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1、 朱明工作室朱明工作室金属材料与热处理-7主讲主讲:朱明朱明 高级技师、经济师、工程师高级技师、经济师、工程师高级技能专业教师高级技能专业教师汽车维修高级考评员汽车维修高级考评员授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室模块八有色金属金属元素除了铁、锰和铬之外，统称有色金属。有色金属种类繁多，本模块仅介绍铜及铜合金、铝及铝合金、轴承合金的分类、编号方法、性能特点及用途。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室第三套人民币硬币第三套人民币硬币 1元硬币：铜镍合金 5角硬币：铜锌合金 2角硬币：铜锌合金 1角硬币：铜锌合金 第四套人民币硬币第四套人民币硬币
2、 1元硬币：钢芯镀镍 5角硬币：铜锌合金 1角硬币：铝镁合金 第五套人民币硬币第五套人民币硬币 1元硬币：钢芯镀镍 5角硬币：钢芯镀铜合金 1角硬币：铝合金 授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 新型合金之一储氢合金：Ti-Fe、La-Ni储氢合金可用于以H2为燃料的汽车钛合金：亲生物金属人造骨头 授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 新型合金之二形状记忆合金：钛镍合金合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。形状记忆效应可用下图所示的简单实验演示，原本弯
3、弯曲曲的形状记忆合金丝（a）经拉直后（b），只要放入盛有热水的烧杯中，合金丝就会迅速恢复到和原来一摸一样的弯弯曲曲的形状（c）。(a)(a)原始形状原始形状 (b)(b)拉拉 直直(c)(c)加热后恢复加热后恢复授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 形状记忆合金不仅单次“记忆”能力几乎可达百分之百，即恢复到和原来一模一样的形状，更可贵之处在于这种“记忆”本领即使重复500万次以上也不会产生丝毫疲劳断裂。因此，形状记忆合金享有“永不忘本”、“百折不挠”等美誉，被比作一个人应具有的永不变节、坚贞不屈的精神和气节。形状记忆合金（a）能撑起自重100倍以上的重量，马达（b）的
4、驱动力可达自重的50倍，而蚂蚁（c）和人（d）则分别是20倍和2倍。（a）记忆合金（b）马 达（c）蚂 蚁（d）人授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 实例：用钛-镍形状记忆合金制造的人造卫星天线科学家用当时刚刚发现不久的形状记忆合金丝制成了如图a所示的抛物线形天线。在宇宙飞船发射之前，首先将抛物面天线折叠成一个小球，如图b所示，这样很容易就能装进宇宙飞船上的登月舱内。当登月舱在月球上成功着陆后，只需利用太阳的辐射能对小球加温如图c所示，折叠成球形的天线因具有形状“记忆”功能便会自然展开，恢复到原始的抛物面形状，如图d 所示。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔
5、朱明工作室朱明工作室1969年7月20日，乘坐“阿波罗-11号”登月舱的美国宇航员阿姆斯特朗在月球上踏下的第一个人类的脚印，谛听着这位勇士从月宫里传回的富于哲理的声音：“对我个人来说，这只是迈出的一小步；但对全人类来说，这是跨了一大步”。阿姆斯特朗当时的图像和声音就是通过形状记忆合金制成的天线从月球传输回地面的。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室实例：用钛-镍形状记忆合金制造的医用腔内支架的应用原理示意（a a）预压缩）预压缩 （b b）受热扩张后）受热扩张后 （c c）植入腔道内效果）植入腔道内效果授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 实
6、例：用钛-镍形状记忆合金在其它领域的应用作为一类新兴的功能材料，形状记忆合金的很多新用途正不断被开发。记忆合金还可以制成任意变形的眼镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加加温就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室任务一：选择材料制造汽车发动机散热器汽车发动机散热器的材料可选用导热性好的银、铜、金、铝等，不过金和银的价格较高，而铝的延展性不如铜，所以在生产中广泛使用铜合金。见下面的对比：热传导系数的定义为：每单位长度、每度K（绝对
7、温度），可以传送多少瓦数的能量，单位为：“w/mK”，该数值越大说明导热性能越好。1.纯银导热系数为429。2.纯铜导热系数为401；黄铜导热系数为108.9/；铍铜导热系数为195。3.纯金导热系数为317。4.纯铝导热系数为240。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室战国初期的曾侯乙编钟（青铜器）战国初期的曾侯乙编钟（青铜器）授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室司母戊鼎是中国商代后期（约公元前16世纪至公元前11世纪）王室祭祀用的青铜方鼎，1939年3月19日在河南省安阳市武官村一家的农地中出土，因其腹部著有“司母戊”三字而得名，现藏中国
8、国家博物馆。司母戊鼎器型高大厚重，又称司母戊大方鼎，高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、重832.84千克，鼎腹长方形，上竖两只直耳（发现时仅剩一耳，另一耳是后来据另一耳复制补上），下有四根圆柱形鼎足，是中国目前已发现的最重的青铜器。该鼎是商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室鼎为中国古代炊食器。中国鼎文化的起源可以一直追溯到原始社会新石器时代，早在7000多年前就出现了陶制的鼎。而其真正的发展最高峰则出现在商朝和西周时期，尤其是商代以鼎为代表的祭祀用容器的制作，盛行于商周时期，延续到汉代。在奴隶制鼎盛时代，被用作“别上下，明贵贱”
9、，是一种标明身份等级的重要礼器。文献记载：“天子九鼎，诸侯七鼎，大夫五鼎，元士三鼎或一鼎”，又载“铸九鼎，像九州”。又有成语一言九鼎、问鼎中原、三足鼎立等。青铜鼎的前身是原始社会的陶鼎，本来是日用的饮食容器，后来发展成祭祀天帝和祖先的“神器”，并被笼罩上一层神秘而威严的色彩。在古代,鼎是贵族身份的代表。典籍载有天子九鼎、诸侯七鼎、大夫五鼎、元士三鼎或一鼎的用鼎制度。此外，鼎也是国家政权的象征，左传有载：“桀有昏德，鼎迁于商；商纣暴虐，鼎迁于周”。鼎大多为三足圆形，但也有四足的方鼎。(司母戊鼎便是最负盛名的四足大方鼎)授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室司母戊鼎是商后期
10、(约公元前十四世纪至公元前十一世纪)铸品,原器1939年3月出土于河南安阳侯家庄武官村。此鼎形制雄伟，重达 832.84公斤，高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米，是迄今为止出土的最大最重的青铜器。司母戊鼎初为乡人私自挖掘,出土后因过大过重不易搬迁,私掘者又将其重新掩埋。司母戊鼎在1946年6月重新出土。新中国成立后,于1959年入藏中国历史博物馆。此鼎器形庞大浑厚,其腹部铸有“司母戊”3字;是商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。司母戊鼎的鼎身和鼎足为整体铸成,鼎耳是在鼎身铸好后再装范浇铸的。铸造这样高大的铜器，所需金属料当在1000千克以上，且必须有较大的熔炉。经测定,司母戊鼎含铜84.77
11、%,锡11.64%,铅2.79%，其他0.8%。与古文献记载制鼎的铜锡比例基本相符。司母戊鼎充分显示出商代青铜铸造业的生产规模和技术水平。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室一.铜及铜合金铜及其合金是人类应用最早的金属，目前工业上使用的主要有工业纯铜、黄铜、青铜。1.工业纯铜 纯铜呈玫瑰红色，因表面经常形成一层紫红色的氧化物，俗称紫铜、电解铜。其熔点为1083，密度为8.96g/cm3，为面心立方晶格。纯铜的性能特点：具有很高的导电导热性，仅次于银；化学稳定性高，抗大气腐蚀性好，无磁性，塑性好，但强度低。牌号：工业纯铜牌号为T+顺序号，共有T1,T2,T3,T4；序号
12、越大，纯度越低（见下图）。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室纯铜牌号纯度铋铋授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室2.黄铜 黄铜以锌为主要合金元素的铜基合金。它具有良好的力学性能、加工成形性、导电性和导热性，价格较低，是有色金属中应用最广的金属材料。可分为普通和特殊黄铜两类，按加工方式分为压力加工黄铜和铸造黄铜。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室3.压力加工普通黄铜：也叫二元黄铜，是Cu-Zn二元合金。根据含锌量，可分为（小于39）单相（）黄铜和（3945）双相（）黄铜两种。相是锌溶于铜中的固溶体，溶解度随温度的下
13、降而增大，为面心立方晶格，塑性好，可冷热加工。相是以电子化合物CuZn为基的固溶体，室温下较脆，但加热到450以上时，塑性良好。其性能随锌含量增加，起初强度和塑性都提高，而后由于出现了相，强度继续升高，但塑性下降，直至全部为相时，强度塑性急剧下降，如下页图所示。其牌号为H+铜的名义质量分数，如H62。而H70、H68又称为三七黄铜，因强度高，塑性好常用来制作枪弹壳和炮弹筒，有“弹壳黄铜”之称。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室黄铜的机械性能与含锌量的关系黄铜的机械性能与含锌量的关系伸长率抗拉强度授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室单相黄铜的
14、显微组织单相黄铜的显微组织 双相黄铜的显微组织双相黄铜的显微组织授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室4.压力加工特殊黄铜：在铜锌二元合金的基础上加入其它合金元素组成的多元合金。常加入锡、硅、铅、铝、锰等，称为锡黄铜、硅黄铜、铅黄铜，铝黄铜。锡能显著提高耐蚀性，主要用于船舶及汽车的零件；铅能改善切削加工性能，提高耐磨性，故铅黄铜用于钟表零件；硅能显著提高黄铜的机械性能、耐蚀性，具良好铸造性能，用于船舶及化工零件。其牌号为H+主加元素符号+铜及各合金元素的名义质量分数，如HPb59-1。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室5.铸造黄铜：采用铸造方
15、法来生产的黄铜。其代号为ZCu+合金元素1的化学符号及其名义质量分数，如：ZCuZn38、ZCuZn40Pb2等。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室6.青铜 除 黄 铜、白 铜 以 外 的 铜 合 金 均 称 为 青 铜。工业上常用的有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。一般都有高的耐蚀性、较高的导电导热性及良好的切削加工性。分为 压力加工青铜，代号为Q+第一个主加元素的化学符号及其名义质量分数-数字（其它合金元素的名义质量分数），如QSn4-3表示含锡4，含锌3。铸造青铜，代号为ZCu+合金元素1的化学符号及其名义 质 量 分 数+合 金 元 素 2及 其 名 义 质 量
16、分 数+如ZCuSn10Zn2。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室锡青铜：以锡为主要添加元素的铜基合金。耐蚀、耐磨、强度高、弹性好，常用牌号有QSn4-3等，用于弹簧、轴瓦、衬套等耐磨零件。铝青铜：以铝为主要合金元素的铜基合金。它有良好的力学性能，耐蚀、耐磨，有良好的铸造性能，受冲击无火花。常用牌号有QAl9-4，QAl5等，用于轴套、齿轮、蜗轮、管路配件等。铍青铜：以铍为主要合金元素的铜基合金。有很高的强度、硬度疲劳极限和弹性极限，耐蚀、耐热、无磁性、导电导热性好，受冲击无火花，冷热加工，铸造性能均好。常用牌号有QBe2，主要用于制作高级精密的弹性元件，如弹簧、膜
17、片。特殊要求的耐磨零件，如钟表的齿轮和发条，高速高温高压下的轴承、衬套。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 7.本任务的结论（课本P129）：根据对铜合金性能特点及主要用途的分析，依据发动机散热器使用性能要求，最好选用普通黄铜制造，例如H68。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室任务二：选择铝合金制造内燃机活塞发动机活塞是发动机上除了火花塞之外，工作环境最恶劣的了。要求在高温条件下，承受无限次的周期变速载荷，要求其质量轻，又要强度高，还要耐腐蚀，因此选择材料的范围很窄。纯铝虽然导
18、热性好，密度小，但强度很低，显然不是首选。但是，在纯铝中加入硅、铜、镁、锌、锰等合金元素，再经过冷变形和热处理之后，情况就改观了。下面先介绍纯铝。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室1.工业纯铝 其熔点为660.37，密度为2.7g/cm3，为面心立方晶格，呈银白色。强度（80100MPa）和硬度(20HBS)很低，塑性(80)很高，有良好的导热导电性。工业纯铝为L1-L7，其顺序数越大，纯度越低。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室2.铝合金的分类及用途：根据铝合金的成分以及生产工艺特点，铝合金可分为形变铝合金和铸造铝合金。铝合金的一般类型
19、相图如图所示，在D点以左的合金，在加热到DF线以上时，得到单相固溶体组织，塑性好，适于压力加工，故称形变铝合金；成分在F点以左的合金，冷却时组织不随温度变化，故不能热处理强化，因而称为热处理不能强化铝合金；在D点以右为铸造铝合金。铝合金状态图的一般类型铝合金状态图的一般类型授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 形变铝合金：在加热时能形成单相的固溶体，塑性很好，适于冷热压力加工的铝合金。又可分为：热处理不能强化的铝合金和热处理能强化的铝合金。铸造铝合金：含有低熔点的共晶体，液态流动性较高，适于铸造的铝合金。它具有良好的力学性能，抗蚀性及良好的工艺性能。而且生产工艺较为简
20、便，成本较低。用途较广。其合金代号为ZL+三位数字，第一位为合金系，1位铝硅系，2位铝铜系，3位铝镁系，4位铝锌系（所谓的“1硅2铜3镁4锌”），后两位为顺序号。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室形变铝合金授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室铸造铝合金授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室3.铝合金的热处理铝合金的热处理与钢不同。正如上述所说，铝合金的热处理强化是通过固溶强化和时效强化达到的，即将合金元素含量在加热到相区的某一温度，经保温后迅速水冷，在室温
21、下得到过饱和的固溶体，这种淬火称为固溶处理。淬火后的铝合金硬度并不高，但在室温下放置或低温加热后，强度和硬度明显提高，塑性下降，这种现象称为时效。经固溶处理后铝合金随时间发生的强化现象称为时效强化。在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下（固溶温度与室温之差的15到25）进行的时效称为人工时效。请看课本P136的图：铝合金经过2个小时的孕育期而逐渐强化起来。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 固溶时效处理是有色金属材料如铝合金、钛合金、高温合金，以及少量钢铁材料如不锈钢以及耐热钢等的最重要的强化处理手段。待处理的有色金属铸件待处理的有色金属铸件授人以鱼不如授人以
22、渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室共析钢和铝合金淬火时的组织变化比较示意图授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 硅铝明 典型的牌号为ZL10 x Al-Si合金合金(未变质处理未变质处理)组织组织 Al-Si合金合金(变质处理后变质处理后)组织组织授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室4.本任务的结论（课本P135)：为满足内燃机活塞的使用性能，应选用铸造铝硅合金或铸造铝铜合金，如ZL108、ZL201等。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室任务三：选择材料制造车床主轴轴承车床主轴轴承是滑动轴承，其材料是轴承
23、合金。所谓轴承合金，即制造滑动轴承轴瓦和内衬的材料。生产中常用的轴承合金种类较多，性能有很大差异，使用场合也有所不同。滑动轴承在工作时，承受一定的交变载荷及较大的压力，并与轴之间产生强烈的摩擦。为保证车床主轴的平稳运转，确保轴颈受到最小的磨损，延长主轴的使用寿命，应合理选用轴承合金。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室1.轴承轴承是用来支承轴及轴上零件、保持轴的旋转精度和减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。轴承一般分为两大类：滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承有着一系列优点广泛应用。但是在高速、高精度、重载、特别是结构上要求剖分等场合下，滑动轴承就体现出它的优异性能。因而在汽轮
24、机、离心式压缩机、内燃机、大型电机中多采用滑动轴承。此外，在低速而带有冲击的机器中，如发电厂的磨煤机、水泥球磨机、滚筒清砂机、破碎机等也采用滑动轴承。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室2.润滑状态滑动润滑的目的是在摩擦表面之间形成低剪切强度的润滑膜，用它来减少摩擦阻力和降低材料磨损，润滑膜可以是由液体或气体组成的流体膜或者固体膜。根据润滑膜的形成原理和特征，润滑状态可以分为：（1）流体动压润滑；（2）液体静压润滑；（3）弹性流体动压润滑；（4）薄膜润滑；（5）边界润滑；（6）干摩擦状态。（见下页表）授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以
25、鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室各种润滑状态所形成的润滑膜厚度不同，但是单纯由润滑膜的厚度还不能准确地判断润滑状态，尚须与表面粗糙度进行对比。下页的图列出润滑膜厚度与粗糙度的数量级。只有当润滑膜厚度足以超过两表面的粗糙峰高度时，才有可能完全避免峰点接触而实现全膜流体润滑。对于实际机械中的摩擦副，通常总是几种润滑状态同时存在，统称为混合润滑状态。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室润滑膜厚度与粗糙度高度润滑膜厚度与粗糙度高度授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室3.建立油膜的条件一般认为，混合润滑是建立油膜，必须要有四个条
26、件：需要润滑的两个零件要处在运动状态；两个零件的进油口要有一个锲角；润滑油要有一定的黏度；要有足够的润滑油。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室4.滑动润滑的微观分析：授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室磨损的磨损的轴瓦轴瓦典型的锡基巴氏合金典型的锡基巴氏合金授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室5.典型磨损过程 授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室6.轴承合金的性能综上所述，对轴承合金提出如下的要求：足够的强度；摩擦系数小，耐磨性好；足够的塑性和韧性，较高的疲劳强度；良好的磨合性；轴瓦和轴颈
27、的结合表面应有微孔；良好的导热性，较小的膨胀系数和一定的耐蚀性。下页图为常用轴承合金的牌号、性能。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 7.本任务的结论（课本P140)根据上述分析，依据车床主轴轴承的性能要求和工作特点，最好选取锡基轴承合金制造，如ZSnSb11Cu6。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室8.简介钛及钛合金 钛及钛合金具有良好的综合机械性能。其突出的特点是比强度很高。且具有较高的耐热性和优良的耐蚀性。钛合金广泛用于航天、航空和热能、化工工业。钛合金常分为（）钛合金、
28、（）钛合金和（+）钛合金三种。常用（）钛合金和（+）钛合金。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室钛的另一个显著特点是耐腐蚀性强，这是由于它对氧的亲合力特别大，能在其表面上生成一层致密的氧化膜，可保护钛不受介质腐蚀。金属钛在大多数水溶液中，都能在表面生成钝化氧化膜。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好，甚至可与铂比美。但是，如果在某种介质中，能连续溶解钛表面氧化膜时，则钛在这种介质中便会受到腐蚀。例如，钛在氢氟酸、浓的或热的盐酸、硫酸和磷酸中，由于这些溶液溶解钛表面氧化膜，所以钛被腐蚀。如果在这些
29、溶液中加入氧化剂或某些金属离子时，则钛表面氧化膜便会受到保护，此时钛的稳定就趋于增加。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室钛及其合金的比强度（强度与重量比）在金属结构材料中是很高的，它的强度与钢材相当，但其重量仅为钢材的57%。另外，钛及其合金的耐热性很强，在500的大气中仍能保持良好的强度和稳定性，短时间工作温度甚至还可更高些。而铝在150，不锈钢在310，就失去原有的机械性能。当飞机、导弹、火箭高速飞行时，其发动机和表面温度相当高，铝合金已不能胜任，应用钛合金是十分合适的。正是由于钛及其合金具有强度大、重量轻、耐热性强的综合优良性能，在飞机制造中用它来代替其它金属
30、时，不仅可延长飞机的使用寿命，而且可以减轻其重量，从而大大提高其飞行性能。所以，钛是航空工业和宇宙航空工业中最有前途的结构材料之一。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室钛及其合金在航空工业中主要用于制造飞机发动机和机身。一般来讲，马赫数小于2的飞机，其发动机使用一部分钛及其合金，机身一般用铝合金。马赫数为2（即M2）的飞机，其发动机用钛量增加，而且机身也部分需要用钛。M3.5的飞机，其发动机入口温度已很高，就不能用钛合金而需用超级合金了，但其机身用钛量则显著增加。钛及其合金还具有良好的耐低温性能，即使在-250的超低温下，它仍具有较高的冲击强度，可耐高压抗震动。因此，
31、钛及其合金在火箭、导弹和宇宙飞船上不仅用于制造发动机外壳和结构部件，而且用于制造高压容器，如高压气瓶、低温液态燃料箱等。另外，钛及其合金在原子能反应堆和军用武器上都有应用。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室金属材料与热处理-8主讲主讲:朱明朱明 高级技师、经济师、工程师高级技师、经济师、工程师高级技能专业教师高级技能专业教师汽车维修高级考评员汽车维修高级考评员授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室模块九非金属材料非金属材料的分类有多种，下页是其中一种。我对非金属材料知之不多，在新科
32、技面前，有时可能连塑料和橡胶都分不清；只是凭着有不断看书学习的兴趣和工作经验，了解其中一二，诉诸以下，与大家共同学习。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 任务一：明确高分子材料的特点及应用 高分子材料又称为高聚物即高分子（大分子量）聚合物。聚合者，采用聚合的方法生产出来。通常，高聚物根据机械性能和使用状态可分为橡胶、塑料、合成纤维、胶粘剂和涂料等五类。各类高聚物之间并无严格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工艺，可以制成塑料，也可制成纤维，比如尼龙就是如此。而象聚氨酯一类的高聚物，在室温下既有玻
33、璃态性质，又有很好的弹性，所以很难说它是橡胶还是塑料。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 一、塑料 按照应用范围，塑料分为三种。1通用塑料通用塑料主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等六大品种。这一类塑料的特点是产量大、用途广、价格低，它们占塑料总产量的3/4以上，大多数用于日常生活用品。其中，以聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯这四大品种用途最广泛。（1）聚乙烯（PE）生产聚乙烯的原料均来自于石油或天然气，它是塑料工业产量最大的品种。聚乙烯的相对密度小（0.910.97），耐低温，电绝缘性能好，耐蚀性好。高压聚乙烯质地柔软，适于制造薄膜；
34、低压聚乙烯质地坚硬，可作一些结构零件。聚乙烯的缺点是强度、刚度、表面硬度都低，蠕变大，热膨胀系数大，耐热性低，且容易老化。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 （2）聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯是最早工业生产的塑料产品之一，产量仅次于聚乙烯，广泛用于工业、农业和日用制品。聚氯乙烯耐化学腐蚀、不燃烧、成本低、加工容易；但它耐热性差冲击强度较低，还有一定的毒性。聚氯乙烯要用于制作食品和药品的包装，必须采用共聚和混合的方法改进，制成无毒聚氯乙烯产品。（3）聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯是三十年代的老产品，目前是产量仅次于前两者的塑料品种。它有很好的加工性能，其薄膜具有优良的电绝缘性
35、，常用于电器零件；它的发泡材料相对密度小（0.33），有良好的隔音、隔热、防震性能，广泛应用于仪器的包装和隔音材料。聚苯乙烯易加入各种颜料制成色彩鲜艳的制品，用来制造玩具和各种日用器皿。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 （4）聚丙烯（PP）聚丙烯工业化生产较晚，但因其原料易得，价格便宜，用途广泛，所以产量剧增。它的优点是相对密度小，是塑料中最轻的，而它的强度、刚度、表面硬度都比PE塑料大；它无毒，耐热性也好，是常用塑料中唯一能在水中煮沸、经受消毒温度（130）的品种。但聚丙烯的粘合性、染色性、印刷性均差，低温易脆化，易受热、光作用而变质，且易燃，收缩大。聚丙烯有优
36、良的综合性能，目前主要用于制造各种机械零件，如法兰、齿轮、接头、把手、各种化工管道、容器等，它还被广泛用于制造各种家用电器外壳和药品、食品的包装等。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 （5）聚苯醚（PPO）聚苯醚是线型、非结晶的工程塑料，具有很好的综合性能。它的最大特点是使用温度宽（190190），达到热固性塑料的水平；它的耐摩擦磨损性能和电性能也很好，还具有卓越的耐水、蒸汽性能。所以聚苯醚主要用作在较高温度下工作的齿轮、轴承、凸轮、泵叶轮、鼓风机叶片、水泵零件、化工用管道、阀门以及外科医疗器械等。（6）聚砜（PSF）砜是硫酰基与烃基或芳香基结合成的有机化学物。聚砜
37、是分子链中具有硫键的透明树脂，具有良好的综合性能，它耐热性、抗蠕变性好，长期使用温度为150174，脆化温度为100。广泛应用于电器、机械设备、医疗器械、交通运输等。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室简介聚砜聚砜是分子主链中含有链节的热塑性树脂，（简称PSF或PSU）有聚芳砜聚芳砜和聚醚砜聚醚砜二种。PSF是略带琥珀色非晶型透明或半透明聚合物，力学性能优异，刚性大，耐磨、高强度，即使在高温下也保持优良的机械性能是其突出的优点，其范围为为-100150,长期使用温度为160,短期使用温度为 190,热稳定性高,耐水解,尺寸稳定性好,成型收缩率小,无毒,耐辐射,耐燃,有
38、熄性。在宽广的温度和频率范围内有优良的电性能。化学稳定性好，除浓硝酸、浓硫酸、卤代烃外，能耐一般酸、碱、盐，在酮、酯中溶胀。耐紫外线和耐候性较差。耐疲劳强度差是主要缺点。PSF成型前要预干燥至水份含量小于0.05。PSF可进行注塑、模压、挤出、热成型、吹塑等成型加工，熔体粘度高，控制粘度是加工关键，加工后宜进行热处理，消除内应力。可做成精密尺寸制品。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 （7）聚四氟乙烯（F4）聚四氟乙烯是氟塑料中的一种，具有很好的耐高、低温，耐腐蚀等性能。聚四氟乙烯几乎不受任何化学药品的腐蚀，它的化学稳定性超过了玻璃、陶瓷、不锈钢，甚至金、铂，俗称“
39、塑料王”。由于聚四氟乙烯的使用范围广，化学稳定性好，介电性能优良，自润滑和防粘性好，所以在国防、科研和工业中占有重要地位。（8）有机玻璃（PMMA）有机玻璃的化学名称是“聚甲基丙烯酸甲酯”。它是目前最好的透明材料，透光率达到92%以上，比普通玻璃好，且相对密度小（1.18），仅为玻璃的一半。有机玻璃有很好的加工性能，常用来制作飞机的座舱、弦舱，电视和雷达标图的屏幕，汽车风挡，仪器和设备的防护罩，仪表外壳，光学镜片等。有机玻璃的缺点是耐磨性差，也不耐某些有机溶剂。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室简介“塑料王”聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文缩写为PTFE。商品名为
40、“特氟隆”。被美誉为“塑料之王”。聚四氟乙烯广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的,它本身对人没有毒性，但是在生产过程中使用的原料之一全氟辛酸铵(PFOA)被认为可能具有致癌作用。聚四氟乙烯相对分子质量较大，低的为数十万，高的达一千万以上，一般为数百万。一般结晶度为9095，熔融温度为327342。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。温度低于19时，形成136螺旋；在19发生相变，分子稍微解开，形成157螺旋。授人以鱼不
41、如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室虽然在全氟碳化合物中碳-碳键和碳-氟键的断裂需要分别吸收能量346.94kJmol和484.88kJmol，但聚四氟乙烯解聚生成1mol（摩尔升)四氟乙烯仅需能量171.38kJ。所以在高温裂解时，聚四氟乙烯主要解聚为四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420时的失重速率（）每小时分别为110-4、410-3和910-2。可见，聚四氟乙烯可在 260长期使用。由于高温裂解时还产生剧毒的副产物氟光气和全氟异丁烯等，所以要特别注意安全防护并防止聚四氟乙烯接触明火。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室力学性能：它的摩擦系
42、数极小，仅为聚乙烯的15，这是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳链分子间作用力极低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。它在250的温度下不熔化，在-260的超低温中不发脆。聚四氟乙烯光滑异常，连冰都比不过它；它绝缘性能特别好，报纸厚的一层薄膜，便足以抵挡1500V的高压电。聚四氟乙烯在-196260的较广温度范围内均保持优良的力学性能，全氟碳高分子的特点之一是在低温不变脆。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室耐化学腐蚀和耐候性：除熔融的碱金属外，聚四氟乙烯几乎不受任何化学试剂腐蚀。例如在浓硫酸、硝酸、盐酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均无变化，也几乎不溶于所有的溶剂，只在3
43、00以上稍溶于全烷烃（约0.1g100g）。聚四氟乙烯不吸潮，不燃，对氧、紫外线均极稳定，所以具有优异的耐候性。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室电性能：聚四氟乙烯在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低，而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高。耐辐射性能：聚四氟乙烯的耐辐射性能较差（104拉德），受高能辐射后引起降解，高分子的电性能和力学性能均明显下降。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室可降解塑料的降解过程初放时初放时1个月个月2个月个月2.5个月个月3个月个月授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 2工程塑
44、料 工程塑料是指能作为结构材料在机械设备和工程结构中使用的塑料。它们的机械性能较好，耐热性和耐腐蚀性也比较好，是当前大力发展的塑料品种。这类塑料主要有：聚酰胺、聚甲醛、有机玻璃、聚碳酸酯、ABS塑料、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。（1）聚酰胺（PA）聚酰胺又叫尼龙或锦纶，是最先发现能承受载荷的热塑性塑料，在机械工业中应用比较广泛。它的机械强度较高，耐磨、自润滑性好，而且耐油、耐蚀、消音、减震，大量用于制造小型零件，代替有色金属及其合金。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室（2）聚甲醛（POM）甲醛是没有侧链、高密度、高结晶性的线型聚合物，性能比尼龙好，但耐候性较差。聚甲醛按
45、分子链化学结构不同分为均聚甲醛和共聚甲醛。聚甲醛（POM）是一种性能优良的工程塑料，在国外有“超钢”之称。POM具有类似金属的硬度、强度和钢性，在很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性、良好的耐疲劳性，并富于弹性，此外它还有较好的耐化学品性。POM以低于其他许多工程塑料的成本，正在替代一些传统上被金属所占领的市场，如替代锌、黄铜、铝和钢制作许多部件，自问世以来，POM已经广泛应用于电子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业等领域。在很多新领域的应用，如医疗技术、运动器械等方面，POM也表现出较好的增长态势。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室 （3）聚碳酸酯
46、 聚碳酸酯是新型热塑性工程塑料，品种很多，工程上常用的是芳香族聚碳酸酯，其综合性能很好，近年来发展很快，产量仅次于尼龙。聚碳酸酯的化学稳定性也很好，能抵抗日光、雨水和气温变化的影响，它的透明度高，成型收缩率小，制件尺寸精度高，广泛应用于机械、仪表、电讯、交通、航空、光学照明、医疗器械等方面。如波音747飞机上就有2500个零件用聚碳酸酯制造，其总重量达二吨。（4）ABS塑料 ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种组元所组成，三个单体量可以任意变化，制成各种品级的树脂。ABS具有三种组元的共同性能，丙烯腈使其耐化学腐蚀，有一定的表面硬度，丁二烯使其具有韧性，苯乙烯使其具有热塑性苏联的加工特性，因此
47、ABS是具有“坚韧、质硬、刚性”的材料。ABS塑料性能好，而且原料易得，价格便宜，所以在机械加工、电器制造、纺织、汽车、飞机、轮船、化工等工业中得到广泛应用。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室简介尼龙的历史：人们对尼龙并不陌生，在日常生活中尼龙制品比比皆是，但是知道它历史的人就很少了。尼龙是世界上首先研制出的一种合成纤维。二十世纪初，企业界搞基础科学研究还被认为是一种不可思议的事情。1926年美国最大的工业公司杜邦公司的出于对基础科学的兴趣，建议该公司开展有关发现新的科学事实的基础研究。1927年该公司决定每年支付25万美元作为研究费用，并开始聘请化学研究人员，到1
48、928年杜邦公司成立了基础化学研究所，年仅32岁的卡罗瑟斯（18961937)博士受聘担任该所有机化学部的负责人。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室卡罗瑟斯，美国有机化学家。1896年4月27日出生于美国爱荷华州威尔明顿。1937年4月29日卒于美国费城。1924年获伊利诺伊大学博士学位后，先后在该大学和哈佛大学担任有机化学的教学和研究工作。1928年应聘在美国杜邦公司设于威尔明顿的实验室中进行有机化学研究。他主持了一系列用聚合方法获得高分子量物质的研究。1935年以己二酸与己二胺为原料制得聚合物，由于这两个组分中均含有6个碳原子，当时称为聚合物66。他又将这一聚合
49、物熔融后经注射针压出，在张力下拉伸称为纤维。这种纤维即聚酰胺66纤维，1939年实现工业化后定名为耐纶（Nylon），是最早实现工业化的合成纤维品种。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室尼龙的合成奠定了合成纤维工业的基础，尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新。用这种纤维织成的尼龙丝袜既透明又比丝袜耐穿，1939年10目24日杜邦公在总部所在地公开销售尼龙丝长袜时引起轰动，被视为珍奇之物争相抢购，人们曾用“象蛛丝一样细，象钢丝一样强，象绢丝一样美”的词句来赞誉这种纤维，到1940年5月尼龙纤维织品的销售遍及美国各地。从第二次世界大战爆发直到1945年，尼龙工业被转向制降落伞
50、、飞机轮胎帘子布、军服等军工产品。由于尼龙的特性和广泛的用途，第二次世界大战后发展非常迅速，尼龙的各种产品从丝袜、衣着到地毯，渔网等，以难以计数的方式出现，是三大合成纤维之一。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室简介聚碳酸酯PC是一种无色透明的无定性热塑性材料。耐酸，耐油，不耐紫外光，不耐强硷。抗冲击，阻燃，在普通使用温度内都有良好的机械性能。聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加剂就具有阻燃性能。但是与聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）相比，聚碳酸酯价格较低，并可通过本体聚合的方法生产大型的器件。随着聚碳酸酯生产规模的日益扩大，聚碳酸酯与有机玻璃之间的价