1、第五章非鐵材料,5.1 非鐵金屬及其合金 5.1.1 鋁及鋁合金 純鋁 特性：銀白色的金屬，具有面心立方晶格，密度為2.7g/cm3 ，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好，強(qiáng)度低，塑性好。 主要用途：配制鋁合金，在電氣工業(yè)中用鋁代銅作導(dǎo)線、電容器等 。,5.1.1 鋁及鋁合金,分類,工業(yè)高純鋁（LG1LG5）,工業(yè)純鋁（L1L7）,5.1.1 鋁及鋁合金,（序號(hào)越大，純度越低）,5.1.1 鋁及鋁合金,鋁根據(jù)二元相圖，可分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。,5.1.1 鋁及鋁合金,鋁合金 比重小，比強(qiáng)度高。 在空氣中的抗蝕性好。 容易加工。,5.1.1 鋁及鋁合金,形變鋁合金： 防銹鋁合金LF11焊接油箱、油管等

2、 硬鋁合金LY11中、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件。 超硬鋁合金LC4結(jié)構(gòu)中主要受力件。 鍛鋁合金LD7內(nèi)燃機(jī)活塞和在高溫下工作的復(fù)雜件,鑄造鋁合金： 分Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn四類,5.1.1 鋁及鋁合金,5.1.2 銅及銅合金,純銅（紫銅）物理性能：密度為8.94g/cm 3 ，熔點(diǎn)為1083，無磁性。具有面心立方結(jié)構(gòu)無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。,5.1 非鐵金屬及其合金,5.1.2 銅及銅合金,特點(diǎn)：具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，很高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的抗蝕性能。純銅的強(qiáng)度不高，硬度低，塑性很好。經(jīng)冷變形加工后，強(qiáng)度提高，但伸長率下降。 工業(yè)純銅加工產(chǎn)品代號(hào)有T1、T2、T3、T4四種。主要用于制

3、作電線、蒸發(fā)器等。,5.1 非鐵金屬及其合金,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。,1.黃銅,以鋅（含量小于50%）為主要加入元素的銅合金。,分類（鑄造 在其前加“Z” ）,特殊黃銅 在普通黃銅基礎(chǔ)上加入 Al、Mn 、 Si 、 Pb 等元素,普通黃銅 （銅鋅合金）,表示方法 （H+銅含量）,表示方法（H+主要元素符號(hào) 銅含量主加元素含量）,HMn58-2,H62,5.1.2 銅及銅合金,2. 白銅,以Ni為主要元素（含量小于50%）的銅合金。,分類（鑄造 在其前加“Z” ）,特殊白銅 在簡單白銅基礎(chǔ)上加入 Fe、Zn 、 Mn 、 Al 等元素,簡單白

4、銅 （銅鎳合金）,表示方法 （ B+鎳含量）,表示方法（B+主要元素符號(hào) 鎳含量主加元素含量）,BFe5-1,B30,5.1.2 銅及銅合金,3. 青銅,除Ni和Zn以外的其它元素為主要合金元素的銅合金。 青銅的代號(hào)用（Q+主加元素符號(hào)+主加元素百分含量+其他元素的百分含量）表示。,5.1.2 銅及銅合金,）錫青銅,以錫為主要加入元素的銅合金。 錫含量是決定錫青銅性能的關(guān)鍵，含錫量57%的錫青銅塑性最好，適用于冷熱加工；含錫量大于10%的錫青銅，強(qiáng)度升高，塑性很低，只作鑄造用。,5.1.2 銅及銅合金,）鋁青銅,以Al為主要加入元素的銅合金。鋁的含量小于12%。 鋁青銅的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐

5、熱性、耐蝕性都高于黃銅和錫青銅，并能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。 工業(yè)上壓力加工用的鋁青銅一般含鋁量低于57%；含鋁10%左右的合金，強(qiáng)度高，用于熱加工或鑄造用材。,5.1.2 銅及銅合金,）鈹青銅,以Be為主要加入元素的銅合金。鈹含量為1.72.5 。 鈹青銅可以淬火、時(shí)效處理提高強(qiáng)度、硬度、疲勞極限和彈性極限。具有良好的鑄造性能和冷、熱加工性能。 主要用于制作高級(jí)精密的彈性元件、如彈簧、膜片、膜盤等；也用于制作特殊要求的耐磨零件，如鐘表的齒輪和發(fā)條、壓力表游絲等。,5.1.2 銅及銅合金,5.1.3 鈦及鈦合金,特點(diǎn)：熔點(diǎn)1667，密度4.5g/cm3，密排六方晶格Ti，高于882.5為體心立方晶格T

6、i。 優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高（1500Mpa），密度小，熱強(qiáng)度高，耐蝕性高。 缺點(diǎn)：工藝性差；導(dǎo)熱系數(shù)小、摩擦因數(shù)大，故切削性差；彈性模量小，變形時(shí)回彈大，冷變形困難；硬度低，不耐磨；成本高。,5.1 非鐵金屬及其合金,5.1.3 鈦及鈦合金,1、鈦合金 退火組織為單向固溶體，熱壓加工成型，含5Al與2.5Sn起固溶強(qiáng)化作用。,5.1.3 鈦及鈦合金,2、鈦合金 加入V、Mo使其室溫下全部為相，淬火得介穩(wěn)定的相鈦合金，可通過淬火、失效處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度高。,3、鈦合金 加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定相的合金元素所得，高度合金化的鈦合金可通過熱處理獲得。,比較,1）組成 樹脂：樹脂是塑料的主要成份，它聯(lián)系和粘結(jié)其它組分，

7、對(duì)塑料的性能起決定性作用。 填充劑：彌補(bǔ)或改善樹脂的性能不足，另外可以顯著地降低成本。 增塑劑：增加材料塑性。 固化劑：使線型高分子交聯(lián)成體型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 穩(wěn)定劑：用來抵抗老化延長塑料壽命物質(zhì)。 其它:諸如發(fā)泡劑，抗靜電劑，染料，潤滑劑等等.,1. 工程塑料,5.2 高分子材料,5.2 高分子材料,熱塑性塑料和熱固性塑料的比較,加熱變軟，冷卻變硬； 不同材料的韌性變化范圍很大； 可循環(huán)再利用； 不能承受高溫。,制成后永久固化； 脆； 不能循環(huán)再利用； 可承受高溫。,熱塑性塑料,熱固性塑料,5.2 高分子材料,2）分類及應(yīng)用,主要優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)輕、比強(qiáng)度高；良好的耐蝕性、減摩性；絕緣性、耐電弧性、隔音性

8、、吸振性；工藝性能好。 主要缺點(diǎn)：強(qiáng)度、硬度、剛度低；耐熱性、導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)大；容易燃燒，容易老化。,2）分類及應(yīng)用,1. 工程塑料,主要制造各種罩殼、輕載齒輪、干摩擦軸承、軸套、密封件、各種耐磨耐蝕結(jié)構(gòu)件、絕緣件等。,2）分類及應(yīng)用,1. 工程塑料,2 橡膠,1) 橡膠的組成、種類及性能 橡膠是一種具有高彈性的有機(jī)高分子材料。主要由生膠、各種配合劑和增強(qiáng)材料組成。,5.2 高分子材料,1) 橡膠的組成、種類及性能,配合劑：硫化劑、硫化促進(jìn)劑、增塑劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、防老化劑、著色劑、增容劑等。 作用：提高橡膠制品的使用性能和改善加工工藝性能。,2橡膠,2) 橡膠的組成、種類及性能,增強(qiáng)材料：各

9、種纖維織品、簾布及鋼絲等，以增加強(qiáng)度并限制其變形。 生產(chǎn)過程：生膠的塑煉、膠料的混煉、壓延、壓出和制品的硫化。,2 橡膠,2) 橡膠的組成、種類及性能,分類： 按原料來源分：天然橡膠； 合成橡膠,2橡膠,按應(yīng)用范圍分：通用橡膠： 特種橡膠,特點(diǎn)：高彈性，良好的絕緣性、耐磨性、阻尼性和隔音性。,2橡膠,2橡膠,橡膠制品,彈性圈,V形圈,2 橡膠,3 膠黏劑,5.2 高分子材料,以富含黏性的物質(zhì)為基料，加入各種添加劑后組成。 膠接：借助膠黏劑實(shí)現(xiàn)的連接。 優(yōu)點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度低、工藝操作簡單、生產(chǎn)率高。 缺點(diǎn)：強(qiáng)度低。,3 膠黏劑,5.2 高分子材料,5.3陶瓷,5.3.1 概念 除金屬材料和有機(jī)高分子

10、材料外的所有固體材料（無機(jī)非金屬材料）。 5.3.2 分類 按原料來源分： 普通陶瓷以天然硅酸鹽礦物為原料，經(jīng)過加工、成形、燒結(jié)而成。 特種陶瓷采用純度較高的人工合成物，經(jīng)配料、成形、燒結(jié)而成。,5.3陶瓷,5.3.2 陶瓷的分類,按用途分： 、日用陶瓷 、工業(yè)物陶瓷,5.3陶瓷,或分為： 、結(jié)構(gòu)陶瓷 、功能陶瓷 、生物陶瓷,按化學(xué)組成分： 、氮化物陶瓷 、氧化物陶瓷 、碳化物陶瓷,按性能分： 、高強(qiáng)度陶瓷 、高溫陶瓷 、耐酸陶瓷,5.3.4 陶瓷的性能與應(yīng)用,陶瓷材料具有極高的硬度，耐磨性好、熔點(diǎn)高、絕緣性好。但沖擊韌性與斷裂韌性差。 常用來制作新型刀具、耐磨零件及絕緣材料。,5.3陶瓷,5

11、.3.5 陶瓷產(chǎn)品,紡織剪紗刀,馬賽克,5.3陶瓷,各種耐磨件,5.4復(fù)合材料,5.4.1 復(fù)合材料的概念 兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過不同的工藝方法人工合成的，各組分間有明顯界面且性能優(yōu)于各組成材料的多相材料。,優(yōu)點(diǎn)：可根據(jù)需要改善材料的使用性能。,5.4.2 復(fù)合材料的分類,5.4復(fù)合材料,5.4.3 常用復(fù)合材料,5.4復(fù)合材料,顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,層合復(fù)合材料,常用復(fù)合材料,5.4.3 常用復(fù)合材料,5.4復(fù)合材料,顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料,碳化物基金屬陶瓷,氧化物基金屬陶瓷,5.4.3 常用復(fù)合材料,5.4復(fù)合材料,熱塑性玻璃鋼,碳纖維樹脂復(fù)合材料,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,熱

12、固性玻璃鋼,碳纖維碳復(fù)合材料,碳纖維金屬復(fù)合材料,其它纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,5.4.3 常用復(fù)合材料,5.4復(fù)合材料,層合復(fù)合材料,雙金屬復(fù)合材料,SF性三層復(fù)合材料,塑料覆層材料,夾層玻璃,金屬塑料復(fù)合材料,5.5 其他材料,1、超導(dǎo)材料 超導(dǎo)現(xiàn)象：電阻隨溫度降低而減少最終為零。 特性：臨界溫度Tc以下，電阻為零，完全導(dǎo)電；磁場(chǎng)強(qiáng)度H恒為零；對(duì)處于Tc以下的超導(dǎo)體施加足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)，超導(dǎo)電性消失；無外磁場(chǎng)而使超導(dǎo)體通電，當(dāng)電流密度超過一定值時(shí)，超導(dǎo)體恢復(fù)到正常態(tài)。,5.5 其他材料,2、貯氫材料 有些金屬可固溶氫氣形成含氫固溶體（MHx），其溶解度與平衡氫壓的平方成正比。在一定溫度和壓力下，固溶體

13、與氫發(fā)生反應(yīng)生成金屬氫化物來貯氫。,分類：鎂系貯氫合金；稀土系貯氫合金；鈦系貯氫合金。 用途：做貯運(yùn)氫的容器、氫燃料貯存器；分離與回收氫，制造高純度氫氣和氫化物電極。,5.5 其他材料,3、形狀記憶合金 將記憶合金材料加工成所需要的形狀并加熱到高溫，讓它記住這個(gè)形狀，隨后淬火冷卻到M相變區(qū)，施加外力使試件發(fā)生一定的變形，再將溫度升高，試件將完全恢復(fù)到原來的形狀。,機(jī)理：熱彈性M相變 分類：鎳鈦系合金；銅系合金；鐵系合金。 用途：做緊固件、連接件、密封墊、與溫度有關(guān)的傳感器及自動(dòng)控制等。,5.5 其他材料,4、非晶態(tài)合金金屬玻璃 以極高速度使熔融的合金冷卻，溶體中原子來不及做規(guī)則排列就完成凝固，

14、凝固后的合金結(jié)構(gòu)呈玻璃態(tài)。,優(yōu)點(diǎn)：超耐蝕性、高磁導(dǎo)率、恒彈性、高強(qiáng)韌性、低熱膨脹系數(shù)和磁致伸縮。 特征：不具有長程有序晶體結(jié)構(gòu)；具有高達(dá)1013Pa.S以上的黏滯系數(shù)；在某一窄的溫度區(qū)內(nèi)能夠發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)變化。 缺點(diǎn)：厚度受限制；熱力學(xué)不穩(wěn)定，受熱有晶化傾向。,5.5 其他材料,5、磁性材料 1）軟磁材料：低的磁場(chǎng)中被磁化而呈強(qiáng)磁性，但磁場(chǎng)去除后磁性基本消失。 2）硬磁材料永磁材料：材料被外磁場(chǎng)磁化后，去掉外磁場(chǎng)仍然保持較強(qiáng)剩磁的材料： （1）變形永磁鋼：有高的矯頑力和剩磁。 （2）鋁鎳鈷永磁合金：磁性好，可用鑄造和燒結(jié)方法制造。 （3）稀土永磁材料：體積小、重量輕、比功率大、效率高。,5.5

15、 其他材料,6、光纖材料 像頭發(fā)絲細(xì)的透明玻璃纖維，制作光纜。 基本原理：把聲音變成電信號(hào)，由發(fā)光元件變?yōu)楣庑盘?hào)，由光導(dǎo)纖維傳向遠(yuǎn)方，再由接收元件恢復(fù)為電信號(hào)，使受話機(jī)發(fā)出聲音。 特點(diǎn)：傳輸效率高；通信容量大、重量輕、耐腐蝕、不怕電子干擾；保密性好、施工方便、成本低，可節(jié)約大量非鐵金屬。,5.5 其他材料,5.5 其他材料,7、壓電材料 電壓效應(yīng)：對(duì)石英晶體在某些特定方向上加力時(shí)，在力方向的垂直平面上出現(xiàn)正、負(fù)束縛電荷的現(xiàn)象。 機(jī)電性能穩(wěn)定，沒有內(nèi)耗，在頻率穩(wěn)定器、擴(kuò)音器、電話、鐘表領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。,5.5 其他材料,8、生態(tài)金屬材料 具有滿意的使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性，或能夠改善環(huán)境的材料。,金屬材料生態(tài)設(shè)計(jì)的主要方法： 1）采用通用合金 合金系中組元越少，合金的再生循環(huán)性越好。 2）采