材料特性及应用

材料特性及应用目录1、材料的特性2、金属材料3、非金属材料材料的特性Part1材料的特性物理性能化学性能工艺特性环保性感觉特性可变复合性1.材料的特性物理性能力学性能塑性强度硬度韧性1.1物理特性强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏作用的能力。包括：抗拉强度、抗弯强度等。1.11强度弹性变形塑性变形弹性:材料受外力作用而发生变形，外力除去后能恢复原状的性能。塑性:材料受外力作用而发生变形，外力除去时，仍能保持变形后的形状，而不恢复原形的性能。1.12塑性脆性：材料受外力作用达到一定限度后，产生破坏而无明显变形的能力。韧性:材料在冲击荷重或振动荷重下能承受很大的变形而不致破坏的性能。1.13韧性硬度：是指材料表面抵抗穿透和刮划的能力。耐磨性：是指材料表面抵抗磨损的能力。一般说来，硬度大的材料，耐磨性较强，但是不易加工。1.13硬度化学性能耐候性耐腐蚀性抗氧化性材料抵抗周围介质腐蚀破坏的能力。材料在常温或高温时抵抗氧化作用的能力。材料在各种气候条件下，保持物理和化学性能不变的性质。1.2化学特性工艺特性表面处理工艺成型工艺加工工艺材料适应各种工艺处理要求的能力。1.3工艺特性不同成形工艺对造型的影响(a)铸造成型(b)厚钢板焊接成型(c)薄钢板弯折成型金属材料Part2金属材料分类金属材料黑色金属有色金属碳钢合金钢其他铜合金铝、镁合金其他铸铁2.1碳钢碳钢指的是含碳量在2.11%以下的铁碳合金，根据含碳量的多少可分为低碳钢（0.1~0.25%）、中碳钢（0.25~0.6%）和高碳钢（0.6~1.7%）。几种常用碳钢的化学成分：牌号化学成分，%CSiMnCrNiCuSP不大于250.22~0.290.17~0.370.50~0.800.250.300.250.0350.035450.42~0.500.17~0.370.50~0.800.250.300.250.0350.035800.77~0.850.17~0.370.50~0.800.250.300.250.0350.035牌号力学性能硬度抗拉强度/Mpa屈服强度/Mpa伸长率/%断面收缩率/%25未热处理≤170HB≥450≥275≥23≥5545热轧钢≤229HB退火钢≤197HB调质硬度HRC22~34≥600≥355≥17≥4080未热处理≤285HB淬火硬度可≥62HRC≥1080≥930≥6≥30几种常用碳钢力学性能对比：随着含碳量的增加，碳钢的硬度和强度增加，塑韧性下降。2.11碳钢的力学性能2.12碳钢的应用低碳钢强度、硬度较低，但有着较好的塑、韧性，冷成形性良好，常用于钣金件。如：汽车车身、电脑主机箱、空调外壳、机械设备的外壳等。中碳钢拥有较好的综合力学性能，在碳钢中应用范围最广，适合制造机械零部件和作为建筑材料使用。高碳钢拥较高的强度和硬度，高的弹性极限和疲劳极限，但焊接性能和冷塑性变形能力差。常用于制造对硬度和耐磨性要求较高的锤、撬棍、销等。2.2合金钢在普通碳素钢基础上添加其它合金元素就构成了合金钢。根据添加合金元素的多少可以将合金钢分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）、中合金钢（5%~10%）和高合金钢（≥10%）。合金元素中经常加入的合金元素有锰（Mn）、硅(Si)、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钛（Ti）、硼（B）、铝（Al）、铌（Nb）、锆（Zr）等。2.21几种常用的低合金钢16Mn（现已归入Q345）广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。GB/T1591对Q345A的化学成分的要求如下：C≤0.20%，Mn≤1.70%，Si≤0.50%，P≤0.035%，S≤0.035%。在碳钢中加入Mn元素对材料力学性能的影响：可以大幅提高材料的强度、硬度和耐磨性，对材料的塑、韧性影响较小。但也会降低材料的焊接性和耐腐蚀性。含碳量相近的15号钢屈服强度仅略大于225Mpa，而加入Mn元素后材料的屈服强度超过了345Mpa。40Cr40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一，可用于制造汽车转向节、后半轴、齿轮、曲轴、连杆、机床蜗杆等。化学成分如下表（与40钢对比）：牌号化学成分/%CSiMnCrNiPSCu400.37~0.440.17~0.370.50~0.80≤0.25≤0.30≤0.035≤0.035≤0.2540Cr0.37~0.440.17~0.370.50~0.800.80~1.10≤0.030≤0.035≤0.035≤0.030碳钢中加入Cr元素对材料力学性能的影响：显著提高强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，同时降低塑性和韧性。通过加入Cr元素，屈服强度由40号钢的335Mpa提高到了785Mpa。35CrMo用于制造承受冲击、弯扭、高载荷的各种机器中的重要零件，如轧钢机人字齿轮、曲轴、锤杆、连杆、紧固件，汽轮发动机主轴、车轴，发动机传动零件等。化学成分如下表（与35钢对比）：牌号化学成分/%CSiMnCrMoNiPSCu350.37~0.440.17~0.370.50~0.80≤0.25-≤0.30≤0.035≤0.035≤0.2535CrMo0.32~0.400.17~0.370.40~0.700.80~1.100.15~0.25≤0.30≤0.035≤0.035≤0.30碳钢中加入Mo元素对材料力学性能的影响：可以是材料的晶粒细化，并提高热强性，进而提高材料的使用温度。35号钢屈服强度315Mpa，35CrMo的屈服强度为835Mpa。2.22不锈钢根据组织的状态不锈钢可以分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。几种常用的不锈钢304（0Cr18Ni9）【304L(00Cr19Ni10)】主要用于不锈钢餐具、浴室厨房用具以及某些对抗腐蚀性能要求较高的零件。主要力学性能见下表：抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率/%断面收缩率/%硬度/HB≥520≥205≥40≥60≤187从304不锈钢力学性能参数来看，强度和硬度都不算高，有很好的塑、韧性。屈服强度和硬度比20号钢还略低，抗拉强度也仅仅只是与45号钢相当。316（0Cr18Ni12Mo2）【316L（00Cr17Ni14Mo2）】在304不锈钢的基础上提高了Ni含量，并加入了约2%的Mo，大幅提升了抗氯化物腐蚀的能力，主要用于食品工业和外科手术器材。非金属材料Part3非金属材料高分子材料陶瓷材料塑料橡胶合成纤维普通陶瓷特种陶瓷非金属材料分类按加工特性分类——热塑性塑料和热固性塑料项目热塑性塑料热固性塑料加工特性受热软化、熔融、塑制成一定形状，冷却后固化定型未成型前受热软化，熔融可塑制成一定形状，在热和固化剂作用下，一次硬化定型重复加工性再次受热，仍可软化、熔融，反复多次加工受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工化学结构线性高分子由线性分子变为体形分子举例PE、PP、PVC、ABSPF、UF、MF、EP3.1塑料聚乙烯(PE)1.为白色蜡状半透明材料，柔而韧，无毒。2.易燃烧且离火后继续燃烧。3.易老化。几种常见塑料的应用聚丙烯（PP）1.无毒、无味，密度小（0.9）；2.强度、刚度、硬度、耐热性均优于低压聚乙烯；3.具有良好的电性能和高频绝缘性。聚氯乙烯（PVC）分为硬质和软质两种。硬质聚氯乙烯强度较高，绝缘性和耐蚀性好，耐热性差，在－15～60℃温度范围使用。软质聚氯乙烯强度低于硬质聚氯乙烯，伸长率大，绝缘性较好。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)1.有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的3～5倍；2.无毒、无味，卫生安全性好，可直接用于食品包装；3.温度达到70℃时易变形，且有对人体有害的物质溶出。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚体（ABS）1.冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性；2.易加工、尺寸稳定性好、表面光泽性；3.还可以进行表面喷镀金属、电镀等二次加工。聚酰胺(PA，俗称尼龙)1．优良的力学性能。尼龙的机械强度高，韧性好。2．自润性、耐摩擦性好，可作为传动部件其使用寿命长。3.优良的耐热性。可在150℃下长期期使用。4.吸水性。尼龙吸水性大，饱和水可达到3%以上。在一定程度影响制件的尺寸稳定性。聚四氟乙烯（PTFE）耐高温——最高使用工作温度达250℃。耐低温——最低使用温度-196℃，也可保持5%的伸长率。耐腐蚀——耐对大多数化学药品和溶剂。耐气候——有塑料中最佳的老化寿命。高润滑——是固体材料中摩擦系数最低者。电绝缘性——可以抵抗1500伏高压电。373.2橡胶38橡胶材料特性比较图39橡胶材料耐化学性40橡胶材料耐温性力学性能抗拉强度低、抗压强度高，硬度高，是典型的脆性材料。物理性能电阻率高、绝缘性好，熔点高，耐热性好，是良好的高温材料。化学性能耐酸、碱、盐腐蚀。但不耐熔盐、熔融金属的腐蚀。3.3陶瓷陶瓷的性能特点新型陶瓷材料传统陶瓷材料陶瓷种类普通陶瓷氮化硅陶瓷(Si3N4)1.高温热稳定性，高硬度、耐磨损；2.摩擦系数小；3.优良的电绝缘性和耐急冷急热性；特种陶瓷碳化硅陶瓷(SiC)1.耐高温、耐腐蚀；2.较高的高温强度；3.高耐磨性；4.高硬度，比重小。氧化铝陶瓷(Al2O3)1.机械强度高；2.电阻率高；3.硬度高；4.熔点高，抗腐蚀；5.化学性能稳定特种陶瓷的应用生物陶瓷特种陶瓷应用高性能陶瓷汽车刹车片纳米陶瓷弹簧碳纤维特殊陶瓷碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料感谢观赏！