第3章机械工程材料要点解析.ppt

分 类 方 式 类 别 体积效应（小尺寸效应） 当粒径减小到一定值时，纳米材料的许多物性都与颗粒尺寸有敏感的依赖关系，表现出奇异的小尺寸效应。如，对于粗晶状态下难以发光的半导体Si、Ge等，当其粒径减小到纳米量级时会表现出明显的可见光发光现象，并随着粒径的进一步减小，发光强度逐渐增强，发光光谱逐渐蓝移；又如，在纳米磁性材料中，随着晶粒尺寸的减小，样品的磁有序状态将发生本质的变化，粗晶状态下为铁磁性的材料，当颗粒尺寸小于某一临界值时可以转变为超顺磁状态，当金属颗粒减小到纳米量级时，电导率已降得非常低，这时原来的良导体实际上会转变成绝缘体 表面与界面效应 粒子的尺寸越小，表面积越大。纳米材料中位于表面的原子占相当大的比例，随着粒径的减小，引起表面原子数迅速增加。如粒径为10nm时，比表面积为90m2/g；粒径为5nm时，比表面积为180m2/g；粒径小到2nm时，比表面积猛增到450m2/g。这样高的比表面，使处于表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 量子尺寸效应 当粒子尺寸下降到最低值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级现象称为量子尺寸效应。1993年，美国贝尔实验室在硒化镉中发现，随着粒子尺寸的减小，发光的颜色从红色变成绿色进而变成蓝色，有人把这种发光带或吸收带由长波长移向短波长的现象称为“蓝移” 宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。用此概念可定性地解释超细镍微粒在低温下继续保持超顺磁性。科学工作者通过实验证实了在低温下确实存在磁的宏观量子隧道效应。这一效应与量子尺寸效应一起，确定了微电子器件进一步微型化的极限，也限定了采用磁带磁盘进行信息储存的最短时间 表3.26 纳米材料的四个超常规特性 3．纳米材料的应用 （1）医药 （2）电子计算机和电子工业 （3）环境保护 （4）纺织工业 （5）机械工业 图3.9 服务器 图3.10 纳米衣服和鞋子 3.6 企业现场参观、材料选用调查 1．调查目的 2．调查方法 3．调查任务 4．调查过程 （2）细化晶粒、改善内部组织和性能； （3）为以后的热处理作准备。 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、均匀化退火和去应力退火等。 2．正火 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。 3.3.2 钢的淬火 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热处理工艺。 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。 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。 淬火常见的冷却介质有水、盐水和矿物油。 3.3.3 钢的回火 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，然后空冷到室温的热处理工艺。 回火的目的如下。 （1）消除残余应力，防止变形和开裂； （2）调整工件硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求； （3）稳定组织与尺寸，保证精度； （4）改善和提高加工性能。 3.3.4 钢的表面热处理 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和韧性。 在这种情况下，若采用前述的热处理方法，很难满足要求，这就需要进行表面热处理。 3.3.5 典型零件热处理分析 热处理是机械制造过程中的重要工序。 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。 1．热处理的技术条件的标注 2．热处理工序位置安排 （1）预先热处理 （2）最终热处理 ① 淬火件工序位置分整体淬火件和表面淬火件两种。 整体淬火件加工路线一般为下料—锻造—退火（或正火）—粗加工、半精加工（留磨削余量）—淬火、回火（低、中温）—磨削。 表面淬火件加工路线一般为下料—锻造—退火（或正火）—粗加工—调质—半精加工（留磨削余量）— 表面淬火、低温回火—磨削。 ② 渗碳件加工路线一般为下料—锻造—正火—粗加工、半精加工（留防渗余量和镀铜）—渗碳—淬火、低温回火—磨削。 3.4 常用非金属材料 3.4.1 高分子材料 1．塑料 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、着色剂、润滑剂等制成的。 常用的工程塑料的分类、特性和应用如表3.20所示。 分类方法 类 别 主 要 特 性 应 用 按应用范围 通用塑料 产量高、用途广、价格低 用于制造日常生活用品、包装材料和工农业生产用的一