资源简介

项目一 常用金属材料
课题四 有色金属
【课题名称】
有色金属和非金属材料
【教学目标与要求】
一、知识目标
1）了解铜、铝等有色金属的分类、牌号及性能。
2）了解常用工程塑料、橡胶、陶瓷和复合材料的组成、分类及特性
二、能力目标
1）能看懂有色金属牌号的含义，了解其主要特性。
2）了解常用非金属材料的种类及特性。
三、素质目标
了解常用机械零件有色金属和非金属材料的种类及主要特性。
四、教学要求
熟悉有色金属的种类、牌号及主要特性，了解非金属材料的主要种类和特性。
【教学重点】
常用有色金属的牌号及特性，非金属材料的分类及特性
【难点分析】
有色金属及非金属材料种类繁多，不易记忆，应当抓住常用的几种材料作为讲课重点，其余的材料需要时会查阅相关材料即可。课程讲授的过程中应防止出现又多又乱的问题。
【分析学生】
本次课的内容并不困难，但是内容多而乱，应当从常用的材料出发，避免内容过多过乱而没有突出应用的重点。同时，还应当从学生能见到和想到的实际出发，加深印象，达到理论联系实际的效果。
【教学思路设计】
内容多而不难，属于常识性介绍，要抓住常用的应用材料，理论联系实际来教学，以提高教学效果。应多举学生能见到和想到的实例。
【教学安排】
2学时（90分钟）
【教学过程】
一、有色金属
钢铁被称为黑色金属，除此之外的金属材料都呈现出其他颜色，如铝为白色，铜为紫黄色等，被称为有色金属。工业上常用的有色金属为铜、铝、镁、锌 等。
1. 铜及铜合金
1）纯铜 由于呈紫色，又名紫铜。其熔点比钢低，为1083 C,密度比钢大，为8.9 g/cm3（钢的熔点为1538 C，密度为7.8 g/cm3），可以感到铜比钢重。纯铜由电解加工得到，主要应用于冶炼铜合金作为原材料。
2）铜合金 是以铜为基础加入锌或锡等金属熔炼而成的。铜合金按其成分不同可分为黄铜、青铜和白铜三种，按加工方法不同可分为压力加工铜合金和铸造铜合金两类。
① 黄铜 由铜和锌组成。常用的加工黄铜有H62、H70，H是“黄”字汉语拼音的首位字母。H6262表示含铜量为62％，其余38％为锌。锌的含量越高，黄铜的颜色越白，其硬度越大，但越脆、不易弯曲，如低价位的黄铜导线很硬且易折断，但其价格较低廉。黄铜常用做电线、板、管材或电气元件。在黄铜中加入锡、硅等其他元素，可作成具有特殊性能要求的材料，如加入锡可增加黄铜的耐蚀性。
铸造黄铜牌号如ZCuZn38、ZCuZn40Mn2，Z的含义为铸造。ZCuZn40Mn2表示Zn含量为40％，锰的含量为2％，其余为铜的铸造黄铜。。
② 青铜 由铜和锡等金属组成。由于呈青色而得名青铜。其牌号用Q表示，如QSn4-3，表示锡含量为4％，锌含量3％，其余为铜的锡青铜。锡青铜具有较好的塑性和适当的强度，且有较好的耐磨性，常用来制造滑动轴承和蜗轮的齿面。
铸造青铜的牌号如ZCuSn10Zn2，表示锡含量为20％、锌含量为2％，其余为铜的铸造青铜。而压力加工的青铜又按其含不同的金属分为锡青铜、铝青铜、铍青铜和硅青铜等不同种类。青铜以铸造青铜的应用最多。
2. 铝和铝合金
铝及其合金的应用仅次于钢铁，其密度仅为2.72 g/cm3，为铁的1/3，是一种银白色的轻金属。铝具有良好的导热性和导电性，且易与氧形成Al2O3保护薄膜。
纯铝由电解方法得到，主要应用于制造铝合金。铝合金是以铝为基础加入多种合金元素（如铜、锌、镁等）而组成的，。铝合金的强度比纯铝高，所以应用较广，可以分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。
1）变形铝合金 由压力加工制造而成，其外形主要有棒材、管材和板材。按组成的合金元素不同分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等，如飞机大梁和起落架选用超硬铝，而外壳用硬铝即可。
2）铸造铝合金 用于制造内燃机气缸体、活塞、外壳等零件。其牌号如ZAlSi12，表示硅含量为12％的铸造铝合金。铸造铝合金按成分不同分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四类，分别用代号1～4表示。如代号ZL102表示铸铁铝合金第一类铝硅系中的02号铸造铝合金。每一类的特性因合金元素不同而不同，必要时可查阅相关资料。
3. 滑动轴承合金
滑动轴承合金是指作为滑动轴承轴瓦和内衬的合金，常称为巴氏合金。滑动轴承合金由多种合金组成，耐磨损，摩擦系数小，具有较高的强度和硬度，易储存润滑油和良好的磨合性，目前被广泛应用。
二、非金属材料
非金属材料在机械零件中的应用越来越广泛，如汽车中的零件有40％是由工程塑料制成的。常用的非金属材料有工程塑料、橡胶、陶瓷和复合材料。
1. 工程塑料
1）组成 以高分子化合物树脂为基础，加入其他添加剂制成。
2）分类 按塑料的功能分为通用塑料(用于制造日常生活用品、包装材料)、工程塑料(用于制造机械零件，如有机玻璃、尼龙、ABS塑料)和特种塑料（如医用塑料）。
3）特性 质轻、耐腐蚀、绝缘性好，成形简单。
4）应用 机械零部件、耐磨件、耐蚀件、密封件及透明件。其用途广泛，可以说生活中离不开塑料，如PPR塑料管材已代替传统的镀锌管用做住宅的上下水管，不仅寿命长，而且不易形成水垢，提高了自来水的品质；又如，建筑外墙贴上塑料泡沫，起到保温节约能源的作用。
2. 橡胶
以生胶（天然和合成两种）为基础加入配合剂制成。常用的配合剂有硫化剂等，起定型、防老化及软化作用。
1）特性 高弹性是其最主要的特性，耐磨和优良的电绝缘性也是其重要的特性。
2）应用 如轮胎、V带、管道与输送带、电工绝缘材料和制动件等。
3. 陶瓷
陶瓷是以天然的硅酸盐泥土为原料，经过成形、烧结而成的。其主要特性是具有极高的硬度和极低的韧性，能承受极高的温度而不变形，可应用于火箭喷嘴等在高温条件下工作的零件。陶瓷的应用极为广泛，在化工、电子、机械等行业中都应用很广。在生活中也离不开陶瓷，如生活用具、水龙头的阀片等。
按应用条件不同可将陶瓷分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三种。
4. 复合材料
复合材料是由两种以上的材料组合而成的。例如，新型自来水铝塑管代替了传统的铁管，它是由铝管外套上一层塑料管组合成的。用于装饰材料的铝塑板不仅能够减轻建筑的重量，而且还不会生锈。
复合材料按其组成的成分不同可以分为以塑料为基体、以金属为基本、以橡胶为基本的多种复合材料。
复合材料的主要特性依所组合的材料不同而不同，主要具有强度高、减摩性好、抗振性好、吸声效果好和保温性好等优点。使用时应根据工作条件来选择相应的复合材料的种类和牌号。
三、小结
1）有色金属以铜和铝的合金应用最广，最常用的是铸造青铜、铸造铝合金及轴承合金，但其价格较高。
2）非金属材料以工程塑料和橡胶应用最广，随着复合材料的应用，其独特的优点在有些地方有代替钢材的趋势。
3）有色金属的分类和牌号很多，使用时可查相关资料。
四、布置作业

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