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1、第二节有色金属和非金属材料 一 有色金属及合金1 铝及铝合金 1 纯铝纯铝是银白色金属 主要的性能特点是密度小 导电性和导热性高 抗大气腐蚀性能好 塑性好 无铁磁性 因此适宜制作要求导电的电线 电缆 以及具有导热和耐大气腐蚀而对强度要求不高的某些制品 牌号 纯铝代号用1 系列表示 牌号的最后两位数字表示最低铝的百分含量 牌号第二位的字母表示原始纯铝的改型情况 A为原始纯铝 B Y为其改型 例如1A35表示99 35 的纯铝 工业高纯铝纯度可达99 00 99 80 这类铝主要用于制成管 棒 线等型材以及配制铝合金的原料 2 铝合金铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金 变形铝合金分类 按其主要性能和
2、用途分为防锈铝合金 硬铝合金 超硬铝合金和锻铝合金 牌号 用2 8 系列表示 牌号的最后两位数用来区分同一组中不同的铝合金 第二位字母表示原始铝合金的改型情况 A为原始铝合金 其他为原始铝合金的改型合金 铸造铝合金分类 根据化学成分不同可分为铝 硅系 铝 铜系 铝 镁系和铝 锌系等合金 性能 铸造铝合金具有优良的铸造性能和抗蚀性 用途 常用于制造轻质 耐蚀 形状复杂的零件 如活塞仪表外壳 发动机缸体等 牌号 以 Z 铸 字的汉语拼音第一个字母 为首 后加铝的元素符号 再加主要添加元素符号及其百分含量来表示 例如ZAlSi9Mg 2 铜及铜合金 1 工业纯铜工业纯铜呈玫瑰红色 表面氧化膜是紫色
3、故称紫铜 其纯度为99 5 99 95 主要用于制作导电材料及配制铜合金的原料 牌号 工业纯铜用 T 和数字表示 T 表示 铜 字母汉语拼音字首 数字表示顺序号 顺序号越大 杂质含量越高 常见牌号有T1 T2 T3和T4 2 铜合金 黄铜黄铜是以锌为主加元素的铜合金 a 普通黄铜 普通黄铜是铜和锌的合金 牌号 用 黄 字汉语拼音字母的字首 H 加数字表示 数字表示平均含铜质量分数的百分数 如H70表示平均含铜质量分数为70 含锌量为30 的普通黄铜 常用的牌号用途 H80 颜色是美丽的黄金色 又称金黄铜 可作装饰品 H70又称三七黄铜 它具有较好的塑性和冷成型性 用于制造弹壳 散热器等 故又称
4、为弹壳黄铜 H62又称四六黄铜 是普通黄铜中强度最高的一种 主要用于制造弹簧 垫圈 金属网等 b 特殊黄铜 在普通黄铜中再加入其它合金元素所组成的铜合金 称为特殊黄铜 常加入的元素有铅 锡 铝 锰 硅等 相应地可称这些特殊黄铜为铅黄铜 锡黄铜 铝黄铜 锰黄铜和硅黄铜 加入合金元素提高了黄铜的强度 耐蚀性和改善工艺性 牌号 由 H 与主加合金元素符号 铜含量百分数 合金元素含量百分数组成 如HPb59 1表示含铜质量分数为59 含铅质量分数为1 其余为锌的铅黄铜 常用的牌号用途 铅黄铜 HPb59 1 主要用于制造大型轴套 垫圈等 锰黄铜 HMn58 2 主要用于制造在腐蚀条件下工作的零件 如气
5、阀 滑阀等 青铜青铜是指除黄铜和白铜以外 其余的铜合金的统称 按其化学成分可分为锡青铜和无锡青铜 牌号 由 Q 主加元素符号及其含量百分数 其他元素的含量百分数组成 如QSn4 3表示含锡质量分数为4 其他元素为3 其余为铜的锡青铜 3 轴承合金定义 在滑动轴承中 制造轴瓦或内衬的合金称为轴承合金 牌号 由 Z 铸 字汉语拼音字首 基体金属元素 主要金属元素符号和各主要合金元素平均的百分数组成 如ZCuSn5Pb5Zn5 分类 常用的轴承合金有锡基 铅基 铝基轴承合金 4 硬质合金定义 硬质合金是指以一种或几种难溶碳化物 如碳化钨 碳化钛等 的粉末为主要成分 加入起粘结作用的金属钴粉末 用粉末
6、冶金方法制作的材料 性能特点 硬度高 耐磨性好 分类 常用硬质合金按成分和性能特点分为钨钴类硬质合金 钨钛钴类硬质合金 钴钛钽 铌 类硬质合金 1 钨钴类硬质合金主要成分 碳化钨 WC 和粘接剂 Co 牌号 YG 硬 钴 两字汉语拼音字首 和平均含钴量的百分数组成 用途 YG类合金适合于加工脆性材料 2 钨钛钴类硬质合金主要成分 碳化钨 WC 碳化钛 TiC 和钴 Co 牌号 YT 硬 钛 两字汉语拼音字首 和碳化钛平均含量的百分数 例如YT15表示平均WTiC 15 其余为碳化钨和钴含量的钨钛钴类硬质合金 用途 YT类合金适合于加工塑性材料 同一类硬质合金中 含钴量较高的适宜制造粗加工刃具
7、含钴量低的适宜制造精加工刃具 3 钨钛钽 铌 类硬质合金主要成分 碳化钨 碳化钛 碳化钽 或碳化铌 及钴 牌号 由 YW 硬 万 两字汉语拼音字首 加顺序号组成 如YW1 用途 它适用于切削各种钢材 特别对于切削不锈钢 耐热钢 高锰钢等难加工的钢材 效果较好 它也可以代替YG类硬质合金加工铸铁等脆性材料 二 钢的热处理 定义 热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热 保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺 热处理工艺的分类 根据加热和冷却方法不同 工业生产中常用的热处理工艺大致可分为 普通热处理 退火 正火 淬火 回火 表面热处理 表面淬火 化学热处理 1 钢的退火定义 退火是将工件
8、加热到适当温度 保持一定时间 然后缓慢冷却的热处理工艺 目的 a 降低硬度 提高塑性 改善切削加工和压力加工性能 b 细化晶粒 改善内部组织和性能 c 为以后的热处理作准备 分类 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 去应力退火等 2 钢的正火定义 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 目的 正火目的与退火目的基本相同 正火的应用与退火一样 一般作为预备热处理 对合金调质钢 正火获得均匀而细密的组织 为调质处理做好了组织准备 对共析钢 正火可消除网状渗碳体 为球化退火做好组织准备 对低碳钢或低碳合金钢 正火可细化晶粒 提高硬度 改善切削加工性
9、对性能要求不高的零件 以及一些大型或形状复杂的零件 淬火容易开裂 也用正火作为最终热处理 3 钢的淬火定义 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 目的 得到马氏体或贝氏体组织 提高钢的强度 硬度和耐磨性 淬火常见的冷却介质有 水 盐水和矿物油 常用的淬火方法有 单介质淬火 双介质淬火 分级淬火 等温淬火 淬火与回火配合 能大大提高钢的力学性能 所以淬火是强化钢材的重要热处理工艺 淬硬性 是指钢经淬火后能达到的最高硬度 主要取决于钢中的碳含量 碳含量越高 获得的硬度越高 淬透性 是指钢经淬火获得淬硬层深度的能力 淬透性越好 淬硬层越厚 淬透性主要取决于钢的化
10、学成分和淬火冷却方式 注意 一般合金钢淬透性高于碳素钢 而含碳质量分数相同的碳素钢与合金钢淬硬性基本相同 4 钢的回火定义 回火是将淬火钢重新加热到低于7270C的某一温度 保温一定时间 然后空冷到室温的热处理工艺 回火的目的是 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 分类 按回火温度范围 回火可分为 低温回火 中温回火和高温回火 常用回火方法特点及应用见下表 5 钢的表面热处理表面热处理分类 分为表面淬火与表面化学热处理两大类 1 表面淬火表面淬火是仅对工件表面层进行的淬火 其目的是使工件表
11、面具有高硬度 耐磨性而心部具有足够的强度和韧性 一般包括感应淬火和火焰淬火等 a 感应淬火感应淬火是利用感应电流通过工件所产生的热效应 使工件表面受到局部加热 并进行快速冷却的淬火工艺 感应电流透入工件表层的深度主要取决于电流频率的高低 频率越高 淬硬层深度越浅 适用于大批量生产 b 火焰淬火火焰淬火是利用氧气一乙炔火焰使工件表层加热并快速冷却的淬火工艺 其淬硬层深度一般为2 6mm 这种方法加热温度及淬硬层深度不易控制 淬火质量不稳定 但不需要特殊设备 故适用于单件或小批量的中碳钢 中碳合金钢制造的大型工件 2 钢的化学热处理化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热 保温 冷却 使一种或几
12、种元素渗入钢件表层 以改变钢件表面层的化学成分 组织和性能的热处理工艺 化学热处理的种类很多 根据渗入元素的不同 化学热处理分为渗碳 渗氮 碳氮共渗等 a 渗碳渗碳是把低碳钢工件放在渗碳介质中 加热到一定温度 保温足够长的时间 使表面层的碳浓度升高的一种热处理工艺 根据渗碳介质不同可分为 固体渗碳 液体渗碳和气体渗碳 其中气体渗碳应用最广 工件渗碳后必须淬火和低温回火 使表层获得高硬度和耐磨性 心部仍保持高塑性和韧性 渗碳主要用于承受较大冲击载荷和在严重磨损条件下工作的零件 如齿轮 活塞销 轴类零件等 b 渗氮 氮化 渗氮是在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺 6 典型
13、零件热处理分析 1 热处理的技术条件的标注热处理技术条件 其内容包括预先热处理和最终热处理方法及应达到的力学性能要求等 作为热处理生产及检验时的依据 2 热处理工序位置安排按热处理的工序位置不同 分为预先热处理和最终热处理 其工序位置安排如下 a 预先热处理预先热处理包括 退火 回火 调质等 一般安排在毛坯生产之后 切削加工之前 或粗加工之后 半精加工之前 退火 正火件加工路线为 毛坯生产 退火 或正火 切削加工调质件加工路线一般为 下料 锻造 正火 或退火 粗加工 留余量 调质处理 半精加工 或精加工 b 最终热处理最终热处理包括 淬火 回火 渗碳等 零件经最终热处理后硬度高 除磨削外不宜进
14、行切削加工 故工序位置一般安排在半精加工后 磨削加工前 淬火件工序位置分整体淬火和表面淬火两种 整体淬火加工路线一般为 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 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 三 高分子材料 高分子材料是以高分子化合物 分子量一般在5000以上 为主要组分的材料 常用的高分子材料有塑料 橡胶 胶粘剂等 1 塑料塑料是以树脂为主要成分 加入填充剂 增塑剂
15、稳定剂 着色剂 润滑剂等制成的 1 按应用范围分为通用塑料和工程塑料 通用塑料主要是指产量大 价格低 应用广的常用塑料 主要有聚乙烯 聚丙烯 酚醛塑料 氨基塑料等 主要用于制造日常生活用品 包装材料和工农业生产用的一般机械零件 工程塑料常指在工程技术中作结构材料 这类塑料具有较高的耐高温 耐腐蚀 耐辐射等特殊性能 因而可部分代替金属 特别是有色金属来制作某些机械构件或某些特殊用途的构件 常用的工程塑料有聚酰胺 尼龙 聚甲醛 ABS 有机玻璃等 2 按塑料受热后所表现的行为分为热塑性塑料和热固性塑料 热塑性塑料热塑性塑料是一类可以反复通过提高温度使之软化 降低温度使之硬化的材料 常用的热塑性塑料
16、有尼龙 聚酰胺 聚乙烯等 热固性塑料这类塑料加热时软化 然后固化成型 这一过程不能重复进行 常用的有酚醛塑料 氨基塑料 环氧塑料等 3 塑料的性能及选用优点 质轻 比强度高 化学稳定性好 能耐 王水 硝酸与盐酸混合液 的腐蚀 电绝缘性优异 减磨 耐磨性好 消声和吸振性好 成型加工性好 且方法简单 生产效率高 缺点 强度 刚度低 耐磨性低 易燃烧 易老化 热导性差 热膨胀系数大 几何精度稳定性差 根据这样特别塑料选用时从使用性能 工艺性能和经济性能三方面考虑 2 橡胶橡胶是以生胶为主要原料 加入适量的硫化剂 软化剂 填充剂 防老剂等而制成的 1 橡胶的分类 按生胶来源不同分为 天然橡胶和合成橡胶 合成橡胶是从石油 天然气 煤和农副产品中提炼制得的合成产物 按应用范围不同分为 通用橡胶和特种橡胶 特种橡胶是指能在特殊条件下 如高温 低温 酸 碱 油 辐射等 下使用的橡胶 2 橡胶的特性橡胶主要的特性是弹性好 去除外力后迅速恢复原状 同时绝缘性 耐磨性好 有隔音性 吸振能力 积储能量的能力 有一定的耐蚀性和强度 橡胶最大的缺点是易老化 老化影响橡胶的性能及使用寿命 加入防老化剂可延长和减轻老
