【正文】 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 金屬材料與熱處理 7 主講 : 朱明 高級(jí)技師、經(jīng)濟(jì)師、工程師 高級(jí)技能專(zhuān)業(yè)教師 汽車(chē)維修高級(jí)考評(píng)員 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 模塊八 有色金屬 金屬元素除了鐵、錳和鉻之外，統(tǒng)稱(chēng)有色金屬。有色金屬種類(lèi)繁多，本模塊僅介紹銅及銅合金、鋁及鋁合金、軸承合金的分類(lèi)、編號(hào)方法、性能特點(diǎn)及用途。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 第三套人民幣硬幣 1元硬幣： 銅鎳合金 5角硬幣：銅鋅合金 2角硬幣： 銅鋅合金 1角硬幣： 銅鋅合金 第四套人民幣硬幣 1元硬幣： 鋼芯鍍鎳 5角硬幣： 銅鋅合金 1角硬幣： 鋁鎂合金 第五套人民幣硬幣 1元硬幣： 鋼芯鍍鎳 5角硬幣： 鋼芯鍍銅合金 1角硬幣： 鋁合金 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 新型合金之一儲(chǔ)氫合金： Ti Fe 、 LaNi儲(chǔ)氫合金可用于以 H2為燃料的汽車(chē)鈦合金：親生物金屬人造骨頭 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 新型合金之二形狀記憶合金： 鈦鎳合金 合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時(shí)，它又可以魔術(shù)般地變回到原來(lái)的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱(chēng)為形狀記憶合金。 形狀記憶效應(yīng)可用下圖所示的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)演示，原本彎彎曲曲的形狀記憶合金絲（ a）經(jīng)拉直后（ b），只要放入盛有熱水的燒杯中，合金絲就會(huì)迅速恢復(fù)到和原來(lái)一摸一樣的彎彎曲曲的形狀（ c）。 (a) 原始形狀 (b) 拉 直 (c) 加熱后恢復(fù) 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 形狀記憶合金不僅單次“記憶”能力幾乎可達(dá)百分之百，即恢復(fù)到和原來(lái)一模一樣的形狀，更可貴之處在于這種“記憶”本領(lǐng)即使重復(fù) 500萬(wàn)次以上也不會(huì)產(chǎn)生絲毫疲勞斷裂。因此，形狀記憶合金享有“永不忘本”、“百折不撓”等美譽(yù)，被比作一個(gè)人應(yīng)具有的永不變節(jié)、堅(jiān)貞不屈的精神和氣節(jié)。 形狀記憶合金（ a）能撐起自重 100倍以上的重量，馬達(dá)（ b）的驅(qū)動(dòng)力可達(dá)自重的 50倍，而螞蟻（ c）和人（ d）則分別是 20倍和 2倍。 （ a）記憶合金（ b）馬 達(dá) （ c）螞 蟻 （ d） 人 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 實(shí)例 ：用鈦 鎳形狀記憶合金制造的人造衛(wèi)星天線(xiàn) 科學(xué)家用當(dāng)時(shí)剛剛發(fā)現(xiàn)不久的形狀記憶合金絲制成了如圖 a所示的拋物線(xiàn)形天線(xiàn)。在宇宙飛船發(fā)射之前，首先將拋物面天線(xiàn)折疊成一個(gè)小球，如圖 b所示，這樣很容易就能裝進(jìn)宇宙飛船上的登月艙內(nèi)。當(dāng)?shù)窃屡撛谠虑蛏铣晒χ懞?，只需利用太?yáng)的輻射能對(duì)小球加溫如圖 c所示，折疊成球形的天線(xiàn)因具有形狀 “ 記憶 ” 功能便會(huì)自然展開(kāi)，恢復(fù)到原始的拋物面形狀，如圖 d 所示 。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 1969年 7月 20日，乘坐“阿波羅 11號(hào)”登月艙的美國(guó)宇航員阿姆斯特朗在月球上踏下的第一個(gè)人類(lèi)的腳印，諦聽(tīng)著這位勇士從月宮里傳回的富于哲理的聲音：“ 對(duì)我個(gè)人來(lái)說(shuō)，這只是邁出的一小步；但對(duì)全人類(lèi)來(lái)說(shuō)，這是跨了一大步 ”。阿姆斯特朗當(dāng)時(shí)的圖像和聲音就是通過(guò)形狀記憶合金制成的天線(xiàn)從月球傳輸回地面的。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 實(shí)例 ：用鈦 鎳形狀記憶合金制造的 醫(yī)用腔內(nèi)支架的應(yīng)用原理示意 （ a）預(yù)壓縮 （ b）受熱擴(kuò)張后 （ c）植入腔道內(nèi)效果 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 實(shí)例 ：用鈦 鎳形狀記憶合金在 其它領(lǐng)域的應(yīng)用 作為一類(lèi)新興的功能材料，形狀記憶合金的很多新用途正不斷被開(kāi)發(fā)。記憶合金還可以制成任意變形的眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復(fù)原狀。不久的將來(lái)，汽車(chē)的外殼也可以用記憶合金制作。如果不小心碰癟了，只要用電吹風(fēng)加加溫就可恢復(fù)原狀，既省錢(qián)又省力，實(shí)在方便。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 任務(wù)一：選擇材料制造汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的材料可選用導(dǎo)熱性好的 銀、銅、金、鋁 等，不過(guò)金和銀的價(jià)格較高，而鋁的延展性不如銅，所以在生產(chǎn)中廣泛使用銅合金。見(jiàn)下面的對(duì)比： 熱傳導(dǎo)系數(shù) 的定義為：每單位長(zhǎng)度、每度 K（絕對(duì)溫度），可以傳送多少瓦數(shù)的能量，單位為：“ w/m K” ，該數(shù)值越大說(shuō)明導(dǎo)熱性能越好。 429。 401； 黃銅導(dǎo)熱系數(shù)為 ； 鈹銅導(dǎo)熱系數(shù)為 195。 317。 240。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 戰(zhàn)國(guó)初期的曾侯乙編鐘（青銅器） 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 司母戊鼎是中國(guó)商代后期（約公元前 16世紀(jì)至公元前 11世紀(jì)）王室祭祀用的青銅方鼎， 1939年 3月 19日在河南省安陽(yáng)市武官村一家的農(nóng)地中出土，因其腹部著有“司母戊”三字而得名，現(xiàn)藏中國(guó)國(guó)家博物館。 司母戊鼎器型高大厚重，又稱(chēng)司母戊大方鼎，高133厘米、口長(zhǎng) 110厘米、口寬 79厘米、重 ，鼎腹長(zhǎng)方形，上豎兩只直耳（發(fā)現(xiàn)時(shí)僅剩一耳，另一耳是后來(lái)?yè)?jù)另一耳復(fù)制補(bǔ)上），下有四根圓柱形鼎足，是中國(guó)目前已發(fā)現(xiàn)的最重的青銅器。該鼎是商王祖庚或祖甲為祭祀其母所鑄。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 鼎為中國(guó)古代炊食器。中國(guó)鼎文化的起源可以一直追溯到原始社會(huì)新石器時(shí)代，早在 7000多年前就出現(xiàn)了陶制的鼎。而其真正的發(fā)展最高峰則出現(xiàn)在商朝和西周時(shí)期，尤其是商代以鼎為代表的祭祀用容器的制作，盛行于商周時(shí)期，延續(xù)到漢代。 在奴隸制鼎盛時(shí)代，被用作“別上下，明貴賤”，是一種標(biāo)明身份等級(jí)的重要禮器。文獻(xiàn)記載：“天子九鼎，諸侯七鼎，大夫五鼎，元士三鼎或一鼎”，又載“鑄九鼎，像九州”。又有成語(yǔ)一言九鼎、問(wèn)鼎中原、三足鼎立等。青銅鼎的前身是原始社會(huì)的陶鼎，本來(lái)是日用的飲食容器，后來(lái)發(fā)展成祭祀天帝和祖先的“神器”，并被籠罩上一層神秘而威嚴(yán)的色彩。在古代 ,鼎是貴族身份的代表。典籍載有天子九鼎、諸侯七鼎、大夫五鼎、元士三鼎或一鼎的用鼎制度。此外，鼎也是國(guó)家政權(quán)的象征， 《 左傳 》 有載：“桀有昏德，鼎遷于商；商紂暴虐，鼎遷于周”。鼎大多為三足圓形，但也有四足的方鼎。 (司母戊鼎便是最負(fù)盛名的四足大方鼎 ) 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 司母戊鼎是商后期 (約公元前十四世紀(jì)至公元前十一世紀(jì) )鑄品 ,原器 1939年 3月出土于河南安陽(yáng)侯家莊武官村。此鼎形制雄偉，重達(dá) ，高 133厘米、口長(zhǎng) 110厘米、口寬 79厘米，是迄今為止出土的最大最重的青銅器。司母戊鼎初為鄉(xiāng)人私自挖掘 ,出土后因過(guò)大過(guò)重不易搬遷 ,私掘者又將其重新掩埋。司母戊鼎在1946年 6月重新出土。新中國(guó)成立后 ,于 1959年入藏中國(guó)歷史博物館。 此鼎器形龐大渾厚 ,其腹部鑄有“司母戊” 3字 。是商王祖庚或祖甲為祭祀其母所鑄。司母戊鼎的鼎身和鼎足為整體鑄成 ,鼎耳是在鼎身鑄好后再裝范澆鑄的。鑄造這樣高大的銅器，所需金屬料當(dāng)在 1000千克以上，且必須有較大的熔爐。經(jīng)測(cè)定 ,司母戊鼎含銅 %,錫%,鉛 %，其他 %。與古文獻(xiàn)記載制鼎的銅錫比例基本相符。司母戊鼎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。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 銅及其合金是人類(lèi)應(yīng)用最早的金屬，目前工業(yè)上使用 的主要有工業(yè)純銅、黃銅、青銅。 純銅呈玫瑰紅色 ， 因表面經(jīng)常形成一層紫紅色的氧化物 ， 俗稱(chēng)紫銅 、 電解銅 。 其熔點(diǎn)為 1083℃ ， 密度為， 為面心立方晶格 。 純銅的性能特點(diǎn)：具有很高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性 ， 僅次于銀；化學(xué)穩(wěn)定性高 ， 抗大氣腐蝕性好 ， 無(wú)磁性 ， 塑性好 ， 但強(qiáng)度低 。 牌號(hào)：工業(yè)純銅牌號(hào)為 T+順序號(hào) ， 共有 T1,T2, T3,T4；序號(hào)越大 ， 純度越低 （ 見(jiàn)下圖 ） 。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 純銅牌號(hào) 純度 鉍 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 黃銅以鋅為主要合金元素的銅基合金。它具有良好的力學(xué)性能、加工成形性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，價(jià)格較低，是有色金屬中應(yīng)用最廣的金屬材料?？煞譃槠胀ê吞厥恻S銅兩類(lèi)，按加工方式分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅 。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 ：也叫二元黃銅，是 CuZn二元合金。根據(jù)含鋅量，可分為（小于 39％ ）單相（ α ）黃銅和（ 39％ ～ 45％ ）雙相（ α ＋ β ）黃銅兩種。 ① α 相 是鋅溶于銅中的固溶體，溶解度隨溫度的下降而增大，為面心立方晶格，塑性好，可冷熱加工。 ② α ＋ β 相 是以電子化合物 CuZn為基的固溶體，室溫下較脆，但加熱到 450℃ 以上時(shí)，塑性良好。其性能隨鋅含量增加，起初強(qiáng)度和塑性都提高，而后由于出現(xiàn)了 β 相，強(qiáng)度繼續(xù)升高，但塑性下降，直至全部為 β 相時(shí)，強(qiáng)度塑性急劇下降，如下頁(yè)圖所示。 其牌號(hào)為 H+銅的名義質(zhì)量分?jǐn)?shù) ，如 H62。而 H70、H68又稱(chēng)為三七黃銅，因強(qiáng)度高，塑性好常用來(lái)制作槍彈殼和炮彈筒，有“彈殼黃銅”之稱(chēng)。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 ?b? 黃銅的機(jī)械性能與含鋅量的關(guān)系 伸長(zhǎng)率 抗拉強(qiáng)度 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 單相黃銅的顯微組織 雙相黃銅的顯微組織 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 ：在銅鋅二元合金的基礎(chǔ)上加入其它合金元素組成的多元合金 。 常加入錫 、 硅 、 鉛 、鋁 、 錳等 ， 稱(chēng)為錫黃銅 、 硅黃銅 、 鉛黃銅 ， 鋁黃銅 。 錫能顯著提高耐蝕性 ， 主要用于船舶及汽車(chē)的零件； 鉛能改善切削加工性能 ， 提高耐磨性 ， 故鉛黃銅用于鐘表零件； 硅能顯著提高黃銅的機(jī)械性能 、 耐蝕性 ， 具良好鑄造性能 ， 用于船舶及化工零件 。 其牌號(hào)為 H+主加元素符號(hào) +銅及各合金元素的名義質(zhì)量分?jǐn)?shù) ， 如 HPb591。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 ：采用鑄造方法來(lái)生產(chǎn)的黃銅。其代號(hào)為 ZCu+合金元素 1的化學(xué)符號(hào)及其名義質(zhì)量分?jǐn)?shù) ，如：ZCuZn3 ZCuZn40Pb2等。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 除黃銅 、 白 銅 以 外 的 銅 合 金 均 稱(chēng) 為 青 銅 。 工業(yè)上常用的有錫青銅 、 鋁青銅 、 鈹青銅等 。 一般都有高的耐蝕性 、 較高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性及良好的切削加工性 。 分為 壓力加工青銅 ， 代號(hào)為 Q+第一個(gè)主加元素的化學(xué)符號(hào)及其名義質(zhì)量分?jǐn)?shù) 數(shù)字 （ 其它合金元素的名義質(zhì)量分?jǐn)?shù) ） ，如 QSn43表示含錫 4％ ， 含鋅 3％ 。 鑄造青銅 ， 代號(hào)為 ZCu+合金元素 1的化學(xué)符號(hào)及其名義質(zhì)量分?jǐn)?shù) +合金元素 2及其名義質(zhì)量分?jǐn)?shù) +?? 如ZCuSn10Zn2。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 ① 錫青銅 ：以錫為主要添加元素的銅基合金 。 耐蝕 、耐磨 、 強(qiáng)度高 、 彈性好 ， 常用牌號(hào)有 QSn43等 ， 用于彈簧 、軸瓦 、 襯套等耐磨零件 。 ② 鋁青銅 ：以鋁為主要合金元素的銅基合金 。 它有良好的力學(xué)性能 ， 耐蝕 、 耐磨 ， 有良好的鑄造性能 ， 受沖擊無(wú)火花 。 常用牌號(hào)有 QAl94， QAl5等 ， 用于軸套 、 齒輪 、蝸輪 、 管路配件等 。 ③ 鈹青銅 ：以鈹為主要合金元素的銅基合金 。 有很高的強(qiáng)度 、 硬度疲勞極限和彈性極限 ， 耐蝕 、 耐熱 、 無(wú)磁性 、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好 ， 受沖擊無(wú)火花 ， 冷熱加工 ， 鑄造性能均好 。常用牌號(hào)有 QBe2， 主要用于制作高級(jí)精密的彈性元件 ， 如彈簧 、 膜片 。 特殊要求的耐磨零件 ， 如鐘表的齒輪和發(fā)條 ，高速高溫高壓下的軸承 、 襯套 。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 （課本 P129）： 根據(jù)對(duì)銅合金性能特點(diǎn)及主要用途的分析，依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器使用性能要求，最好選用普通黃銅制造，例如 H68。 朱明工作室 授人以魚(yú)不如授人以漁 任務(wù)二：選擇鋁合金制造內(nèi)燃機(jī)活塞 發(fā)動(dòng)機(jī)活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)上除了火花塞之外，工作環(huán)境最?lèi)毫拥牧恕Ｒ?