金属与非金属材料之认识与选用.ppt
2023/10/19,金屬材料與非金屬材料之認識與選用,制做:張德安 7/806,核准:,2023/10/19,目的,一.對工程常用金屬材料與非金屬材料的了解與認識二.加強機械部件材料選用的正確性,2023/10/19,一.工程材料分類二.常用金屬材料(鋼鐵)介紹三.常用金屬材料(鋁及其合金)介紹四.常用金屬材料(銅及其合金)介紹五.常用金屬部件選材六.常用非金屬材料介紹七.常用非金屬部件選材,Contents,2023/10/19,工程材料分類,工程材料按用途分類可分為結構材料與功能材料,1 結構材料:功能上要求強度,韧性,硬度,耐磨性等機械性能的材料,2 功能材料:具有電,光,聲,熱,磁等功能和效應的材料,2023/10/19,工程材料按結合鍵的特點及性質可分為金屬材料,無機非金屬,1 金屬材料(顏色):黑色金屬(碳鋼,鑄鐵,合金鋼),有色金屬.,材料和有機材料,(加工方法):鑄造合金,變形合金,粉末冶金材料.,工程材料分類,2 無機非金屬:陶瓷,3 有機材料:塑膠,合成橡膠,合成纖維,2023/10/19,常用金屬材料(鋼鐵)介紹,一般構造鋼机械構造碳鋼合金工具鋼切削工具鋼(碳工具鋼/合金工具鋼/高速工具鋼/超硬合金)不鏽鋼(sus304,sus303),鋼鐵材料介紹,2023/10/19,一般用于不重視強度,机械及外部構造物的補助部件例:1 SS41(引抗拉強度為41kgf/mm2而得名)2 S10C(0.1%的低碳鋼),一般構造鋼,常用金屬材料(鋼鐵)介紹,2023/10/19,机械構造碳鋼,也用于机械及外部構造物的補助部件,強度略佳,淬火后硬度高,但易變形,易裂 例:S45C/S60C-一般狀況下齒輪/軸,常用金屬材料(鋼鐵)介紹,2023/10/19,合金工具鋼,綜合性能佳的材料,易熱處理/耐磨/耐疲勞/耐衝擊/耐蝕,廣泛用于各種環境 例:1 合金工具鋼SKS32 冷間成形鋼SKD11/SKD513 鉻鉬鋼(藍十字鋼)SCM4404 鎳鉻鉬鋼(紅十字鋼)SNCM240,常用金屬材料(鋼鐵)介紹,2023/10/19,切削工具鋼,易熱處理/耐磨/耐疲勞/耐衝擊,用于各種切削環境 例:1 碳工具鋼SK4-絲攻/鑽頭2 合金工具鋼SKS3/SKD11-一般之刀具3 高速工具鋼SKH51/SKH61-高速切削鎢系-耐熱性佳,刀口開頭易研削鉬系-韌性強4 超硬合金K10-高速切削,高耐磨,常用金屬材料(鋼鐵)介紹,2023/10/19,不鏽鋼,高耐蝕的環境 例:1 SUS3032 SUS304,常用金屬材料(鋼鐵)介紹,2023/10/19,鍛造用合金(板,擠制型材)熱處理型合金 非熱處理型合金 鑄造用合金(砂模鑄件,金屬模鑄件,壓鑄件)熱處理型合金 非熱處理型合金.,鋁及其合金材料介紹,常用金屬材料(鋁及其合金)介紹,2023/10/19,常用金屬材料(鋁及其合金)介紹,一.鍛造用鋁合金的種類,(一)非熱處理型合金 1.純鋁(1*)2.Al-Mn系(3*)3.Al-Si系(4*)4.Al-Mg系(5*)(二)熱處理型合金 1.Al-Cu-Mg系(2*)2.Al-Mg-Si系(6*)3.Al-Zn-Mg系(7*),2023/10/19,二.鍛造用鋁合金特性簡介,1.1000系鋁(純鋁)特點:1 純度高 1100L5 1200(99%)1050L3(99.5%).2 加工性、耐蝕性、溶接性良好 3 強度低,用途:一般用為不需要強度的家庭用品和電器器具等.2.2000系合金:Al-Cu系和Al-Cu-Mg系合金.特點:1 抗拉強度好 2024(50Kg/mm2)2 含銅,耐蝕性不好,用途:用在腐蝕環境時續做防蝕處理.,常用金屬材料(鋁及其合金)介紹,2023/10/19,3.3000系合金 特點:加工性,耐蝕性好,強度較高 用途:用于日用品,建材,容器等 也可用於鋁罐、電燈泡頭、著色鋁板等.4.4000系合金 特點:熱膨脹率低,強度和耐熱性較好.用途:柴油引擎的鍛造活塞.4043(Si5%)的熔點低,用做焊條和焊劑等.,常用金屬材料(鋁及其合金)介紹,2023/10/19,5.5000系合金:是含Mg5%以下的Al-Mg合金 特點:耐蝕性、加工性、熔接性較好,表面光澤 用途:用在船舶、車輛、建筑、化學工廠等,常用金屬材料(鋁及其合金)介紹,6.6000系合金:是Al-Mg-Si系合金 特點:耐蝕性好.高溫加工性優良,能實施生產性高 的擠制型材 用途:以鋁門窗為中心,多用在建筑方面.,2023/10/19,7.7000系合金:可以分為兩部分.(1)Al-Zn-Mg-Cu系合金 特點:強度最高 用途:用在航空机,體育用品(2)Al-Zn-Mg系合金 特點:有相當高的強度,淬火性好 用途:用為熔接構造用材料和鐵路車輛用材料.8.8*:含有其他元素的鋁合金.9.9*:備用編號.,常用金屬材料(鋁及其合金)介紹,2023/10/19,常用金屬材料(鋁及其合金)介紹,三.鑄造用鋁合金的種類,(一)非熱處理型合金 1.純鋁 2.Al-Si系 3.Al-Mg系(二)熱處理型合金 1.Al-Cu-Mg-Si系 2.Al-Mg-Si系,2023/10/19,1.Al-Cu系 特點:強度高,韌性好,鑄造性差 用途:用於輸電線用金屬零件類.(其鑄造性不好,所以一 般用途受限制)2.Al-Cu-Si系 特點:鑄造性較好,強度高,耐熱性好,用途:用于氣缸蓋、曲柄軸箱等車輛引擎零件.3.Al-Si系 特點:鑄造性優良,但強度不高 用途:用于箱類、蓋類等薄肉、復雜形狀的鑄件.,四.鑄造用鋁合金特性簡介,常用金屬材料(鋁及其合金)介紹,2023/10/19,4.Al-Si-Mg系 特點:強度高,用途:船舶、車輛的引擎=零件 5.Al-Si-Cu系 特點:有時效硬化性,以便改良強度 用途:廣泛用于引擎零件.6.Al-Si-Cu-Mg系 特點:強度高,韌性好.用途:用于氣缸蓋、氣缸体等引擎零件.7.Al-Cu-Ni-Mg系 特點:耐熱性好.用途:用于需要耐熱性的空冷氣缸蓋或柴油引擎的活塞等.,常用金屬材料(鋁及其合金)介紹,2023/10/19,8.Al-Mg系 特點:1 具有優秀的耐蝕性,強度、韌性也較好 2 鑄造性差 用途:用在形狀單純的鑄件 9.Al-Si-Cu-Ni-Mg系 特點:熱膨脹率小,時效硬化性.它的耐熱性、耐磨耗性優良 用途:用于內燃机的活塞和壓縮机的轉子.10.壓鑄用合金 特點:含有1%Fe(化學成分和上述各種鑄造用合金大致相同),常用金屬材料(鋁及其合金)介紹,2023/10/19,常用金屬材料(銅及其合金)介紹,銅及其合金分類,銅合金按用途可分為以下几種:導電材料 耐蝕材料 彈簧材料 軸承材料,2023/10/19,高銅合金(high copper alloy)1 銅含量:鍛造(96-99.3%)鑄造(94%)2 鈹銅:利用析出硬化現象來改良強度,是實用銅合金 中具有最大硬度者.3 鉻銅:是不損導電度的條件下,改良耐熱性和強度的 析出硬化型合金.,一 銅特性簡介,2023/10/19,二 銅合金特性簡介,1.無氧銅(牌號為C1020)特點:電氣、熱傳導性、延展性、抽制加工性良好,熔 接性、耐蝕性、耐候性佳,在還原性環境中高溫 加熱亦不發生氫脆化 用途:一般用于電氣、化學工業.2.韌練銅(牌號為C1100)特點:其電氣、熱傳導性優良,延展性、抽制 加工性、耐蝕性、耐候性均佳.用途:電氣用、蒸餾氣、建築用、化學工業用、密合墊、容器等.,常用金屬材料(銅及其合金)介紹,2023/10/19,3.磷還原銅(牌號為C1201、1220、1221)特點:延展性、抽制加工性、熔接性、耐蝕性、耐候性均佳,在還原性環境中高溫加熱亦不發生氫脆化.(C1201電氣 傳導性特佳).用途:用于洗浴用爐、熱水器、密合墊、建筑、化學工業等.4.紅銅(牌號為C2100、2200、2300、2400)特點:色澤優美,延展性、抽制加工性、耐蝕性佳.用途:用于建築、裝飾、化妝品盒等.,常用金屬材料(銅及其合金)介紹,2023/10/19,5.黃銅(牌號為C2600、2680、2720、2801,C2600)特點:延展性、抽制加工性、電鍍性佳,汽車散熱器、彈殼等深 抽制用 用途:固定按鈕、照相機、熱水瓶等深抽制用及汽車散熱器、配線器具、板金彎折加工用.也可用于配線器具零件、儀 表板等.6.快削黃銅(牌號為C3560、3561、3710、3713,C3560、3561)特點:切削性良好,打頭性亦良好,抽制加工性、耐蝕性佳 用途:用于鐘表零件、齒輪、造紙、濾網板等.C3710、3713特 別用于建築、裝飾、化妝品盒等.,常用金屬材料(銅及其合金)介紹,2023/10/19,常用金屬材料(銅及其合金)介紹,7.紅黃銅(red brass)和黃銅(brass)1 紅黃銅:Cu-Zn二元合金中Zn含量30%.7-3黃銅:具有良好的延展性和強度,深衝性優良,以板 或條的狀態供給應用.4-6黃銅:高溫加工性優良,多用為擠制材料.添加Pb的 易切黃銅(free cutting br-ass),其切削性 優良,大量用為机械加工用線材和條材.,2023/10/19,不同用途下的選材,外部構造用材料軸用材料齒輪用材料凸輪用材料滑動用材料裁切刀具,常用金屬部件選材,2023/10/19,1 要求:經濟性/充分強度/耐蝕性/耐疲勞性/耐衝擊性/良好吸震性/易加工性2 選用鑄鐵FC(考慮成本時用,另吸震性最佳)SS41(用途最廣之一般經濟材料)S45C(較SS41性能略佳,价格略高)SUS304(最佳耐蝕性,但昂貴,難加工)6063(鋁型機架)6061(強度要求不高的大底板),外部構造用材料,常用金屬部件選材,2023/10/19,軸用材料,1 要求:充分強度/耐磨性/耐疲勞性/充分硬度/充分橈度2 選用一般用軸材料(SS41/SUJ2/S10C/S45C)強力用軸材料(SNCM240(价高)/SCM440),常用金屬部件選材,2023/10/19,齒輪用材料,1 要求:充分強度/耐磨性/充分硬度/耐衝擊性/易加工性2 選用高周波淬火處理材料(S45C/SCM440)滲碳淬火處理材料(SCM440)氮化處理材料(SCM440),常用金屬部件選材,2023/10/19,凸輪用材料,1 要求:耐磨性/充分硬度/良好吸震性/易加工性/易熱處理性2 選用鑄鐵FC(考慮成本時,低中速、小負載時)高周波淬火處理材料(S45C/SCM440)滲碳淬火處理材料(SCM415)氮化處理材料(SCM440/SCr440),常用金屬部件選材,2023/10/19,滑動用材料,1 要求:耐磨性/充分硬度/易加工性/易熱處理性/導熱性2 選用考慮成本時(S45C)考慮韌性時(SCM440/SK2及銅合金)考慮耐磨性時(SKS3/SKD11/SKH61及銅合金),常用金屬部件選材,2023/10/19,裁切刀具材料,1 要求:耐磨性/充分硬度/易加工性/易熱處理性/導熱性2 選用PUNCH DIE:SKD11 ASP23.CD650HOLDER:SKD11.VIKING,常用金屬部件選材,2023/10/19,常用非金屬材料介紹,非金屬材料介紹,非金屬材料一般分:,2 有機材料(塑膠,合成橡膠,合成纖維),較高的強度,良好的塑性,強耐腐蝕性,絕緣性,密度小.,強度高,耐高溫,高韧性,光學性能好,耐腐蝕,1 無機非金屬材料(陶瓷),2023/10/19,常用非金屬材料應用,PVC:聚氯乙烯,硬質聚氯乙烯,優點：機械強度高，化學穩定性及介電性能優良，耐油性和抗老性較好，易熔接及粘合，價格低。,缺點：使用溫度低，線膨脹係數大，成型加工性不良,應用：管，棒，板，焊条及管件,2023/10/19,常用非金屬材料應用,PVC:聚氯乙烯,輕質聚氯乙烯,優點：質柔軟，耐磨，化學穩定性強，,缺點：使用溫度低,應用：管，棒，薄板，包裝材料，日常生活用品。,2023/10/19,常用非金屬材料應用,PC:聚碳酸酯,優點：突出的衝擊韧性和抗蠕變性能，很高的耐熱性，耐寒性，較高的延伸率和彈性模數，有一定的抗腐蝕能力。,缺點：成型條件要求較高,應用：用于各種齒輪，齒條，凸輪，軸承，滑輪。,2023/10/19,常用非金屬材料應用,PP:聚丙烯,優點：質輕,其屈服,拉伸和壓縮強度,硬度較好,缺點：收縮率大,低溫呈脆性,耐磨性不高.,應用：一般結構零件,作耐腐蝕化工設備和受熱的,電氣絕緣零件。,有很突出的剛性,耐熱性能較好,高溫抗應力,鬆弛性能良好,化學性能穩定.,2023/10/19,常用非金屬材料應用,MC:單體澆鑄尼龍,優點：強度,耐疲勞性,耐熱性,剛性較好,吸濕性低,2應用：較高負載,較高使用溫度,無潤滑或少潤滑的,條件下工作的零件。,耐磨性好,能直接在模型中聚合成型,宜澆鑄,大型零件.,2023/10/19,常用非金屬部件選材,一般結構零件,1 要求:強度和耐熱性無特殊要求,一般用來替代鋼材或其它材料,批量大,成本低,對外觀有一定要求.2 選用低壓聚乙烯,聚氯乙烯,改良聚苯乙烯3 應用舉例各種罩殼,蓋板,手輪,手柄,油管,管接頭等,2023/10/19,常用非金屬部件選材,透明結構零件,1 要求:1 強度和耐熱性無特殊要求,一般用來替代鋼材或其它 材料,批量大,成本低,對外觀有一定要求 2 良好透明度2 選用改性有機玻璃,改性聚苯乙烯,聚碳酸脂.3 應用舉例各種透明罩殼,汽車燈罩,光學鏡片,信號燈,防護玻璃,透明管道等,2023/10/19,常用非金屬部件選材,耐磨受力傳動零件,1 要求:較高的強度、剛性、軔性、耐磨性、耐疲勞性、並有較高的熱變形溫度、尺寸穩定2 選用尼龍、MC尼龍、聚甲醛、聚碳酸脂,聚酚氧3 應用舉例軸承、齒輪、齒條、渦輪、凸論、聯軸器,2023/10/19,常用非金屬部件選材,減磨自潤滑零件,1 要求:運動速度要求較高,低摩擦係數,優異的耐磨性和自潤滑性2 選用聚四氟乙烯、聚甲醛、聚全氟乙丙烯3 應用舉例活塞環、機械動密封圈、填料、軸承,2023/10/19,常用非金屬部件選材,耐高溫結構零件,1 要求:1 較高的強度、剛性、軔性、耐磨性、耐疲勞性、並 有較高的熱變形溫度、尺寸穩定 2 較高的熱變形溫度,高溫抗蠕變形,2 選用聚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、玻璃纖維增強塑膠3 應用舉例軸承、閥門、閥桿、螺母、齒輪、活塞環、密封圈,2023/10/19,常用非金屬部件選材,耐腐蝕設備與零件,1 要求:1 對酸、碱和有機溶劑等化學葯品具有良好的抗腐蝕 能力 2 具有一定的機械強度2 選用聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙丙烯F-3 氯化聚醚、聚氯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料3 應用舉例化工容器、管道、閥門、泵、風機、葉輪、攪拌器,2023/10/19,THANKS!,
