水設(shè)備第1章(2次)

第一組講義第1章水工藝設(shè)備常用材料本章主要講水工藝設(shè)備常用材料的的基本性能?！?.1金屬材料§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§1.1金屬材料一、金屬材料的分類水工藝設(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（1）按化學(xué)成分分類§1.1金屬材料（2）按質(zhì)量分類按鋼中的硫（S）和磷（P）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%§1.1金屬材料（3）按用途分類

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，這類鋼一般屬于高合金鋼。§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金屬材料（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼主要保證機(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（脫氧不完全的鋼），未加標(biāo)注的為鎮(zhèn)靜鋼（脫氧完全的鋼）。例如Q235-A?F表示屈服強(qiáng)度為235MPa的A級(jí)沸騰鋼?！?.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，這些零件一般都要經(jīng)過(guò)熱處理以提高其機(jī)械性能。這類鋼的硫、磷含量都限制在0.040%以下。編號(hào)方法是采用兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量為萬(wàn)分之幾。例如含碳為0.45%（萬(wàn)分之四十五）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。§1.1金屬材料（3）碳素工具鋼這類鋼的含碳量較高，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；T13則代表平均含碳量為1.3%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、T13A，§1.1金屬材料（4）合金結(jié)構(gòu)鋼這類鋼的編號(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?！?.1金屬材料（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%?！?.1金屬材料二、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。§1.1金屬材料（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。（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?！?.1金屬材料（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?！?.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）。§1.1金屬材料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。

（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。工程上常用指標(biāo)有抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等?！?.1金屬材料?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?！?.1金屬材料?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)（如105

h）引起斷裂時(shí)的應(yīng)力。用σtT表示，單位為MPa。?蠕變強(qiáng)度:

指在給定的溫度下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（如105h），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，以σTδ/t表示，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?！?.1金屬材料(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。描述韌性的指標(biāo)有沖擊韌性、斷裂韌性、無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度沖擊韌性: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?！?.1金屬材料斷裂韌性: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。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。§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?！?.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?！?.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。材料抵抗周圍介質(zhì)對(duì)腐蝕破壞的能力稱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。§1.1金屬材料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?！?.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?！?.1金屬材料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、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（2）耐海水腐蝕鋼種（3）耐硫化氫腐蝕鋼種§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為耐酸鋼。一般把上述不銹鋼與耐酸鋼統(tǒng)稱為不銹耐酸鋼或簡(jiǎn)稱為不銹鋼。（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。1、在鋁、銅、鋅、鈦四種金屬中：

常用于電鍍和作干電池電極的金屬是＿

包裝糖果、香煙的銀白色金屬材料＿＿常用于制造電線和電纜的金屬＿＿＿常用于航空工業(yè)作制造飛機(jī)等材料的金屬＿＿＿＿鋅銅鋁鋁鋁鈦生活常識(shí)小問(wèn)題2、用來(lái)鑄造硬幣的合金需要具有什么性質(zhì)？資源豐富無(wú)毒輕便耐磨耐腐蝕美觀、易加工§1.1金屬材料5、有色金屬及其合金

工業(yè)上鋼鐵稱為黑色金屬，除鋼鐵以外的金屬稱為有色金屬。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金屬材料①純銅:也稱紫銅。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。§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。

黃銅——普通黃銅普通黃銅Cu-Zn二元合金，性能與含鋅量有關(guān)表示方法：常用牌號(hào)及應(yīng)用H80、H92：藝術(shù)裝飾品、紀(jì)念章、鍍層、散熱器、雙金屬片H68：冷沖壓管、套類零件，如彈殼、冷凝器管、散熱器管

H62：工業(yè)上應(yīng)用較多，散熱器、油管、墊片、螺釘、彈簧等

H90含銅量WCu=90%黃銅黃銅應(yīng)用示例法蘭閥閘閥冷凝器管冷凝器管冷凝器管§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)酸類的抗蝕性較差。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。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。司母戊鼎是中國(guó)目前已發(fā)現(xiàn)的最重的青銅器。司母戊鼎含銅84.77％、錫11.64％、鉛2.79％。充分顯示出商代青銅鑄造業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平。青銅器時(shí)代秦陵銅車馬嚴(yán)格按真車馬的１／２制作。造型精美，比例恰當(dāng)，裝飾華麗，工藝精湛，形體龐大，所以很多專家學(xué)者把它稱之為“青銅之冠”。

馬踏飛燕1969年，在甘肅武威出土。中國(guó)雕塑史上的不朽之作。1984年，定為中國(guó)旅游標(biāo)志圖形。2002年，“馬踏飛燕”的仿制品作為國(guó)禮贈(zèng)布什。錫青銅特性

比黃銅的強(qiáng)度、硬度和耐磨性好力學(xué)性能與錫含量有關(guān)應(yīng)用

主要用于耐磨、耐蝕及彈性元件如滑動(dòng)軸承、彈簧、蝸輪、絲杠螺母等§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、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。一架波音767大型飛機(jī)約由70%的鋁及其合金構(gòu)成。20世紀(jì)，鋁和鋁合金的應(yīng)用§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。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。鈦合金與人體有很好的“相容性”，因此可用來(lái)制造人造骨

鈦和鈦合金被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要材料，它具有很多優(yōu)良的性能，如熔點(diǎn)高、密度小、可塑性好、易于加工、機(jī)械性能好等。尤其是抗腐蝕性能非常好，即使把它們放在海水中數(shù)年，取出后仍光亮如新，其抗腐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼，因此被廣泛用于火箭、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)船舶、化工和通訊設(shè)備等鈦金屬腕表用鈦-鎳形狀記憶合金制成的人造衛(wèi)星天線

形狀記憶合金是具有形狀記憶效應(yīng)的合金被廣泛用于做人造衛(wèi)星和宇宙飛船的天線，水暖系統(tǒng)、防火門(mén)和電路斷電的自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，以及牙齒矯正等醫(yī)療材料低溫下§1.1金屬材料（4）鉛及其合金①鉛：

特點(diǎn)：鉛的強(qiáng)度?。▋H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。§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。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。

②鎳合金：水工藝和化工應(yīng)用較多為Ni-Cu合金中的蒙乃爾合金，含31%的銅、1.4%的鐵、1.5%的錳，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。1、下列物質(zhì)中,不屬于合金的是（）A、硬鋁B、黃銅C、鋼鐵D、水銀D課堂互動(dòng)2、我國(guó)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，就懂得將白鐵褪火處理得到相當(dāng)于鑄鋼的物器（如鋒利的寶劍），這一技術(shù)要比歐洲早兩千年，那么白鐵褪火處理的主要作用是（）A、除去硫、磷雜質(zhì)B、適當(dāng)降低了含碳量C、滲入了合金元素D、改善表面的結(jié)構(gòu)性質(zhì)B第二組講義§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料一、陶瓷材料

1、陶瓷材料的分類

(1)傳統(tǒng)陶瓷(2)玻璃(3)玻璃陶瓷(4)特種陶瓷(5)金屬陶瓷§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料2、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)。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。§1.2無(wú)機(jī)非金屬材料塑性：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。§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)。§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?！?.2無(wú)機(jī)非金屬材料二、耐蝕無(wú)機(jī)非金屬材料及其性能1、陶瓷及其耐蝕性能（1）耐酸陶瓷：耐酸陶瓷又稱化工陶瓷。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。§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。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?！?.2無(wú)機(jī)非金屬材料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。。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?！?.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?！?.3高分子材料二、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)?？s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。§1.3高分子材料三、高分子材料的分類和命名1、高分子材料的分類按來(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：極性和非極性兩種；按照實(shí)際用途：塑料、橡膠、纖維和膠粘劑等?！?.3高分子材料最本質(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-③元素有機(jī)聚合物:該類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?！?.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)于縮聚類以及某些共聚類聚合物，在其低分子原料之后習(xí)慣加"樹(shù)脂"二字命名。③采用商品名稱和代表符號(hào)：有許多聚合物人們習(xí)慣使用其商品名稱，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?！?.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)椥宰冃瘟看螅虎趶椥阅Ａ康?。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)的塑性變形稱為蠕變。

§1.3高分子材料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。(4)塑性與受迫彈性

加熱時(shí)，分子鏈各部分受熱的不均云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)變形稱為受迫高彈性?！?.3高分子材料（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。斷裂：高聚物的斷裂也有脆性斷裂和韌性斷裂兩種形式。

①硬脆類高聚物②強(qiáng)硬類高聚物③強(qiáng)韌類高聚物④柔韌類高聚物⑤軟弱類高聚物（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?，在高聚物中也被稱為沖擊強(qiáng)度?！?.3高分子材料（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。（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)。§1.3高分子材料（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)?！?.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。§1.3高分子材料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。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?！?.3高分子材料2、常用塑料的分類及特性（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。§1.3高分子材料（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。§1.3高分子材料六、橡膠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；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。§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