《機(jī)械工程材料 第7、8、9章 有色金屬 非金屬 工程材料的選用》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械工程材料 第7、8、9章 有色金屬 非金屬 工程材料的選用（58頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、鋁及鋁合金銅及銅合金軸承合金粉末冶金l在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。 純鋁純鋁具有具有銀白色銀白色金屬光澤，密度小，金屬光澤，密度小，熔點(diǎn)低熔點(diǎn)低(660.4), (660.4), 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。優(yōu)良。 耐大氣腐蝕，易于加工成形耐大氣腐蝕，易于加工成形 ，無磁，無磁性。性。鋁合金制造的機(jī)翼鋁合金制造的機(jī)翼7-1鋁合金鋁合金既具有高強(qiáng)度既具有高強(qiáng)度，又保持純鋁的優(yōu)良特性又保持純鋁的優(yōu)良特性 。 鋁合金常加入的元素主要有鋁合金常加入的元素主要有CuCu、MnMn、SiSi、MgMg、ZnZn等，等，此外還有此

2、外還有CrCr、NiNi、TiTi、Zr Zr 等輔加元素。等輔加元素。 7-1 牌號表示牌號表示: : 防銹鋁合金：防銹鋁合金：LF+LF+序號序號 硬鋁合金：硬鋁合金： LY +LY +序號序號 超硬鋁合金：超硬鋁合金：LC +LC +序號序號 鍛鋁合金：鍛鋁合金： LD +LD +序號序號7-1美美F-117F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)隱身戰(zhàn)斗機(jī)（洛克希德）（洛克希德）( (所用材料大部分是鋁合金所用材料大部分是鋁合金) )7-1 純銅純銅呈呈紫紅色紫紅色，故又稱紫銅。，故又稱紫銅。 純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性 在大氣、淡水、冷凝水中有良好的耐蝕性，塑性好。在大氣、

3、淡水、冷凝水中有良好的耐蝕性，塑性好。 7-2 銅合金常加元素為銅合金常加元素為ZnZn、SnSn、AlAl、MnMn、NiNi、FeFe、BeBe、TiTi、ZrZr、CrCr等，既提高了強(qiáng)度，又保持了純銅特性等，既提高了強(qiáng)度，又保持了純銅特性. . 銅合金分為銅合金分為黃銅、白銅黃銅、白銅、青銅、青銅三大類。三大類。銅管銅管銅與黃銅帶銅與黃銅帶7-2黃銅黃銅 以以鋅鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。 黃銅棒黃銅棒7-2 黃銅塑性好黃銅塑性好 適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。汽車機(jī)油泵襯套汽車機(jī)油泵襯套7-2 有

4、較高的抗腐蝕性、優(yōu)良的冷熱加工性能。有較高的抗腐蝕性、優(yōu)良的冷熱加工性能。 用于在蒸汽、海水環(huán)境下工作的精密機(jī)械、儀表零件、用于在蒸汽、海水環(huán)境下工作的精密機(jī)械、儀表零件、冷凝器、蒸餾器、熱交換器等冷凝器、蒸餾器、熱交換器等. . 白銅白銅l以以鎳鎳為主要合金元素的銅合金為主要合金元素的銅合金7-2青銅青銅 除黃銅和白銅外的其他銅合金 常用青銅：錫錫青銅、鋁鋁青銅、鈹鈹青銅、硅青銅、鉛青銅。 青銅制品青銅制品7-21 1、錫青銅、錫青銅 以以錫錫為主的銅合金，錫含量一般為為主的銅合金，錫含量一般為314%314%。 錫青銅有很好的力學(xué)性能、鑄造性能、耐腐錫青銅有很好的力學(xué)性能、鑄造性能、耐腐蝕

5、性、減摩性，用于制造耐磨、耐腐蝕零件，蝕性、減摩性，用于制造耐磨、耐腐蝕零件，如蝸輪、軸瓦等。如蝸輪、軸瓦等。 錫青銅錠錫青銅錠錫青銅管錫青銅管船用青銅軟管快速接頭閥船用青銅軟管快速接頭閥( (錫青銅閥體、閥蓋錫青銅閥體、閥蓋) )7-22 2、鋁青銅、鋁青銅 以以鋁鋁為主加元素的銅合金，為主加元素的銅合金，鋁含量為鋁含量為511%511%。 強(qiáng)度、硬度、耐強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐熱磨性、耐熱性及性及耐蝕性耐蝕性高于黃銅和錫青高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性銅，鑄造性能好，但焊接性能差。能差。 l用于制造船舶、飛機(jī)及儀器中的高強(qiáng)、耐磨、耐蝕件，用于制造船舶、飛機(jī)及儀器中的高強(qiáng)、耐磨、耐蝕件

6、，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳。如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳。7-23 3、鈹青銅、鈹青銅 以以鈹鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為為主加元素的銅合金，鈹含量為1.72.5%1.72.5%。 具有高的強(qiáng)度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導(dǎo)電性、具有高的強(qiáng)度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能，但導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價格較貴價格較貴. .鈹青銅制鈹青銅制品品7-2 制造制造滑動軸承滑動軸承的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金。的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金。7-3 1 1、錫基軸承合金、錫基軸承合金 是以錫為主，并加入少量銻、銅等元素組成的合金，熔點(diǎn)較低。是以錫為主

7、，并加入少量銻、銅等元素組成的合金，熔點(diǎn)較低。ZSnSb11Cu6ZSnSb11Cu6合金的顯微組織合金的顯微組織 7-3 錫基軸承合金錫基軸承合金具有較高的耐磨性、導(dǎo)熱性、耐蝕性、嵌藏性，摩擦具有較高的耐磨性、導(dǎo)熱性、耐蝕性、嵌藏性，摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小，系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小， 但疲勞強(qiáng)度較低，工作溫度不超過但疲勞強(qiáng)度較低，工作溫度不超過 150 150 ，價格高。，價格高。巴氏合金軸瓦巴氏合金軸瓦l廣泛用于廣泛用于重型動力機(jī)械重型動力機(jī)械，如氣輪機(jī)、渦輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等大型機(jī)器的，如氣輪機(jī)、渦輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等大型機(jī)器的高速軸瓦。高速軸瓦。 7-3 2 2、鉛基軸承合金、鉛基軸承合金 是以鉛為主，

8、加入少量銻、錫、銅等元素的合金。是以鉛為主，加入少量銻、錫、銅等元素的合金。ZPbSb16Sn16Cu2ZPbSb16Sn16Cu2合金的顯微組織合金的顯微組織( + + ) )共晶基體共晶基體+ +方塊狀方塊狀SnSb+SnSb+針狀針狀CuCu3 3SnSn 7-3 鉛基軸承合金鉛基軸承合金的強(qiáng)度、硬度、耐蝕性、導(dǎo)熱性都不如錫基的強(qiáng)度、硬度、耐蝕性、導(dǎo)熱性都不如錫基軸承合金，但其軸承合金，但其成本低成本低，高溫強(qiáng)度好，有，高溫強(qiáng)度好，有自潤滑性自潤滑性。l常用于常用于低速低速、低載低載條件下條件下工作的設(shè)備工作的設(shè)備l如汽車、拖拉機(jī)曲軸的如汽車、拖拉機(jī)曲軸的軸承等。軸承等。 內(nèi)燃機(jī)軸瓦內(nèi)燃

9、機(jī)軸瓦7-37-4 硬質(zhì)合金（刀具、模具、量具）硬質(zhì)合金（刀具、模具、量具） 粉末冶金減磨減磨材料 粉末冶金結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)材料 粉末冶金摩擦摩擦材料塑料、橡膠陶瓷、金剛石超導(dǎo)、納米、復(fù)合工程塑料8-18-18-18-18-18-18-18-1橡膠在室溫下富有彈性、絕緣性、不透水和空氣彈性、絕緣性、不透水和空氣的材料，在很小的外力作用下能產(chǎn)生較大形變，除去外力后能恢復(fù)原狀。 天然橡膠天然橡膠是從橡膠樹、橡膠草等植物中提取膠質(zhì)后加工制成。 合成橡膠合成橡膠則經(jīng)聚合反應(yīng)而得，是具有可逆形變的高彈性聚合物材料。橡膠制品廣泛應(yīng)用于工業(yè)或生活各方面。8-18-1普通陶瓷普通陶瓷： 由黏土、石英黏土、石英等天然材

10、料，粉碎燒結(jié)而成，日用品、高低壓電器等。特種陶瓷特種陶瓷： 由氧化鋁、氮化硅、氮化硼氧化鋁、氮化硅、氮化硼等材料制成，化工、冶金、能源、電子、機(jī)械等一些新技術(shù)中，例如機(jī)械動密封中的動環(huán)、靜環(huán)。（空間技術(shù)、軍事技術(shù)中也有用到）8-28-2新型功能陶瓷材料： 導(dǎo)電陶瓷、壓電陶瓷、磁性陶瓷、光學(xué)陶瓷。8-2 由兩種或兩種以上不同化學(xué)性質(zhì)或不同組織結(jié)構(gòu)的材料，用某種工藝方法經(jīng)人工組合而成的多相合成材料。 兼有各種組成材料的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。8-38-38-38-3新型工程材料 金剛石材料金剛石材料 超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料 納米材料納米材料 石墨烯石墨烯 記憶合金 儲氫材料 非晶態(tài)合金與微晶合金（金屬玻璃、增強(qiáng)纖維

11、） 超高溫超低溫材料、超硬材料、膨脹材料、減振材料。8-4金剛石材料金剛石材料: :金剛石屬于碳的一種單質(zhì)金剛石屬于碳的一種單質(zhì)純凈的金剛石是無色、透明、正八面體形狀的固體。純凈的金剛石是無色、透明、正八面體形狀的固體。加工琢磨后璀璨奪目有光澤，可做鉆石。加工琢磨后璀璨奪目有光澤，可做鉆石。加工前加工后金剛石是天然最硬最硬的物質(zhì)8-4玻璃刀上的金剛石可以裁玻璃金剛石材料金剛石材料8-41.靜壓觸媒法靜壓觸媒法在金剛石熱力學(xué)穩(wěn)定的條件下，在恒定的超高壓高溫和觸媒參與的條件下合成金剛石的方法。2.動壓法動壓法爆炸法，其溫度條件與不用觸媒的靜壓法相似（壓力一般在20Gpa以上），但產(chǎn)生高溫高壓的方法

12、不同，不是用壓機(jī)，而是用炸藥。3.亞穩(wěn)態(tài)生長法亞穩(wěn)態(tài)生長法在金剛石亞穩(wěn)態(tài)的壓力溫度條件下的生長方法。 這種方法不需要高壓，往往是在常壓或負(fù)壓（真空）下進(jìn)行。單晶金剛石的制造工藝8-4人造聚晶金剛石（PCD） 在高溫（約1800）、高壓（5-6MPa）下，大理石鋸片利用鈷鈷等金屬粘粘接劑接劑將許多金剛石單晶粉聚晶成多晶體材料，其硬度稍低于單晶金剛石。 PCDPCD刀具刀具比天然金剛石抗沖擊抗沖擊、抗振抗振性能高，適合于加工有色金屬、非金屬，如鋁、銅、金、銀、鉑及其合金、高硅鋁合金高硅鋁合金、陶瓷、碳纖維碳纖維、橡膠、塑料等。 同天然金剛石一樣不適合加工鋼和鑄鐵不適合加工鋼和鑄鐵（金剛石和鐵的親和

13、力太強(qiáng)）8-4超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料： 1908年H.K.Onnes（荷蘭科學(xué)家 翁納斯）成功的制取了液態(tài)液態(tài)氮氮，獲得了4.2K4.2K的低溫的低溫。 1911年他發(fā)現(xiàn)水銀水銀Hg的電阻在4.2K（-269）附近突然降到0，與正常金屬電阻隨溫度的變化規(guī)律截然不同，這種0電阻現(xiàn)象稱為超導(dǎo)超導(dǎo)電現(xiàn)象電現(xiàn)象。 超導(dǎo)態(tài)的另一個現(xiàn)象是抗磁性抗磁性！利用其可實(shí)現(xiàn)磁懸浮，把磁鐵放在超導(dǎo)盤上，由于超導(dǎo)盤把磁感應(yīng)線排斥出去，出現(xiàn)懸浮狀態(tài)。 在工程技術(shù)中，利用其能實(shí)現(xiàn)磁懸浮列車磁懸浮列車，速度可達(dá)500500公里公里/ /小時小時。（西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)1994年成功研制出超導(dǎo)磁懸浮列車）8-48-48-4納米材

14、料納米材料： 是指尺寸小于小于100nm100nm（0.1-100nm）的超細(xì)顆粒構(gòu)成的具有小尺寸效應(yīng)的零維、一維、二維、三維材料的總稱。 納米材料的概念形成于8080年代年代，由于納米材料表現(xiàn)出的特異光、電、磁、熱、力學(xué)、機(jī)械性能光、電、磁、熱、力學(xué)、機(jī)械性能，使得納米技術(shù)迅速的滲透到各個領(lǐng)域。8-48-48-4石墨烯石墨烯（Graphene） 石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來革命性革命性的材料。 英國曼徹斯特大學(xué)英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈安

15、德烈蓋姆蓋姆和康斯坦丁康斯坦丁諾沃肖洛夫諾沃肖洛夫，用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，共同獲得20102010年諾貝爾物理學(xué)獎年諾貝爾物理學(xué)獎。 20182018年年3 3月月3131日日，中國首條全自動量產(chǎn)石墨烯有機(jī)太陽能光電子器件生產(chǎn)線在山東菏澤啟動，該項(xiàng)目主要生產(chǎn)可在弱光下發(fā)電的石墨烯有機(jī)太陽能電池石墨烯有機(jī)太陽能電池，破解了應(yīng)用局限、對角度敏感、不易造型這三大太陽能發(fā)電難題。一種由碳原子以sp雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格蜂巢晶格的二維碳納米二維碳納米材料。8-4石墨烯的應(yīng)用：石墨烯的應(yīng)用： 電化學(xué)傳感器電化學(xué)傳感器：檢測多巴胺、葡萄糖等 晶體管晶體管：相比于硅具有高度穩(wěn)定性，極高

16、的工作頻率 柔性顯示屏柔性顯示屏 新能源電池新能源電池：解決新能源汽車電池的容量不足、充電時間長的問題 海水淡化海水淡化：石墨烯薄膜淡化海水 儲氫材料：儲氫材料：質(zhì)量輕、高化學(xué)穩(wěn)定性、高比表面積 航空航天：航空航天：高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄 感光元件：感光元件：監(jiān)視器、衛(wèi)星成像、照相機(jī)、手機(jī) 復(fù)合材料：復(fù)合材料：石墨烯納米材料、石墨烯碳纖維材料 生物：生物：加速人類骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化8-4零件的失效選材三原則典型零件材料的選用9-1一、失效及其形式一、失效及其形式1.斷裂2.過量變形3.表面損傷二、失效原因二、失效原因1.設(shè)計(jì)不合理2.選材不合理3.加工工藝不當(dāng)4.安裝使用不正確9-2

17、一、選材的使用性原則 在機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，選擇零件材料的主要依據(jù)是: 零件的零件的工作條件、預(yù)期壽命工作條件、預(yù)期壽命 從零件的工作條件、預(yù)期壽命中找出對材料力學(xué)性能的要求， 這是材料選擇的基本出發(fā)點(diǎn)。 二、選材的工藝性原則切削加工性能 對于很多零件，毛坯成形后還需要進(jìn)行切削加工。 選材時需考慮切削加工性，以達(dá)到所要求的零件表面粗糙度、尺寸精度。熱處理工藝性能 重要的零件都要進(jìn)行熱處理，選材時需考慮材料的熱處理性能。 例如，零件的整個斷面都需要淬火的重要軸類，在選擇材料時，就需要選擇淬透性好的材料；成形工藝性能（鑄、鍛、焊等） 材料都需要成形才成為零件，材料滿足成形工藝性能將是非常重要的。9-2三、選料的經(jīng)濟(jì)性原則 在滿足零件使用性能的前提下， 選材時應(yīng)考慮盡量降低零件的材料費(fèi)用。 零件的總成本與零件的壽命、質(zhì)量、加工費(fèi)用、維修費(fèi)用、材料價格有關(guān)。9-29-3二、軸軸類零件的選材 鍛造鍛造或軋制的低、中碳鋼 合金鋼 球墨鑄鐵 普通碳素鋼一、齒輪齒輪類零件的選材 鍛鋼鍛鋼 鑄鋼 鑄鐵 有色金屬 非金屬三、箱座箱座類零件的選材 鑄鋼 鋼板焊接鋼板焊接 灰鑄鐵灰鑄鐵 鑄造鋁合金 工程塑料