§2-4其他工程材料及应用

第2章机械工程材料§2-4其他工程材料及应用金属材料黑色金属有色金属铸铁碳钢合金钢铝合金铜合金其它有色金属非金属材料高分子材料陶瓷材料复合材料塑料橡胶合成纤维工程材料的分类一、有色金属及硬质合金§2-4其他工程材料及应用常用的有色金属有铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金、轴承合金等。1、有色金属——指黑色金属（钢铁）以外的所有金属及其合金，也称为非铁金属。（1）铜及铜合金①纯铜铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。纯铜呈紫红色，又称为紫铜。②铜合金常用的铜合金可分为：黄铜、青铜和白铜。普通黄铜特殊黄铜常用牌号1)黄铜——以锌为主加元素的铜合金。黄铜①普通黄铜牌号：HH62：“黄”字汉语拼音首字母表示平均含铜量为62%的普通黄铜。平均含铜量的百分数H80、H70、H68：H59、H62：适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等；适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等②特殊黄铜加入的合金元素有锡、硅、锰、铅和铝等，分别称为锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铅黄铜、铝黄铜等。——在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的合金。特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。主加元素符号（除锌外）铜的百分数HPb59-1：表示平均含铜量为59%、含铅量为1%的特殊黄铜。特殊黄铜的牌号主加元素含量的百分数H元素符号数字-数字常用牌号有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、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。2)青铜常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。——除黄铜和白铜外的其他铜合金。牌号：Q元素符号数字-数字“青”字汉语拼音首字母例：QSn4-3平均含锡量为4%平均含锌量为3%青铜余量为铜①锡青铜是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为3~14%。锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小。锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。锡青铜管船用青铜软管快速接头阀(锡青铜阀体、阀盖)②铝青铜以铝为主加元素的铜合金，铝含量为5~11%。强度、硬度、耐大型水力发电设备中的抗磨环磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。③铍青铜以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.7~2.5%。具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。铍青铜制品常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等。用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件。3)白铜白铜可分普通白铜和特殊白铜。——以镍为主要合金元素的铜合金。牌号：B数字B5：常用牌号有B5、B19等。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换器等.镍的平均百分含量具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。白铜表示平均含镍量为5%的白铜。①普通白铜:白铜件——在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械等。康铜热偶白铜型材②特殊白铜:（2）铝及铝合金①纯铝铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。纯铝具有银白色金属光泽，密度小，熔点低,导电、导热性能优良；耐大气腐蚀，易于加工成形；无磁性。②铝合金铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。铝合金制造的机翼铝合金波纹管铝合金制品铝是可以回收利用的金属防锈铝合金：LF+序号硬铝合金：LY+序号超硬铝合金：LC+序号锻铝合金：LD+序号铝合金的分类及旧牌号(1)变形铝合金①防锈铝合金——主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。卫星天线（LF2）Mn和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。汽化器(热交换管为LF21)常用的Al-Mn系合金有LF21（3A21），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5（5A05），其密度比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。②硬铝合金——主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等。飞机翼梁(腹板为硬铝合金)③超硬铝合金——属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。热态塑性好，但耐蚀性差。飞机主起落架常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机大梁、起落架等。④锻铝合金可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等.压气机叶片常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。美F-117隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金)（2）铸造铝合金包括：Al-Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号①Al-Si系铸造铝合金（硅铝明）ZL102(ZAlSi12)是含有12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明。加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。活塞(裙部为铝硅合金)用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。②Al-Cu系铸造铝合金这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。汽缸头常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。③Al-Mg系铸造铝合金这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐热性低。常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等。主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机密封件等(ZL102、301)④Al-Zn系铸造铝合金这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。大型空压机活塞(ZL401)常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等。主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。2、硬质合金——将难熔的碳化钨或碳化钨与碳化钛等金属碳化物为基体，并加入钴作为粘结剂混合，加压成形后烧结而成的一种粉末冶金材料。特点：（一）硬度高、热硬性好。（二）抗压强度高。（三）耐蚀性和抗氧化性好。（四）线膨胀系数小，电导率和热导率与铁合金相近。钨钴类硬质合金:（P）钨钴钛类硬质合金:(M)通用硬质合金:(K)分类主要用于做切削脆性材料的刀具主要用于做高速切削韧性材料的刀具主要用于做耐热钢、高锰钢不锈钢等难加工钢材的刀具硬质合金的分类二、工程塑料塑料是在玻璃态下使用的高分子材料。在一定温度、压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。1、工程塑料概述⑴塑料的组成塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂。树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。塑料制品添加剂：是为改善塑料某些性能而加入的物质。填料：主要起增强作用；增塑剂：用于提高树脂的可塑性和柔软性；固化剂：使热固性树脂由线型结构转变为体型结构；稳定剂：用于防止塑料老化，延长其使用寿命；润滑剂：防止塑料加工时粘在模具上,使制品光亮；着色剂：用于塑料制品着色。其他的还有发泡剂、催化剂、阻燃剂、抗静电剂等。添加剂⑵塑料的分类按树脂受热时行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。通用塑料产量大、价格低、用途广。工程塑料力学性能高，耐热、耐蚀性能好。特种塑料是指具有某些特殊性能如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合。热固性塑料制品⑶塑料的性能特点塑料的优点：相对密度小(一般为0.9~2.3)；耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好；有消音吸振性能。塑料的缺点：刚性差(为钢铁材料的1/100~1/10)，强度低；耐热性差、热膨胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数小(只有金属的1/200~1/600)；蠕变温度低、易老化。2、常用工程塑料⑴一般结构用塑料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。聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。ABS塑料“坚韧、质硬、刚性”，应用广泛。PE波纹管PP方向盘ABS阀门PS管聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件。聚甲醛具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、化工、电气仪表、农机等工业。尼龙管件PC挡风板聚碳酸酯具有优良的机械性能，透明无毒，应用广泛。⑵摩擦传动零件用塑料包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件聚四氟乙烯俗称“塑料王”，具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，摩擦系数极低，只有0.04。缺点是强度低、加工性差。主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。⑶耐蚀用塑料耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚四氟乙烯，但工艺性比聚四氟乙烯好，成本低。在化学工业和机电工业获得广泛应用，如化工设备零件、管道、衬里等。氯化聚醚防腐蝶阀⑷耐高温件用塑料有聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚酰亚胺(PI)及氟塑料等。聚砜的热稳定性高是其聚酰亚胺层压板最突出的特点。使用温度达150~174℃。用于机械设备等工业。聚苯醚具有良好的综合性能,用于机电等方面。聚酰亚胺在260℃下可长期使用。主要用于特殊条件下使用的精密零件。⑸热固性塑料热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如插座、开关等），耐热绝缘部件及各种结构件。电器配件三、合成橡胶橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。1、橡胶的组成和性能特点工业用橡胶由生胶和橡胶配合剂组成。生胶无配合剂并未经硫化。橡胶配合剂有硫化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。橡胶最大的特点是高弹性。橡胶有储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。2、常用合成橡胶合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶，前者主要用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置等；后者主要用于高低温、强腐蚀、强辐射等特殊环境下工作的橡胶制品。密封圈胶管轮胎工业上