1、7,第七章 有色金属与粉末冶金材料,铝及铝合金 铜及铜合金 轴承合金 粉末冶金,SEVEN,有色金属,在工业生产中，通常把非铁金属及其合金称为有色金属。,铝及铝合金,纯铝具有银白色金属光泽，密度小，熔点低(660.4), 导电、导热性能优良。 耐大气腐蚀，易于加工成形 ，无磁性。,铝合金制造的机翼,铝及铝合金,7-1,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。,铝及铝合金,7-1,牌号表示: 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
2、,铝及铝合金,7-1,美F-117隐身战斗机 （洛克希德）(所用材料大部分是铝合金),铝及铝合金,7-1,铜及铜合金,纯铜呈紫红色，故又称紫铜。 纯铜具有优良的导电性、导热性 在大气、淡水、冷凝水中有良好的耐蚀性，塑性好。,铜及铜合金,7-2,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. 铜合金分为黄铜、白铜、青铜三大类。,铜及铜合金,7-2,黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。,铜及铜合金,7-2,黄铜塑性好 适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。,汽车机油泵衬套,铜及铜合金,7-2,有较高的抗腐蚀性、优良的冷热加工性
3、能。 用于在蒸汽、海水环境下工作的精密机械、仪表零件、冷凝器、蒸馏器、热交换器等.,白铜 以镍为主要合金元素的铜合金,铜及铜合金,7-2,青铜 除黄铜和白铜外的其他铜合金 常用青铜：锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜。,青铜制品,铜及铜合金,7-2,1、锡青铜 以锡为主的铜合金，锡含量一般为314%。 锡青铜有很好的力学性能、铸造性能、耐腐蚀性、减摩性，用于制造耐磨、耐腐蚀零件，如蜗轮、轴瓦等。,锡青铜锭,铜及铜合金,7-2,2、铝青铜 以铝为主加元素的铜合金，铝含量为511%。 强度、硬度、耐磨性、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。,用于制造船舶、飞机及仪器中的高
4、强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨。,铜及铜合金,7-2,3、铍青铜 以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.72.5%。 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,铜及铜合金,7-2,轴承合金,制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金。,轴承合金,7-3,1、锡基轴承合金 是以锡为主，并加入少量锑、铜等元素组成的合金，熔点较低。,ZSnSb11Cu6合金的显微组织,轴承合金,7-3,锡基轴承合金具有较高的耐磨性、导热性、耐蚀性、嵌藏性，摩擦系数和热膨胀系数小， 但疲劳强度较低，工作温度不超过 150 ，价格高。,巴氏合
5、金轴瓦,广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机、内燃机等大型机器的高速轴瓦。,轴承合金,7-3,2、铅基轴承合金 是以铅为主，加入少量锑、锡、铜等元素的合金。,ZPbSb16Sn16Cu2合金的显微组织 (+)共晶基体+方块状SnSb+针状Cu3Sn,轴承合金,7-3,铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性、导热性都不如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自润滑性。,常用于低速、低载条件下工作的设备 如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。,轴承合金,7-3,粉末冶金材料*,7-4,硬质合金（刀具、模具、量具） 粉末冶金减磨材料 粉末冶金结构材料 粉末冶金摩擦材料,8,EIGH,第八章 高分子材料、陶瓷材料
6、、复合材料,塑料、橡胶 陶瓷、金刚石 超导、纳米、复合,工程塑料,高分子材料,8-1,高分子材料,8-1,高分子材料,8-1,高分子材料,8-1,高分子材料,8-1,高分子材料,8-1,高分子材料,8-1,高分子材料,8-1,橡胶,在室温下富有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。 天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成。 合成橡胶则经聚合反应而得，是具有可逆形变的高弹性聚合物材料。 橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。,高分子材料,8-1,高分子材料,8-1,陶瓷,普通陶瓷： 由黏土、石英等天然材料，粉碎烧结而成，日用品、高低
7、压电器等。 特种陶瓷： 由氧化铝、氮化硅、氮化硼等材料制成，化工、冶金、能源、电子、机械等一些新技术中，例如机械动密封中的动环、静环。（空间技术、军事技术中也有用到）,陶瓷材料,8-2,陶瓷材料,8-2,新型功能陶瓷材料： 导电陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷。,陶瓷材料,8-2,由两种或两种以上不同化学性质或不同组织结构的材料，用某种工艺方法经人工组合而成的多相合成材料。 兼有各种组成材料的特点和优点。,复合材料,复合材料,8-3,复合材料,8-3,复合材料,8-3,复合材料,8-3,新型工程材料,金刚石材料 超导材料 纳米材料 石墨烯 记忆合金 储氢材料 非晶态合金与微晶合金（金属玻璃、
8、增强纤维） 超高温超低温材料、超硬材料、膨胀材料、减振材料。,新型材料简介,8-4,金刚石材料:,金刚石属于碳的一种单质,纯净的金刚石是无色、透明、正八面体形状的固体。,加工琢磨后璀璨夺目有光泽，可做钻石。,加工前,加工后,金刚石是天然最硬的物质,新型材料简介,8-4,玻璃刀上的金刚石可以裁玻璃,金刚石材料,新型材料简介,8-4,1.静压触媒法 在金刚石热力学稳定的条件下，在恒定的超高压高温和触媒参与的条件下合成金刚石的方法。 2.动压法 爆炸法，其温度条件与不用触媒的静压法相似（压力一般在20Gpa以上），但产生高温高压的方法不同，不是用压机，而是用炸药。 3.亚稳态生长法 在金刚石亚稳态的
9、压力温度条件下的生长方法。 这种方法不需要高压，往往是在常压或负压（真空）下进行。,单晶金刚石的制造工艺,新型材料简介,8-4,人造聚晶金刚石（PCD）,在高温（约1800）、高压（5-6MPa）下，大理石锯片利用钴等金属粘接剂将许多金刚石单晶粉聚晶成多晶体材料，其硬度稍低于单晶金刚石。 PCD刀具比天然金刚石抗冲击、抗振性能高，适合于加工有色金属、非金属，如铝、铜、金、银、铂及其合金、高硅铝合金、陶瓷、碳纤维、橡胶、塑料等。 同天然金刚石一样不适合加工钢和铸铁（金刚石和铁的亲和力太强）,新型材料简介,8-4,超导材料： 1908年H.K.Onnes（荷兰科学家 翁纳斯）成功的制取了液态氮，获
10、得了4.2K的低温。 1911年他发现水银Hg的电阻在4.2K（-269）附近突然降到0，与正常金属电阻随温度的变化规律截然不同，这种0电阻现象称为超导电现象。 超导态的另一个现象是抗磁性！利用其可实现磁悬浮，把磁铁放在超导盘上，由于超导盘把磁感应线排斥出去，出现悬浮状态。 在工程技术中，利用其能实现磁悬浮列车，速度可达500公里/小时。 （西南交通大学1994年成功研制出超导磁悬浮列车）,新型材料简介,8-4,新型材料简介,8-4,新型材料简介,8-4,纳米材料： 是指尺寸小于100nm（0.1-100nm）的超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维、三维材料的总称。 纳米材料的概念形
11、成于80年代，由于纳米材料表现出的特异光、电、磁、热、力学、机械性能，使得纳米技术迅速的渗透到各个领域。,新型材料简介,8-4,新型材料简介,8-4,新型材料简介,8-4,石墨烯（Graphene）,石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。 英国曼彻斯特大学物理学家安德烈盖姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 2018年3月31日，中国首条全自动量产石墨烯有机太阳能光电子器件生产线在山东菏泽启动，该项目主要生产可在弱光下发电的石墨烯有机
12、太阳能电池，破解了应用局限、对角度敏感、不易造型这三大太阳能发电难题。,一种由碳原子以sp杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。,新型材料简介,8-4,石墨烯的应用： 电化学传感器：检测多巴胺、葡萄糖等 晶体管：相比于硅具有高度稳定性，极高的工作频率 柔性显示屏 新能源电池：解决新能源汽车电池的容量不足、充电时间长的问题 海水淡化：石墨烯薄膜淡化海水 储氢材料：质量轻、高化学稳定性、高比表面积 航空航天：高导电性、高强度、超轻薄 感光元件：监视器、卫星成像、照相机、手机 复合材料：石墨烯纳米材料、石墨烯碳纤维材料 生物：加速人类骨髓间充质干细胞的成骨分化,新型材料简介,8-4,9,NI
13、NE,第九章 工程材料的选用,零件的失效 选材三原则 典型零件材料的选用,零件的失效,9-1,一、失效及其形式 1.断裂 2.过量变形 3.表面损伤,二、失效原因 1.设计不合理 2.选材不合理 3.加工工艺不当 4.安装使用不正确,选材的原则、方法和步骤,9-2,一、选材的使用性原则 在机械设计工作中，选择零件材料的主要依据是: 零件的工作条件、预期寿命 从零件的工作条件、预期寿命中找出对材料力学性能的要求， 这是材料选择的基本出发点。,二、选材的工艺性原则 切削加工性能 对于很多零件，毛坯成形后还需要进行切削加工。 选材时需考虑切削加工性，以达到所要求的零件表面粗糙度、尺寸精度。 热处理工
14、艺性能 重要的零件都要进行热处理，选材时需考虑材料的热处理性能。 例如，零件的整个断面都需要淬火的重要轴类，在选择材料时，就需要选择淬透性好的材料； 成形工艺性能（铸、锻、焊等） 材料都需要成形才成为零件，材料满足成形工艺性能将是非常重要的。,选材的原则、方法和步骤,9-2,三、选料的经济性原则 在满足零件使用性能的前提下， 选材时应考虑尽量降低零件的材料费用。 零件的总成本与零件的寿命、质量、加工费用、维修费用、材料价格有关。,选材的原则、方法和步骤,9-2,典型零件材料的选用,9-3,二、轴类零件的选材 锻造或轧制的低、中碳钢 合金钢 球墨铸铁 普通碳素钢,一、齿轮类零件的选材 锻钢 铸钢 铸铁 有色金属 非金属,三、箱座类零件的选材 铸钢 钢板焊接 灰铸铁 铸造铝合金 工程塑料,
