第2章機械工程材料§2-4其他工程材料及應用第2章機械工程材料§2-4其他工程材料及應用1金屬材料黑色金屬有色金屬鑄鐵碳鋼合金鋼鋁合金銅合金其它有色金屬非金屬材料高分子材料陶瓷材料復合材料塑料橡膠合成纖維復習：工程材料的分類金屬材料黑色金屬有色金屬鑄鐵碳鋼合金鋼鋁合金銅2一、有色金屬及硬質(zhì)合金新授：§2-4其他工程材料及應用常用的有色金屬有銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、軸承合金等。1、有色金屬——指黑色金屬（鋼鐵）以外的所有金屬及其合金，也稱為非鐵金屬。一、有色金屬及硬質(zhì)合金新授：§2-4其他工程材料及應用3（1）銅及銅合金①純銅銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強度，又保持了純銅特性。純銅具有優(yōu)良的導電性和導熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。純銅呈紫紅色，又稱為紫銅。②銅合金常用的銅合金可分為：黃銅、青銅和白銅。（1）銅及銅合金①純銅銅合金常加元素為Zn、Sn、4普通黃銅特殊黃銅常用牌號1)黃銅——以鋅為主加元素的銅合金。黃銅①普通黃銅牌號：H

H62：

“黃”字漢語拼音首字母表示平均含銅量為62%的普通黃銅。平均含銅量的百分數(shù)H80、H70、H68：H59、H62：適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等；適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導管、散熱器等普通黃銅常用牌號1)黃銅——以鋅為主加元素的銅合金。黃銅①普5②特殊黃銅加入的合金元素有錫、硅、錳、鉛和鋁等，分別稱為錫黃銅、硅黃銅、錳黃銅、鉛黃銅、鋁黃銅等?！谄胀S銅中加入其他合金元素所組成的合金。特殊黃銅強度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。②特殊黃銅加入的合金元素有錫、硅、錳、鉛和鋁等6主加元素符號（除鋅外）銅的百分數(shù)HPb59-1：表示平均含銅量為59%、含鉛量為1%的特殊黃銅。特殊黃銅的牌號主加元素含量的百分數(shù)H元素符號數(shù)字-數(shù)字常用牌號有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等，主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。主加元素符號（除鋅外）銅的百分數(shù)HPb59-1：表示平均含銅72)青銅常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等?！S銅和白銅外的其他銅合金。牌號：Q元素符號數(shù)字-數(shù)字“青”字漢語拼音首字母例：QSn4-3平均含錫量為4%平均含鋅量為3%青銅余量為銅2)青銅常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青8①錫青銅是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為3~14%。

錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小。錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海水及無機鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。

①錫青銅9常用牌號有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蝕承載件,如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。錫青銅管船用青銅軟管快速接頭閥(錫青銅閥體、閥蓋)常用牌號有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn1010②鋁青銅以鋁為主加元素的銅合金，鋁含量為5~11%。強度、硬度、耐大型水力發(fā)電設備中的抗磨環(huán)磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性能差。常用牌號有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飛機及儀器中的高強、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。②鋁青銅大型水力發(fā)電設備中的抗磨環(huán)磨性、耐熱性及耐11③鈹青銅以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.7~2.5%。具有高的強度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導電性、導熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價格較貴。鈹青銅制品常用牌號有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等。用于重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機件。③鈹青銅鈹青銅制品常用牌號有QBe2、QBe1.7、QBe123)白銅白銅可分普通白銅和特殊白銅。——以鎳為主要合金元素的銅合金。牌號：B數(shù)字B5：常用牌號有B5、B19等。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工作的精密機械,儀表零件及冷凝器,蒸餾器,熱交換器等.鎳的平均百分含量具有較高的耐蝕性和抗腐蝕疲勞性能及優(yōu)良的冷熱加工性能。白銅表示平均含鎳量為5%的白銅。①普通白銅:白銅件3)白銅白銅可分普通白銅和特殊白銅?！枣嚍橹饕辖鹪氐?3——在普通白銅基礎上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分別稱鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等。其耐蝕性、強度和塑性高，成本低。常用牌號如BMn40-1.5(康銅)、BMn43-0.5(考銅)。用于制造精密機械、儀表零件及醫(yī)療器械等?？点~熱偶白銅型材②特殊白銅:——在普通白銅基礎上添加Zn、Mn、Al等元14（2）鋁及鋁合金①純鋁鋁合金既具有高強度又保持純鋁的優(yōu)良特性。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小，熔點低,導電、導熱性能優(yōu)良；耐大氣腐蝕，易于加工成形；無磁性。②鋁合金鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。（2）鋁及鋁合金①純鋁鋁合金既具有高強度又保持純鋁15鋁合金制造的機翼鋁合金制造的機翼16鋁合金波紋管鋁合金制品鋁是可以回收利用的金屬

防銹鋁合金：LF+序號

硬鋁合金：LY+序號

超硬鋁合金：LC+序號

鍛鋁合金：LD+序號鋁合金的分類及舊牌號鋁合金波紋管鋁合金制品鋁是可以回收利用的金屬防銹鋁合金：17(1)變形鋁合金①防銹鋁合金——主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。衛(wèi)星天線（LF2）

Mn和Mg主要作用是提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用。(1)變形鋁合金衛(wèi)星天線（LF2）Mn和M18汽化器(熱交換管為LF21)常用的Al-Mn系合金有LF21（3A21），其抗蝕性和強度高于純鋁，用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢_壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5（5A05），其密度比純

鋁小，強度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。汽化器(熱交換管為LF21)常用的Al-Mn系合金有LF219②硬鋁合金

——主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)取?/p>

飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)②硬鋁合金常用硬鋁合金如LY11(2A20③超硬鋁合金

——屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。飛機主起落架常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件，如飛機大梁、起落架等。③超硬鋁合金飛機主起落架常用合金有LC421④鍛鋁合金

可鍛性好，力學性能高，用于形狀復雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動機壓氣機葉輪、導風輪等.壓氣機葉片常用牌號有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機葉片、超音速飛機蒙皮等。④鍛鋁合金壓氣機葉片常用牌號有LD22美F-117隱身戰(zhàn)斗機

(所用材料大部分是鋁合金)美F-117隱身戰(zhàn)斗機

(所用材料大部分是鋁合金)23（2）鑄造鋁合金包括：Al-Si系：代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號Al-Zn系：代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號

①Al-Si系鑄造鋁合金（硅鋁明）ZL102(ZAlSi12)是含有12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明。加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復雜(或特殊)硅鋁明。（2）鑄造鋁合金包括：Z24Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能?；钊?裙部為鋁硅合金)用于制造飛機、儀表、電動機殼體、汽缸體、風機葉片、發(fā)動機活塞等。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有25

②Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。汽缸頭常用代號有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件，如內(nèi)燃機汽缸頭、汽車活塞等。②Al-Cu系鑄造鋁合金汽缸頭26③Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強度高，密度?。坏T造性能差，耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等。主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。鼓風機密封件等(ZL102、301)③Al-Mg系鑄造鋁合金常用代號為ZL301(ZAlMg1027④Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等。主要用于制造形狀復雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。④Al-Zn系鑄造鋁合金大型空壓機活塞(ZL401)282、硬質(zhì)合金——將難熔的碳化鎢或碳化鎢與碳化鈦等金屬碳化物為基體，并加入鈷作為粘結(jié)劑混合，加壓成形后燒結(jié)而成的一種粉末冶金材料。特點：（一）硬度高、熱硬性好。（二）抗壓強度高。（三）耐蝕性和抗氧化性好。（四）線膨脹系數(shù)小，電導率和熱導率與鐵合金相近。2、硬質(zhì)合金——將難熔的碳化鎢或碳化鎢與碳化鈦等金屬碳化物為29鎢鈷類硬質(zhì)合金:（P）鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金:

(M)通用硬質(zhì)合金:

(K)分類主要用于做切削脆性材料的刀具主要用于做高速切削韌性材料的刀具主要用于做耐熱鋼、高錳鋼不銹鋼等難加工鋼材的刀具硬質(zhì)合金的分類鎢鈷類硬質(zhì)合金:鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金:通用硬質(zhì)合金:分類主要用于30二、工程塑料

塑料是在玻璃態(tài)下使用的高分子材料。在一定溫度、壓力下可塑制成型，在常溫下能保持其形狀不變。1、工程塑料概述

⑴

塑料的組成

塑料是以樹脂為主要成分，加入各種添加劑。樹脂是塑料的主要成分，對塑料性能起決定性作用。塑料制品二、工程塑料塑料是在玻璃態(tài)下使用的高分子材料。在一定溫度、31添加劑：是為改善塑料某些性能而加入的物質(zhì)。填料：主要起增強作用；增塑劑：用于提高樹脂的可塑性和柔軟性；固化劑：使熱固性樹脂由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定劑：用于防止塑料老化，延長其使用壽命；潤滑劑：防止塑料加工時粘在模具上,使制品光亮；著色劑：用于塑料制品著色。其他的還有發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑、抗靜電劑等。添加劑添加劑：是為改善塑料某些性能而加入的物質(zhì)。添加劑32⑵塑料的分類按樹脂受熱時行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。

按使用范圍可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。通用塑料產(chǎn)量大、價格低、用途廣。

工程塑料力學性能高，耐熱、耐蝕性能好。特種塑料是指具有某些特殊性能如耐高溫、耐腐蝕的塑料，這類塑料產(chǎn)量少，價格貴，只用于特殊需要的場合。

熱固性塑料制品⑵塑料的分類特種塑料是指具有某些特殊性能如耐高溫、耐腐蝕的33⑶塑料的性能特點塑料的優(yōu)點：相對密度小(一般為0.9~2.3)；耐蝕性、電絕緣性、減摩、耐磨性好；有消音吸振性能。塑料的缺點：剛性差(為鋼鐵材料的1/100~1/10)，強度低；耐熱性差、熱膨脹系數(shù)大（是鋼鐵的10倍）、導熱系數(shù)小(只有金屬的1/200~1/600)；蠕變溫度低、易老化。

⑶塑料的性能特點塑料的缺點：342、常用工程塑料⑴一般結(jié)構(gòu)用塑料包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。聚丙烯具有優(yōu)良的綜合性能，可制造各種機械零件。ABS塑料

“堅韌、質(zhì)硬、剛性”，應用廣泛。

PE波紋管PP方向盤ABS閥門PS管2、常用工程塑料PE波紋管PP方向盤ABS閥門PS管35聚酰胺又稱尼龍或綿綸，強度較高，耐磨、自潤滑性好，廣泛用作機械、化工及電氣零件。聚甲醛具有優(yōu)良的綜合性能，廣泛用于汽車機床、化工、電氣儀表、農(nóng)機等工業(yè)。尼龍管件PC擋風板聚碳酸酯具有優(yōu)良的機械性能，透明無毒，應用廣泛。⑵摩擦傳動零件用塑料包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。聚酰胺又稱尼龍或綿綸，強度較高，耐磨、自潤滑性好，廣泛用作機36密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件聚四氟乙烯俗稱“塑料王”，具有極優(yōu)越的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性以及優(yōu)越的電性能，幾乎不受任何化學藥品的腐蝕，摩擦系數(shù)極低，只有0.04。缺點是強度低、加工性差。主要用于減摩密封件、化工耐蝕件與熱交換器以及高頻或潮濕條件下的絕緣材料。

密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件聚四氟乙烯俗稱“塑料王”，具37⑶耐蝕用塑料耐蝕用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。氯化聚醚的化學穩(wěn)定性僅次于聚四氟乙烯，但工藝性比聚四氟乙烯好，成本低。在化學工業(yè)和機電工業(yè)獲得廣泛應用，如化工設備零件、管道、襯里等。氯化聚醚防腐蝶閥

⑶耐蝕用塑料氯化聚醚防腐蝶閥38⑷耐高溫件用塑料有聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚酰亞胺(PI)及氟塑料等。聚砜的熱穩(wěn)定性高是其聚酰亞胺層壓板最突出的特點。使用溫度達150~174℃。用于機械設備等工業(yè)。聚苯醚具有良好的綜合性能,用于機電等方面。聚酰亞胺在260℃下可長期使用。主要用于特殊條件下使用的精密零件。

⑷耐高溫件用塑料聚酰亞胺層壓板最突出的特點。使用39⑸熱固性塑料熱固性塑料是在樹脂中加入固化劑壓制成型而形成的體形聚合物。

酚醛塑料是以酚醛樹脂為基，加入填料及其他添加劑而制成。廣泛用于制作各種電訊器材和電木制品（如插座、開關等），耐熱絕緣部件及各種結(jié)構(gòu)件。電器配件⑸熱固性塑料電器配件40三、合成橡膠

橡膠是以高分子化合物為基礎的具有高彈性的材料。1、橡膠的組成和性能特點

工業(yè)用橡膠由生膠和橡膠配合劑組成。生膠無配合劑并未經(jīng)硫化。橡膠配合劑有硫化劑、硫化促進劑、防老劑、軟化劑、填充劑、發(fā)泡劑、著色劑等。橡膠最大的特點是高彈性。橡膠有儲能、耐磨、隔音、絕緣等性能。

三、合成橡膠橡膠是以高分子化合物為基礎的具有高彈性的材料。412、常用合成橡膠合成橡膠按用途和用量分為通用橡膠和特種橡膠，前者主要用于制作輪胎、運輸帶、膠管、膠板、墊片、密封裝置等；后者主要用于高低溫、強腐蝕、強輻射等特殊環(huán)境下工作的橡膠制品。

密封圈膠管輪胎2、常用合成橡膠密封圈膠管輪胎42工業(yè)上應用的典型的傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品如陶瓷器、玻璃、水泥等。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的新型陶瓷。陶瓷材料是除金屬和高聚物以外的無機非金屬材料通稱。四、陶瓷

工業(yè)上應用的典型的傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品如陶瓷器、玻璃、水泥等。隨著現(xiàn)431、陶瓷材料的性能特點

陶瓷材料具有高熔點、高硬度、高化學穩(wěn)定性，耐高溫、耐氧化、耐腐蝕等特性。陶瓷材料還具有密度小、彈性模量大、耐磨損、強度高等特點。功能陶瓷還具有電、光、磁等特殊性能。韌性陶瓷硬度壓痕脆性陶瓷硬度壓痕周圍的裂紋1、陶瓷材料的性能特點韌性陶瓷硬度壓痕脆性陶瓷硬度壓痕周圍442、陶瓷材料的分類（1）按化學成分分類

可將陶瓷材料分為氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷及其它化合物陶瓷。導電玻璃玻璃幕墻2、陶瓷材料的分類導電玻璃45（2）按使用的原材料分類可將陶瓷材料分為普通陶瓷和特種陶瓷。普通陶瓷：以天然的巖石、礦石、黏土等材料作原料。特種陶瓷：采用人工合成的材料作原料。

（3）按性能和用途分類可將陶瓷材料分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩類。陶瓷零件（2）按使用的原材料分類普通陶瓷：以天然的巖石、礦石、黏土46普通陶瓷加工成型性好，成本低，產(chǎn)量大。除日用陶瓷、瓷器外，大量用于電器、化工、建筑、紡織等工業(yè)部門。景德鎮(zhèn)瓷器絕緣子普通陶瓷普通陶瓷加工成型性好，成本低，產(chǎn)量大。景德鎮(zhèn)瓷器絕緣子普通陶47新型結(jié)構(gòu)陶瓷⑴

氧化鋁陶瓷

氧化鋁陶瓷以Al2O3為主要成分,含有少量SiO2的陶瓷，又稱高鋁陶瓷。Al2O3化工、耐磨陶瓷配件Al2O3密封、氣動陶瓷配件新型結(jié)構(gòu)陶瓷⑴氧化鋁陶瓷Al2O3化工、耐磨陶瓷配件Al48氧化鋁陶瓷耐高溫性能好，可使用到1950℃,具有良好的電絕緣性能及耐磨性。微晶剛玉的硬度極高(僅次于金剛石).

95瓷紡織件99瓷紡織件氧化鋁耐高溫噴嘴氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷耐高溫性能好，可使用到1950℃,具有良好的電絕緣49氧化鋁陶瓷轉(zhuǎn)心球閥氧化鋁陶瓷密封環(huán)氧化鋁陶瓷坩堝氧化鋁陶瓷被廣泛用作耐火材料，如耐火磚、坩堝、熱偶套管，淬火鋼的切削刀具、金屬拔絲模，內(nèi)燃機的火花塞，火箭、導彈的導流罩及軸承等。

氧化鋁陶瓷轉(zhuǎn)心球閥氧化鋁陶瓷密封環(huán)氧化鋁陶瓷坩堝氧化鋁陶瓷被50汽輪機轉(zhuǎn)子葉片氣閥等零件Si3N4軸承⑵氮化硅陶瓷氮化硅的強度、比強度、比模量高；硬度僅次于金剛石、碳化硼等；熱膨脹系數(shù)?。豢篃嵴鹦源蟠蟾哂谄渌沾刹牧?。汽輪機轉(zhuǎn)子葉片氣閥等零件Si3N4軸承⑵氮化硅陶瓷51⑶碳化硅（SiC）陶瓷碳化硅的最大特點是高溫強度高，有很好的耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變性能，其熱傳導能力很強，僅次于氧化鈹陶瓷。常壓燒結(jié)碳化硅⑶碳化硅（SiC）陶瓷常壓燒結(jié)碳化硅52碳化硅陶瓷用于制造火箭噴嘴、澆注金屬的喉管、熱電偶套管、爐管、燃氣輪機葉片及軸承，泵的密封圈、拉絲成型模具等。SiC陶瓷件SiC陶瓷件SiC軸承碳化硅陶瓷用于制造火箭噴嘴、澆注金屬的喉管、熱電偶套管、爐管53部分穩(wěn)定氧化鋯制品ZrO2陶瓷耐火件⑷氧化鋯陶瓷部分穩(wěn)定氧化鋯制品ZrO2陶瓷耐火件⑷氧化鋯陶瓷54氧化鋯制品氧化鋯油泵氧化柱塞氧化鋯拉線輪氧化鋯球閥部分穩(wěn)定氧化鋯噴涂層增韌氧化鋯導輪芯軸氧化鋯制品氧化鋯油泵氧化柱塞氧化鋯拉線輪氧化鋯球閥部分穩(wěn)定氧55五、復合材料1、復合材料的定義由兩種或兩種以上不同化學性質(zhì)和不同組織結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的新材料。必須由兩種以上化學、物理性質(zhì)不同的材料組合而成必須是人造的，是人們根據(jù)需要設計制造的材料通過各組分性能的互補可獲得單一材料不