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1、7.1金金屬材料料的物理理性質1比重(speeciffic graavitty) 某一物物體的重重量和同同體積的的4的水之之重量比比叫做比比重。2比熱(speeciffic heaat) 把1克克的物質質加熱使使它升溫溫1時所需需要的熱熱量(以以calloriie表示示)叫做比比熱。比比熱較大大的Mgg，A11等。 金屬的的比熱通通常隨溫溫度上升升而增加加。3膨脹系系數(ccoeffficciennt oof eexpaansiion) 各種種金屬受受熱而溫溫度上升升時會膨膨脹。冷冷卻而溫溫度降低低時會收收縮。體體積的增增加率叫叫做體積積膨脹系系數(ccoeffficciennt oof bb
2、ulkk exxpannsioon)，其長度度的增加加率叫做做線膨脹脹系數(coeeffiicieent of linnearr exxpannsioon)。比重增加時，膨脹系數也會增加。4 導熱熱度(ttherrmall coonduuctiivitty)1cmm立方體體的相對對丙面間間，假定定有1的溫度度差時，在在1秒內由由高溫面面移動到到低溫面面的熱量量(以ccalooriee表示)叫做導導熱度。金金屬都是是熱的良良導體。銀銀的導熱熱度最大大，其次次是Cuu及AI。金金屬的純純粹度愈愈高，其其導熱度度愈好。5 比電電阻(sspeccifiic rresiistaancee) 某某金屬線線
3、的長度度為，斷面面積為ss時，其其電阻RR可以用用下式表表示 R=(/s) 式式中為比電電阻。斷斷面積11cm22，長11cm的的材料之之電阻以以ohmm()表示示，叫做做比電阻阻。銅和和鋁的電電阻很小小，所以以容易導導電。電電阻隨溫溫度增加加而增大大。Rt=R0(1+t) 式中中叫做電電阻的溫溫度系數數(teempeeratturee cooeffficiientt off ellecttricc reesisstannce),因金金屬之不不同而異異。7.2金金屬材料料的化學學性質1 金屬屬的離子子化(iioniizattionn) 金屬屬的離子子化之容容易度依依其大小小排列時時可得下下面所
4、示示的次序序：K CCa Na AI Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb (H) Cu Hg Pt Au 2 腐蝕蝕(coorroosioon) 金金屬表面面受化學學或電化化學的作作用，在在表面生生成非金金屬化合合物而補補侵蝕漸漸漸會消消耗的現現象，叫叫做腐蝕蝕。a 電電化學腐腐蝕b 由由環境所所引起的的金屬腐腐蝕c 高高溫氣化化 氣化化把金屬屬加熱到到高溫時時受氧的的化學腐腐蝕起氧氧化，而而在表面生成成氧化物物。離子子化序列列愈上位位的金屬屬愈容易易被氧化化。比AA1上位位的金屬屬，在空空氣中生生成氧化化物而起起燃燒。NNa ，KK等在空空氣中會會自然發發火，MMg在空空氣中加加熱時會
5、會激烈燃燃燒。金金屬的氧氧化，則則溫度愈愈高，愈愈迅速度度進行。7.3金金屬材料料的機械械性質7.3.1機械械性質的的概念 就下下圖所示示的由拉拉力所引引起的機機械反應應而言，抗抗拉應力力超過某某一數值值時吊桿桿會被拉斷斷。這性性質可以以用來表表示。當當材料被被拉斷時時，材料料的長度度增加可以用來表表示。例例如彈性性系數，抗抗拉強度度，硬度度，伸長長率及沖沖擊值等等是表示這些些反應的的具體性性質之例例。這些些性質叫叫做金屬屬材料的的機械性性質。 機械性性質可以以分做強強度和延性兩方方面來說說明。強強度是表表示材料料對外力力抵抗能能力，延性性是表示示在不破破壞的范范圍之內內，材料料能發生生永久變
6、變形的能能力。機機械性質質是由強度度(sttrenngthh)和延延性(dducttiliity)的兩種種因素支支配的。7.3.3材料料試驗的的目的 制造造各種材材料或者者利用這這些材料料來制造造某種機機械零件件時，品品質控制制是很重重要的，因因此必須須采用適適當的材材料試驗驗來控制制材料的的品質。所所采用的的試驗務務必簡單單、方便便。材料料試驗的的另外一一種重要要的目的的是檢查查材料在在使用中中發生破破損的原原因。7.4.1拉伸伸試驗(或抗拉拉試驗) 拉拉伸試驗驗(teensiile sesst)的的目的是是要測定定材料的的強度和延性。上圖曲線線1是低碳碳鋼的拉拉伸試驗驗結果。曲曲線2上非鐵
7、鐵金屬，例例如銅，鋁鋁等的荷荷重伸長曲曲線。1、彈性性限(eelassticc liimitt) 假如荷荷重不超超過某一一限度(圖中EE點)，則則除去荷荷重，伸長就會會變為零零。E點點以下的的荷重時時所發生生的變形形叫做彈彈性變形形。彈性限=PE/A0 (kgff/mmm2) 22、比例例限(ppropporttionnal limmit) 范范圍內荷荷重和伸伸長會依依照虎克克定律(Hoookes law)而變化化。比例限=PP/A0 (kgff/mmm2)彈性限和和比例限限的數值值是很接接近，彈彈性限是是除去荷荷重以後後，所產產生的變變形是否否會完全全消減的的一個臨臨界點。而而比例限限是荷
8、重的伸伸長的關關係是否否會依照照虎克定定律變化化的一個個臨界點點。3、彈性性系數(modduluus oof eelassticcityy,Yoounggs mmoduuluss) 在比例例限內可可以求出出彈性系數。彈性系數是表示材料受到比例限以內的荷重時，在材料內部所產生的應力和和應變的的比。 彈性性系數EE=應力力/應變變=(PPe/A0)/(L/LL0)4、降伏伏點(yyielld ppoinnt) 荷荷 重超超過比例例限P點點時，荷荷重伸長曲曲線不再再成正比，這個個現象叫叫做降伏伏(yiielddingg)。5、降伏伏強度(yieeld strrenggth) 降伏強強度=PP/A0(
9、kggf/mmm2) 材料受受到外力力而產生生相當於降降伏強度度的應力力時，則則會發生生0.22%的永永久變形形。6、抗拉拉強度(tennsille sstreengtth) 降伏伏完了以以後，荷荷重再繼繼續增加加時，伸伸長的增增加率比荷荷重的增增加率大大。荷重重超過MM點時通通常在試試驗片的的中央部部分會發發生局部變形(loccal defformmatiion) 。 抗拉拉強度=Pu/A0 (kgff/mmm2)7、伸長長率(pperccenttagee off ellonggatiion) 在在Z點試試驗片被被拉斷之之後，從從試驗機機取下試驗片片，把兩兩個斷口口接緊。 伸伸長率=(L-L
10、0)/LL0*1000(%) 8、斷斷面縮率率(peerceentaage of areea rreduuctiion) 試驗片片的拉斷斷部分之之最小斷斷面積A和原原來的斷斷面積AA0的差數數A0- AA，以以原來的的斷面積積A0 斷斷面縮率率=( A0- A)/ A0*1000(%)7.4.2硬度度試驗 金屬材材料的機機械性質質當中硬硬度(hharddnesss)是是很重要要的一種種性質。從從硬度大大概可以推想其其他的機機械性質質。通常常所采用用的有勃勃氏(BBrinnelll)，洛式(Rocckweell)，維克氏氏(Vicckerrs)和和蕭氏(Shoore)。 1、勃氏硬度(Brine
11、ll hardness) 把很硬的標准鋼球用一定的荷重壓入試驗片的表面，使使試驗片片發生球球面的壓壓痕叫做做勃氏硬硬度。通通常用HHB來代代表。P=加壓壓在標准准鋼球上上的荷重重 (kgff)D=標准准鋼球的的直徑 (mmm)A=壓痕痕的球面面表面積積 (mmm2)d=壓痕痕的最大大直徑 (mm)t=壓痕痕的最大大深度 (mmm) 2、洛氏硬度(Rockwell hardness) 淬火鋼等的硬質材料所用的壓痕器(penetrator)是頂角1120，半徑徑0.22mm的的金鋼石石圓錐體體，荷 重為1150kkgf。洛洛氏C硬硬度，對退火鋼鋼和其他他軟質材材料所用用的壓痕痕器是直直徑1/16i
12、in鋼球球，所加加荷重為為100kkg。所所得的硬硬度叫做做洛氏BB硬度，用用HRBB之記號號來表示示。 兩種種硬度HHRC，HHRB時時都要先先加小荷荷重(mminoor lloadd) 110kggf，壓壓入深入入做基准，其次次再加大大荷重(majjor loaad) 1400kgff(加上上小荷重重共為1150kkgf)或者990kggf(加加上小荷重重共為1100kkgf)。3、維克克氏硬度度 把對對面角1136的金鋼鋼石方錐錐體，以以一定的的荷重壓壓入試驗驗片的表面面，使試試驗片發發生方錐錐形壓痕痕。假設P=荷重(kgff) SS=壓痕痕的表積積(mmm2) d=壓痕在在試驗片片表面
13、的的對角線線長度(mm)則HV = P / S = 22 siin688P / d22 = 1.85444 PP / d24、蕭氏氏硬度 蕭氏硬硬度試驗驗機是把把尖端裝裝有金剛剛石的小小錘掛在在垂直玻玻璃管內一定定高度。從從這高度度使小錘錘自由落落下，當當小錘打打擊試驗驗片時試試驗片表表面會產生生很小的的壓痕。因因為試驗驗片的硬硬度不同同 ，小小錘的反反跳高度度也不同同。通常用HHS記號號來表示示。非鐵金屬屬材料 一般的的構造用用或機械械用金材材料的主主體為碳碳鋼、合金鋼鋼、鑄鐵等鋼鋼鐵材料料。但是是鋼鐵材材料在特特性上有有各種應應用方面面的缺點點，例如如它的耐耐蝕性比比鎳、銅銅等差很很多，又
14、又注重比比重、導導熱度方方面的應應用時，也也無法和和鋁相比比較。這這些鋼鐵鐵以外的的金屬材材料，叫叫做非金金屬材料料(noonfeerroous mettalss)。 非非金屬材材料常用用的有(1)銅銅和銅合合金，(2)鋁鋁和鋁合合金，(3)鎂鎂和鎂合合金，(4)鋅鋅和鋅合合金，(5)軸軸承合金金等。1、銅和和銅合金金1.1銅銅 銅的導電電度和導導熱度高高，所以以在這方方面的用用途很廣廣。但是是例如黃黃銅和青青銅，在銅中添添加Znn，Snn或其他他元素時時，可以以改良它它的耐蝕蝕性和機機械性質質。1.1.2銅的的性質及及用途 銅的的物理性性質：銅銅的特點點是導電電度和導導熱度大大，多半半用為電
15、電氣材料料或傳熱熱用的管、板板等。銅銅的展延延性良好好，可以以作為薄薄板和細細線，但但是機械械強度小小，所以以用為構造用用材料時時，須先先加工使使它硬化化後才使使用。經經過加工工而增加加強度的的銅可分分為軟質、11/4硬硬質、11/2硬硬質等。1.2.1黃銅銅 黃銅銅(brrasss)是銅銅和鋅的的合金。制制造和加加工都容容易，價價格又便便宜，所所以使用用量多。含330440% Zn者者最實用用。 1.22.3青青銅 青銅銅(brronzze)是是錫和銅的合金金。青銅銅的特點點是鑄造造性和耐耐蝕性優優良，此此外機械性質也也良好，耐耐磨耗性性也大。優優點所以以成為鑄鑄造用銅銅合金中中最具代代表性
16、者者。1.2.4磷青青銅 磷青青銅(pphossphooruss brronzze)是是青銅中中添加少少量的PP者。添添加P時時可除去去青銅內內部的氧化物物，P含含量較多多者，硬硬度高，耐耐磨耗生生優良，用用為軸承承或其他他需要機機械性能優良的的零件。又又實施冷冷溫加工工時抗拉拉強度，彈彈性限會會顯著地地增加。在在高溫其其彈性強，對對電流的的接觸電電阻也低低，是重重要的電電氣通信信機器用用彈簧材材料之一一。2、鋁和和鋁合金金2.1鋁鋁 鋁鋁的特點點是重量量輕，其其比重為為2.77。但它它的強度度低，所所以不能能以純粹粹的狀態態用為需要強強度的構構造物。所所謂輕合合金(llighht aallo
17、oy)是是鋁中加加其他元元素而改改良這種種缺點者。鋁合合金抗拉拉強度、伸伸長率、彎彎曲等的的機械性性質相當當優良。2.2鋁鋁合金 由由於汽車車、飛機機的發達達，對重重量輕，且且強度大大的材料料之需求求日漸增增加。鋁鋁的特點是輕輕，但是是強度低低，所以以需在鋁鋁中添加加特歹元元素，作作成各種種優良的的鋁合金金，而適應現現代工具具的要求求。 鋁合金金可分為為鍛造用用和鑄造造用兩種種。有些些未經熱熱牏就可可使用，有有些則經經熱牏改善機械械性質以以後才使使用。2.2.3鋁合合金的種種類3、鎂和和鎂合金金3.1鎂鎂 鎂鎂大體存存在於菱菱鎂石(maggnessitee, MMgCOO3)等的的礦石中中。3
18、.2鎂鎂合金 鎂合金金是鎂中中加入AA1，ZZn，MMn，ZZr，CCe等元元素而改改良其機機械性質質或耐蝕蝕性者。其比比重較AA1合金金小，抗抗拉強度度達155355kgff/mmm2。4、錫、鉛鉛、鋅及及其合金金 SSn、PPb、ZZn、SSb、BBi等金金屬，質質軟，熔熔點低。這這些合金金雖不能能使用於於需要強強度的構造造物，但但是適合合於軸承承用合金金、軟焊焊合金及及活字合合金等。4.1錫錫 錫錫在188有Sn Sn的的同素變變態。118以上是是白色的的金屬(白錫，wwhitte tin) ，118以下時時會變為為灰色的的粉(灰灰錫，ggrayy tiin)，但但是通常常容易被被過冷，
19、所所以在18以下也也不會變變為灰錫錫。 白錫質質軟，抗抗拉強度度244 kggf/mmm2，伸長長率355400%，富富於展性性，能做做成很薄薄的箔。又又耐蝕性性優良，可可以鍍在在鐵板上上而制造造白鐵皮皮。4.2鉛鉛 鉛的的比重大大(111.344)，質質軟，延延展性大大，在常常溫容易易作成板板或箔。因因為鉛的的再結晶溫度在在常溫以以下，所所以常溫溫加工時時不容易易硬化，在在空氣中中難被腐腐蝕。4.3鋅鋅 鋅鋅的材質質很脆，但但是溫度度在10001150時延展展性會增增加，可可以做成成薄板或或拉成線。加熱熱至2000時結晶晶粒會變變粗，而而質再變變脆。鋅鋅中加少少量Cuu、Snn、AII者可用
20、於壓鑄鑄。7、合成成樹脂(塑膠) 合合成樹脂脂(syynthhetiics ressin)是用人人工以化化學方法法合成的的有機材材料，通通常叫做做塑膠(plaastiics)。合成成樹脂為為高分子子聚合物物，具有有優良的的可塑性性(pllastticiity)。所謂謂可塑性性是指以外外力時可可使它自自由變形形的性質質。7.5熱熱塑樹脂脂(1)聚聚氯乙烯烯(pooly vinnyl chlloriide,PVCC) PPVC 是由碳碳化鈣(callciuum ccarbbidee)所發發生的乙炔(或或用乙烯烯)和氯氯化氫(HCII)相作作用所制制造者。各種熱塑塑樹脂的的名稱、性性質和用用途例樹脂
21、名稱稱性 質用 途 例聚氯乙烯烯強度大，電電氣絕緣緣性、耐耐酸性、耐耐鹼性、耐耐水性很很好。加加工性，著著色性也也好。薄膜、板板、建材材、雨衣衣、自來來水配管管、玩具具、電氣氣絕緣零零件、塑塑膠布。聚偏二氯氯乙烯耐藥品性性比聚氯氯乙烯大大，難燃燃性。帳蓬、防防蟲網、漁漁網、織織品、耐耐藥品用用成形品品。聚醋酸乙烯無色透明明，粘著著性大，可可溶於各各種溶劑劑。塗料、粘粘著劑、維維尼龍原原料。聚苯乙烯烯無色透明明，電氣氣絕緣性性、耐水水性、耐耐藥品性性大。餐器、玩玩具、廚廚房用日日用品、雜雜貨。聚醯胺強韌，耐耐磨耗性性大。合成織維維、電線線皮膜、醫醫療器具具、齒輪輪等的耐耐磨耗用用品。聚乙烯比水輕
22、，柔柔軟，電電氣絕緣緣性、耐耐水性、耐耐藥品性性良好。包裝用薄薄膜、電電線皮膜膜、瓶子子、容器器。壓克力透明度大大，化學學性安定定，加工工性、粘粘著性良良好。航空機，車車輛的有有機玻璃璃、建材材、照明明器具材材料。氟樹脂在低溫、高高 的電電氣絕緣緣性良好好，耐藥藥品性也也好，強強度很大大。高級電氣氣絕緣材材料、襯襯墊、襯襯料、耐耐藥品零零件。織維素樹樹脂透明性、可可撓性、加加工性良良好。難燃性賽賽璐珞。聚丙烯相似聚乙乙烯，透透明度大大、耐藥藥品性、加加工性優優良。薄膜，其其他包裝裝材料。 (22)聚醋醋酸乙烯烯(pooly vinnyl aceetatte) 這是由由乙炔和和醋酸所所合成的的無
23、色透透明樹脂脂，軟化化點很低低，約為為3538，耐弱弱酸、弱弱鹼，有有相當的的耐水性性。(3)聚聚乙烯(polly eethyylenne) 這樹脂脂是把乙乙烯聚合合而得者者。利用用由石油油制造時時所產生生的廢氣氣中的成成分來合合成。聚聚乙烯比比水輕，柔柔軟，耐耐藥品性性、耐水水性、電電氣絕緣緣性都優優良，但但耐熱性性不好，多多用為包包裝用薄薄膜，也也廣用為為電線的的被 覆覆、各種種容器。 (44)聚苯苯乙烯(polly sstyrrenee) 這是是由苯和和乙烯所所合成的的無色透透明樹脂脂，耐水水性、電電氣絕緣緣性非常常好，也也不會被被強酸、酸酸、鹼侵侵蝕。(5)聚聚醯胺(polly aam
24、idde) 耐耐隆(nnyloon)是是聚醯胺胺織維的的商品名名。(6)AABS共共聚體(ABSS coopollymeer) 這是丙丙烯脯(acrryloonittrille)，丁丁二烯(buttadiienee) 和和苯乙烯烯(sttyreene)三成分分的共聚聚體(ccopoolymmer) ，硬硬度大、軟軟化溫度度高(約約1000)、耐耐蝕性很很好。7.6熱熱固樹脂脂(1) 酚樹脂這樹脂是是把酚和和甲醛(forrmalldehhydee)相作作用而制制成者。一一般所熟熟悉的電電木 (bakkeliite)是屬於於這類。酚酚樹脂的的電氣絕絕緣性優優良，機機械強度度也好。(2) 尿素樹脂脂
25、(3) 三聚氰胺胺樹脂(mellamiine ressinss) 7.7強強化塑膠膠 如如上所述述，樹脂脂的種類類很多，而而各具有有特殊的的性質。然然而在這這些樹脂脂內加入入適當的的填料(filllerrs)或或添加劑劑(adddittivees)時時可改變變它的特特性，而而得到目目標性質質的材料料。或者者在樹脂脂內加入入適當的的織維，作作成復合合材料以以便增加加強度。這這些材料料一般叫叫做強化化塑膠。填料有木木粉、紙紙漿、石石棉、石石英粉等等。一般般加了填填料時強強度、耐耐沖擊性性、硬度度會增加加。為了了得到特特殊的性性能，有有時加入入添加劑劑，例如如加入二二硫化鉬鉬、石墨墨等固體體潤滑濟濟
26、等。加入樹脂脂內的織織維有玻玻璃織維維、碳織織維、金金屬織維維(Moo，W，鋼鋼，不銹銹鋼等)，結晶晶質織維維(氧化化鋁、氧氧化鋯、氮氮化硼)等。這這些織維維和樹脂脂的復合合材料叫叫做織維維強化逆逆膠(ffibeer rreinnforrcedd pllastticss)，一一般簡稱稱FRPP。FRRP質強強韌又輕輕，容易易加工，耐耐油、耐耐藥品、耐耐熱、耐耐寒性、電電氣絕緣緣性都好好。又例例如利用用碳織維維者，其其彈性特特優，強強度也很很高。FFRP可可用為藥藥品、燃燃料的容容器，汽汽車、航航空機等等構造用用材料等等。10.新新陶瓷材材料 近近來陶瓷瓷(ceerammicss)材料料，在種種
27、類和用用途方面面的發展展很大。原原來是是指陶器器、磚、水水泥、玻玻璃等窯窯業制品品。這些些新陶瓷瓷(一般般叫做nnew cerramiics)具有各各種特定定的優秀秀性質，用用在各種種工業領領域。新新陶瓷是是采用高高純度的的AI22O3 、MMgO、 SiCC等經過過特殊處處理的天天然原料料或人工工原料來來制造，而而具有各各種特殊殊的機能能。新陶陶瓷以成成分分類類時，可可以分為為采用高高純度天天然原料料的氧化化物系，例例如氧化化鋁(AAI2O3)、氧氧化矽(SiOO2)、氧氧化鈦(TiOO2)等。(1)氧氧化鋁(AI22O3) 氧化物物系新陶陶瓷中最最具代表表性，使使用度也也最高。溶溶點(22
28、0500)相當高，硬硬度(MMohss9)、強強度(抗抗拉強度度26550550000kgff/cmm2，抗壓壓強度34000000kgff/cmm2)也較較高。(2)氧氧化鎂(MgOO) 氧化化鎂的導導熱度較較高(110000，5.44kcaal/mmh),比比熱大。熔點雖然然高(228000)，但不不是經過過高溫處處理者會會被酸溶溶解，又又會和空空氣中的的CO2起起反應。強強度比AAI2O3，ZrrO3低(抗抗拉強度度900010000kkgf/cm22，抗壓壓強度70000kgff/cmm2)。(3)氧氧化鋇(berrylllia,BeOO) 氧化化鋇和AAI2O3相似，化化學上很很安定
29、，能能用到相相當的高溫，其其溶點225000，低溫溫的機械械強度雖雖然不高高(抗拉拉強度1000020000kkgf/cm22，抗壓壓強度8800001440000kgff/cmm2)，但但是比強強度大致致可以保保持到16000的高溫溫。(4)碳碳化矽(SiCC)碳化化矽是碳碳化物系系的陶瓷瓷材料，和和氧化物物系陶瓷瓷比起來來，其硬度高(Mohhs 9.22)，導導熱度大大(2004220，0.11call/cmmS),高高溫的機機械強度度也大，但是是耐氧化化性差。(5)碳碳化硼(B4C) 碳碳化硼比比SiCC硬，知知名的研研磨材，耐耐磨耗性性優秀，抗抗壓強度度很高(3300kkgf/cm22
30、)，密密度低(2.552g/cm22)。(6)碳碳化鎢(WC)和碳化化鈦(TTiC) TiCC的耐氧氧化性很很好，溶溶點很高高(31160)，加加入Ni，CCo等金金屬燒結結成為陶陶金，用用為超硬硬 切削削工具材材料或耐耐熱材料料。(7)氮氮化矽(Si33N4) 氮化化矽的熔熔點19900，Moohs氏氏硬度99以上，抗抗壓強度度2800063300kkgf/cm22，導熱熱度0.0011700.00037 call / cms(2552550)熱沖沖擊抵抗抗性大，機機械強度度可保持持到高溫溫，具有有優良的的耐氧化化性、耐耐蝕性。(8)氮氮化硼(BN)和氮化化鋁(AAIN) Sii3N4以外的的氮化物物中BNN，AIIN的燒燒結體為為重要的機械械材料。BBN，AAIN的的硬度很很高，耐耐熱性、電電氣絕緣緣性優良良，用為為各種耐耐熱材料、耐耐熱工模模，金屬屬熔解坩坩鍋，真真空蒸著著用坩鍋鍋等。