机械工程材料

大连理工大学 齐民

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 材料与材料科学
    • 1.2 工程材料的分类及应用
    • 1.3 工程材料课程的目的、性质和学习要求
  • 2 材料的性能
    • 2.1 材料的力学性质
    • 2.2 材料的物理和化学性能
    • 2.3 材料的工艺性能
  • 3 金属的晶体结构
    • 3.1 原子的结合方式
    • 3.2 晶体结构的基本概念
    • 3.3 金属的结构
  • 4 金属的结晶、二元合金相图、铁碳合金相图
    • 4.1 纯金属的结晶
    • 4.2 合金的结晶、二元合金相图
    • 4.3 铁碳合金相图
    • 4.4 凝固组织及其控制
  • 5 钢的热处理
    • 5.1 概述
    • 5.2 钢在加热时的转变
    • 5.3 钢在冷却时的转变
    • 5.4 钢的退火与正火
    • 5.5 钢的淬火与回火
  • 6 碳素钢及合金钢
    • 6.1 钢的分类与编号
    • 6.2 钢中杂质与合金元素
    • 6.3 结构钢
    • 6.4 工具钢
    • 6.5 特殊性能钢
  • 7 铸铁
    • 7.1 概述
    • 7.2 常用铸铁
  • 8 有色金属及其合金
    • 8.1 铝及铝合金
    • 8.2 铜及铜合金
    • 8.3 钛及钛合金
    • 8.4 轴承合金
  • 9 陶瓷材料
    • 9.1 常用工业陶瓷
    • 9.2 概述
  • 10 高分子材料
    • 10.1 概述
    • 10.2 高分子工程材料
    • 10.3 高分子功能材料
  • 11 复合材料
    • 11.1 绪论
    • 11.2 复合材料的成型工艺
    • 11.3 典型工程复合材料
  • 12 机械零件的选材与工艺分析
    • 12.1 选材的一般原则
    • 12.2 零件的失效
    • 12.3 典型零件的选材及应用实例
典型工程复合材料

一、纤维增强聚合物基复合材料


聚合物基纤维增强复合材料零件


碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制航空发动机高温构件          芳纶刹车片

在航空中的应用


在国防中的应用




国外自1980年F-18开始,最新研究的歼击机全部采用复合材料机翼,而且在机身上也大量采用先进复合材料,占结构比达到25-50%


CFRP在飞机上最初应用的实例(F-15战机的减速板)       日本F-2战机的主机翼






X-35战斗机上应用的复合材料      美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料                                  人造卫星上的CFRP太阳电池基板

二、纤维增强金属基复合材料

金属的熔点高,故高强度纤维增强后的金属基复合材料(MMC)可以使用在较高温的工作环境之下。

常用的基体金属材料有铝合金、钛合金和镁合金。

作为增强体的连续纤维主要有硼纤维、SiC和C纤维;


Al2O3纤维通常以短纤维的形式用于MMC中。




MMC虽强度和弹性模量(刚度)增加,但塑性和韧性因使用陶瓷纤维而有所降低。这在一定程度上限制了MMC的应用范围。

三、纤维增强陶瓷复合材料

陶瓷材料耐热、耐磨、耐蚀、抗氧化,但韧性低、难加工。在陶瓷材料中加入纤维增强,能大幅度提高强度,改善韧性,并提高使用温度。陶瓷中增韧纤维受外力作用,因拔出而消耗能量,耗能越多材料韧性越好。 


用晶须作为增强相可以显著提高复合材料的强度和弹性模量,但因为价格昂贵,目前仅在少数宇航器件上采用。现在发现,晶须 (如SiC 和Si3N4)能起到陶瓷材料增韧的作用。

小结

典型工程复合材料:


纤维增强树脂基复合材料


纤维增强金属基复合材料


纤维增强陶瓷基复合材料