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机械工程材料第六章合金钢为改善钢的性能,专门加入一种或者数种合金元素的钢称之合金钢目前常用的合金元素有硅Si、镒Mn、格Cr、Ni、鸨W、锢Mo、4凡V、钛Ti、铝AI、硼B、银Nb、倍Zr与稀土元素Re等稀土元素稀土元素是铳、钮与辆等17种元素的总称包头市有“稀土之城”之美誉稀土除具有金属通用性以外,还具有自己的一些“绝招”钢中加入适量稀土可细化晶粒,改善加工性能,提高钢的耐高温、抗腐蚀的本领铸铁中加入稀土,可大大提高铸铁的塑性第一节合金钢的优良性能合金元素在钢中不仅与铁与碳这两个基本元素发生作用,而且合金元素之间也可能相互作用,从而使合金钢具有优良的性能力学性能好合金元素溶入铁后,形成合金铁素体,使铁素体的强度与硬度提高强化铁素体最显著的合金元素是硅、镒与银构成滚动轴承工作时,滚动体与套圈之间属于点接触或者线接触,接触面积小,摩擦阻力小,启动灵敏效率高,涧滑简便,互换性好,但抗冲击能力差,噪声大,工作寿命较短)制造滚动轴承的专业钢称之滚动轴承钢滚动轴承在工作时,承受着高而集中的交变应力,同时在滚动体与套圈之间还会产生强烈的摩擦因此,滚动轴承务必具有高的硬度与耐磨性、高的弹性强度与疲劳强度与一定的韧性滚动轴承钢含碳量为
0.95%——
1.05%含格量为
0.45%——
1.65%加入合金元素Cr是为了提高淬透性,并在热处理后形成细小均匀分布的碳化物,提高其耐磨性制造大型轴承时为进一步提高淬透性,还能够加入Si、Mn等元素滚动轴承钢的热处理要紧是锻造后再进行球化退火(V210HBS)制成零件后进行淬火与低温回火,得到回火马氏体组织,硬度可达62HRC以上第四节合金工具钢工具钢可分为碳素工具钢与合金工具钢两种碳素工具钢来源较广,价格便宜,淬火后能达到高的硬度与较高的耐磨性,但因它的淬透性差,淬火变形倾向大红硬性差(只能在200℃下列保持高硬度)因此尺寸大、精度高与形状复杂的模具、量具及切削速度较高的刀具,都要使用合金工具钢制造合金工具钢按用途可分为刀具钢模具钢与量具钢合金刀具钢刀具钢要求高硬度、耐磨、红硬性高,有足够的强度与韧性合金刀具钢分为低合金刀具钢与高速钢
1.低合金刀具钢低合金刀具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢这类钢含碳量在
0.8%——
1.5%之间合金元素总量不大于5%故称低合金刀具钢加入Cr、Si、Mn等合金元素要紧是提高钢的淬透性与强度加入少量W、V等合金元素,要紧是提高钢的硬度与耐磨性,并防止加热时过热,保持晶粒细小低合金刀具钢与碳素工具钢相比淬透性提高了,淬火后的硬度可达61——65HRC红硬性为300℃一—400℃最大切削速度为8m/min它要紧用于制造尺寸较大,切削速度较低,形状比较复杂,要求淬火后变形小的刀具最常用的低合金刀具钢使9CrSi.CrWMn与9Mn2Vo19CrSi钢由于加入Cr与Si使其具有较高的淬透性与耐回火性,碳化物细小均匀,硬度为60——64HRC工作温度可达300℃因此,9CrSi钢要紧用来制造要求淬火变形较小与刀刃细薄的刀具CrWMn钢由于Cr、W、Mn同时加入,使钢具有高的硬度64——66HRC与耐磨性,特别是热处理时变形很小,故称微变形钢它要紧用来制造要求淬火变形较小、较精密的低速切削工具需要指出的是,CrWMn钢“微变形”不是绝对的,其变形大小与热处理工艺好坏有密切的关系若热处理不恰当,仍有可能产生较大的变形CrWMn钢较明显的缺点是热加工轧制、锻造时容易形成较严重的网状碳化物,从而增加工具的脆性,造成淬火或者使用中开裂此外,CrWMn钢价格较高,磨削性较差,易产生磨削剥落现象及裂纹9Mn2V钢它是不含错的低合金刀具钢,价格较低Mn元素能显著提高钢的淬透性,但Mn有增加高温时晶粒长大倾向,使钢容易过热,故加入V元素细化晶粒,还可形成碳化锐,提高钢的硬度与耐磨性9Mn2V钢的淬透性、耐磨性与淬火变形倾向虽不及CrWMn钢,但比T10A钢好得多因此,许多工厂用9Mn2V钢代替一部分CrWMn钢与T10A钢使用,取得良好效果低合金刀具钢的预热处理是球化退火,最终热处理为淬火后低温回火
2.高速钢随着工业生产的进展,在切削加工中切削速度与走刀量日益增大,被加工的高强度材料日益增多,切削时产生大量的热量,使刀刃受热温度大为升高,而且还承受很大的切削力这就要求刀具应有更高的硬度、耐磨性与红硬性碳素工具钢与低合金刀具钢已不能满足这样的要求材料专家使用高合金化的方法,研制成功具有高的强度、硬度63——66HRC与耐磨性,红硬性达600℃切削速度达16m/min仍保持刃口锋利的高速钢,切削速度比碳素工具钢与低合金刀具钢提高1——3倍,使用寿命提高7——14倍因此,高速钢广泛用来制造较高切削速度的刀具高速钢是一种含有W、Cr、V等多种元素的高合金工具钢较高的碳可保证形成足够的碳化物,提高硬度与耐磨性;加入Cr要紧作用是提高淬透性;加入W与Mo要紧作用是提高红硬性;加入V能显著提高钢的硬度、耐磨性与红硬性高速钢的优良性能务必经反复锻造与正确的热处理后才能达到通过反复锻打,将特殊碳化物打碎且均匀分布然后进行球化退火,改善切削加工性,制成所需形状、尺寸的刀具,再进行淬火、回火获得优良性能淬火、回火工业好坏,决定着高速钢刀具的使用性能与寿命,它是热处理的关键与通常工具钢相比,高速钢淬火、回火的特点是淬火温度高通常在1200℃——1300℃、回火温度高560℃且多次回火高速钢的导热性很差,淬火温度又很高,表面极易产生过热或者过烧,因此淬火加热时务必进行预热一次预热在800℃——850℃进行,两次预热可在500℃——600℃与800℃——850℃分别进行高速钢中含有大量W、MoV、Cr等难溶碳化物,它们只能在1200℃以上才能溶入奥氏体中,以保证淬火、回火后获得高的红硬性因此,高速钢的淬火加入温度务必很高高速钢的淬火冷却常使用油冷或者分级淬火方法高速钢淬火后的组织由马氏体、未溶合金碳化物与大量残余奥氏体构成,残余奥氏体量多达20%——30%如今钢的硬度尚不够高为了使残余奥氏体转变,务必在550℃——570℃重复进行三次回火如今,马氏体析出极细碳化物,残余奥氏体转变为回火马氏体,钢的强度、硬度进一步得到提局O由于高速钢具有高的强度、硬度、耐磨性与较高的红硬性,故广泛用于制造切削速度较高的刀具与形状复杂、载荷较重的成型刀具此外,高速钢还应用于冷模具及某些耐磨件的制造最常用的高速钢有下列三类1鸨系高速钢最常用的牌号是W18Cr4V18~4-1钢它是进展最早,过去在我国使用最广占95%的高速钢其突出的优点是通用性强,红硬性较高淬透好,脱碳敏感性小,有较好的韧性磨削性能好但碳化物分布不均匀,热塑性低,导热率小鸨系高速钢广泛用于制作工作温度在600℃下列的各类复杂刀具适于加工软或者中等硬度的材料2鸨铝系高速钢最常用的牌号是W6Mo5Cr4V26-5-4-2钢这种钢用锢替代一部分鸨它的要紧特点是热塑性、使用状态的韧性与耐磨性均优于鸨系高速钢由于监目的存在,使碳化物细小、分布均匀,且价格便宜但它的磨削加工性能稍次于W18Cr4V脱碳的敏感性也较大鸨羯系高速钢广泛用于制作承受冲击力较大的刀具
(3)超硬高速钢它是为加工高硬度、高强度的金属材料(如钛合金、高强度钢)而研制的它是在鸨系与鸨锢系高速钢的基础上加入5%——10%的钻,形成含钻高速钢典型钢的牌号是W18Cr4VCo10热处理后硬度可达65——70HRC红硬性达670℃但脆性大,价格高,通常用做特殊刀具合金模具钢用于制造冲压、锻造、成型的压铸等模具的钢统称之模具钢按工作条件不一致,可分为冷模具与热模具钢.冷模具钢冷模具钢是用于制造使金属在冷态下变形的模具它们都要使金属在模具中产生塑性变形,因而受到很大的压力、摩擦或者冲击因此要求模具钢具有高的硬度(通常为58——62HRC)与耐磨性,并有足够的强度与韧性大型的冷模具还要求有良好的淬透性小型冷模具可使用碳素工具钢与低合金刀具钢或者滚动轴承钢来制造大型冷模具通常使用Cr
12、C门2MoV等高碳高辂钢制造这类钢热处理后具有高的硬度、强度与耐磨性.热模具钢热模具钢是用于制造使金属在高温下成型的模具热模具钢通常在400℃——600℃工作,并承受很大的冲击力因此要求热模具钢具有高的热强性、良好的韧性、一定的硬度与耐磨性热模具钢通常使用中碳合金钢(C
0.30%——
0.60%)制造含碳量高会使韧性下降,导热性也差,含碳量太低则不能保证钢的强度与硬度加入合金元素Cr、Ni、Mn、Si等的目的是为了强化钢的基体与提高淬透性加入W、Mo.V等是为了提高钢的热强性与耐磨性目前常使用5CrMnMo与5CrNiMo钢制作热锻模,使用3Cr2W8V钢制作热挤压模与压铸模热模具钢的最终热处理时淬火后中温回火(或者高温回火),以保证足够的韧性合金量具钢量具在使用中常与被测工件接触,受到摩擦与碰撞这就要求量具用钢有高硬度(62——65HRC)、高耐磨性、高的尺寸稳固性与足够的韧性目前,量具用钢要紧有低合金刀具钢、滚动轴承钢、碳素工具钢与渗碳钢低合金刀具钢与滚动轴承钢有CrWMn.9Mn2V、GC门5等,要紧用于制造高精度、形状复杂的量具碳素工具钢有T10A、T12A等,要紧用于制造精度不很高、形状简单、尺寸较小的量具3渗碳钢有
15、
20、20Cr等,要紧用于制造长形或者平板状量具第五节特殊钢特殊钢是指作特殊用途,具有特殊的物理、化学性能的钢,如不锈钢不锈钢常用的不锈钢要紧是格不锈钢与格银不锈钢.格不锈钢要达到耐蚀不生锈的目的,钢中的含Cr量务必不小于13%常用格不锈钢的牌号有
1013、2c
43、3cM
3、4cM3等钢中的Cr使钢有良好的耐蚀性,而碳则保证钢有适当的强度但随着含碳量的增加,钢的强度、硬度提高,韧性、耐蚀性则下降这类不锈钢具有良好的抗大气、海水、蒸气等介质腐蚀的能力,故要紧用于制造在弱腐蚀介质中工作的机械零件与工具1C门3与2013钢由于含碳量较低,淬火达不到高硬度,但塑性与韧性较好,适用于在弱腐蚀条件下,硬度要求不高或者受冲击载荷的零件及家用物品这两种不锈钢的热处理工艺为淬火后高温回火,得到回火索氏体组织3cM
3、4113钢由于含碳量较高,经淬火后低温回火,得到马氏体组织,其硬度在50HRC左右要紧用于制造要求不锈的弹簧等及在弱腐蚀条件下工作、强度要求较高的耐蚀零件.锚镶不锈钢这类不锈钢平均含Cr:18%Ni28%故简称18-8不锈钢络锲不锈钢具有很好的耐腐蚀性这是由于加入大量的Cr与Ni不仅在钢表面能形成致密的Cr203(氧化格)保护膜,而且,经淬火后能得到单相奥氏体组织,故又称奥氏体不锈钢因此络锲不锈钢要紧用于制造强腐蚀介质条件下工作的结构零件因耐腐蚀性好,也广泛用做装潢、装饰材料络锲不锈钢无铁磁性,磁铁吸不起来根据这种特性,可与给不锈钢相区别格不锈钢与锦锲不锈钢具有一定的耐热性,如1Cr
13.2cz3等可用于工作温度低于450℃的汽轮机叶片而在辂镶不锈钢中加入钛、银,如1Cr18Ni9Ti0C门8Ni9Nb等,可在500℃——700℃范围内工作耐热钢通常钢材料加热至560℃以上时,钢材表面就会发生氧化作用,生成疏松多孔的FeO从而起皮脱落,并使强度明显下降,最终导致零件破坏高温合金是航空航天发动机中的关键材料通常我们把在高温下具有高的抗氧化性能与较高强度的钢称之耐热钢耐热钢可分为抗氧化钢与热强钢两类.抗氧化钢在高温下有较好的抗氧化能力,并有一定强度的钢称之抗氧化钢这类钢要紧用于长期在高温«650℃)下工作,但强度要求不高的零件抗氧化钢加入的合金元素为Cr、Si、Al等,它们在钢表面形成致密的、高熔点的、稳固的氧化膜(Cr
203、Si
02、AI203)由于氧化膜严密而牢固地覆盖在钢的表面,使钢与高温氧化性气体隔绝,从而避免了钢的进一步氧化常用的抗氧化钢有4Cr9Si
2、1Cr13SiAI等.热强钢在高温下具有良好的抗氧化性,并有较高的高温强度的钢称之热强钢通常加入W、Mo、Ti、V等合金元素,以提高钢的高温强度常用的热强钢有15CrMo、4cM4Ni14W2Mo等15CrMo钢是典型的锅炉用钢,能够制造在300℃——500℃下长期工作的零件4Cr14Ni14W2Mo钢能够制造600℃下列工作的零件耐磨钢常用的耐磨钢使一种在强烈冲击载荷作用下才发生硬化的高镒钢钛、钗、鸨、相、格、镒这些与碳亲与力大的合金元素,能与碳形成较稳固的特殊碳化物,显著提高钢的强度、硬度与耐磨性,而对塑性与韧性影响不大因此,我们能够发现,与碳钢相比,合金钢具有优良的力学性能红硬性高合金元素在淬火时大部分能溶入马氏体,因而在回火过程中,合金元素对扩散过程起阻碍作用,使马氏体不易分解,碳化物不易析出,使钢在回火过程中硬度下降较慢淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称之耐回火性高的耐回火性使钢在较高的温度条件下,仍能保持高硬度与耐磨性金属材料在高温(>550℃)下保持高硬度(N60HRC)的能力,称之红硬性碳钢制造的刀具只能在200℃下列保持高硬度,而合金钢的红硬性最高可达600℃o红硬性高的材料可用于制造切削速度高的刀具,在金属切削加工中发挥重要作用淬透性好合金元素(除钻外)溶入奥氏体后,能增加过冷奥氏体的稳固性,从而使C曲线右移,减小了钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性淬透性好的钢能使大截面的零件淬透,且可用冷却能力弱的介质淬火,减少零件的变形与开裂高镒钢ZGMn13为典型的耐磨钢,标准型ZGMn13钢又称哈德菲尔德钢高镒钢是一种铸钢,含碳量为
0.9%——
1.4%含镒为11%——14%o碳含量较高能够提高耐磨性;镒含量很高,能够保证热处理后得到单相奥氏体组织热处理后的高镒钢,硬度很低(180——220HRC)塑性、韧性很好但在受到强烈冲击、强大压力与剧烈的摩擦时,表面因塑性变形会产生强烈的加工硬化,使表面硬度提高到50HRC以上,从而获得高的耐磨性,而心部仍保持高的塑性与韧性当旧的表面磨损后,露出的新的表面膜又在冲击与摩擦的作用下形成新的耐磨层故这种钢具有很高的耐磨性与抗冲击能力但这种钢只有在受强大压力、强烈冲击与剧烈摩擦条件下,才有高的耐磨性,在通常工作条件下并不耐磨由于高镒钢极易产生加工硬化,难以进行切削加工故应尽量避免对铸件进行加工铸件上的孔、槽尽可能铸出常用的耐磨钢牌号有ZGMn
137、ZGMn用-
2、ZGMn13-3与ZGMn13-4o(第六章完)第七章铸铁第一节铸铁的石墨化铸铁是含碳量大于
2.11%的铁碳合金工业上常用的铸铁含碳量通常在
2.5%——
4.0%之间(石墨是碳的一种结晶产物,具有六方晶格,碳原子呈层状排列同一晶层面上碳原子间距较近,原子结合力较强,层与层的距离较远,结合力较弱因此,石墨受力时,容易沿层面间滑移,故其强度、塑性与韧性极低,接近于零,硬度仅为3HBS)在铸铁中,碳能够渗碳体形式存在,也能够石墨的形式存在在铸铁生产中,我们把碳原子以渗碳体形式析出的过程称之白口化(因其断口呈银白色),把碳原子以石墨形式析出的过程称之石墨化石墨能够直接从液态铸铁或者奥氏体中析出,也能够先结晶出渗碳体,再由渗碳体在一定条件下分解为铁素体与石墨(即Fe3CT3Fe+C)影响铸铁石墨化的要紧因素是铸铁的成分与冷却速度化学成分的影响铸铁是以铁、碳为主并含有硅、镒、硫、磷等杂质元素的合金碳与硅是促进石墨化的元素铸铁中碳、硅含量越高,石墨化程度越充分但若碳含量过高,会使石墨太多,从而降低铸铁的力学性能磷也是促进石墨化的元素,但其作用较弱磷在铸铁中还易形成Fe3P共晶组织,增大铸铁的脆性,故通常应限制含量
30.12%)o硫是强烈阻碍石墨化的元素,易使碳以渗碳体形式存在,促进铸铁白口化硫还会降低铁水的流淌性因此硫在铸铁中是有害元素,其含量应尽可能降低(通常在
0.15%下列)o镒是阻碍石墨化的元素但镒与硫有很大的亲与力,在铸铁中能与硫形成MnS减弱硫对石墨化的有害作用故镒含量同意在较高的范围,约
0.60%——
1.3%o冷却速度的影响冷却速度快,碳原子来不及扩散,石墨化难以充分进行,就容易产生白□组织;冷却速度慢,碳原子有的时候间充分扩散,有利于石墨化进行,越容易得到石墨化组织冷却速度受铸型材料、铸造方法及铸件厚壁等元素的影响比如,金属型铸造使铸铁冷得快,砂型铸造铸铁冷得慢;壁薄铸件冷得快,壁厚铸件冷得慢第二节铸铁的分类与性能铸铁的分类.根据碳的存在形式分类1白口铸铁碳要紧以渗碳体形式存在,其断口呈银白色,故称白口铸铁由于大量硬而脆的渗碳体存在,白口铸铁硬度高,脆性大很难进行切削加工白口铸铁要紧用做炼钢原料或者可锻铸铁零件的毛坯2灰口铸铁碳要紧以片状石墨形式存在,其断口呈灰色,故称灰口铸铁它是应用最广泛的一类铸铁3麻口铸铁碳大部分以渗碳体形式存在,少部分以石墨形式存在其断口呈灰白色相间成麻点,故称麻口铸铁它是灰口铸铁与白口铸铁的过渡组织,没有应用价值.根据铸铁中的石墨形态分类1灰铸铁铸铁中石墨以片状或者曲片状形态存在这类铸铁有一定的强度,耐磨性、耐压性、减震性能均佳2可锻铸铁铸铁中石墨呈紧密的团絮状它是用白口铸铁件经长时间退火后获得的这类铸铁强度较高,韧性好3球墨铸铁铸铁中的石墨大部分或者全部呈球状这类铸铁强度高,韧性好4蠕墨铸铁铸铁中的石墨大部分呈蠕虫状,这类铸铁抗拉强度、耐压性、耐热性能比灰铸铁有明显改善铸铁的组织常用铸铁组织是由两部分构成的,一部分是石墨另一部分是金属基体金属基体能够是铁素体、珠光体或者铁素体加珠光体,相当于钢的组织由于石墨是碳原子按游离态构成的软松组织,其强度、硬度很低,塑性、韧性几乎为零,在铸铁中犹如裂纹与空洞,因此,我们能够把常用铸铁组织看成是金属基体上布满了裂纹与空洞的钢铸铁的优良性能常用铸铁的力学性能明显比钢差1铸造性好由于铸铁的含碳量接近共晶成分,与钢相比较,不仅熔点低,结晶区间小,而且流淌性好,收缩性小,铸造性好因此适合浇注形状复杂的零件或者毛坯2切削加工性好由于石墨割裂了金属基体的连续性,使铸铁的切削易脆断,且石墨对刀具有一定的涧滑作用,使刀具磨损减少3减摩铸铁与其他钢件发生摩擦时,由于铸铁中石墨本身具有涧滑作用,特别是当它从铸铁表面脱落后所留下的空隙能吸附与储存润滑油,使摩擦面上的油膜易于保持而具有良好的减摩性4减振由于铸铁在受到振动时石墨能起缓冲作用,阻止振动的传播,并把振动能转变为热能5缺口敏感性小钢制零件常因表面有缺口如油孔、键槽、刀痕等造成应力集中使力学性能显著降低,故钢的缺口敏感性大铸铁除具有上面“两好、两减、一小”的优良性能外还有资源丰富、成本低廉、价格便宜等优点第三节灰铸铁灰铸铁的密度为
7.25X10的三次方Kg/立方米熔点在1150℃——1250℃它是工业上应用最为广泛的铸铁灰铸铁的成分与生产为确保石墨化充分,灰铸铁中碳、硅含量较高,硫的含量较低灰铸铁的化学成分C、
2.7——
3.6;Si、
2.2——
3.6;Mn、
0.4——
1.2;S、
0.08——
0.12;P、
0.2——
1.0o(含量/%)灰铸铁的生产是把生铁放入冲天炉、电炉等化铁炉进行熔炼后,将生铁水注入铸型而获得铸件的熔炼浇注生铁►灰铸铁(金属基体+片状石墨)灰铸铁的组织与性能因石墨化程度不一致,灰铸铁有三种不一致的金属基体组织
(1)铁素体灰铸铁(铁素体+片状石墨);
(2)铁素体-珠光体灰铸铁(铁素体+珠光体+片状石墨);
(3)珠光体灰铸铁(珠光体+片状石墨)灰铸铁中石墨越多、越粗大,分布越不均匀,有害作用越明显,则力学性能越差但片状石墨对抗压性能影响不大为改善灰铸铁的力学性能,生产中常使用孕育处理(变质处理),就是在铁水中加入少量的硅铁(含Si75%)使铁水中产生大量均匀分布的晶核,使片状石墨与金属基体得到细化通过孕育处理后的灰铸铁称之孕育铸铁孕育铸铁的显微组织是细珠光体基体上分布着细片状石墨,不仅强度有较大提高,而且塑性与韧性也有所改善灰铸铁的牌号与用途牌号由“灰铁”两字的汉语拼音字首“HT”及后面一组数字构成,数字表示其最低抗拉强度灰铸铁的热处理灰铸铁进行热处理只能改变其金属基体组织,但不能改变片状石墨形态与分布,因而对提高灰铸铁的力学性能作用不大灰铸铁的热处理要紧用于减少应力,改善切削性能,与铸件表面强化.去应力退火由于铸件形状复杂,壁厚不均匀,在冷却过程中铸件各个部位冷却速度不一致而产生较大的内应力内应力不仅在冷却过程中可能使铸件产生变形或者裂纹,而且在铸件切削加工过程中,由于内应力的重新分配,也会引起变形,丧失零件的精度因此,一些形状复杂的铸件或者精度要求高的铸件(如机床床身、机架等),都要进行去应力退火去应力退火是将铸件加热到500℃——600℃保温一段时间,然后随炉冷却至150℃——200℃出炉空冷经热处理后,铸件内应力基本消除.高温退火由于冷却速度快,铸件的表层及薄壁处常出现白口组织,致使切削加工难以进行,因此务必进行高温退火处理,以降低硬度高温退火是将铸件加热到850℃——900℃保温2——5h使白口组织中的渗碳体分解为石墨与铁素体,然后随炉冷却至400℃——500℃再出炉空冷热处理后,能达到降低硬度,改善切削加工性的目的.表面淬火有些大型铸件的工作表面需要有较高的硬度与耐磨性,常用表面淬火处理铸件表面淬火的方法有火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火、电接触加热表面淬火等第四节可锻铸铁可锻铸铁又称马铁组织是由金属基体与团絮状石墨构成可锻铸铁的生产方法,分两步熔炼浇注高温石墨化退火生铁►白口铸铁►可锻铸铁(Fe3C)(金属基体+团絮状石墨)为了保证在通常条件下获得白口铸铁件,又要在退火时易使渗碳体分解,并以团絮状石墨析出,务必严格操纵铁水的化学成分与灰铸铁相比,碳与硅的含量要低一些,以保证铸件获得白口组织但也不能太低否则退火时难以石墨化延长退火时间可锻铸铁的化学成分操纵严格,高温石墨化退火工艺长(约15h)成本较高可锻铸铁的组织与性能退火方法不一致,得到不一致的组织将白口铸铁在中性气氛中,接某种工艺进行退火,得到铁素体与团絮状石墨的组织这种铸铁的断口呈黑绒状,并带有灰色外圈,称之黑心可锻铸铁若白口铸铁在氧化性气氛中,按某种工艺进行退火,则得到珠光体与团絮状石墨的组织,称之珠光体可锻铸铁由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状,割裂金属基体的作用及应力集中现象要比片状石墨小得多因此,可锻铸铁的强度比灰铸铁高,塑性与韧性得到很大改善,有些像可锻造钢的性能黑心可锻铸铁具有较高的塑性与韧性,而珠光体可锻铸铁具有较高的强度、硬度与耐磨性可锻铸铁的牌号与用途牌号使用三个字母与两组数字表示其中前两个字母“KT”是“可铁”的汉语拼音字首,第三个字母表示类别后面两组数字分别表示最低抗拉强度与伸长率(H为黑心,Z为珠光体)第五节球墨铸铁球墨铸铁的生产球墨铸铁的组织由金属基体与球状石墨构成球化处理孕育处理生铁熔炼
①►
②►球墨铸铁(金属基体+球状石墨).球化处理促使铸铁中的碳结晶成球状石墨球化剂有纯镁与稀土镁两种球化剂中的镁与稀土元素具有很强的球化能力,但它们也是强烈阻碍石墨化的元素,使石墨不易析出.孕育处理促进石墨化,并细化球墨铸铁的晶体孕育剂有硅铁合金与硅钙合金经球化处理与孕育处理,生铁水应在15分钟内浇铸完若铁水停留时间过长,将因球化剂的氧化与晶核的上浮或者减少,使球化作用与孕育作用都发生衰退具有特殊的物理、化学性能加入格、锲、羯等合金元素,可使钢有很好的耐腐蚀性与耐热性;加入11%——14%的镒元素,钢将具有特别高的耐磨性鸨与钢中的碳结合,生成很硬的碳化鸨第二节合金钢的分类与牌号合金钢的分类.按合金元素含量分类1低合金钢,合金元素总含量W5%2中合金钢,合金元素总含量5%——10%03高合金钢,合金元素总含量210%.按要紧用途分类1合金结构钢,要紧用于制造重要的机械零件与工程结构件2合金工具钢,要紧用于制造重要工具3特殊性能钢,是具有某些特殊物理、化学性能的合金钢,如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等4合金钢的价格较碳钢贵,通常在碳钢难以胜任工作时才考虑使用合金钢合金钢牌号表示方法
1.合金结构钢牌号的表示方法球墨铸铁的化学成分为保证石墨化充分,球墨铸铁化学成分要求严格碳、硅含量较高,硫、磷含量较低球墨铸铁的性能与牌号通过球化处理与孕育处理生产出来的球墨铸铁,由于石墨呈球状,割裂金属基体的作用大大减小,金属基体能够充分发挥作用因此,球墨铸铁的力学性能比灰铸铁好得多,可与钢相媲美塑性、韧性比钢略低,其他性能与钢相近,屈服点甚至超过钢同时,球墨铸铁仍具有铸造好、切削加工性好、减摩、减振、缺口敏感性小等优良性能牌号是由“球铁”的“QT”及两组数字构成分别表示最低抗拉强度与伸长率球墨铸铁的热处理1退火退火的要紧目的是为了获得铁素体基体的球墨铸铁,以提高球墨铸铁的塑性与韧性,改善切削加工性能,消除内应力2正火目的是为了得到珠光体基体的球墨铸铁,从而提高其强度与耐磨性3调质处理是为了获得回火索氏体的球墨铸铁,从而获得良好的综合力学性能4等温淬火为了得到贝氏体基体的球墨铸铁,从而获得高强度、高硬度与高韧性的性能球墨铸铁的用途球墨铸铁的力学性能可与钢相媲美,并具有铸铁的优良性能球墨铸铁的价格比钢低第六节蠕墨铸铁蠕墨铸铁的化学成分为确保石墨的最佳蠕化效果,蠕墨铸铁使用高碳与低硫、磷的成分蠕墨铸铁的生产蠕墨铸铁生产时,在生铁熔炼后,还须进行蠕化处理与孕育处理蠕化处理孕育处理生铁熔炼
①►
②►蠕墨铸铁金属基体+蠕虫状石墨.蠕化处理脱硫、脱氧与促使碳结晶成蠕虫状石墨蠕化剂是稀土硅铁合金蠕化剂最好预热至200℃——300℃粒度约3——6mmo蠕化剂中的稀土元素有很强烈的阻碍石墨化的作用.孕育处理促进石墨化,并细化蠕墨铸铁的晶体孕育剂有硅铁合金与硅钙合金蠕墨铸铁的组织与牌号蠕墨铸铁的金属基体上分布着蠕虫状石墨,蠕虫状石墨的长宽比通常在2——10范围内石墨结构介于片状石墨与球状之间,呈弯曲的厚片状,两端部圆钝,且具有球状石墨类似的结构根据蠕化剂的加入量与石墨化程度,蠕墨铸铁可得到铁素体、铁素体+珠光体、珠光体三种金属基体组织牌号由“蠕铁”的“RuT”及一组数字构成,数字表示最低抗拉强度值蠕墨铸铁的性能与用途蠕墨铸铁的力学性能优于基体相同的灰铸铁,而低于球墨铸铁当化学成分一定时,这类铸铁的强度比灰铸铁高,并具有一定的韧性又由于石墨是相互连接的,强度与韧性都不如球墨铸铁蠕墨铸铁对断面的敏感性要比灰铸铁小蠕墨铸铁的导热性接近灰铸铁,但比球墨铸铁要高得多蠕墨铸铁具有非常突出的耐磨性蠕墨铸铁的减振性较灰铸铁低,但比球墨铸铁高蠕墨铸铁的切削加工性能与球墨铸铁相似,对刀具的磨损比灰铸铁大蠕墨铸铁的铸造性优于球墨铸铁而接近于灰铸铁由于蠕墨铸铁的性能优良,且熔炼、铸造工艺也较简单,成品率高,故特别适宜于制造受热循环、抗热冲击,要求制造致密、强度较高、形状复杂的大型铸件与大型机床第七章完第八章有色金属及硬质合金有色金属有高的导电性与导热性、较低的密度与熔化温度,良好的力学性能与工艺性能粉末冶金产品硬质合金第一节铝及铝合金铝是地壳中储粮最丰富的金属
7.7%o氧化铝的熔点达到2054℃o工业纯铝.纯铝的性能纯铝是银白色的金属,熔点为660℃具有面心工方晶格密度小密度为
2.7X103kg/立方米,是一种轻型金属2导电、导热性好铝的导电、导热性仅次于银与铜导电率约为铜的62%若以相同质量的导线比较,铝的导电能力约为铜的两倍耐腐蚀塑性好铝的5为50%中为80%能通过冷、热压力加工制成丝、线、片、棒、管、箔(
0.20mm下列的铝板称之铝箔)等型材
2.纯铝的牌号及用途纯铝牌号用1XXX四位数字、字符组合系列表示牌号的第二位表示原始纯铝(如0或者A)或者改型纯铝(如1——9或者B——Y);牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量当纯度为99%的纯铝精确到
0.01%时,牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量中小数点后面的两位工业纯铝的强度较低,Ob为80——100MPa经冷变形后也只能提高至150——250MPa故工业纯铝难以满足结构零件的性能要求铝合金在工业纯铝中加入合金元素能够配成各类铝合金按其化学成分与加工工艺特点分为变形铝合金与铸造铝合金两类
1.变形铝合金这种铝合金在加热到较高温度时,能够得到均匀的单相固溶体,塑性较好,适用于锻造、压延与拉伸故称之变形铝合金变形铝合金牌号用四位数字、字符组合系列表示,牌号的第
一、
三、四位为数字牌号中的第一位数字是用要紧合金元素Cu、Mn、Si、Mg、Mg2Si、Zn的顺序来表示变形铝合金的组别,依其要紧合金元素的排列顺序分别标示为
2、
3、
4、
5、
6、7;牌号中的第二位表示原始铝合金(如或者A)或者改型铝合金(如1——9或者B——Y);后两位数字用以标示同一级别中的不一致铝合金常用的变形铝合金有下列四种防锈铝要紧是AI——Mn系与AI——Mg系合金它不能通过热处理强化,只能通过冷变形来提高强度它强度适中,塑性优良,并具有很好的耐腐蚀性,抛光性好,能长时间保持表面光亮防锈铝要紧用于通过压力加工制造各类高耐腐蚀性、抛光性好的薄板零件、防锈蒙皮,与受力小、质轻、耐蚀的结构件硬铝是Al—Cu—Mg系合金这类合金能够通过热处理显著提高强度,抗拉强度可达420MPao由于密度小,其比强度(强度与密度之比)与高强度钢(通常指Ob为1000——1200MPa的钢)相近,故名硬铝硬铝的耐蚀性远比防锈铝差,更不耐海水腐蚀因此硬铝板材的表面常包有一层纯铝,以增加其耐蚀性要紧用于航空业制造中等强度的结构件超硬铝是在硬铝的基础上加入锌形成的AI—Cu—Mg—Zn系合金与硬铝一样,超硬铝也能够通过热处理显著地提高强度,抗拉强度可达680MPa其比强度已相当于超高强度钢(通常指Ob1400MPa的钢),故名超硬铝超硬铝耐蚀性较差,通常表面要包一层纯铝,以增加耐蚀性要紧用于航空业制造受力大的结构件锻铝大多是AI—Cu—Mg一Si系合金这类铝合金热处理后的性能与硬铝相近,有良好的热塑性及耐蚀性,更适合于锻造由于锻铝的热塑性好,适用航空及仪表工业制造各类形状复杂、要求比强度较高的锻件铝合金的热处理特点时效硬化能够热处理的铝合金,在刚淬火后强度、硬度并不立即升高,且塑性较好随后在室温(或者加热至一定温度)放置一段时间,强度与硬度便显著增高而塑性降低淬火铝合金的力学性能随时间而发生显著变化的现象,称之时效硬化在室温下进行的时效称之自然时效;在加热至某一温度(如100℃——200℃)条件下进行的时效,称之人工时效自然时效不是一开始就发生的,在最初几小时(V2h)内,铝合金强度与硬度变化不大,这段时间称之孕育期在孕育期间,铝合金塑性较好,可进行各类冷加工(如钾接、弯曲、卷边等),随时间的延长,铝合金才逐步显著强化铝合金的时效硬化还与淬火后的温度有关据试验测定,在-50℃时,铝合金的时效硬化不可能发生因此,生产中某些需要进一步加工变形的零件,可在淬火后放在低温状态下储存,使其在需要加工变形时仍具有良好的塑性
2.铸造铝合金铸造铝合金的塑性较差,通常不进行压力加工,只用于成型铸造按照要紧合金元素的不一致,铸造铝合金可分为Al—Si系、Al—Cu系、Al—Mg系、Al—Zn系四类,其中Al—Si系应用最为广泛铸造铝合金的牌号表示方法如下比如ZAISi7MgZ为汉语拼音“铸”字的第一个大写字母,AI为铝的元素符号,Si为硅的元素符号,7为硅的质量分数Mg为镁的元素符号Al—Si系铝硅合金俗称硅明铝,通常用来制造质轻、耐蚀、形状复杂但强度要求不高的铸件加入铜、镁等元素的铝硅合金还有较好的耐热性与耐磨性Al—Cu系铝铜合金强度较高,加入锲、镒更可提高耐热性铝铜合金用于制造高强度或者高温条件下工作的零件AI一Mg系铝镁合金具有良好的耐蚀性,可用于制造腐蚀介质条件下工作的铸件Al—Zn系铝锌合金有较高的强度,价格便宜,用于制造医疗器械零件、仪表零件与日用品第二节铜及铜合金纯铜纯铜呈玫瑰红色,表面形成氧化铜膜后,外观为紫红色,故俗称紫铜由于纯铜用电解方法冶炼得到又称电解铜纯铜密度为
8.96X10的三次方kg/立方米,熔点为1083℃具有面心立方晶格,无同素异构转变,抗磁性突出的优良性能导电、导热性好纯铜的导电、导热性仅次于银耐腐蚀由于铜的化学活泼性差,通常难与其他物质发生化学作用,因而在大气、淡水中具有优良的抗蚀性塑性好纯铜的5为50%甲为70%易于进行冷、热压力加工根据杂质含量不一致,工业纯铜可分为T
1、T
2、T3纯度分别为
99.95%、
99.90%、
99.70%牌号越大,纯度越低纯铜强度、硬度不高Ob为200—240MPaHBS为100—120不宜用做结构材料,要紧用做导电材料还可用来配制各类合金纯铜及其合金关于制造不能受磁性干扰的磁学仪器具有重要价值铜合金工业上广泛使用的是铜合金按照合金的成分,铜合金可分为黄铜、白铜与青铜三类.黄铜黄铜是以锌为主加元素的铜合金,因色黄而得名黄铜敲起来音响很好,又叫响铜按照化学成分的不一致,黄铜又分为普通黄铜与特殊黄铜1普通黄铜普通黄铜是铜锌合金,具有良好的耐蚀性、铸造性,加工性能好当含锌量增加至30%一32%时,塑性最大;当含锌量在39%—45%时,塑性下降而强度增高;但含锌量超过45%以后,其强度与塑性开始急剧下降,在生产中已无有用价值普通黄铜的牌号用“H+数字”表示,H是“黄”字汉语拼音,数字表示平均含铜量的百分数若是铸造黄铜,其牌号用“ZCuZn+数字”表示,ZCuZn表示铸造铜锌合金,数字表示平均含锌量的百分数常用的普通黄铜如下H
90、H80具有优良的耐蚀性、导热性与冷变形能力,并呈现美丽的金黄色,有金色黄铜之称H
70、H68按成分称之七三黄铜,具有优良的冷、热塑性变形能力,适用于冷冲压深拉、弯曲制造形状复杂而要求耐蚀的管、套类零件,如弹壳、乐器、波纹管等,故又称弹壳黄铜之称H
62、H59按成分称之六四黄铜它的强度较高,并有一定的耐蚀性,因含铜量少,价格便宜,故广泛用来制造电器上要求导电、耐蚀及适当强度的结构件是应用广泛的合金,有商业黄铜之称2特殊黄铜除低合金高强度结构钢与特殊专用钢,合金结构钢牌号使用下列方法表示二位数字+元素符号+数字比如,40Mn2表示含C
0.40%Mn
2.0%;20Cr2Ni4表示含C
0.20%Cr
2.0%Ni
4.0%若高级优质钢则在牌号后加“A”,特级优质钢在牌号后加“E”如20Cr2Ni4A.合金工具钢牌号的表示方法合金工具钢的牌号使用下列方法表示:一位数字+元素符号+数字千分之几注意当C
21.0%时,牌号中不予标出比如,3Cr2W8V表示含C
0.30%Cr
2.0%VC21・0%Cr
12.0%V
1.0%o.特殊性能钢牌号的表示方法特殊性能钢牌号的表示方法基本上与合金工具钢相同,只是当含碳量在
0.03%——
0.1%之间时,牌号中用0表示;当含碳量W
0.03%时,牌号中用00表示除此以外,还有一些特殊专用钢,为表示钢的用途,在钢的牌号前面冠以汉语拼音字母字头,而不标含碳量,合金元素含量的标注也特殊比如在普通黄铜中加入其他合金元素所构成的合金称之特殊黄铜常加入的合金元素有锡、硅、镒、铅与铝等,分别称之锡黄铜、硅黄铜、镒黄铜、铅黄铜与铝黄铜等锡增加了黄铜的强度与在海水中的抗蚀性,因此锡黄铜也称海军黄铜加入铅尽管使黄铜的力学性能恶化,但能改善切削加工性能硅能增加黄铜的强度与硬度,与铅一起能增加黄铜的耐磨性特殊黄铜的牌号用“H+主加元素符号+数字”表示,“主加元素符号”与“数字”之间同“一”隔开铸造特殊黄铜的牌号与铸造黄铜相同,在牌号后面依次加上元素的化学符号及平均含量的百分数
2.白铜白铜是以锲为主加元素的铜合金,因色白而得名分普通白铜跟特殊白铜1)普通白铜通常含银量小于50%的铜合金称之普通白铜由于铜与锲的晶格类型相同,在固态时能无限互溶,因而它具有优良的塑性,还具有很好的耐蚀性、耐热性与特殊的性能普通白铜的牌号用“B+数字”表示B是白简称,数字表示平均含铜量的百分数如B19表示平均含锲为19%、含铜为81%的普通白铜)特殊白铜特殊白铜是在普通白铜中加入锌、铝、铁、镒等元素而构成的合金加入合金元素能改善白铜的力学性能与电热性能,与某些特殊性能牌号B+主加元素符号+数字主加元素符号与数字之间用“一“隔开数字依次表示锲与加入元素平均含量的百分数,如BMn3一12表示含银3%、含镒12%、含铜85%的镒白铜.青铜青铜是除黄铜、白铜以外所有的铜合金按主添加元素种类分为锡青铜、铝青铜、硅青铜与钺青铜等牌号“Q+第一个主加元素符号与质量分数+数字(其他合金元素的质量分数)”,数字前用“一隔开如QSn4-3表示含锡4%、含锌3%、含铜93%的锡青铜铸造青铜牌号的表示方法与铸造黄铜牌号的表示方法相同1)锡青铜是以锡为主加元素的铜合金,是人类历史上应用最早的合金,因铜与锡的合金呈青灰色而得名含锡量对锡青铜的室温组织与力学性能可产生很大的影响锡含量小于5%—6%时锡青铜的组织是单相Q固溶体Q是锡溶于铜中所形成的固溶体,具有面心立方晶格,塑性好,适于进行冷压力加工锡含量大于5%—6%时,锡青铜的组织是(ct+b)共析体,由于5是以Cu31Sn8为基体的硬脆相固溶体,因此导致锡青铜的塑性急剧下降当含锡量大于10%时,锡青铜的塑性已显著降低,只适宜于铸造当含锡量大于20%后,大量的b相使强度、塑性都很低,已无有用价值因此工业上使用的锡青铜含锡量大多在3%一14%之间锡青铜的耐腐蚀性比纯铜与黄铜都高,耐磨性、铸造性也很好,广泛用于制造耐磨零件与酸、碱、蒸气等接触的零件及艺术品2)铝青铜铝青铜色泽美观、价格便宜与黄铜、锡青铜相比较,铝青铜具有更高的强度、硬度与耐蚀性,同时具有高的耐磨性、耐寒性与受冲击时不发生火花等特性因此铝青铜作为价格昂贵的锡青铜代用品,广泛用于制造耐磨、耐蚀与弹性零件3)钺青铜钺含量通常为
1.7%—
2.5%o钺青铜通常以条、带与线等加工产品形式供应钺青铜经淬火与人工时效后,具有高的强度、硬度1250—1500MPa、350—400HBS有高的耐磨性、弹性与疲劳强度,此外还有好的耐蚀性、导电性、导热性、耐寒性、无磁性与受冲击时不发生火花等特性钺价格昂贵钺青铜的生产工艺较复杂,成本很高,而且有毒,因而在应用上受到了限制在钺青铜中加入钛元素,可减少钺的含量,降低成本,改善工艺性能无钺的钛青铜是物理、化学、力学性能都接近于钺青铜的新型高强度合金,而且无毒,价格便宜透光镜青铜镜在有铭文与图案处非常厚,无铭文处比较薄由于厚薄不均匀,造成铜镜产生铸造应力,同时在磨镜时发生弹性变形,造成厚处曲率小,薄处曲率大因差异十分小,仅几微米,肉眼无法察觉曲率的差异与纹饰相对应,当光线照射到镜面时,曲率较大的地方反射光比较分散,投影就较暗;曲率较小的地方反射光比较集中,投影就比较亮第三节钛及钛合金目前,钛及钛合金的冶炼与使用已居金属材料的第三位纯钛钛在地壳中含量丰富,仅次于铝、铁、镁而居于第四位我国钛资源丰富钛矿多为钛钗铁共生岩矿选矿难度大另外,钛及钛合金在高温时化学性质特殊活泼,因此,钛及钛合金的熔炼、浇注、焊接与热处理等都要在真空或者惰性气体中进行,加工条件严格复杂,成本较高纯铁呈银白色,熔点为1670℃具有同素异构转变现象,在882℃下列为密排六方晶格的ci—Ti882℃以上为体心立方晶格的B-Ti钛具有下列优越性能1密度小密度为
4.5X10的三次方kg/立方米比铝重
1.7倍,是一种较轻的金属2塑性好纯钛塑性好,强度低退火状态时b为36%ip为64%380MPa115HBS易于冷变形加工,可制成细丝与薄片3耐腐蚀好钛的化学性质极为活泼,但钛表面能生成一层致密的氧化膜铁在海水、蒸气中抗腐蚀能力很强,超过铝合金、不锈钢工业纯钛的牌号以“TA”加顺序号表示,顺序号越大,其杂质越多,强度升高,塑性下降其牌号有TA
1、TA
2、TA3三种工业纯钛要紧用于制造强度要求不高的各类耐腐蚀、耐热零件钛合金是指以钛为基体,加入铝、锡、辂、镒、钗、4目等元素构成的合金钛合金具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点钛合金可分为a型、B型与a+B型三类钛合金的牌号用“T+合金类别代号+顺序号”表示合金类别代号用A、B、C分别表示Q型、B型与a+B型钛合金a型钛合金的要紧合金元素为铝与锡这类合金在退火状态下为a固溶体组织,不能用热处理强化q型钛合金在室温下的强度比其他钛合金低,但在500℃—600℃高温条件下,具有高的强度、良好的塑性及焊接性,且组织稳固B型钛合金中要紧加入辂、锢、钮等合金元素这类合金在淬火后得到B固溶体组织,具有较高的抗拉强度、良好的塑性及焊接性,但其生产工艺复杂,故应用较少q+8型钛合金中含有铝、锡、格、铝、4凡等合金元素这类合金能够通过热处理得到强化应用广泛其中Ti—6AI—4V合金(TC4)在400℃下列使用时,具有较高的强度、良好的塑性及焊接性,且组织稳固,该合金使用量已占全部钛合金的75%—85%o在目前所有金属材料中,钛是唯一无毒且与人体组织及血液有良好相容性的金属第四节黄金金属之王黄金黄金的性能1赤黄色纯金为赤黄色,在首饰行业称之赤金成色达
99.6%就称之赤金金银合金为黄色或者灰白色,九成金90%Au—10%Ag光泽炫目,是最美丽悦目的黄金自然金有的时候会覆盖一层铁的氧化物薄膜,其颜色会呈褐色、深褐色,甚至是黑色K金K金24K18K14K12K9KK含金量/%
1007558.
35037.
54.16K=
4.1666%.2密度大为
19.3X10的三次方kg/立方米3塑性很好为超塑性材料用指甲可划出痕迹,极易蹭伤,故常加入Ag、Cu来提高黄金的强度4化学性能稳固,有很好的耐腐蚀性溶于王水三份盐酸一份硝酸及氟化物溶液黄金对红外线的反射能力接近100%o5有良好的导电、导热性黄金的导热性为银的74%o黄金的作用1黄金是一种货币,具有保值功能2黄金是理想的装饰材料3在高科技领域发挥着特殊的作用黄金的采集与冶炼金在矿石中的含量极低,为了提取,需要将矿石破碎与磨细,并使用选矿方法除去金矿中大量脉石及有害元素,使金富集或者从矿石中分离出来,最后进行金的精炼选矿方法
(1)重选法是利用金矿与脉石的密度差,在流体介质(如水)中进行分选该方法是目前品位低的矿料、游离金进行粗选的方法之一重选法设备简单,能耗低,易于操作与管理,对环境无污染;但对微细粒矿石处理能力低,分选性差,只能作为辅助手段
(2)浮选法是在矿浆中添加化学试剂,并通入空气,经强力搅拌产生气泡,使金附着在气泡上而与脉石分离真假黄金的鉴别方法.把黄金样品放进浓硝酸中,假如有红棕色气体产生,则为假黄金;若没有气泡产生,则样品为黄金.把样品浸入硝酸银溶液中,若表面有银白色物质出现,则该样品是假黄金这是由于铜、锌的活动性比银强,而金的活动性比银弱.取样品称量,用量筒测其体积,计算出样品密度与黄金密度值参照,若密度差值较大,则为黄铜.其他方法试硬度(黄铜较硬,黄金较软)真金不怕火炼,加热后黄铜变黑,黄金不变色第五节轴承合金滑动轴承轴承支撑着轴旋转,轴与轴承间发生滑动摩擦与滚动轴承相比,滑动轴承与轴颈接触面积大,承受载荷均匀,工作平稳,无噪音,制造、维修与更换方便,因此广泛用于高速、重载、受冲击、振动大与高精度的场合在滑动轴承中,用来制造轴瓦及其内衬的合金称之轴承合金轴承合金的性能要求轴制造工艺复杂,成本较高,故在磨损不可避免的情况下,应确保轴受到最小的磨损,必要时可更换轴瓦轴承衬而继续使用轴轴承合金应具有下列性能足够的强度与硬度,以承受轴颈较大的压力;高的耐磨性,低的摩擦系数,以减少轴颈的磨损;足够的塑性、韧性,以抵抗轴的冲击与振动;良好的磨合性,能与轴颈较快地紧密配合;良好的导热性与耐蚀性轴承合金的组织目前常用的轴承合金组织是软基体上均匀分布着硬质点,或者硬基体上均匀分布着软质点当轴承工作时,软基体的塑性、韧性好,能与轴颈磨合,并承受轴的冲击,被磨损的凹陷面能很好地储存润滑油,保证良好的涧滑效果,减少轴颈的磨损硬质点则相对凸起并支承着轴颈工程上通常将轴承合金浇铸或者压合到08钢板上,使两种不一致的金属组合在一起,性能上取长补短常用轴承合金常用的轴承合金有锡基轴承合金、铅基轴承合金与铝基轴承合金三类.锡基轴承合金(锡基巴氏合金)锡基轴承合金是以锡为基体,由主加元素锌(Sb)、辅加元素铜等构成的合金该合金是软基体分布硬质点的轴承合金(显微组织图)淡蓝色基体为锦溶于锡形成的Q固溶体,它作为软基体(30HBS);红色方块组织是锦与锡生成的化合物SnSb红色星状组织是铜与锡生成的化合物Cu6Sn5它们作为硬质点(110HBS)o锡基轴承合金具有适中的硬度,较好的塑性与韧性良好的导热性及耐蚀性,小的摩擦系数,常用的牌号有ZSnSb8Cu
4.ZSnSb16Cu6通常用于制造重要的滑动轴承.铅基轴承合金铅基轴承合金是以铅睇为基体,加入锡、铜等构成的轴承合金该合金也是软基体分布硬质点的轴承合金(显微组织图)软基体是暗红色的Q+B共晶体滚动轴承钢牌号的表示方法是在牌号前加“G”“滚”字的汉语拼音字首,如GCr
15、GCr15SiMn.GCr9o这里应特别注意牌号中格元素后面的数字是表示辂的千分之几,其他元素仍按百分之几表示如GCr15SiMn表示平均含Cr
1.5%Si
1.0%Mn
1.0%的滚动轴承钢第三节合金结构钢合金结构钢按照用途可分为工程用钢与机械制造用钢两大类工程用钢要紧用于各类工程结构这类钢是含少量合金元素的低碳结构钢,过去称之普通低合金结构钢,现今称之低合金高强度结构钢机械制造用钢要紧用于制造机械零件,按其用途与热处理特点,又分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等、低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在低碳钢的的基础上加入少量合金元素而制成的钢,钢中的含碳量小于
0.2%合金元素总量小于3%由于合金元素产生的显著强化作用,这类钢的强度比含碳量相同的碳钢高得多高25%——150%故称低合金高强度结构钢它还具有良好的塑性、韧性与焊接性,耐腐蚀性也比碳钢好由于这类钢塑性好,便于冷弯与冲压成型,成本低,产量大另外,冷脆转变温度低,对高寒地区使用的结构件与运输工具有很重要的意义硬质点是桔黄色方块组织3相与桔黄色星状组织Cu2Sbo常用的牌号有ZPbSb15Sn
5、ZPbSb16Sn16Cu2o铅基轴承合金的强度、硬度、韧性均低于锡基轴承合金,且摩擦系数大,故只适用于制造承受中等载荷的轴承由于铅基轴承合金价格低廉,在可能的情况下,应尽量使用其代替锡基轴承合金.铝基轴承合金由于铝基轴承合金资源丰富,价格低廉,疲劳强度高导热性好,抗腐蚀性能不亚于锡基轴承合金,已基本取代了锡基轴承合金、铅基轴承合金与其他轴承合金得到了广泛应用常用的铝基轴承合金有铝锦镁轴承合金与高锡铝基轴承合金这类轴承合金并不直接浇铸成形,而是使用铝基轴承合金与低碳钢带(08钢)复合轧成双金属带料,然后制成轴承铝锦镁轴承合金是以铝为基体,加入锌
3.5%—
4.5%与镁
0.3%—
0.7%构成的合金它同样为软基体分布硬质点的轴承合金,软基体为共晶组织(AI+SbAI)硬质点为金属化合物SbAIo由于镁的加入能使针状的SbAI改变为片状,从而改善了合金的塑性与韧性,提高了屈服强度,目前已大量应用在低速柴油机的轴承上高锡铝基轴承合金是以铝为基体,加入约20%的锡与1%的铜元素构成的合金它的组织是硬基体上分布着软质点(球状的锡)在合金中加入铜,以使其溶入铝中进一步强化基体,使轴承合金具有高的疲劳强度,良好的耐热、耐磨与抗蚀性第六节硬质合金粉末冶金粉末冶金以金属粉末(或者金属粉末与非金属粉末混合物)作为原料,使用下面生产工艺制造的具有某些特殊性能的材料粉末冶金T成形T烧结T最后处理T粉末冶金成品粉末冶金是一种无切削或者少切削的加工方法,具有生产率高与材料利用率高、节约机床等优点但粉末冶金成本高、模具费用高,制品大小与形状受到一定的限制,产品的韧性较差常用粉末冶金制作硬质合金、减摩材料、难熔金属材料(如鸨丝、高温材料)等硬质合金的性能特点硬质合金是以一种或者多种高硬度的难熔碳化物的粉末为要紧成分,加入金属钻作为粘结剂,用粉末冶金方法制得的金属材料它的性能特点如下硬度高(86—93HRA相当于69—81HRC)红硬性高(900℃—1000℃)耐磨性好,抗压强度高(可达6000MPa);抗弯强度低(只有高速钢的1/2—1/3)韧性差(只有淬火钢的30%—50%)导热性差;耐腐蚀性好,抗氧化性良好;线膨胀系数小硬质合金的切削速度比高速钢高2—3倍,刀具寿命高5—80倍,制造模具、量具寿命比合金工具钢高20—150倍,可切削50HRC左右的硬质材料由于硬质合金的硬度高、脆性大,不能进行机械加工,常制成一定规格的刀片,镶焊在刀体上使用硬质合金材料不能用通常的切削方法加工,只能使用电加工如电火花、线切割、电解磨削等或者用砂轮磨削常用硬质合金硬质合金分为鸨钻类硬质合金、鸨钻钛类硬质合金、通用硬质合金三类.鸨钻类硬质合金鸨钻类硬质合金的要紧成分为碳化鸨及钻牌号为“YG+数字”YG为“硬钻”拼音,数字表示钻平均质量分数同一类硬质合金中,含钻量较高者适宜制造粗加工刀具;反之,则适宜制造精加工刀具该类硬质合金的抗弯强度高,能承受较大的冲击,磨削加工性能较好,但红硬性较低800℃—900℃耐磨性较差,要紧用于加工铸铁等脆性材料.鸨钻钛类硬质合金鸨钻钛类硬质合金要紧成分为碳化鸨、碳化钛及钻牌号为“YT+数字“,YT”为“硬钛”,数字表示碳化钛平均质量分数该类硬质合金的红硬性高(900℃—1000℃)耐磨性好,但抗弯强度较低,不能承受较大的冲击,磨削加工性较差,要紧用于加工钢材等塑性材料.鸨钛锂(银)类硬质合金鸨钛锂(银)类硬质合金又称之通用硬质合金或者万能硬质合金它是由碳化鸨、碳化钛、碳化锂或者碳化银与钻构成牌号为“YW+顺序号”,“yw”为“硬万”拼音如YW1表示1号万能硬质合金;YW2的耐磨性稍次于YW1强度较YW1高,能承受较大的冲击载荷这类硬质合金由于加入了碳化锂(或者碳化银),因此显著提高了硬度、耐磨性、耐热性及抗氧化性,红硬性高«1000℃)o它具有前两类合金的优点,其刀具既能加工脆性材料又能加工韧性材料,特别适于加工不锈钢、耐热钢、高镒钢等难加工的钢材近年来,用粉末冶金法又生产出一种新型硬质合金一钢结硬质合金它是以一种或者几种碳化物(TiC、WC)为硬化相,以碳钢或者合金钢(高速钢、辂铝钢)粉末为黏结剂,经配料、混料、压制与烧结而成的粉末冶金材料,其性能需求介于高速钢与粉末冶金之间钢结硬质合金经退火后可进一步进行通常的切削加工经淬火回火后有相当于硬质合金的高硬度与良好的耐磨性,也可进行焊接与锻造,并具有耐热、耐蚀、抗氧化等优点,适于制造各类形状复杂的刀具(如麻花钻、铳刀等),也可制造在较高温度条件下工作的模具与耐磨零件硬质合金切削刀具在磨削加工时会产生较高的切削温度与粉尘、气雾若粉尘、气雾接触到眼睛或者皮肤,与被人体吸入都会产生危害故对硬质合金切削工具进行磨削或者刃磨时,推荐使用局部吸尘装置戴口罩、眼镜与手套等保护措施长期或者反复接触粉尘会对皮肤、呼吸道与心脏等产生影响若手上沾上粉尘,应用肥皂与水完全清洗干净切勿在工作地就餐,餐前应将手洗干净应用吸尘器或者洗涤方法去除衣服上的粉尘,切勿用手拍粉尘第九章非金属材料第一节高分子材料高分子材料是指以高分子化合物为要紧组分的材料高分子化合物(高聚物)是指分子量很大的化合物通常将分子量大于5000的化合物称之高分子化合物,而将分子量小于1000的化合物称之低分子化合物高分子材料分为天然与人工合成两大类天然高分子材料有羊毛、蚕丝、淀粉及天然橡胶等合成高分子材料要紧有塑料、合成纤维、合成橡胶等塑料塑料就是具有可塑性的高分子材料世界上第一种塑料产品是1868年化学家用樟脑与硝酸纤维反应制得的它是以树脂为基础,加入添加剂(如增塑剂、稳固剂、填充剂、固化剂、染料等)制成的塑料与金属材料相比,具有密度小、耐磨、耐腐蚀、消音、绝缘性好等优良性能,但易老化用塑料制造的轴承、轴套与齿轮,具有突出的耐磨性与自涧滑性;用塑料制造的化工管道、反应釜与耐酸泵,不仅解决了金属材料腐蚀快、寿命短的问题,而且大大延长了使用寿命
1.塑料的分类1按塑料的热性能分类1热塑性塑料这种塑料加热时软化,可塑造成形,冷却时硬化成所需形状,再加热又重新软化,如聚乙烯薄膜、聚酰胺尼龙等这种变化是物理变化,化学结构式基本不变此类塑料具有加工成形简单、力学性能好的优点,但耐热性与刚性差2热固性塑料受热时软化,可塑造成形但固化后的塑料既不溶于溶剂也不再受热软化只能塑制一次此类塑料耐热性能好,受压不变形,但力学性能较差,如酚醛塑料制造的开关外壳等2按塑料的应用范围分类1通用塑料力学性能较好,耐热性、耐寒性、耐蚀性与电绝缘性良好,其产量大,用途广泛,价格低廉,通常在农业生产与日常生活中使用较多2工程塑料力学性能较高,并具有某些特殊性能的塑料,能够取代金属材料用来制造某些机械零件与工程结构件3特种塑料具有特种功能,可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料如氟塑料与有机硅具有突出的耐高温、自涧滑等特殊功用,增强塑料与泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能,这些塑料都属于特种塑料的范畴
2.常用工程塑料1聚乙烯PE由低分子乙烯聚合而成,是目前世界上塑料工业产量最大的品种,其特点是无毒、强度较高耐腐蚀性、电绝缘性好要紧用于制造塑料薄膜2聚氯乙烯PVC由低分子氯乙烯聚合而成,随助剂用量不一致分为软、硬聚氯乙烯软制品强度较低,柔而韧,手感黏;硬质品的强度较高,在曲折处会出现白化现象化学性质稳固,不易被酸、碱腐蚀,耐热性较差软聚氯乙烯要紧用来制造薄膜使用时务必注意,聚氯乙烯中的增塑剂对人的健康有不良影响,不能用来包装食品硬聚氯乙烯要紧用于管材与塑料凉鞋等3聚酰胺塑料PA聚酰胺塑料亦称尼龙,是人类第一次使用非纤维原料,通过合成的方法得到的化学纤维尼龙是工程塑料特点在常温下具有较高的抗拉强度及良好的冲击韧性,且耐磨、耐疲劳、耐油、耐水等但吸湿性大,在日光曝晒下或者浸在热水中都易老化4ABS塑料ABS塑料是由丙烯月青、丁二烯与苯乙烯三种单体构成的共聚物特点是坚韧、质硬、刚性好、易着色,缺点是不耐高温,能燃烧5聚四氟乙烯F一4具有突出的耐低温、耐腐蚀、耐候性、电绝缘性,化学稳固性超过玻璃、陶瓷、不锈钢与金故有“塑料王”之称然而,其力学性能与加工性能较差聚四氟乙烯要紧用做特殊性能要求的零件与设备6聚甲基丙烯酸甲酯PMMA俗称有机玻璃特点是透明透明率为91%—93%强度高,耐磨性低,易老化常用做要求透明的零件7酚醛塑料PF是最早投入工业化生产的高分子材料,由于其电绝缘性能优异,故称之“电木”特点耐热、绝缘,硬而耐磨,但脆性大,光照易变色,加工性能差广泛用于电气工业8氨基塑料UF是一种绝缘性好,耐热、耐磨、易着色,价格低廉,应用广泛的塑料要紧用来生产各类餐具橡胶.橡胶的构成橡胶是以生胶为原料,加入适量的配合剂制成的高分子材料1生胶按来源不一致可分为天然橡胶与合成橡胶两类天然橡胶是以热带的橡胶树中流出的胶乳为原料,经凝固、干燥、加压等工序制成的片状固体由于天然橡胶的产量受地理环境的限制,其产量远不能满足工业生产的需要,因此人们通过化学合成的方法制成了与天然橡胶性质相似的合成橡胶橡胶制品的性能要紧取决于生胶的性质与硫化工艺2配合剂是为了提高与改善橡胶制品的性能而加入的物质有下列几种1硫化剂能使生胶分子相互连成网状结构天然橡胶中常加硫磺,合成橡胶中还要加入过氧化物及金属氧化物2促进剂常选用有机化合物,目的是缩短硫化时间,降低硫化温度同时还常加入氧化锌等活化剂3软化剂常选用硬脂酸、精制蜡、凡士林及一些油类与酯类,目的是增加橡胶的塑性,改善黏附力,降低硬度与耐寒性能4补强剂常选用碳黑、氧化硅、陶土、硫酸领及滑石粉等,目的是提高橡胶的强度与硬度,增强耐磨性,降低成本5着色剂选用钛白、立德粉、氧化铁、氧化格等,目的是改变橡胶的颜色硫化处理天然橡胶是利用天然胶乳作为原料制得的由于天然橡胶生胶是线性高分子,物理与力学性能都比较差,在受力较大或者温度较高时,容易发生变形或者脆裂,且形变后不能复原一次意外硫磺掉进生胶桶里,发现天然橡胶变得受热不黏,遇冷不脆,弹性也变得特别好.橡胶的性能与应用橡胶具有很好的弹性与伸长率100%—1000%良好的耐磨性、隔音性与绝缘性,其缺点是易老化.常用橡胶1天然橡胶NR天然橡胶的综合性能、耐磨性、抗撕裂性,加工性能良好,但耐高温、耐油、耐溶剂性、耐臭氧与老化性差低合金高强度结构钢牌号的表示方法与普通碳素结构钢相同,它仍用“Q数字——质量等级”表示其牌号,如Q345——A表示屈服点为345MPa的A级低合金高强度结构钢这类钢的屈服点在295——460MPa之间(低合金高强度结构钢由于强度大,若达到碳钢相同的强度时,可大大节约钢材,减轻设备自重关于车辆、船舶、工程机械等动力机械,由于减轻自重,能够大大节约能源,提高运载能力并提高工作效率设备的加工由于壁厚减薄,重量减轻,从而减少焊接工作量使用低合金高强度结构钢可促进各类工程及设备向大型、轻量、高效能方向进展)低合金高强度结构钢通常是热轧状态下供应,使用时通常不再进行热处理合金渗碳钢用于制造渗碳零件的钢称之渗碳钢碳素渗碳钢(
15、
20、25钢)由于淬透性差,仅能在表层获得高的硬度,而心部得不到强化,故适用于制造受力小的渗碳零件一些性能要求高、截面更大的零件,都务必使用合金渗碳钢合金渗碳钢是用来制造既要有优良的耐磨性、耐疲劳性,又能承受冲击载荷作用而有足够高的韧性、强度的零件合金渗碳钢含碳量在
0.10%——
0.25%之间,以保证心部具有足够的塑性与韧性加入Cr、Ni、Mn、SiB等合金元素,要紧是提高淬透性,使2丁苯橡胶SBR是目前合成橡胶中产量较高的通用橡胶丁苯橡胶具有耐磨性、耐热性、耐老化性能,比天然橡胶质地均匀,价格低但其弹性、机械强度、耐挠曲龟裂、耐撕裂、耐寒性等都较差,加工性能也较天然橡胶差将丁苯橡胶与天然橡胶任意比例混用,可取长补短,弥补丁苯橡胶的不足3氯丁橡胶CR在物理性能、力学性能等方面都能够与天然橡胶相比,并具有天然橡胶与一些通用橡胶的优良性能氯丁橡胶具有耐油、耐氧化、耐酸、耐碱、耐热、耐燃烧、耐挠曲与透气性好等性能,有“万能橡胶”之称氯丁橡胶的缺点是耐寒性较差,密度大,生胶稳固性差,不易储存4硅橡胶Q是特殊橡胶,其特殊的性能是耐高温与低温,可在700℃—300℃范围内工作电绝缘性优良,并具有良好的耐候性、耐臭氧性但强度低,耐油性不好硅橡胶无毒无味5氟橡胶FPM特殊橡胶,突出性能是耐腐蚀、耐酸碱与乃强氧化剂腐蚀的能力在各类橡胶中是最好的氟橡胶可在高温315℃下工作,耐油、耐高真空,抗辐射性能优良但其加工性能差,价格较贵第二节陶瓷材料陶瓷在传统上是指陶器与瓷器陶瓷是用粉末冶金法生产的无机非金属材料,其生产过程是原料粉碎、压制成形、高温烧结形成制品透明陶瓷与纳米陶瓷通常陶瓷由于内部组织有杂质与气孔而不透明用高纯度的原料可获得透明的陶瓷透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃透明陶瓷不仅光学性能优异,而且耐高温,熔点通常在2000℃以上人们把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级,便得到了纳米陶瓷纳米陶瓷成功解决了普通陶瓷易碎的问题纳米陶瓷还具有较好的塑性与韧性,如室温下合成的Ti02陶瓷能够弯曲陶瓷的分类与性能.陶瓷的分类按其化学成分与结构可分为普通陶瓷与特种陶瓷两大类1普通陶瓷又称传统陶瓷,它是以天然的硅酸盐矿物黏土、长石、硅砂等为原料通过粉碎、成形与烧结而制成的陶瓷2特种陶瓷要紧是用人工合成材料制成的,具有许多优异性能的新型陶瓷,如用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物与氟化物等通过粉碎、成形与烧结而制成的陶瓷.陶瓷的性能陶瓷具有硬度高、抗压强度大、抗氧化性能好、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等特点,但塑性差,脆性大不能急冷急热常用的工业陶瓷.普通陶瓷普通陶瓷质地坚硬、不氧化、不导电、耐腐蚀、成本低、加工性能好,但强度低、脆性大.氧化铝陶瓷要紧成分是三氧化二铝,其强度比普通陶瓷高2—3倍,硬度很高(可达78HRC以上,仅次于金刚石、碳化硼、立方氮化硼与碳化硅而居第五位),耐高温(可在1500℃下列工作)电绝缘性与耐蚀性优良缺点是脆性大,抗急冷急热性差.氮化硅陶瓷要紧成分是Si3N4其化学稳固性好,除氢氟酸外能耐各类无机酸(如盐酸、硫酸、硝酸与王水),硬度高,耐磨、耐高温,电绝缘性与抗急冷急热性能优异用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面,不仅能够提高柴油机质量,节约燃料,而且能够提高热效率.氮化硼陶瓷.要紧成分是BN立方氮化硼陶瓷的硬度极高(可达7300—9000HV)是一种优良的耐磨材料,其刀具的耐用性比硬质合金高375倍,红硬性可达1400℃-1500℃热导率与不锈钢相当,绝缘性、化学稳固性良好,但抗弯强度低第三节复合材料普通金属材料强度大,但易腐蚀;普通陶瓷材料耐高温,但易碎裂;合成高分子材料强度大、密度小但易老化实践中发现,由两种或者两种以上性质不一致的材料组合成的复合材料,通常比原材料具有更优越的性能日常生活中使用的搪瓷就是用钢板作基体材料,然后在钢板表面涂上瓷釉,在高温下烧结得到的建筑用的钢筋混凝土是以钢筋为结构,用水泥、大小不一致的沙石烧筑复合而成在航天等高科技领域更是大量使用着复合材料,波音767飞机的机身与机翼大量使用了碳纤维复合材料,美国“挑战者”号航天飞机使用的耐热陶瓷轴瓦是由氮化硅纤维、硼化硅纤维的增强陶瓷材料制成的常用复合材料的种类通常,复合材料由基体材料与分散于其中的增强材料两部分构成按复合材料的增强剂种类与结构形式的不一致,分为下列三类.纤维增强复合材料以玻璃纤维、碳纤维、硼纤维等陶瓷材料作增强齐L复合于塑料、橡胶与金属等基体材料之中.层叠复合材料是将两种以上不一致材料层叠在一起形成的.细粒复合材料是一种或者多种颗粒均匀分布在基体中所构成的材料如硬质合金是由碳化鸨与钻或者碳化鸨与钛等构成的细粒复合材料纤维复合材料纤维复合材料是复合材料中进展最快,应用最广的一种材料它具有密度小,比强度大,比模量高,减振性能与抗疲劳性能好,与耐高温性能优异等特点,应用前景广阔.玻璃纤维复合材料若将玻璃熔化并以极快的速度拉成细丝,它仿佛就完全忘掉了自己的本性,变得像合成纤维那样柔软其坚韧的程度甚至超过了同样粗细的不锈钢丝玻璃纤维不仅是很好的电绝缘材料与绝热保温材料而且制成光导纤维传到光的能力非常强,利用光缆通信能传递大量的信息玻璃纤维应用最广泛的领域是作增强材料,制造玻璃纤维复合材料最典型的玻璃纤维复合材料是“玻璃钢”玻璃钢是用塑料树脂作基体材料,玻璃纤维作增强材料,将一层层的玻璃纤维布浸在热熔的塑料中加压成形制得的以聚酰胺、聚苯乙烯、聚苯烯等热塑性树脂为黏结剂制成热塑性玻璃钢,以环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂等热固性树脂为黏结剂制成热固性玻璃钢玻璃钢具有密度小(只有同体积钢铁的1/4)、强度高(超过铜合金、铝合金)、耐腐蚀、绝缘等优良性能但弹性模量小(作受力构件时,强度有余,刚性不足),耐热性差,易老化.碳纤维复合材料碳纤维要紧是由碳元素构成的一种特种纤维,其含碳量随种类不一致而异,通常在90%以上碳纤维具有通常碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等但与通常碳素材料不一致的是,碳纤维柔软,密度小,比强度优异,各向异性显著,沿纤维轴方向表现出很高的强度,可加工成各类织物以碳纤维作增强材料,选择不一致基体材料能够制得性能各异的碳纤维增强材料我国碳纤维增强复合材料的总产量已居世界第三
(1)碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料能够根据使用温度的不一致选择不一致的树脂基体碳纤维增强塑料的最大优点是密度小,只有钢铁密度的1/4比铝合金还要轻的多,而它的强度是钢的4倍还多,在弹性、抗疲劳断裂、热膨胀性方面具有超优异的性能,是一种极为理想的结构材料
(2)碳纤维增强铝碳纤维增强铝的密度只有钢的1/3强度比中碳钢好,具有耐高温、耐热疲劳、耐紫外线与耐潮湿等特性,是一种适合航空、航天领域的结构材料3碳纤维增强陶瓷能够增加陶瓷的韧性,这是解决陶瓷的脆性的途径之一由碳纤维增强陶瓷做成的高速喷气飞机的涡轮叶片,能承受1400℃的高温与每分钟3万转的高速转;将碳纤维增强陶瓷做成的瓦片粘贴在航天飞机的机身上,能使航天飞机安全穿越大气返回地球零件在热处理后,从表面到心部都得到强化;加入V、Ti等合金元素,目的是细化晶粒20CrMnTi是最常用的合金渗碳钢,适用于截面直径在30mm下列的高强度渗碳零件合金渗碳钢的热处理通常是渗碳、淬火与低温回火合金调质钢调质钢是指经调质处理(淬火+高温回火)后使用的钢优质碳素结构钢中
40、
45、50是常用的调质钢这类钢价格便宜,工艺简单,但淬透性差,调质后力学性能不够理想,仅适用于制造形状简单、尺寸小的零件许多重要零件务必选用合金调质钢合金调质钢含碳量在
0.25%——
0.50%之间加入Cr、Mn、Si、Ni、B等合金元素,要紧是强化铁素体,显著提高淬透性,使大截面零件获得均匀、一致的组织与性能加入少量Mo、V、W、Ti等合金元素,目的是细化晶粒,进一步提高强度40Cr是合金调质钢最常用的钢种,其强度比40钢提高20%属于低淬透性合金调质钢,油淬临界直径为30——40mm用于制造通常尺寸的重要零件35CrMo为中淬透性合金调质钢,油淬临界直径为4060mmo40CrMnMo为高淬透性合金调质钢,油淬临界直径为60——100mm合金调质钢的淬透性好,通常用油淬,调质后的组织为回火索氏体若要求零件表面有很高的耐磨性,可在调质后进行表面淬火或者化学热处理合金调质钢广泛用于制造承受多种工作载荷,受力情况比较复杂,要求综合力学性能好的重要零件超高强度钢(超高强度钢是指屈服点大于1300MPa、抗拉强度大于1400MPa的钢它是在合金调质钢的基础上,加入多种合金元素而进展起来的,要紧用于航空与航天工业)合金弹簧钢弹簧利用在弹性变形时所储存的能量,来缓与机械上的振动与冲击作用由于弹簧通常是在动载荷条件下使用的,因此,弹簧钢务必具有高的弹性强度、高的疲劳强度与足够的韧性优质碳素结构钢中
65、
70、
75、80与65Mn是常用的碳素弹簧钢,由于它们的淬透性差,只适用于制作直径小于15mm的小弹簧假如弹簧未淬透,将会使弹簧的屈服点显著降低,以致弹簧在工作时产生塑性变形,因此,较大截面的弹簧务必使用合金弹簧钢合金弹簧钢的含碳量在
0.45%——
0.70%通常加入Mn、Si、Cr等合金元素,要紧是提高弹簧钢的强度与淬透性特别是Si能显著提高弹簧的弹性强度,是弹簧钢中的常用元素之一含硅、镒的弹簧钢最高工作温度在250℃下列,而含格、钗、鸨的弹簧钢可在350℃下列工作弹簧钢的分类弹簧钢按加工与热处理分为两种1冷成型弹簧适用于小型弹簧外径小于10mm它使用冷拔钢丝或者冷轧钢带制作钢材通过冷卷与冷轧由于冷加工硬化作用,屈服点大为提高卷成型的弹簧,需在200℃——300℃进行去应力退火,以稳固弹簧的几何尺寸与消除内应力2热成型弹簧适用于大型弹簧或者形状复杂的弹簧弹簧热成型后进行淬火及中温回火,以便获得很高的弹性强度与疲劳强度热处理后的弹簧往往还要进行喷丸处理,使表面产生加工硬化,以提高弹簧的抗疲劳性,从而提高弹簧的寿命滚动轴承钢滚动轴承滚动轴承是现代机械应用广泛的支承零件,滚动轴承通常由外圈、内圈、滚动体、保持架四个要紧部件。