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1、精密机械仪器中常用的工程材料及性能姓名:陈东栋学号：1090110316班级：测控三班精密机械仪器使用的材料指的是用于制造各类精密机械零件、构件的材料和在精密机械 制造过程中所应用的工艺材料。人类最先利用的材料是白然材料:石头、木头、泥土、兽皮, 发明火以示，可以使用陶器和瓷器，青铜是金属材料的最早使用，炼铁和炼钢丰富和发展了 机械材料，钢铁是机械材料的主要材料，提高钢铁等金属材料的使用性能和加工性能是19 世纪20世纪21世纪材料专家的主要研究内容，非金属材料，如高分了材料和现代陶瓷是 21世纪材料工作者的研究目标。精密机械T稈材料涉及面很广，按属性可分为金属材料和非金属材料两大类。精密机械
2、 工程材料也可按用途分类，如结构材料（结构钢）。工模具材料（T具钢）。耐蚀材料（不锈 钢）、耐热材料（耐热钢）、耐磨材料（耐磨钢）和减摩材料等。由于材料与工艺紧密联系, 也可结合工艺特点来进行分类，如铸造合金材料、超册性材料、粉末冶金材料等。粉末冶金 可以制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料，也可右接制造各种精密机械零件，已发展成 一类粉末冶金材料。在选择材料时，不仅要考虑到其使用性能，还要考虑到其工艺性能。如果所选用的材料 制备工艺复杂或难以加工，必然带来生产成木的提高和材料无法使用的后果。材料的种类不 同，其加工工艺也大不相同。金属材料是机械工业中使用最多的材料，其工艺性能主要包括 铸造性
3、能、锻造性能、切削加工性能、焊接性能和热处理性能。下面就介绍几种常用的精密仪器所使用的工稈材料：笫一，金属材料。精密仪器工程材料中最重要而且使用最广泛的是金属材料，工业上常 常把金属材料分为金属与合金两大类。铁和以铁为基的合金成为黑色金属，黑色金属以外的 所有金属及其合金称为有色金属。金属材料中，95%为黑色金属。由于黑色金属的工稈性能 比较优越，而且价格便宜，所以是应用最多的工稈金属材料。工业用钢按化学成分分为碳钢 和合金钢两大类。碳钢为含碳量小于2.11%的铁碳合金，而合金钢是指为了提高钢的性能， 在碳钢的基础上有意加入一定量的合金元素所获得的铁基合金。金属材料的特性：疲劳：许多机械零件和
4、丁稈构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作用下，虽然 应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性 断裂，这种现彖叫做金属材料的疲劳。金属材料疲劳断裂的特点是：（1）载荷应力是交变的:（2）载荷的作用时间较长；（3） 断裂是瞬时发生的；（4）无论是槊性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。所以，疲劳断裂是工稈上战常见、最危险的断裂形式。報性：犁性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（衆性变形）而不被破册 性变形坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截血积都要发生变化，因此，金属的册 性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个
5、指标来衡量。金属材料的延伸率和断而收缩率愈大，表示该材料的犁性愈好，即材料能承受较大的槊性变 形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为槊性材料（如低碳钢等），而把 延伸率小于百分2五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。聖性好的材料，它能在 较大的公观范I韦I内产工敎性变形，并在槊性变形的同时使金属材料因槊性变形而强化，从而 提高材料的强度，保证了零件的安全使川。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型 工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一 定的槊性指标。耐久性：建筑金属腐蚀的主要形态（1）均匀腐蚀。金属表面的腐蚀使断面均匀变薄。 因此，
6、常用年平均的厚度减损值作为腐蚀性能的指标（腐蚀率）。钢材在大气中一般呈均匀 腐蚀。（2）孔蚀。金属腐蚀呈点状并形成深坑。孔蚀的产生与金属的木性及其所处介质有 关。在含有氯盐的介质中易发生孔蚀。孔蚀常用最大孔深作为评定指标。管道的腐蚀多考虑 孔蚀问题。（3）电偶腐蚀。不同金属的接触处，因所具不同电位而产生的腐蚀。（4）缝隙 腐蚀。金属表面在缝隙或其他隐蔽区域部常发生由于不同部位间介质的组分和浓度的旁异所 引起的局部腐蚀。（5）应力腐蚀。在腐蚀介质和较高拉应力共同作用下，金属表面产生腐 蚀并向内扩展成微裂纹，常导致突然破断。混凝十中的高强度钢筋（钢丝）可能发生这种破 坏。硬度2更度表示材料抵抗驶物
7、体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标2。 -般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。实践证明，金属材料的备种硬度值Z间，硬度值与强度值Z间具有近似的相应关系。因为硬 度值是由起始教性变形抗力和继续梨性变形抗力决定的，材料的强度越高，槊性变形抗力越 咼，驶度值也就越咼。金属材料的性能：金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的 性能主要分为四个方血，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。金属材料的种类：碳钢：在工业使用的碳钢材料中，碳钢占有重要的地位。铁碳合金中，確质量分数小于 2.11%的合金称为钢。常用的碳钢质量分数一般都小于1
8、.3%,其强度和韧性较好。和合金相 比，碳钢冶炼方便，加工容易，价格便宜，而且在一般情况下能满足使用性能的要求，故应 用十分广泛。合金钢：由于碳钢冶炼工艺简单，易加工，价格低廉，而且可以通过不同的热处理工艺 来改变其性能，满足工业生产上的一般需求。所以碳钢应用广泛，其产量人钢铁总产量的 80%以上，但是随着科学技术的发展，碳钢性能在很多方面不能满足更高的全面性要求，这 主要是因为碳钢在T程应用上有一下儿个方面的局限性：（1）强度指标偏低（2）淬透性较 低（3）高温强度低、热硬性差（4）不具备特殊的物理化学性能。相比Z下，合金刚在上述 方血的性能上确实比碳钢要优越，但是在压力加工、切削加工、焊接
9、工艺性方面比碳钢稍差, 且成木比较高。合金结构钢：合金结构钢主要是指用于制作T稈构件和精密机械零件的钢，通常划分为 以下儿种：（1）低合金高强度结构钢（2）合金渗碳钢（3）合金调质钢（4）微合金非调质 钢（5）合金弹簧钢（6）滚动轴承钢（7）易切削钢（8）低淬透性钢。合金工具钢：指用來制造备种量具、模具和刃具的合金钢统称为合金T具钢。 主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铳刀、刨刀及钻头等等。特殊性能钢：特殊性能钢指具有特殊物理和化学性能的专用钢，如不锈钢、耐热钢、耐 磨钢、低温钢等等。这些钢往往用在特殊的情况下，故具有某些特殊的性能。铸铁：铸铁是含碳量高于2.11%并含有较多的硅、镒、硫、
10、磷等元素的多元铁基合金。 铸铁生产工艺简单，成木低廉，并具有优良的铸造性、切削加工性、耐磨性和消振性等。有色金属及其合金：在工业生产中，常常把铁及其合金统称为黑色金属，而把非铁金属 及其合金称为有色金属。与钢铁相比，具有特殊的力学、物理和化学性能，因而称为现代工 业、国防、科学研究领域中不可缺少的工程材料。第二：非金属材料。除了合金以外，工程上使用的材料通常都被称作非金属材料。在现 代工农业生产所使用的备种材料中，非金属材料起着越来越重要的作川。非金属材料资源丰 富，原料价格较为低廉，显示了许多优良的精密机械、物理和化学性能。非金属材料又可以 分为高分了材料和陶瓷材料两大类。非金属材料由非金属
11、元素或化合物构成的材料。自19 世纪以来，随着生产和科学技术的进步，尤其是无机化学和有机化学工业的发展，人类以天 然的矿物、植物、石油等为原料，制造和合成了许多新型非金属材料，如水泥、人造石墨、 特种陶瓷、合成橡胶、合成树脂（犁料）、合成纤维等。这些非金属材料因具有各种优异的 性能，为天然的非金属材料和某些金属材料所不及，从而在近代工业中的用途不断扩大，并 迅速发展。通常指以无机物为主体的玻璃、陶瓷、石墨、岩石以及以有机物为主体的木材、 劇料、橡胶等一类材料。由晶体或非晶体所组成。无金属光泽。是热和电的不良导体（碳除 外）。一般非金属材料的机械性能较茅（玻璃钢除外），但某些非金属材料可代替金属
12、材料， 是化学工业不可缺少的材料。无机非金属材料也和金属材料以及有机高分了材料等一样，是当代完整的材料体系中的 一个重要组成部分。以某些元索的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫 化物、硒化物及碼化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机 材料的泛称。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。其中陶 瓷一词，随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现，其概念的外延也不断扩大。最广义的 陶瓷概念儿乎与无机非金属材料的含意相同。非金属材料可分为无机材料和有机材料两大类。在机械丁稈中较常使用的有许多品 种：（1）属于无机材料的有耐火材料、陶瓷、磨料
13、、碳和石墨材料、石棉等；（2）属于有机材 料的有木材、皮革、胶粘剂和高分了合成材料一一合成橡胶、合成树脂、合成纤维等； 以非金属纤维增强树脂基所构成的复合材料。高强度的结构材料:非金属材料的密度较钢、铁、铜、铅等金属材料小得多，有些比铝、 镁、钛等还轻。按比强度（强度/比非金属材料重）计算，有的纤维树脂复合材料的常温比 强度超过高强度钢和高强度铝。这些材料被用来制造手轮、手柄、支架、罩壳、仪表板等一 般轻质结构件，也可川来制造飞机机翼和叶片、整体船艇、汽车车身和传动轴、高速纺织综 框、高压容器等高强度结构件，这样可以减轻自重、增加运载能力或提高运行速度、节约能 源。减摩耐磨材料:某些无机非金属
14、材料因破度高而耐磨，如用金刚石、碳化硅、刚玉等 制作的砂轮、砂布（纸）、油石、研磨剂和刀具，可供磨削和切削之用；有些材料因有高 弹性而耐磨，如橡胶轮胎和运输皮带能抵抗泥沙、矿石、煤炭等颗粒的磨损；有些材料借其 门身同有的润滑性能和低摩擦系数而能减少摩擦和磨损，如槊料、石墨、氮化硅等制成的 轴承、导轨、活塞环、密封圈等机械零件，能在无油干摩擦或少油润滑条件下安全运行，这 对忌油脂或不便供给油润滑的场合特别有利。耐腐蚀材料:如陶瓷、搪瓷、石墨、铸石、塑料等的大多数品种，都能耐酸、碱、盐、 有机溶剂和很多其他化学药品。密封材料:如橡胶、槊料、石棉和柔性石墨等因有良好的柔性和弹性而适于制造动态和静态
15、的密封零件，如压缩机的活塞环、密封填料、0型和V型密封圈等。20世纪60年代以来， 还出现了一种以树脂或橡胶为基体、称为液体密封胶的密封材料，适用于各种静态密封，使 用方便。电绝缘材料:如橡胶、级料、陶瓷、石棉、云母、玻璃布层压板（属复合材料）都是应 用广泛的电绝缘材料。耐高温保温材料:如耐火材料、石棉、蛙石、氧化铝、耐火纤维等具有良好的高温性能 和低的热导率，适用于高温窑炉如化。非金属材料还有一项特殊用途，就是用作耐烧蚀材料，如酚醛和石棉、石英等纤维复合 制成的用于宇航方面的烧蚀部件，能在2500r以上较长时间内燃烧、分解、散热、碳化， 形成隔热层，有效地保护内部结构。此外，一些非金属材料还有消音、消振、透光、无磁性 等特点，可用于制造如橡胶弹簧、避振垫片、光学透镜等零件。非金属材料的强度一般不及 金属材料高。其中无机非金属材料的共同缺点是质地脆、不耐冲击；有机非金属材料则耐热 性不高，存在老化、尺寸稳定性较差等问题。
