機(jī)械工程材料授課講義doc

1、第七章 鑄 鐵本章提要本章介紹鑄鐵的特點(diǎn)、分類及編號(hào)，碳在鑄鐵中的兩種形式存在。合金元素對(duì)鑄鐵中碳的存在形式和對(duì)基體組織及石墨化過(guò)程、石墨形態(tài)的影響，熱處理對(duì)鑄鐵基體組織的影響。介紹灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及特殊性能鑄鐵的化學(xué)成分、組織及性能特點(diǎn)和應(yīng)用，介紹它們的石墨化過(guò)程、孕育處理、球化處理及熱處理工藝。重點(diǎn)討論灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵及球墨鑄鐵中石墨及基體的組織特征，合金元素和熱處理工藝的作用，鑄鐵的特點(diǎn)及應(yīng)用。7.1 概 述一. 鑄鐵的特點(diǎn)及分類1. 特點(diǎn)1) 成分C2.11%wt的鐵碳合金稱為鑄鐵，特點(diǎn)是含有較高的C和Si，同時(shí)也含有一定的Mn、P、S等雜質(zhì)元素。常用鑄鐵的成分為：2.5

2、4.0%C，1.03.0%Si，0.51.4%Mn，0.010.50%P，0.020.20%S。為提高鑄鐵性能，常加入合金元素Cr、Mo、V、Cu、Al等形成合金鑄鐵。2) 組織鑄鐵中C、Si含量較高，C大部分、甚至全部以游離狀態(tài)石墨（G）形式存在。3) 性能鑄鐵的缺點(diǎn)是由于石墨的存在，使它的強(qiáng)度、塑性及韌性較差，不能鍛造，優(yōu)點(diǎn)是其接近共晶成分，具有良好的鑄造性；由于游離態(tài)石墨存在，使鑄鐵具有高的減摩性、切削加工性和低的缺口敏感性。目前，許多重要的機(jī)械零件能夠用球墨鑄鐵來(lái)代替合金鋼。2. 分類根據(jù)C的存在形式，可以將鑄鐵分為：1) 白口鑄鐵：C全部以滲碳體形式存在，如共晶鑄鐵組織為L(zhǎng)d，斷口白

3、亮，硬而脆，很少應(yīng)用；2) 灰口鑄鐵：C大部分或全部以石墨形式存在，如共晶鑄鐵組織為F+G、F+P+G、P+G，斷口暗灰，廣泛應(yīng)用；3) 麻口鑄鐵：C大部分以滲碳體形式存在，少部分以石墨形式存在，如共晶鑄鐵組織為L(zhǎng)d+P+G，斷口灰白相間，硬而脆，很少應(yīng)用。根據(jù)石墨形態(tài)，灰口鑄鐵可以分為：1) 普通灰口鑄鐵：G呈片狀；2) 孕育鑄鐵：G呈細(xì)片狀；3) 可鍛鑄鐵：G呈團(tuán)絮狀；4) 蠕墨鑄鐵：G呈蠕蟲狀；5) 球墨鑄鐵：G呈球狀。根據(jù)金屬基體組織不同，灰口鑄鐵又可分為：F、F+P及P灰口鑄鐵。二. 鑄鐵的石墨化1. Fe-G相圖圖7-1為Fe-C雙重相圖。G為六方晶格，如圖7-2?；嫔显右怨矁r(jià)

4、鍵結(jié)合，基面之間原子以范氏鍵結(jié)合，因此鑄鐵的強(qiáng)度、硬度、塑性及韌性極低。從熱力學(xué)講，G為穩(wěn)定態(tài)，而Fe3C為亞穩(wěn)態(tài)。在冷卻速度非常緩慢或加入石墨化元素，可促使碳按石墨轉(zhuǎn)變。但是，當(dāng)冷卻速度較快時(shí)，由于成分起伏及結(jié)構(gòu)起伏（L、A和Fe3C的成分更接近）的原因，也可析出滲碳體。2. 鑄鐵石墨化過(guò)程鑄鐵中G的形成過(guò)程稱為石墨化過(guò)程，大致分為兩個(gè)階段。1) 第一階段：從L相中析出的一次石墨（G）和共晶轉(zhuǎn)變形成的共晶G，以及Fe3C和共晶Fe3C分解出的G；2) 第二階段：在共晶溫度至共析溫度之間析出的二次石墨（G）和共析G以及Fe3C和共析Fe3C分解出的G。高溫時(shí)，石墨化過(guò)程進(jìn)行比較完全；低溫時(shí)，若

5、冷卻速度較快，石墨化過(guò)程將部分或全部被抑制。因此，灰口鑄鐵在室溫下將可能得到P+G、F+P+G、F+G等組織。3. 影響鑄鐵石墨化因素主要化學(xué)成分、冷卻速度及鐵水處理等因素。1) 化學(xué)成分合金元素可以分為促進(jìn)石墨化元素和阻礙石墨化元素，順序?yàn)椋篈l、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等。其中，Nb為中性元素，向左促進(jìn)程度加強(qiáng)，向右阻礙程度加強(qiáng)。C和Si是鑄鐵中主要的強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素，為綜合考慮它們的影響，引入碳當(dāng)量CE = C% + 1/3Si%，一般CE4%，接近共晶點(diǎn)。S是強(qiáng)烈阻礙石墨化元素，降低鑄鐵的鑄造和力學(xué)性能，控制其含量。2)

6、 冷卻速度冷速越快，不利于鑄鐵的石墨化，這主要取決于澆注溫度、鑄型材料的導(dǎo)熱能力及鑄件壁厚等因素。冷速過(guò)快，第二階段石墨化難以充分進(jìn)行。圖7-3給出C、Si總量和冷卻速度對(duì)鑄鐵組織的影響，稱為Greiner組織圖，分析之。三. 石墨與基體對(duì)鑄鐵性能的影響1. G的數(shù)量、大小、形狀及分布1) 數(shù)量：G破壞基體連續(xù)性，減小承載面積，是應(yīng)力集中和裂紋源，故G越多，抗拉強(qiáng)度、塑性及韌性越低；2) 大?。涸酱?，局部承載面積越小，越細(xì)，應(yīng)力集中越大，均使性能下降，故有適合尺寸（長(zhǎng)度0.030.25mm）；3) 分布：越均勻，性能越好；（4）由片狀至球狀，強(qiáng)度、塑性及韌性均提高。2. 基體F基體塑性和韌性好

7、，P基體強(qiáng)度、硬度及耐磨性高。3. G對(duì)其他性能的影響（如前）7.2 常用鑄鐵一. 灰口鑄鐵灰口鑄鐵中的G呈片狀分布，分為普通灰口鑄鐵和孕育鑄鐵。1. 灰口鑄鐵的牌號(hào)、成分與組織1) 牌號(hào)：新標(biāo)準(zhǔn)GB5612-85，HT（灰鐵）+三位數(shù)字（最低b），表7-1。其中，HT100為F基，HT150為F+P基，HT200250為P基，HT250350為孕育鑄鐵。2) 成分：2.53.6%C，1.12.5%Si，0.61.2%Mn及少量S和P。3) 組織：G呈片狀，按基體分為F、F+P及P灰口鑄鐵，分別適用于低、中、較高負(fù)荷，圖7-4。2. 灰口鑄鐵的性能與應(yīng)用由于粗大片狀的G存在，灰口鑄鐵的抗拉強(qiáng)度

8、、塑性及韌性低，但其鐵水流動(dòng)性好、凝固收縮小、缺口敏感性小、抗壓強(qiáng)度高、切削加工性好，并且具有減摩及消震作用。3. 灰口鑄鐵的孕育處理加入0.30.8%硅鐵，經(jīng)孕育劑處理的孕育鑄鐵具有更高的性能，用于制造承受高載荷的另構(gòu)件。4. 灰口鑄鐵的熱處理只能改變基體，而不能改變G的形態(tài)和分布，強(qiáng)化效果不如鋼和球墨鑄鐵。1) 消除內(nèi)應(yīng)力退火（人工時(shí)效）為消除內(nèi)應(yīng)力引起的變形或開裂，將鑄件緩慢加熱（60100/h）至500550保溫一點(diǎn)時(shí)間（每10mm保溫2h），然后隨爐緩冷（2040/h）至150200出爐空冷。2) 高溫石墨化退火為消除表面或薄壁處的白口組織，降低硬度，改善切削加工性，將鑄件加熱至85

9、0950保溫14h（A+G），使部分滲碳體分解為G，然后隨爐緩冷至400500以下出爐空冷。高溫退火得到F或F+P基灰口鑄鐵。3) 正火為消除白口和提高強(qiáng)度、硬度及耐磨性，將鑄件加熱至850950，保溫13h，然后出爐空冷，最后得到P基灰口鑄鐵。4) 表面淬火為提高表面強(qiáng)度、硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，通過(guò)表面淬火使鑄件表層得到細(xì)M和石墨的硬化層。一般選用孕育鑄鐵，基體最好為P組織。二. 可鍛鑄鐵由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火使?jié)B碳體分解為團(tuán)絮狀G的一種高強(qiáng)度灰口鑄鐵，分為黑心可鍛鑄鐵（F基）、珠光體可鍛鑄鐵（P基）及白心可鍛鑄鐵（表層氧化脫碳，少用）?？慑戣T鐵的強(qiáng)度、韌性，特別是塑性高于普通灰

10、口鑄鐵，實(shí)際不能鍛造。1. 可鍛鑄鐵的牌號(hào)、成分與組織1) 牌號(hào)：按GB978-67，KT（可鐵）+ H、Z、B（黑心、珠光體、白心）+ 三位數(shù)字（最低b）+ 二位數(shù)字（最低）。2) 成分：可鍛鑄鐵由兩個(gè)矛盾的工藝組成，即先得到白口鐵，再經(jīng)石墨化退火得到可鍛鑄鐵。因此，要適當(dāng)降低石墨化元素C、Si和增加阻礙石墨化元素Mn、Cr，化學(xué)成分為：2.42.8%C，0.81.4%Si，0.30.6%Mn（珠光體可鍛鑄鐵1.01.2%）。3) 組織：基體為F和P，G為團(tuán)絮狀，圖7-5。2. 可鍛鑄鐵的石墨化退火1) 黑心可鍛鑄鐵：將白口鐵加熱至9501000，保溫約15h，共晶Fe3CA+團(tuán)絮狀G。從高

11、溫冷卻至720750，AG，在這個(gè)溫度區(qū)間以35/h速度通過(guò)共析溫區(qū)，AF+團(tuán)絮狀G；也可在略低于共析溫度保溫1520h，共析Fe3CF+團(tuán)絮狀G，最后得到F可鍛鑄鐵。2) P可鍛鑄鐵：加熱后冷卻至800860，AG，然后出爐空冷使共析Fe3C不分解，最后得到P可鍛鑄鐵，圖7-6。3. 可鍛鑄鐵的性能與應(yīng)用F可鍛鑄鐵塑性及韌性較好，P可鍛鑄鐵強(qiáng)度、硬度及耐磨性較高，表7-2。三. 球墨鑄鐵始于1948年，我國(guó)于1950年開始研制鎂石墨鑄鐵。由于G呈球狀分布，球墨鑄鐵的性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他鑄鐵，應(yīng)用甚廣。1. 球墨鑄鐵的牌號(hào)、成分與組織1) 牌號(hào)：按GB1348-78，QT（球鐵）+ 三位數(shù)字（最低b

12、）+ 兩位數(shù)字（最低），表7-3。2) 成分：強(qiáng)烈石墨化元素C、Si含量較高，CE4.54.7%，屬于過(guò)共晶，含碳量過(guò)低，球化不良，含碳量過(guò)高，G漂浮。一般采取“高碳低硅原則”。阻礙石墨化元素Mn，有利與形成P基體，含量較低。S、P限制很嚴(yán)。由球化劑殘留的微量Mg及RE?；瘜W(xué)成分一般為：3.63.9%C，2.03.0%Si，0.60.7%Mn。3) 組織：G呈球狀分布于金屬基體中，每個(gè)球是由若干個(gè)錐形石墨單晶體組成，這些單晶體是由共同的結(jié)晶核心沿徑向生長(zhǎng)而成?；w有F、F+P、P或通過(guò)熱處理得到S、T、下B、M等，圖7-7。2. 球墨鑄鐵的球化處理與孕育處理將球化劑加入鐵水中（一般放入澆包底部

13、）的操作過(guò)程稱為球化處理。常用的球化劑有鎂、稀土及稀土鎂合金。鎂和稀土為強(qiáng)烈阻礙石墨化元素，為防止白口，同時(shí)進(jìn)行孕育處理，孕育劑一般選用硅鐵。3. 球墨鑄鐵的性能與應(yīng)用球鐵具有優(yōu)良的機(jī)械性能，G的圓整度好、球徑小、分布均勻，性能越高，表7-3。在“以鑄代鍛，以鐵代鋼”方面有廣泛應(yīng)用。4. 球墨鑄鐵的熱處理球鐵的機(jī)械性能除與G有關(guān)外，主要取決于基體。通過(guò)熱處理可以改變基體組織，提高性能。由于球鐵中含有較多的C、Si、Mn等元素，決定了其熱處理具有如下特點(diǎn)：（1）G參與了相變過(guò)程；（2）共晶（析）溫度高于碳鋼，奧氏體化溫度和時(shí)間均高于碳鋼；（3）可以大幅度調(diào)整F和A的相對(duì)量，得到不同比例的F和P基

14、體組織。1) 退火(2) 消除內(nèi)應(yīng)力退火：如前。(3) 高溫石墨化退火：將鑄件加熱至900950保溫14h（第一階段石墨化），然后爐冷至600650出爐空冷。(4) 低溫石墨化退火：將鑄件加熱至720760保溫36h，然后爐冷至600出爐空冷。目的是消除自由滲碳體（高溫退火）或共析滲碳體（低溫退火），得到F球鐵，降低硬度，提高切削加工性。2) 正火(1) 高溫正火（完全A化正火）：將鑄件加熱至Afc1+5070（880900）保溫13h，使基體全部A化，然后出爐空冷，獲得P球鐵。冷卻時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，采用550600保溫24h空冷的回火消除，圖7-8。(2) 低溫正火（不完全A化正火）：將鑄件加熱

15、至共析溫度區(qū)間Asc1Afc1（820860）保溫13h，使基體部分A化，然后出爐空冷，獲得P+F球鐵。若內(nèi)應(yīng)力較大，采用同樣的回火消除。目的是細(xì)化組織，提高強(qiáng)度、硬度及耐磨性。3) 調(diào)質(zhì)將鑄件加熱至Afc1+3050（860900）保溫24h，然后油淬，再經(jīng)550600回火46h，獲得回火S基體+球狀G組織。目的是提高綜合機(jī)械性能。4) 等溫淬火將鑄件加熱至Afc1+3050（860900）保溫一段時(shí)間，然后淬入Ms以上某一溫度的鹽浴中等溫一段時(shí)間（一般250350，3090min），使過(guò)冷A轉(zhuǎn)變?yōu)橄翨基體組織。目的是提高綜合力學(xué)性能。四. 特殊性能鑄鐵在普通鑄鐵基礎(chǔ)上加入某些合金元素，形成

16、具有特殊性能的合金鑄鐵。1. 耐磨鑄鐵1) 無(wú)潤(rùn)滑條件下使用的耐磨鑄鐵（抗磨鑄鐵）(1) 白口鑄鐵，強(qiáng)度和韌性差，不能直接使用；(2) 合金白口鑄鐵，包括P合金白口鑄鐵和M合金白口鑄鐵；(3) 激冷鑄鐵，形成表面為白口，心部為灰口的組織；(4)稀土鎂中錳球墨鑄鐵，提高了強(qiáng)度和韌性，組織為M或下B+A+K+球狀G，表7-4。Mn的作用：阻礙石墨化元素；擴(kuò)大區(qū)元素，降低Ms點(diǎn)；提高淬透性。(2) 有潤(rùn)滑條件下使用的耐磨鑄鐵（減摩鑄鐵）獲得P基體組織，而G為良好的潤(rùn)滑劑，主要有高磷鑄鐵：在普通灰鑄鐵中加入0.40.7%P，形成高硬度呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布的磷共晶。2. 耐熱鑄鐵鑄鐵耐熱性：在高溫下鑄鐵抵抗“

17、氧化”和“生長(zhǎng)”的能力。生長(zhǎng)是指鑄鐵在反復(fù)加熱和冷卻時(shí)產(chǎn)生的不可逆體積長(zhǎng)大現(xiàn)象，原因有氧化性氣體沿G片界面或裂紋滲入發(fā)生內(nèi)氧化；滲碳體在高溫下分解為G；基體組織發(fā)生相變。提高耐熱性的主要途徑：1) 加入Cr、Al、Si形成氧化膜，獲得單相F基體；2) 加入Ni、Mn、Cu獲得單相A基體；3) 加入Cr、V、Mo、Mn阻礙石墨化元素，以免高溫時(shí)滲碳體分解為G；4) 加入球化劑使G球化。耐熱合金鑄鐵見表7-5，主要類型有硅系耐熱鑄鐵，如RT（熱鐵）Si5.5（56%Si）和RQTSi5.5；鋁系耐熱鑄鐵；鋁硅系耐熱鑄鐵；鉻系耐熱鑄鐵。3. 耐蝕鑄鐵提高鑄鐵耐蝕性的主要途徑有：1) 加入Cr、Al、

18、Si形成保護(hù)膜；2) 加入Cr、Si、Mo、Cu、Ni提高F基體的電極電位；3) 加入Cr、Si、Ni獲得單相F或A基體；4) 減少G數(shù)量，形成球狀G。耐蝕鑄鐵主要有高硅耐蝕鑄鐵、高鋁耐蝕鑄鐵和高鉻耐蝕鑄鐵，如ST（蝕鐵）Si15及SQTSi15。第八章 有色金屬及其合金本章提要本章介紹鋁及其合金、銅及其合金和滑動(dòng)軸承合金的分類、編號(hào)、成分、性能及用途。著重分析鋁銅合金的時(shí)效強(qiáng)化，討論鋁合金及銅合金的成分、性能、熱處理特點(diǎn)及應(yīng)用，簡(jiǎn)述滑動(dòng)軸承合金的工作條件和性能。鐵及其合金稱為黑色金屬，除此以外的稱為有色金屬，包括輕金屬、重金屬、貴金屬、稀有金屬及放射性金屬。8.1 鋁及鋁合金一. 工業(yè)純鋁1

19、. 結(jié)構(gòu)與性能密度2.72g/cm3，熔點(diǎn)660.37，F(xiàn)CC晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，特點(diǎn)是：（1）密度小，熔點(diǎn)低，強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性高；（2）優(yōu)良的導(dǎo)電及導(dǎo)熱性；（3）優(yōu)良的耐蝕性。2. 純鋁的牌號(hào)及用途壓力加工產(chǎn)品用L表示，后面的順序號(hào)表示雜質(zhì)含量的多少，分類：1) 工業(yè)純鋁：L1L7（99.798%），編號(hào)大，純度低；2) 高純鋁：L04L01（99.99699.93%），編號(hào)大，純度高。二. 鋁合金1. 鋁合金的性能及分類某些鋁合金經(jīng)熱處理后強(qiáng)度顯著提高，特別是比強(qiáng)度（b/）很高，重要的航空材料。鋁合金大多為共晶型，除形成有限固溶體外，還形成金屬間化合物，主要分為形變鋁合金和鑄造鋁

20、合金，圖8-1。2. 鋁合金的熱處理以Al-Cu合金為例，圖8-2，討論合金的固溶處理和時(shí)效強(qiáng)化。與鋼的熱處理不同，鋁無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，加熱時(shí)發(fā)生（+CuAl2），淬火時(shí)（平衡）（過(guò)飽和），結(jié)構(gòu)不變。固溶處理：將合金加熱至單相固溶體區(qū)保溫后快速冷卻，得到過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝。固溶強(qiáng)化效果不明顯。時(shí)效處理：將過(guò)飽和固溶體在室溫放置很長(zhǎng)時(shí)間或者加熱至某一溫度保溫一段時(shí)間，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度、硬度升高，這種熱處理工藝稱為時(shí)效處理（前者為自然時(shí)效，后者為人工時(shí)效），這種強(qiáng)化方法稱為時(shí)效強(qiáng)化。影響時(shí)效強(qiáng)化的因素有（1）固溶體濃度，濃度越大，強(qiáng)化效果越大；（2）時(shí)效溫度，溫度越高，時(shí)效加快，但降低最高

21、硬度值；（3）時(shí)效時(shí)間，時(shí)間越長(zhǎng)，強(qiáng)化效果越好，但超過(guò)一定時(shí)間，產(chǎn)生軟化。過(guò)時(shí)效：若時(shí)效溫度過(guò)高，等溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致合金軟化。Al-4%Cu合金的自然時(shí)效和人工時(shí)效見圖8-3，4，其基本過(guò)程為：（1）在100上形成Cu原子富集區(qū)，G. P. 區(qū)，F(xiàn)CC，共格；，正方點(diǎn)陣，共格，硬度最大；（3），正方點(diǎn)陣，半共格，硬度降低；（4）（CuAl2），正方點(diǎn)陣，非共格，明顯過(guò)時(shí)效。3. 形變鋁合金要求有良好的冷熱加工性，不允許有過(guò)多的第二相，一般Me5%，高強(qiáng)度合金中，Me = 814%。分為可熱處理強(qiáng)化鋁合金（硬鋁、超硬鋁及鍛鋁）和不能熱處理強(qiáng)化鋁合金（防銹鋁），分別表示為L(zhǎng)Y、LC、LD和LF，其

22、后為順序號(hào)，表8-1。1) 防銹鋁合金主要有Al-Mn，Al-Mg合金，特點(diǎn)為耐蝕性高，塑性和焊接性好，切削加工性差。Al-Mn系防銹鋁主要為L(zhǎng)F21，1.01.6%Mn，退火狀態(tài)為+MnAl6。Mn作用為固溶強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化（少量MnAl6），提高耐蝕性。Al-Mg系防銹鋁常用的為L(zhǎng)F2，3，5，6等。Mg作用為固溶強(qiáng)化。2) 硬鋁合金（杜拉鋁）典型的是Al-Cu-Mg系合金，特點(diǎn)是時(shí)效后強(qiáng)度、硬度很高，加工性能好，但耐蝕性差，易晶間腐蝕，常采用包鋁。加入Cu、Mg形成強(qiáng)化相S（CuMgAl2）、（CuAl2）、T（CuMg2Al6）和（Mg2Al3）（強(qiáng)化效果依次減弱），在Al中有較大溶解度

23、。合金元素總量增加，強(qiáng)化相數(shù)量增多，強(qiáng)度提高，CuMg = 2.61，強(qiáng)化效果最好。(1) 低強(qiáng)度硬鋁合金：如LY1LY10，主要析出相，強(qiáng)度低，塑性高，鉚接材料。(2) 中強(qiáng)度（標(biāo)準(zhǔn)）硬鋁合金：如LY11，主要為，其次為S，強(qiáng)度較高，塑性較好，中等載荷結(jié)構(gòu)件。(3) 高強(qiáng)度硬鋁合金：典型LY12，主要為S，其次為，強(qiáng)度較高，良好的耐熱性，塑性較差，較高載荷結(jié)構(gòu)件。3) 超硬鋁合金典型的是Al-Zn-Mg-Cu系合金，特點(diǎn)是時(shí)效后強(qiáng)度、硬度更高，熱加工性能好，但塑性及耐蝕性差，采用包鋁。Al-Zn-Mg形成穩(wěn)定性更高的強(qiáng)化相（MgZn2）和T（Al2Mg3Zn3），其次還有（MgZn5）和（M

24、g2Al3）。Zn、Mg含量增加，強(qiáng)度提高，但塑性和耐蝕性下降。超硬鋁有LC4，強(qiáng)化相主要為+T，其次為S，強(qiáng)度較高；LC6，+T更多，強(qiáng)度更高。4) 鍛鋁合金典型為Al-Mg-Si-Cu系合金，特點(diǎn)為熱塑性及耐蝕性高。Al-Mg-Si形成Mg2Si，加Cu形成W（Cu4Mg5Si4Alx）、（CuAl2）和S（CuMgAl2），主要為Mg2Si和 W。常用的有LD2、LD5、LD6、LD10等。4. 鑄造鋁合金鑄造鋁合金除了要有足夠的機(jī)械性能及耐蝕性外，還要有優(yōu)良的鑄造性能。共晶合金的鑄造性能最好，但由于有大量脆性相，使脆性增加，因此實(shí)際使用的并非都是共晶合金，只是比形變鋁合金的合金元素高一

25、些，一般Me = 825%。用ZL（鑄鋁）表示，第一位數(shù)表示合金系（1：Al-Si，2：Al-Cu，3：Al-Mg，4：Al-Zn），后兩位數(shù)為順序號(hào)，表8-2。1) 鋁硅系鑄造鋁合金（鋁硅明）航空業(yè)應(yīng)用最廣的材料，特點(diǎn)是有良好的鑄造、耐蝕和機(jī)械性能，相圖8-5。(1) 簡(jiǎn)單鋁硅合金（簡(jiǎn)單鋁硅明）：典型的ZL102，1113%Si，屬于過(guò)共晶（共晶點(diǎn)11.7%Si），組織為少量塊狀初晶Si+（+粗大針狀Si），強(qiáng)度、塑性及韌性差。變質(zhì)處理，即加入23%的鈉鹽變質(zhì)劑可得到+（+Si）的細(xì)小組織，如圖8-6，具有良好的鑄造、耐熱、耐蝕和焊接性能，但不能時(shí)效強(qiáng)化，強(qiáng)度較低。(2) 含Mg的特殊鋁硅合

26、金（特殊鋁硅明）：在Al-Si合金中加入Mg，形成Mg2Si。常用的有ZL101、ZL104，經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理加人工時(shí)效，組織為細(xì)小亞共晶+Mg2Si，使強(qiáng)度提高。(3) 含Cu的特殊鋁硅合金（特殊鋁硅明）：加入Cu形成（CuAl2）。常用的有ZL107，經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理加人工時(shí)效，使強(qiáng)度明顯提高。(4) 含Cu、Mg的特殊鋁硅合金（特殊鋁硅明）：同時(shí)加入Cu、Mg，除形成Mg2Si、外，還形成W（Cu4Mg5Si4Alx）、S（CuMgAl2）相。常用的有ZL103、105、110，強(qiáng)度更高且具有高的耐熱性（使用溫度小于250）。2) 鋁銅系鑄造鋁合金特點(diǎn)是耐熱性在鋁合金中最高。缺點(diǎn)是鑄造性和耐蝕性

27、差，隨著Cu增加，鑄造性能越好，耐蝕性增加，但強(qiáng)度降低（共晶點(diǎn)33.2%Cu，見圖8-2），因此Cu14%。常用的合金中，ZL201為Al-Cu-Mn系，除形成外，還形成耐熱性更高的T（CuMn2Al12），使用溫度小于300；ZL202、203為Al-Cu系，前者含810%Cu，鑄造性能較好。3) 鋁鎂系鑄造鋁合金特點(diǎn)是密度最小，耐蝕性最好，強(qiáng)度最高，有較好的韌性。缺點(diǎn)是鑄造性差，熱強(qiáng)性低，使用溫度小于200。常用的有ZL301、302。ZL301的室溫組織為+Mg5Al8。因?yàn)闀r(shí)效時(shí)直接析出平衡相，強(qiáng)化效果較差，故一般溫油或溫水淬火后使用，綜合力學(xué)性能較高。4) 鋁鋅系鑄造鋁合金特點(diǎn)是強(qiáng)度

28、較高，有良好的鑄造、切削加工性能。缺點(diǎn)是耐蝕性差。常用ZL401（含Zn鋁硅明），屬于Al-Zn-Si系。8.2 銅及銅合金一. 純銅（紫銅）1. 結(jié)構(gòu)與性能密度8.94g/cm3，熔點(diǎn)1083，無(wú)磁性，F(xiàn)CC晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，特點(diǎn)是：（1）優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐蝕性（不耐硝酸和硫酸）；（2）高的塑性及可焊性。2. 純銅的牌號(hào)及用途按氧含量和生產(chǎn)方法不同分類，表8-3：1) 韌銅（工業(yè)純銅）：0.020.10%O，用T（銅）表示，T1T4，順序號(hào)越大，純度越低；2) 無(wú)氧銅：0.003%O，用TU（無(wú)氧銅）表示，TU1、TU2；3) 脫氧銅：0.01%O，用TU+脫氧劑化學(xué)符號(hào)表示，TUP、

29、TUMn（磷脫氧銅和錳脫氧銅）。二. 銅的合金化和銅合金的分類及編號(hào)1. 銅的合金化純銅強(qiáng)度較低，加工硬化較為顯著，但塑性大為降低，合金化是有效途徑。1) 固溶強(qiáng)化：優(yōu)先選擇與銅固溶度大的合金元素，如Zn、Al、Sn、Mn、Ni等。2) 時(shí)效強(qiáng)化：選擇固溶度隨溫度變化大的合金元素，如Be。3) 過(guò)剩相強(qiáng)化：第二相的彌散強(qiáng)化作用。2. 銅合金的分類及編號(hào)根據(jù)加入合金元素的不同，分為黃銅、青銅和白銅。1) 黃銅以Zn為主加元素的銅合金稱為黃銅，分為Cu-Zn二元合金的普通（簡(jiǎn)單）黃銅和在Cu-Zn基礎(chǔ)上加入其他合金元素形成的特殊（復(fù)雜）黃銅，各種黃銅牌號(hào)見表8-4、5、6。普通黃銅牌號(hào)：H（黃）+

30、銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如H80。特殊黃銅牌號(hào)：H（黃）+第一合金元素+銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)第一合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)第二合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如HAl59-3-2。鑄造黃銅牌號(hào)：ZCuZn+鋅（第一合金元素）質(zhì)量分?jǐn)?shù)+第二合金元素+第二合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如ZCuZn40Pb2。2) 青銅Cu-Sn合金是應(yīng)用最早的青銅，現(xiàn)將除Zn、Ni以外的合金元素為主加元素的銅合金稱為青銅，如錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等，各種青銅牌號(hào)見表8-7。壓力加工青銅牌號(hào)：Q（青）+主加元素及含量+輔加元素含量，如QAl5。鑄造青銅牌號(hào)：ZCu+合金元素及含量，如ZCuSn10。3) 白銅以Ni為主加元素的銅合金稱為白銅，分為普通（簡(jiǎn)單）白銅和特殊（復(fù)

31、雜）白銅，也可分為耐蝕用白銅和電工用白銅，各種白銅牌號(hào)見表8-8。普通白銅牌號(hào)：B（白）+鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如B30。特殊白銅牌號(hào)：B（白）+第二合金元素+Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)+第二合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如BMn3-12。三. 黃銅1. 普通黃銅普通黃銅是Cu-Zn合金，工業(yè)上使用的黃銅Zn50%，相圖8-7。：Zn在Cu中的置換固溶體，具有很大的溶解度，F(xiàn)CC，塑性好。：以電子化合物CuZn為基的固溶體，BCC，塑性好。當(dāng)溫度低于456468以下時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w，硬而脆。：以電子化合物Cu5Zn8為基的固溶體，復(fù)雜立方（黃銅結(jié)構(gòu)），塑性較差。當(dāng)溫度低于270以下時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w，硬而脆。Zn對(duì)黃銅機(jī)械

32、性能的影響如圖8-8所示。當(dāng)Zn3032%時(shí)，單相固溶體，強(qiáng)度和塑性較高；當(dāng)Zn32%時(shí)，雙相+，塑性降低，Zn = 45%時(shí)強(qiáng)度最大；當(dāng)Zn47%時(shí)，雙相+，強(qiáng)度和塑性急劇降低。1) （單相、冷加工）黃銅：10062.4%Cu，良好的冷、熱加工性，常用的H80、H70、H68。2) +（雙相、熱加工）黃銅：56.062.4%Cu，良好的熱加工性，常用的H59、H62。2. 特殊黃銅在Cu-Zn基礎(chǔ)上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Ni等形成，分別稱為鋁黃銅、鐵黃銅等，目的是提高機(jī)械、耐蝕及工藝性能。3. 鑄造黃銅鑄造黃銅含較多的銅及少量的合金元素，目的是降低熔點(diǎn)，減小液固相線間隔，提高鑄造

33、性能。鑄造黃銅除具有一定的機(jī)械性能外，還具有良好的耐蝕性。4. 黃銅的脫鋅和季裂是黃銅常見的腐蝕破壞形式。1) 脫鋅：在酸性和鹽類溶液中，表面層的鋅由于電極電位低而遭受電化學(xué)腐蝕，被逐漸溶解。2) 季裂：典型的應(yīng)力腐蝕開裂，采用260300去應(yīng)力退火可以消除。四. 青銅典型的是錫青銅，現(xiàn)將除黃銅和白銅以外的銅合金都稱為青銅。1. 錫青銅以Sn為主加元素的銅合金稱為錫青銅，圖8-9為其二元相圖。：Sn在銅中的置換固溶體，有較大溶解度，F(xiàn)CC，塑性好。：以電子化合物Cu5Sn為基的固溶體，在586發(fā)生共析轉(zhuǎn)變（+），BCC，塑性好。：以電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體，在526發(fā)生共析轉(zhuǎn)變（+

34、），復(fù)雜立方（黃銅結(jié)構(gòu)），硬而脆。：在350發(fā)生共析轉(zhuǎn)變（+），其他同上。：以電子化合物Cu3Sn為基的固溶體，HCP，極硬而脆。在實(shí)際冷卻條件下，（+）由于轉(zhuǎn)變很慢很難進(jìn)行完全，室溫下只能得到+組織，導(dǎo)致韌性及塑性和強(qiáng)度降低。Sn對(duì)青銅機(jī)械性能的影響如圖8-10。當(dāng)Sn56%時(shí)，固溶體，強(qiáng)度和塑性較高；當(dāng)Sn56%時(shí)，出現(xiàn)相，使塑性降低；當(dāng)Sn20%時(shí)，過(guò)多，強(qiáng)度和塑性急劇降低。因此，一般加入314%Sn，其中，壓力加工錫青銅57%Sn，鑄造錫青銅1014%Sn。錫青銅的特點(diǎn)是耐蝕性高，超過(guò)純銅和黃銅，缺點(diǎn)是結(jié)晶溫度間隔寬，鑄造性能差，為此加輔加元素Pb、Zn等改善。2. 鋁青銅以Al為主加

35、元素的銅合金稱為鋁青銅，相圖見圖8-11。：Al在銅中的置換固溶體，溶解度較大，F(xiàn)CC，強(qiáng)度和塑性較高。：以電子化合物Cu3Al為基的固溶體，在565發(fā)生共析轉(zhuǎn)變（+2），BCC。2：以電子化合物Cu32Al19為基的固溶體，硬而脆。Al對(duì)青銅機(jī)械性能的影響見圖8-12。當(dāng)Al78%時(shí)，固溶體，強(qiáng)度、塑性較好；當(dāng)Al78%時(shí)，塑性急劇降低；當(dāng)Al1011%時(shí)，出現(xiàn)脆性2，強(qiáng)度和塑性都顯著降低。因此，一般Al12%，壓力加工鋁青銅57%Al，鑄造鋁青銅7%Al。鋁青銅特點(diǎn)是強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐蝕性均優(yōu)于黃銅和錫青銅，結(jié)晶溫度區(qū)間小，流動(dòng)性能好，缺點(diǎn)是易形成Al2O3雜質(zhì)、切削加工性和焊接性差。

36、3. 鈹青銅以Be為主加元素的銅合金稱為鈹青銅，相圖見8-13。：Be在銅中的置換固溶體，溶解度較小，F(xiàn)CC，塑性好。1：以電子化合物CuBe為基的無(wú)序固溶體，在605發(fā)生共析轉(zhuǎn)變1（+2），BCC，塑性好。2：以電子化合物CuBe為基的有序固溶體，BCC，硬而脆。Be對(duì)青銅機(jī)械性能的影響見圖8-14。當(dāng)Be2%時(shí)，塑性急劇下降，因此常用含量1.72.5%Be。特點(diǎn)是彈性極限和疲勞強(qiáng)度極高，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性高，耐蝕、耐磨性好，無(wú)磁性，接觸時(shí)不濺射火花，適合做高精密彈性元件；具有強(qiáng)烈的時(shí)效硬化效應(yīng)，時(shí)效處理后的強(qiáng)度及硬度很高，可以達(dá)到b12501500MPa，HB350400。缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，有毒。

37、4. 硅青銅以Si為主加元素的銅合金稱為硅青銅，具有良好的冷、熱加工性能，鑄造性能，價(jià)格低廉。硅對(duì)青銅力學(xué)性能的影響如圖8-15。當(dāng)Si3%時(shí)，塑性將快速下降。五. 白銅白銅是以Ni為主加元素的銅合金，Cu-Ni合金為勻晶系，固態(tài)下為無(wú)限固溶體，具有良好的強(qiáng)度、硬度、塑性及韌性，具有良好的冷、熱加工性，高耐蝕性。8.3 滑動(dòng)軸承合金一. 滑動(dòng)軸承的工作條件及性能要求滑動(dòng)軸承與滾動(dòng)軸承相比，具有承載面積大，工作平穩(wěn)，無(wú)噪音，裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)。它由軸承體和軸瓦組成，軸瓦一般是在鋼制軸瓦內(nèi)側(cè)澆注或者軋制一層耐磨合金（內(nèi)襯）。用于制造軸瓦內(nèi)襯的耐磨合金稱為滑動(dòng)軸承合金。工作條件：高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦和軸之間

38、產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，承受周期性負(fù)荷和沖擊力，使材料磨損。性能要求：1) 耐磨性高，具有較小的摩擦系數(shù)（減摩）；2) 疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度高；3) 足夠的塑性及韌性；4) 導(dǎo)熱性和耐蝕性好。一般采用在軟基體上均勻分布一定大小的硬質(zhì)點(diǎn)的合金，如圖8-16，或者反之。二. 滑動(dòng)軸承合金的分類與編號(hào)常用Sn、Pb、Al、Cu、Fe基軸承合金。其中，錫基和鉛基合金又稱為巴氏合金。牌號(hào)：Z（鑄）（Ch（承）+基本元素+主加元素+主加元素含量+輔加元素+輔加元素含量。三. 常用的滑動(dòng)軸承合金1. 錫基軸承合金（錫基巴氏合金）以Sn-Sb合金為基的合金，是軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)的合金，歷史悠久。Sn-Sb合金相圖見圖8-

39、17。：Sb溶于Sn中的置換固溶體，硬度為30HB，作為軟基體。：以SnSb為基的固溶體，硬度為110HB，作為硬質(zhì)點(diǎn)。比重輕上浮，為防止比重偏析，加入Cu形成高熔點(diǎn)Cu3Sn。常用牌號(hào)ZSnSb11Cu6，室溫組織為+Cu3Sn，如圖8-18。黑色基體是，白色方塊或多邊形為，白色針狀或星狀為Cu3Sn。特點(diǎn)及用途見書及表8-9。2. 鉛基軸承合金（鉛基巴氏合金）作為錫基軸承合金的代用合金，以Pb-Sb系應(yīng)用最廣，也是軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)的合金。該合金相圖是二元共晶相圖，所用合金是過(guò)共晶，室溫組織為初晶（硬質(zhì)點(diǎn)）+（+）共晶（軟基體）。為避免輕引起比重偏析，加入Cu形成Cu2Sb。常用的ZPbS

40、b16Cu2合金，組織為+（+）+Cu2Sb，見圖8-19。鉛基軸承合金性能不如錫基軸承合金。3. 銅基軸承合金主要包括鉛青銅及錫青銅，常用的有如下牌號(hào)。ZCuPb30是硬基體上分布軟質(zhì)點(diǎn)的軸承合金，潤(rùn)滑性能好，摩擦系數(shù)小，耐磨性好，導(dǎo)熱性強(qiáng)，用于高速滑動(dòng)軸承。ZCuSn10P1是軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)的軸承合金，強(qiáng)度高，耐磨性好。4. 鋁基軸承合金特點(diǎn)是比重小，導(dǎo)熱性好，承載強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度高，熱強(qiáng)性高，優(yōu)良的耐蝕性和減摩性。1) Al-Sb-Mg軸承合金成分3.55.0%Sb，0.30.7%Mg，F(xiàn)e0.75%，Si0.5%，余為Al，是軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)的合金。室溫組織為（Al）軟基體+（Al

41、Sb）硬質(zhì)點(diǎn)。Mg作用是形成Mg3Sb2，使針狀A(yù)lSb變?yōu)槠瑺?。承載能力不大。2) Al-Sn軸承合金高錫鋁基軸承合金具有高的承載能力和疲勞強(qiáng)度，成分為17.522.5%Sn，0.751.25%Cu，余為Al，是硬基體上分布軟質(zhì)點(diǎn)的合金。室溫組織為初晶（Al）+共晶（+Sn），但（+Sn）呈離異形式，Sn呈網(wǎng)狀分布于晶界上。經(jīng)和鋼背一起軋制和退火，組織是硬的鋁基上均勻分布軟的粒狀Sn質(zhì)點(diǎn)。3) Al-G軸承合金（略）第九章 高分子材料9.1 概 述 高聚物是由一種或幾種簡(jiǎn)單低分子化合物經(jīng)聚合而組成的分子量很大的化合物，又稱高分子或大分子等。高分子化合物中分子所含的原子數(shù)可達(dá)數(shù)萬(wàn)，甚至數(shù)十萬(wàn)，

42、而低分子化合物分子的原子數(shù)不過(guò)幾個(gè)，最多數(shù)百個(gè)。習(xí)慣上將分子量小于500的，稱為低分子化合物，分子量大于5000的稱為高分子化合物。高聚物的分子量雖大，但其化學(xué)組成卻比較簡(jiǎn)單，它通常由C、H、O、N、S等元素構(gòu)成。 高分子材料以其特有的性能：重量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、絕緣性好，被大量地應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)中。9.2 工程塑料一. 塑料的涵義與組成塑料是一類以天然或合成樹脂為基本原料，在一定溫度、壓力下可塑制成形，并在常溫下能保持其形狀不變的高聚物材料。塑料常被用作耐腐蝕材料、電絕緣材料、絕熱保溫材料、摩擦材料，難以應(yīng)用到高溫、高強(qiáng)度的場(chǎng)合中。 根據(jù)塑料的組成不同，可分簡(jiǎn)單組分和復(fù)雜組分兩類。簡(jiǎn)

43、單組分的塑料基本上由一種物質(zhì)(樹脂)組成，如聚四氟乙烯、聚苯乙烯等，僅加入少量色料、潤(rùn)滑劑等輔助物質(zhì)。復(fù)雜組分的塑料除樹脂外，還須加入添加劑，如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等。 樹脂是塑料的主要成分，在常溫下呈固體或黏稠液體，但受熱時(shí)軟化或呈熔融狀態(tài)。樹脂主要決定塑料的類型(熱塑性或熱固性)，也決定塑料的基本性能。因此，大多數(shù)塑料就是以所用樹脂的名稱命名。 塑料添加劑(即助劑)是指那些為改善塑料的使用性能和成型加工特性而分布于樹脂中，但對(duì)樹脂的分子結(jié)構(gòu)無(wú)明顯影響的物質(zhì)，包括增塑劑、穩(wěn)定劑(防老化劑)、填充劑(填料)、固化劑(硬化劑)、潤(rùn)滑劑、著色劑(染料)、發(fā)泡劑、催化劑和阻燃劑等。二. 塑料的分類根據(jù)

44、樹脂受熱行為的不同，可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。1. 熱塑性塑料 它的特點(diǎn)是：受熱軟化、熔融，具有可塑性，冷卻后堅(jiān)硬，再受熱又可軟化，如此反復(fù)其基本性能不變；可溶解在一定的溶劑中(即具有可溶可熔性)；成型工藝簡(jiǎn)便，形式多種多樣，生產(chǎn)效率高，可直接注射、擠壓、吹塑成所需形狀的制品，而且具有一定的物理、力學(xué)性能。缺點(diǎn)是：耐熱性和剛性都較差，最高使用溫度一般只有120左右，否則就會(huì)變形。但近期發(fā)展的氟塑料、聚酰亞胺等有突出的性能，如更優(yōu)良的耐腐蝕、耐高溫等性能，成為性能相當(dāng)優(yōu)越的工程塑料。2. 熱固性塑料 它的特點(diǎn)是：在一定溫度下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的加熱或加入固化劑后，即可固化成型。固化后的塑料質(zhì)地堅(jiān)

45、硬、性質(zhì)穩(wěn)定，不再溶于溶劑中，也不能用加熱方法使它再軟化(即具有不溶不熔性)，強(qiáng)熱則分解、破壞；抗蠕變性強(qiáng)，受壓不易變形，耐熱性較高，即使超過(guò)其使用溫度極限，也只是在表面產(chǎn)生碳化層，不會(huì)立即失去功能。缺點(diǎn)是：樹脂性質(zhì)較脆，機(jī)械強(qiáng)度不高，必須加入填料或增強(qiáng)材料以改善性能，提高強(qiáng)度；成型工藝復(fù)雜，大多只能采用模壓或?qū)訅悍?，生產(chǎn)效率低。三. 塑料的性能特點(diǎn)塑料的優(yōu)點(diǎn)是：1. 相對(duì)密度小、質(zhì)輕 質(zhì)輕是塑料最大特性之一，一般塑料的相對(duì)密度為0.92.3具有很好的比強(qiáng)度。2. 良好的減摩、耐磨和自潤(rùn)滑性能 塑料的摩擦系數(shù)較小，同時(shí)許多塑料如聚四氟乙烯、尼龍等具有良好的自潤(rùn)滑性能。3. 電絕緣性能好4. 耐

46、腐蝕性能好一般塑料對(duì)酸、堿、大氣腐蝕等化學(xué)介質(zhì)具有良好的抵抗能力。5. 具有消音吸震性 用它制作傳動(dòng)零件可減少噪音，改善環(huán)境。工程塑料也存在一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)：1. 強(qiáng)度、剛度低 這是塑料作為工程結(jié)構(gòu)材料使用的最大障礙之一。2. 沖擊韌性低3. 蠕變溫度低 塑料在室溫下受到載荷作用后即有顯著的蛹變現(xiàn)象產(chǎn)生冷流性至發(fā)生蠕變斷裂。4. 耐熱性低、線膨脹系數(shù)大載荷大 大多數(shù)塑料只在100以下使用，只少數(shù)在200左右的環(huán)境下長(zhǎng)期使用。塑料的線膨脹系數(shù)比金屬要大310倍，因此難以與金屬件緊密結(jié)合。5. 有老化現(xiàn)象四. 常用工程塑料簡(jiǎn)介1. 聚乙烯(PE) 聚乙烯由單體乙烯聚合而成，一般可分為低密度聚乙烯(L

47、DPE)和高密度聚乙烯(HDPE)兩種。前者分子量、密度及結(jié)晶較低、質(zhì)地柔軟，且耐沖擊，常用于制造塑料薄膜、軟管等。后者分子量、密度及結(jié)晶均較高，比較剛硬、耐磨、耐蝕，絕緣性也較好，所以可作結(jié)構(gòu)材料，如耐蝕管道等”。2. 聚氯乙烯(PVC) 聚氯乙烯是以氯乙烯為單體制得的高聚物。PVC的密度、強(qiáng)度、剛度及硬度均高于PE。PVC加入少量添加劑時(shí)，可制得軟、硬兩種PVC。硬質(zhì)PVC塑料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，良好的耐蝕性、耐油性和耐水性，常被用于化工、紡織工業(yè)和建筑業(yè)中。軟質(zhì)PVC塑料堅(jiān)韌柔軟、耐撓曲，彈性和電絕緣性好，吸水率低，難燃及耐候性好，廣泛用于制造農(nóng)用塑料薄膜、包裝材料、防雨材料及電線電纜的

48、絕緣層等，用途十分廣泛。3. 聚丙烯(PP) 聚丙烯是以丙烯為單體聚合制得的高聚物。PP的相對(duì)密度小(塑料中最輕的)，耐熱性能良好(可以加熱至150C不變形)，機(jī)械強(qiáng)度、剛度、硬度高，具有優(yōu)良的電絕緣性。應(yīng)用于機(jī)械、化工、電氣等工業(yè)。4. ABS塑料 ABS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三種單體的三元共聚物，三種單體相對(duì)含量可任意變化，制成各種樹脂。ABS兼有三種組元的共同性能，A使其耐化學(xué)腐蝕、耐熱，并有一定的表面硬度，B使其具有高彈性和韌性，S使其具有熱塑性塑料的加工成型特性并改善電性能。因此ABS塑料是一種原料易得、綜合性能良好、價(jià)格便宜、用途廣泛的“堅(jiān)韌、質(zhì)硬、剛性”材

49、料。ABS塑料在機(jī)械、電氣、紡織、汽車、飛機(jī)、輪船等制造工業(yè)及化工中獲得了廣泛的應(yīng)用。5. 聚酰胺(PA，稱尼龍或錦綸) 聚酰胺(PA)是指主鏈節(jié)含有極性酰胺基團(tuán)(CONH)的高聚物。最初用作制造纖維的原料，后來(lái)由于PA具有強(qiáng)韌、耐磨、自潤(rùn)滑、使用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，成為目前工業(yè)中應(yīng)用廣泛的一種工程塑料。PA廣泛用來(lái)代替銅及其他有色金屬制作機(jī)械、化工、電器零件，如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵齒輪、水泵、高壓密封圈；輸油管等。6. 聚甲醛(POM) 聚甲醛是指大分子鏈中以CH2O鏈節(jié)為主的高聚物。POM的疲勞強(qiáng)度、耐磨性和自潤(rùn)滑性比大多數(shù)工程塑料優(yōu)越，并且還有高彈性模量和強(qiáng)度，吸水性小，同時(shí)尺寸穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)

50、定性及電絕緣性也好，是一種綜合性能良好的工程材料。POM主要用于代替有色金屬制作各種結(jié)構(gòu)零部件。用量最大的是汽車工業(yè)、機(jī)械制造、精密機(jī)器、電器通訊設(shè)備乃至家庭用具等領(lǐng)域。 7. 聚碳酸酯(FC) 聚碳酸酯的大分子鏈中既有剛性的苯環(huán)，又有柔性的醚鍵，所以具有優(yōu)良的力學(xué)、熱和電性能。FC常被人們譽(yù)為“透明金屬”。FC最突出的優(yōu)點(diǎn)是沖擊韌性極高，并耐熱耐寒(可在100130范圍內(nèi)使用)，具有良好的電性能、抗化學(xué)腐蝕性和耐磨性。導(dǎo)熱系數(shù)小，但線膨脹系數(shù)比金屬大得多。FC不但可代替某些金屬和合金，還可代替玻璃、木材等，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電氣、光學(xué)、醫(yī)藥等部門。8. 聚四氟乙烯(PTFE或F-4，俗稱塑料王

51、) PTFE是由四氟乙烯(的聚合物。性能特點(diǎn)是突出的耐溫性能(長(zhǎng)期使用溫度為180250)，極低的摩擦系數(shù)，因而可作為良好的減摩、自潤(rùn)滑材料；優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性，不論是強(qiáng)酸、強(qiáng)堿還是強(qiáng)氧化物對(duì)它都不起作用。其化學(xué)穩(wěn)定性超過(guò)了玻璃、陶瓷、不銹鋼及金、鉑，故有“塑料王”之稱；優(yōu)良的電性能，它是目前所有固體絕緣材料中介電損耗最小的。PTFE主要用于特殊性能要求的零部件，如化工設(shè)備中的耐蝕泵。9. 酚醛塑料(PF)酚醛塑料是以酚醛樹脂為主，加入添加劑而制成的。它是酚類化合物和醛類化合物縮聚而成，其中以苯酚與甲醛縮聚而得的酚醛樹脂最為重要。PF具有一定機(jī)械強(qiáng)度和硬度，絕緣性能良好，兼有耐熱、耐磨、耐蝕的優(yōu)

52、良性能，但不耐堿，性脆。PF廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、航空、電器等工業(yè)部門，用來(lái)制造各種電氣絕緣件(電木)，較高溫度下工作的零件，耐磨及防腐蝕材料，并能代替部分有色金屬(鋁、銅、青銅等)制作零件。10. 環(huán)氧塑料(EP) 環(huán)氧塑料是由環(huán)氧樹脂加入固化劑填料或其他添加劑后制成的熱固性塑料。環(huán)氧樹脂是很好的膠黏劑，俗稱“萬(wàn)能膠”。在室溫下容易調(diào)合固化，對(duì)金屬和非金屬都有很強(qiáng)的膠黏能力。EP具有高的機(jī)械強(qiáng)度，較好的韌性，優(yōu)良的耐酸、堿及有機(jī)溶劑的性能，還能耐大多數(shù)霉菌、耐熱、耐寒，能在苛刻的熱帶條件下使用，具有突出的尺寸穩(wěn)定性等。用環(huán)氧樹脂浸漬纖維后，于150和130140MPa的壓力下成型，成為環(huán)氧“

53、玻璃鋼”，常用作化工管道和容器、汽車、船舶和飛機(jī)等的零部件。9.3 橡膠材料 橡膠是指常溫下彈性特別好的高聚物材料，它們的彈性變形可達(dá)到1001000。由于它具良好的伸縮性、儲(chǔ)能能力和耐磨、隔音、絕緣等性能，因而廣泛用于彈性材料、密封材料、減震防震材料和傳動(dòng)材料，起著其他材料所不能替代的作用。橡膠材料是工業(yè)、國(guó)防上的重要戰(zhàn)略物資，人們?nèi)粘Ｉ钜搽x不開它。一. 橡膠的組成橡膠是以生膠為原料，加入適量的配合劑以后所組成的高分子彈性體。 生膠按其來(lái)源可分為天然生膠和合成生膠。天然生膠一般從熱帶的橡樹上取得。生膠是橡膠制品的重要組成部分，但它受熱發(fā)黏、遇冷變硬、強(qiáng)度差、不耐磨、也不耐溶劑，只能在535

54、范圍內(nèi)保持彈性，故不能直接用來(lái)制造橡膠制品。通常要在生膠中加入硫化劑、促進(jìn)劑、活化劑、填充劑、增塑劑、防老劑、著色劑、發(fā)泡劑、硬化劑等，統(tǒng)稱為配合劑。二. 橡膠的主要性能特點(diǎn)1. 高彈性 橡膠由若干細(xì)長(zhǎng)而柔順的分子鏈組成。分子鏈通常蜷曲成無(wú)規(guī)線團(tuán)狀，相互纏曲。當(dāng)受外力拉伸時(shí)分子鏈就伸直，外力去除后又恢復(fù)蜷曲。橡膠的彈性模量低，變形量大，形變快速可逆。2. 機(jī)械強(qiáng)度 橡膠的實(shí)際機(jī)械強(qiáng)度是決定橡膠使用壽命的重要因素。指標(biāo)包括抗撕裂強(qiáng)度和定伸強(qiáng)度(即把橡膠拉伸至一定長(zhǎng)度所需要的應(yīng)力值)。3. 耐磨性 耐磨性即橡膠抵抗磨損的能力。通常橡膠強(qiáng)度愈高，耐磨性越好。三. 常用橡膠材料1. 天然橡膠(NR)

55、NR的來(lái)源是橡樹的膠乳。NR有較好的彈性和機(jī)械強(qiáng)度，有較好的耐堿性能，但不耐強(qiáng)酸，在非極性溶劑中膨脹，故不耐油。它能吸收空氣中的氧，造成橡膠發(fā)黏和龜裂等。NR廣泛用于制造輪胎、膠帶、膠管、膠鞋等各種橡膠制品。2. 通用合成橡膠 天然橡膠資源有限，而合成橡膠由于原料價(jià)格便宜，來(lái)源豐富，且具有高彈性、不透水、耐油、耐磨、耐寒等優(yōu)異性能，所以獲得長(zhǎng)足發(fā)展。 丁苯橡膠(SBR)：與NR相比，SBR具有較好的耐磨性、耐熱性、耐老化性，質(zhì)地均勻、價(jià)格低，它能與NR以任意比例混用。SBR在大多數(shù)情況下可代替NR使用。$BR的缺點(diǎn)是生膠強(qiáng)度低，黏性差，成型困難，制成的輪胎在使用中發(fā)熱量大，彈性差。 氯丁橡膠(CR)：人們常稱之為“萬(wàn)能橡膠”。CR的耐油性、耐磨性、耐熱性、耐燃燒性(近火分解出HCll氣體，能阻止燃燒)、耐溶劑性、耐老化性等均優(yōu)于NR，它既可作通用橡膠使用，又可作為特種橡膠。3. 特種合成橡膠 丁腈橡膠(NBR)：NBR的耐油、耐燃燒性能十分突出，對(duì)一些