主要起增强作用，还可使塑料具有所要求的性能。通用塑料产量大、用途广、价格和强度较低，目前主要有聚乙烯、聚丙烯聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料，它们约占塑料产量的75%以上，广泛用于日常生活用品、包装材料，以及一般小型机械零件。但其耐热性与刚度较差。塑料的性能特点与金属材料相比，塑料的性能有以下特点。目前许多通用塑料、工程塑料及其增强塑料都能在不同程度上代替钢、铜、不锈钢、铝合金等材料。......
2023-06-26
金属材料的物理化学性能及其意义
【摘要】：金属的化学性能，主要指金属的化学稳定性，即抗氧化性和耐蚀性等。金属的物理和化学性能大都与合金成分和组织状态有关。所以金属材料的这个物理性能，对机械制造业十分重要，不容忽视。这些零件的材料要求有良好的抗氧化性能，否则表面就会很快被氧化剥落而失效，无法正常使用。
金属的物理性能，是指金属的密度、熔点、热膨胀性、磁性、导电性、导热性等物理特征。
金属的化学性能，主要指金属的化学稳定性，即抗氧化性和耐蚀性等。
金属的物理和化学性能大都与合金成分和组织状态有关。
1.密度密度是指单位体积的质量，用ρ表示，单位为
，m为单位体积质量，单位为g；V为单位体积，单位为cm3）。如钢的密度为7.85g／cm3左右，铜的密度为8.9g／cm3左右。金属材料的密度直接关系到零件的质量，特别是在航天、航空制造业以及导弹、宇宙航行、人造卫星等设计和制造中，对零件的质量关系极大。在不少精密机械中，某些高速运转的零件，也要求尽量减小质量。所以金属材料的这个物理性能，对机械制造业十分重要，不容忽视。一些高强度的轻合金，如铝镁合金（密度只有2g／cm3左右）、钛合金（密度为4.5g／cm3）等，在密度方面就显示出了它们的优越性。
密度是计算材料质量的一个重要参数，不同材料有各自的密度，可从机械或模具设计手册中查得。
2.熔点
金属及合金的熔化温度，即为熔点，熔点低的金属及合金，其铸造和焊接较容易。工业上就有利用易熔合金来制造熔断器和防火安全阀等零件。利用金属或合金的低熔点（如熔点为120℃左右的低熔点合金、锌合金、铝合金、镁合金等）进行压铸制造复杂零件和浇注成形模具；而难熔合金则用来制造要求耐高温的零件，广泛应用于火箭、导弹、燃气轮机、喷气飞机等方面。钨（熔点3410℃）、钼（熔点2625℃）及其合金是难熔金属材料，在白炽灯灯丝和电火花线切割用电极丝中被广泛采用。
3.热膨胀性
金属材料在一定的温度下，其尺寸是不变的。根据固体热胀冷缩的物理性能，当温度升高时，金属材料的各部尺寸都要伸长。材料某一尺寸的伸长称为线膨胀，整个体积的变大称为体膨胀。线膨胀和体膨胀均是热膨胀的特性。膨胀量与材料、温度和尺寸有关。各种材料的膨胀特性用膨胀系数来表示。
温度升高（或下降）1℃所引起的材料尺寸增长（或缩短）量与其在0℃时的尺寸之比，称为材料的线胀系数，用αl表示。即
式中 L1——在温度为T时的材料长度；
L0——在0℃时的材料长度；
T——温升（℃）。
温度升高（或下降）1℃所引起的材料体积的增大（或缩小）量与其在0℃时体积之比，称为体膨胀系数，用αv表示，即
式中 V1——在温度为T时的材料体积；
V0——在0℃时的材料体积；
T——温升（℃）。
由于金属材料有热膨胀这一特性，在选用材料时就要考虑这个问题。如在精密仪器和精密机床的零件中，为了保持其高度精确性，就要采用线胀系数很小的精密合金来制造。在使用不同金属（包括非金属）制成一个零件或部件时，如异种金属焊接、金属与非金属烧结在一起等，就要考虑它们的热膨胀性是否接近、匹配在一起，否则会因膨胀不等而使零件或组件变形或损坏。
工程上广泛应用的是线胀系数，可从有关表中查得。
4.磁性
金属能导磁的性能称为磁性。如铁、镍、钴等均具有较高的导磁性（称为磁性金属），是制造电机和通信器材中所不可缺少的材料。相反，机械中有些零件要求无磁性，如电机上的护环，就需选用无磁性的材料。
利用材料的导磁性，可将工件十分方便地吸住固定在磁台上进行磨削加工（如凸模和凹模），为减少装夹辅助时间、提高工作效率带来好处；经磨削后的凸模由于未彻底完全消磁，有余磁，冲压后废料或屑末随凸模带走，不易分离脱落而影响高速冲压的正常进行。这两种情况分别说明了磁性在不同场合的利与弊。
5.导热性
一般金属都能传导热量，称为导热性。导热性好，零件容易散热。铜和铝的合金导热性较好，因而常常用来制造散热器、热交换器等零部件。
当金属零件在加热或冷却时，由于零件表面和内部的温度不同，产生温差，因而膨胀也不一样，此时金属内部就会产生一种内应力。如果内应力大于金属的强度时，金属内部就会发生裂纹。金属的导热性越差，则内外温差越大，相应地内应力也越大，金属零件在加热或冷却时，也就容易发生裂纹。
6.导电性
金属和合金都能传导电流，称为导电性。金属中银的导电性最好，铜、铝其次。由于银价格贵一些，所以工业上常用铜和铝及其合金制作导电的结构材料。有时也需要一些导电不良（即高电阻）的合金材料，如用来制作电热元件等零件的材料。
7.耐蚀性
金属的耐蚀性，是指金属表面抵抗各种介质（气体或液体）侵蚀的能力。
众所周知，一般金属零件均受空气中氧、水蒸气等的侵蚀，有些设备还受酸、碱的腐蚀，如果所用材料耐蚀性差，就可能产生锈蚀现象。据有人估计，工业上每年因锈蚀而损失的金属，大约相当于总产量的1％左右，这是一个极大的浪费和损失。因此，必须重视改善金属的耐蚀性能，这对于节约金属材料的消耗和延长金属材料使用寿命，具有重要的经济意义。
金属零件的腐蚀与金属材料本身的化学稳定性、金属表面的状况（表面粗糙度值越小，耐蚀性越好），以及工作环境的温度、湿度和空气污染程度等有关。此外，热处理后金属表面的盐分没有除净，防锈材料的质量不合格，以及手汗等都会加速金属的腐蚀。
一种在空气和某些侵蚀性介质中不生锈（即具有一定的化学稳定性）的钢，称为不锈钢。不锈钢的“不锈性”并不是绝对的，它相对于碳钢说来，具有优良的化学稳定性，但在有些条件下（如表层钝化膜被破坏），不锈钢仍会生锈。
8.抗氧化性
现代工业中的许多设备，如各种工业锅炉、热加工机械（包括热加工模具）、汽轮机、喷气发动机、火箭、导弹等，有许多是在高温下工作的零件。这些零件的材料要求有良好的抗氧化性能，否则表面就会很快被氧化剥落而失效，无法正常使用。制造这些零件，就必须采用耐热材料。
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2023-07-02
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