机械工程材料概述
机械工程材料课件
陶瓷材料是以天然矿物或人工合成的无机非金属单质为原料，经过高温烧结而 成的无机非金属材料。由于其硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性强等特点，陶瓷材 料在机械、化工、电子、航空航天等领域得到广泛应用。
复合材料
总结词
复合材料是由两种或两种以上材料组成的新材料，具有单一材料所不具备的优异性能。
详细描述
复合材料是由两种或两种以上材料组成，通过物理或化学的方法将它们结合在一起，形 成一种新的材料。这种新的材料可以发挥各组成材料的优点，弥补它们的不足，从而获 得更优异的性能。复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、隔热隔音等特点，被广泛应用于航
空航天、汽车、建筑、体育器材等领域。
04
材料的选择与运用
材料的选择原则
适用性原则
材料应适用于机械工程应用，满足设计要求和加 工工艺要求。
安全性原则
材料应具有足够的力学性能、耐久性和稳定性， 以确保机械设备的运行安全。
经济性原则
在满足性能要求的前提下，应选择成本较低、资 源丰富的材料，以降低制造成本。
铜及铜合金
具有良好的导电性和导热性，广泛用 于电气、电子和建筑等领域。
铝及铝合金
质轻、耐腐蚀，广泛应用于航空、汽 车和包装等领域。
金属材料的加工工艺
铸造工艺
通过将熔融态的金属倒入 模具中，冷却凝固后形成 铸件。
锻造工艺
通过施加外力使金属坯料 变形，以获得熔融金属或其焊接材 料，使两块金属连接在一 起。
材等领域。
材料在机械工程中的应用
制造机械零件
各种材料在机械零件制造中扮 演着重要的角色，如金属、塑
料、陶瓷等。
增强机械强度
通过选用高强度材料，可以有 效地提高机械结构的强度和刚 度，从而提高机械的整体性能 。
机械设计基础中的工程材料概述
机械设计基础中的工程材料概述工程材料在机械设计中扮演着重要的角色，它们是构建可靠机械系统的基础。
本文将从材料的选择和应用角度，对机械设计基础中的工程材料进行概述。
首先，我们将介绍几种常见的工程材料，包括金属材料、聚合物材料和复合材料。
然后，我们将讨论这些材料的物理和力学性质，以及它们在机械设计中的应用。
最后，我们将探讨未来工程材料的发展趋势。
一、金属材料的概述金属材料是一类常见的工程材料，其特点是具有优良的导电性和导热性，同时还具有较高的强度和韧性。
金属材料可以分为两大类：非铁基金属和铁基金属。
常见的非铁基金属材料包括铜、铝、镁等，而铁基金属材料则主要包括铁、钢和铸铁。
金属材料在机械设计中广泛应用于结构件、轴承、齿轮等部件的制造上。
二、聚合物材料的概述聚合物材料是一类具有高分子结构的工程材料，具有较低的密度、良好的耐化学性和电绝缘性。
聚合物材料可以分为两大类：热塑性聚合物和热固性聚合物。
常见的热塑性聚合物包括聚乙烯、聚丙烯等，而热固性聚合物则主要包括环氧树脂、不饱和聚酯等。
聚合物材料在机械设计中常用于制造轻量化部件、密封件、绝缘件等。
三、复合材料的概述复合材料是由两个或两个以上的不同材料组合而成的工程材料，结合了各种材料的优点。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料和层合板材料等。
纤维增强复合材料由纤维和基体组成，具有较高的强度和刚度，常用于制造航空航天器和高性能汽车等。
颗粒增强复合材料由颗粒和基体组成，常用于制造摩擦材料和摩擦密封材料等。
层合板材料由多个薄板层叠而成，具有较高的抗弯刚度和抗冲击性能。
四、工程材料的物理和力学性质工程材料的物理和力学性质对其在机械设计中的应用具有重要影响。
物理性质包括密度、热导率、导电率等，力学性质包括强度、韧性、硬度等。
这些性质可以通过实验测试和理论计算来确定，以满足设计要求。
例如，在选择材料时，需要考虑到其强度、刚度和耐磨性等方面的要求，以确保系统的可靠性和耐久性。
机械工程材料
机械工程材料是机械设计与制造中至关重要的一部分。本文将介绍常见的机 械工程材料及其选择与应用，以及材料的未来发展方向。
材料的重要性
材料是机械工程的基础，直接影响着产品的性能和寿命。选用合适的材料是 确保产品质量和功能的关键。
常见的机械工程材料
金属类材料
金属类材料具有高强度和导热性能，常用于制造结构件和传导热量的部件。
聚合物类材料
聚合物类材料具有良好的耐磨性和绝缘性能，适用于制造密封件和绝缘材料。
复合材料
复合材料融合了金属、聚合物和其他材料的优点，具有高强度、轻量化和耐腐蚀的特性。
材料的选择与应用
性能要求
根据产品的性能要求选择合适 的材料，如强度、硬度、耐磨 性等。
环境因素
考虑产品使用环境的温度、湿 度、化学物质等因素格选择 经济合理的材料。
材料的未来发展方向
1
新材料研发
开发出更高强度、更轻量化的材料，提升产品的性能和节能环保。
2
可持续性材料
探索可再生资源，减少对有限资源的依赖，发展更环保的材料。
3
智能材料应用
结合新材料与智能技术，开发具有自修复、自适应等特性的智能材料。
机械工程材料
04
特种工程材料
超导材料
超导性
某些材料在低温下电阻消 失，电流可以在其中无损 耗地流动，这种现象称为 超导性。
应用领域
超导材料在电力输送、磁 悬浮列车、核磁共振成像 等领域有广泛应用。
研究进展
目前，高温超导材料的研 究取得了重要进展，使得 超导技术的应用范围进一 步扩大。
纳米材料
纳米尺度
应用领域
再生资源回收利用的意义
随着资源的日益紧缺和环保意识的提高，再生资源的回收利用对于实现可持续发展具有重要意义。通 过回收利用废旧机械工程材料，可以减少对原生资源的开采，降低能源消耗和环境污染，同时也有助 于推动循环经济的发展。
废旧机械工程材料的处理方法和技术途径
废旧材料的分类与识别
物理处理方法
化学处理方法
和组织炎症。
应用领域
生物医用材料在医疗器械、人体 植入物、药物载体等领域有广泛
应用。
发展趋势
随着生物技术和医学的不断发展 ，生物医用材料的性能将不断提
高，应用领域也将不断扩大。
05
机械工程材料的性能与选用
力学性能与选用原则
强度
材料在静载荷作用下抵抗破坏 的能力，选用时需考虑工作应
力及安全系数。
刚度
生物处理方法利用微生物或酶 等生物制剂对废旧材料进行分 解和处理。这种方法对于处理 某些含有有机物的废旧材料具 有独特的优势。
循环经济在机械工程材料领域的应用前景
循环经济的理念
循环经济是一种以资源高效利用和循环 利用为核心的经济模式。它强调在生产 和消费过程中减少资源消耗和废弃物排 放，实现经济、社会和环境的协调发展 。
提高材料的耐磨性和耐腐蚀性
通过热处理工艺，可以在材料表面形成一层致密 的氧化膜或氮化膜，提高材料的耐磨性和耐腐蚀 性。
常用机械工程材料简介
常⽤机械⼯程材料简介1、机械⼯程材料的分类机械⼯程材料包括⾦属材料、⾮⾦属材料和复合材料。
2、机械⼯程材料的性能其中，⼒学性能最为重要，它关系到产品的安全。
⼒学性能是在载荷作⽤时所表现的性能。
这些性能是材料选择、加⼯⼯艺评定及材料检验等的重要依据，包括强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等；物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、磁性、热膨胀性等；化学性能包括耐腐蚀性、抗氧化性等。
针对不同的使⽤要求，需针对的考虑相应的材料特性，从⽽选取合适的材料。
（1）强度：是材料在受外加载荷作⽤下，抵抗其永久变形和断裂的能⼒。
（2）塑形：是材料在受外加载荷作⽤下，产⽣塑性变形⽽不破坏的能⼒。
（3）硬度：是材料抵抗其他更硬物体压⼊其表⾯的能⼒，反应软硬程度。
（4）韧性：是材料在受冲击载荷作⽤下，断裂前吸收能量和进⾏塑性变形的能⼒。
（5）疲劳强度：是材料在受交变载荷或周期性载荷作⽤下，抵抗疲劳断裂的能⼒。
3、机械⼯程材料⼒学性能的测试指标（1）强度和塑形根据载荷作⽤⽅式不同，进⾏试验测定。
强度可分为抗拉、抗压、抗弯、抗剪和抗扭强度。
⼤⼩通常⽤应⼒（单位⾯积所能承受的⼒MPa）来表⽰。
在⼯程中⼤部分零件⼯作时不允许出现屈服现象（塑性变形）。
断后延伸率A和断后收缩率Z是测定塑性的指标。
塑性好的⾦属材料可以进⾏冲压、焊接加⼯。
（2）硬度针对不同材料的特点有相应测试硬度的⽅法，相应也有各种硬度的表⽰单位。
有⼀定硬度的材料才可以进⾏切削、打磨、抛光加⼯。
（3）韧性常⽤⼀次摆锤冲击弯曲试验、⼩能量多次冲击试验来测定⾦属材料的韧性。
⼤⼩⽤冲击韧度来表⽰。
冲击韧度越⼤，表⽰材料的韧性越好。
韧性通常与材料的温度相关，温度降低——脆性增加——韧性降低。
每种材料都有⼀个韧脆转变温度，选择材料时，应考虑周围环境温度的最低温度必须⾼于材料的韧脆转变温度。
否则将出现脆断问题。
（4）疲劳强度疲劳试验是模拟实际中的⼯作情况进⾏的破坏性试验。
⽬前还没有完全标准化。
机械工程材料
机械工程材料机械工程材料是指用于机械制造和工程结构中的材料，它们具有特定的力学性能、物理性能、化学性能和加工性能。
机械工程材料的选择对于机械设计和制造具有至关重要的意义，它直接影响着机械产品的性能、质量和使用寿命。
在机械工程中，常用的材料包括金属材料、塑料材料、陶瓷材料和复合材料等。
金属材料是机械工程中最常用的材料之一，它具有优良的导热性、导电性和可塑性，适用于制造各种零部件和结构件。
常见的金属材料包括钢、铝、铜、铁等。
钢是一种铁碳合金，具有较高的强度和硬度，广泛应用于制造机械零部件和工程结构。
铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制造航空器和汽车等轻型结构。
铜具有良好的导电性和导热性，常用于制造电气设备和散热器等。
铁是一种重要的结构材料，广泛应用于桥梁、建筑和机械设备中。
塑料材料是一类轻质、耐腐蚀、绝缘性能良好的材料，适用于制造各种零部件和外壳。
常见的塑料材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
聚乙烯具有良好的耐磨性和耐冲击性，适用于制造容器和管道等。
聚丙烯具有良好的耐腐蚀性和耐热性，适用于制造化工设备和食品包装等。
聚氯乙烯具有良好的绝缘性能和耐候性，适用于制造电线电缆和建筑材料等。
聚苯乙烯具有良好的隔热性和吸音性，适用于制造保温材料和包装材料等。
陶瓷材料是一类硬度高、耐磨性好、耐高温的材料，适用于制造耐磨零部件和耐火结构。
常见的陶瓷材料包括氧化铝、氮化硅、碳化硅等。
氧化铝具有优良的耐磨性和耐腐蚀性，适用于制造磨料和耐火材料等。
氮化硅具有优良的耐磨性和高温强度，适用于制造刀具和轴承等。
碳化硅具有优良的耐磨性和高温强度，适用于制造耐磨零部件和陶瓷刀具等。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有优良的综合性能，适用于制造高性能的结构件和零部件。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维复合材料、金属基复合材料等。
玻璃钢具有优良的耐腐蚀性和抗冲击性，适用于制造化工设备和船舶等。
碳纤维复合材料具有优良的强度和刚度，适用于制造航空器和汽车等轻型结构。
机械工程材料概述PPT(共 72张)
§2-4 其他工程材料及应用
复习：
工程材料的分类
铸铁
黑色金属 碳钢
金属材料
合金钢
铝合金 有色金属 铜合金
其它有色金属
塑料 高分子材料 橡胶
非金属材料 陶瓷材料 合成纤维
复合材料
新授： §2-4 其他工程材料及应用
一、有色金属及硬质合金
1、有色金属 ——指黑色金属（钢铁）以外的所有 金属及其合金，也称为非铁金属。
HPb59-1：表示平均含铜量为59%、含铅量为1%的特殊黄铜。
常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、 HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等，主要 用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、 轴承、衬套及阀体等。
2)青铜 ——除黄铜和白铜外的其他铜合金。 牌号：Q 元素符号数字-数字
常用硬铝合金如 飞机翼梁(腹板为
硬铝合金)
LY11 (2A11)、 LY12
(2A12)等，用于制造
冲压件、模锻件和铆
接件，如螺旋桨、梁、
铆钉等。
③ 超硬铝合金
——属Al-Zn-Mg-Cu系 合金，并含有少量Cr和Mn。
热态塑性好，但耐蚀性差。
常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 ) 飞 等，主要用于工作温度 机
形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。
其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。
常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。
用于制造精密机械、仪表零件及
医疗器械等。
康铜热偶
白铜型材
（2）铝及铝合金
①纯铝 纯铝具有银白色金属光泽，密度小，熔点低,
机械工程中常用的材料及其特性分析
机械工程中常用的材料及其特性分析机械工程是应用物理学和材料科学的领域，其中涉及到广泛的材料选择。
在机械工程中，材料的选择和使用对于提高产品性能和延长寿命至关重要。
本文将分析机械工程中常用的几种材料及其特性。
1. 金属材料金属材料是机械工程中最常见的材料之一。
金属具有良好的导电性、热传导性和可塑性。
常用的金属材料包括钢、铝、铜和铁等。
- 钢：钢具有强度高、硬度大的特点，同时具有较好的塑性。
它被广泛应用于制造机械零件和结构件。
- 铝：铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制造轻型结构和航空航天器件。
- 铜：铜具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电子设备和导线等领域。
- 铁：铁是常见的结构材料，具有良好的韧性和可塑性。
2. 塑料材料塑料是一种具有可塑性、耐腐蚀性和绝缘性的高分子化合物。
它们在机械工程领域中得到了广泛应用。
- 聚乙烯（PE）：聚乙烯具有较高的强度和良好的耐化学性，常用于制造管道、储罐和塑料零件等。
- 聚丙烯（PP）：聚丙烯是一种具有良好耐腐蚀性和高韧性的材料，常用于汽车零部件和容器等领域。
- 聚氯乙烯（PVC）：聚氯乙烯是一种广泛使用的塑料材料，它具有优异的耐化学性和电绝缘性能，常用于制造管道、电线等。
- 聚苯乙烯（PS）：聚苯乙烯具有低成本、良好的耐冲击性和绝缘性能，在包装和电子器件等领域有广泛应用。
3. 纤维材料纤维材料是由纤维形状的颗粒组成的材料，常用于机械工程领域的结构件和强度要求较高的零件。
- 碳纤维：碳纤维具有极高的强度和刚度，同时重量很轻，被广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
- 玻璃纤维：玻璃纤维具有优异的强度、耐腐蚀性和绝缘性能，在船舶、风力发电和建筑等领域有广泛应用。
- 聚酰胺纤维（ARAMID）：聚酰胺纤维具有很高的强度和耐热性，广泛用于防弹材料、绳索和高温隔热材料等。
4. 陶瓷材料陶瓷材料是一类脆性材料，具有良好的耐磨、耐高温和绝缘性能。
在机械工程中，陶瓷材料主要用于制造轴承、绝缘体和切削工具等。
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白铜件
牌号：B 数字
白铜
镍的平均百分含量
B5：表示平均含镍量为5%的白铜。
常用牌号有B5、B19等 。用于在蒸汽和海水
环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,
热交换器等.
②特殊白铜:
❖
——在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素
形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。
❖ 其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。
磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性 能好，但焊接性能差。
常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。
主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、 耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。
❖ ③ 铍青铜
❖ 以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.7~2.5%。
❖ 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、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。
❖ 常用牌号有QSn4-3、 QSn6.5-0.4、 ZCuSn10Pb1等。
船用青铜软 管快速接头 阀(锡青铜阀 体、阀盖)
锡青铜管
主要用于耐蚀承载件, 如弹簧、轴承、齿轮 轴、蜗轮、垫圈等。
❖ ② 铝青铜 ❖ 以铝为主加元素
的铜合金，铝含 量为5~11%。 ❖ 强度、硬度、耐
大型水力发电设备中的抗磨环
常用硬铝合金如 飞机翼梁(腹板为
硬铝合金)
LY11 (2A11)、 LY12
(2A12)等，用于制造
冲压件、模锻件和铆
接件，如螺旋桨、梁、
铆钉等。
③ 超硬铝合金
——属Al-Zn-Mg-Cu系 合金，并含有少量Cr和Mn。
❖ 热态塑性好，但耐蚀性差。
常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 ) 等，主要用于工作温度 较低、受力较大的结构 件，如飞机大梁、起落 架等。
“青”字汉
语拼音首字
例：Q
Sn4
母
-3
平均含锌量为3%
平均含锡量为4%
余量为铜
青铜
常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅 青铜、铅青铜等。
❖ ① 锡青铜 ❖ 是以锡为主加元素的铜合金，
锡含量一般为3~14%。 ❖ 锡青铜铸造流动性差，铸件密
度低，易渗漏，但体积收缩率 在有色金属中最小 。 ❖ 锡青铜耐蚀性良好，在大气、 海水及无机盐溶液中的耐蚀性 比纯铜和黄铜好，但在硫酸、 盐酸和氨水中的耐蚀性较差。
Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。
铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。
铝合金制造的机翼
铝合金的分类及旧牌号
❖ • 防锈铝合金：LF+序号 ❖ • 硬铝合金： LY +序号 ❖ • 超硬铝合金：LC +序号 ❖ • 锻铝合金： LD +序号
铝是可以回收利用的金属
铝合金波纹管
导管、散热器等
②特殊黄铜
——在普通黄铜中加入其他合金元素所组成 的合金。
特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造 性能改善。
加入的合金元素有锡、硅、锰、铅和铝等， 分别称为锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铅黄铜、
铝黄铜等。
特殊黄铜的牌号 H 元素符号数字-数字
主加元素符 号（除锌外）
铜的百 分数
主加元素含 量的百分数
❖ 常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。
❖ 用于制造精密机械、仪表零件及
医疗器械等。
康铜热偶
白铜型材
（2）铝及铝合金
①纯铝 纯铝具有银白色金属光泽，密度小，熔点低,
导电、导热性能优良；耐大气腐蚀，易于加工成 形；无磁性。
②铝合金 铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、
❖ 常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比纯
铝小，强度比Al-Mn
汽化
合金高，在航空工业
器(热 交换
中得到广泛应用，如
管为 LF21)
制造管道、容器、铆
钉及承受中等载荷的
零件。
② 硬铝合金
——主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。
❖ 强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。
常用的铜合金可分为：黄铜、青铜和白铜。
1)黄铜 ——以锌为主加元素的铜合金。
普通黄铜 黄铜
特殊黄铜
①普通黄铜
牌号：H
平均含铜量的百分数
“黄”字汉语拼音首字母
H62：表示平均含铜量为62%的普通黄铜。
常用牌号
H80、H70、H68：适于制造冷变形零件，如弹
壳、冷凝器管等；
H59、H62： 适于制造受力件，如垫圈、弹簧、
HPb59-1：表示平均含铜量为59%、含铅量为1%的特殊黄铜。
常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、 HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等，主要 用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、 轴承、衬套及阀体等。
2)青铜 ——除黄铜和白铜外的其他铜合金。 牌号：Q 元素符号数字-数字
常用的有色金属有铜及铜合金、铝及 铝合金、钛及钛合金、轴承合金等。
（1）铜及铜合金
①纯铜 纯铜呈紫红色，又称为紫铜。 纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、
淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。
②铜合金 铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、
Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保 持了纯铜特性。
铝合金制品
(1) 变形铝合金
① 防锈铝合金
——主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。
Mn和Mg主要 作用是提高抗蚀能 力和塑性，并起固 溶强化作用。
卫星天线 （LF2）
❖ 常用的Al-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蚀性 和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆 钉等需要弯曲、冲压加工的零件。
常用牌号有QBe2、QBe1.7、 QBe1件、耐磨 件，如精密弹簧、膜片，
高速、高压轴承及防爆工
具、航海罗盘等重要机件。
3)白铜 ——以镍为主要合金元素的铜合金。
白铜可分普通白铜和特殊白铜。
①普通白铜: 具有较高的耐蚀 性和抗腐蚀疲劳性能及优良 的冷热加工性能。
第2章 机械工程材料
§2-4 其他工程材料及应用
工程材料的分类
铸铁
黑色金属 碳钢
金属材料
合金钢
铝合金 有色金属 铜合金
其它有色金属
塑料 高分子材料 橡胶
非金属材料 陶瓷材料 合成纤维
复合材料
§2-4 其他工程材料及应用 一、有色金属及硬质合金
1、有色金属 ——指黑色金属（钢铁）以外的所有 金属及其合金，也称为非铁金属。