金屬材料與熱處理(2)-文庫吧

【正文】 在高溫條件下，承受無限次的周期變速載荷，要求其質(zhì)量輕，又要強(qiáng)度高，還要耐腐蝕，因此選擇材料的范圍很窄。 純鋁雖然導(dǎo)熱性好，密度小，但強(qiáng)度很低，顯然不是首選。但是，在純鋁中加入硅、銅、鎂、鋅、錳等合金元素，再經(jīng)過冷變形和熱處理之后，情況就改觀了。下面先介紹純鋁。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 其熔點(diǎn)為 ℃ ， 密度為 ， 為面心立方晶格 ， 呈銀白色 。 強(qiáng)度 （ 80～ 100MPa） 和硬度(20HBS)很低 ， 塑性 (80％ )很高 ， 有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性 。 工業(yè)純鋁為 L1L7， 其順序數(shù)越大 ， 純度越低 。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 ： 根據(jù)鋁合金的成分以及生產(chǎn)工藝特點(diǎn) ， 鋁合金可分為形變鋁合金 和 鑄造鋁合金 。 鋁合金的一般類型相圖如圖所示 ， 在 D點(diǎn)以左的合金 ， 在加熱到 DF線以上時 ， 得到單相固溶體組織 ， 塑性好 ， 適于壓力加工 ， 故稱 形變鋁合金 ；成分在 F點(diǎn)以左的合金 ， 冷卻時組織不隨溫度變化 ， 故不能熱處理強(qiáng)化 ， 因而稱為 熱處理不能強(qiáng)化鋁合金 ；在 D點(diǎn)以右為 鑄造鋁合金 。 鋁合金狀態(tài)圖的一般類型 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 ① 形變鋁合金 ： 在加熱時能形成單相的固溶體 ， 塑性很好 ， 適于冷熱壓力加工的鋁合金 。 又可分為：熱處理不能強(qiáng)化的鋁合金和熱處理能強(qiáng)化的鋁合金 。 ② 鑄造鋁合金 ： 含有低熔點(diǎn)的共晶體 ， 液態(tài)流動性較高 ， 適于鑄造的鋁合金 。 它具有良好的力學(xué)性能 ， 抗蝕性及良好的工藝性能 。 而且生產(chǎn)工藝較為簡便 ， 成本較低 。 用途較廣 。 其合金代號為 ZL+三位數(shù)字 ， 第一位為合金系 ， 1位鋁硅系 ， 2位鋁銅系 ， 3位鋁鎂系 ， 4位鋁鋅系 （ 所謂的 “ 1硅 2銅 3鎂 4鋅 ” ） ， 后兩位為順序號 。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 形變鋁合金 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 鑄造鋁合金 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 鋁合金的熱處理與鋼不同。正如上述所說，鋁合金的熱處理強(qiáng)化是通過 固溶強(qiáng)化 和 時效強(qiáng)化 達(dá)到的，即將合金元素含量在加熱到 α 相區(qū)的某一溫度，經(jīng)保溫后迅速水冷，在室溫下得到過飽和的 α 固溶體，這種淬火稱為固溶處理。 淬火后的鋁合金硬度并不高，但在室溫下放置或低溫加熱后，強(qiáng)度和硬度明顯提高，塑性下降，這種現(xiàn)象稱為 時效 。經(jīng)固溶處理后鋁合金隨時間發(fā)生的強(qiáng)化現(xiàn)象稱為 時效強(qiáng)化 。在室溫下進(jìn)行的時效稱為 自然時效 ，在加熱條件下 （固溶溫度與室溫之差的 15％到 25％） 進(jìn)行的時效稱為 人工時效 。 請看課本 P136的圖：鋁合金經(jīng)過 2個小時的孕育期而逐漸強(qiáng)化起來。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 固溶時效處理是有色金屬材料如鋁合金、鈦合金、高溫合金，以及少量鋼鐵材料如不銹鋼以及耐熱鋼等的最重要的強(qiáng)化處理手段。 待處理的有色金屬鑄件 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 共析鋼和鋁合金淬火時的組織變化比較示意圖 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 硅鋁明 —— 典型的牌號為 ZL10x AlSi合金 (未變質(zhì)處理 )組織 AlSi合金 (變質(zhì)處理后 )組織 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 （課本 P135)： 為滿足內(nèi)燃機(jī)活塞的使用性能，應(yīng)選用鑄造鋁硅合金或鑄造鋁銅合金，如 ZL10 ZL201等。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 任務(wù)三：選擇材料制造車床主軸軸承 車床主軸軸承是滑動軸承，其材料是軸承合金。所謂軸承合金，即制造滑動軸承軸瓦和內(nèi)襯的材料。 生產(chǎn)中常用的軸承合金種類較多，性能有很大差異，使用場合也有所不同。滑動軸承在工作時，承受一定的交變載荷及較大的壓力，并與軸之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦。 為保證車床主軸的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，確保軸頸受到最小的磨損，延長主軸的使用壽命，應(yīng)合理選用軸承合金。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 軸承是用來支承軸及軸上零件、保持軸的旋轉(zhuǎn)精度和減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損。軸承一般分為兩大類：滾動軸承 和 滑動軸承 。滾動軸承有著一系列優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用。但是在高速、高精度、重載、 特別是結(jié)構(gòu)上要求剖分 等場合下，滑動軸承就體現(xiàn)出它的優(yōu)異性能。因而在汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、大型電機(jī)中多采用滑動軸承。此外，在低速而帶有沖擊的機(jī)器中，如發(fā)電廠的磨煤機(jī)、水泥球磨機(jī)、滾筒清砂機(jī)、破碎機(jī)等也采用滑動軸承。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 滑動潤滑的目的是在摩擦表面之間形成低剪切強(qiáng)度的潤滑膜 ， 用它來減少摩擦阻力和降低材料磨損 ， 潤滑膜可以是由液體或氣體組成的流體膜或者固體膜 。 根據(jù)潤滑膜的形成原理和特征，潤滑狀態(tài)可以分為： （ 1） 流體動壓潤滑 ； （ 2） 液體靜壓潤滑 ； （ 3） 彈性流體動壓潤滑 ； （ 4） 薄膜潤滑 ； （ 5） 邊界潤滑 ； （ 6） 干摩擦狀態(tài) 。 （ 見下頁表 ） 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 各種潤滑狀態(tài)所形成的潤滑膜厚度不同，但是單純由潤滑膜的厚度還不能準(zhǔn)確地判斷潤滑狀態(tài)，尚須與表面粗糙度進(jìn)行對比。下頁的圖列出潤滑膜厚度與粗糙度的數(shù)量級。 只有當(dāng)潤滑膜厚度足以超過兩表面的粗糙峰高度時，才有可能完全避免峰點(diǎn)接觸而實(shí)現(xiàn)全膜流體潤滑 。對于實(shí)際機(jī)械中的摩擦副，通常總是幾種潤滑狀態(tài)同時存在，統(tǒng)稱為混合潤滑狀態(tài)。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 潤滑膜厚度與粗糙度高度 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 一般認(rèn)為，混合潤滑是建立油膜，必須要有四個條件： ① 需要潤滑的兩個零件要處在運(yùn)動狀態(tài)； ② 兩個零件的進(jìn)油口要有一個鍥角； ③ 潤滑油要有一定的黏度； ④ 要有足夠的潤滑油 。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 ： 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 磨損的 軸瓦 典型的錫基巴氏合金 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 綜上所述，對軸承合金提出如下的要求： ①足夠的強(qiáng)度； ②摩擦系數(shù)小，耐磨性好； ③足夠的塑性和韌性，較高的疲勞強(qiáng)度； ④良好的磨合性； ⑤軸瓦和軸頸的結(jié)合表面應(yīng)有微孔； ⑥良好的導(dǎo)熱性，較小的膨脹系數(shù)和一定的耐蝕性。 下頁圖為常用軸承合金的牌號、性能。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 （課本 P140) 根據(jù)上述分析，依據(jù)車床主軸軸承的性能要求和工作特點(diǎn)，最好選取錫基軸承合金制造，如 ZSnSb11Cu6。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 鈦及鈦合金具有良好的綜合機(jī)械性能。其突出的特點(diǎn)是 比強(qiáng)度很高 。且具有較高的耐熱性和優(yōu)良的耐蝕性。鈦合金廣泛用于航天、航空和熱能、化工工業(yè)。 鈦合金常分為（ ?）鈦合金、（ ?）鈦合金和（ ?+ ?）鈦合金三種。常用（ ?）鈦合金和（ ?+ ?）鈦合金。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 鈦的另一個顯著特點(diǎn)是耐腐蝕性強(qiáng)，這是由于它對氧的親合力特別大，能在其表面上生成一層致密的氧化膜，可保護(hù)鈦不受介質(zhì)腐蝕。金屬鈦在大多數(shù)水溶液中，都能在表面生成鈍化氧化膜。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質(zhì)中具有很好的穩(wěn)定性，比現(xiàn)有的不銹鋼和其它有色金屬的耐腐蝕性都好，甚至可與鉑比美。 但是，如果在某種介質(zhì)中，能連續(xù)溶解鈦表面氧化膜時，則鈦在這種介質(zhì)中便會受到腐蝕。例如，鈦在氫氟酸、濃的或熱的鹽酸、硫酸和磷酸中，由于這些溶液溶解鈦表面氧化膜，所以鈦被腐蝕。如果在這些溶液中加入氧化劑或某些金屬離子時，則鈦表面氧化膜便會受到保護(hù)，此時鈦的穩(wěn)定就趨于增加。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 鈦及其合金的比強(qiáng)度（強(qiáng)度與重量比）在金屬結(jié)構(gòu)材料中是很高的，它的強(qiáng)度與鋼材相當(dāng)，但其重量僅為鋼材的 57%。另外，鈦及其合金的耐熱性很強(qiáng)，在 500℃的大氣中仍能保持良好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，短時間工作溫度甚至還可更高些。 而鋁在 150℃ ，不銹鋼在 310℃ ，就失去原有的機(jī)械性能。當(dāng)飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭高速飛行時，其發(fā)動機(jī)和表面溫度相當(dāng)高，鋁合金已不能勝任，應(yīng)用鈦合金是十分合適的。正是由于鈦及其合金具有強(qiáng)度大、重量輕、耐熱性強(qiáng)的綜合優(yōu)良性能，在飛機(jī)制造中用它來代替其它金屬時，不僅可延長飛機(jī)的使用壽命，而且可以減輕其重量，從而大大提高其飛行性能。所以，鈦是航空工業(yè)和宇宙航空工業(yè)中最有前途的結(jié)構(gòu)材料之一。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 鈦及其合金在航空工業(yè)中主要用于制造飛機(jī)發(fā)動機(jī)和機(jī)身。一般來講，馬赫數(shù)小于 2的飛機(jī)，其發(fā)動機(jī)使用一部分鈦及其合金，機(jī)身一般用鋁合金。馬赫數(shù)為 2（即 M＝ 2）的飛機(jī)，其發(fā)動機(jī)用鈦量增加，而且機(jī)身也部分需要用鈦。 M﹥ ，其發(fā)動機(jī)入口溫度已很高，就不能用鈦合金而需用超級合金了，但其機(jī)身用鈦量則顯著增加。鈦及其合金還具有良好的耐低溫性能，即使在 250℃ 的超低溫下，它仍具有較高的沖擊強(qiáng)度，可耐高壓抗震動。因此，鈦及其合金在火箭、導(dǎo)彈和宇宙飛船上不僅用于制造發(fā)動機(jī)外殼和結(jié)構(gòu)部件，而且用于制造高壓容器，如高壓氣瓶、低溫液態(tài)燃料箱等。另外，鈦及其合金在原子能反應(yīng)堆和軍用武器上都有應(yīng)用。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 金屬材料與熱處理 8 主講 : 朱明 高級技師、經(jīng)濟(jì)師、工程師 高級技能專業(yè)教師 汽車維修高級考評員 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 模塊九 非金屬材料 非金屬材料的分類有多種，下頁是其中一種。 我對非金屬材料知之不多，在新科技面前，有時可能連塑料和橡膠都分不清；只是憑著有不斷看書學(xué)習(xí)的興趣和工作經(jīng)驗(yàn)，了解其中一二，訴諸以下，與大家共同學(xué)習(xí)。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 任務(wù)一：明確高分子材料的特點(diǎn)及應(yīng)用 高分子材料又稱為高聚物即高分子（大分子量）聚合物。聚合者，采用聚合的方法生產(chǎn)出來。通常，高聚物根據(jù)機(jī)械性能和使用狀態(tài)可分為橡膠、塑料、合成纖維、膠粘劑和涂料等五類。各類高聚物之間并無嚴(yán)格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工藝，可以制成塑料，也可制成纖維，比如尼龍就是如此。而象聚氨酯一類的高聚物，在室溫下既有玻璃態(tài)性質(zhì)，又有很好的彈性，所以很難說它是橡膠還是塑料。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 一、塑料 按照應(yīng)用范圍，塑料分為三種。 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種。這一類塑料的特點(diǎn)是產(chǎn)量大、用途廣、價(jià)格低，它們占塑料總產(chǎn)量的 3/4以上，大多數(shù)用于日常生活用品。其中，以聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯這四大品種用途最廣泛。 （ 1） 聚乙烯（ PE） 生產(chǎn)聚乙烯的原料均來自于石油或天然氣，它是塑料工業(yè)產(chǎn)量最大的品種。聚乙烯的相對密度小（ ～），耐低溫，電絕緣性能好，耐蝕性好。高壓聚乙烯質(zhì)地柔軟，適于制造薄膜；低壓聚乙烯質(zhì)地堅(jiān)硬，可作一些結(jié)構(gòu)零件。聚乙烯的缺點(diǎn)是強(qiáng)度、剛度、表面硬度都低，蠕變大，熱膨脹系數(shù)大，耐熱性低，且容易老化。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 （ 2） 聚氯乙烯（ PVC） 聚氯乙烯是最早工業(yè)生產(chǎn)的塑料產(chǎn)品之一，產(chǎn)量僅次于聚乙烯，廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日用制品。聚氯乙烯耐化學(xué)腐蝕、不燃燒、成本低、加工容易；但它耐熱性差沖擊強(qiáng)度較低，還有一定的毒性。聚氯乙烯要用于制作食品和藥品的包裝，必須采用共聚和混合的方法改進(jìn)，制成無毒聚氯乙烯產(chǎn)品。 （ 3） 聚苯乙烯（ PS） 聚苯乙烯是三十年代的老產(chǎn)