基礎(chǔ)知識(shí)西安建筑科技大學(xué)課件

水工藝設(shè)備基礎(chǔ)

2006-12給水排水教研室盧金鎖

給水排水工程專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程環(huán)境與市政工程學(xué)院水工藝設(shè)備基礎(chǔ)2006-12給水排水教研室給水排水工程專(zhuān)業(yè)前言一、背景

1、給水排水專(zhuān)業(yè)

（1）發(fā)展概況

建于20世紀(jì)50年代初。模仿前蘇聯(lián)的模式，建立了“給水排水工程”學(xué)科。建國(guó)后的前30年，計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制，實(shí)行“先生產(chǎn)，后生活”的發(fā)展方針，而“給水排水”被歸入“生活類(lèi)”，所以長(zhǎng)期發(fā)展緩慢，大大滯后國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，開(kāi)始實(shí)行“改革開(kāi)放”政策，國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，對(duì)水的需求成倍地增長(zhǎng)。但我國(guó)水危機(jī)主要表現(xiàn)在水資源短缺和水環(huán)境污染兩個(gè)方面。國(guó)家為了緩解水危機(jī)投入大量的資金，促進(jìn)水工業(yè)的發(fā)展。12/12/20222前言一、背景12/11/20222前言一、背景二、課程性質(zhì)與任務(wù)三、課程主要內(nèi)容四、于其他課程關(guān)系五、課程教學(xué)安排六、參考資料

12/12/20223前言一、背景12/11/20223前言水作為一種特殊商品正在進(jìn)入市場(chǎng)，采集、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)商品水的產(chǎn)業(yè)，稱(chēng)為“水工業(yè)”。傳統(tǒng)的給水排水工程技術(shù)，水工業(yè)科學(xué)技術(shù)。水工業(yè)源于給水排水工程，又不同給水排水工程，它在內(nèi)涵和外延上都有了很大的擴(kuò)展。水工業(yè)是以城市及工業(yè)為對(duì)象，以水質(zhì)為中心，從事水資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，以滿(mǎn)足社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所需求的水量作為生產(chǎn)目標(biāo)的特殊工業(yè)。水工業(yè)是隨著水的商品化和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)而逐步形成和完善的新興工業(yè)，它是水的開(kāi)采、加工、輸送、回收及利用的綜合產(chǎn)業(yè)。水工業(yè)科學(xué)技術(shù)的基本框架是給水排水工程技術(shù)的發(fā)展和繼承，并賦予了社會(huì)可持續(xù)發(fā)展及市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的豐富內(nèi)涵。12/12/20224前言水作為一種特殊商品正在進(jìn)入市場(chǎng)，采集、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)前言水循環(huán)可分為水的自然循環(huán)和水的社會(huì)循環(huán)，由天然水體采集水，經(jīng)過(guò)加工處理，以滿(mǎn)足工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及人們生活對(duì)水質(zhì)水量的要求，用過(guò)的水經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理再排回天然水體，這就是水的社會(huì)循環(huán)。水工業(yè)正是服務(wù)于水的社會(huì)循環(huán)。它與服務(wù)于水的自然循環(huán)及調(diào)控的“水利工程”，構(gòu)成了水工程的兩個(gè)方面。水工業(yè)設(shè)備化、自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展將是21世紀(jì)水工業(yè)工程技術(shù)重點(diǎn)。給水排水工程技術(shù)人員不熟悉自動(dòng)化監(jiān)控儀表和控制技術(shù)，不懂得如何使用、管理這些設(shè)備，更談不上研究開(kāi)發(fā)設(shè)備；而機(jī)電自動(dòng)化工程技術(shù)人員不懂得給水排水專(zhuān)業(yè)的工藝。缺乏兩部分專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的“接口”與交叉。12/12/20225前言水循環(huán)可分為水的自然循環(huán)和水的社會(huì)循環(huán)，由天然水前言2、《水工藝設(shè)備基礎(chǔ)》課程發(fā)展的主要?dú)v史沿革

是一門(mén)新的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是針對(duì)我國(guó)目前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和水工業(yè)體系逐步形成與不斷完善的現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)全國(guó)高校給水排水工程學(xué)科專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)和眾多專(zhuān)家的多次討論而于2000年確定設(shè)置的一門(mén)新課程。在國(guó)內(nèi)屬首次開(kāi)設(shè)，國(guó)外由于專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)不完全對(duì)應(yīng)，同類(lèi)課程與教材尚不多見(jiàn)。隨著水處理技術(shù)、工藝的不斷改進(jìn)和完善，以及水工業(yè)設(shè)施建設(shè)中成套專(zhuān)用設(shè)備和檢測(cè)、控制儀器儀表的投資比例的逐漸提高，水工業(yè)設(shè)備、器材和儀器儀表與工程要求之間的差距已顯露出來(lái)。水工藝設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)作為提高水處理效率、保證處理水質(zhì)、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)鍵，其裝備水平也因此成為水工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。

12/12/20226前言2、《水工藝設(shè)備基礎(chǔ)》課程發(fā)展的主要?dú)v史沿革1前言傳統(tǒng)的給水排水工程是土木工程學(xué)科的一個(gè)分支，水處理工程主要通過(guò)土木工程構(gòu)筑物來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代的水與廢水處理過(guò)程已經(jīng)由傳統(tǒng)的土木工程型轉(zhuǎn)化為以工藝技術(shù)和設(shè)備裝備水平為核心的工業(yè)化過(guò)程型。以特定的工藝技術(shù)與特殊設(shè)備高度集成的成套技術(shù)和工藝流程在水工業(yè)的建設(shè)、發(fā)展中所占比例不斷提高，技術(shù)設(shè)備和器材所占的投資比例相應(yīng)明顯上升，反映了水工藝工程向設(shè)備化、產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化的發(fā)展趨勢(shì)。因此，迫切需要有一本適應(yīng)這方面發(fā)展、體現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容的教科書(shū)，《水工藝設(shè)備基礎(chǔ)》就是在此背景下為適應(yīng)當(dāng)前給水排水專(zhuān)業(yè)發(fā)展而增列開(kāi)設(shè)的一門(mén)新的課程，該課程的設(shè)置是貫徹“厚基礎(chǔ)，寬口徑”的育人方針、使學(xué)科發(fā)展與行業(yè)需要相適應(yīng)的具體體現(xiàn)。首本《水工藝設(shè)備基礎(chǔ)》全國(guó)統(tǒng)編教材由西安建筑科技大學(xué)于2000年獲得，并于2002年6月由中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版發(fā)行，目前正在進(jìn)行第二版的修訂工作。12/12/20227前言傳統(tǒng)的給水排水工程是土木工程學(xué)科的一個(gè)分支，水處前言二、課程性質(zhì)與任務(wù)1、性質(zhì)《水工藝設(shè)備基礎(chǔ)》是給水排水工程專(zhuān)業(yè)的“十大”專(zhuān)業(yè)主干課程之一，必修課。“十大”專(zhuān)業(yè)主干課程分別為工程力學(xué)、水分析化學(xué)、水力學(xué)、水處理微生物學(xué)、水工藝設(shè)備基礎(chǔ)、城市水工程儀表與控制、水資源利用和保護(hù)、水質(zhì)工程學(xué)、給排水管道系統(tǒng)、建筑給水排水工程。2、任務(wù)主要任務(wù)是介紹與水工藝設(shè)備的制造、設(shè)計(jì)、工藝特點(diǎn)、適用條件等有關(guān)的基本知識(shí)。12/12/20228前言二、課程性質(zhì)與任務(wù)12/11/20228前言三、課程主要內(nèi)容前三章為基礎(chǔ)知識(shí)，主要是水工藝設(shè)備常用材料的分類(lèi)、性能，材料的腐蝕防護(hù)原理，材料的保溫，以及容器應(yīng)力基本理論、機(jī)械傳動(dòng)原理、機(jī)械制造加工及熱量交換理論；后七章為水工藝設(shè)備，包括容器（塔）設(shè)備、攪拌設(shè)備、換熱設(shè)備、分離設(shè)備、污泥處置設(shè)備和投藥設(shè)備。四、于其他課程關(guān)系

與本課程相關(guān)聯(lián)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課包括“水力學(xué)”、“工程力學(xué)”、“無(wú)機(jī)化學(xué)”、“有機(jī)化學(xué)”、“電子電工學(xué)基礎(chǔ)”、“城市水工程概論”、“水質(zhì)工程學(xué)”、“建筑給水排水工程”等。本課程應(yīng)安排在“水力學(xué)”、“工程力學(xué)”、“無(wú)機(jī)化學(xué)”、“有機(jī)化學(xué)”、“電子電工學(xué)基礎(chǔ)”、“城市水工程概論”課程之后、并可與“水質(zhì)工程學(xué)”、“建筑給水排水工程”等同時(shí)講授。

12/12/20229前言三、課程主要內(nèi)容12/11/20229前言五、課程教學(xué)安排1、時(shí)間安排第1周～第8周（32個(gè)學(xué)時(shí)）；2、考試形式待定3、結(jié)業(yè)成績(jī)考試成績(jī)（占70%）；平時(shí)考查成績(jī)（占30%）主要包括課后作業(yè)、上課出勤、回答問(wèn)題等。4、答疑方式課堂直接答疑；課后約固定時(shí)間固定教室答疑；通過(guò)電子郵件、網(wǎng)絡(luò)聊天、電話(huà)咨詢(xún)等方式答疑；（lujinsuo@；QQ:42140971012/12/202210前言五、課程教學(xué)安排12/11/202210前言六、參考資料1、工具書(shū)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第9冊(cè)）專(zhuān)用機(jī)械，上海市政工程設(shè)計(jì)研究院主編，中國(guó)建筑工業(yè)出版社《適用水處理設(shè)備手冊(cè)》，史惠祥主編，化學(xué)工業(yè)出版社《給水排水快速設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第4冊(cè)）給水排水設(shè)備，李金根主編，中國(guó)建筑工業(yè)出版社2、網(wǎng)絡(luò)資源中國(guó)水網(wǎng)：中國(guó)水星：水處理設(shè)備與咨詢(xún)：中國(guó)建筑設(shè)備網(wǎng)：中國(guó)國(guó)際環(huán)保網(wǎng)：中國(guó)水工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：中國(guó)給排水在線(xiàn)：3、參考書(shū)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》（潘金生等著）；《機(jī)械原理》（孫恒等編）；《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（周志安等編）；《設(shè)備腐蝕與防護(hù)》（王增品等編）；《熱工學(xué)基礎(chǔ)》（韓正興等編）等。12/12/202211前言六、參考資料12/11/202211第1章水工藝設(shè)備常用材料

主要內(nèi)容：1.1金屬材料(分類(lèi)和基本性能)1.2無(wú)機(jī)非金屬材料1.3高分子材料1.4復(fù)合材料1.5給水排水工程設(shè)備常用材料的選擇原則

重點(diǎn)是掌握水工藝設(shè)備常用材料的基本性能與特點(diǎn)；

難點(diǎn)是如何根據(jù)材料的性能、特點(diǎn)和水工藝設(shè)備要求，確定不同材料的適用條件和范圍。

12/12/202212第1章水工藝設(shè)備常用材料主要內(nèi)容：12/11/2金屬材料高分子材料陶瓷材料復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料非金屬基復(fù)合材料普通陶瓷特種陶瓷工程塑料合成纖維合成橡膠鋼有色金屬及其合金鑄鐵水工藝設(shè)備材料12/12/202213金屬材料高分子材料陶瓷材料復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料非金屬基復(fù)合§1.1金屬材料1.1.1、金屬材料的分類(lèi)水工藝設(shè)備常用的金屬材料主要有碳鋼、鑄鐵、合金鋼、不銹鋼以及部分有色金屬材料等。1、鋼的分類(lèi)（1）按化學(xué)成分分類(lèi)

查看圖片12/12/202214§1.1金屬材料1.1.1、金屬材料的分類(lèi)查看圖片12/11低碳鋼12/12/202215低碳鋼12/11/202215中碳鋼12/12/202216中碳鋼12/11/202216高碳鋼12/12/202217高碳鋼12/11/202217低合金鋼12/12/202218低合金鋼12/11/202218低合金鋼12/12/202219低合金鋼12/11/202219高合金鋼12/12/202220高合金鋼12/11/202220§1.1金屬材料（2）按質(zhì)量分類(lèi)按照鋼中硫（S）和磷（P）的含量可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。普通鋼 S≤0.055%；P≤0.045%；優(yōu)質(zhì)鋼 S、P均應(yīng)≤0.04%；高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 S≤0.03%；P≤0.035%（3）按用途分類(lèi)根據(jù)鋼的用途主要可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造各種工程構(gòu)件和機(jī)器零件。這類(lèi)鋼一般屬于低碳或中碳的碳素鋼或合金鋼。工具鋼主要用于制造各種刀具、量具、模具。這類(lèi)鋼一般屬于高碳鋼或高碳合金鋼。特殊性能鋼是具有特殊物理性能或化學(xué)元素性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等，這類(lèi)鋼一般屬于高合金鋼。12/12/202221§1.1金屬材料（2）按質(zhì)量分類(lèi)12/11/202221§1.1金屬材料2、鋼的編號(hào)鋼的品種繁多，為了便于選擇和使用，必須制定科學(xué)的編號(hào)系統(tǒng)。編號(hào)的要求是用簡(jiǎn)明的符號(hào)將鋼中所含元素的大致百分?jǐn)?shù)表示出來(lái)。有時(shí)通過(guò)編號(hào)還能說(shuō)明鋼的性能特征。（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼這類(lèi)鋼主要保證機(jī)械性能，故其牌號(hào)用Q+數(shù)字表示，其中“Q”為“屈”字的漢語(yǔ)拼音字頭，數(shù)字表示屈服強(qiáng)度值，例如Q275表示屈服強(qiáng)度為275MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。若牌號(hào)后面標(biāo)注A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級(jí)不同，其中A級(jí)最低，D級(jí)最高。若在牌號(hào)后標(biāo)注字母"F"則為沸騰鋼，未加標(biāo)注的為鎮(zhèn)靜鋼。例如Q235-AoF表示屈服強(qiáng)度為235MPa的A級(jí)沸騰鋼。12/12/202222§1.1金屬材料2、鋼的編號(hào)12/11/202222§1.1金屬材料（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造各種機(jī)器零件，這類(lèi)鋼的硫、磷含量都限制在0.040%以下。例如含碳為0.45%左右的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼編號(hào)為45鋼；含碳0.08%左右的低碳鋼稱(chēng)為08鋼等。若鋼中含錳較高則在鋼號(hào)后面附以錳的元素符號(hào)Mn如15Mn、45Mn等。（3）碳素工具鋼這類(lèi)鋼的含碳量較高，一般介于0.65~1.35％之間。它的硫、磷含量限制得更嚴(yán)格些。一般的碳素工具鋼均屬于優(yōu)質(zhì)鋼。當(dāng)硫、磷含量分別限制在0.030%以下時(shí)則為高級(jí)優(yōu)質(zhì)工具鋼。碳素工具鋼的編號(hào)是以“T”（碳的漢語(yǔ)拼音字頭）開(kāi)頭，后面標(biāo)以數(shù)字表示含碳量的千分之幾。例如T8就是代表平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼；若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在編號(hào)最后加以"A"，例如T8A、T13A12/12/202223§1.1金屬材料（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼12/11/2022§1.1金屬材料（4）合金結(jié)構(gòu)鋼這類(lèi)鋼的編號(hào)是利用“兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字”來(lái)表示。前面的兩位數(shù)字代表鋼中平均含碳量的萬(wàn)分之幾，元素符號(hào)表示鋼中所含的合金元素。元素后面的數(shù)字表示該元素的平均含量的百分之幾。如果平均含量低于1.5%，則不標(biāo)明含量。如果平均含量大于1.5%、2.5%、3.5%…，則相應(yīng)地以2、3、4…等表示。例如12CrNi3鋼，其平均含碳量為0.12%，平均含鉻量小于1.5%，平均含鎳量為3%。又如30CrMnSi鋼，其平均含碳量為0.3%，鉻、錳、硅三種合金元素的含量均小于1.5%。若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，則在鋼號(hào)的最后加"A"字，例如20Cr12Ni14WA。（5）合金工具鋼編號(hào)與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，僅含碳量的表示方法有所不同。當(dāng)合金工具鋼的平均含碳量大于或等于1.00%時(shí)，其含碳量不予標(biāo)出。平均含碳量小于1.00%時(shí)，以千分之幾表示。例如：9SiCr鋼，其平均含碳量為0.9%，硅和鉻的平均含量小于1.5%。12/12/202224§1.1金屬材料（4）合金結(jié)構(gòu)鋼12/11/202224碳鋼用途舉例Q195、Q215，用于鉚釘、開(kāi)口銷(xiāo)等及沖壓零件和焊接構(gòu)件。Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉桿、連桿及建筑、橋梁結(jié)構(gòu)。Q275，用于強(qiáng)度較高轉(zhuǎn)軸、心軸、齒輪等。Q345，用于船舶、橋梁、車(chē)輛、大型鋼結(jié)構(gòu)。08鋼，含碳量低，塑性好，主要用于制造冷沖壓零件。10、20鋼，常用于制造沖壓件和焊接件。也常用于制造滲碳件。35、40、45、50鋼屬中碳鋼，經(jīng)熱處理后可獲得良好的綜合力學(xué)性能，主要用制造齒輪、套筒、軸類(lèi)零件等。這幾種鋼在機(jī)械制造中應(yīng)用非常廣泛。T7、T8鋼，用于制造具有較高韌性的工具，如沖頭、鑿子等。T9、T10、T11鋼，用作要求中等韌性、高硬度的刃具，如鉆頭、絲錐、鋸條等。T12、T13鋼，用于要求更高硬度、高耐磨性的銼刀、拉絲模具等。12/12/202225碳鋼用途舉例Q195、Q215，用于鉚釘、開(kāi)口銷(xiāo)等及沖壓零件合金鋼用途舉例09MnNb、16Mn、15MnTi鋼屬低合金結(jié)構(gòu)鋼，用于制造橋梁、車(chē)輛、鍋爐、油罐、建筑結(jié)構(gòu)和化工容器等。14MnVTiRe、14MnMoV、18MnNb、14CrMnMoVB鋼用于制造大型船舶、重要橋梁、電站設(shè)備及鍋爐、化工、石油等中高壓容器。20CrMnTi鋼，常用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)上的齒輪。40MnB、40Cr、35CrMo、40CrMnMo鋼，用于制造重要調(diào)質(zhì)件，如主軸、曲軸、連連桿和齒輪等機(jī)械零件。65Mn、60Si2Mn鋼屬?gòu)椈射摚饕糜谥圃旖孛嫘∮?5mm的彈簧，如車(chē)箱板簧和機(jī)車(chē)板簧、扭桿簧等。GCr15、GsiMnMoV鋼屬軸承鋼，主要用于制造滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體，也可用于制造冷沖模、冷軋輥等。1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti鋼，屬奧氏體不銹鋼，用于制造耐硝酸、冷磷酸、有機(jī)酸及鹽、堿溶液腐蝕的設(shè)備零件。Mn13鋼，屬耐磨鋼，用于制造拖拉機(jī)鏈軌板、挖掘機(jī)鏟齒、球磨機(jī)襯板、鐵路道岔等。15CrMo、4Cr10Si2Mo鋼，屬耐熱鋼，用于制造在高溫下工作的零件或構(gòu)件。12/12/202226合金鋼用途舉例09MnNb、16Mn、15MnTi鋼屬低合金鋼鐵材料的現(xiàn)場(chǎng)鑒別1火花鑒別法根據(jù)鋼鐵材料在磨削過(guò)程中所出現(xiàn)的火花爆裂形狀、流線(xiàn)、色澤、發(fā)火點(diǎn)等特點(diǎn)區(qū)別鋼鐵材料化學(xué)成分差異的方法，稱(chēng)為火花鑒別法碳是鋼鐵材料火花的基本元素，也是火花鑒別法測(cè)定的主要成分。由于含碳量的不同，其火花形狀不同。12/12/202227鋼鐵材料的現(xiàn)場(chǎng)鑒別1火花鑒別法12/11/202227碳素鋼火花的特征①通常低碳鋼火花束較長(zhǎng)，流線(xiàn)少，芒線(xiàn)稍粗，多為一次花，發(fā)光一般，帶暗紅色，無(wú)花粉。12/12/202228碳素鋼火花的特征①通常低碳鋼火花束較長(zhǎng)，流線(xiàn)少，芒線(xiàn)稍粗，碳素鋼火花的特征②中碳鋼火花束稍短，流線(xiàn)較細(xì)長(zhǎng)而多，爆花分叉較多，開(kāi)始出現(xiàn)二次、三次花，花粉較多，發(fā)光較強(qiáng)，顏色橙。12/12/202229碳素鋼火花的特征②中碳鋼火花束稍短，流線(xiàn)較細(xì)長(zhǎng)而多，爆花分碳素鋼火花的特征③高碳鋼火花束較短而粗，流線(xiàn)多而細(xì)，碎花、花粉多，又分叉多且多為三次花，發(fā)光較亮12/12/202230碳素鋼火花的特征③高碳鋼火花束較短而粗，流線(xiàn)多而細(xì)，碎花、鑄鐵的火花特征鑄鐵的火花束很粗，流線(xiàn)較多，一般為二次花，花粉多，爆花多，尾部漸粗下垂成弧形，顏色多為橙紅。火花試驗(yàn)時(shí)，手感較軟12/12/202231鑄鐵的火花特征鑄鐵的火花束很粗，流線(xiàn)較多，一般為二次花，花合金鋼的火花特征合金鋼的火花特征與其含有的合金元素有關(guān)。一般情況下，鎳、硅、鉬、鎢等元素抑制火花爆裂，而錳、釩鉻等元素卻可助長(zhǎng)火花爆裂。所以對(duì)合金鋼的鑒別難掌握。一般鉻鋼的火花束白亮，流線(xiàn)稍粗而長(zhǎng)，爆裂多為一次花、花型較大，呈大星形，分叉多而細(xì)，附有碎花粉，爆裂的火花心較明亮。鎳鉻不銹鋼的火花束細(xì)，發(fā)光較暗，爆裂為一次花，五、六根分叉，呈星形，尖端微有爆裂。高速鋼火花束細(xì)長(zhǎng)，流線(xiàn)數(shù)量少，無(wú)火花爆裂，色澤呈暗紅色，根部和中部為斷續(xù)流線(xiàn)，尾花呈弧狀。12/12/202232合金鋼的火花特征合金鋼的火花特征與其含有的合金元素有關(guān)。一般2色標(biāo)鑒別法生產(chǎn)中為了表明金屬材料的牌號(hào)、規(guī)格等，常做一定的標(biāo)記，如涂色、打印、掛牌等。金屬材料的涂色標(biāo)志是表示鋼號(hào)、鋼種的，涂在材料一端的端面或端部。碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235鋼為紅色；優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼為棕色加綠色，45鋼為白色加棕色合金結(jié)構(gòu)鋼20CrMnTi鋼為黃色加黑色，40CrMo鋼為綠色加紫色；鉻軸承鋼GCr15鋼為藍(lán)色；高速鋼W18Cr4V鋼為棕色加藍(lán)色；不銹鋼1Cr18Ni9Ti鋼為綠色國(guó)藍(lán)色；熱作模具鋼5CrMnMo鋼為紫色加白色。12/12/2022332色標(biāo)鑒別法生產(chǎn)中為了表明金屬材料的牌號(hào)、規(guī)格等，常做3斷口宏觀(guān)鑒別法低碳鋼不易敲斷，斷口邊緣有明顯的塑性變形特征，有微量顆粒；中碳鋼的斷口邊緣的塑性變形特征沒(méi)有低碳鋼明顯，斷口顆粒較細(xì)、較多；高碳鋼的斷口邊緣無(wú)明顯塑性變形特征，斷口顆粒很細(xì)密；鑄鐵極易敲斷，斷口無(wú)塑性變形，晶粒粗大，呈暗灰色。12/12/2022343斷口宏觀(guān)鑒別法低碳鋼不易敲斷，斷口邊緣有明顯的塑性變4音色鑒別法根據(jù)鋼鐵敲擊時(shí)發(fā)出的聲音不同，以區(qū)別鋼和鑄鐵的方法稱(chēng)為音色鑒別法。敲擊時(shí)，發(fā)出比較清脆聲音的材料為鋼，發(fā)出較低沉聲音的材料為鑄鐵。5、其它鑒別方法一般還可采用化學(xué)分析、金相檢驗(yàn)以及硬度試驗(yàn)等手段進(jìn)行鑒別12/12/2022354音色鑒別法根據(jù)鋼鐵敲擊時(shí)發(fā)出的聲音不同，以區(qū)別鋼和鑄§1.1金屬材料1.1.2、金屬材料的基本性能金屬材料的基本性能是指它的物理性能、機(jī)械性能、化學(xué)性能和工藝性能，這些性能一般都受其化學(xué)成分的影響。1、化學(xué)成分化學(xué)成分的變化對(duì)鋼材的基本力學(xué)性能如強(qiáng)度及塑韌性等有較大影響，對(duì)熱處理效果也有較大影響。（1）碳（C）主要元素。一般地，碳含量增加，強(qiáng)度極限和硬度提高，而塑性、韌性下降。當(dāng)碳的含量超過(guò)0.9%時(shí)，鋼的強(qiáng)度極限反而降低。碳含量偏高會(huì)對(duì)鋼的焊接性能產(chǎn)生不利影響。（2）硫（S）一種有害元素。以FeS形式存在（熔點(diǎn)只有989℃），使鋼材在熱加工時(shí)容易開(kāi)裂，產(chǎn)生"熱脆"現(xiàn)象。硫含量高還使材料的斷裂韌性降低。12/12/202236§1.1金屬材料1.1.2、金屬材料的基本性能12/1§1.1金屬材料（3）磷（P）也是一種有害元素。磷能全部溶于鐵素體中，使強(qiáng)度和硬度增加，會(huì)導(dǎo)致塑性和沖擊韌性的顯著降低。在低溫變脆，產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象。在某些特殊用途鋼中，如含磷的銅鋼，可以提高在大氣中的耐蝕性。（4）錳（Mn）一種有益的元素。錳是煉鋼時(shí)作為脫氧劑和合金元素加入鋼中的。由于錳可以和硫形成高熔點(diǎn)(1600℃)的硫化錳，能減輕硫的有害作用，并能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，是低合金鋼中的常見(jiàn)元素。（5）硅（Si）一種有益的元素。作為脫氧劑和合金元素加入鋼中的。能使鋼的強(qiáng)度、硬度、彈性提高，而塑性、韌性降低。硅作為合金元素，可以提高鋼的耐蝕性和耐熱性，但過(guò)量的硅會(huì)惡化鋼的熱加工工藝性能。12/12/202237§1.1金屬材料（3）磷（P）12/11/202237§1.1金屬材料2、物理性能物理性能主要指密度、熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性以及彈性模量等。（1）彈性模量是材料在彈性極限內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值。（2）線(xiàn)膨脹系數(shù)是指材料在溫度變化1℃時(shí)單位長(zhǎng)度的伸縮變化值，其值可從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查取。（3）導(dǎo)熱系數(shù)是指當(dāng)溫度梯度（溫度差與器壁厚度的比值）為1K/m，每小時(shí)通過(guò)每平方米傳熱面積傳過(guò)的熱量，單位為W/(m·K）。3、機(jī)械性能材料的機(jī)械性能主要是指材料的彈性、塑性、強(qiáng)度和韌性。（1）材料的彈性和塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后又能夠恢復(fù)其原來(lái)形狀的性能，稱(chēng)作材料的彈性。塑性是指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。12/12/202238§1.1金屬材料2、物理性能12/11/202238§1.1金屬材料（2）材料的強(qiáng)度強(qiáng)度是金屬材料在外力作用下低抗塑性變形和斷裂的能力。?抗拉強(qiáng)度:抗拉強(qiáng)度是金屬材料試樣在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力，以σb表示，單位為MPa。?屈服極限：是金屬材料開(kāi)始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力，以σs表示，單位為MPa。對(duì)于沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度，以σ0.2表示。?屈強(qiáng)比：屈服極限和抗拉強(qiáng)度的比值稱(chēng)為屈強(qiáng)比。這個(gè)比值可反映材料屈服后強(qiáng)化能力的高低。一般高強(qiáng)度鋼的屈強(qiáng)比數(shù)值較大，低強(qiáng)度鋼的屈強(qiáng)比較小。?持久強(qiáng)度：持久強(qiáng)度是材料在某一溫度下受恒定載荷作用時(shí)，在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)引起斷裂時(shí)的應(yīng)力。用σTt表示，單位為MPa。12/12/202239§1.1金屬材料（2）材料的強(qiáng)度12/11/202239§1.1金屬材料?蠕變強(qiáng)度:指在給定的溫度下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，使試樣產(chǎn)生的蠕變變形量不超過(guò)規(guī)定值（如1%）時(shí)的最大應(yīng)力，單位為MPa。?疲勞破壞:零件或構(gòu)件在工作過(guò)程中受到方向、大小反復(fù)變化的交變應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，會(huì)在應(yīng)力遠(yuǎn)小于該材料的屈服強(qiáng)度情況下，突然發(fā)生脆性斷裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞破壞。?疲勞強(qiáng)度:是指材料在經(jīng)受N次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂時(shí)的最大應(yīng)力，以σ－1（純彎曲疲勞），τ－1（扭轉(zhuǎn)疲勞）表示，單位為MPa。(3)硬度硬度是材料抵抗其它物體刻劃或壓入其表面的能力。用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的表面硬度是材料耐磨能力的重要指標(biāo)。（4）材料的韌性韌性是材料對(duì)缺口或裂紋敏感程度的反映，用來(lái)衡量材料的抗裂紋擴(kuò)展能力。12/12/202240§1.1金屬材料?蠕變強(qiáng)度:指在給定的溫度下，在規(guī)定的時(shí)§1.1金屬材料沖擊韌性:衡量材料韌性的指標(biāo)之一?？捎脦笨诘臎_擊試樣在沖擊試驗(yàn)中所吸收的沖擊功數(shù)值作為沖擊韌性值。斷裂韌性:材料的沖擊韌性可指導(dǎo)選材，但沖擊功不能直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，而且許多壓力容器由于裂紋的存在也可以在塑性與沖擊韌性值足夠大的情況下發(fā)生脆性斷裂事故。為了能更科學(xué)地判斷容器是否存在較大宏觀(guān)缺陷，特別是裂紋性缺陷時(shí)是否會(huì)發(fā)生低應(yīng)力脆斷，近年來(lái)已把斷裂力學(xué)中的斷裂韌性指標(biāo)用于壓力容器的防脆斷設(shè)計(jì)或安全評(píng)定。這些斷裂韌性值可以衡量材料的韌性情況，即可看出存在裂紋時(shí)材料所具有的防斷能力。*無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度（NDT）:在不同的溫度下測(cè)定出一系列的沖擊韌性值，可以發(fā)現(xiàn)材料在某一溫度區(qū)間隨溫度降低韌性值突然下降。由此可得出該材料的無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度，以便確定材料的最低使用溫度。12/12/202241§1.1金屬材料沖擊韌性:衡量材料韌性的指標(biāo)之一。可用帶§1.1金屬材料（5）溫度對(duì)材料機(jī)械性能的影響一般金屬材料的機(jī)械性能，隨溫度的升高會(huì)發(fā)生顯著的變化。*材料在高溫下應(yīng)力松弛*材料在低溫下材料的冷脆性。4、材料的工藝性能材料要經(jīng)過(guò)各種加工后，才能做成設(shè)備或機(jī)器的零件。材料在加工方面的物理、化學(xué)和機(jī)械性能的綜合表現(xiàn)構(gòu)成了材料的工藝性能，又叫加工性能。選材時(shí)必須同時(shí)考慮材料的使用與加工兩方面的性能。水工藝與工程中容器和設(shè)備主要零部件的制造主要是焊接、鍛造、切削、沖壓、彎曲和熱處理工藝過(guò)程。12/12/202242§1.1金屬材料（5）溫度對(duì)材料機(jī)械性能的影響12/11§1.1金屬材料（1）可焊性：指被焊金屬在一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式的條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。*工藝可焊性主要是指焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向*使用可靠性包括焊接接頭的機(jī)械性能及其他特殊性能（如耐熱、耐蝕性能等）。（2）可鍛性：金屬承受壓力加工的能力叫金屬的可鍛性。（3）切削加工性：材料被切削加工的難易程度。（4）成型工藝性：成型就是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下，經(jīng)外力作用產(chǎn)生塑性變形而成為所需形狀的過(guò)程。（5）熱處理性能：熱處理是以改善鋼材的某些性能為目的，將鋼材加熱到一定的溫度，在此溫度下保持一定的時(shí)間，然后以不同的速度冷卻下來(lái)的一種操作。12/12/202243§1.1金屬材料（1）可焊性：指被焊金屬在一定的焊接方法§1.1金屬材料三、耐蝕金屬材料及性能金屬材料的化學(xué)性能最主要的是指它的耐腐蝕性。材料抵抗周?chē)橘|(zhì)對(duì)腐蝕破壞的能力稱(chēng)為材料的耐腐蝕性能。耐蝕性不是材料固有不變的特性，它隨材料的工作條件而改變。1、碳鋼和普通鑄鐵的耐蝕性（1）耐蝕性能*在淡水、大氣、土壤、海水等中性介質(zhì)中都不耐蝕；*在各類(lèi)干燥氣體和有機(jī)溶劑等介質(zhì)中耐蝕性良好；*在低濃度堿溶液及濃硫酸、濃氫氟酸等介質(zhì)中，碳鋼和普通鑄鐵表面能生成穩(wěn)定的膜，因而是耐蝕的。（2）影響耐蝕性的因素：介質(zhì)組成；鐵碳合金的成分和組織；鋼鐵熱處理?xiàng)l件差異。12/12/202244§1.1金屬材料三、耐蝕金屬材料及性能12/11/202§1.1金屬材料2、耐蝕合金鑄鐵在鑄鐵中加入某些合金元素可以大大提高它在一些介質(zhì)中的耐蝕性。如添加硅、鉻、鋁等元素，可使鑄鐵表面形成連續(xù)、致密、牢固的表面膜；添加鎳能獲得耐堿性介質(zhì)腐蝕性能優(yōu)良的奧氏體鑄鐵；加稀土元素、鎂，能使石墨球化，從而大大改善高硅鑄鐵的力學(xué)性能和工藝性能。3、耐蝕低合金鋼耐蝕低合金鋼通常是指在碳鋼中加入合金元素的總量低于3%左右的合金。加入的合金元素種類(lèi)、含量不同，所起的作用不同。根據(jù)在不同介質(zhì)中的耐腐蝕性能，可將耐蝕低合金鋼分為如下幾種：（1）耐大氣腐蝕鋼種：銅系、磷礬系、磷稀土系、磷鈮稀土系（2）耐海水腐蝕鋼種（3）耐硫化氫腐蝕鋼種12/12/202245§1.1金屬材料2、耐蝕合金鑄鐵12/11/20224§1.1金屬材料4、不銹鋼不銹鋼是鉻、鎳含量較高的合金鋼。通常把耐大氣腐蝕的合金鋼稱(chēng)為不銹鋼，把在酸中及其它強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中耐腐蝕的合金鋼稱(chēng)為耐酸鋼。一般把上述不銹鋼與耐酸鋼統(tǒng)稱(chēng)為不銹耐酸鋼或簡(jiǎn)稱(chēng)為不銹鋼。（1）馬氏體不銹鋼：鋼中加入一定的鉻。主要用在氧化性介質(zhì)中,如大氣、水蒸氣中具有良好的耐蝕性，在淡水、海水、溫度不超過(guò)30度的鹽水溶液、硝酸、食品介質(zhì)以及濃度不高的有機(jī)酸中也具有足夠的耐蝕性。（2）鐵素體不銹鋼：?jiǎn)蜗嘟M織。主要用于制作抗高溫氧化、耐硝酸腐蝕的設(shè)備。（3）奧氏體不銹鋼：碳化物溶于奧氏體中?？捎糜谥谱髟诟g性介質(zhì)中使用的設(shè)備。12/12/202246§1.1金屬材料4、不銹鋼12/11/202246§1.1金屬材料5、有色金屬及其合金工業(yè)上鋼鐵稱(chēng)為黑色金屬，除鋼鐵以外的金屬稱(chēng)為有色金屬。有色金屬及其合金因具有良好的耐腐蝕性和低溫性能，常用來(lái)制造水處理、化工容器及有關(guān)的設(shè)備零部件。（1）銅及其合金

銅及其合金具有高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、冷韌性，并且在許多介質(zhì)中具有高的耐蝕性能。①純銅:也稱(chēng)紫銅。銅在一般大氣、工業(yè)大氣、海洋性大氣中、比較穩(wěn)定；在堿中、在弱的和中等濃度的非氧化性酸中也相當(dāng)穩(wěn)定，若溶液中有氧或氧化劑存在，腐蝕將更加嚴(yán)重。銅不耐硫化物（如H2S）腐蝕。銅具有高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性和良好的加工性能，另外，銅具有良好的冷韌性。但銅的強(qiáng)度低，鑄造性能不好，且在某些介質(zhì)中的耐蝕性不高，很少用作結(jié)構(gòu)材料。12/12/202247§1.1金屬材料5、有色金屬及其合金12/11/2022§1.1金屬材料②銅合金：常用的銅合金有黃銅和青銅。

黃銅：銅與鋅組成的合金稱(chēng)為黃銅。為改善其性能，常加入錫、鋁、硅、鎳、錳、鉛、鐵等元素，這樣形成的合金稱(chēng)為特殊黃銅。特點(diǎn)：機(jī)械性能與含鋅量有著極為密切的關(guān)系；鑄造性能很好；抗蝕性較好；含鋅量大于20%的黃銅經(jīng)冷加工后，在潮濕的大氣、海水、高溫高壓水、蒸汽及一切含氨的環(huán)境中都可引起應(yīng)力腐蝕斷裂。黃銅在中性溶液、海水和在退火后酸洗溶液中易發(fā)生脫鋅腐蝕，可在黃銅中加入0.02%的砷防止其發(fā)生。

12/12/202248§1.1金屬材料②銅合金：常用的銅合金有黃銅和青銅。1§1.1金屬材料鉛黃銅的切削性能優(yōu)良，耐磨性好，廣泛用于制造鐘表零件，經(jīng)鑄造制作軸瓦和襯套。錫黃銅的耐腐蝕性能好，廣泛用于制造海船零件。鋁黃銅中的鋁能提高黃銅的強(qiáng)度和硬度，提高在大氣中的抗蝕性，鋁黃銅用于制造耐蝕零件。硅黃銅中的硅能提高銅的力學(xué)性能、耐磨性的耐蝕性，硅黃銅主要用于制造海船零件及化工機(jī)械零件。12/12/202249§1.1金屬材料鉛黃銅的切削性能優(yōu)良，耐磨性好，廣泛用于§1.1金屬材料青銅：凡是銅合金中的主加元素不是鋅而是錫、鋁、硅等其它元素者，通稱(chēng)為青銅。常用的青銅有錫青銅、鋁青銅和硅青銅等。特點(diǎn)：錫青銅鑄造性能較黃銅差，抗腐蝕性比純銅和黃銅更好，但對(duì)酸類(lèi)的抗蝕性較差。錫青銅在造船、化工、機(jī)械、儀表等工業(yè)中廣泛應(yīng)用，主要用以制造軸承、軸套等耐磨零件和彈簧等彈性元件以及抗蝕、抗磁零件等。鋁青銅的機(jī)械性能也比黃銅和錫青銅高，而且在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機(jī)酸中具有比黃銅和錫青銅更高的耐蝕性。鋁青銅的耐磨性以及在大氣、海水、海水碳酸和大多數(shù)有機(jī)酸中的耐蝕性，均比黃銅和錫青銅高。鋁青銅可制造齒輪、軸套、蝸輪等高強(qiáng)度抗磨零件以及高耐蝕性彈性元件。12/12/202250§1.1金屬材料青銅：凡是銅合金中的主加元素不是鋅而是錫§1.1金屬材料硅青銅具有比錫青銅高的機(jī)械性能和較低的價(jià)格，而且鑄造性能和冷、熱壓力加工性能都很好。12/12/202251§1.1金屬材料硅青銅具有比錫青銅高的機(jī)械性能和較低的價(jià)§1.1金屬材料（2）鋁及其合金①鋁特點(diǎn)：鋁的密度小，比重為2.7，約為銅的1/3；導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、冷韌性都好，但強(qiáng)度低，經(jīng)冷變形后強(qiáng)度可提高；能承受各種壓力加工。鋁是電極電位很負(fù)的元素，鋁在強(qiáng)氧化性介質(zhì)以及在氧化性酸（如硝酸）中也是穩(wěn)定的。鹵素離子對(duì)鋁的氧化膜有破壞作用，所以鋁在氫氟酸、鹽酸、海水和其它含鹵素離子的溶液中是不耐蝕的。

應(yīng)用：廣泛用于制造反應(yīng)器、熱交換器、冷卻器、泵、閥、槽車(chē)、管件等②鋁合金純鋁的強(qiáng)度較低，若在鋁中加入一些元素，如銅、鎂、鋅、錳、硅等形成鋁合金，其性能將會(huì)有很大的改善。12/12/202252§1.1金屬材料（2）鋁及其合金12/11/202252§1.1金屬材料1．形變鋁合金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(dòng)機(jī)葉片、飛機(jī)大梁及起落架、內(nèi)燃機(jī)活塞等。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。12/12/202253§1.1金屬材料1．形變鋁合金12/11/202253§1.1金屬材料（1）鋁硅鑄造鋁合金其鑄造性能好，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(dòng)機(jī)殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸頭、活塞以及汽車(chē)、飛機(jī)、儀器上的零件，也可制造日用品。（2）鋁銅鑄造鋁合金鋁銅合金的強(qiáng)度較高，耐熱性較好，鑄造性能較差，常用于鑄造內(nèi)燃機(jī)氣缸頭、活塞等零件，也可作為結(jié)構(gòu)材料鑄造承受中等載荷、形狀較簡(jiǎn)便的零件。（3）鋁鎂鑄造鋁合金強(qiáng)度高、比重小，有良好的耐蝕性，但鑄造性能不好，多用于制造承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)中工作、外形簡(jiǎn)單的零件，如艦般配件、氨用泵體等。（4）鋁鋅鑄造鋁合金價(jià)格便宜、鑄造性能優(yōu)良、強(qiáng)度較高，但抗蝕性差、熱裂傾向大，常用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件及形狀復(fù)雜的儀器元件，也可用于制造日用品。12/12/202254§1.1金屬材料（1）鋁硅鑄造鋁合金12/11/20§1.1金屬材料（3）鈦及鈦合金①純鈦特點(diǎn)：是很活潑的元素。有很好的鈍化性能，鈍化膜很穩(wěn)定，在許多環(huán)境中表現(xiàn)出很好的耐蝕性。有“耐海水腐蝕之王”之稱(chēng)。在中性弱酸性氯化物中耐蝕。在王水、次氯酸鈉、濕氯氣中耐蝕。高溫下，鈦的化學(xué)活性很高，能與鹵素、氧、氮、碳、硫等元素發(fā)生劇烈反應(yīng)。鈦一般不發(fā)生孔蝕；除在幾種個(gè)別介質(zhì)（如發(fā)煙硝酸、甲醇溶液）中，也不發(fā)生晶間腐蝕；鈦的應(yīng)力腐蝕破裂敏感性小，具有抗腐蝕疲勞的性能，耐縫隙腐蝕性能良好。②鈦合金

特點(diǎn)：鈦合金的機(jī)械性能與耐蝕性都比純鈦有明顯提高。工業(yè)上使用的都是鈦合金。鈦合金的主要腐蝕形態(tài)是氫脆和應(yīng)力腐蝕破裂。12/12/202255§1.1金屬材料（3）鈦及鈦合金12/11/202255§1.1金屬材料（4）鉛及其合金

①鉛：特點(diǎn)：鉛的強(qiáng)度小（僅為鋼的1/20）、硬度低、密度大、再結(jié)晶溫度低、熔點(diǎn)低、導(dǎo)熱性差，在硫酸中、大氣中（特別是有二氧化硫、硫化氫的氣體中）有很高的耐蝕性，在生產(chǎn)上多用于處理硫酸的設(shè)備上。鉛有毒，且價(jià)格高，在生產(chǎn)上多被其他非金屬材料代替。純鉛不耐磨，非常軟，不宜單獨(dú)制作設(shè)備，只能做襯里。②鉛合金：鉛中加銻，可增加鉛的硬度、強(qiáng)度和在硫酸中的穩(wěn)定性。加入不同銻含量的鉛銻合金稱(chēng)為硬鉛（編號(hào)規(guī)則同前）。硬鉛可制作硫酸工業(yè)用的泵、閥門(mén)、管道等。12/12/202256§1.1金屬材料（4）鉛及其合金12/11/202256§1.1金屬材料(5)鎳及其合金①鎳：特點(diǎn)：在各種溫度、任何濃度的堿溶液和各種熔堿中，鎳具有特別高的耐蝕性。但鎳在含硫氣體、濃氨水和強(qiáng)烈充氣氨溶液、含氧酸和鹽酸等介質(zhì)中，耐蝕性很差。鎳具有高強(qiáng)度、高塑性和冷韌的特性，能壓延成很薄的板和拉成細(xì)絲。用途：鎳很稀貴，在水處理工程和化工上主要用于制造堿性介質(zhì)設(shè)備，以及鐵離子在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生催化影響而不能采用不銹鋼的那些過(guò)程設(shè)備。

12/12/202257§1.1金屬材料(5)鎳及其合金12/11/20225§1.1金屬材料②鎳合金：Ni-Cu合金中的蒙乃爾合金具有很好的力學(xué)性能和機(jī)械性能，易于壓力加工和切削加工，耐蝕性好。主要用于在高溫荷載下工作的耐蝕零件和設(shè)備。Ni－Mo合金中的哈氏合金（0Cr16Ni57Mo16Fe6W4）能耐室溫下所有濃度的鹽酸和氫氟酸。Ni－Cr合金中的因考爾合金（0Cr15Ni57Fe），在高溫下具有很好的力學(xué)性能和很高的抗氧化能力，是能抗熱濃MgCl2腐蝕的少數(shù)幾種材料之一。12/12/202258§1.1金屬材料②鎳合金：Ni-Cu合金中的蒙乃爾合金§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料1.2.1陶瓷材料陶瓷材料的分類(lèi)(1)傳統(tǒng)陶瓷：以粘土為主要原料(2)玻璃：工業(yè)玻璃，建筑玻璃，日用玻璃(3)玻璃陶瓷：光學(xué)玻璃陶瓷，耐熱、耐蝕微晶玻璃(4)特種陶瓷：耐蝕陶瓷、高溫陶瓷、電容器陶瓷、壓電陶瓷、電光陶瓷(5)金屬陶瓷：粉末冶金法生長(zhǎng)的金屬材料（制粉、成形、燒結(jié)）

陶瓷的基本性能（1）陶瓷的機(jī)械性能剛度：陶瓷的剛度由彈性模量衡量，彈性模量反映結(jié)合鍵的強(qiáng)度，所以具有強(qiáng)大化學(xué)鍵的陶瓷都有很高的彈性模量，是各類(lèi)材料中最高的，比金屬材料高若干倍，比高聚物高2~4個(gè)數(shù)量級(jí)。12/12/202259§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料1.2.1陶瓷材料12/11/20§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料硬度：同剛度一樣，硬度也決定于化學(xué)鍵的強(qiáng)度，所以陶瓷也是各類(lèi)材料中硬度最高的，這也是陶瓷的最大特點(diǎn)。陶瓷的硬度隨溫度的升高而降低，但在高溫下仍能保持較高的數(shù)值。強(qiáng)度：陶瓷實(shí)際強(qiáng)度比理論值低得多。它的破壞作用比在金屬中更大。塑性：陶瓷在室溫下幾乎沒(méi)有塑性。塑性變形是在切應(yīng)力作用下由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所引起的密排原子面間的滑移變形。陶瓷晶體的滑移比金屬困難得多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需要的切應(yīng)力很大，比較接近于晶體的理論剪切強(qiáng)度。另外，共價(jià)健有明顯的方向性和飽和性，而離子鍵的同號(hào)離子接近時(shí)斥力很大，所以主要由離子晶體和共價(jià)晶體構(gòu)成的陶瓷的塑性極差。韌性或脆性：陶瓷受載時(shí)都不發(fā)生塑性變形，在較低的應(yīng)力下就會(huì)斷裂，因此韌性極低或脆性極高。脆性是陶瓷的最大缺點(diǎn)，是阻礙其作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用的首要問(wèn)題，是當(dāng)前的重要研究課題。12/12/202260§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料硬度：同剛度一樣，硬度也決定于化學(xué)鍵§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料（2）物理化學(xué)性能熱膨脹：溫度升高時(shí)物質(zhì)原子振動(dòng)振幅提高、原子間距增大所導(dǎo)致的體積長(zhǎng)大現(xiàn)象。陶瓷的線(xiàn)膨脹系數(shù)比高聚物低，比金屬低得多。導(dǎo)熱性：導(dǎo)熱性為在一定溫度梯度作用下熱量在固體中的傳導(dǎo)速率。陶瓷的導(dǎo)熱性比金屬小，陶瓷多為較好的絕熱材料。熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性就是抗熱振性，為陶瓷在不同溫度范圍波動(dòng)時(shí)的壽命，一般用急冷到水中不破裂所能承受的最高溫度來(lái)表征。陶瓷的熱穩(wěn)定性很低，比金屬低得多。這是陶瓷的另一個(gè)主要缺點(diǎn)。12/12/202261§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料（2）物理化學(xué)性能12/11/202§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料化學(xué)穩(wěn)定性：陶瓷的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。具有很好的耐火性能或不可燃燒性，對(duì)酸、堿、鹽等腐蝕性很強(qiáng)的介質(zhì)均有較強(qiáng)的抗蝕能力。導(dǎo)電性：陶瓷的導(dǎo)電性變化范圍很廣。大多數(shù)陶瓷是良好的絕緣體。但不少陶瓷既是離子導(dǎo)體，又有一定的電子導(dǎo)電性，是重要的半導(dǎo)體材料。陶瓷性能的主要特點(diǎn)是，具有不可燃燒性、高耐熱性、高化學(xué)穩(wěn)定性、不老化性、高的硬度和良好的抗壓能力，但脆性很高，對(duì)溫度劇變的抵抗力很低，抗拉、抗彎性能差。12/12/202262§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料化學(xué)穩(wěn)定性：陶瓷的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。具有§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料1.2.2耐蝕無(wú)機(jī)非金屬材料及其性能陶瓷及其耐蝕性能（1）耐酸陶瓷：耐酸陶瓷又稱(chēng)化工陶瓷。性能：耐酸陶瓷可耐沸騰溫度下任何濃度的鉻酸、96%的硫酸、沸點(diǎn)以下的任何濃度鹽酸和任何濃度的醋酸、草酸等有機(jī)酸，但不耐氫氟酸，耐堿性也差。另外，由于其性脆、抗拉強(qiáng)度低，在急熱、急冷變化時(shí)和硬物敲擊下易碎裂。應(yīng)用：耐酸陶瓷主要用來(lái)制作耐酸容器和塔器、泵、管道、閥門(mén)等，也用來(lái)制作耐酸瓷磚。12/12/202263§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料1.2.2耐蝕無(wú)機(jī)非金屬材料及其性§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料（2）氮化硅陶瓷：這是一種新型的工業(yè)陶瓷材料。特點(diǎn)：熱膨脹系數(shù)小，耐溫度急變性好，摩擦系數(shù)小，并有自潤(rùn)滑性，是一種優(yōu)良的耐磨材料。氮化硅陶瓷耐所有的無(wú)機(jī)酸（氫氟酸除外）和某些堿溶液的腐蝕，它在高溫下的抗氧化性能也很好。應(yīng)用：氮化硅陶瓷可用于制作機(jī)械密封環(huán)、球閥和一些耐蝕、耐磨、耐高溫的精密零部件。12/12/202264§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料（2）氮化硅陶瓷：這是一種新型的工業(yè)其它陶瓷氧化物陶瓷大部分氧化物具有很高的熔點(diǎn)，良好的電絕緣性能，特別是具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，在上程領(lǐng)域已得到了較廣泛的應(yīng)用。氮化物陶瓷氮化物包括非金屬和金屬元素氮化物，他們是高熔點(diǎn)物質(zhì)碳化物(SiC)陶瓷典型碳化物陶瓷材料一有碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)碳化鈦(TiC)碳化鋯(ZrC等)、碳化物的共同特點(diǎn)是高熔點(diǎn)許多碳化物的抗氧化能力都比W，Mo等高熔點(diǎn)金屬好。大多數(shù)碳化物都具有良好的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，許多碳化物都有非常高的硬度，特別是B4C的硬度僅次于金剛石和立方氮化硼，但碳化物的脆性一般較大玻璃陶瓷材料將特定組成(含晶核劑)的玻璃進(jìn)行晶化熱處理玻璃相填充于晶界，得到像陶瓷一樣的多晶固體材料統(tǒng)稱(chēng)為玻璃陶瓷，也稱(chēng)之為微晶玻璃。

12/12/202265其它陶瓷氧化物陶瓷12/11/202265氧化物陶瓷氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷又稱(chēng)剛玉瓷，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高，具有優(yōu)異的電絕緣性能和較低的介質(zhì)損耗應(yīng)用：耐酸泵葉輪、泵體、泵蓋、軸套，輸送酸的管道內(nèi)襯和閥門(mén)；電子、電器；制造紡織耐磨零件、刀具；高壓鈉燈燈管、紅外檢測(cè)窗口材料氧化鋯(Zr02)陶瓷高溫爐內(nèi)襯，也可作為各種耐熱涂層日前所研制的陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)中用于氣缸內(nèi)壁、活塞、缸蓋板部件12/12/202266氧化物陶瓷氧化鋁陶瓷12/11/202266氮化物陶瓷氮化硅(Si3N4)陶瓷熱膨脹系數(shù)小，因此具有較好的抗熱震性能；彎曲強(qiáng)度比較高，硬度也很高，同時(shí)具有自潤(rùn)滑性，摩擦系數(shù)小；常溫電阻率比較高，可以作為較好的絕緣材料；耐氫氟酸以外的所有無(wú)機(jī)酸和某些堿液的腐蝕，也不被鉛、錫、銀、黃銅、鎳等熔融金屬合金所浸潤(rùn)與腐蝕熱機(jī)材料、切削工具、高級(jí)耐火材料，還可用作抗腐蝕、耐磨損的密封部件等。氮化鋁(AlN)陶瓷熱硬度很高，具有優(yōu)異的抗熱震性，對(duì)Al和其它熔融金屬、砷化稼等具有良好的耐蝕性；還具有優(yōu)良的電絕緣性和介電性質(zhì);但AlN的高溫抗氧化性差，在大氣中易吸潮、水解。AlN可以用作熔融金屬用坩鍋、熱電偶保護(hù)管、真空蒸鍍用容器，也可用作真空中蒸鍍金的容器、耐熱磚等12/12/202267氮化物陶瓷氮化硅(Si3N4)陶瓷12/11/20226氮化物陶瓷氮化硼(BN)陶瓷六方BN六方BN具有自潤(rùn)滑性，可用于機(jī)械密封、高溫固體潤(rùn)滑劑，還可用作金屬和陶瓷的填料制成軸承六力BN對(duì)酸堿和玻璃熔渣有良好的耐侵蝕性，對(duì)大多數(shù)熔融金屬既不潤(rùn)濕也不發(fā)生反應(yīng)，因此可以用作熔煉有色金屬、貴金屬和稀有金屬的坩鍋、器皿等部件BN是最輕的陶瓷材料，可以用于飛機(jī)和宇宙飛行器的高溫結(jié)構(gòu)材料。立方BN立方BN為閃鋅礦結(jié)構(gòu)，化學(xué)穩(wěn)定性高，導(dǎo)熱及耐熱性能好，其硬度與人造金剛石相近，是性能優(yōu)良的研磨材料。與金剛石相比，其最突出的優(yōu)點(diǎn)在于高溫下不與鐵系金屬反應(yīng)，并且可以在1400℃的溫度使用。立力BN除了直接用作磨料外，還可以將其與某些金屬或陶瓷混合，經(jīng)燒結(jié)制成塊狀材料，作為各種高性能切削刀具。

12/12/202268氮化物陶瓷氮化硼(BN)陶瓷12/11/202268碳化物(SiC)陶瓷碳化硅(SiC)陶瓷碳化硅的硬度很高，僅次于金剛石、立力BN和B4C等少數(shù)幾種物質(zhì)，碳化硅的熱導(dǎo)率很高，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和抗高溫蠕變能力高性能碳化硅材料可以用于高溫、耐磨、耐腐蝕機(jī)械部件碳化硅是各種高溫燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件提高使用性能的重要候選材料。碳化硼(BC)陶瓷碳化硼的顯著特點(diǎn)是高熔點(diǎn)(約2450℃);低比重，其密度僅是鋼的1/3;低膨脹系數(shù);高導(dǎo)熱;高硬度和高耐磨性，其硬度僅低于金剛石和立方BN;較高的強(qiáng)度和一定的斷裂韌性B4C所具有的優(yōu)異性能，除了大量用作磨料之外，還可以制作各種耐磨零件、熱電偶元件、高溫半導(dǎo)體、宇宙飛船上的熱電轉(zhuǎn)化裝置、防彈裝甲、反應(yīng)堆控制棒與屏蔽材料等。12/12/202269碳化物(SiC)陶瓷碳化硅(SiC)陶瓷12/11/2022玻璃陶瓷材料低膨脹玻璃陶瓷具有熱膨脹系數(shù)低(可為負(fù)值)、強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性能好、使用溫度高等特點(diǎn)，并可制成透明和濁白兩種類(lèi)型所以可以用作航天飛機(jī)上尺寸穩(wěn)定性要求高的零件廣泛用來(lái)制作各種高級(jí)炊具、高溫作業(yè)觀(guān)察窗、微波爐蓋、大型天文望遠(yuǎn)鏡和激光反射鏡的支撐棒，激光元器件表面可強(qiáng)化玻璃陶瓷玻璃陶瓷的強(qiáng)度比一般玻璃要大好幾倍，抗彎強(qiáng)度可達(dá)到88-250MPa，但在某些特殊場(chǎng)合仍然不能滿(mǎn)足要求，需要進(jìn)一步提高強(qiáng)可加工玻璃陶瓷高熱震抗力、優(yōu)異的絕緣性能、高介電強(qiáng)度;低介電損耗具有較高的強(qiáng)韌性、更高的熱穩(wěn)定性(>1100℃)和絕緣性在電絕緣、微波技術(shù)以及精密儀器和航空、航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。12/12/202270玻璃陶瓷材料低膨脹玻璃陶瓷12/11/202270§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料1.2.2玻璃及其耐蝕性能特點(diǎn)：玻璃是一種優(yōu)良的耐蝕非金屬材料。它表面光滑、透明度好。耐溫度急變性差、質(zhì)脆、不耐沖擊和震動(dòng)。應(yīng)用：可用作制造容器、量具、管道、閥門(mén)、泵及金屬管道的內(nèi)襯等。1.2.3化工搪瓷及其耐蝕性能特點(diǎn)：它兼有金屬設(shè)備的力學(xué)性能和瓷釉的耐腐蝕性能雙重優(yōu)點(diǎn)。瓷表面光滑易清洗，并有防止金屬離子干擾化學(xué)反應(yīng)和玷污產(chǎn)品的作用，應(yīng)用：廣泛用于醫(yī)藥、釀造、合成纖維生產(chǎn)中。12/12/202271§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料1.2.2玻璃及其耐蝕性能12/1§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料1.2.4、石墨及其耐蝕性能特點(diǎn)：天然石墨含有大量雜質(zhì)耐蝕性差。人工不透性石墨具有優(yōu)良的耐蝕性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性、熱膨脹系數(shù)小、耐溫度急變性好、不污染介質(zhì)、密度低、易于加工成形。其缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度低、性脆。應(yīng)用：用于制造熱交換器、塔及塔件、管道、管件、鹽酸合成爐等。12/12/202272§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料1.2.4、石墨及其耐蝕性能12/1§1.3高分子材料一、高分子化合物概念是指分子量很大的化合物。分子量大多在5×103~106之間。工程上認(rèn)為，只有具備較好的強(qiáng)度、彈性和塑性等機(jī)械性能的高分子化合物才是工業(yè)用高分子化合物。二、高分子化合物的合成高分子化合物的合成就是將單體通過(guò)聚合反應(yīng)聚合起來(lái)形成化合物的過(guò)程。因此，高分子化合物也稱(chēng)為聚合物或高聚物。 最常見(jiàn)的聚合反應(yīng)有加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩種。加聚反應(yīng)：加聚反應(yīng)是指一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)。分均加聚反應(yīng)和共加聚反應(yīng)。--無(wú)副產(chǎn)物縮聚反應(yīng)：縮聚反應(yīng)是指一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，同時(shí)析出（縮去）其它低分子物質(zhì)（如水、氨、醇、鹵化氫等）的反應(yīng)。又可分為均縮聚和共縮聚反應(yīng)兩種。12/12/202273§1.3高分子材料一、高分子化合物概念12/11/202§1.3高分子材料三、高分子材料的分類(lèi)和命名1、高分子材料的分類(lèi)按來(lái)源：：天然高分子、合成高分子材料；按大分子鏈的幾何形狀：線(xiàn)型、支鏈型和體型三種；按大分子鏈的排列特點(diǎn)：無(wú)定型和晶態(tài)兩種；按極性：極性和非極性?xún)煞N；按照實(shí)際用途：塑料、橡膠、纖維和膠粘劑等。最本質(zhì)和最重要的是按照化學(xué)組成：①碳鏈有機(jī)聚合物：該類(lèi)聚合物的大分子主鏈全部由飽和碳鏈或雙鍵不飽和碳鏈組成（如聚烯烴、聚二烯烴）-C-C-C-C-C-或-C-C=C-C-②雜鏈有機(jī)聚合物：該類(lèi)聚合物的大分子主鏈中除碳原子外，還含有氧、氮、硫、磷等其它原子：-C-C-O-C-，-C-C-N-C-，或-C-C-S-C-12/12/202274§1.3高分子材料三、高分子材料的分類(lèi)和命名12/11/§1.3高分子材料③元素有機(jī)聚合物:該類(lèi)聚合物的主鏈主要由硅、鈦、鋁、硼、氧等原子構(gòu)成，如：-O-Si-O-Si-O-其側(cè)基一般為有機(jī)基團(tuán)（碳鏈）。④無(wú)機(jī)聚合物：該類(lèi)聚合物的主鏈和側(cè)基均由無(wú)機(jī)元素或基團(tuán)構(gòu)成。12/12/202275§1.3高分子材料③元素有機(jī)聚合物:該類(lèi)聚合物的主鏈主要§1.3高分子材料2、命名①由化學(xué)結(jié)構(gòu)命名:就是以聚合物鏈節(jié)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)來(lái)命名。一是按鏈節(jié)的環(huán)學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)命名;一是按有機(jī)化合物系統(tǒng)命名。②由原料單體命名:就是以合成聚合物的低分子原料單體為基礎(chǔ)來(lái)命名。對(duì)于加聚類(lèi)聚合物，在其鏈節(jié)所含單體前加一“聚”字來(lái)取名；對(duì)于縮聚類(lèi)以及某些共聚類(lèi)聚合物，在其低分子原料之后習(xí)慣加"樹(shù)脂"二字命名。③采用商品名稱(chēng)和代表符號(hào)：有許多聚合物人們習(xí)慣使用其商品名稱(chēng)，例如有機(jī)玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）、電木（酚醛塑料）、電玉（脲醛塑料）、滌綸或的確良（聚脂纖維）、腈綸或人造羊毛（聚丙烯腈纖維）、維綸或維尼龍（聚乙烯醇纖維）、錦綸或尼龍（聚酰胺纖維）、丙綸（聚丙烯）、氯綸（聚氯乙烯）等。12/12/202276§1.3高分子材料2、命名12/11/202276§1.3高分子材料四、高分子材料的性能（1）重量輕：高分子聚合物是最輕的一類(lèi)材料，比金屬和陶瓷都要輕。重量輕是高分子聚合物的最大優(yōu)點(diǎn)之一。（2）高彈性：①?gòu)椥宰冃瘟看?；②彈性模量低。③拉伸時(shí)溫度升高。（3）滯彈性：應(yīng)變不隨作用力即時(shí)建立平衡，而有所滯后，這就是滯彈性，它是高聚物的又一重要特性。主要表現(xiàn)有：①蠕變：高聚物在室溫下承受力的長(zhǎng)期作用時(shí)，發(fā)生的不可恢復(fù)的塑性變形稱(chēng)為蠕變。②應(yīng)力松弛：高聚物受力變形后所產(chǎn)生的應(yīng)力隨時(shí)間而逐漸衰減的現(xiàn)象就是應(yīng)力松弛。③滯后與內(nèi)耗：高聚物承受周期性荷載時(shí)，出現(xiàn)應(yīng)變落后于應(yīng)力，即造成應(yīng)變的滯后。在重復(fù)加載時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)上一次的變形還未來(lái)得及回復(fù)，或分子鏈的構(gòu)象未跟上改變，又施加上了下一次荷載，于是造成了分子間的內(nèi)摩擦，產(chǎn)生所謂內(nèi)耗。12/12/202277§1.3高分子材料四、高分子材料的性能12/11/202§1.3高分子材料(4)塑性與受迫彈性加熱時(shí)，分子鏈各部分受熱的不均勻使材料不立即熔化而先有一軟化過(guò)程所表現(xiàn)出的特性稱(chēng)為塑性。無(wú)定形高聚物在玻璃化溫度以下，較大應(yīng)力下產(chǎn)生的較大的不能回復(fù)變形稱(chēng)為受迫高彈性。（5）強(qiáng)度與斷裂強(qiáng)度：高聚物的強(qiáng)度比金屬低得多，比強(qiáng)度還是很高。12/12/202278§1.3高分子材料(4)塑性與受迫彈性12/11/202§1.3高分子材料斷裂：高聚物的斷裂也有脆性斷裂和韌性斷裂兩種形式。①硬脆類(lèi)高聚物：彈性模量很高，強(qiáng)度較高，斷裂伸長(zhǎng)率很小，發(fā)生完全的脆性斷裂②強(qiáng)硬類(lèi)高聚物：彈性模量和強(qiáng)度較高，斷裂伸長(zhǎng)率較小(約2％)，產(chǎn)生脆性斷裂，但局部斷面有流動(dòng)痕跡③強(qiáng)韌類(lèi)高聚物：彈性模量和強(qiáng)度高，斷裂伸長(zhǎng)率較大(約100％)，多發(fā)生韌性斷裂④柔韌類(lèi)高聚物：彈性模量和屈服極限低，有一定的強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率很大，不一定發(fā)生韌性斷裂多發(fā)生脆性斷裂⑤軟弱類(lèi)高聚物：彈性模量和強(qiáng)度都很低，·但有一定的伸長(zhǎng)率。：發(fā)生完全的韌性斷裂，主要有天然橡膠等12/12/202279§1.3高分子材料斷裂：高聚物的斷裂也有脆性斷裂和韌性斷§1.3高分子材料（6）韌性高聚物的優(yōu)點(diǎn)之一是其內(nèi)在的韌性較好，即在斷裂前能吸收較大的能量。沖擊韌性：是材料在高速?zèng)_擊狀態(tài)下的韌性或?qū)嗔训目沽?，在高聚物中也被稱(chēng)為沖擊強(qiáng)度。高聚物的沖擊韌性為金屬的百分之一。（7）減摩、耐磨性摩擦是接觸表面之間的機(jī)械粘接和分子粘著所引起的。大多數(shù)塑料對(duì)金屬和對(duì)塑料的摩擦系數(shù)值一般在0.2~0.4倍范圍內(nèi)，但有一些塑料的摩擦系數(shù)很低。塑料（一部分）除了摩擦系數(shù)低以外，更主要的優(yōu)點(diǎn)是磨損率低。－－自潤(rùn)滑性好，消聲、吸振能力強(qiáng)12/12/202280§1.3高分子材料（6）韌性12/11/202280§1.3高分子材料(8)絕緣性高聚物分子的化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，不能電離，沒(méi)有自由電子和可移動(dòng)的離子，因此是良好的絕緣體，絕緣性能與陶瓷相當(dāng)。(9)耐熱性高聚物的耐熱性是指它對(duì)溫度升高時(shí)性能明顯降低的抵抗能力。同金屬相比，高聚物的耐熱性是較低的，這是高聚物的一大不足。(10)耐蝕性耐蝕性是材料抵抗介質(zhì)化學(xué)和電化學(xué)破壞的能力。耐蝕性好是高分子材料的優(yōu)點(diǎn)之一。(11)老化老化是指高聚物在長(zhǎng)期使用或存放過(guò)程中，由于受各種因素的作用，性能隨時(shí)間不斷惡化，逐漸喪失使用價(jià)值的過(guò)程。老化是高聚物一個(gè)主要缺點(diǎn)。12/12/202281§1.3高分子材料(8)絕緣性12/11/202281§1.3高分子材料五、常用塑料1、塑料的組成塑料是指以有機(jī)合成樹(shù)脂為主要組成材料，與其他配料混合，通過(guò)加熱、加壓塑造成一定形狀的產(chǎn)品。一般來(lái)講，組成塑料的物質(zhì)主要包括：①合成樹(shù)脂：由低分子化合物通過(guò)聚合或縮聚反應(yīng)合成的高分子化合物。②填料（或增強(qiáng)材料）：是塑料改性最重要的成分，起增強(qiáng)性能的作用。③固化劑：作用是通過(guò)交聯(lián)使樹(shù)脂具有體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、硬化和穩(wěn)定塑料制品。12/12/202282§1.3高分子材料五、常用塑料12/11/202282§1.3高分子材料④增塑劑：用以提高樹(shù)脂可塑性和柔性的添加劑。⑤穩(wěn)定劑：其作用主要是延遲塑料在環(huán)境中的老化過(guò)程。⑥潤(rùn)滑劑：可防止塑料成形過(guò)程中產(chǎn)生的粘模問(wèn)題。⑦著色劑：其作用是使塑料著色，可為有機(jī)顏料或無(wú)機(jī)顏料。⑧阻燃劑：作用是遏止燃燒或造成自熄。12/12/202283§1.3高分子材料④增塑劑：用以提高樹(shù)脂可塑性和柔性的添§1.3高分子材料2、常用塑料的分類(lèi)及特性（1）按照熱性能分：①熱塑性塑料：加熱時(shí)軟化，可塑造成形，冷卻后則變硬。線(xiàn)型聚合物。②熱固性塑料：初加熱時(shí)軟化，可塑造成形，但固化之后再加熱，將不再軟化，也不溶于溶劑。體型聚合物。（2）按照使用范圍分①通用塑料：指應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)量大的塑料品種。主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、酚醛塑料和氨基塑料等.②工程塑料：主要指綜合工程性能（包括機(jī)械性能、耐熱耐寒性能、耐蝕性絕緣性能等）良好的各種塑料。最重要的有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS等四種。③耐熱塑料：指能在較高溫度下工作的各種塑料。常見(jiàn)的有聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有機(jī)硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等。（100～200度）12/12/202284§1.3高分子材料2、常用塑料的分類(lèi)及特性12/11/23、常用塑料及性能12/12/2022853、常用塑料及性能12/11/2022853、常用塑料及性能12/12/2022863、常用塑料及性能12/11/2022863、常用塑料及性能12/12/2022873、常用塑料及性能12/11/2022873、常用塑料及性能12/12/2022883、常用塑料及性能12/11/2022883、常用塑料及性能12/12/2022893、常用塑料及性能12/11/2022893、常用塑料及性能12/12/2022903、常用塑料及性能12/11/2022903、常用塑料及性能12/12/2022913、常用塑料及性能12/11/2022913、常用塑料及性能12/12/2022923、常用塑料及性能12/11/2022923、常用塑料及性能12/12/2022933、常用塑料及性能12/11/2022933、常用塑料及性能12/12/2022943、常用塑料及性能12/11/202294§1.3高分子材料六、橡膠：天然橡膠、合成橡膠。天然橡膠的彈性和抗切割性好于合成橡膠，但合成橡膠耐蝕性好。1、天然橡膠組成：天然橡膠是橡膠樹(shù)的樹(shù)汁經(jīng)過(guò)煉制的高彈性固體。它是不飽和異戊二烯（C5H8）高分子聚合物。特點(diǎn)：天然橡膠的力學(xué)性能較差（硫化處理）；化學(xué)穩(wěn)定性較好，可耐一般非氧化性強(qiáng)酸、有機(jī)酸、堿溶液和鹽溶液的腐蝕，但不耐強(qiáng)氧化性酸和芳香族化合物的腐蝕。應(yīng)用：在水工藝工程、化學(xué)工程等設(shè)備防腐處理中，軟橡膠主要用作各種設(shè)備的襯里；硬橡膠還可制成整體設(shè)備，如泵、管道、閥門(mén)等。12/12/202295§1.3高分子材料六、橡膠：天然橡膠、合成橡膠。天然橡膠§1.3高分子材料2、合成橡膠組成：合成橡膠的主要原料是石油、煤和天然氣。特點(diǎn)及其應(yīng)用：丁基橡膠的突出特點(diǎn)是不透氣性，對(duì)氧化性環(huán)境如空氣和稀硝酸具有較好的耐蝕性。硅橡膠無(wú)味、無(wú)毒，其最大的特點(diǎn)是耐熱性好，可用作墊圈、密封件材料和隔熱材料。氟橡膠具有優(yōu)良的耐高溫、耐油、耐強(qiáng)氧化劑和耐酸堿性能，主要用于高溫、強(qiáng)氧化環(huán)境。12/12/202296§1.3高分子材料2、合成橡膠12/11/202296§1.4復(fù)合材料一、概述1、概念

復(fù)合材料就是由兩種或更多種的物理和化學(xué)本質(zhì)不同的物質(zhì)，人工制成的一種多相固體材料。①它可改善或克服組成材料的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮它們的優(yōu)點(diǎn)。②它可按照零部件、構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和受力要求，給出預(yù)定的、分布合理的配套性能，進(jìn)行材料的最佳設(shè)計(jì)。③可造成單一材料不易具備的性能或功能，或在同一時(shí)間里發(fā)揮不同功能的作用。12/12/202297§1.4復(fù)合材料一、概述12/11/202297§1.4復(fù)合材料2、分類(lèi)復(fù)合材料為多相或多組成體系，全部相可分為兩類(lèi)，一類(lèi)為基體相，主要起粘結(jié)劑作用；另一類(lèi)為增強(qiáng)相，起提高強(qiáng)度或韌性的作用。復(fù)合材料可由金屬、高聚物和陶瓷中任意兩者人工合成，也可由多種金屬、高聚物或陶瓷來(lái)制備12/12/202298§1.4復(fù)合材料2、分類(lèi)12/11/202298復(fù)合材料的種類(lèi)12/12/202299復(fù)合材料的種類(lèi)12/11/202299§1.4復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料、硼纖維復(fù)合材料、金屬纖維復(fù)合材料（1）玻璃纖維復(fù)合材料：用玻璃纖維增強(qiáng)工程塑料的復(fù)合材料，即玻璃鋼。玻璃鋼分熱塑性和熱固性?xún)煞N。①熱塑性玻璃鋼：以玻璃纖維為增強(qiáng)劑和以熱塑性樹(shù)脂為粘結(jié)劑制成的復(fù)合材料。熱塑性玻璃鋼同熱塑性塑料相比，基本材料相同時(shí)，強(qiáng)度和抗疲勞性能可提高2～4倍以上，沖擊韌性提高2～4倍，蠕變抗力提高2～5倍，達(dá)到或超過(guò)了某些金屬的強(qiáng)度。例如，40％玻璃纖維增強(qiáng)尼龍的強(qiáng)度超過(guò)了鋁合金而接近于鎂合金的強(qiáng)度。因此可以用來(lái)取代這些金屬材料。②熱固性玻璃鋼：以玻璃纖維為增強(qiáng)劑和以熱固性樹(shù)脂為粘結(jié)劑制成的復(fù)合材料。熱固性玻璃鋼集中了其組成材料的優(yōu)點(diǎn)，是質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、介電性能優(yōu)越、成形性能良好的工程材料，它們的比強(qiáng)度比銅合金和鋁合金高，甚至比合金鋼還高，但剛度較差，只為鋼的1／10～l／5，耐熱性不高(低于200℃)，容易老化蠕變12/12/2022100§1.4復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料、硼纖§1.4復(fù)合材料（2）碳纖維復(fù)合材料碳纖維的強(qiáng)度和模量極高。是比較理想的增強(qiáng)材料，可用來(lái)增強(qiáng)塑料、金屬和陶瓷。①碳纖維復(fù)合材料：作基體的樹(shù)脂，目前應(yīng)用最多的是環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和聚四氟乙烯。比玻璃鋼的性能普遍優(yōu)越；因此可以用作宇宙飛行器的外層材料，人造衛(wèi)星和火箭的機(jī)架、殼體、天線(xiàn)構(gòu)架；作各種機(jī)器中的齒輪；軸承等受載磨損零件，活塞、…密封圈等受摩擦件、也可用于制作化工容器和設(shè)備部件。這類(lèi)材料的問(wèn)題是，碳纖維與樹(shù)脂的粘結(jié)方不夠大，各向異性程度高，耐高溫性能差等12/12/2022101§1.4復(fù)合材料（2）碳纖維復(fù)合材料12/11/202§1.4復(fù)合材料②碳纖維碳復(fù)合材料：用有機(jī)基體浸漬纖維坯塊，固化后再進(jìn)行熱解，或纖維坯型經(jīng)化學(xué)氣相沉積，直接填入碳。除具有石墨的各種優(yōu)點(diǎn)外，強(qiáng)度和沖擊韌性比石墨高5～10倍，剛度和耐磨性高，化學(xué)穩(wěn)定性好，尺寸穩(wěn)定性也好，目前已用于高溫技術(shù)領(lǐng)域(如防熱)，化工和熱核反應(yīng)裝置中。在航空中用于制造導(dǎo)彈鼻錐、飛船的前緣、超音速飛機(jī)的制動(dòng)裝置等③碳纖維金屬?gòu)?fù)合材料：用于熔點(diǎn)較低的金屬或合金，在碳纖維表面鍍金屬，制成了碳纖維鋁基復(fù)合材料。這種材料直到接近于金屬熔點(diǎn)時(shí)仍有很好的強(qiáng)度和彈性模量。用碳纖維和鋁錫合金制成的復(fù)合材料，是一種減摩性能比鋁錫合金更優(yōu)越，強(qiáng)度很高的高級(jí)軸承材料。12/12/2022102§1.4復(fù)合材料②碳纖維碳復(fù)合材料：用有機(jī)基體浸漬纖維§1.4復(fù)合材料④碳纖維陶瓷復(fù)合材料：一種碳纖維石英玻璃復(fù)合材料。同石英玻璃相比，它的抗彎強(qiáng)度提高了約12倍，沖擊韌性提高了約40倍，熱穩(wěn)定性也非常好，是一種有前途的新型陶瓷材料12/12/2022103§1.4復(fù)合材料④碳纖維陶瓷復(fù)合材料：一種碳纖維石英?！?.4復(fù)合材料（3）硼纖維復(fù)合材料①硼纖維樹(shù)脂復(fù)合材料：基體主要為環(huán)氧樹(shù)脂、聚苯并咪唑和聚酰亞胺樹(shù)脂等。硼纖維是由硼氣相沉積在鎢絲上來(lái)制取的。特點(diǎn)是，壓縮強(qiáng)度(為碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料的2～2．5倍)和剪切強(qiáng)度很高，蠕變小，硬度和彈性模量高。硼纖維樹(shù)脂復(fù)合材料有很高的抗疲勞強(qiáng)度，耐輻射，對(duì)水、有機(jī)溶劑和燃料、潤(rùn)滑劑都很穩(wěn)定。由于硼纖維是半導(dǎo)體，所以它的復(fù)合材料的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性很好。硼纖維樹(shù)脂材料主要應(yīng)用于航空和宇航工業(yè)，制造翼面、儀表盤(pán)、轉(zhuǎn)子、壓氣機(jī)葉片、直升飛機(jī)螺旋槳葉和傳動(dòng)軸等②硼纖維金屬?gòu)?fù)合材料：常用的基體為鋁，鎂及其合金，還有鈦及其合金等。強(qiáng)度，彈性模量和疲勞極限，一直到500℃都比高強(qiáng)鋁合金和高商耐熱鋁合金高它在400℃時(shí)的持久強(qiáng)度為燒結(jié)鋁的5倍，它的比強(qiáng)度比鋼和鈦合金高。金屬纖維的韌性和抗拉能力改善陶瓷的脆性。12/12/2022104§1.4復(fù)合材料（3）硼纖維復(fù)合材料12/11/202§1.4復(fù)合材料（4）金屬纖維復(fù)合材料做增強(qiáng)纖維的金屬主要是強(qiáng)度較高的高熔點(diǎn)金屬鎢、鉬、鋼、不銹鋼、鈦、鈹?shù)龋鼈兡鼙换w金屬潤(rùn)濕，也能增強(qiáng)陶瓷。①金屬纖維金屬?gòu)?fù)合材料：研究較多的增強(qiáng)劑為鎢鉬絲，基體為鎳合金和鈦合金。特點(diǎn)是除了強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度較高外，主要是塑性和韌性較好，而且比較容易制造用鉬纖維增強(qiáng)的鈦合金復(fù)合材料的高溫強(qiáng)度和彈性模量，比未增強(qiáng)的高得多，可望用于飛機(jī)的許多構(gòu)件。用鎢纖維增強(qiáng)，可大大提高鎳基合金的高溫強(qiáng)度②金屬纖維陶瓷復(fù)合材料陶瓷材料壓縮強(qiáng)度大，彈性模量高，耐氧化性能強(qiáng)，耐熱，但是脆性太大、熱穩(wěn)定性太差。改善脆性的重要途徑之一，就是采用金屬纖維增強(qiáng)，充分利用金屬纖維的韌性和抗拉能力。12/12/2022105§1.4復(fù)合材料（4）金屬纖維復(fù)合材料12/11/20§1.4復(fù)合材料3、復(fù)合材料的性能特點(diǎn)（1）比強(qiáng)度和比剛度高

增強(qiáng)劑或者基體為比重小的物質(zhì)，或兩者的比重都不高,且都不是完全致密的；另一方面，增強(qiáng)劑多是強(qiáng)度很高的纖維。比強(qiáng)度和比彈性模量是各類(lèi)材料中最高的。（2）抗疲勞性能好首先，缺陷少的纖維的疲勞抗力很高；其次，基體的塑性好，能消除或減小應(yīng)力集中區(qū)的大小和數(shù)量。（3）減振能力強(qiáng)復(fù)合材料的比模量高，所以它的自振頻率很高，不容易發(fā)生共振而快速脆斷；另外，復(fù)合材料是一種非均質(zhì)多相體系，在復(fù)合材料中振動(dòng)衰減都很快。12/12/2022106§1.4復(fù)合材料3、復(fù)合材料的性能特點(diǎn)12/11/20§1.4復(fù)合材料（4）高溫性能好增強(qiáng)纖維多有較高的彈性模量，因而常有較高的熔點(diǎn)和較高的高溫強(qiáng)度。此外，由于復(fù)合材料高溫強(qiáng)度好，耐疲勞性能好、纖維和基體的相容性好，熱穩(wěn)定性也是很好的。（5）斷裂安全性高纖維增強(qiáng)復(fù)合材料每平方厘米截面上有成千上萬(wàn)根隔離的細(xì)纖維。過(guò)載會(huì)使其中部分纖維斷裂，但隨即迅速進(jìn)行應(yīng)力的重新分配，而由未斷纖維將載荷承擔(dān)起來(lái)，不至造成構(gòu)件的瞬間完全喪失承載能力而斷裂，所以工作的安全性高。另