工程材料 Engineering Materials

1、BU Object DetectionBOBO7/3/20221Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO 材料是用來制作有用器件的物質(zhì)，是人類生產(chǎn)和生活所必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。從日常生活用的器具到高技術(shù)產(chǎn)品，從簡單的手工工具到復(fù)雜的航天器、機(jī)器人，都是用各種材料制作而成或由其加工的零件組裝而成?？v觀人類歷史，每當(dāng)一種新材料出現(xiàn)并得以利用，都會給社會生產(chǎn)與人類生活帶來巨大的變化。 歷史學(xué)家按照人類所使用材料的種類將人類歷史劃分為石器時代、青銅器時代、鐵器時代。材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進(jìn)步的

2、標(biāo)志之一。材料材料(Material）7/3/20222Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO 舊石器時代舊石器時代（250250萬年前）萬年前） 人類人類在地球上出現(xiàn)之后，最早使用的工具是石頭。在地球上出現(xiàn)之后，最早使用的工具是石頭。7/3/20223Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO新石器時代新石器時代（1 1萬年前）萬年前） 原始社會原始社會末期，開始用火燒制陶器，發(fā)展成陶瓷。末期，

3、開始用火燒制陶器，發(fā)展成陶瓷。 7/3/20224Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 陶器人類第一種合成材料BU Object DetectionBOBO 青銅器時代青銅器時代（40004000年前）年前） 奴隸社會奴隸社會，青銅冶煉技術(shù)得到很大發(fā)展。，青銅冶煉技術(shù)得到很大發(fā)展。 我國我國青銅冶煉始于夏代，商周時代，達(dá)到較高水平青銅冶煉始于夏代，商周時代，達(dá)到較高水平 青銅青銅（銅錫合金）（銅錫合金） 人類發(fā)明的第一種合金人類發(fā)明的第一種合金7/3/20225Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zh

4、ongyang BU Object DetectionBOBO 鐵器時代鐵器時代（14001400年前，春秋戰(zhàn)國年前，春秋戰(zhàn)國） 生產(chǎn)工具生產(chǎn)工具由青銅器過渡到鐵器，其重大發(fā)展對社會進(jìn)步起了巨大的推動作用由青銅器過渡到鐵器，其重大發(fā)展對社會進(jìn)步起了巨大的推動作用。7/3/20226Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 鐵制車輪鐵器物品BU Object DetectionBOBO現(xiàn)代社會文明的三大支柱：能源、信息和材料現(xiàn)代社會文明的三大支柱：能源、信息和材料信息時代是建立在材料的基礎(chǔ)上 硅半導(dǎo)體晶體管集成電路計算機(jī) 磁性材料信息貯存 激光

5、材料+光導(dǎo)纖維信息傳輸信息網(wǎng)絡(luò)能源技術(shù)以材料為支撐 再生能源、核能、燃料電池等 沒有半導(dǎo)體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算機(jī)技術(shù)；沒有高溫高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料，就不可能有今天的航空航天工業(yè)；沒有光導(dǎo)纖維，也就沒有現(xiàn)代的光纖通訊?，F(xiàn)代社會，人們把材料與能源、信息并列，稱為現(xiàn)代文明的三大支柱，而材料又是后兩者的基礎(chǔ)。 工程材料是指用于工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件及元器件的材料。主要包括：機(jī)械、船舶、化工、建筑、車輛、儀表、航空航天等工程領(lǐng)域中用于制造工程構(gòu)件和機(jī)械零件的材料。信息時代（現(xiàn)代社會）信息時代（現(xiàn)代社會）7/3/20227Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang

6、Zhongyang BU Object DetectionBOBO主要內(nèi)容主要內(nèi)容7/3/20228Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO 選用材料時首先要考慮材料的有關(guān)性能，使之與構(gòu)件的使用要求相匹配。材料性能分為：使用性能和工藝性能兩大類。1）使用性能：材料在使用過程中所表現(xiàn)出來的性能。包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。2）工藝性能：材料在加工過程中所需要的性能。1、材料的性能、材料的性能(Material property)7/3/20229Development ProjectBSC,

7、 DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBOl材料的力學(xué)性能參數(shù)有：強(qiáng)度、剛度、塑性、硬度、韌性、脆性、疲勞特性等。l變形(Deformation)：材料在外力作用下，將發(fā)生形狀尺寸上的變化，即產(chǎn)生變形。變形分為兩大類，即彈性變形和塑性變形。 彈性變形(Elastic deformation)：材料在外力下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除以后仍能恢復(fù)原來形狀的變形。 塑性變形(Plastic deformation)：材料在外力下產(chǎn)生的永久變形，而材料本身并不發(fā)生破壞的變形。1.1力學(xué)性能力學(xué)性能(Mechanical property)7/3/20221

8、0Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBOl應(yīng)力(Stress)：物體由于外因（受力、濕度、溫度場變化等）而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。l應(yīng)變(Strain)：物體在受到外力作用下會產(chǎn)生一定的變形，變形的程度稱應(yīng)變。l失效(Failure)：是指零部件在使用過程中，由于尺寸、形狀或材料的組織與性能等的變化而失去預(yù)定功能的現(xiàn)象。7/3/202211Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Obje

9、ct DetectionBOBO低碳鋼是指含碳量在0.3%以下的碳素鋼。這類鋼材在工程中使用較廣，在拉伸試驗中表現(xiàn)出的力學(xué)性能也最為典型。1.1.1低碳鋼拉伸試驗低碳鋼拉伸試驗7/3/202212Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO1.1.2低碳鋼拉伸曲線分析低碳鋼拉伸曲線分析7/3/202213Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 1.彈性階段（ob段）在拉伸的初始階段， 曲線曲線（Oa段）為一直線，說明應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即滿足胡克定

10、理，此階段稱為線形階段。線性段的最高點(diǎn)稱為材料的比例極限（p），線性段的直線斜率即為材料的彈性摸量E。線性階段后， 曲線不為直線（ab段），應(yīng)力應(yīng)變不再成正比，但若在整個彈性階段卸載，應(yīng)力應(yīng)變曲線會沿原曲線返回，載荷卸到零時，變形也完全消失。卸載后變形能完全消失的應(yīng)力最大點(diǎn)稱為材料的彈性極限（e），一般對于鋼等許多材料，其彈性極限與比例極限非常接近。2.屈服階段（bc段）超過彈性階段后，應(yīng)力幾乎不變，只是在某一微小范圍內(nèi)上下波動，而應(yīng)變卻急劇增長，這種現(xiàn)象成為屈服。使材料發(fā)生屈服的應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力或屈服極屈服極限限（s ）。當(dāng)材料屈服時，如果用砂紙將試件表面打磨，會發(fā)現(xiàn)試件表面呈現(xiàn)出與軸線成4

11、5斜紋。這是由于試件的45斜截面上作用有最大切應(yīng)力，這些斜紋是由于材料沿最大切應(yīng)力作用面產(chǎn)生滑移所造成的，故稱為滑移線。BU Object DetectionBOBO3.強(qiáng)化階段（ce段）經(jīng)過屈服階段后，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)曲線上升趨勢，這說明材料的抗變形能力又增強(qiáng)了，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化。若在此階段卸載，則卸載過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線為一條斜線（如d-d斜線），其斜率與比例階段的直線段斜率大致相等。當(dāng)載荷卸載到零時，變形并未完全消失，應(yīng)力減小至零時殘留的應(yīng)變稱為塑性應(yīng)變或殘余應(yīng)變，相應(yīng)地應(yīng)力減小至零時消失的應(yīng)變稱為彈性應(yīng)變。卸載完之后，立即再加載，則加載時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本上沿卸載時的直線變化。因此，

12、如果將卸載后已有塑性變形的試樣重新進(jìn)行拉伸實(shí)驗，其比例極限或彈性極限將得到提高，這一現(xiàn)象稱為冷作硬化。在硬化階段應(yīng)力應(yīng)變曲線存在一最高點(diǎn)，該最高點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力稱為材料的強(qiáng)強(qiáng)度極限度極限（b），強(qiáng)度極限所對應(yīng)的載荷為試件所能承受的最大載荷Fb。4.頸縮階段（ef段）試樣拉伸達(dá)到強(qiáng)度極限b之前，在標(biāo)距范圍內(nèi)的變形是均勻的。當(dāng)應(yīng)力增大至強(qiáng)度極限f之后，試樣出現(xiàn)局部顯著收縮，這一現(xiàn)象稱為頸縮。頸縮出現(xiàn)后，使試件繼續(xù)變形所需載荷減小，故應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)下降趨勢，直至最后在f點(diǎn)斷裂。試樣的斷裂位置處于頸縮處，斷口形狀呈杯狀，這說明引起試樣破壞的原因不僅有拉應(yīng)力還有切應(yīng)力。7/3/202214Developm

13、ent ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO 工程上常用屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度來表征材料的強(qiáng)度特性。在屈服階段的應(yīng)力最低點(diǎn)稱為屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)；從開始加載到破壞的整個過程中，試件截面所經(jīng)受的最大應(yīng)力就反映出材料的強(qiáng)度，通常稱為材料的抗拉強(qiáng)度。l屈服強(qiáng)度l抗拉強(qiáng)度7/3/202215Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 0SFss0SFbb1.1.3強(qiáng)度強(qiáng)度(Strength)-材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。BU Object DetectionBOBO一個

14、結(jié)構(gòu)的剛度（k）是指彈性體抵抗變形拉伸的能力。計算公式： k=P/P是作用于結(jié)構(gòu)的恒力，是由于力而產(chǎn)生的形變。剛度的國際單位是牛頓每米（N/m）。l剛度是使物體產(chǎn)生單位變形所需的外力值。剛度與物體的材料性質(zhì)、幾何形狀、邊界支持情況以及外力作用形式有關(guān)。l彈性模量是工程材料重要的性能參數(shù)，從宏觀角度來說，彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子、離子或分子之間鍵合強(qiáng)度的反映。凡影響鍵合強(qiáng)度的因素均能影響材料的彈性模量，如鍵合方式、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、微觀組織、溫度等。1.1.4剛度剛度(Stiffness)-材料受力時抵抗變形的能力。是材料或結(jié)構(gòu)彈性變形難易程度的表

15、征。7/3/202216Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang eeE彈性模量BU Object DetectionBOBO7/3/202217Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO 1.1.5塑性塑性(Plasticity)-材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的性質(zhì)。7/3/202218Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象BU Object D

16、etectionBOBOl 硬度測試有很多種方法，如壓入法、回彈法、劃痕法等，工業(yè)上主要用的是壓入法。壓入法是將比工件更硬的物質(zhì)壓入工件表面，利用所得到的壓痕測量工件的硬度的方法。布氏硬度；洛氏硬度；維氏硬度；1.1.6硬度硬度(Hardness)-材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力，即是抵抗局部塑性變形的能力。7/3/202219Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBOl 布氏硬度的測量方法是用規(guī)定大小的載荷P，把直徑為D的鋼球壓入被測材料表面，持續(xù)規(guī)定的時間后卸載，用載荷值和壓痕面積之比定義硬

17、度值。1.1.6.1布氏硬度布氏硬度7/3/202220Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBOl 洛氏硬度所采用的壓頭是錐角為120的金剛石圓錐或直徑為1/16英寸（1英寸等于25.4毫米）的鋼球，并用壓痕深度作為標(biāo)定硬度值的依據(jù)1.1.6.2洛氏硬度洛氏硬度7/3/202221Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 鋼球壓頭與金剛鋼球壓頭與金剛石壓頭石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕BU Object DetectionBOBOl 維氏硬度的

18、測定原理基本上和布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷來計算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗的壓頭是金剛石的正四棱錐體。試驗時，在一定載荷的作用下，試樣表面上壓出一個四方錐形的壓痕，測量壓痕對角線長度，除以計算壓痕的表面積，載荷除以表面積的數(shù)值就是試樣的硬度值。1.1.6.3維氏硬度維氏硬度7/3/202222Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO脆性脆性(Brittleness)與韌性相反，是指當(dāng)外力達(dá)到一定限度時,材料發(fā)生無先兆的突然破壞,且破壞時無明顯塑性變形的性質(zhì)。 材料在斷裂前有較

19、大形變、斷裂時斷面常呈現(xiàn)外延形變，此形變不能立即恢復(fù)，其應(yīng)力-形變關(guān)系成非線性、消耗的斷裂能很大的材料。韌性的材料比較柔軟，它的拉伸斷裂伸長率、抗沖擊強(qiáng)度較大；硬度、拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模量相對較小。建筑鋼材(軟鋼)、木材、塑料等是較典型的韌性材料。脆性材料力學(xué)性能的特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度,破壞時的極限應(yīng)變值極小。磚、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、鑄鐵等都是脆性材料。與韌性材料相比,它們對抵抗沖擊荷載和承受震動作用是相當(dāng)不利的。作為工程材料，我們希望它同時具有良好的韌性和剛性。在改善材料的韌性時，還應(yīng)設(shè)法提高剛性。一般加入彈性體可增加韌性，加入無機(jī)填料可增加剛性。最有效的方法是將彈性體的增韌和

20、填料的增強(qiáng)結(jié)合起來。1.1.7韌性韌性(Toughness)-材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。表現(xiàn)為當(dāng)承受應(yīng)力時對折斷的抵抗。7/3/202223Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBOl 疲勞特征零件 、構(gòu)件的疲勞破壞可分為3個階段 ：微觀裂紋階段。在循環(huán)加載下，由于物體的最高應(yīng)力通常產(chǎn)生于表面或近表面區(qū)，該區(qū)存在的駐留滑移帶、晶界和夾雜，發(fā)展成為嚴(yán)重的應(yīng)力集中點(diǎn)并首先形成微觀裂紋。宏觀裂紋擴(kuò)展階段。裂紋基本上沿著與主應(yīng)力垂直的方向擴(kuò)展。瞬時斷裂階段。當(dāng)裂紋擴(kuò)大到使物體殘存截面不足以

21、抵抗外載荷時，物體就會在某一次加載下突然斷裂。l 通過改進(jìn)零件的形狀以減小應(yīng)力集中，或?qū)ψ钊醐h(huán)節(jié)的表面層采用適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化工藝，便能顯著地提高其疲勞強(qiáng)度。應(yīng)用疲勞強(qiáng)度設(shè)計能保證機(jī)械在給定的壽命內(nèi)安全運(yùn)行。1.1.8疲勞疲勞(Fatigue)-是指構(gòu)件在低于屈服強(qiáng)度的條件下，在是指構(gòu)件在低于屈服強(qiáng)度的條件下，在交變載荷作用下發(fā)生破壞的現(xiàn)象。這種斷裂被稱為交變載荷作用下發(fā)生破壞的現(xiàn)象。這種斷裂被稱為“疲勞斷疲勞斷裂裂”。引起疲勞斷裂的最低應(yīng)力值，即疲勞強(qiáng)。引起疲勞斷裂的最低應(yīng)力值，即疲勞強(qiáng)(Fatigue strength)。7/3/202224Development ProjectBSC, DE/C

22、U, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBOl 強(qiáng)度是指材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。l 剛度是指材料受力時抵抗變形的能力。是材料或結(jié)構(gòu)彈性變形難易程度的表征。l 硬度是指材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力，即是抵抗局部塑性變形的能力。l 塑性是指材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的性質(zhì)。l 韌性是指材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。表現(xiàn)為當(dāng)承受應(yīng)力時對折斷的抵抗。l 脆性是指當(dāng)外力達(dá)到一定限度時,材料發(fā)生無先兆的突然破壞,且破壞時無明顯塑性變形的性質(zhì)。l 疲勞是指構(gòu)件在低于屈服強(qiáng)度的條件下，在交變載荷作用下發(fā)生破壞的現(xiàn)象。這種斷裂被稱為

23、“疲勞斷裂”。引起疲勞斷裂的最低應(yīng)力值，即疲勞強(qiáng)度。1.1.9力學(xué)性能參數(shù)匯總力學(xué)性能參數(shù)匯總7/3/202225Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO1.密度(Density)：單位體積材料的質(zhì)量。= m/V 2. 熔點(diǎn)(Melting point )：材料的熔化溫度。3. 熱膨脹性(Thermal expansion)：材料隨溫度的增加，體積增大的性質(zhì)。4. 導(dǎo)熱性( Thermal conductivity )：材料單位截面積傳導(dǎo)熱量的能力。5. 導(dǎo)電性(Electrical condu

24、ctivity )：材料對電流的傳導(dǎo)特性。電阻率是單位長度、單位截面積的電阻值，其單位為.m。6. 磁性(Magnetism)：材料在磁場中的表現(xiàn)出來的特性。非鐵磁性物質(zhì)Al、Cu等；鐵磁性物質(zhì)Fe、Ni、Co等。1.2物理性能物理性能(Physical properties)7/3/202226Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 材料 鉛 銅 鐵 鈦 鋁 錫 鎢 塑料 玻璃鋼 碳纖維復(fù)合材料 密度/g/cm3 11.3 8.9 7.8 4.5 2.7 7.28 19.3 0.92.2 2.0 1.11.6 材料 鎢 鉬 鈦 鐵 銅 鋁

25、 鉛 鉍 錫 鑄鐵 碳鋼 鋁合金 熔點(diǎn)/ 3380 2630 1677 1538 1083 660.1 327 271.3 231.9 12791148 14501500 447575 材料 鋁 鉛 錫 銅 鐵 鈦 碳鋼 黃銅 青銅 鑄鐵 線膨脹系數(shù) /10-61/ 23.6 29.3 23.0 17.0 11.76 8.2 10.613 17.820.9 17.618.2 8.711.6 材料 銀 銅 鋁 鐵 灰鑄鐵 碳鋼 熱導(dǎo)率/W/(m) 419 393 222 75 63 67（100） BU Object DetectionBOBO1.耐腐蝕性(Corrosion resistanc

26、e )：材料抵抗各種介質(zhì)腐蝕破壞的能力。由材料的成分、化學(xué)性能、組織形態(tài)等決定。腐蝕分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、一般腐蝕等。高分子材料面臨的主要是有機(jī)溶劑腐蝕及老化（光化學(xué)降解）。提高材料的耐腐蝕性的方法很多，如添加其他混合元素（不銹鋼）、均勻化處理（拋光）、表面處理（發(fā)藍(lán)、電鍍）等都可以提高材料的耐腐蝕性。2. 抗氧化性(Oxidation resistance )：是指金屬材料在高溫時抵抗氧化性氣氛腐蝕作用的能力稱為抗氧化性。金屬 表面形成的致密的氧化層能阻止金屬的進(jìn)一步氧化。1.3化學(xué)性能化學(xué)性能(Chemical properties)7/3/202227Development Proj

27、ectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO1. 鑄造性能(Castability)鑄造：將液體金屬澆注到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，冷卻凝固以后獲得毛坯、鑄件或原材料的工藝方法。鑄造性能：液體金屬澆注到鑄型空腔中，待冷卻凝固以后獲得結(jié)構(gòu)完整、輪廓清晰的鑄件的能力。鑄造性能包括充型能力、收縮等。2. 鍛造性能(Forgeability)鍛造：金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯、鍛件或原材料的工藝方法。鍛造性能：金屬材料在外力作用下，獲得優(yōu)質(zhì)鍛件的能力。鍛造性能取決于金屬材料的塑性和變形

28、抗力。材料的塑性好、變形抗力小，則鍛造性能好。1.4工藝性能工藝性能(Processing property)7/3/202228Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO3. 焊接性能(Weldability)焊接：通過加熱或加壓力（或同時加熱并加壓力），借助于原子或分子之間的結(jié)合作用，使分離的金屬結(jié)合起來的工藝方法?？珊感裕航饘俨牧显谝欢ǖ暮附臃椒ā⒑附硬牧?、焊接規(guī)范以及結(jié)構(gòu)形式的條件下，形成優(yōu)質(zhì)連接的難易程度。材料的含碳量越低，則可焊性越好。4. 切削加工性(Machinability)切削

29、加工：借助于機(jī)械，將材料加工成零件的過程。切削加工性：材料被切削加工成形并得到精確的形狀、尺寸以及高的表面光潔度的能力。5. 熱處理性能(Heat treatment property)熱處理：通過加熱、保溫、冷卻等手段，通常在不改變外形的條件下，改變其內(nèi)部組織，以獲得所需性能的工藝方法。熱處理性能：通過熱處理改變材料的性能的難易程度。熱處理性能包括淬硬性、淬透性、擴(kuò)散能力等。7/3/202229Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO 質(zhì)優(yōu)、價廉、壽命高，是保證產(chǎn)品具有競爭力的重要條件；在選擇

30、材料和制定相應(yīng)的加工工藝時，應(yīng)考慮選材的經(jīng)濟(jì)性原則。 所謂經(jīng)濟(jì)性原則，不僅是指選擇價格最便宜的材料、或是生產(chǎn)成本最低的產(chǎn)品，而且是指運(yùn)用價值分析的方法，綜合考慮材料對產(chǎn)品的功能與成本的影響，以達(dá)到最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 1.5經(jīng)濟(jì)性原則經(jīng)濟(jì)性原則(The economy principle）7/3/202230Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO2、材料的分類、材料的分類(Classification of Materials)7/3/202231Development ProjectBSC,

31、 DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO 金屬材料來源豐富，并具有優(yōu)良的使用性能和加工性能，是機(jī)械工程中應(yīng)用最普遍的材料，常用以制造機(jī)械設(shè)備、工具、模具，并廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)中。金屬材料大致可分為黑色金屬和有色金屬兩大類。黑色金屬通常指以鐵、錳、鉻為基的合金；有色金屬是指黑色以外的金屬及其合金，如銅及銅合金、鋁及鋁合金等。2.1金屬材料金屬材料(Metal material)7/3/202232Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO金屬鍵金

32、屬鍵(Metallic bond) 通過金屬離子和自由電子結(jié)合而形成的鍵接方式稱為“金屬鍵”。由金屬原子上脫離下來的最外層電子，稱為“自由電子” 。它們在金屬中聚集成為“電子云”，并可以自由移動。失去價電子的原子成為“正離子”，通過電子云將它們連接在一起。由于電子云在金屬中可以自由移動，所以金屬具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，同時，在光照的條件下使其激發(fā)，繼而產(chǎn)生金屬光澤。當(dāng)金屬原子之間產(chǎn)生位移時，由于自由電子的存在，使原子之間不致產(chǎn)生破壞，因而，金屬具有良好的塑性。金屬晶體金屬晶體(Metal crystal) 金屬內(nèi)部原子在三維空間的規(guī)則排列構(gòu)成金屬晶體。金屬中的原子-離子按金屬鍵結(jié)合，因此金屬

33、晶體通常具有很高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、很好的可塑性和機(jī)械強(qiáng)度，對光的反射系數(shù)大，呈現(xiàn)金屬光澤，在酸中可替代氫形成正離子等特性。最常見最典型的晶體結(jié)構(gòu)有面心立方、體心立方和密排六方結(jié)構(gòu)。金屬晶體的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)都與金屬原子之間主要靠金屬鍵鍵合相關(guān)。金屬可以形成合金，是其主要性質(zhì)之一。 金屬單質(zhì)及一些金屬合金都屬于金屬晶體。金屬晶體中存在金屬離子(或金屬原子)和自由電子 ，金屬離子和自由電子之間存在較強(qiáng)烈的金屬鍵，自由電子在整個晶體中自由運(yùn)動，金屬具有共同的特性，如金屬有光澤、不透明，是熱和電的良導(dǎo)體，有良好的延展性和機(jī)械強(qiáng)度。大多數(shù)金屬具有較高的熔點(diǎn)和硬度，金屬晶體中，金屬離子排列越緊密，金屬離

34、子的半徑越小、離子電荷越高，金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高7/3/202233Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 金屬鍵示意圖BU Object DetectionBOBO7/3/202234Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 黑色 金屬有色 金屬金屬材料鑄鐵鋼 碳鋼合金鋼(錳硅鉻鎳鎢鈦)輕金屬(鋁鎂鈦) 重金屬(銅鋅鉛鎳) 貴重金屬(金銀)稀有金屬(鎢鉬釩鈮鈷) 放射金屬(鐳鈾釷)低碳鋼中碳鋼高碳鋼BU Object DetectionBOBO1.碳鋼（1）按鋼的含碳量多少分類

35、 分為三類：低碳鋼，含碳量0.25%；中碳鋼，含碳量為0.25%0.60%；高碳鋼，含碳量0.60%。正是由于鋼中含有一定量的碳，才能對鋼進(jìn)行熱處理，才能調(diào)節(jié)或改變其機(jī)械性能。在一定范圍內(nèi)，隨著含碳量的增加，鋼的硬度和強(qiáng)度得到提高，但其塑性和韌性降低。（2）按鋼的用途分類 分為兩類：碳素結(jié)構(gòu)鋼，按用途可分為工程用鋼和機(jī)器用鋼兩大類。工程用鋼主要用于各種工程結(jié)構(gòu)，這類鋼冶煉方便、成本低、用 量大，一般不進(jìn)行熱處理；機(jī)器用鋼采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，它們一般都經(jīng)過熱處理后使用。碳素工具鋼，按用途可分為刃具鋼、模具鋼和刃具鋼，主要用于制造各種工具、量具和模具等。例：45鋼即表示C=0.45%的

36、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。45號鋼廣泛用于機(jī)械制造，這種鋼的機(jī)械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好，45號鋼可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮45鋼優(yōu)越的機(jī)械性能，常將45鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。2.1.1鋼鋼(Steel)7/3/202235Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO2.合金鋼 鋼里除鐵、碳外，加入其他的合金元素，就叫合金鋼。 在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに?，可獲

37、得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。例如錳能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能；鉻能顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性；鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性，鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。（1）按合金元素總含量多少分類 分為三類：低合金鋼，合金元素總含量小于5%；中合金鋼，合金元素總含量為5%10%；高合金鋼，合金元素總含量大于10%。（2）按用途分類 分為三類：合金結(jié)構(gòu)鋼，用于制造各種性能要求更高的機(jī)械零件

38、和工程構(gòu)件；如20CrMnTi鋼。合金工具鋼，用于制造各種性能要求更高的刃具、量具和模具；如W18Cr4V、CrWMn、5CrMnMo等。特殊性能鋼，具有特殊物理和化學(xué)性能的鋼。如不銹鋼（1Cr18Ni9）、耐熱鋼（15CrMo）、耐磨鋼（Mn13）等。例：不銹鋼的耐蝕性取決于鋼中所含的合金元素.鉻是使不銹鋼獲得耐蝕性的基本元素,當(dāng)鋼中含鉻量達(dá)到12左右時,鉻與腐蝕介質(zhì)中的氧作用,在鋼表面形成一層很薄的氧化膜（ 自鈍化膜），防止氧原子繼續(xù)滲入繼續(xù)氧化,而獲得抗銹蝕能力。除鉻外,常用的合金元素還有鎳、鉬、鈦、鈮、銅、氮等,以滿足各種用途對不銹鋼組織和性能的要求.7/3/202236Develop

39、ment ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBOl鑄鐵是含碳量大于2.1%，并含有較多Si、Mn、S、P等元素的多元鐵合金。鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。例如，機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸體、缸套、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等都可以用鑄鐵來制造。根據(jù)鑄鐵中碳的存在形式不同，鑄鐵可分為白口鑄鐵可分為白口鑄鐵和灰口鑄鐵兩大類。（一）白口鑄鐵 白口鑄鐵中的碳幾乎全部以Fe3C形式存在，斷口呈銀白色，性能硬而脆，很難進(jìn)行切削加工，工業(yè)上極少用來制造機(jī)械零件。主要用作煉鋼原料或用于可鍛鑄鐵的毛

40、坯。（二）灰口鑄鐵 灰口鑄鐵中的碳大部分或全部以自由狀態(tài)的石墨形式存在，斷口呈暗灰色。根據(jù)灰口鑄鐵中石墨存在形式不同，它又可分為普通灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵等?；铱阼T鐵價格便宜，應(yīng)用廣泛，占鑄鐵的總產(chǎn)量80%以上。2.1.2鑄鐵鑄鐵(Cast iron)7/3/202237Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBOl鋁及鋁合金(Aluminum and aluminum alloy) 純鋁具有白色光澤，密度小（2.72g/cm3),熔點(diǎn)低（660.4），導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良；具有面心立方晶格，無

41、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性；純鋁在空氣中易氧化，在其表面形成致密的氧化膜，因而抗大氣腐蝕性能好；具有的塑性和低的強(qiáng)度（純度為99.99時，b=45MPa,=50），易于加工成型還具有良好的低溫塑性（253塑性仍不下降）。 純鋁不適合做機(jī)械零件。鋁合金可改變其組織結(jié)構(gòu)，提高力學(xué)性能。常加入的主要元素有：Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。由于以上元素的加入，使得鋁合金既具有高的強(qiáng)度又保持了純鋁的優(yōu)良特性。因此鋁合金可用于制造承受較大載荷的機(jī)械零件或構(gòu)件，成為工業(yè)中廣泛應(yīng)用的有色金屬材料。 鋁在人體內(nèi)是慢慢蓄積起來的，其引起的毒性緩慢、且不易察覺，然而，一旦發(fā)生代謝

42、紊亂的毒性反應(yīng)，則后果非常嚴(yán)重。因此，必須引起我們的重視，在日常生活中要防止鋁的吸收，減少鋁制品的使用。2.1.3有色金屬及其有色金屬及其合金合金(Non-ferrous metal and alloy)7/3/202238Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO根據(jù)成分及加工特點(diǎn)，鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合金。1形變鋁合金 形變鋁合金能承受壓力加工?？杉庸こ筛鞣N形態(tài)、規(guī)格的鋁合金材。主要用于制造航空器材、建筑用門窗等。形變鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金等。因其塑性好，故常利用壓

43、力加工方法制造沖壓件、鍛件等，如鉚釘、焊接油箱、管道、容器、發(fā)動機(jī)葉片、飛機(jī)大梁及起落架、內(nèi)燃機(jī)活塞等。形變鋁合金按合金中所含主要元素成分可分為：工業(yè)純鋁（1系），Al-Cu合金（2系），Al-Mn合金（3系），Al-Si合金（4系），AL-Mg合金（5系），Al-Mg-Si合金（6系），Al-Zn-Mg合金（7系），Al-其它元素合金（8系）及備用合金組（9系）。2鑄造鋁合金 鑄造鋁合金是用于制造鋁合金鑄件的材料，按主要合金元素的不同，鑄造鋁合金分為鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金。表示方法為LZ 7/3/202239Development ProjectBSC, DE/CU, Zha

44、ng Zhongyang BU Object DetectionBOBO應(yīng)用應(yīng)用于于BNS外殼外殼7/3/202240Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 鋁硅鑄造鋁合金 鋁硅合金是應(yīng)用最廣的鑄造鋁合金，通常稱為硅鋁明。其鑄造性能好，比重小，并有相當(dāng)好的抗蝕性和耐熱性，適于制造形狀復(fù)雜的零件，如泵體、電動機(jī)殼體、發(fā)動機(jī)的氣缸頭、活塞以及汽車、飛機(jī)、儀器上的零件，也可制造日用品。通常帶有保護(hù)性表面涂層。GD-AlSi12（Cu） DIN 1725壓力鑄造鋁合金主要成分：（重量%）Si 11 13.5Mn 0.2 0.5Al 其余允許雜質(zhì)：（

45、重量%）Cu 1.0Fe 1.3Zn 0.5Mg 0.3Ni 0.2Ti 0.15Pb 0.2Sn 0.1其它雜質(zhì) 每種0.05 共BU Object DetectionBOBOl銅及銅合金(Copper and copper alloy) 純銅呈紫紅色，俗稱“紫銅”、“紅銅”或“赤銅”。其密度為8.9g/cm3,熔點(diǎn)為1083；具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性；具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；在大氣、淡水和冷凝水中具有良好的耐蝕性。純銅的強(qiáng)度不高(b200MPa-250MPa),硬度較低(40 HB-50HB),塑性好(4550)。冷變形后，其強(qiáng)度可提高到400500MPa,硬度可達(dá)到10

46、0200HB，但伸長率下降。純銅主要用于配制銅合金、制作導(dǎo)線及耐蝕材料等。 紫銅因呈紫紅色而得名。它不一定是純銅，有時還加入少量脫氧元素或其他元素以改善材質(zhì)和性能,因此也歸入銅合金。中國紫銅加工材按成分可分為：普通紫銅(T1、T2、T3、T4)、無氧銅（TU1、TU2和高純、真空無氧銅）、脫氧銅（TUP、TUMn）、添加少量合金元素的特種銅（砷銅、碲銅、銀銅）四類。紫銅的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率僅次于銀，廣泛用于制作導(dǎo)電、導(dǎo)熱器材。紫銅在大氣、海水和某些非氧化性酸（鹽酸、稀硫酸）、堿、鹽溶液及多種有機(jī)酸（醋酸、檸檬酸）中有良好的耐蝕性。7/3/202241Development ProjectBSC,

47、DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO銅合金是在純銅中加入合金元素制成的，常用合金元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等。由于合金元素的固溶強(qiáng)化及第二相強(qiáng)化作用，使得銅合金既提高了強(qiáng)度，又保證了純銅的特性。因而在機(jī)械工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)化學(xué)成分，銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。 1.黃銅是由銅和鋅所組成的合金，因色黃而得名。銅含量62%68%的黃銅，其熔點(diǎn)為934967度。如果只是由銅、鋅組成的黃銅就叫作普通黃銅。如果是由二種以上的元素組成的多種合金就稱為特殊黃銅。黃銅的機(jī)械性能和耐磨性能都很好，可用于

48、制造精密儀器、船舶的零件、槍炮的彈殼等。含鋅量不同，也會有不同的顏色，如含鋅量為18%-20%會呈紅黃色，而含鋅量為20%-30%就會呈棕黃色。黃銅代號用“ H +數(shù)字”表示， H 表示黃銅，數(shù)字表示銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如 H68 表示含銅量為 68% ，含鋅量為 32% 的黃銅，鑄造黃銅則在代號前加“ Z ”字，如 ZH62。如 Zcuzn38 表示含鋅量為 38% ，余量為銅的鑄造黃銅。7/3/202242Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO2青銅青銅是是金屬治鑄史上最早的合金，在純銅（紅銅）

49、中加入錫或鉛的合金，有特殊重要性和歷史意義。但工業(yè)上都習(xí)慣稱含鋁、硅、鉛、鈹、錳等的銅合金也為青銅，所以青銅實(shí)際上包括錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。青銅具有熔點(diǎn)低、硬度大、可塑性強(qiáng)、耐磨、耐腐蝕、色澤光亮等特點(diǎn)，青銅器適用于鑄造各種器具、機(jī)械零件、軸承、齒輪等。青銅牌號為：Q第一主添加元素化學(xué)符號除銅以外的元素含量，例如：QAl5、QSn6.5-0.1、QAl10-4-4。3.白銅白銅是以鎳為主要添加元素的銅基合金，呈銀白色，有金屬光澤，故名白銅。 白銅分為普通白銅和特殊白銅。 純銅加鎳能顯白銅山水墨盒著提高強(qiáng)度、耐蝕性、硬度、電阻和熱電性，并降低電阻率溫度系數(shù)。因此白銅較其他銅合

50、金的機(jī)械性能、物理性能都異常良好，延展性好、硬度高、色澤美觀、耐腐蝕、富有深沖性能，被廣泛使用于造船、石油化工、電器、儀表、醫(yī)療器械、日用品、工藝品等領(lǐng)域，并還是重要的電阻及熱電偶合金。白銅的缺點(diǎn)是主要添加元素鎳屬于稀缺的戰(zhàn)略物資，價格比較昂貴。普通白銅的牌號為：B鎳的平均百分含量，如B5，為含鎳5的白銅；特殊白銅的牌號為：B主加元素符號（鎳除外）鎳平均百分含量主加元素平均百分含量。如BMn401.5為含40Ni、1.5%Mn的錳白銅。7/3/202243Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO

51、1、熱處理的概念將鋼在固態(tài)下，通過加熱、保溫、冷卻，通常不改變鋼的形狀，改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的一種工藝方法。熱處理的不改變形狀，改變內(nèi)部組織；只在固態(tài)下發(fā)生相變。熱處理的分類（1）普通熱處理：退火、正火、淬火、回火。 退火：將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?、保溫，然后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為“退火”。目的：調(diào)整硬度，便于切削加工。消除殘余內(nèi)應(yīng)力，防止后續(xù)加工中變形和開裂。細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能或為最終熱處理做組織準(zhǔn)備。 正火：將鋼加熱保溫后空冷的熱處理工藝。正火的目的和退火相同。 淬火：將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于臨界冷卻速度冷卻，使A轉(zhuǎn)變?yōu)镸的熱處理工藝。 以大幅提高鋼的力學(xué)性能，從

52、而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。 回火：將淬火后的合金工件加熱到適當(dāng)溫度，保溫若干時間，然后緩慢或快速冷卻。一般用于減小或消除淬火鋼件中的內(nèi)應(yīng)力，或者降低其硬度和強(qiáng)度，以提高其延性或韌性。（2）表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理。（3）其他熱處理：真空熱處理 、形變熱處理、控制氣氛熱處理、激光熱處理等。2.1.4金屬的熱處理及表面處理金屬的熱處理及表面處理(Heat treatment and surface treatment of metal)7/3/202244Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object Dete

53、ctionBOBO2.表面處理電鍍電鍍鍍層金屬或其他不溶性材料做陽極，待鍍的工件做陰極，鍍層金屬的陽離子在待鍍工件表面被還原形成鍍層。電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層，改變基材表面性質(zhì)或尺寸。電鍍能增強(qiáng)金屬的抗腐蝕性(鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬)、增加硬度、防止磨耗、提高導(dǎo)電性、潤滑性、耐熱性、和表面美觀。電泳電泳電泳是電泳涂料在陰陽兩極，施加于電壓作用下，帶電荷之涂料離子移動到陰極,并與陰極表面所產(chǎn)生之堿性作用形成不溶解物，沉積于工件表面。電泳漆膜具有涂層豐滿、均勻、平整、光滑的優(yōu)點(diǎn)，電泳漆膜的硬度、附著力、耐腐、沖擊性能、滲透性能明顯優(yōu)于其它涂裝工藝。發(fā)黑發(fā)黑鋼制件的表面發(fā)黑處理，也稱之為

54、發(fā)藍(lán)。其原理是將鋼鐵制品表面迅速氧化,使之形成致密的氧化膜保護(hù)層，提高鋼件的防銹能力。7/3/202245Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO噴涂噴涂利用壓力或靜電力將油漆或粉末附著在工件表面,使工件有防腐和外觀裝飾作用.烤漆烤漆在基材上打上底漆、面漆，每上一遍漆，都送入無塵衡溫烤房，烘烤。浸滲浸滲是一種微孔（細(xì)縫）滲透密封工藝。將密封介質(zhì)（通常是低粘度液體）通過自然滲透（即微孔自吸）、抽真空和加壓等方法滲入微孔（細(xì)縫）中，將縫隙填充滿，然后通過自然冷卻或加熱等方法將縫隙里的密封介質(zhì)固化，達(dá)

55、到密封縫隙的作用。噴油噴油將油漆噴在產(chǎn)品表面，自然風(fēng)干的方式。 拋光拋光利用柔性拋光工具和磨料顆?；蚱渌麙伖饨橘|(zhì)對工件表面進(jìn)行的修飾加工。拋光不能提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的，有時也用以消除光澤（消光）。7/3/202246Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO BES外殼廣泛采用含有Sn、Pb、Ni的特殊黃銅，使之具有一些特殊的性能，以滿足產(chǎn)品的使用要求與制造工藝要求，如鉛黃銅具有良好的切削加工性能，錫黃銅具有良好的耐蝕性等。在外殼表面鍍鎳、鉻、特氟龍

56、等涂層，以增加表面的光潔度、耐磨性、耐腐蝕性等。 材料名稱：CuZn39Pb鉛黃銅化學(xué)成分：Cu:57.5-59.5Ni:0.5Fe:0.5Pb:2.0-3.0Zn:余量雜質(zhì)：1.2力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度:(b/MPa)440-450伸長率：（/%）5.5應(yīng)用于應(yīng)用于BES外殼外殼7/3/202247Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang BU Object DetectionBOBO2.2高分子材料高分子材料(High polymer material)7/3/202248Development ProjectBSC, DE/CU, Zhan

57、g Zhongyang 高分子材料是以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。分類：分類：高分子材料按來源分為天然高分子材料和合成高分子材料。天然高分子材料有天然橡膠、纖維素、蛋白質(zhì)、淀粉、甲殼素、蠶絲等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡膠和合成纖維三大合成材料，此外還包括黏合劑、涂料以及各種功能性高分子材料。BU Object DetectionBOBO7/3/202249Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 與一般低分子不同，高分子是由若干個最基本的結(jié)構(gòu)單元以共價鍵鍵接構(gòu)成，高分子材料則是通過若干高分子鏈聚集以及高分子鏈與其他添加組

58、分的相互作用兒構(gòu)成。高分子化合物的相對分子質(zhì)量可高達(dá)上萬甚至上百萬。巨大的分子質(zhì)量賦予這類高分子以嶄新的物理、化學(xué)性質(zhì)：可以延壓成膜；可以紡制成纖維；可以擠鑄或模壓成各種形狀的構(gòu)件；可以產(chǎn)生強(qiáng)大的粘接能力；可以產(chǎn)生巨大的彈性形變；并具有質(zhì)輕、絕緣、高強(qiáng)、耐熱、耐腐蝕、自潤滑等許多獨(dú)特的性能。 高分子結(jié)構(gòu)通常分為鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)兩個部分。鏈結(jié)構(gòu)是指單個高分子化合物的分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，高分子鏈可以是線型的，帶支鏈的，也可以是網(wǎng)狀的或體型的，聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指高聚物材料本體內(nèi)部高分子鏈之間的幾何排列狀態(tài)，主要包括非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、晶態(tài)結(jié)構(gòu)、液晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向結(jié)構(gòu)等。BU Object DetectionBOB

59、O7/3/202250Development ProjectBSC, DE/CU, Zhang Zhongyang 命名方式：命名方式：高分子材料多采用習(xí)慣命名。常用的有：（1）在原料單體名稱前加“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙稀等；（2）在原料單體名稱后加“樹脂”，如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。（3）采用商品名稱，如聚酰胺稱為“尼龍”或“棉綸”、聚酯稱為“滌綸”、聚甲基丙烯酸稱為“有機(jī)玻璃”等。（4）采用英文字母縮寫，如聚乙烯用“PE”、聚甲醛用PO、聚氯乙稀用“PVC”等。BU Object DetectionBOBO2.2.1高分子材料高分子材料的力學(xué)狀態(tài)的力學(xué)狀態(tài)1、線型非晶態(tài)高聚物的力學(xué)狀態(tài)根據(jù)

60、高聚物在恒定應(yīng)力條件下的溫度-形變曲線，即熱-機(jī)曲線，可描述聚合物在不同溫度下出現(xiàn)3種力學(xué)狀態(tài)，如圖所示。（1）玻璃態(tài)在低溫下，分子運(yùn)動能量低，鏈段不能運(yùn)動，在外力作用下，只能使大分子的原子發(fā)生微量位移而發(fā)生少量彈性變形，這種狀態(tài)稱為“玻璃態(tài)”。高聚物呈玻璃態(tài)的最高溫度叫“玻璃化溫度”，用“Tg”表示。在這種狀態(tài)下使用的材料有塑料和纖維。（2）高彈態(tài)溫度高于Tg，分子活動能力增加，大分子的鏈段發(fā)生運(yùn)動，因此產(chǎn)生很大的彈性變形，可達(dá)1001000，被稱為“高彈態(tài)”。在這種狀態(tài)下使用的高聚物是橡膠。（3）粘流態(tài)由于溫度高，分子活動能力很大，在外力作用下，大分子鏈可以相對滑動。稱為“粘流態(tài)”。粘流態(tài)