汽车机械基础-有色金属与非金属材料

项目14有色金属与非金属材料1、了解铝及铝合金的特点和应用2、掌握黄铜、青铜分类、编号、含义、特点和用途3、了解轴承合金性能要求和组织特点4、了解轴承合金性能和组织特点5、了解工程材料和陶瓷的特性及应用6、了解复合材料的性能14.1有色金属及其合金1.定义:除黑色金属(钢、铁)以外的所有金属。2.性能特点:具有独特的性能。3.分类重金属(密度＞3.5);Cu、Ni等。轻金属(密度＜3.5);Al、Mg等。贵重金属;Au、Ag、Pt等。稀有金属;W、Ti、Ni等。半金属;Si、B等。铝及铝合金一.铝的性能特点:密度小;导电及导热性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强度低;无磁性;无打击火花;加工工性好等。二.纯铝的分类高纯铝L01～04工业高纯铝L0、L00工业纯铝L1～5铝合金分类变形铝合金铸造铝合金防锈铝铝硅系铸造合金铝铜系铸造合金铝镁系铸造合金铝锌系铸造合金铝合金的分类硬铝超硬铝锻铝1.变形铝合金(1)防锈铝合金(LF)Al–Mn通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性(比纯铝好)。例如:LF21。Al–Mg通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性(比纯铝轻)。例如:LF2、LF6等。飞机翼梁(腹板为硬铝合金)合金元素：Al–Cu–Mg通过时效强化提铝合金强度，但耐蚀性不高。LY1、LY11、LY12。(2)硬铝合金(LY)(3)超硬铝合金(LC)合金元素：Al–Zn–Mg–Cu通过时效强化和形成的强化相,使铝合金达到最高的硬度和强度，但耐蚀性差。LC4、LC9。飞机主起落架合金元素：Al–Mg–Si–Cu通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能具有良好的热塑性,。LD5、LD6、LD10。各类叶片(4)锻铝合金(LD)2.铸造铝合金(castaluminumalloy)铸造铝–硅合金铸造铝–铜合金铸造铝–镁合金铸造铝–锌合金活塞(裙部为铝硅合金)铸造铝–硅合金(ZL101～ZL111):有较高的强度、塑性及耐热性,但铸造性能和耐蚀性较差。汽缸头铸造铝–铜合金(ZL201～ZL203)有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸造性能和耐热性较差。鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)铸造铝–镁合金(ZL301、ZL302)具有良好的铸造性,经变质处理和时效处理后,强度高,但耐蚀性差。大型空压机活塞(ZL401)铸造铝–锌合金(ZL401、ZL402)铜及铜合金铜的性能特点:密度大；导电及导热性能好；抗大气腐蚀性好；塑性高；强度低；无磁性；无打击火花；加工工艺性好等。纯铜的分类工业纯铜T1～T4铜合金的分类黄铜:Cu–Zn白铜:Cu–Ni青铜:除黄铜和白铜外的所有铜合金。铜合金的分类普通黄铜的牌号(Z)H90含铜量WCu=90%黄铜铸造普通黄铜：H70含铜量的百分数“黄”特殊黄铜：HPb59-1主加合金元素含量的百分数1%Pb含铜量的百分数主加合金元素“黄”铸造黄铜：ZCuZn38含Zn38%；普通黄铜合金“铸”常用的黄铜金奖黄铜---H90弹壳黄铜---H70(H68)日用黄铜---H62(H59)法兰阀闸阀冷凝器管特殊黄铜(specialbrass)1.定义:在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn等元素所形成的合金。2.牌号:HAl59-3含铝量WAl=3%含铜量WCu=59%青铜(bronze)普通青铜(锡青铜)(tinbronze)特殊青铜(无锡青铜)(tin–freebronze)青铜牌号的表示方法ZQSn10–1其它合金元素含量为1%主加元素锡其含量为WSn=10%青铜铸造特殊青铜(无锡青铜)(tin–freebronze)1.硅青铜:QSi3–12.铝青铜:QAl73.铍青铜:QBe2;具有非常好的力学性能。用于制造重要、精密、高温、高速下工作的零件。14.1.3滑动轴承合金用于制作轴瓦及其内衬的合金，轴瓦可直接用耐磨合金制成，也可在钢背上浇注（或轧制）一层耐磨合金形成复合的轴瓦。因滑动轴承传动效率不如滚动轴承，目前机器中滚动轴承的应用范围很广。但是滑动轴承承压面积大、噪声小、工作平稳，故常用于高速重载的场合，如汽车发动机的连杆轴承和曲轴轴承。常用的轴承合金有锡基、铅基、铜基和铝基轴承合金等。（1）锡基、铅基轴承合金（巴氏合金）：锡基和铅基轴承合金牌号表示方法为Z+基本元素符号+主加元素+主加元素含量+辅加元素及含量。例如，ZPbSi15Sn5为铸造铅基合金，“Z”表示铸造，含主加元素Si=15%和辅加元素Sn=5%，其余为Pb。（2）铝基、铜基轴承合金①铝基轴承合金铝基轴承合金的基本元素是铝，主添加元素有锑和锡，是一种新型减摩材料，资源丰富，价格低廉。铝基轴承合金比重小，导热性好，疲劳强度高，抗蚀性和化学稳定性好。又因本身强度较高，使轴易磨损，故应提高轴的硬度。汽车上应用较多的是高锡铝基轴承合金。②铜基轴承合金主要有锡青铜和铅青铜。常用的锡青铜有ZCuSn10Pb1和ZCuSn5Pb5Zn5等。铸态组织中存在着较多的分散缩孔，有利于储存润滑油，这种合金能承受较大的载荷，广泛用于中速重载荷轴承，如电动机、泵、金属切削机床及汽车转向轴承等。锡青铜轴承合金可直接制成轴瓦。14.2非金属材料14.2.1高分子材料高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物是指相对分子质量(分子量)很大的化合物，其分子量一般在5000以上。高分子化合物包括有机高分子化合物和无机高分子化合物两类。有机高分子化合物又分为天然的和合成的。机械工程中使用的高分子材料主要是各种合成有机高分子化合物，例如塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料和胶接剂等。1．塑料（1）塑料的组成塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的。（2）塑料的特性①质轻塑料的密度为0.9～2.2g／cm3，只有钢铁的1／8～1／4，铝的1/2。②比强度高塑料的强度比金属低，但密度小，其比强度高。③化学稳定性好塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。④优异的电绝缘性塑料的电绝缘性可与陶瓷、橡胶以及其他绝缘材料相媲美。⑤减摩、耐磨性好塑料的硬度低于金属，但多数塑料的摩擦系数小。⑥消声吸振性好，成形加工性好，且方法简单多数塑料制品的生产率高。⑦耐热性差多数塑料只能在100℃左右使用，少数品种可在200℃左右使用；2橡胶（1)橡胶的组成与性能橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子材料。生胶是指未加配合剂天然胶或合成胶，它也是将配合剂和骨架材料粘成一体的粘结剂。配合剂是指为改善和提高橡胶制品性能而加入的物质，如硫化剂、活性剂、软化剂、填充剂、防老剂、着色剂等。橡胶弹性大，最高伸长率可达800％～1000％外力去除后能迅速恢复原状；吸振能力强；耐磨性、隔声性、绝缘性好；可积储能量，有—定的耐蚀性和足够的强度。14.2.2工业陶瓷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。1．陶瓷的分类与性能（1）陶瓷的分类陶瓷按原料不同分为普通陶瓷和特种陶瓷；根据用途不同分为日用陶瓷和工业陶瓷。（2)陶瓷的性能陶瓷有一定弹性，一般高于金属，在室温下无塑性，脆性大，冲击韧度值很低，耐疲劳性能较差。陶瓷内部气孔多，抗拉强度低，但受压时气孔不会导致裂纹扩展，故抗压强度高。陶瓷硬度高于其他材料。陶瓷熔点高于金属，热硬性高，抗高温蠕变能力强，高温强度高，抗高温氧化性好，抗酸、碱、盐腐蚀能力强，大多数陶瓷绝缘性好，具有不可燃烧性和不老化性。2.常用工业陶瓷（1)普通陶瓷（2)氧化铝陶瓷（3)氮化硅陶瓷（4)碳化硅陶瓷（5)氮化硼陶瓷14.2.3复合材料由两种或两种以上性质不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料，称为复合材料。复合材料能克服单一材料的弱点，发挥其优点，可得到单一材料不具备的性能。例如，混凝土性脆、抗压强度高，钢筋性韧，抗拉强度高，为使性能上取长补短，制成了钢筋混凝土。复合材料，既包括了聚合物基（树脂）复合材料，也包括了金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料、水泥基复合材料等。其中，聚合物基（树脂）复合材料的应用最广，品种最多，产量最高，在复合材料中占据着重要的地位。在聚合物基（树脂）复合材料中，纤维增强聚合物基（树脂）复合材料又是应用最广、品种最多且产量最高的一种，其在聚合物基（树脂）复合材料中占据着重要的地位。14.3零件的失效零件的失效是指零件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料性能发生变化而丧失原设计功能。14.3.1零件失效的形式零件失效的形式有三种情况：一是零件完全破坏，不能继续工作。二是虽能工作，但不能保证安全。三是虽保证安全，但不能保精度或起不到预定的作用。零件的失效形式主要有：变形、断裂和表面损伤等。14.3.2零件失效的原因零件时效的原因一般从以下几个方面进行分析：(1)设计不合理：机械零件的结构形状和尺寸设计不合理引起的。如尖角、尖棱等。(2)选材不合理：对失效形式误判，或选材不能满足工作条件的要求；或错误选择了材料。(3)加工工艺不当：由于采用的工艺方法、工艺参数不正确，可能造成各种缺陷。粗糙度过大、刀痕较深，磨削裂纹等。热成形的过热、过烧、带状组织等，热处理工序中容易产生氧化、脱碳、淬火变形与开裂。(4).安装使用不正确安装过紧、过松、或对中不准、固定不紧。重心不稳、密封不好等。14.3.4汽车零件的失效与典型汽车零件用材1．汽车零件失效的五种形式：（1）磨损：（2）腐蚀：（3）穴蚀：（4）断裂（5）变形2.典型汽车零件用材一部汽车大约有三万个零件，其用材以金属为主，下面主要总结典型汽车零件的金属用材。汽车主要结构可分为四部分。（1）发动机：提供动力，由缸体、缸盖、连杆、活塞、曲轴以及润滑、冷却、配气、燃料供给等系统。（2）底盘：包括传动系（离合器、变速器、差速器、驱动轿等）、行驶系（车架、车轮、悬架等）、转向系（方向盘、转向器）和制动系（油泵或气泵、制动器、制动蹄等）。（3）车身：包括驾驶室、货箱等。（4）电气设备：包括电源、启动系、点火系、照明、信号、控制等。表14-4汽车发动机、底盘主要零件的用材情况