然材料制成：人造皮革、人造大理石、人造水晶利用化學(xué)反應(yīng)制成：塑料、玻璃2022/12/14113.材料加工度分類法2022/12/15124.材料形態(tài)分類顆粒材料線狀材料面狀材料塊狀材料2022/12/14124.材料形態(tài)分類2022/12/1513三、材料的性能和特性1.基本性能：材料密度力學(xué)性能1、強(qiáng)度2、塑性3、硬度4、沖擊韌性5、疲勞6、斷裂韌度（性）熱學(xué)性能：熔點(diǎn)、比熱、熱脹熱導(dǎo)、耐熱、耐火、耐燃電學(xué)性能：導(dǎo)電、絕緣光學(xué)性能：反射、折射、透射化學(xué)性能：耐蝕、抗氧化、耐氣候性2022/12/1413三、材料的性能和特性1.基本性能：2022/12/1514材料的特性2.工藝特性加工成型性環(huán)境形狀保持性表面工藝性2022/12/1414材料的特性2.工藝特性2022/12/1515四、黑色金屬金屬材料包括黑色金屬（鋼、鑄鐵）和有色金屬，前者應(yīng)用最多。習(xí)慣上常說的鋼鐵是對鋼和鐵的總稱。所謂鋼鐵，主要由兩個(gè)元素構(gòu)成，即鐵和碳，一般碳和鐵元素形成化合物，叫鐵碳合金。含碳量多少對鋼鐵的性質(zhì)影響極大，含碳量增加到一定程度后就會引起質(zhì)的變化。2022/12/1415四、黑色金屬金屬材料包括黑色金屬（鋼2022/12/15161.鋼與鐵的區(qū)別

含碳量多少是區(qū)別鋼鐵的主要標(biāo)準(zhǔn)。生鐵含碳量大于2.0％；鋼含碳量小于2.0％。鋼不僅有良好塑性，而且鋼制品具有強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、易加工、抗沖擊、易提煉等優(yōu)良物化應(yīng)用性能，因此被廣泛利用。生鐵含碳量高，硬而脆，幾乎沒有塑性。由鐵原子構(gòu)成的物質(zhì)叫純鐵，純鐵雜質(zhì)很少，一般含碳量小于0.02%的叫熟鐵或純鐵熟鐵軟，塑性好，容易變形，強(qiáng)度和硬度均較低，用途不廣。

2022/12/14161.鋼與鐵的區(qū)別含碳量多少是區(qū)別鋼2022/12/1517在工業(yè)上，人們是在高爐中把鐵礦同焦炭、石灰石等混合在一起，在高溫下煉制鐵。從高爐中煉出來的是生鐵。生鐵還需放入轉(zhuǎn)爐或平爐、電爐中，除去部分碳，煉制成鋼。2022/12/1417在工業(yè)上，人們是在高爐中把鐵礦同焦炭2022/12/1518四、鋼

鋼的品種多，性能好，是最常用的工程材料。根據(jù)化學(xué)成分的不同，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的生產(chǎn)批量大，價(jià)格低，供應(yīng)充足。2022/12/1418四、鋼2022/12/15191.碳素鋼

碳鋼常用的分類方法有三種：1）按碳含量進(jìn)行分類

可分為低碳鋼(＜0.25%C)、中碳鋼(0.25-0.55%C)、高碳鋼(＞0.55%C)。碳素鋼的性能主要取決于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，鋼的強(qiáng)度越高，塑性越低。2）按其用途進(jìn)行分類

可分為結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼兩大類，前者用來制造各種金屬構(gòu)件和機(jī)械零件，后者用來制造各種刀具、模具和量具。3）

按其質(zhì)量等級分類

可分為普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼。2022/12/14191.碳素鋼

碳鋼常用的分類方法有三2022/12/1520鋼的韌性好，機(jī)械強(qiáng)度又高，在工業(yè)上的用途最廣。由于低碳鋼的性能與熟鐵近似，而成本比熟鐵低得多，現(xiàn)在工業(yè)上大都用低碳鋼代替熟鐵，如制造鐵絲、鉚釘、白鐵皮（鍍鋅Zn）、馬口鐵（鍍錫Sn）等。碳素鋼廣泛的被用來制造各種機(jī)器零件，如齒輪、凸輪、螺帽、鐵軌、鋼筋等等；日常生活中用的刀、手表殼、鋼筆尖、針、剪刀等。2022/12/1420鋼的韌性好，機(jī)械強(qiáng)度又高，在工業(yè)上的2022/12/15212.合金鋼

為了改善鋼的性能，根據(jù)不同要求加入一種或幾種合金元素而形成的鋼稱為合金鋼。合金鋼的性能不僅與化學(xué)成分有關(guān)，在很大程度上還取決于適當(dāng)?shù)臒崽幚?。合金鋼價(jià)格較貴。不同的合金元素，使鋼獲得不同的性能。如鉻能提高硬度、高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性；鎳能提高強(qiáng)度而不降低韌性；錳能提高強(qiáng)度、韌度和耐磨性；硅可提高彈性極限和耐磨性，但降低韌性。合金結(jié)構(gòu)鋼牌號的表示方法是用兩位數(shù)字表示含碳量的萬分?jǐn)?shù)，并在其后加注所含各主要合金元素的符號及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。2022/12/14212.合金鋼2022/12/1522如含鎳（Ni）36%的鎳鋼幾乎不因冷熱而熱脹冷縮，用來制造精密儀表零件；含18%鎢(W)的鎢鋼，即使已熾熱，仍非常堅(jiān)硬，用來制造高速切割的車刀；含少量釩(V)的釩鋼，可使鋼的彈性增加一倍，用來制造各種彈簧；含2.5%硅(S)i的硅鋼做成硅鋼片，用作變壓器的鐵心，不僅可減少變壓器發(fā)熱現(xiàn)象，而且大量節(jié)約了電能。2022/12/1422如含鎳（Ni）36%的鎳鋼幾乎不因2022/12/1523蘇泊爾“問題鍋”或被下架停售東方網(wǎng)10月18日消息：據(jù)《新聞晚報(bào)》報(bào)道，近日，蘇泊爾不銹鋼產(chǎn)品被曝其金屬含量比例不合格，而跟蹤調(diào)查了其三年的哈爾濱工商局表示，將勒令其問題產(chǎn)品下架。滬上各大家電賣場也紛紛準(zhǔn)備停售蘇泊爾問題產(chǎn)品。上海消費(fèi)者保護(hù)協(xié)會趙姣黎秘書長表示，如果蘇泊爾偷工減料，就侵害了消費(fèi)者的公平交易權(quán)，涉嫌欺詐。不銹鋼變高錳鋼根據(jù)最先披露此事件的哈爾濱工商局的對外公告，實(shí)際上他們在2008年初就已經(jīng)接到了相關(guān)舉報(bào)。他們表示經(jīng)過多次檢驗(yàn)，蘇泊爾的大部分不銹鋼制品中的鉻、鎳元素達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，與此同時(shí)錳的含量卻非常高。在三年多的調(diào)查時(shí)間中，總共81種型號的不銹鋼鍋具被檢不合格，而200元以下的低價(jià)不銹鋼鍋具更是幾乎“全員陣亡”。

2022/12/1423蘇泊爾“問題鍋”或被下架停售東方網(wǎng)2022/12/1524記者在調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，我國規(guī)定的不銹鋼產(chǎn)品中的鉻和鎳含量標(biāo)準(zhǔn)，分別應(yīng)為18%和8%。由于不銹鋼具有的抗氧化性和耐腐蝕性都來自于鉻（ge）、鎳這兩種元素，如果這兩項(xiàng)金屬含量不達(dá)標(biāo)，那么產(chǎn)品根本就稱不上是不銹鋼。另一方面，如果含錳量過高，產(chǎn)品就會變成“高錳鋼”，一般用來制造鐵軌、橋梁和軸承等部件，雖然其耐磨，但抗腐蝕和抗氧化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上不銹鋼，較容易生銹。由于我國錳礦資源豐富，用錳來偷梁換柱可有效地降低成本，但最終的成品卻難符“不銹鋼”的名稱。2022/12/1424記者在調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，我國規(guī)定的不銹鋼產(chǎn)2022/12/1525四、鑄鐵鑄鐵是脆性材料，其抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性均較差，不能進(jìn)行輾壓和鍛造。鑄鐵的減振性和耐磨性較好，成本較低。由于它具有良好的液態(tài)流動性，因此常用于鑄造各種形狀復(fù)雜的零件。常用鑄鐵有灰鑄鐵和球墨鑄鐵。2022/12/1425四、鑄鐵鑄鐵是脆性材料，其抗拉強(qiáng)度、2022/12/15261.灰鑄鐵

灰鑄鐵是應(yīng)用最廣的一種鑄鐵，碳以片狀石墨存在于鐵的基體中，因此其斷口呈灰色。灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度高于抗拉強(qiáng)度，切削性能好，但不宜承受沖擊載荷。常用于制造受壓狀態(tài)下工作的零件，如機(jī)器底座、機(jī)架等?；诣T鐵牌號的表示方法是在符號“HT”后加注一組表示抗拉強(qiáng)度的數(shù)字，如HT200，其抗拉強(qiáng)度為200MPa。2.球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的碳以球狀石墨存在于鐵的基體中，故其力學(xué)性能顯著提高。除伸長率和韌性稍低外，其它力學(xué)性能基本與鋼接近，同時(shí)兼有灰鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)，但是球墨鑄鐵的鑄造工藝性能要求較高，品質(zhì)不易控制。用球墨鑄鐵制造的曲軸、齒輪等，其成本低于鍛鋼件。球墨鑄鐵牌號的表示方法是在符號“QT”后加注兩組數(shù)字，如QT400－15，表示抗拉強(qiáng)度為400MPa，伸長率為15％。

2022/12/14261.灰鑄鐵2022/12/1527鐵的用途生鐵很脆，一般是澆鑄成型，所以又稱“鑄鐵”，如鐵鍋、火爐等，在工業(yè)上用來制造機(jī)床的床身、蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的汽缸等，它的成本比較低廉、耐磨，但沒有延性和展性，不能鍛打。熟鐵所含雜質(zhì)少，接近于純鐵，韌性強(qiáng)，可以鍛打成型，所以又叫“鍛鐵”，如鐵勺、鍋鏟等。2022/12/1427鐵的用途生鐵很脆，一般是澆鑄成型，所2022/12/1528五、有色金屬有色金屬是指鐵和鐵基合金(如錳、鉻)以外的83種金屬。與鐵和鐵基合金相比，有色金屬的冶煉比較復(fù)雜，成本高。但是，由于有色金屬具有許多優(yōu)良特性，因而已成為現(xiàn)代工業(yè)，特別是航空航天工業(yè)中不可缺少的材料。工程中常用的有色金屬有輕有色金屬：鋁、鎂、鈉、鉀等；重有色金屬：銅、鎳、鉛、錫、鋅等；貴金屬如金、銀和鉑族元素；稀有金屬

如鎢、鈦等有色金屬合金：鋁合金、銅合金、鈦合金、鎳合金等。2022/12/1428五、有色金屬有色金屬是指鐵和鐵基合金2022/12/1529一、鋁及其合金比重小，比強(qiáng)度高。在空氣中的抗蝕性好。容易加工。硬鋁（鋁銅鎂）經(jīng)熱處理后強(qiáng)度比純鋁高六倍用以制造飛行器各種承力構(gòu)件，如蒙皮、壁板、槳葉、活塞及火箭上的液體燃料箱翼梁、螺旋槳葉、起落架等。也常用于汽車、摩托車、家用電器、建筑等。2022/12/1429一、鋁及其合金用以制2022/12/1530二、銅合金機(jī)械性能好摩擦系數(shù)小在空氣環(huán)境下具有良好的抗蝕性。容易加工。黃銅（銅鋅合金）、白銅（銅鎳合金）除上述兩種金屬以外的青銅（如錫青銅、鋁青銅）、滑動軸承、耐水蝕零件、導(dǎo)熱零件。2022/12/1430二、銅合金滑動軸承、耐水蝕零件、導(dǎo)熱2022/12/1531三形狀記憶合金

形狀記憶合金(shapememoryalloy)是指某些合金材料在某一溫度下受外力而變形，當(dāng)外力去除后，仍保持其變形后的形狀，但當(dāng)溫度上升到某一溫度，合金材料會自動恢復(fù)到變形前原有的形狀，并對以前的形狀保持記憶，這種合金材料就稱為形狀記憶合金。目前形狀記憶合金材料主要有Ni—Ti系、Cu系和Fe系合金等。2022/12/1431三形狀記憶合金形狀記憶合金(sh2022/12/1532研究起始：

1963年，美國海軍的武器實(shí)驗(yàn)室奉命研制一種新式裝備，在一次實(shí)驗(yàn)中他們需要一些TiNi合金絲，領(lǐng)回的TiNi合金絲是彎彎曲曲的，使用起來不方便，于是將這些TiNi合金絲一根根地拉直。在試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)了奇怪的現(xiàn)象：當(dāng)溫度升到一定值時(shí)，這些已被拉直的TiNi合金絲，突然又全部恢復(fù)到彎彎曲曲的形狀，和原來一模一樣，絲毫不差。經(jīng)反復(fù)多次試驗(yàn)，結(jié)果都是這樣。2022/12/1432研究起始：2022/12/1533到80年代，科學(xué)家終于突破了TiNi合金研究中的難點(diǎn)，對形狀記憶效應(yīng)機(jī)制的研究得到深入。

應(yīng)用：在機(jī)械、電子、化工、宇航、運(yùn)輸、建筑、醫(yī)療、能源和日常生活中均獲得應(yīng)用。醫(yī)學(xué)上如制造血栓過濾器、脊柱矯形棒、牙齒矯形弓絲、接骨板、人工關(guān)節(jié)、婦女胸罩、人造心臟等。開發(fā)形狀記憶合金機(jī)器人，如小型外科手術(shù)、顯微鏡下精細(xì)作業(yè)的毫米級微型機(jī)械手和微型機(jī)器人。形狀記憶合金是一種“有生命的合金”，相信在若干年或幾十年后一定會出現(xiàn)重大突破。

2022/12/1433到80年代，科學(xué)家終于突破了2022/12/1534脊柱裝上形狀記憶合金矯正NiTi記憶合金自擴(kuò)張式2022/12/1434脊柱裝上形狀記憶合金矯正NiTi記憶2022/12/1535記憶合金同我們的日常生活也同樣休戚相關(guān)。僅以記憶合金制成的彈簧為例，把這種彈簧放在熱水中，彈簧的長度立即伸長，再放到冷水中，它會立即恢復(fù)原狀。利用形狀記憶合金彈簧可以控制浴室水管的水溫，在熱水溫度過高時(shí)通過“記憶”功能，調(diào)節(jié)或關(guān)閉供水管道，避免燙傷。也可以制作成消防報(bào)警裝置及電器設(shè)備的保安裝置。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),記憶合金制成的彈簧發(fā)生形變，啟動消防報(bào)警裝置，達(dá)到報(bào)警的目的。還可以把用記憶合金制成的彈簧放在暖氣的閥門內(nèi)，用以保持暖房的溫度，當(dāng)溫度過低或過高時(shí)，自動開啟或關(guān)閉暖氣的閥門。2022/12/1435記憶合金同我們的日常生活也同樣休戚相2022/12/1536作為一類新興的功能材料，記憶合金的很多新用途正不斷被開發(fā)，例如用記憶合金制作的眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復(fù)原狀。不久的將來，汽車的外殼也可以用記憶合金制作。如果不小心碰癟了，只要用電吹風(fēng)加溫就可恢復(fù)原狀，既省錢又省力，很是方便。

2022/12/1436作為一類新興的功能材料，記憶合金的很2022/12/1537四、粉末冶金材料粉末冶金法是一種不用熔煉和鑄造，而用壓制、燒結(jié)金屬粉末來制造零件的新工藝。用粉末冶金法不但可以制成具有某些特性的制品，而且能節(jié)約材料，節(jié)省加工工時(shí)和減少機(jī)械加工設(shè)備，降低成本，因此粉末冶金法在國內(nèi)外都得到了很快的發(fā)展。粉末冶金的另一個(gè)重要應(yīng)用在于，可以制造一些具有特殊成分或具有特殊性能的制件。如硬質(zhì)合金、難熔金屬及其合金、金屬陶瓷、無偏析高速鋼、磁性材料、耐熱材料、過濾器等，都可以用粉末冶金法制取。2022/12/1437四、粉末冶金材料粉末冶金法是一種不用演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！2022/12/1539工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)概論主講蔣亞南副教授第八講金屬材料概述2013年9月工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)概論主講蔣亞南副教授第六講工業(yè)產(chǎn)品選材—金屬材料2015年8月寧波市數(shù)字圖書館第二批高校網(wǎng)絡(luò)（MOOC）課程2022/12/141工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)概論主講蔣亞南副教2022/12/15講次內(nèi)容內(nèi)容體系第一講了解工業(yè)產(chǎn)品介紹及其開發(fā)流程第一篇工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)第二講結(jié)合實(shí)例介紹硬件產(chǎn)品開發(fā)步驟和方法第三講結(jié)合實(shí)例介紹服務(wù)產(chǎn)品的開發(fā)步驟和方法第四講工業(yè)產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)第二篇產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)第五講工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)第六講

工業(yè)產(chǎn)品選材—金屬材料第七講工業(yè)產(chǎn)品選材—非金屬材料第八講產(chǎn)品表達(dá)圖示技術(shù)基礎(chǔ)第三篇產(chǎn)品工程表達(dá)基礎(chǔ)第九講

產(chǎn)品圖樣表達(dá)方法—基本視圖第十講產(chǎn)品圖樣表達(dá)方法—剖視斷面第十一講產(chǎn)品圖紙表達(dá)—零件圖第十二講產(chǎn)品圖紙表達(dá)—裝配圖第十三講工業(yè)產(chǎn)品加工方法—熱加工第四篇工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)加工第十四講工業(yè)產(chǎn)品加工方法—金屬切削加工第十五講工業(yè)產(chǎn)品加工方法—非金屬加工第十六講先進(jìn)制造技術(shù)介紹2022/12/14講次內(nèi)容內(nèi)容體系第一講了解工業(yè)產(chǎn)品2022/12/1541工程材料是構(gòu)成工業(yè)產(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)產(chǎn)品的性能取決于其使用的材料。既能保證使用性能、便于加工，經(jīng)濟(jì)性又好。2022/12/143工程材料是構(gòu)成工業(yè)產(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)。2022/12/1542一、選材的一般原則和步驟正確選材是工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要任務(wù)，它必須使選用的材料保證零件在使用過程中具有良好的工作能力，保證零件便于加工制造，同時(shí)保證零件的總成本盡可能低。優(yōu)異的使用性能、良好的加工工藝性和便宜的價(jià)格是工業(yè)產(chǎn)品零件選材的最基本原則。2022/12/144一、選材的一般原則和步驟正確選材是工業(yè)2022/12/1543使用性能原則使用性能是保證零件完成規(guī)定功能的必要條件。在大多數(shù)情況下，它是選材首先要考慮的因素。使用性能主要是指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具有的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。2022/12/145使用性能原則使用性能是保證零件完成規(guī)定2022/12/1544工藝性能原則工業(yè)產(chǎn)品零件都是由設(shè)計(jì)選用的工程材料，通過一定的加工方式制造出來的:金屬材料有鑄造、壓力加工、焊接、機(jī)械加工、熱處理等加工方式。陶瓷材料通過粉末壓制燒結(jié)成型，有的還須進(jìn)行磨削加工、熱處理。高分子材料利用有機(jī)物原料，通過熱壓、注塑、熱擠等方法成型，有的再進(jìn)行切削加工、焊接等加工過程。2022/12/146工藝性能原則工業(yè)產(chǎn)品零件都是由設(shè)計(jì)選用2022/12/1545經(jīng)濟(jì)性原則在滿足使用性能和工藝性能的前提下，材料的經(jīng)濟(jì)性是選材的重要原則。2022/12/147經(jīng)濟(jì)性原則在滿足使用性能和工藝性能的前2022/12/1546

2022/12/148 2022/12/1547二、材料的幾種分類法1.歷史分類法第一代：石器時(shí)代的木片、石器、骨器第二代：陶、青銅和鐵器第三代：高分子材料，主要來自石油、煤等礦物第四代：復(fù)合材料2022/12/149二、材料的幾種分類法1.歷史分類法2022/12/15482.物質(zhì)結(jié)構(gòu)分類法2022/12/14102.物質(zhì)結(jié)構(gòu)分類法2022/12/15493.材料加工度分類法天然材料有機(jī)材料竹、木、棉、毛、皮革；無機(jī)材料粘土、礦石、寶石、金屬、大理石、煤等加工材料膠合板、細(xì)木工板、紙張、黏膠纖維、玻璃紙人造材料利用天然材料制成：人造皮革、人造大理石、人造水晶利用化學(xué)反應(yīng)制成：塑料、玻璃2022/12/14113.材料加工度分類法2022/12/15504.材料形態(tài)分類顆粒材料線狀材料面狀材料塊狀材料2022/12/14124.材料形態(tài)分類2022/12/1551三、材料的性能和特性1.基本性能：材料密度力學(xué)性能1、強(qiáng)度2、塑性3、硬度4、沖擊韌性5、疲勞6、斷裂韌度（性）熱學(xué)性能：熔點(diǎn)、比熱、熱脹熱導(dǎo)、耐熱、耐火、耐燃電學(xué)性能：導(dǎo)電、絕緣光學(xué)性能：反射、折射、透射化學(xué)性能：耐蝕、抗氧化、耐氣候性2022/12/1413三、材料的性能和特性1.基本性能：2022/12/1552材料的特性2.工藝特性加工成型性環(huán)境形狀保持性表面工藝性2022/12/1414材料的特性2.工藝特性2022/12/1553四、黑色金屬金屬材料包括黑色金屬（鋼、鑄鐵）和有色金屬，前者應(yīng)用最多。習(xí)慣上常說的鋼鐵是對鋼和鐵的總稱。所謂鋼鐵，主要由兩個(gè)元素構(gòu)成，即鐵和碳，一般碳和鐵元素形成化合物，叫鐵碳合金。含碳量多少對鋼鐵的性質(zhì)影響極大，含碳量增加到一定程度后就會引起質(zhì)的變化。2022/12/1415四、黑色金屬金屬材料包括黑色金屬（鋼2022/12/15541.鋼與鐵的區(qū)別

含碳量多少是區(qū)別鋼鐵的主要標(biāo)準(zhǔn)。生鐵含碳量大于2.0％；鋼含碳量小于2.0％。鋼不僅有良好塑性，而且鋼制品具有強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、易加工、抗沖擊、易提煉等優(yōu)良物化應(yīng)用性能，因此被廣泛利用。生鐵含碳量高，硬而脆，幾乎沒有塑性。由鐵原子構(gòu)成的物質(zhì)叫純鐵，純鐵雜質(zhì)很少，一般含碳量小于0.02%的叫熟鐵或純鐵熟鐵軟，塑性好，容易變形，強(qiáng)度和硬度均較低，用途不廣。

2022/12/14161.鋼與鐵的區(qū)別含碳量多少是區(qū)別鋼2022/12/1555在工業(yè)上，人們是在高爐中把鐵礦同焦炭、石灰石等混合在一起，在高溫下煉制鐵。從高爐中煉出來的是生鐵。生鐵還需放入轉(zhuǎn)爐或平爐、電爐中，除去部分碳，煉制成鋼。2022/12/1417在工業(yè)上，人們是在高爐中把鐵礦同焦炭2022/12/1556四、鋼

鋼的品種多，性能好，是最常用的工程材料。根據(jù)化學(xué)成分的不同，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的生產(chǎn)批量大，價(jià)格低，供應(yīng)充足。2022/12/1418四、鋼2022/12/15571.碳素鋼

碳鋼常用的分類方法有三種：1）按碳含量進(jìn)行分類

可分為低碳鋼(＜0.25%C)、中碳鋼(0.25-0.55%C)、高碳鋼(＞0.55%C)。碳素鋼的性能主要取決于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，鋼的強(qiáng)度越高，塑性越低。2）按其用途進(jìn)行分類

可分為結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼兩大類，前者用來制造各種金屬構(gòu)件和機(jī)械零件，后者用來制造各種刀具、模具和量具。3）

按其質(zhì)量等級分類

可分為普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼。2022/12/14191.碳素鋼

碳鋼常用的分類方法有三2022/12/1558鋼的韌性好，機(jī)械強(qiáng)度又高，在工業(yè)上的用途最廣。由于低碳鋼的性能與熟鐵近似，而成本比熟鐵低得多，現(xiàn)在工業(yè)上大都用低碳鋼代替熟鐵，如制造鐵絲、鉚釘、白鐵皮（鍍鋅Zn）、馬口鐵（鍍錫Sn）等。碳素鋼廣泛的被用來制造各種機(jī)器零件，如齒輪、凸輪、螺帽、鐵軌、鋼筋等等；日常生活中用的刀、手表殼、鋼筆尖、針、剪刀等。2022/12/1420鋼的韌性好，機(jī)械強(qiáng)度又高，在工業(yè)上的2022/12/15592.合金鋼

為了改善鋼的性能，根據(jù)不同要求加入一種或幾種合金元素而形成的鋼稱為合金鋼。合金鋼的性能不僅與化學(xué)成分有關(guān)，在很大程度上還取決于適當(dāng)?shù)臒崽幚怼：辖痄搩r(jià)格較貴。不同的合金元素，使鋼獲得不同的性能。如鉻能提高硬度、高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性；鎳能提高強(qiáng)度而不降低韌性；錳能提高強(qiáng)度、韌度和耐磨性；硅可提高彈性極限和耐磨性，但降低韌性。合金結(jié)構(gòu)鋼牌號的表示方法是用兩位數(shù)字表示含碳量的萬分?jǐn)?shù)，并在其后加注所含各主要合金元素的符號及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。2022/12/14212.合金鋼2022/12/1560如含鎳（Ni）36%的鎳鋼幾乎不因冷熱而熱脹冷縮，用來制造精密儀表零件；含18%鎢(W)的鎢鋼，即使已熾熱，仍非常堅(jiān)硬，用來制造高速切割的車刀；含少量釩(V)的釩鋼，可使鋼的彈性增加一倍，用來制造各種彈簧；含2.5%硅(S)i的硅鋼做成硅鋼片，用作變壓器的鐵心，不僅可減少變壓器發(fā)熱現(xiàn)象，而且大量節(jié)約了電能。2022/12/1422如含鎳（Ni）36%的鎳鋼幾乎不因2022/12/1561蘇泊爾“問題鍋”或被下架停售東方網(wǎng)10月18日消息：據(jù)《新聞晚報(bào)》報(bào)道，近日，蘇泊爾不銹鋼產(chǎn)品被曝其金屬含量比例不合格，而跟蹤調(diào)查了其三年的哈爾濱工商局表示，將勒令其問題產(chǎn)品下架。滬上各大家電賣場也紛紛準(zhǔn)備停售蘇泊爾問題產(chǎn)品。上海消費(fèi)者保護(hù)協(xié)會趙姣黎秘書長表示，如果蘇泊爾偷工減料，就侵害了消費(fèi)者的公平交易權(quán)，涉嫌欺詐。不銹鋼變高錳鋼根據(jù)最先披露此事件的哈爾濱工商局的對外公告，實(shí)際上他們在2008年初就已經(jīng)接到了相關(guān)舉報(bào)。他們表示經(jīng)過多次檢驗(yàn)，蘇泊爾的大部分不銹鋼制品中的鉻、鎳元素達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，與此同時(shí)錳的含量卻非常高。在三年多的調(diào)查時(shí)間中，總共81種型號的不銹鋼鍋具被檢不合格，而200元以下的低價(jià)不銹鋼鍋具更是幾乎“全員陣亡”。

2022/12/1423蘇泊爾“問題鍋”或被下架停售東方網(wǎng)2022/12/1562記者在調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，我國規(guī)定的不銹鋼產(chǎn)品中的鉻和鎳含量標(biāo)準(zhǔn)，分別應(yīng)為18%和8%。由于不銹鋼具有的抗氧化性和耐腐蝕性都來自于鉻（ge）、鎳這兩種元素，如果這兩項(xiàng)金屬含量不達(dá)標(biāo)，那么產(chǎn)品根本就稱不上是不銹鋼。另一方面，如果含錳量過高，產(chǎn)品就會變成“高錳鋼”，一般用來制造鐵軌、橋梁和軸承等部件，雖然其耐磨，但抗腐蝕和抗氧化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上不銹鋼，較容易生銹。由于我國錳礦資源豐富，用錳來偷梁換柱可有效地降低成本，但最終的成品卻難符“不銹鋼”的名稱。2022/12/1424記者在調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，我國規(guī)定的不銹鋼產(chǎn)2022/12/1563四、鑄鐵鑄鐵是脆性材料，其抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性均較差，不能進(jìn)行輾壓和鍛造。鑄鐵的減振性和耐磨性較好，成本較低。由于它具有良好的液態(tài)流動性，因此常用于鑄造各種形狀復(fù)雜的零件。常用鑄鐵有灰鑄鐵和球墨鑄鐵。2022/12/1425四、鑄鐵鑄鐵是脆性材料，其抗拉強(qiáng)度、2022/12/15641.灰鑄鐵

灰鑄鐵是應(yīng)用最廣的一種鑄鐵，碳以片狀石墨存在于鐵的基體中，因此其斷口呈灰色?；诣T鐵的抗壓強(qiáng)度高于抗拉強(qiáng)度，切削性能好，但不宜承受沖擊載荷。常用于制造受壓狀態(tài)下工作的零件，如機(jī)器底座、機(jī)架等?；诣T鐵牌號的表示方法是在符號“HT”后加注一組表示抗拉強(qiáng)度的數(shù)字，如HT200，其抗拉強(qiáng)度為200MPa。2.球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的碳以球狀石墨存在于鐵的基體中，故其力學(xué)性能顯著提高。除伸長率和韌性稍低外，其它力學(xué)性能基本與鋼接近，同時(shí)兼有灰鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)，但是球墨鑄鐵的鑄造工藝性能要求較高，品質(zhì)不易控制。用球墨鑄鐵制造的曲軸、齒輪等，其成本低于鍛鋼件。球墨鑄鐵牌號的表示方法是在符號“QT”后加注兩組數(shù)字，如QT400－15，表示抗拉強(qiáng)度為400MPa，伸長率為15％。

2022/12/14261.灰鑄鐵2022/12/1565鐵的用途生鐵很脆，一般是澆鑄成型，所以又稱“鑄鐵”，如鐵鍋、火爐等，在工業(yè)上用來制造機(jī)床的床身、蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的汽缸等，它的成本比較低廉、耐磨，但沒有延性和展性，不能鍛打。熟鐵所含雜質(zhì)少，接近于純鐵，韌性強(qiáng)，可以鍛打成型，所以又叫“鍛鐵”，如鐵勺、鍋鏟等。2022/12/1427鐵的用途生鐵很脆，一般是澆鑄成型，所2022/12/1566五、有色金屬有色金屬是指鐵和鐵基合金(如錳、鉻)以外的83種金屬。與鐵和鐵基合金相比，有色金屬的冶煉比較復(fù)雜，成本高。但是，由于有色金屬具有許多優(yōu)良特性，因而已成為現(xiàn)代工業(yè)，特別是航空航天工業(yè)中不可缺少的材料。工程中常用的有色金屬有輕有色金屬：鋁、鎂、鈉、鉀等；重有色金屬：銅、鎳、鉛、錫、鋅等；貴金屬如金、銀和鉑族元素；稀有金屬

如鎢、鈦等有色金屬合金：鋁合金、銅合金、鈦合金、鎳合金等。2022/12/1428五、有色金屬有色金屬是指鐵和鐵基合金2022/12/1567一、鋁及其合金比重小，比強(qiáng)度高。在空氣中的抗蝕性好。容易加工。硬鋁（鋁銅鎂）經(jīng)熱處理后強(qiáng)度比純鋁高六倍用以制造飛行器各種承力構(gòu)件，如蒙皮、壁板、槳葉、活塞及火箭上的液體燃料箱翼梁、螺旋槳葉、起落架等。也常用于汽車、摩托車、家用電器、建筑等。2022/12/1429一、鋁及其合金用以制2022/12/1568二、銅合金機(jī)械性能好摩擦系數(shù)小在空氣環(huán)境下具有良好的抗蝕性。容易加工。黃銅（銅鋅合金）、白銅（銅鎳合金）除上述兩種金屬以外的青銅（如錫青銅、鋁青銅）、滑動軸承、耐水蝕零件、導(dǎo)熱零件。2022/12/1430二、銅合金滑動軸承、耐水蝕零件、導(dǎo)熱2022/12/1569三形狀記憶合金

形狀記憶合金(shapememoryalloy)是指某些合金材料在某一溫度下受外力而變形，當(dāng)外力去除后，仍保持其變形后的形狀，但當(dāng)溫度上升到某一溫度，合金材料會自動恢復(fù)到變形前原有的形狀，并對以前的形狀保持記