机械工程材料及其选用.ppt

第三章 机械材料及其选用 本章学习的主要内容： 金属材料的力学性能（影响金属材料性能的因素） 铁碳合金（钢、钢的热处理、铸铁） 有色金属与粉末冶金材料（铝、铜、轴承合金粉末冶金） 非金属材料（工程塑料、橡胶、陶瓷、复合材料） 机械工程材料的选用 【学习目标】 掌握金属材料的性能（物理、化学、力学、加工性能） 掌握碳素钢、合金钢和铸铁的分类、牌号、性能和用途 了解钢的热处理及其目的 掌握常用有色金属（铝及铝合金、铜及铜合金）的分类、牌号、性能和用途 掌握常用非金属材料的性能、分类和用途 【技能目标】 初步掌握工程材料的选用方法 概述 【学习目的】 了解材料与材料科学的发展状况； 掌握机械材料的分类； 了解材料科学与机械工程的关系； 熟悉本章学习的目的、内容 材料、能源和信息是现代科学和现代文明的三大支柱。 人类社会的发展按材料分为石器时代、青铜器时代、铁器时代。 我们的祖先创造了辉煌的历史 原始社会末期，中国最早使用了陶器（用黏土烧制950－1165℃，涂上粗釉）； 东汉时期出现瓷器（外表施有釉或彩绘，1280℃-1400℃烧制），传至世界各国。 汉代，先炼铁后炼钢的技术居世界领先地位。 20世纪以来，材料的发展状况 高性能金属材料发展的同时，高分子材料、陶瓷材料和复合材料迅速发展，目前正在进入人工合成材料的新时代。 材料是人类用于制作各种产品的物质，是人类生产和生活的物质基础，是人类社全文明水平的标志。 机械是由构件组成的，而构件是由材料制成的、没有材料就没有机械．机械零件质量好坏和使用寿命的长短都与它的材料直接相关。 机械产品是的设计、制造、维修都存在材料的选用问题。 材料科学的研究范畴 材料科学是研究材料的成分、组织、性能和应用之间的关系及其规律的一门科学； 包含四个基本要素：材料的成分组织结构、材料的制备合成与加工工艺、材料的固有性能和材料的使用行为。 多数发达国家非常重视材料科学研究 1972年，美国国家科学院的白皮书报告，全美科技人员有25%从事材料问题研究，还有25%以某种形式参与材料的研究。 1986年《科学的美国人》杂志在讨论有关材料研究的文章中指出“材料科学的进展决定了经济关键部门增长率的极限范围”。 1990年美国总统的科学顾问指出“材料科学在美国是最重要的学科”。 材料的分类 工程材料是指固体材料领域中与工程（ 结构、零件、工具 ）有关的材料，主要应用于机械制造、航空航天、化工、建筑与交通等部门。 按其应用领域分为机械工程材料、电子工程材料（如：IC基板绝缘板）、航空材料（制造航空器、航空发动机和机载设备等所用各类材料的总称 ）； 机械工程材料是指机械工程中常用的材料；按化学组成的不同分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料。 现代材料种类繁多，在机械工程上常用的材料有：金属材料和非金属材料。为了正确选择和使用材料，我们必须熟悉材料的分类、牌号、性能、应用和热处理等基础知识。 （一）金属材料 金属材料用量最大、用途最广；分为黑色金属和有色金属。 黑色金属：即钢铁材料，占金属材料的95%以上。 有色金属：既非铁合金，指除铁基合金以外的所有金属及其合金材料。 分为轻金属（铝、镁、钛），重金属（铅、锑），贵金属（金、银、镍、铂）。 （二）高分子材料 高分子材料又称聚合物，是由相对分子质量很大的大分子组成，其主要原料是石油化工产品； 高分子材料重量轻、电绝缘、隔热、耐蚀； 按其性能分为塑料、橡胶、合成纤维、涂料和胶粘剂。 塑料是最重要的高分子材料，分为通用塑料和工程塑料； 通用塑料占塑料生产的70%左右（聚乙烯是典型代表）。 工程塑料指力学性能较高的聚合物。 （三）陶瓷材料 陶瓷材料是指硅酸盐、金属与非金属元素的化合物（主要是氧化物、氮化物、碳化物）； 工业上分为三大类： 传统陶瓷：由粘土、石英、长石组成，主要成分是天然硅、铝的氧化物及硅酸盐，常作建筑材料。 特种陶瓷：主要成分是人工氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等的烧结材料，常作工业上耐热、耐蚀、耐磨等零件。 金属陶瓷：金属粉末与陶瓷粉末的烧结材料，常作工具、模具等。 陶瓷材料优点：高硬度、高耐磨性、高的抗压强度、高耐热性和耐蚀性。缺点塑性低易脆断且不易加工成形。 （四）复合材料 金属、高分子、陶瓷材料各有优点，将两种或两种以上的材料微观地组合在一起形成的材料，便是复合材料。各组成材料取长补短，是一种新型的优异材料。 按其基体不同可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。 树脂基复合材料已处于成熟应用阶段，金属基复合材料和陶瓷基复合材料由于制造工艺复杂，成本高昂，尚处于研制开发阶段。 机械工程 以自然科学和技术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实