第3章机械工程材料.ppt

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1、第第3 3章章 机械工程材料机械工程材料金属材料的性能金属材料的性能3.1常用金属材料常用金属材料3.2钢的热处理钢的热处理3.32021/9/231常用非金属材料常用非金属材料3.42021/9/232现代材料种类繁多，在机械工程上常现代材料种类繁多，在机械工程上常用的材料有金属材料和非金属材料。用的材料有金属材料和非金属材料。为了正确选择和使用工程材料，我们为了正确选择和使用工程材料，我们必须熟悉常用工程材料的分类、牌号、性必须熟悉常用工程材料的分类、牌号、性能、用途和热处理等基础知识，并及时了能、用途和热处理等基础知识，并及时了解新材料的性能和用途。解新材料的性能和用途。2021/9/2

2、333.1 3.1 金属材料的性能金属材料的性能3.1.1金属材料的物理性能金属材料的物理性能金属材料的物理性能是金属固有的金属材料的物理性能是金属固有的属性，它包括密度、熔点、导热性、导属性，它包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。电性、热膨胀性和磁性等。2021/9/2341密度密度密度是指单位体积金属的质量，其密度是指单位体积金属的质量，其单位为单位为kg/m3。根据密度的大小，金属材料可分为根据密度的大小，金属材料可分为轻金属（密度小于轻金属（密度小于4.5103kg/m3）和重）和重金属（密度大于金属（密度大于4.5103kg/m3）。）。2021/9/235密度是金属材

3、料的特性之一，与材密度是金属材料的特性之一，与材料的使用和监测等都有关系，通过测量料的使用和监测等都有关系，通过测量金属的密度可以鉴别金属和确定铸件的金属的密度可以鉴别金属和确定铸件的致密程度。致密程度。在航空工业和汽车工业中，为增加在航空工业和汽车工业中，为增加有效载重量，密度是选材需要考虑的重有效载重量，密度是选材需要考虑的重要因素。要因素。2021/9/2362熔点熔点熔点是指金属或合金从固态向液态熔点是指金属或合金从固态向液态转变时的温度，其单位一般用摄氏温度转变时的温度，其单位一般用摄氏温度（）表示。）表示。金属都有固定的熔点，合金的熔点金属都有固定的熔点，合金的熔点取决于它的成分。

4、取决于它的成分。熔点对金属材料的熔炼、热加工有熔点对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温性能有很大直接影响，并与材料的高温性能有很大关系。关系。2021/9/2373导热性导热性导热性是指金属材料传导热量的能力。导热性是指金属材料传导热量的能力。导热性的大小通常用热导率来衡量，热导导热性的大小通常用热导率来衡量，热导率的单位是率的单位是W/(mK)。导热率大表示金属的导热性好，一般情况导热率大表示金属的导热性好，一般情况下，金属材料的导热性比非金属材料好，纯金下，金属材料的导热性比非金属材料好，纯金属的导热性比合金好。属的导热性比合金好。金属导热性最好的是银，其次是铜和铝。金属导热

5、性最好的是银，其次是铜和铝。2021/9/2384导电性导电性导电性是指金属材料传导电流的性导电性是指金属材料传导电流的性能。能。衡量金属材料导电性能的指标是电衡量金属材料导电性能的指标是电阻率阻率，电阻率的单位是，电阻率的单位是m，电阻率越，电阻率越小，金属导电性越好。小，金属导电性越好。2021/9/239金属导电性最好的是银，其次是铜金属导电性最好的是银，其次是铜和铝。和铝。工业上常用铜、铝做导电的材料。工业上常用铜、铝做导电的材料。导电性差的高电阻金属材料，如铁导电性差的高电阻金属材料，如铁铬合金、镍铬铝等用于制造仪表零件或铬合金、镍铬铝等用于制造仪表零件或电热元件，如电热丝等。电热元

6、件，如电热丝等。2021/9/23105热膨胀性热膨胀性金属材料在受热时体积会增大，冷却金属材料在受热时体积会增大，冷却时体积则收缩，这种现象称为热膨胀性。时体积则收缩，这种现象称为热膨胀性。常用线膨胀系数常用线膨胀系数 1表示热膨胀性，亦表示热膨胀性，亦即温度变化即温度变化1时，材料长度的增减量与时，材料长度的增减量与其其0时的长度之比。时的长度之比。2021/9/23116磁性磁性金属材料导磁的性能称为磁性。金属材料导磁的性能称为磁性。根据金属材料在磁场中受到磁化程根据金属材料在磁场中受到磁化程度的不同，可分为铁磁性材料（如铁、度的不同，可分为铁磁性材料（如铁、钴等）、顺磁性材料（如锰、铬

7、等）和钴等）、顺磁性材料（如锰、铬等）和抗磁性材料（如铜、锌等）抗磁性材料（如铜、锌等）3类。类。但对某些金属来说，磁性也不是固但对某些金属来说，磁性也不是固定不变的，如铁在定不变的，如铁在768以上转变为顺磁以上转变为顺磁体。体。2021/9/2312铁磁性材料可用于制造变压器、电铁磁性材料可用于制造变压器、电动机和测量仪表等；抗磁性材料则可用动机和测量仪表等；抗磁性材料则可用于制作要求避免电磁场干扰的零件和结于制作要求避免电磁场干扰的零件和结构。构。2021/9/23133.1.2金属材料的化学性能金属材料的化学性能1耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性是指金属材料在常温下抵耐腐蚀性是指金属材料在常温

8、下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力。作用的能力。2021/9/23142抗氧化性抗氧化性抗氧化性是指金属材料抵抗氧化作抗氧化性是指金属材料抵抗氧化作用的能力。用的能力。2021/9/23153化学稳定性化学稳定性化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。和抗氧化性的总称。2021/9/23163.1.3金属材料的力学性能金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能，是材料抵外力作用下所表现出来的性能，是材料抵抗外力的能力。抗外力的能力。力学性能指标

9、有强度、塑性、硬度、力学性能指标有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。韧性和疲劳强度等。2021/9/23171强度强度2塑性塑性3硬度硬度4韧性韧性5疲劳强度疲劳强度2021/9/2318u小结小结常用金属材料的力学性能指标，如常用金属材料的力学性能指标，如表表3.1所示。所示。2021/9/23192021/9/23203.1.4金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能1铸造性能铸造性能2锻压性能锻压性能3焊接性能焊接性能4切削加工性能切削加工性能5热处理性能热处理性能2021/9/23213.2 3.2 常用金属材料常用金属材料现代金属材料种类繁多。现代金属材料种类繁多。常用的金属材料有碳素

10、钢、合金钢、常用的金属材料有碳素钢、合金钢、铸铁、有色金属和硬质合金等。铸铁、有色金属和硬质合金等。2021/9/23223.2.1碳素钢碳素钢1碳素钢的分类碳素钢的分类碳素钢的分类很多，常用的分类方碳素钢的分类很多，常用的分类方法见表法见表3.2。2021/9/23232021/9/23242碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢根据质量可分为普通碳碳素结构钢根据质量可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。素结构钢和优质碳素结构钢。（1）普通碳素结构钢）普通碳素结构钢常用普通碳素结构钢的牌号、特性常用普通碳素结构钢的牌号、特性和用途等如表和用途等如表3.3所示。所示。2021/9/23252021/9

11、/2326（2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的部分牌号、性能优质碳素结构钢的部分牌号、性能和应用如表和应用如表3.4所示。所示。2021/9/23272021/9/23283碳素工具钢碳素工具钢碳素工具钢是用来制造刃具、量具和模具及其碳素工具钢是用来制造刃具、量具和模具及其他工具的钢。他工具的钢。这些工具都要求高硬度和高耐磨性，因此，碳这些工具都要求高硬度和高耐磨性，因此，碳素工具钢含碳质量分数都在素工具钢含碳质量分数都在0.7%以上，一般属于高以上，一般属于高碳钢，有害杂质元素（碳钢，有害杂质元素（S、P）含量较少，都属于优）含量较少，都属于优质钢和高级优质钢。质钢和高级优质

12、钢。碳素工具钢的牌号、性能和用途如表碳素工具钢的牌号、性能和用途如表3.5所示。所示。2021/9/23292021/9/23303.2.2合金钢合金钢随着工业生产和科技的不断进步，随着工业生产和科技的不断进步，对钢材的某些性能提出了更高的要求。对钢材的某些性能提出了更高的要求。所谓合金钢是为了改善钢的性能，所谓合金钢是为了改善钢的性能，特意加入其他合金元素的钢。特意加入其他合金元素的钢。2021/9/2331常用的合金元素有硅、锰、铬、镍、钨、常用的合金元素有硅、锰、铬、镍、钨、钒、钴、铅、钛和稀土金属等。钒、钴、铅、钛和稀土金属等。合金元素是通过与钢中的铁和碳发生作用，合金元素是通过与钢中

13、的铁和碳发生作用，以及合金元素之间的相互作用，从而影响钢的以及合金元素之间的相互作用，从而影响钢的组织和改善钢的热处理性能等，以满足各种使组织和改善钢的热处理性能等，以满足各种使用性能的要求。用性能的要求。2021/9/23321合金钢的分类合金钢的分类合金钢的分类方法很多，常用的分合金钢的分类方法很多，常用的分类如表类如表3.6所示。所示。2021/9/23332021/9/23342合金结构钢合金结构钢合金结构钢按用途可分为低合金结合金结构钢按用途可分为低合金结构钢和机械制造用钢两大类。构钢和机械制造用钢两大类。（1）低合金结构钢）低合金结构钢（2）机械制造用钢）机械制造用钢2021/9/

14、23352021/9/23362021/9/23373合金工具钢合金工具钢合金工具钢是在碳素工具钢的基础合金工具钢是在碳素工具钢的基础上，为改善其性能，再加入适量的合金上，为改善其性能，再加入适量的合金元素的钢。元素的钢。这种钢比碳素工具钢具有更高的硬这种钢比碳素工具钢具有更高的硬度、耐磨性，更好的淬透性、热硬性和度、耐磨性，更好的淬透性、热硬性和回火稳定性等。回火稳定性等。因而可以制造截面大、形状复杂、因而可以制造截面大、形状复杂、性能要求高的工具。性能要求高的工具。2021/9/23382021/9/23394特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢是指具有特殊物理、化特殊性能钢是指具有特殊物理、化

15、学性能的钢。学性能的钢。2021/9/23402021/9/23413.2.3铸铁铸铁铸铁是含碳质量分数大于铸铁是含碳质量分数大于2.11%，并含有硅、锰、硫、磷杂质元素的铁碳并含有硅、锰、硫、磷杂质元素的铁碳合金。合金。铸铁具有良好的铸造性能、切削加铸铁具有良好的铸造性能、切削加工性能、耐磨性及消振性，经合金化处工性能、耐磨性及消振性，经合金化处理后具有良好的耐热性和耐蚀性等，生理后具有良好的耐热性和耐蚀性等，生产简单、价格便宜。产简单、价格便宜。2021/9/2342但铸铁塑性、韧性较差，一般的铸但铸铁塑性、韧性较差，一般的铸铁抗拉强度较低，因此，铸铁一般用于铁抗拉强度较低，因此，铸铁一般

16、用于形状复杂不能用锻造、轧制、拉丝等方形状复杂不能用锻造、轧制、拉丝等方法成形的零件。法成形的零件。2021/9/23432021/9/23443.2.4有色金属及合金有色金属及合金有色金属是指除钢铁材料以外的其他金有色金属是指除钢铁材料以外的其他金属材料，如铝、铜、镁、锌、铬等金属及其属材料，如铝、铜、镁、锌、铬等金属及其合金。合金。1铝及铝合金铝及铝合金（1）铝和铝合金的性能特点和牌号）铝和铝合金的性能特点和牌号2021/9/2345铝和铝合金的性能特点。铝是一种具铝和铝合金的性能特点。铝是一种具有良好导电性、导热性和延展性的轻金有良好导电性、导热性和延展性的轻金属。铝的导电性仅次于银、铜

17、，具有很属。铝的导电性仅次于银、铜，具有很高的导电能力，被大量用于电气设备和高的导电能力，被大量用于电气设备和高压电缆，如今铝也广泛应用于制造金高压电缆，如今铝也广泛应用于制造金属器具、体育设备及工具等。属器具、体育设备及工具等。2021/9/2346纯铝是银白色金属，主要特性是密纯铝是银白色金属，主要特性是密度小，强度低，不适宜作结构材料，如度小，强度低，不适宜作结构材料，如加入适量的铜、镁、锰等合金元素而形加入适量的铜、镁、锰等合金元素而形成铝合金，则可提高强度，且仍具密度成铝合金，则可提高强度，且仍具密度小、导热性好、耐蚀性好等特点。小、导热性好、耐蚀性好等特点。铝和铝合金的牌号。铝和铝

18、合金的牌号。2021/9/23472021/9/2348（2）铝和铝合金的分类和用途）铝和铝合金的分类和用途纯铝，纯铝按纯度分为高纯铝、工业纯铝，纯铝按纯度分为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝高纯铝和工业纯铝3类。类。铝合金。铝合金。2021/9/23492021/9/23502021/9/23512铜及铜合金铜及铜合金铜元素在地壳中储量较小，它是人类史铜元素在地壳中储量较小，它是人类史上应用最早的金属。上应用最早的金属。由于铜和铜合金具有良好的导热性、导由于铜和铜合金具有良好的导热性、导电性、抗磁性、耐蚀性和工艺性，故在仪表电性、抗磁性、耐蚀性和工艺性，故在仪表工业、电气工业、机械制造业和造船业

19、中应工业、电气工业、机械制造业和造船业中应用广泛。用广泛。现代工业上使用的铜及铜合金主要有工现代工业上使用的铜及铜合金主要有工业纯铜、黄铜和青铜，白铜应用较少。业纯铜、黄铜和青铜，白铜应用较少。2021/9/2352（1）工业纯铜）工业纯铜（2）铜合金）铜合金常用铜合金的牌号及应用情况如表常用铜合金的牌号及应用情况如表3.15所示。所示。2021/9/23532021/9/23543轴承合金轴承合金在滑动轴承中，制造轴瓦或内衬的在滑动轴承中，制造轴瓦或内衬的合金称为轴承合金。合金称为轴承合金。2021/9/23552021/9/23563.2.5硬质合金硬质合金随着现代制造业水平的不断提高，随

20、着现代制造业水平的不断提高，要求机器的切削速度不断提高，不少刀要求机器的切削速度不断提高，不少刀具的刀刃部分工作温度已超过具的刀刃部分工作温度已超过700，一，一般高速工具钢已很难胜任，这时就要采般高速工具钢已很难胜任，这时就要采用硬质合金。用硬质合金。2021/9/23572021/9/23583.3 3.3 钢的热处理钢的热处理热处理是采用适当的方式对金属材热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。得预期的组织结构与性能的工艺。2021/9/2359我们把材料和形状完全相同的两把斧头我们把材料和形状完全相

21、同的两把斧头（钢制），用同样的力砍到一木制包装箱的（钢制），用同样的力砍到一木制包装箱的钉子上，发现右边的那把斧头的刀刃坏了，钉子上，发现右边的那把斧头的刀刃坏了，而左边一把却完好无损（见图而左边一把却完好无损（见图3.2）；我们把）；我们把材料和形状完全相同的两根弹簧，让它们受材料和形状完全相同的两根弹簧，让它们受到同样的压力，去掉压力以后，发现一根能到同样的压力，去掉压力以后，发现一根能恢复原状，仍有弹性，而另一根不能恢复原恢复原状，仍有弹性，而另一根不能恢复原状，是没弹性了？状，是没弹性了？2021/9/2360图图3.2 斧头受力刀刃的变化斧头受力刀刃的变化2021/9/23613.3

22、.1退火与正火退火与正火1钢的退火钢的退火退火是将工件加热到适当温度，保退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。艺。退火的目的如下。退火的目的如下。（1）降低硬度、提高塑性、改善切削加）降低硬度、提高塑性、改善切削加工和压力加工性能；工和压力加工性能；2021/9/2362（2）细化晶粒、改善内部组织和性能；）细化晶粒、改善内部组织和性能；（3）为以后的热处理作准备。）为以后的热处理作准备。根据钢的成分和退火目的的不同，根据钢的成分和退火目的的不同，退火可分为完全退火、等温退火、球化退火可分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火

23、和去应力退火等。退火、均匀化退火和去应力退火等。2021/9/23632正火正火正火是将工件加热奥氏体化后在空正火是将工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。气中冷却的热处理工艺。2021/9/23643.3.2钢的淬火钢的淬火淬火是将工件加热奥氏体化后以适淬火是将工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或贝氏体组织的当方式冷却获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。热处理工艺。淬火的目的是得到马氏体或贝氏体淬火的目的是得到马氏体或贝氏体组织，提高钢的强度、硬度和耐磨性。组织，提高钢的强度、硬度和耐磨性。常用的淬火方法有单介质淬火、双常用的淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火

24、。介质淬火、分级淬火和等温淬火。淬火常见的冷却介质有水、盐水和淬火常见的冷却介质有水、盐水和矿物油。矿物油。2021/9/23653.3.3钢的回火钢的回火回火是将淬火钢重新加热到低于回火是将淬火钢重新加热到低于727的某一温度，保温一定时间，然后空冷到的某一温度，保温一定时间，然后空冷到室温的热处理工艺。室温的热处理工艺。回火的目的如下。回火的目的如下。（1）消除残余应力，防止变形和开裂；）消除残余应力，防止变形和开裂；2021/9/2366（2）调整工件硬度、强度、塑性和韧性，）调整工件硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；达到使用性能要求；（3）稳定组织与尺寸，保证精度；）稳定组织与

25、尺寸，保证精度；（4）改善和提高加工性能。）改善和提高加工性能。2021/9/23672021/9/23683.3.4钢的表面热处理钢的表面热处理在冲击载荷、扭转载荷及表面摩擦在冲击载荷、扭转载荷及表面摩擦条件下工作的零件，如齿轮、凸轮、曲条件下工作的零件，如齿轮、凸轮、曲轴、活塞销等，它们要求表面具有很高轴、活塞销等，它们要求表面具有很高硬度和耐磨性，而心部需要足够的塑性硬度和耐磨性，而心部需要足够的塑性和韧性。和韧性。在这种情况下，若采用前述的热处在这种情况下，若采用前述的热处理方法，很难满足要求，这就需要进行理方法，很难满足要求，这就需要进行表面热处理。表面热处理。2021/9/2369

26、2021/9/23703.3.5典型零件热处理分析典型零件热处理分析热处理是机械制造过程中的重要工热处理是机械制造过程中的重要工序。序。正确理解热处理的技术条件，合理正确理解热处理的技术条件，合理安排零件的加工工艺路线，对于改善钢安排零件的加工工艺路线，对于改善钢的切削加工性能、保证零件的质量、满的切削加工性能、保证零件的质量、满足使用要求，具有重要意义。足使用要求，具有重要意义。2021/9/23711热处理的技术条件的标注热处理的技术条件的标注2热处理工序位置安排热处理工序位置安排（1）预先热处理）预先热处理（2）最终热处理）最终热处理2021/9/2372淬火件工序位置分整体淬火件和表面

27、淬火淬火件工序位置分整体淬火件和表面淬火件两种。件两种。整体淬火件加工路线一般为下料整体淬火件加工路线一般为下料锻造锻造退火（或正火）退火（或正火）粗加工、半精加工（留粗加工、半精加工（留磨削余量）磨削余量）淬火、回火（低、中温）淬火、回火（低、中温）磨磨削。削。2021/9/2373表面淬火件加工路线一般为下料表面淬火件加工路线一般为下料锻造锻造退火（或正火）退火（或正火）粗加工粗加工调质调质半精半精加工（留磨削余量）加工（留磨削余量）表面淬火、低温回表面淬火、低温回火火磨削。磨削。渗碳件加工路线一般为下料渗碳件加工路线一般为下料锻造锻造正正火火粗加工、半精加工（留防渗余量和镀粗加工、半精加

28、工（留防渗余量和镀铜）铜）渗碳渗碳淬火、低温回火淬火、低温回火磨削。磨削。2021/9/23743.4 3.4 常用非金属材料常用非金属材料3.4.1高分子材料高分子材料1塑料塑料塑料是以树脂（天然、合成）为主要塑料是以树脂（天然、合成）为主要成分，加入填充剂、增塑剂、稳定剂、着成分，加入填充剂、增塑剂、稳定剂、着色剂、润滑剂等制成的。色剂、润滑剂等制成的。常用的工程塑料的分类、特性和应用常用的工程塑料的分类、特性和应用如表如表3.20所示。所示。2021/9/2375分类方法分类方法类类 别别主主 要要 特特 性性应应 用用按应用按应用范围范围通用塑料通用塑料产量高、用途广、价格低产量高、用

29、途广、价格低用用于于制制造造日日常常生生活活用用品品、包包装装材材料料和和工工农农业业生生产产用用的的一一般般机机械械零零件件；常常用用的的有有聚聚乙乙烯烯、聚聚氯氯乙乙烯烯、聚聚苯苯乙乙烯烯、聚聚丙丙烯烯、酚醛塑料、氨基塑料等酚醛塑料、氨基塑料等工程塑料工程塑料在在工工程程技技术术中中作作结结构构材材料料。具具有有耐耐高高温温、耐腐蚀、耐辐射等特殊性能耐腐蚀、耐辐射等特殊性能可可部部分分代代替替金金属属，特特别别是是有有色色金金属属来来制制作作某某些些机机械械构构件件或或某某些些特特殊殊用用途途的的构构件件；常常用用的的有有聚聚酰酰胺胺（尼尼龙龙）、聚聚甲甲醛醛、ABS、有机玻璃等、有机玻璃

30、等特种塑料特种塑料耐高温、产量小、价格贵耐高温、产量小、价格贵具具有有特特殊殊性性能能和和特特种种用用途途，如如耐耐高高温温塑塑料、医用塑料等料、医用塑料等按热性能按热性能分类分类热塑性塑料热塑性塑料由由聚聚合合树树脂脂加加入入少少量量稳稳定定剂剂、润润滑滑剂剂制制成成。加加工工成成型型简简单单、力力学学性性能能较较高高，但但耐热差、刚性差耐热差、刚性差常常用用的的有有聚聚酰酰胺胺（尼尼龙龙）、聚聚乙乙烯烯、聚聚丙烯、丙烯、ABS塑料、聚甲醛、聚苯乙烯等塑料、聚甲醛、聚苯乙烯等热固性塑料热固性塑料大大多多以以缩缩聚聚树树脂脂为为基基础础，加加入入各各种种添添加加剂剂而而成成。耐耐热热性性高高，

31、受受热热不不易易变变形形，但但力学性能差力学性能差常常用用的的有有酚酚醛醛塑塑料料、氨氨基基塑塑料料、环环氧氧塑塑料等料等表表3.20常用的工程塑料的分类、特性和应用常用的工程塑料的分类、特性和应用2021/9/23762橡胶橡胶橡胶是一种有机高分子材料，是以生胶橡胶是一种有机高分子材料，是以生胶为主要原料，加适当的硫化剂、软化剂、填为主要原料，加适当的硫化剂、软化剂、填充剂等制成。充剂等制成。橡胶具有弹性好、易挠曲、绝缘性好、橡胶具有弹性好、易挠曲、绝缘性好、耐磨性好的优点，有隔音、吸振能力，有一耐磨性好的优点，有隔音、吸振能力，有一定的耐蚀性和强度，但易老化，可加入防老定的耐蚀性和强度，但

32、易老化，可加入防老化剂以延长和减轻老化。化剂以延长和减轻老化。常用橡胶的分类、特性和应用如表常用橡胶的分类、特性和应用如表3.21所示。所示。2021/9/2377分分 类类 方方 法法类类 别别主要特性及应用主要特性及应用按生胶来源按生胶来源天然橡胶天然橡胶属属于于天天然然树树脂脂，是是从从橡橡胶胶树树的的浆浆汁汁中中制制取取的的。它它的的抗抗拉拉强强度度与与回回弹弹性性比比多多数数合合成成橡橡胶胶好好、绝绝缘缘性性好好，但但耐耐热热性性、抗抗老老化化性性、耐耐介介质质性性等等较较差差。一一般般作作胶胶带带、电电线线、电电缆和轮胎等缆和轮胎等合成橡胶合成橡胶是是从从石石油油、天天然然气气、煤

33、煤和和农农副副产产品品中中提提炼炼制制得得的的合合成成产产物物，可可以以代代替替天天然然橡橡胶胶。常常用的有氯丁橡胶、丁苯橡胶、聚氨酯橡胶等用的有氯丁橡胶、丁苯橡胶、聚氨酯橡胶等按应用范围按应用范围通用橡胶通用橡胶常用的有天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶等常用的有天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶等特种橡胶特种橡胶能能在在特特殊殊条条件件下下（如如高高温温、低低温温、酸酸、碱碱、油油、辐辐射射等等）下下使使用用的的橡橡胶胶；常常用用的的有有乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶等乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶等表表3.21常用橡胶的分类、特性和应用常用橡胶的分类、特性和应用2021/9/23783胶粘剂胶粘剂胶粘剂（粘接剂

34、），它能把同种或胶粘剂（粘接剂），它能把同种或不同种的材料牢固黏合起来。不同种的材料牢固黏合起来。常用胶粘剂的分类、特性和应用如常用胶粘剂的分类、特性和应用如表表3.22所示。所示。2021/9/2379类类 别别名名 称称用用 途途天然胶粘剂天然胶粘剂天然胶粘剂天然胶粘剂如松香等，应用范围不如合成胶粘剂如松香等，应用范围不如合成胶粘剂合成胶粘剂合成胶粘剂环环氧氧胶胶粘粘剂剂（又又称称万万能胶）能胶）广广泛泛应应用用于于船船舶舶、机机械械、电电子子仪仪表表、化化工工、宇宇航工业等航工业等聚聚氨氨酯酯胶胶粘粘剂剂（又又称称乌利当）乌利当）用于液氮等低温设备的粘接用于液氮等低温设备的粘接特种胶粘剂

35、特种胶粘剂电电子子工工业业、宇宇航航中中具具有有特特殊殊性性能能要要求求的的零零部部件件的胶接的胶接表表3.22 常用胶粘剂的分类、特性和应用常用胶粘剂的分类、特性和应用2021/9/23803.4.2陶瓷材料陶瓷材料陶瓷是以天然硅酸盐或人工合成无机化陶瓷是以天然硅酸盐或人工合成无机化合物为原料，用粉末冶金法生产的无机非合物为原料，用粉末冶金法生产的无机非金属材料。金属材料。陶瓷材料是无机非金属材料的统称，包陶瓷材料是无机非金属材料的统称，包括陶瓷、玻璃、瓷器、搪瓷、耐火材料等。括陶瓷、玻璃、瓷器、搪瓷、耐火材料等。它与金属材料、高分子材料一起被称为它与金属材料、高分子材料一起被称为3大固体工

36、程材料。大固体工程材料。2021/9/2381陶瓷具有熔点高、硬度高、化学稳陶瓷具有熔点高、硬度高、化学稳定性好、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、绝定性好、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、绝缘等特点，有些陶瓷材料还具有导电、缘等特点，有些陶瓷材料还具有导电、导磁性能。导磁性能。陶瓷按原料不同分为普通陶瓷和特陶瓷按原料不同分为普通陶瓷和特种陶瓷；按用途不同分为日用陶瓷和工种陶瓷；按用途不同分为日用陶瓷和工业陶瓷。业陶瓷。常用陶瓷的加工方法、特性和应用常用陶瓷的加工方法、特性和应用如表如表3.23所示。所示。2021/9/23822021/9/23833.4.3复合材料复合材料高分子材料、陶瓷材料和金属材料在使用

37、上各高分子材料、陶瓷材料和金属材料在使用上各有优点和不足，因此它们也有各自适用的范围。有优点和不足，因此它们也有各自适用的范围。随着科技的发展，机械工程材料对材料提出了随着科技的发展，机械工程材料对材料提出了新的性能要求，而使用单一材料已难以满足这些新新的性能要求，而使用单一材料已难以满足这些新的使用性能，所以就出现了复合材料。的使用性能，所以就出现了复合材料。复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料，经人工组合而成的新型多相材料。料，经人工组合而成的新型多相材料。2021/9/2384复合材料的种类很多，按基体材料分，有金复合材料的种类很多，按基体材

38、料分，有金属基、聚合物基、陶瓷基复合材料；按增强材料属基、聚合物基、陶瓷基复合材料；按增强材料形状分，有颗粒状、纤维状、层状等复合材料；形状分，有颗粒状、纤维状、层状等复合材料；按使用目的分有结构和功能复合材料。按使用目的分有结构和功能复合材料。复合材料可根据使用性能和环境要求，来选复合材料可根据使用性能和环境要求，来选择不同的基体和增强材料以及制造工艺，而获得择不同的基体和增强材料以及制造工艺，而获得特定性能。特定性能。常用复合材料的特性和应用如表常用复合材料的特性和应用如表3.24所示。所示。2021/9/2385类类 别别加加 工工 方方 法法主要特性及应用主要特性及应用纤维复合材料纤维

39、复合材料大大部部分分是是由由纤纤维维和和树树脂脂复复合合而而成成，可可分分为为玻玻璃璃纤纤维维复复合合，碳碳纤纤维维、芳芳纶纶纤纤维维、碳化硅纤维、晶须碳化硅纤维、晶须用用玻玻璃璃纤纤维维增增强强的的热热固固性性塑塑料料（称称玻玻璃璃钢钢），具具优优良良的的综综合合性性能能，在在国国防防、汽汽车车、化化工工、航航空空等等方方面面应应用用广广泛泛；碳碳纤纤维维、芳芳纶纶纤纤维维、碳碳化化硅硅纤纤维维复复合合材材料料比比强强度度大大、耐耐磨磨、自自润润滑滑性性能能好好，可可用用于于航航空空、原原子子能能工工业业中中的的压压气气机机叶叶片片，发发动动机机壳壳体体、齿齿轮轮等等；晶晶须须复复合合材材料

40、料具具有有强强度度高高的的特特点点，可可用用于于涡涡轮轮叶叶片片等等层叠复合材料层叠复合材料将两种以上的材料层叠而成将两种以上的材料层叠而成如如塑塑料料复复层层是是在在普普通通钢钢板板或或铝铝材材叠叠一一层层塑塑料料，耐耐腐腐蚀蚀好好，可可用用于于化化工工、食食品品工工业业等等，如如铝铝塑塑管管材材等等；玻玻璃璃复复层层是是把把两两层层玻玻璃璃板板之之间间夹夹一一层层聚聚乙乙烯烯醇醇缩缩丁丁醛，可作安全玻璃使用醛，可作安全玻璃使用骨架复合材料骨架复合材料包括多孔浸渍材料和夹层结构材料包括多孔浸渍材料和夹层结构材料多多孔孔材材料料浸浸渍渍低低摩摩擦擦因因数数的的油油脂脂或或氟氟塑塑料料，可可作作

41、轴轴承承；夹夹层层结结构构材材料料质质轻轻、抗抗弯弯强强度度大大，可可制制作作大大电电动机罩、门板、飞机机翼等动机罩、门板、飞机机翼等颗粒复合材料颗粒复合材料颗粒间的复合颗粒间的复合一一种种是是金金属属粒粒与与塑塑料料复复合合，如如高高含含量量铅铅粉粉的的塑塑料料，可可作作隔隔音音材材料料；铜铜粉粉加加氟氟塑塑料料，可可作作轴轴承承材材料料；另另一一种种是是陶陶瓷瓷粒粒与与金金属属复复合合，如如氧氧化化物物金金属属陶陶瓷瓷，可可作高速切削刀具作高速切削刀具表表3.24常用复合材料的特性和应用常用复合材料的特性和应用2021/9/23863.5 3.5 新材料简介新材料简介3.5.1新型的高温材

42、料新型的高温材料1高温合金高温合金2弥散强化合金弥散强化合金3难熔合金难熔合金4陶瓷材料陶瓷材料2021/9/23873.5.2形状记忆材料形状记忆材料1形状记忆材料工程方面应用形状记忆材料工程方面应用2形状记忆材料在医学方面应用形状记忆材料在医学方面应用2021/9/23883.5.3超导材料超导材料1超导材料的分类超导材料的分类（1）超导元素）超导元素（2）合金材料）合金材料（3）超导化合物）超导化合物（4）超导陶瓷）超导陶瓷2超导材料的应用超导材料的应用2021/9/23893.5.4非晶态材料非晶态材料1非晶态材料的特性非晶态材料的特性（1）力学性能具有高的强度和硬度。）力学性能具有高

43、的强度和硬度。（2）耐蚀性非晶态合金具有很强的耐腐）耐蚀性非晶态合金具有很强的耐腐蚀能力。蚀能力。2021/9/2390（3）电性能与晶态合金相比，非晶态合）电性能与晶态合金相比，非晶态合金的电阻率显著增高（金的电阻率显著增高（23倍）。倍）。（4）软磁性非晶态合金磁性材料具高导）软磁性非晶态合金磁性材料具高导磁率、高磁感、低铁损和低矫顽力等特磁率、高磁感、低铁损和低矫顽力等特性，且无磁各向异性。性，且无磁各向异性。2非晶态材料的应用非晶态材料的应用2021/9/23913.5.5纳米材料纳米材料1纳米材料的分类纳米材料的分类纳米材料的分类方法有很多，常见纳米材料的分类方法有很多，常见纳米材料

44、的分类形式如表纳米材料的分类形式如表3.25所示。所示。2021/9/2392分分 类类 方方 式式类类 别别按纳米颗粒结构状态按纳米颗粒结构状态纳米晶体材料纳米晶体材料纳米非晶态材料纳米非晶态材料按材料性质按材料性质纳米金属材料纳米金属材料纳米陶瓷材料纳米陶瓷材料纳纳米米复复合合高高分分子子材材料料（纳纳米米塑塑料料、纳纳米米橡橡胶胶、纳纳米米胶胶粘粘剂剂、纳纳米米涂涂料料、纳纳米纤维）米纤维）按组成相数量按组成相数量纳米相材料（由单相微粒构成的固体）纳米相材料（由单相微粒构成的固体）纳米复相材料（每个纳米微粒本身由两相构成）纳米复相材料（每个纳米微粒本身由两相构成）表表3.25纳米材料分类

45、的常见形式纳米材料分类的常见形式2021/9/23932纳米材料的特性纳米材料的特性运用纳米技术，将物质加工到运用纳米技术，将物质加工到100nm以下以下尺寸时，由于它的尺寸已接近光的波长，加上尺寸时，由于它的尺寸已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，如熔点、磁性、导热、导电特性等，往往性，如熔点、磁性、导热、导电特性等，往往产生既不同于微观原子、分子，也不同于该物产生既不同于微观原子、分子，也不同于该物质在整体状态时所表现的宏观性质，也即纳米质在整体状态时所表现的宏观性质，也即纳米材料表现出物质的超常规特性，主要有材料表现出物

46、质的超常规特性，主要有4个方面个方面（见表（见表3.26）。）。2021/9/2394分分 类类 方方 式式类类 别别体积效应（小尺寸体积效应（小尺寸效应）效应）当当粒粒径径减减小小到到一一定定值值时时，纳纳米米材材料料的的许许多多物物性性都都与与颗颗粒粒尺尺寸寸有有敏敏感感的的依依赖赖关关系系，表表现现出出奇奇异异的的小小尺尺寸寸效效应应。如如，对对于于粗粗晶晶状状态态下下难难以以发发光光的的半半导导体体Si、Ge等等，当当其其粒粒径径减减小小到到纳纳米米量量级级时时会会表表现现出出明明显显的的可可见见光光发发光光现现象象，并并随随着着粒粒径径的的进进一一步步减减小小，发发光光强强度度逐逐渐

47、渐增增强强，发发光光光光谱谱逐逐渐渐蓝蓝移移；又又如如，在在纳纳米米磁磁性性材材料料中中，随随着着晶晶粒粒尺尺寸寸的的减减小小，样样品品的的磁磁有有序序状状态态将将发发生生本本质质的的变变化化，粗粗晶晶状状态态下下为为铁铁磁磁性性的的材材料料，当当颗颗粒粒尺尺寸寸小小于于某某一一临临界界值值时时可可以以转转变变为为超超顺顺磁磁状状态态，当当金金属属颗颗粒粒减减小小到到纳纳米米量量级级时时，电电导导率率已已降降得得非非常常低低，这这时时原原来来的的良良导导体体实实际际上上会会转转变变成绝缘体成绝缘体表面与界面效应表面与界面效应粒粒子子的的尺尺寸寸越越小小，表表面面积积越越大大。纳纳米米材材料料中

48、中位位于于表表面面的的原原子子占占相相当当大大的的比比例例，随随着着粒粒径径的的减减小小，引引起起表表面面原原子子数数迅迅速速增增加加。如如粒粒径径为为10nm时时，比比表表面面积积为为90m2/g；粒粒径径为为5nm时时，比比表表面面积积为为180m2/g；粒粒径径小小到到2nm时时，比比表表面面积积猛猛增增到到450m2/g。这这样样高高的的比比表表面面，使使处处于于表表面面的原子数越来越多，使其表面能、表面结合能迅速增加致使它表现出很高的粒子化学性的原子数越来越多，使其表面能、表面结合能迅速增加致使它表现出很高的粒子化学性量子尺寸效应量子尺寸效应当当粒粒子子尺尺寸寸下下降降到到最最低低值

49、值时时，费费米米能能级级附附近近的的电电子子能能级级由由准准连连续续变变为为离离散散能能级级现现象象称称为为量量子子尺尺寸寸效效应应。1993年年，美美国国贝贝尔尔实实验验室室在在硒硒化化镉镉中中发发现现，随随着着粒粒子子尺尺寸寸的的减减小小，发发光光的的颜颜色色从从红红色色变变成成绿绿色色进进而而变变成成蓝蓝色色，有有人人把把这这种种发发光光带带或或吸吸收收带带由由长长波波长长移移向向短短波波长长的的现现象象称称为为“蓝移蓝移”宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应微微观观粒粒子子具具有有贯贯穿穿势势垒垒的的能能力力称称为为隧隧道道效效应应。用用此此概概念念可可定定性性地地解解释释超超细细镍镍微微

50、粒粒在在低低温温下下继继续续保保持持超超顺顺磁磁性性。科科学学工工作作者者通通过过实实验验证证实实了了在在低低温温下下确确实实存存在在磁磁的的宏宏观观量量子子隧隧道道效效应应。这这一一效效应应与与量量子子尺尺寸寸效效应应一一起起，确确定定了了微微电电子子器器件件进进一一步步微微型型化化的的极极限限，也也限限定定了了采采用用磁磁带带磁磁盘进行信息储存的最短时间盘进行信息储存的最短时间表表3.26纳米材料的四个超常规特性纳米材料的四个超常规特性2021/9/23953纳米材料的应用纳米材料的应用（1）医药）医药（2）电子计算机和电子工业）电子计算机和电子工业（3）环境保护）环境保护（4）纺织工业）