第二章_工程材料的性能及应用基础.ppt

第三节 工程材料的分类、编号及用途 第三节 工程材料的分类、编号及用途 三、无机非金属材料 传统的无机非金属材料主要指陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四类 。表2-25、2-26、2-27示出了部分陶瓷及其复合材料的性能。 75瓷、80瓷、90瓷：数字代表Al2O3含量％ 应用： 高温结构材料：发动机叶片、刀具、汽车热交换器（耐高温） 化学化工：坩埚、蒸发皿、化工厂管道、泵（耐腐蚀） 尖端领域：导弹端头、原子反应堆、宇宙飞船等部件（防烧蚀） 第三节 工程材料的分类、编号及用途 第三节 工程材料的分类、编号及用途 四、复合材料(Composites) 1.按基体类型分类：金属基复合材料；树脂基复合材料；无机非金属基复合材料。 2.按增强体类型分类：碳纤维复合材料；玻璃纤维复合材料；有机纤维复合材料；复合纤维（SiC、B）复合材料；混杂纤维复合材料；纳米颗粒增强复合材料；金属陶瓷复合材料。 3.按增强物外形分类：连续纤维增强复合材料；纤维织物或片状材料增强复合材料；短纤维增强复合材料；粒状填料复合材料。 4.同质物复合材料：碳纤维增强碳复合材料；不同密度聚合物复合的复合材料。 第二节 材料学基础 （6.3）相图的应用 含碳量对钢铁组织和性能的影响 合理选材 制定热处理工艺的依据 铸造生产：共晶点附近铸造性能好； 锻造工艺：确定锻造温度及区间； 焊接工艺：研究焊缝区及近缝区组织和性能变化的理论依据，焊接缺陷用热处理改善； 热处理工艺：根据状态图制定热处理工艺。 Fe-C Phase Diagram 第二节 材料学基础 思考题： 1. 合金凝固过程中，固相和液相的成分是否相同？ （在相图中，液、固两相成分与合金成分的区别） 2. 对不同成分的钢、铁，画出室温组织形貌？ 4. 根据二元匀晶相图，计算在凝固过程中指定温度下液固两相的含量。 第二节 材料学基础 二、陶瓷材料学简介 传统陶瓷：粘土制品，由天然原料粉碎、成形、烧结制成； 先进陶瓷：由化工原料粉体烧结而成。 1. 典型陶瓷的晶体结构 陶瓷晶体主要以离子键、共价键为主，也可以是两种结合类型的综合或是介于某两种类型之间的过渡。 常见工程陶瓷: 氧化铝: Al2O3 (刚玉) 氧化锆: ZrO2 同素异构晶体 第二节 材料学基础 2. 陶瓷显微组织及相结构 晶相：是陶瓷材料中最主要的组成相，它由固溶体和化合物组成，一般为多晶体。陶瓷中的晶相主要有硅酸盐、氧化物和非氧化物。陶瓷的晶相对其性能起着决定性的作用，如刚玉瓷的主晶相是α- Al2O3，由于结构紧密，因而具有力学性能好，耐高温、绝缘、介电损耗小等优点。与原料组成和制备工艺有关 晶界：多呈规则多边形，晶界上存在大量杂质和气孔，结合强度低，沿晶界断裂是陶瓷脆性破坏的常见情况。 第二节 材料学基础 2. 典型陶瓷的晶体结构 玻璃相：属非晶体相（无序相），通常是由坯体的组分及杂质或添加物在烧结过程中所形成的低熔点物质。玻璃相的数量会随坯料组成和烧结工艺而不同。玻璃相通常分布在晶相周围形成连续相，它具有粘结晶粒，提高致密性，增加透明度，降低烧结温度的优点。但是也存在使强度降低，在高温下易软化，使抗热震性能下降等缺点。所以，对高技术陶瓷，玻璃相含量受到严格控制，甚至不允许存在，普通陶瓷中的玻璃相为20%～40%。 第二节 材料学基础 2. 典型陶瓷的晶体结构 气孔：气孔量与烧成条件以及坯料的组成有关，一般产品的气孔率在5%-10%左右。气孔既可分布于玻璃相中，也可包含在大颗粒晶体中。气孔的存在不仅影响材料的致密程度，也影响材料强度。用作保温材料则需要有控制地增加气孔量，有时气孔率高达60%。 3. 影响陶瓷组织结构的因素 原料粉体 添加元素 烧结制度 强韧化方法 第二节 材料学基础 三、高分子材料学简介 高分子、高聚物：通常分子量大于10000的物质 高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维、油漆和胶粘剂五种。 聚合物结晶时有两种成核方式： 均相成核（又称散现成核）是纯净的聚合物中由于热起伏而自发地生成晶核的过程，过程中晶核密度能连续地上升。 异相成核（又称瞬时成核）是不纯净的聚合物中某些物质（如成核剂、杂质或加热时未完全熔化的残余结晶）起晶核作用成为结晶中心，引起晶体生长过程，过程中晶核密度不发生变化。 第三节 工程材料的分类、编号及用途 一、金属材料 1. 钢＋铁：分界点2.11% 钢的分类： 按化学成分分：碳素钢、合金钢 低碳钢：Wc0.3% 中碳钢：0.3%Wc0.6% 高碳钢：Wc0.6% 按用途分：结构钢、工具钢、特殊性能钢 按质量分：普通钢、优质钢、高级优质钢 铁的分类： 白口铸铁 铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 第三节 工程材料的分类、编号及用途 普通碳素结构钢 Q235