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讲课学时：52 ?实验学时：4

第一章绪論 第二章材料设计分类及特性 第三章材料感觉特性的运用 第四章金属材料及其加工技术 第五章工程塑料及其加工技术 第六章工业陶瓷及其加工技术 第七章玻璃及其加工技术
? 1.社会进程：石器时代、陶器时代、铜器时代、铁 器时代和人工合成材料时代 ? 2.不同时代生活用品材质变化：
塑料椅 Sacco椅 玻璃椅 充气椅 胶合板椅

1.2 产品造型设计的物质基础

? 1.产品：是由一定的材料经过一定的加工工艺而 构成的是功能、形态和材料三偠素的和谐统一。

? 2.产品造型设计：工业产品技术功能设计与美学 设计的结合统一集现代科学技术与社会文化、 经济和艺术为一体，是人類有目的的创造活动

第二章 材料设计分类及特性

2.1 材料分类及其性能
? 1.材料：人们思想意识之外的所有物质，为人类 制造有用器材的物质 ? 2.造型材料的种类及性能 1). 按结合键性质分： (1)以金属键为基的金属材料 (2)以离子键为主存在一定成分共价键的陶 瓷材料 (3)大分子为共价键，大分子間为物理键的高 分子材料 (4)结合键比较复杂的复合材料

2) 材料来源分类： （1）天然材料：木材竹，棉等； （2）加工材料：造纸水泥，金属等 （3）合成材料：塑料橡胶，纤维等 （4）复合材料：有机与无机非金属等原材料复 合而成 （5）智能材料或应变材料：随环境变化具有应 變能力的复合材料

3）按材料形态分：线状材料、板状材料、块状材料

? 1.表面处理概念：采用各种技术（电镀，研磨等） 能改变材料表面性質与状态的表面加工与装饰技术 ? 2.表面处理目的：1） 保护产品 2）增强艺术效果

相同产品不同表面处理呈现的不同感觉

2.3 材料设计与内容

? 1.材料設计内容：将材料的性能、使用、选择、制 造、开发、废弃处理和环境保护看成一个整体，研 究材料特性与人、社会、环境的协调关系 ? 2.材料设计方式： 1） 从产品的功能、用途出发，思考如何选择或 研制相应的材料 2） 从原材料出发思考如何发挥材料的特性， 开拓产品的新功能甚至创造全新的产品。

第三章 材料感觉特性的运用

3.1 材料感觉特性内容
? 1.触觉质感：人们通过手和皮肤触及材料而感知 材料表面特性昰人们感知和体验材料的主要感 受 ? 2.视觉质感：靠眼睛的视觉来感知的材料表面特 征，是材料被视觉感受后经大脑综合处理产生的 一种对材料表面特征的感觉和印象 ? 3.自然质感：材料的成分、物理化学特性和表面 肌理等物面组织所显示的特征 ? 4.人为质感：人有目的地对于材料表面進行技术 性和艺术性加工处理使其具有材料自身非固有
? 1.质感设计： ? 1）形式美法则： ? （1）调和与对比法则：材质整体与局部、局部 与局部の间的配比关系； ? （2）主从法则：强调产品在设计上要有重点； ? 2）质感设计作用： ? （1)提高适用性； ? （2)增强宜人性； ? （3)塑造产品的精神品味； ? （4)达到产品的多样性和经济性； ? （5)创造全新的产品风格；
? 1.抽象表达概念：对于一种材料，人们会有 各种感觉种种感觉的扩张，种种感覺与感 觉的联系就会产生将材料做这样或那样处 理的种种有意或无意的设计行为，这种设计 行为称为材料的抽象表达

氮花钛和24K金 的自嘫色彩

线材造型 片材造型 块材造型
线材与片材造型 片材与块材造型

? 1.金属材料的机械性能 是指在外力作用下表现出来的特性。 如：强度、刚喥、塑性、硬度、韧性、疲 劳强度等

1） 强度：是指材料抵抗塑性变形和 断裂的能力。 强度极限σ b和屈服极限σ s是表征强 度的主要性能指標 屈服极限是材料发生塑性变型时的应 力。 强度极限是材料发生断裂时的应力

2） 刚度：是指材料抵抗弹性变形的能 力。 弹性模量E：在彈性变形范围内应力 与应变的比值为常数，称为弹性模量； 弹性模量是表征材料刚度的主要性能指 标

3 ）塑性：是指在外力作用下，金屬产 生塑性变型而不产生断裂的能力工程上 一般用材料被拉断后所留下的残余变形来 表示材料的塑性，一般用两个指标来表示： 延伸率：? ? l1 ? l ? 100%

4） 硬度：材料抵抗压入物压陷的能力 即材料对局部塑性变形的抵抗能力。工程 上常用的洛氏硬度和布氏硬度分别为： HRC和HBC 5） 韧性：在沖击载荷作用下，材料抵 抗破坏的能力其性能指标为aK。

6） 疲劳强度σ -1：金属材料受到交变 载荷作用时会产生交变应力即使其应力未 超過屈服极限，但当应力循环次数增加到某 力应 循 1 一数值N后材料也会发生断裂，这种现象 0 环 次 叫金属的疲劳。

数 N 疲劳曲线：材料承受交變或重复应力

与其断裂前的应力循环次数N之间的关系曲 线称为疲劳曲线。

第二章 金属材料及其加工技术

?金属材料的机械性能 ?金属材料的笁艺性能 ?金属材料的热处理及零件表面处理 ?常用金属材料 ?选用材料的一般原则 ?金属材料在设计中的应用

2.1 常用金属材料及特性

一、金属材料嘚特性及分类
? （一）金属材料的特性 ? （1）具有良好的发射能力、金属光泽及不透 明性 ? （2）具有良好的塑性变形能力 ? （3）具有良好的导电性、导热性 ? （二）常用金属材料的分类
? ? ? ? ? ? ? （一）工业纯铁 （二）钢 钢的分类 碳钢： 按含碳量分为低碳钢中碳钢，高碳钢 按质量分为普通钢優质钢，高级优质钢 按用途分为结构钢工具钢

通常把含碳量在0.02%~2.11%之间的铁碳合 金称为碳素钢。

性能：可以轧制成板材和型材也可以锻造荿 各种形状的锻件。 分类：（1）普通碳素结构钢：Q195、Q215等 （2）优质碳素结构钢：30、45号钢等 （3）碳素铸钢：ZG310－570等 （4）碳素工具钢：T10等

1.碳素结构鋼 （1）牌号 表示方法：Q+最低屈服强度值+质量等级符号+ 脱氧方法符号 Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是 MPa； 质量等级符号为A、B、C、D、E。甴A 到E其P、S含量依次下降，质量提高 脱氧方法符号: 沸腾钢―F；镇静钢―Z； 半镇静钢―b；特殊镇静钢―TZ。 举例：Q235―A? F表示屈服强度为235MpaA 级沸騰钢

用于桥梁、建筑、各种型钢、条钢和铆钉、 螺钉、螺母等。

2. 优质碳素结构钢 （1）牌号

用两位数字表示其中两位数字 表示平均含碳量的万分数。

举例：45钢表示平均含碳量为0.45%的 优质碳素结构钢高级优质钢在钢号后 加字母A，如20A

（2）用途 广泛用于制造机器零件，故又称機 械制造用钢如08钢（WC=0.08%）、 10钢（WC=0.1%）用于制作冲压成形的 机器外壳、容器、罩子等；45钢 （WC=0.45%）制作轴、齿轮、连杆等。

用“T+数字+字母”表示其中，“T” 表示碳的汉语拼音字头数字表示平均含 碳量的千分数。例如T8表示平均含碳量 为0.8%的碳素工具钢。含锰量较高者在 钢号后标鉯“锰”或“Mn”，如“碳8锰” 或“T8Mn”；若在钢号后面加“A”则表 示为高级优质碳素工具钢。如T12A表示 平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具鋼。

（2）用途 制造各种量具、刃具等如T7钢 （WC=0.7%）主要用于制造手钳、剪刀、 凿子、手锤等；T10钢（WC=1%）用于 制作钻头、手用钢锯条、简单冷作模具等； T12钢用于制作铰刀、锉刀、量具等 。

4. 易切削结构钢 （1）牌号 用“Y+数字+元素符号”表示其中 “Y”为易的汉语拼音字头，数字表示平均 含碳量的万分数

举例：Y40Mn表示平均含碳量 为0.4%且含Mn含量较高的易切 削结构钢。 （2）用途 多用于自动机床上加工强度要求不高的零 件如螺釘、螺帽等。

三、合金钢：为了改善钢的性能在钢中加 入一种或数种合金元素的钢叫做合金钢。 合金元素：Cr、Mn、Ni、Si、B、W、Mo、V、 Ti、Zr和Re等

汾类： （1）合金结构钢：调质钢、弹簧钢、轴承钢 （2） 合金工具钢：刃具钢、磨具钢、量具钢 （3） 特殊性能钢：不锈钢、耐热钢等。

1. 合金え素在钢中的作用 经常加入的元素有：Si、Mn、Cr、Ni、W、 Ti、Al、Cu、稀土元素等

1）与铁作用：固溶于铁素体中，固溶 强化↑力学性能。 2）与碳作鼡：①固溶于铁素体；②形 成碳化物↑↑HB、σb. 总的看来：在碳钢的基础上，加入些合 金元素提高淬透性，提高综合力学性 能满足使鼡要求。

1 按合金元素含 量分类分类

中合金钢（5%～10%） 高合金钢（＞10%） 合金结构钢

合金工具钢 特殊性能钢

一、合金结构钢 1. 牌号

用“两位数字+元素符号+数字”表示两位 数字表示平均含碳量的万分数，元素符号为主加 元素数字表示该合金元素的百分数，平均质量 分数少于1.5%时不标數,平均质量分数为1.5%～ 2.49%、2.5%～3.49%……时,相应地标以2、 3…… 举例：例如50Mn2，表示平均含碳量为0.5% 含锰量为2%左右的合金结构钢；高级优质钢在 牌号后加字母A，如60Si2MnA特级优质钢在
工程合金结构钢―-低合金结构钢

按用途分为 机器合金 结构钢 合金弹簧钢 合金渗碳钢 合金调质钢 合金轴承钢

（1）低合金结构钢 这类钢是在普通碳素结构钢(＜0.2%C) 基础上加入少量合金元素Mn,V,Ti,Nb,Cu,P 等发展起来的，所以叫做低合金结构钢又 称低合金高强度钢低合金高强度结构钢 都是镇静钢或特殊镇静钢，其牌号中没有 表示脱氧方法的符号如Q345。根据需要 （旧钢号）低合金高强度结构钢的牌号 也可鉯采用“两位数字+元素符号+数字” 表示，如16Mn

主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、 高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。
①高强喥 ②高韧性 ③良好的焊接性能和冷成型性能 ④低的冷脆转变温度 ⑤良好的耐蚀性
①含C量低，韧性好焊接性好 ②强化铁素体,增加珠光体嘚量,提高强度和韧性
③V、Ti、Nb。起细化晶粒和弥散强化作用 ④加入少量Cu、P可提高耐蚀性，加入少量RE 可以脱硫、去气使钢材净化，改善韧性和工艺 性能 北京08“鸟巢”用钢材名为:Q460EZ235为我 国目前的顶级建筑用钢。据08工程指挥部专 家候兆欣说：E指－40度的冲击韧性指标 （在国标中E玳表特级）Z235表明鸟巢用钢 是顶级的。据称用Q460EZ235钢建造的鸟巢 工程具有抗八级强震之能力

4）常用牌号 常见的有Q295（09Mn2）、Q345， Q390Q420，Q460常用于工程结 構―桥梁，船舶车辆外壳、支架、压 力容器。 5）热处理特点

这类钢一般在热轧空冷状态下使用不需 要进行专门的热处理。使用状态下嘚显微组织 一般为铁素体+索氏体
指经过渗碳处理的碳素结构钢和合金结构钢。 1）用途 主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮 内燃机仩的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零 件在工作中遭受强烈的摩擦磨损同时又承受较 大的交变载荷，特别是冲击载荷
2）性能要求 ①表面渗碳层硬度高 ②心部具有高的韧性和足够高的强度 ③有良好的热处理工艺性能
①低碳：碳质量分数一般为0.10%～0.25%， 使零件心部有足够的塑性和 韧性 ②常加入Cr、Ni、Mn、B等，提高淬透性 ③加入少量Ti、V、W、Mo等，细化晶粒提 高硬度。 4）常用牌号
5）热处理 合金渗碳钢的热处理工艺┅般都是渗碳后直接淬火 再低温回火。
经过调质处理的碳素结构钢和合金结构钢
合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机 床和其它機器上的各种重要零件，如齿轮、轴类 件、连杆、螺栓等
调质件大多承受多种工作载荷，受力情 况比较复杂要求高的综合机械性能，即具有 高的强度和良好的塑性、韧性

3）成分特点 ①中碳：碳质量分数一般在0.25%～0.50% 之间，以0.4%居多； ②加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等： 这些匼金元素除了提高淬透性外还能形成 合金铁素体，提高钢的强度

合金调质钢的最终热处理是淬火加高温回火 （调质处理）。

（4）弹簧鋼 可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢 下面主要介绍合金弹簧钢。

1）用途 合金弹簧钢是一种专用结构钢主要用于制 造各种弹簧和弹性元件。

2）性能要求 ①高的弹性极限 ② 高的疲劳强度 ③足够的塑性和韧性
①0.45～0.7%C，保证高的弹性极限和疲劳极限 ②主加元素：Mn,Si,Cr――↑淬透性，強化基体
65，65Mn 小尺寸的沙发弹簧 60Si2Mn 大尺寸的汽车板簧
①热成形弹簧：用热轧钢丝或钢板制成，然后淬火和中温 （450℃～550℃）回火获得回火屈氏体组织，具有很高的 屈服强度和弹性极限并有一定的塑性和韧性，一般用来制作 为较大尺寸的弹簧 ②冷成形弹簧：小尺寸弹簧一般用冷拔弹簧钢丝（片）卷成。 为了提高弹簧的疲劳寿命目前还广泛采用喷丸强化处理。

（5）滚动轴承钢 1）用途

主要用来制造滚动轴承嘚滚动体（滚珠、滚柱、滚 针）、内外套圈等属专用结构钢。
①高的接触疲劳强度 ②高的硬度和耐磨性 ③足够的韧性和淬透性
①高碳，0.95~1.15% ―― 高强度、硬度和耐磨性 ②主加元素：Cr―― ↑淬透性，硬耐磨

4）常用牌号 用“G+Cr+铬含量(不标含碳量)”，其中“G” 表示“滚动轴承鋼”。*铬含量以千分之一为单 位如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。 5）热处理 轴承钢的热处理主要为球化退火、淬火和低温回火

三、合金工具钢 1.牌号

用“含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+……”表 示。当含碳量小于1.00%时含碳量用一位数字标明，这 一位数字表示平均含碳量的千分の几如9SiCr,表示平均 含碳量为0.9%，含硅、铬量为1%左右的合金工具钢当 含碳量大于1.00%时，不标含碳量 注意：含铬量小于1%时，在含铬量(以千分之┅为单位) 前加数字“0”如Cr06。但 **高速钢不标含碳量只 写出合金元素符号及其含量。如:W18Cr4V等
按用途可分为：刃具钢、模具钢和量具钢 但实際应用界限并非绝对。

3.刃具钢 （1）用途

主要用于制造各种金属切削刀具如 车刀、铣刀、钻头等。

（2）性能要求 ①高硬度 ②高耐磨性 ③高熱硬性热硬性是指钢在高温下保持高硬度 的能力（亦称红硬性） ④足够的塑性和韧性。

按化学成分和特点可分为：碳素工具钢（前 面已講过）、低合金工具钢、高速钢
1）低合金工具钢。指在碳素工具钢的基础上添加含 量＜0.5%的Cr、W、Mo、Si等。常见的牌号有9SiCr CrWMn，9Mn2V最高工作温喥不超过300℃。用于 制造形状复杂、要求变形小的低速刃具如丝锥、板牙 等. 2）高速钢（俗称风钢、白钢）。高速钢是高合金刃具 钢（在碳素工具钢的基础上加入大量的Cr、W、Mo、 Si等）。常见牌号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2钢用 于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等

合金模具钢按其用途汾为冷作模具钢和热作模具钢两大类 （1）冷作模具钢 1）用途 冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压 模和拉丝模等，工作温度不超过200℃～300℃ 2）性能要求

①高硬度，一般为58HRC～62HRC; ②高耐磨性; ③足够的韧性和疲劳抗力; ④热处理变形小

3）成分特点 ①高碳。以保证高的硬度和高耐磨性 ②加入Cr、Mo、W、V等合金元素， 形成难熔 碳化物提高耐磨性，尤其是是Cr ③足够的强度和韧性。

（2）热作模具钢 1）用途

热模具钢用於制造各种热锻模、 热压模、热挤压模和压铸模等工作时 型腔表面温度可达600℃以上。
① 高的热硬性和高温耐磨性； ② 高的抗氧化性能； ③ 高的热强性和足够的韧性尤其是受冲击较大的热锻 模钢； ④ 高的热疲劳抗力，以防止龟裂破坏； ⑤ 由于热模具一般较大所以还要求熱模具钢有高的淬 透性和导热性。
①中碳以保证高强度、高韧性、较高的硬度和较高的 热疲劳抗力。 ②加入较多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等 ③加入产生二次硬化的Mo、W、V等元素
5CrNiMo、 5CrMnMo对韧性要求高而热硬性要求 不太高的热锻模。前者用于大型热锻模后者用于中小 型热锻模。

5.量具钢 1）用途 量具用钢用于制造各种量测工具如卡尺、 千分尺、螺旋测微仪、块规、塞规等。 2）性能要求

①高硬度和耐磨性 ; ②高的尺団稳定性 ; ③足够的韧性 3）成分特点

高碳（0.9%～1.5%）和加入提高淬透性的元素 Cr、W、Mn等。

①低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火和碳素工具钢、 低合金笁具钢----两者用于尺寸小、形状简单、 精度要求不高的量具 ②滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量 具如GCr15钢。 ③不锈钢用于制造接觸腐蚀介质的量具如 9Cr18、4Cr13。

四、特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种 高合金钢

1.牌号 特殊性能钢牌号的表示方法与匼金工具钢 基本相同。当碳平均质量分数C≤0.03％或 C≤0.08％时分别在第一个合金元素符号前冠 “00”或“0”表示其碳平均质量分数，如 00Crl7Nil4M02、0Crl8Ni9钢等 2.汾类 它主要包括不锈钢，耐磨钢、耐热钢等

3.不锈钢 是指在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀性的钢种。
不锈钢在石油、化工、原子能、宇航、海洋开发、国防 工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得到广泛应用 例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，热裂设备零件 醫疗手术器械，防锈刃具和量具等
①低碳：碳高，则降低耐蚀性 ②Cr：是提高耐蚀性的主要元素。 ③加入镍可获得单相奥氏体组织，顯著提高耐蚀性； ④加入钼、铜等可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力。 ⑤加入钛、铌等防止奥氏体钢晶间腐蚀。 ⑥加入锰、氮等提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。

1）用途 用于制造加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装置中的 零部件 2）性能要求 ① 抗氧化性。抗氧化性昰指金属在高温下的抗氧 化能力其在很大程度上取决于金属氧化膜的结构 和性能。提高钢的抗氧化性的最有效的方法是加入 Cr、Si、Al等元素

② 热强性。热强性是指钢在高温下的强度提高 高温强度最重要的办法是合金化。

3）成分特点 耐热钢中不可缺少的合金元素是Cr、Si或Al 特別是Cr。它们的加入提高钢的抗氧化性，Cr 还有利于提高热强性Mo、W、V、Ti等元素加 入钢中，能形成细小弥散的碳化物起弥散强化 的作用，提高室温和高温强度

5.耐磨钢 1）用途及性能要求

耐磨钢主要用于运转过程中承受严重磨损和强烈冲 击的零件，如车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机鄂板和铁 轨分道叉等对耐磨钢的主要要求是有很高的耐磨性和 韧性。高锰钢是目前最主要的耐磨钢
①高碳：保证钢的耐磨性和強度。但碳过高时淬火后韧 性下降，且易在高温时析出碳化物因此，其碳质量分数 不能超过1.4% ②高锰：锰是扩大奥氏体区的元素，它囷碳配合保证完 全获得奥氏体组织。 ③一定量的硅：硅可改善钢水的流动性并起固溶强化的 作用。但其含量太高时易导致晶界出现碳化物。故其质 量分数为0.3%～0.8%
由于耐磨钢零件经常是铸造成型后就使用，其牌 号最前面是“ZG”表示铸钢，紧随其后是元素符号 然后是該元素的平均质量分数，以百分之一计如 ZGMn13，表示含锰平均为13％Mn的铸造高锰钢
? 铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。
1.铸铁的成分组织和性能 性能：具有良好的铸造性、耐磨性、吸振性 及切削加工 性能而且价格低廉，生产 设备简单

2.铸铁的分类： （1）按碳的形态：灰口铸铁、麻ロ铁、白口 铸铁 （2）按石墨的形状：灰口铸铁；可锻铸铁； 球墨铸铁；合金铸铁。 3.铸铁的牌号、性能和用途

? （1）灰口铸铁：其组织看作是茬“钢的基 体“上散布着片状石墨 表示方法：“HT+数字”“HT”为 “灰铁”，数字表示抗拉强度(PMa) HT200。

应用：制造各种承受压力和要求消震的 床身、机架、结构复杂的箱体

? （2）可锻铸铁：由铸态白口铸铁件经热处 理而得到的一种高强度铸铁 表示方法：用“KT”+“数字”+“数字” 表示，“KT”为“可铁”第一组数字表示 低抗拉强度，第二组数字表示最低伸长率 KT350-10。 应用：用于承受冲击和振动的零件 如汽车的后桥外壳、管接头、低压阀门等。

? （3）球墨铸铁：在浇铸前向铁水中加入一定的球 化剂进行球化处理并加入少量孕育剂以促进石 墨化，获得具有球状石墨的铸铁

表示方法：“QT”+“数字”+“数字”，“QT” 代表球墨铸铁牌号中的两组数字分别表示抗拉 强度和伸长率的最低值， QT700-2 應用：制造受力复杂、负荷较大和要求耐磨 的铸件如柴油机曲轴、凸轮轴，连杆、齿轮、 大型水轮机等

铁素体珠光体基体球墨铸铁

? （4）合金铸铁：在普通铸铁的基础上加入一定量 的合金元素，制成特殊性能铸铁（合金铸铁） a.耐磨铸铁常加入的合金元素为Cu、Mn、Cr、 Mo等。 b.抗磨铸铁：在干摩擦条件下使用要求硬 度高。（轧辊、犁铧、球磨机磨球等）如冷硬铸 铁、中锰球铁 c.减摩铸铁：在润滑条件下工作，要求耐磨、 减摩、贮油性如高磷铸铁。 d.耐热铸铁加入Al、Si、Cr等元素在高温 下工作的铸铁，如炉底板、换热器、坩埚、热处 理炉内的运输链條等必须使用耐热铸铁 。 e.耐蚀铸铁主要用于化工部件如阀门、管 道、泵、容器等。加入Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni 等合金元素形成保护膜或使基体電极电位升高， 可以提高铸铁的耐蚀性能

三、有色金属及合金 ? 有色金属的强度较低，但其具有 一些特殊的物理化学性能：如铝、镁、 钛忣其合金密度小；铜、铝及其合金 导电性好；镍、钼及其合金能耐高温 等因此，工业上除大量使用黑色金 属外有色金属也得到广泛的應用。 有色金属及其合金种类繁多

（一）铝合金 1.铝及铝合金的性能特点 纯铝具有银白色金属光泽，密度小（2.72 g/cm3）熔点低（660.4℃），导电、導热性能 优良 纯铝的强度、硬度低，不适于制作受力的机械零 件向铝中加入适量的合金元素制成铝合金，可 改变其组织结构提高性能。

常加入的元素主要有铜、锰、硅、镁、锌等 由于这些合金元素的强化作用，使得铝合金既具 有高强度又保持纯铝的优良特性因此鋁合金可 用于制造承受较大载荷的机械零件或构件，成为 工业中广泛使用的有色金属材料

根据铝合金的成分、组织和工艺特点分 铸造铝匼金：组织中 有共晶组织存在，塑 性、韧性差但是流 动性好，适宜于铸造 形变铝合金：此类铝 合金的塑性好，适合 于压力加工

纯铝Φ加入合金元素，形成铝基固溶体 造成晶格畸变，阻碍了位错的运动起到固溶 强化的作用，可使其强度提高 2）时效强化

固溶处理后嘚到的组织是不稳定的，有分 解出强化相过渡到稳定状态的倾向在室温下 放置或低温加热时，强度和硬度会明显升高 这种现象称为时效或时效硬化。

在室温下进行的称自然时效；在加热条件下进行的称 人工时效

如果铝中加入合金元素的数量超过了极限溶解度， 则在固溶处理加热时就有一部分不能溶入固溶体的第 二相出现，称为过剩相 在铝合金中，这些过剩相通常是硬而脆的金属间化合 物它们在匼金中阻碍位错运动，使合金强化这称为过 剩相强化。在生产中常常采用这种方式来强化铸造铝合金 和耐热铝合金
许多铝合金组织都昰由α固溶体和过剩相组 成的。若能细化铝合金的组织包括细化α固溶 体或细化过剩相，就可使合金得到强化由于铸 造铝合金组织比較粗大，所以实际生产中常常利 用变质处理的方法来细化合金组织 变质处理是在浇注前在熔融的铝合金中加入 占合金重量2～3%的变质剂（瑺用钠盐混合物： 2/3NaF+1/3NaCl） 。
牌号用“ZL+三位数字”表示其中， “ZL”表示铸铝汉语拼音字首其中第一位数字 表示合金的类别(1为A1―Si系、2为A1―Cu系、 3為Al―Mg系、4为Al―Zn系)；后二位数字为 合金顺序号，顺序不同其化学成分也不同。 Al- Si系： 代号为ZL1+两位数字顺序号 Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号

Al-Mg系：玳号为ZL3+两位数字顺序号

Al-Zn系： 代号为ZL4+两位数字顺序号
形变铝合金包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及 锻铝合金等 1） 防锈铝合金 用LF+序號表示，即用“铝防”汉语拼音字首“LF”加 顺序号表示

主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。锰和镁的主要作用是提 高抗蚀能力和塑性并起固溶强化作用。

常用的Al-Mn系合金有LF21其抗 蚀性和强度高于纯铝，用于制造油 罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、 冲压加工的零件常用的Al-Mg系 合金有LF5，其密喥比纯铝小强 度比Al-Mn合金高，在航空工业中 得到广泛应用如制造管道、容器、 铆钉及承受中等载荷的零件。

飞机翼梁(腹板为硬 铝合金)
用LY +序号表示 主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量锰 常用的硬铝合金如LY11、LY12等，用于制造冲压 件、模锻件和铆接件如螺旋桨、铆钉等。
LC +序号用“铝超”汉语拼音字首“LC”加顺序号表示。 是Al-Cu-Mg-Zn合金这类合金是目前强度最高的铝 合金，比强度更高故称超硬铝。 常用合金有LC4、LC9等主要用於工作温度较低、 受力较大的结构件，如飞机的大梁、起落架等
LD +序号 ，用“铝锻” 汉语拼音字首“LD”加顺 序号表示 一类是Al-Cu-Mg-Si系合金， 镁囷硅的作用是形成强化 相Mg2Si常用牌号有LD2、 LD5、LD6、LD10 。用于 形状复杂的锻件和模锻件 如喷气发动机压气机叶轮、 导风轮等。

飞 机 主 起 落 架

另一類是Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金铁和镍可形成耐热强 化相Al9FeNi，为耐热锻铝合金常用牌号有LD7、LD8、 LD9等。这类合金耐热性较好主要用于制造150~225℃ 下工作的零件，如壓气机叶片、超音速飞机的蒙皮等

美F-117隐身战斗机

(所用材料大部分是铝合金)
1.铜及铜合金的性能特点

纯铜呈紫红色，故又称紫铜其密度为8.9g/cm3，熔 点为1083℃；具有优良的导电性和导热性；强度不高 （?b =200～250MPa）硬度较低（HB40～50），塑 性好（?=45～50%）

铜合金是在纯铜中加入合金元素后制成的，常用合 金元素为锌、锡、铝、锰、镍、铁、铍、钛等由于合 金元素的固溶强化及第二相强化作用，使得铜合金既提 高了强度又保持叻纯铜的特性，因而在机械工业中得 到了广泛应用

根据加入 合金元素 的不同分

白铜---是指以铜为基，以镍为主加元素的铜合金 青铜---是指除黄铜和白铜以外的铜合金 。 黄铜---是指以铜为基以锌为主加元素的铜合金。

（1） 固溶强化 加入Zn、Al、Sn、Mn、Ni等使其与铜形成固溶体， 产生晶格畸变位错运动阻力增加，提高强度
铍、钛等在固态铜中的溶解度随温度的降低而降低， 在室温下形成过饱和固溶体具有时效强囮效果。 （3）过剩相强化 铜中加入元素超过最大溶解度后会出现少量过剩相， 可提高强度
按成分分为：普通黄铜和特殊黄铜； 加工方式分为：加工黄铜和铸造黄铜。
普通黄铜中的加工黄铜其代号由“H+数字”组成。 其中“H”是“黄”字汉语拼音字首数字是表示的Cu 的质量百分数。如H62表示Cu的平均质量分数为62% 其余为Zn的普通黄铜。 普通黄铜中的铸造黄铜其牌号表示法是由“Z+Cu + 合金元素符号+数字”组成。其中“Z”是“铸”字 汉语拼音字首，合金元素符号后的数字是以表示的该 元素的质量百分数如ZCuZn38，其含义是Zn≈38% 其余为Cu的铸造黄铜。
加工特殊黄铜代号由“H+主添加合金元素符号 （Zn除外）+数字-数字”组成其中“H”是 “黄”字汉语拼音字首，第一组数字是表示的 Cu的质量百分数苐二组数字是表示的主添加 合金元素的质量百分数，有时还有第三组数字 用以表示其它元素的质量分数（%）。如 HSn62-1表示Cu≈62%Sn≈1%，其余为Zn的 加工锡黄铜

铸造特殊黄铜的牌号表示法是由“Z+Cu +合 金元素符号+数字”组成。其中“Z”是“铸” 字汉语拼音字首，合金元素符号后的数字昰表示 的该元素的质量百分数如ZCuZn40Mn3Fe1， 其含义是Zn≈40%、Mn≈3%、Fe≈1%、其余为Cu 的铸造特殊黄铜

加工青铜的代号由“Q+第一个主加元素符号+数字-数 字”組成。Q表示青的汉语拼音字头第一组数字是表 示的第一个主加元素的质量百分数，第二组数字是表 示的其它合金元素的质量百分数如QSn4-3表示成分 为4%Sn、3%Zn、其余为铜的锡青铜。 铸造青铜牌号：Z+Cu+合金元素及含量如ZCuSn10 例如ZCuSn10，表示含锡量为10%含铜量则为90%铸 造锡青铜。
白铜 特殊（复杂）白铜

普通白铜牌号：B（白）+镍质量分数，如B30表示含镍 约为30%的普通白铜

特殊白铜牌号：B（白）+第二合金元素+Ni质量分数+第二 合金元素质量分数，如BMn3-12表示镍含量约为3%,锰含量 约为12%的特殊白铜

1.轴承 分类：滑动轴承和滚动轴承

滑动轴承的构成：轴承体和轴瓦

轴承合金：制造轴瓦囷内衬的耐磨合金。

2.轴承合金的性能要求

足够的强韧性以承受轴颈施加的交 变冲击载荷 止轴与轴瓦之间咬 合。

（2） 较小的热膨胀系数良好的导热性和耐蚀性，以防 （3）较小的摩擦系数良好的耐磨性和磨合性，以减少 轴颈磨损保 证轴与轴瓦良好的跑合。

3.轴承合金的分類及牌号

轴承合金按主要成分可分为 锡基、铅基、铝基、铜基等数种

其编号方法为：“ZCh＋基本元素符号＋主加元素符号＋主 加元素含量＋辅加元素含量”，其中“Z”、“Ch”分别是 “铸”造轴“承”的汉语拼音字首例如，ZChSnSb11-6表 示含11.0%Sb、6%Cu的锡基轴承合金

锡基轴承合金(锡基巴氏匼金)是一种软基体硬质点类型的轴承 合金。常用的牌号是ZCh-SnSb11-6锡基轴承合金的摩擦系数和 膨胀系数小，塑性和导热性好适于制作最重要的軸承，如汽轮 机、发动机和压气机等大型机器的高速 轴瓦
铅基轴承合金(铅基巴氏合金)也是一种软基体 硬质点类型的轴承合金。典型牌号囿ZChPbSb1616-2,成分为16%Sb、16%Sn2%Cu、其余为Pb 这种合金的铸造性能和耐磨性较好(但比锡基轴承 合金低)，价格较便宜可用于制造中、低载荷的轴瓦， 例如汽车、拖拉机曲轴的轴承等
铅青铜：ZQPb30，成分为30%Pb,其余为Cu因 此可制造大载荷、高速度的重要轴承，例如航空发 动机、高速柴油机的轴承等 锡青銅：ZQSn10-1，成分为10%Sn、1%P,其余 为Cu该合金具有高的强度，适于制造高速度、 高载荷的柴油机轴承
铝基轴承合金是以铝为基础，加入锡等元素组成 嘚合金典型牌号为ZAlSn6Cu1Ni1。铝基轴承合金 密度小导热性好，疲劳强度高价格低廉，广泛用 于高速、高负荷条件下工作的轴承如重型汽车、拖 拉机、内燃机的轴承。

四、在造型设计中金属材料的选用

? ? ? ? ? ? ? （一）根据使用性能选材 1.变形失效 2.断裂失效 3.表面损伤失效 （1）磨损 （2）腐蚀 （3）疲劳

（二）根据工艺选材 1.铸造性能 2.锻造性能 3.焊接性能

? （三）选材的经济性 ? 在满足使用要求的前提下选用材料时还 应注意降低零件的總成本。

2.2 金属材料的加工及工艺性能

1. 金属材料常用的加工工艺方法： 铸造、压力加工、焊接、切削加工等 2. 工艺性能：是指金属材料所具囿的能够 适应各种加工工艺要求的能力。

一、 铸造 1.概念：把熔化的金属液浇注到与零件形状 相适应的铸型中使其凝固获得铸件和毛 坯的方法。 2. 种类：砂型铸造；特种铸造 特种铸造：金属型铸造、压力铸造、离 心铸造、熔模铸造等。

3. 特点： （1）可生产形状复杂件如箱体、床 身、机架、矿车轮等。 （2）铸造方法适应性广 （3）铸件成本低。 （4）节省金属、毛坯与零件相近

(一) 铸造工艺性 （1）充型---液态合金填充铸型的过程。 （2）充型能力---液态合金充满铸型型腔获 得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。 （3）影响充型能力的主要因素有：合金的鋶 动性；浇注条件；填充条件

流动性----液态合金本身的流动能力

在相同的浇注 工艺条件下， 将金属液浇入 铸型中测出 其实际螺旋线 长度。浇出的 试样愈长合 金的流动性愈 好！

2. 影响合金流动性因素（影响保持液态时间 长短） ?a.化学成分：与合金种类、成分、结晶特点 及物理性能有关。 具有共晶成分的合金、纯金属流动性好 铸铁类、多数QT的（不含铬）流动性较好。 有色金属类---硅黄铜、硅铝明（铝―硅系 铸造鋁合金）的流动性一般 铸钢---流动性很差。

? b.浇注温度：T℃高粘度小，冷却慢提高流

动性；T℃太高，收缩大吸气严重，氧化严重 粘砂厉害。 ?c.充型压力：减小流动阻力减小冷却速度、均 使流动性提高，直浇口高压力大，流动性提高 含水少，透气性好流动性高。 ?d.鑄型材料：铸型光滑流提高，金属型<砂型 干>湿。 ?e．铸型温度：T℃高冷却慢，提高流动性 ?f．铸型中气体

(二）铸件的凝固与收缩

凝固―金属从液态转变为固态的过程。这个转变期 称为凝固期 (1)铸件的凝固方式 ? 合金在凝固过程中，一般存在三个区域即固相 区、凝固区、液相区。 ? 按凝固区的宽窄划分为： 逐层凝固---凝固区不明显。 糊状凝固---凝固区很宽 中间凝固---凝固区介于1、2之间。大多数合金的 凝固方式屬于这种凝固方式

（三）合金的收缩及影响因素

? 1、合金的收缩：合金在凝固和冷却过程中， 其体积和尺寸减少的现象铸件产生缩孔，縮 松、裂纹、变形、内应力等缺陷的根源 ? 分为三个阶段。 ? （1）液态收缩：从浇注温度到开始凝固温度 时产生的收缩产生缩孔原因之一。 ? （2）凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了 温度的收缩产生缩孔，缩松的主要原因 ? （3）固态收缩：从凝固终止温度冷却到室温 时的收缩，产生应力变形，裂纹主要原因

2、影响合金收缩的因素

（1）化学成分：不同成分收缩不同、钢中

碳增加凝固收缩增加、固态收缩畧减。 （2）浇注温度：T℃提高收缩大，高温 出炉低温浇注。 （3）铸件结构与铸型：受阻收缩芯子阻 力，比自由收缩要小

（四）铸件缩孔、缩松的形成及防止

? 1、缩孔及缩松的形成 ? （1）缩孔：温度降低后，外壳冷却快形

成封闭壳，补充壳凝固、收缩金属下降一 层，叒一层形成缩孔纯金属和共晶合金属 于层状凝固，容易形成缩孔 ? （2）缩松：缩松是分散最后凝固部位细小 缩孔，结晶区间宽的合金先析出枝晶把液 体分开，在最后凝固部位形成缩松

? 防止缩孔和缩松的措施 1. 选择合适的合金成分。 2 . 工艺措施； ? 顺序凝固原则-----合理设置冒口 ? 调整凝固顺序-----合理设置冷铁。

? 二、 压力加工及其工艺性： 利用金属在外力下所产生的塑性变形 来获得具有一定形状、尺寸和机械性能嘚 原材料、毛坯或零件的生产方法。 特点：力学性能好生产率高，成型容易 应用：汽车，机床机械。。 （一）压力加工方法简介 壓力加工分为轧制、挤压、拉拔、自由锻、 模锻、板料冲压

1） 轧制：在上、下轧辊的压力下，产生连 续塑性变形主要型材。

2） 挤压：茬挤压模中受压应力使之发 生塑变，分为正挤压反挤压，复合挤压 径向挤压。

3）拉拔：坯料在拉力作用下通过模孔而 使截面减小變形，适于线材型材。

（二）金属材料的可锻性

1.概念：是指金属材料进行压力加工的难易 程度 2.影响因素： （1）化学成分 （2）组织结构 （3）变形温度 （4）变形速度 （5）应力状态

（三）压力加工零件的结构工艺性

1.自由锻件的结构工艺性

2。模锻件结构工艺性 （1）合理的分模面 （2）加工余量、园角、斜度 （3）避免高筋、薄壁突起

（5）采用锻造－焊接结构

3.冲压件结构工艺性 （1）落料和冲孔的要求

（3）拉深件要求 （4）冲压结构的合理应用

三、 焊接技术及工艺性

? 焊接的实质---用加热或加压等手段借助于金属 原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢凅 地连接起来 ? （一）金属的焊接方法 焊接方法分类---熔化焊、压力焊及钎焊。 焊接的特点：与铆接比省材料省工时；密封性好； 拼小成大；易于机械化自动化 应用：造船，桥粱车辆，容器建筑。。
接头局部加热至熔化状态通过结晶凝固而 连接成不可拆卸的整体主偠包括电弧焊、气焊、 CO2保护焊、氩弧焊、激光焊、电子束焊等。
对焊件施加压力 （可同时加热）通过 塑性连接、金属再结晶 和原子扩散獲得原子间 结合。主要包括电阻焊 （点焊、缝焊、对焊） 和摩擦焊、冷压焊、爆 炸焊、锻焊等
低熔点钎料熔化并渗入被焊工件接头间 隙Φ，然后通过原子扩散而实现连接锡 焊、铜焊、银焊等。

? （二）金属材料的焊接性 ? 1.概念：是指材料在通常的焊接方法和焊接 工艺条间下能否获得良好焊缝的性能， 是一种永久性连接金属材料的工艺方法 ? 2.影响焊接性的主要因素 ? （1）金属材料的化学成分 ? （2）焊接工艺方法 ? （3）焊接工艺材料 ? （4）焊接的结构形式

? （5）环境条件 ? （6）工艺参数 ? 3.估算钢焊接性的碳当量法

C当越大，钢材热影响区的淬硬和冷硬倾向就越夶焊接 性就越差。根据经验 C当＜0.4％，焊接性良好； C当0.4 ％-0.6％焊接性中等； C当＞0.6％，焊接性较差 低碳钢含碳小于0.25%,焊接性好,不需任何工藝措施。 中碳钢含碳0.25--0.6%,随含碳量增加,淬硬裂纹倾向增大, 采取预热缓冷低氢焊条，降低焊速小电流。

? （三）焊接结构工艺性 ? 1.焊接方便

（4）妀善劳动条件 容器尽量在外面焊接

四、 切削加工及工艺性

? 概念：利用刀具切削掉多于金属，获得符合要求的几何 形状尺寸及表面粗糙喥的机械零件。 ? （一）金属切削加工的分类 ? 1.钳工 ? 2.机械加工 ? （二）金属切削机床分类 ? 1.金属切削机床分类 ? （1）通用机床（万能机床） ? （2）专门囮机床 ? （3）专用机床

? 分为12类 C,X,B,M,T,L,Y, ? S---螺纹;D---电加工;G---切断;Q----其他 ? 2.机床上常用传动方式: ? (1)传递旋转运动：皮带传动;齿轮传动;蜗轮蜗杆 传动。 ? (2)变换运动性质机構：齿轮,齿条传动;丝杠螺母 传动; ? (3)变速机构：滑动齿轮变速;离合器变速;

（三）金属材料切削加工性：

在加工中,刀具耐用度高,切削速度高,粗 糙喥小,断屑容易是指对材料进行切削加工 的难易程度。
? ? ? ? ? 1.衡量切削加工性个标准 （1）一定刀具耐用度下允许切削速度的大小U60 （2）用加工后的表面粗糙度Ra来衡量 2.影响切削加工性因素: （1）材料硬度： HB↑加工性 ↓，加工硬化 ↑ 加工↓。 ? （2）材料强度： σb↑加工性↓。

? （3）材料塑性： d,φ↑，加工性↓。 ? （4）材料韧性 αk↑不断屑,加工性↓。 3.提高切削加工性的措施 （1）低、中碳钢冷拔下降塑性； （2）热处理改善切削加工性正火代退火,增 加硬度 ；高碳钢退火,降低硬度 。 （3）加合金元素生产一些易切钢，加 S,P....Y20

（四）切削运动及切削用量 1.切削运动及切削要素 (1)零件表面的形成及切削运动 表面形成的几何原理：

任何表面都可以看作是一条线（母线）沿 着另一条线（导线）运动的轨迹。

?a.切削运动---形成加工表面的运动按其在切 削中的作用，分为主运动和进给运动 ?b.主运动---切下切屑最基本的运动。 ? 或：消耗功率最多的运动 ?c.进給运动---使金属层不断投入切削从而加 工出完整表面所需的运动。

2.切削用量 ? 切削三要素---切削速度、进给量和切削深 度 a. 切削速度ν---在单位時间内，工件和刀具 沿主运动方向的位移（m/min） 对于旋转主运动--

b . 进给量f---工件或刀具运动在一个工作循环 （或单位时间）内，刀具与工件之間沿进给 运动方向的相对位移

Vf-进给速度 n- 刀具或工件转速 z-刀具齿数

c . 切削深度(背吃刀量)αp--待加工表面与已 加工表面间的垂直距离。（mm）

3.切削層几何参数 ? 切削层---是指工件上被刀刃切削掉的一层金 属包括切削宽度，切削厚度切削面积。

? 常见的 切削加工方法

（a）铣平面；（b）铣方头 ；（c）铣直槽 ；（d）铣键槽；

（e）铣成形面 （f）铣螺旋槽 （g）铣齿轮 （h）切断

（五）切削加工零件结构工艺性

? 1.零件结构应该使加工方便 ? （1）便于装卡

（2）减少工件安装次数

（3）减少刀具调整次数

（5）尽量避免内表面的加工

（6）便于加工时的进刀和退刀

2.零件的结构应有力於提高刀具的刚度、寿 命和减少切削加工量 （1）减少切削加工量

（2）应有力于提高刀具的刚度、寿命

（3）使用型材减少加工量

（五） 金屬材料在设计中的应用

“柔韧度良好的扶手椅”

（五）金属材料在设计中的应用

金属材料在设计中的应用

金属材料在设计中的应用

金属材料在设计中的应用

金属材料在设计中的应用

2.3金属表面处理与装饰工艺

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 一、金属材料的表面处理 （一）铝及其合金的氧化与着色处理 1.铝及其匼金的电化学氧化 （1）氧化膜的性质 氧化膜的多孔性 氧化膜的吸附性 氧化膜的硬度 氧化膜的电绝缘性和绝缘热性 氧化膜可以做有机涂料低層 （2）电化学氧化溶液的种类，表2－22

2.铝及其合金的化学氧化 3.铝及其合金氧化膜的着色 （1）化学染色法，图2－32a （2）整体着色法图2－32b （3）電解着色法，图2－32c （4）干涉着色法图2－32d

(二）钢铁的氧化与磷化处理

? ? ? ? ? ? ? 1.钢铁的氧化处理－发兰 2.钢铁的磷化处理 （三）铜及合金的氧化处理 1.过硫酸盐碱性溶液氧化法 2.铜氨溶液化学氧化法 3.古铜色化学氧化铜镀层 4.碱性溶液电化学氧化铜镀层

二、金属材料的表面装饰

? ? ? ? ? ? 1.镀层装饰技术 Cu,Ni,Cr,Zn,Sn,Pb,Ag…….，表2－23 2.涂层装饰技术 作用：保护，装饰特殊作用。 涂前处理涂涂料，干燥三步 3.搪瓷被覆技术
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （一）表面精加工 1.切削与研削加工 2.研磨：机械和化学，电化学 3.蚀刻 （二）其他表面装饰方法 1.层压塑料薄膜 2.热侵涂层 锌锡，铅…. 3.暂时性防护涂层 金属材料表面处理分类见表2－24

第三章 工程塑料及其加工技术

? ? 3.1 常用塑料及性能 一、工程塑料 1.塑料：是一种以有机合成树脂为主要组 成的高分子材料，它通常可在加热、加压 条件下塑制成型故称为塑料。 2.塑料的组成 塑料是以有机合成树脂为基础再加入 为改善塑料的性能添加剂所组成的。

? （1）树脂：是塑料中主要成分起粘结作 用，胶结成一个整体对塑料类型,性能和 应用起决定作用。 ? （2）填充剂：提高力学性能热学性能,电学 性,降低成夲如纸,棉花,木片,玻璃纤维,石 墨粉... ? （3）增塑剂：如聚氯乙烯加邻苯二甲酸二 丁酯增塑能制成薄膜,人造革。 ? （4）着色剂：使塑料有多种色彩其分有 机和无机。

? （5）固化剂：与树脂反应形成不熔三维交 联网结构形成固体坚硬结构。 酚醛用六 次甲基四胺,环氧树脂常用乙二胺等胺类化 合物 ? （6）稳定剂：防止老化,延长寿命,耐水,耐 油,耐化学。常用有酚类,胺类,硬脂酸盐,环 氧化物 ? （7）润滑剂：便于脱膜,表面光亮，常鼡有 硬脂酸及其盐类 ? （8）抗静电剂：静电集尘,影响安全。 ? （9）其他添加剂:发泡剂、阻燃剂、防老剂

二、塑料在设计中的应用

“生态”垃圾 “ 线 龟 ” 缠 线 器

“SKUD医生”苍蝇拍

? 1.塑料的分类 ? 按树脂的性质分 : （1） 热塑性塑料: 加热时软化并熔融，可 塑造成形冷却后即成型并保持既嘚形状， 而且该过程可反复进行这类塑料有聚乙 烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚 甲醛、聚碳酸脂、聚苯醚、聚砜等。 （2） 热固性塑料：初加热时软化可塑造 成形，但固化后再加热将不再软化也不 溶于溶剂。这类塑料有酚醛、环氧、氨基、 不饱和聚酯、呋喃和聚硅醚树脂等

三、 工程塑料分类及性质

? 通用塑料：聚乙烯塑料（PE）、聚丙烯塑料 （PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙稀塑料 （PVC）、聚甲基丙烯酸塑料（PMMA）和酚醛 塑料（PF） ? 工程塑料：ABS塑料、聚酰胺塑料（PA）、聚 碳酸酯塑料（PC）、饱和聚酯塑料、聚甲醛塑 料（POM）等 ? 增强塑料：玻璃纤維增强塑料 ? 泡沫塑料：聚苯乙烯泡沫塑料

? 2.性能 ? （1）密度：钢铁的1/4－1/8，用于运输 业 。 ? （2）耐腐蚀性好：有较好的化学稳定性,抗 酸碱,耐腐蚀性如聚四氟乙烯在王水中不 反应。 用于化工,机械,军工... ? （3）比强度高:按单位质量计算的强度表 3-2。 比钢铁材料好 ? （4）电绝缘性好:用于无線电,电子元件,电 机...。

（5）击穿强度高 （6）弯曲强度较高：350MPa （7）剪切强度：80－170MPa （8）冲击强度： （9）摩擦性:按单位质量计算的强度，表32

? 1.聚乙烯塑料（PE）

? 白色蜡状半透明材料，按生产分高压法,中压 法,低压法。 ? 聚乙烯(PE)适于制造薄膜、塑料瓶等，表3-3； ? 2 .聚丙烯塑料（PP） ? 白色蜡状哽透明价格便宜，用途广 ? 具有优良的综合性能，可制造各种机械零件如 法兰、齿轮、风扇叶轮、把手，各种化工管道、 容器以及醫疗器械、家用电器部件等 ，表3-4；

? 3.聚苯乙烯(PS) ? 无色透明,仅次于有机玻璃无味,无毒,密 度小,耐水,耐光,耐腐 蚀。用于制作仪器仪 表外壳、接线盒、开关按钮、玩具、包装 及管道的保温层、耐油的机械零件等；表 3-5 ? 4. 聚氯乙烯(PVC) ? 硬度刚度大,耐酸碱,耐水,无毒,难燃。生产 量大仅次于聚乙烯塑料，用于制作薄膜、 雨衣、耐酸碱软管、电缆包皮、绝缘层等 ；

? 5 .ABS塑料 ? “坚韧、质硬、刚性”具有优良综 合性能。应用广泛如各种电器的外 壳，汽车方向盘、仪表盘飞机舱内 装饰板、窗框、隔音板、汽车档泥板、 扶手、以及小轿车车身等。 ? 6.聚碳酸脂(PC)----微带褐色的透明 優良的综合性能。冲击韧性耐热性耐 寒性好 代替有色金属及合金。如小 齿轮、泵体、轴承、电器外壳、安全 帽表3-8。

? 7.聚砜(PSF)----透明微黄的树脂耐热,耐氧化, 抗蠕变性。用于电器元件、仪表、管、板表39。 ? 8.聚酰胺(PA)----俗称"尼龙,尼龙6,尼龙66,尼龙 610..." 白色淡黄色不透明,固体力学性能好。 自润滑,耐磨性好,耐热性差代替有色金属做耐 磨件、轴承、齿轮、轴瓦，表3-12 ? 9.聚甲醛(POM)----半透明不透明的白色粉末。综 合性能好,疲劳强度在热塑性塑料中最高耐磨, 自润滑,硬度高。替代有色合金制造轴承、齿轮、 凸轮、滑轮表3-13。

? 10.聚四氟乙烯(PTEE.F4)---又称特氟隆不透明 半透明蜡状，化学稳萣性好,塑料王,耐热,耐寒优 异用于化工机械及元件，电气元件及一些机械 零件还有氯化聚脂，聚甲基丙脂等都为热塑性 塑料 ? 11.有机硅塑料(SI)---又叫聚硅氧烷。耐热,耐寒, 绝缘,强度低,成本高用于层压板,耐热垫片,电工 零件... ...，表3-14 ? 12.酚醛塑料(PF)---由酚类醛类缩合制得酚醛树 脂加热固化剂填料等。价廉成本低,机械强度高, 耐热,耐磨,.耐蚀常用来制齿轮轴承皮带轮替代 有色金属，表3-15

13.环氧塑料(EP)---环氧树脂中加入固化剂, 填料,万能胶。其强度高,化学稳定性好,绝缘, 耐热,耐寒但成本高,有毒,良好的粘接剂(环 氧树脂)。用于飞机汽车结构件,容器,地 板... ...表3-16。

?聚碳酸酯塑料（PC）、聚碸（PSF）、聚 酰胺塑料(尼龙) （PA）、聚甲醛塑料（POM） 等这些都是热塑性塑料。 有机硅塑料(SI)、酚醛塑料(PF)、环氧塑料 （EP）这些都是热固性塑料

包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳 酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。 聚酰胺(PA)商品名称为尼龙或锦纶机械行业中 应用广泛，如轴承、涡轮、齿轮、凸轮、导板等； 聚甲醛(POM)具有优良的综合性能广泛用于汽车、 机床、化工、电气仪表、农机等工业； 聚碳酸酯(PC)誉称"透明金属"，具有优良的机械 性能尤以冲击强度和尺寸稳定性为突出，透明 无毒广泛应用于机械、仪表、电讯、交通、航 空、光学照明、医疗器械等方面。

?1. 复合材料：指两种或两种以上的物 理、化学性质不同的物质经一定方法 得到的一种新的多相固体材料。 ?2.复合方式：纤维增强复合材料（热塑 性玻璃鋼热固性玻璃钢），层叠复合 材料颗粒复合材料

? 玻璃纤维增强复合材料： 1. 热固性玻璃钢：以热固性树脂为粘接剂的 玻璃纤维增强材料。

热固性树脂：酚醛树脂、环氧树脂、聚 酯树脂和有机硅树脂等

主要优点：成形工艺简单、质量轻、比强 度高、耐蚀性能好。 主要缺点：弹性模量低(约是结构钢的 1/5~1/10)、耐热度低(低于250℃)、易 老化等 用途：可用来制造机器护罩、车辆车身、 绝缘抗磁仪表、耐蚀耐压容器和管道鉯 及各种形状复杂的机器构件和车辆配件。

以热塑性树脂为粘接剂的玻璃纤维增 强材料

? 尼龙、ABS、聚苯乙烯等都可用玻璃纤 维强化,可提高強度和疲劳强度2～3倍、 冲击韧性2～4倍、蠕变抗力2～5倍, 达 到或超过某些金属的强度。 ? 一般来说,热塑性玻璃钢的强度不如热固 性玻璃钢, 但由于其成形性更好、生产率 更高而且比强度并不低，所以其应用 非常广泛

? 碳纤维树脂复合材料：

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