机械工程材料 - 图文(10)

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经淬火加时效处理后，其抗拉强度达1200MPa～1400MPa,硬度达350HB～400HB。铍青铜具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性、良好的导电性、导热性和耐低温性，无磁性，受冲击时不起火花，以及良好的冷热加工性能和铸造性能，但价格昂贵。 （四）白铜

以镍为主加元素的铜合金称为“白铜”。白铜分为普通白铜和特殊白铜。

普通白铜的牌号为：B＋镍的平均百分含量，如B5，为含镍5％的白铜；特殊白铜的牌号为：B＋主加元素符号（镍除外）＋镍平均百分含量＋主加元素平均百分含量。如BMn40－1.5为含40％Ni、1.5%Mn的锰白铜。 三、钛及钛合金 （一）工业纯钛

纯钛是灰白色金属，密度小(4.507g/cm3),熔点高(1688?)，在882.5?发生同素异构转变α-Ti←→β-Ti。β-Ti存在于882.5?以上，具有体心立方晶格， α-Ti存在于882.5?以下，具有密排六方晶格。纯钛的强度低，比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好，具有良好的加工工艺性能,切削加工性能与不锈钢接近。纯钛的性能受杂质影响很大，少量杂质即可显著提高其强度。纯钛主要用于350?以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用的热交换器、反应器，海水净化装臵及舰船零部件。 （二）钛合金

纯钛加入合金元素形成钛合金。根据合金元素对钛同素异构的影响，可将其分为三类。第一类是α相稳定元素，该元素能使钛的同素异构转变温度升高，形成α固溶体如Al、C、N、B等。第二类是β相稳定元素，能使钛的同素异构转变温度降低，形成β固溶体，如Fe、Mo、Mg、Cr、Mn、V等。第三类是中性元素，对同素异构转变温度无影响，如Sn、Zr等。 几乎所有钛合金中都含有铝，因为铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。按退火组织，钛合金可分为α型钛合金、β型钛合金和α＋β型钛合金 ，三类。他们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示，如TA5、TB2、TC4等，其中TA0～TA3为工业纯钛。 四、轴承合金

制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为“轴承合金”。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑作用的重要部件，由轴承体和轴瓦两部分组成。与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平稳，无噪音及拆装方便等优点。 （一）组织性能要求

当轴高速旋转时，轴瓦除与轴颈发生强烈磨差外，还要承受轴颈施加的交变载荷和冲击力。因此要求轴承合金具有以下性能：

1、足够的 强韧性，承受轴颈施加的压力、冲击及交变载荷。

2、较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐磨性，防止轴与轴瓦之间咬合。

3、较小的摩檫系数，良好的耐磨性和磨合性，减少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合 为满足上述要求，轴承合金的组织应是软的基体上分布着硬度质点或硬的基体上分布着软的质点。当轴旋转时，软的基体(或质点)被磨损凹陷，减少了轴颈与轴瓦的接触面积，有利于储存润滑油和轴与轴瓦间的磨合，而硬的质点(或基体)则支撑着轴颈，起承载和耐磨作用。此外，软基体(或质点)还能嵌藏外来硬杂质颗粒的作用，以避免檫伤轴颈。 （二）常用轴承合金

工业上应用的轴承合金很多，常用的有锡基、铅基、铜基和铝基轴承合金等，其中锡基和铅基轴承合金又称为“巴氏合金”。是应用最广的轴承合金。 三、重要考点

1、简述各种青铜合金的特点。

2、以（ ）为主要合金元素的铜合金称为白铜。 A．锌

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B. 锡 C. 铝 D. 镍 答案

1.（1）锡青铜：锡青铜是以Sn为主加元素的铜合金，锡含量一般为3～14％Sn。含5～7％Sn的锡青铜塑性好，适于冷加工。＞10％Sn的锡青铜强度较高，适于铸造。锡青铜铸造流动性差，易形成分散缩孔，铸件密度低，高压下渗露，但体积收缩率很小，适于铸造形状复杂、尺寸精度要求高的零件。

（2）铝青铜：铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，铝含量一般为5-11%。铝含量为10％左右时强度最高，多在铸态或经过热加工后使用。铝青铜的强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性均高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但收缩率比锡青铜大，焊接性能差。

（3）铍青铜：铍青铜是以铍为主加元素的铜合金，铍含量一般为1.7-2.5%。铍青铜是时效强化合金，经淬火加时效处理后，其抗拉强度达1200MPa～1400MPa,硬度达350HB～400HB。铍青铜具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性、良好的导电性、导热性和耐低温性，无磁性，受冲击时不起火花，以及良好的冷热加工性能和铸造性能，但价格昂贵。

2. D

《机械工程材料》辅导资料十一

主 题：第九章 高分子材料

学习时间：2013年12月9日－12月15日

内 容：

这周我们将开始本课程课件第九章的学习，即高分子材料。具体学习内容如下： 一、学习要求

1、掌握高分子材料的分类及命名方式。 2、理解高分子材料的力学状态曲线。

3、理解工程上常用的高分子工程材料的组成、分类、性能特点。 4、理解合成橡胶的组成及性能特点。 二、主要内容 一、概述

高分子材料分为天然高分子材料和人工高分子材料两类，天然的有：松香、淀粉、天然橡胶等；人工的有：塑料、合成橡胶等。工业用的高分子材料大都是人工合成的。 （一）高分子材料的分类和命名

高分子材料的分类方法很多，常用的有以下几种：

1、按用途分为：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。

塑料在常温下有固定的形状，强度较大，受力后能发生一定的变形。橡胶在常温下具有很高的弹性，而纤维的单丝强度高。有时把聚合后未加工的聚合物称为树脂，如电木未固化前称为“酚醛树脂” 。

2、按聚合物反应类型可分为加聚物和缩聚物。

加聚物是由加成聚合反应（简称“加聚反应”）得到，链节结构与单体结构相同，如聚乙烯。缩聚物是由缩合聚合反应（简称“缩聚反应”）得到，聚合过程中有小分子副产品放出。

3、按聚合物的热行为可分为热塑性聚合物和热固性聚合物。

热塑性聚合物的特点是热软冷硬，如聚乙烯。热固性聚合物受热时固化，成形后再受热不软化，如环氧树脂。

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4、按主链上的化学组成可分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物。 碳链聚合物的主链由碳原子一种元素组成，如－C－C－C－C－C－。

杂链聚合物的主链除碳外还有其他元素，如-－C－C－O－C－，－C－C－N－C－，－C－C－S－C－等。

元素有机聚合物的主链由氧和其他元素组成，如－O－Si－O－Si－O－等。 高分子材料多采用习惯命名。常用的有：

（1）在原料单体名称前加“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙稀等； （2）在原料单体名称后加“树脂”，如环氧树脂、酚醛树脂等。

（3）采用商品名称，如聚酰胺称为“尼龙”或“棉纶”、聚酯称为“涤纶”、聚甲基丙烯酸称为“有机玻璃”等。

（4）采用英文字母缩写，如聚乙烯用“PE”、聚氯乙稀用“PVC”等。 （二）高分子材料的力学状态

1、线型非晶态高聚物的力学状态

根据高聚物在恒定应力条件下的温度-形变曲线，即热-机曲线，可描述聚合物在不同温度下出现3种力学状态，如图所示。

图1 线型非晶态高聚物的温度-形变曲线

（1）玻璃态

在低温下，分子运动能量低，链段不能运动，在外力作用下，只能使大分子的原子发生微量位移而发生少量弹性变形，这种状态称为“玻璃态”。

高聚物呈玻璃钛的最高温度叫“玻璃化温度”，用“Tg”表示。在这种状态下使用的材料有塑料和纤维。

（2）高弹态

温度高于Tg，分子活动能力增加，大分子的链段发生运动，因此产生很大的弹性变形，可达100％～1000％，被称为“高弹态”。在这种状态下使用的高聚物是橡胶。

（3）粘流态 由于温度高，分子活动能力很大，在外力作用下，大分子链可以相对滑动。称为“粘流态”。粘流态是高分子材料的加工态，大分子开始粘性流动的温度称为“粘流温度”，用“Tf”表示。

2、线型晶态高聚物和体型高聚物的力学状态 晶态高聚物的热-机曲线如下图所示。

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图2 线型晶态高聚物的温度-变形曲线

这种高聚物分为一般分子量和很大分子量两种状态。一般分子量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，因此在Tm以下与非晶态高聚物的玻璃态相似，高于Tm相似则进入粘流态。分子量很大的晶态高聚物存在高弹态（Tm-Tf）。

由于高分子材料只是部分结晶，因而在非晶区的Tg与晶区的Tm温度区间，非晶区柔性好，晶区刚性好，处于韧性状态，称为“皮革态”。

体型高聚物的力学状态与交连点的密度有关，密度小，链段仍可运动，具有高弹态，如轻度硫化的橡胶。交连点密度大则链段不能运动，此时Tg＝Tm，高聚物变得硬而脆，如酚醛塑料。

（三）常用高分子材料的化学反应

1、交连反应

交连反应是指大分子由线型结构变为体型结构的过程。交连反应使聚合物的力学性能、化学稳定性提高。如树脂的固化、橡胶的硫化等。

2、裂解反应

裂解反应是指大分子链在各种外界因素（光、热、辐射、生物）作用下，发生链的断裂，分量下降的过程。

3、聚合物的老化

聚合物的老化是指高分子材料长期使用过程中，由于受热、氧、紫外线微生物等因素作用发生变硬变脆或发软发粘的现象。 二、常用高分子材料

高分子材料包括塑料、合成纤维、橡胶和胶粘剂等。 （一）工程塑料

塑料是在玻璃态下使用的高分子材料，在一定温度、压力下可塑制成形，并在常温下保持形状不变。塑料与橡胶、纤维的界限并不严格，橡胶在低温下，纤维在定向拉伸前都是塑料。由于塑料的原料丰富，制取方便，成形加工简单，成本低，并且不同塑料具有多种性能，因而应用广泛。

1、工程塑料概述 （1）塑料的组成

塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂并塑制成型的材料。树脂是塑料的主要成分，它对塑料的性能起着主要作用。

添加剂是为了改善塑料某些性能而加入的物质，其中填料起主要作用； 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性；

固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构； 稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命；

润滑剂用于防止塑料成型过程中粘在模具上，并使制品表面光亮；

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着色剂用于塑料制品着色。

其他的还有发泡剂、催化剂、阻燃剂抗静电剂等。 （2）塑料的分类

按树脂受热时的行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。通用塑料产量大，价格低、用途广泛。

主要包括聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等。其产量约占塑料总产量的3/4以上。

工程塑料是指在工程技术中用做结构材料的塑料。它们的力学性能较高，耐热、耐蚀性能也比较好。主要有聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸脂、ABS、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。特种塑料是指具有某些特殊性能的塑料，如耐高温、耐腐蚀等，这类塑料产量少，价格贵，只适用于特殊场合。

（3）塑料的性能特点

塑料的优点是：密度小（一般为0.9-2.3）耐蚀性、电绝缘性、减磨、耐磨性好，并有消音吸振性能。缺点是：刚性差（为钢铁的1/100-1/1000），强度低（最高的玻璃纤维强化尼龙也只达到铸铁的强度水平），耐热性差（少数塑料200?以上），热膨胀系数大（钢铁的10倍），导热系数小（金属的1/200-1/600），蠕变温度低（常温下受力时便会发生蠕变），易老化。

2、常用工程塑料

（1）一般结构用塑料

一般结构用塑料包括聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、聚丙烯和ABS塑料等。聚乙烯合成方法有低压、中压、高压三种。高压聚乙烯质地柔软，适于制造薄模。低压聚乙烯质地坚硬，适于做结构材料，如化工管道、电缆绝缘层、小负荷齿轮、轴承等。

聚氯乙稀成本低，但有一定的毒性。根据增塑剂用量的不同分为硬质和软质两种。硬质 聚氯乙稀主要用于工业管道系统及化工结构件等，软质聚氯乙稀用于薄膜、电缆包覆等。

聚苯乙烯电绝缘性优良，但脆性大，主要用于日用、装潢 、包装及工业制品，如仪器仪表外壳、接线合、开关按钮、玩具、包装及管道的保温层、耐油的机械零件等。

聚丙烯具有优良的综合性能，可用来制造各种机械零件，如法兰、齿轮、接头、把手，各种化工管道、容器，以及医疗器械、家用电器部件等。

ABS塑料由丙稀腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）三种单体共聚而成，兼具三组分的性能，是具有“坚韧、质硬、刚性”的材料，在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造业及化工工业中被广泛应用。

（2）摩檫传动零件用塑料

摩檫传动零件用塑料主要包括聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸脂、聚四氟乙烯等。聚酰胺又称尼龙或锦纶，品种很多，机械工业常用尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010、尼龙MC等。这类塑料强度较高、耐磨、自润滑性好、广泛用于做机械、化工及电气零件。

聚甲醛具有优良的综合性能，广泛用于汽车、机床、化工、电气仪表农机等方面。聚碳酸脂具有优良的力学性能，尤以冲击强度合尺寸稳定性为突出，透明无毒，广泛用于机械、仪表、电讯、交通、航空、光学照明、医疗器械等方面。如波音747飞机上有2500个零件用聚碳酸脂制造，总重量达2t。

聚四氟乙烯俗称“塑料王”，具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，摩檫系数极低只有0.04。缺点是强度低，加工性差。主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。

（3）耐蚀用塑料

耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚、聚丙烯等。氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚四氟乙烯，但工艺性比聚四氟乙烯好，成本低。在化学工业和机电工业中获得广泛应用，如化工设备零件、管道、衬里等。

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