家电常用材料基础知识

第一节家电产品常用材料基础知识材料是人类文明生活的物质基础。

综观人类利用材料的历史，可以清楚地看到每一类重要新材料的发现和应用，都会引起生产技术的革命，大大加速社会文明发展的进程。

家电行业所用材料极其广泛，涉猎五金、塑料、橡胶以及各种复合材料等。

各种新材料的发展，促进了家电行业的迅速发展。

一、工程材料的分类及发展趋势1、工程材料：生活、生产和科技各个领域中，用于制造结构件、机器、工具和功能器件的各类材料统称。

2、按其组成特点可分成四种：a.金属材料；b.有机高分子材料；c.无机非金属材料；d.复合材料；3、按材料的使用性能可分为：a.结构材料；b.功能材料；结构材料：是作为承力结构使用的材料，其使用性能主要是力常性能；功能材料：主要是光、电、磁、热；声等特殊功能材料；从应用领域分:信息材料、能源材料、建筑材料、机械工程材料、生物材料、航空航天材料等；（所谓新材料，主要是指最近发展或正在发展中的具有比传统材料性能更为优异的一类材料），目前世界上传统材料有几十万种，同时新材料以每年5%的速度增长；表3.1.1金属材料分类表3.1.0无机非金属材料的分类无机非属材料晶体材料普通陶瓷水泥和混凝土搪瓷、玻璃硅质砖耐火材料硅酸盐材料结构陶瓷功能陶瓷陶瓷刀具生物陶瓷先进陶瓷材料金属材料非铁金属材料钢铁材料铜及铜合金(变形铜合金、铸造铜合金）铝及铝合金（变形铝合金、铸造铝合金）钛及钛合金锌及锌合金轴承合金其他金属及合金钢铸铁合金钢低合金钢非合金钢合金结构钢(渗碳、氮化、调质、非调质钢）合金弹簧钢滚动轴承钢超高强度钢合金工具钢（量具刃具、冷作模具、热作模具、塑料模具、耐冲击工具钢）高速工具钢特殊性能钢（不锈、耐热、耐酸、耐磨钢）低合金高强度结构钢低合金耐侯钢易切削碳素结构钢普通质量碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢易切削碳素结构钢特殊性能铸铁抗磨铸铁耐热铸铁耐蚀铸铁一般性能铸铁灰铸铁球墨铸铁可段铸铁蠕墨铸铁4、有机高分子材料包括：塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂、液晶、木材、油脂和涂料。

人们将那些力常性能好，可以代替金属材料使用的塑料称作工程塑料；5、复合材料：金属、无机非金属和有机高分子材料各有其固有的优点和缺点，而复合材料是由几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，它既能保留原组织材料的主要特性，又能通过复合效应获得组织所不具备的性能，还可能通过材料设计使和组织的性能，互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能；6、复合材料的分类：高聚物（树脂）基复合材料金属基复合材料结构复合材料陶瓷基复合材料复碳/碳复合材料合水泥基复合材料材料导电功能导磁功能功复合材料换能功能阻尼功能屏蔽功能结构复合材料：由能承受载荷的增强体与能连接增强体为整体材料的基体构成，由不同的增强体和不同的基体即可构成名，因繁多的结构复合材料，结构材料复合化成为结构材料发展的一个重要趋势。

功能复合材料：效能一般优于单质材料，其发展前景是不可估量的。

二、工程材料的生产过程概述1、钢铁材料的生产过程：钢铁材料是以铁元素为主要成份，同时含有碳和其它元素的金属材料；工业上按碳的质量分：工业纯铁、钢和生铁；型钢、棒材、盘条、钢筋、扁平成品（簿板、厚板、钢带、宽扁钢）、钢管、中空型材中空棒材及其它特种形状钢材等；钢材轧制后，按不同技术条件，分别给酸洗、铲磨、妖直定尺和精整工序才供用户使用；热轧：高温轧制，效率高、产量大、成本低易氧化、表面粗糙、尺寸波动大；冷轧：一盘用热轧后退火和酸洗后的热料，表面质量优良，尺寸精确；用于板管带等精细产品；拉拨：用于管材、棒材；锻造：置于模具中冲压成型；挤压：置于料筒内，用强力由挤压筒另一端模孔中挤出成型；三、有机高分子材料的生产过程：1、有机高分子材料类别：各种塑料、合成纤维、合成橡胶；基础有机原料：一般是从天然的原料资源（农林产品、煤、石油和天然气）开始，经适当化学加工物理处理得到；生产工艺：脱氢→裂解→合成;2、有机高分子材料的生产过程工艺流程：塑料、合成纤维、合成橡胶三大有机高分子材料都是基本有机原料进一步合成加工制造出来的。

合成橡胶：基本有机原料和橡胶制造过程；后者包含原料配制→聚合→脱气→单体回收→凝聚干燥→包装；生胶加骨架材料（尼龙、玻纤、聚脂等）各种配合剂共同作为原料，经过→炼胶→压延→压出成型→硫化等加工过程；合成树脂流程：原料（单体的制备）催化剂的配制，单体的聚合、分离、回收精制、后处理等；成型方法：注射、吹塑、模压成型也可采用机加工方法成形；四、工程材料的性能：4.1材料的力学性能;在外力作用下,所显示的与弹性和排弹性反应相关或涉及应力---应变关系的性能，常用的有强度塑性、硬度、冲击韧性、疲劳极限和断裂韧度等；4.2强度和塑性;材料的强度和塑性是指用静拉伸力对标准伸试样进行缓慢的轴向拉伸,直至拉断的一种试验方法;在拉伸试验中和拉伸试验后可测量力的变化与相应的伸长,从而测出材料的强度与塑性;试样从开始加载直到断裂前所受的拉力F,与其所对应的试样标距L0的伸长量△L绘成曲线，便得到拉伸曲线；δ=F/S 0/F 拉力 S 0 截面 δ 应力 ε=△L/L 0 ε.应变 △L.伸长 L 0.原始标距曲线表示了这样一个变形过程,曲线的段Oe 近乎一条斜线,表示受力不大时度样处于弹性变形阶段,若卸除试验力,度样能完全恢复到原来的形状各和尺寸,其中在 阶段应力与应变成正比关系即符合虎克定律.当拉伸力继续增加时,试样将产生塑性变形,并且在S 点附近曲线上出现平台和锯齿状线段,这时应力不增加或只有微小增加,试样却继续伸长,称为屈服.屈服后曲线又呈上升趋势,表示试样恢复了抵抗拉伸力的能力;b 点表示试样抵抗拉伸力的最大能力,这时试样上的某处截面积开始减小,形成缩颈,随后试样承受拉伸力的能力迅速减小,直至断裂(R 点). 4.3强度判断: 强度是材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力.按作用力性质不同:分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度.强度单位:Mpa 1Mpa=1N/mm 2判定非比例伸长应力σ判之，如 抗拉强度，拉伸过程中最大力Fb 对应之应力称抗拉强度δb=Fb/So表征材料在拉伸条件下所能承受的最大力的应力值，它是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度指标。

塑性判据： 断裂前材料发生不可逆永久变形的能力叫塑性用断后伸长率断面收缩率其值越大塑性越好.硬度:反映出金属材料在化学成分,金相组织和热处理状态上的差异,是检验产品质量研制新δ=1--δ=材料和确定合理的加工工艺所不可缺少的检测性能之一.4.4按试验方法:分三类1)压入法:布氏硬度洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度2)划痕法:莫氏硬度3)回跳法:肖氏硬度在机械加工行业广泛应用的方法为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、疲劳极限材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为材料的疲劳.特征:断裂前没有明显的塑性变形发生断裂也较突然.五、材料的物理性能1、物理性能:材料固有的一些属性,如密度、熔点、热膨胀性、磁性、导电性与热性等.a.密度:ρ=kg/m3单位体积的重量b.熔点:材料的熔化温度.c.热膨胀性:材料受热热体积胀大,线胀系数.d.磁性:能导磁的性能,硬磁、软磁e.导热性：热导率（亦称导热系数表示）;f.导电性:用电阻率表示半导体;六、材料的化学性能1、耐腐蚀；2、耐高温；化学性能是指材料在室温或高温下抵抗各种化学介质作用的能力，一般包括耐腐蚀性与高温抗氧化性等；3、防止金属腐蚀的途径：a.选择合理的防腐蚀材料；b.采用覆盖法防腐蚀；c.改善腐蚀环境；d.电化学保护法；七、材料的工艺性能工艺性能：是指材料在制造机械零件和工具的过程中，采用某种加工方法制成成品的难易程度；1、铸造性能：易于成形，流动性好，收缩率小，偏析倾向小；2、锻造性能：易于压力成形，塑性好、变形抗力小；3、焊接性能：易于焊接并能保证焊缝质量的性能；4、切削加工性能：难易程度；5、材料的经济性：选用材料的总成本为最低，要满足使用要求的前提下，应尽可能采用廉价的材料并充分考滤材料的可得性，把产品总成本降至最低以取得最大的经济效益，使产品在市场上具有较强的竞争力；八、金属材料1、分类：传统金属材料主要包括工业用钢、铸铁和非铁金属材料等三大类；以铁为主要原素，碳的质量分数一般在2%以下，并含有其它元素的材料称为钢；非合金钢价格低廉、工艺性能好、力学性能能够满足一般工程和机械制造的使用要求；为提高钢的力学性能，改善钢的工艺性能和得到某些特殊性能，有目的的向钢中加入某些合金元素，得到合金钢；与非合金钢相比，合金钢经过处理加工后，能够获得较高的力学性能，有的还具有耐热、耐酸、抗锈蚀等特殊物理化学性能；但其价格高、加工工艺性差；选用时正确选用其各项性能、合理制定其冷热加工工艺以达到提高性能、延长寿命、节约材料、降低成本、产生良好的经济效益；1）钢的分类：2）铸铁的分类：根据碳在铸铁中存在形态不同，铸铁可分为以下几种：普通质量非合金钢 碳素结构钢、碳素钢筋钢、铁道用一般碳素钢、一般钢板桩型钢等优质非合金钢 机械结构用优质碳素钢、工程结构用碳素钢、冲压薄板用低碳结构钢镀层板带用碳素钢、锅炉和压力容器用碳素钢、造船用碳素钢、铁道用碳素钢、焊条用碳素钢、标准件用钢、冷锻铆螺用钢、非合金易切削钢、电工用非合金钢、优质铸造碳素钢等到特殊质量低合金属 保证淬透性非合金钢、名证厚度方向性能非合金钢、铁道用特殊非合金钢、航空器等用非合金结构钢、核能用非合金钢、特殊焊条用非合金钢、碳素弹簧钢、核能用非合金钢、特殊焊条用非合金钢、碳素弹簧钢、特殊盘条钢丝、特殊易切削钢、碳素工具钢、电磁纯铁、原料纯等.普通质量低合金钢 一般低合金高强度结构钢、低合金钢筋、铁道用一般低合金钢、矿用一般低合金钢等优质低合金钢 通用低合金高强度结构钢、锅炉和压力容器用低合金钢、造船用低合金钢、汽车用低合金钢、桥梁用低合金钢、自行车用低合金钢、低合金耐候钢、铁道用低合金钢、矿用优质低合金钢、输油管线用低合金钢等特殊质量低合金钢 核能用低合金钢、保证厚度方向性能低合金钢、铁道用特殊低合金钢、低温压力容器用钢、舰船及兵器等专用低合金钢等优质合金钢 一般工程结构用合金钢、合金钢筋钢、电工用硅（铅）钢、铁道用合金钢、地质、石油钻探用合金钢、耐磨钢、硅锰弹簧钢等特殊质量合金钢 压力容器用合金钢、经热处理的合金结构钢、经热处理的地质石油钻探用合金钢、合金结构钢（调质、渗碳钢、氮化钢、冷塑性成型用钢）、合成弹簧钢、不锈钢、耐热钢、合金工具钢（量具刃具用钢、耐冲击工具用钢、热作模具钢、冷作模具钢、塑料模具钢）、高速工具钢、轴承钢、高电阻电热钢、无磁钢、永磁钢、软磁钢等非合金钢低合金钢合金钢a.白口铸铁：硬度高、脆性大，工业上极少直接用它制造机械零件，而主要作炼钢原料或可锻铸铁零件的毛坯；b.可锻铸铁：用于锻件；c.球墨铸铁：铸铁中的碳呈球头石墨形式存在，用于力学性能要求高的铸件；d.蠕墨铸铁：碳以蠕虫状存在，为满足工业生产的各种特殊性能要求在铸铁中加入各种合金的提高其性能；非铁金属材料的分类：a.铝合金：铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素制成的合金，又分为变形铝合金和铸造铝合金，前者塑性优良，适于压力加工；后者适于铸造成形；b.铜合金：铜中加入Zn、Sn、Ni、Al、Si等元素制成的合金，按照化学成分其主要分为黄铜、青铜和白铜三大类，以Zn为主要合金元素的为黄铜，以Ni为主要合金元素的为白铜，其他铜合金习惯上都称为青铜；杂质元素和合金元素在钢中的作用既影响各类元素尤其是合金元素的加入在金属材料中都会对材料的组织、性能产生各种各样的影响；其中杂质元素对钢性能影响较大，Si、Mn、S、P一般称其为杂质元素；为一定目的加入到钢中，能起到改善钢的组织和获得所需性能的元素才称为是合金元素；常用的有：Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V、Co、Ti、Al、Ca、B、N稀土等；合金元素在钢中的作用，主要表现为合金元素与铁、碳三间的相互作用以有对铁碳相图和热处理相变过程的影响；1、主要常存元素在非合金钢中的作用：1）Mn的作用：提高钢的硬度、强度；含量0.25%～0.8%;2）Si的作用:W si=0.1%～0.4% Si能溶于铁素体使钢的强度、硬度、弹性都得到提高，因此Si在钢中也是有益的元素；应该注意：用作冷冲压件的非合金钢，常因Si对铁素体的强化作用，致使钢的弹性极限升高，而冲压性能变差，因此冷压件常采用含Si量低的沸腾钢制造；3）S的影响，S是有害元素，致钢易开裂亦称为热脆；4）P也是钢中有害元素，高温时溶于铁素体，使钢的强度硬度提高，将使塑性和韧性显著降低；P.S虽是有害元素，但可提高钢的切削加工性能，将S、P含量提高为Ws=0.08%～0.35%;20p=0.05～0.15%此种钢称为易切削钢;非铁金属材料一,铝及铝合金第二章塑料料基本知识第一节塑料的分类一、按用途分：1、工程塑料：如ABS塑料，聚酰胺（尼龙），聚碳酸酯（PC）聚甲荃聚酯树酯，聚砜，有机玻璃PMMA，改性聚苯醚及氟素树酯。