高度游标卡尺的选材与热处理工艺 毕业设计

I何更好的在提高高度游标卡尺使用性能的同时关键词：高度游标卡尺选材热处理工艺Ⅱ1文献综述 11.1行业背景 11.2结构与原理 11.2.1高度游标卡尺的结构 11.2.2高度游标卡尺的原理 21.3选材与热处理工艺概述 21.3.1高度游标卡尺的选材 31.3.2热处理工艺概述 51.4研究意义 52高度游标卡尺的选材 62.1工况分析 62.1.1力学负荷 62.1.2工作温度 72.1.3周围介质 72.2零件材料的预选择 72.3零件材料的终选择 82.3.1高度游标卡尺各零件的选材 82.3.2高度游标卡尺底座的选材 93零件加工工艺及热处理工艺制定 3.1GCr15钢的成分和性能 3.2零件加工工艺流程 3.3主要工艺分析 3.3.1取样检查 3.3.2下料 3.2.3预备热处理 3.3.4最终热处理 3.3.5喷丸处理 3.3.6镀硬铬 3.3.7刻线一激光刻线 4设备选型及厂房布置 4.1热处理设备的选择 4.1.1热处理炉型选择 204.1.2其它设备 4.2热处理车间布置 224.2.1热处理车间的特殊性 224.2.2厂房结构要求 4.2.3厂房建筑参数 4.2.4车间平面布置 224.2.5厂房出入口 5热处理质量检测手段与方法 5.1退火质量检查及缺陷分析 245.1.1软化不足 5.1.2过量氧化、脱碳、过热与过烧 245.1.3金相组织不良 5.2淬火的质量检查及缺陷分析 255.2.1淬火变形 255.2.2淬火开裂 265.2.3.其他淬火缺陷及防止 276实验 6.1实验原始组织分析 6.2实验热处理工艺与组织分析 6.2.1正火工艺及其组织分析 6.2.2淬火工艺及其组织分析 6.2.3淬火+低温回火工艺及其组织分析 6.2.4淬火+中温回火工艺及其组织分析 6.2.5淬火+高温回火工艺及其组织分析 35 参考文献 40 41英文原文 41英文译文 1文献综述改革开放后尤其是我国加入WTO,促进了中国制造业的蓬勃发展，大大推动了1.2.1高度游标卡尺的结构线的量具，一般单独使用。高度尺分0.02mm、0.05mm和0.1mm三种。测量范围有：0～200、0～300、0～500和0～1000几种，其主要构造、度游标卡尺主要由基座、主尺和游框三部分组成。动，通过框架可把量爪或划线爪与游框连接起来(如图1.2.1),高度游标卡尺装配图见附录3。上有困难，就是制造出来也不容易看清楚。如果钢尺的最小刻度值是0.25mm,为什么这个原理可以用来提高量具的测量精度呢?举一个简单的例子来说：时，都不可能准确地测量出所需要的长度。如果利用5cm的圆棒来测量时，就要估计最后的1cm,要是用6cm的圆棒测量时，就要估计最后的2cm。但是，如果把两个工具合并起来运用，不用估计便能材料能否科学而合理的被使用，甚至还关系到节约型社会与环保型(友好型)社造；底座也可采用球墨铸铁、可锻铸铁、灰口铸铁(工作面除外)或花岗岩材料节确定的硬指标(耐磨性高、抗蚀性好、热处理畸变小、淬透性好)的要求，故座可采用球墨铸铁、可锻铸铁、灰口铸铁(工作面除外)或花岗岩材料制造。但是GB/T21390-2008要求高度游一定是最好的、单价最贵的或单价最低的)材(5)材料的环境协调性要求(绿色选材)。现代社会对研制、开发新一代的工程结满足的要求，如主要(力学性能)指标、可成形性。如要求锻压成形的零件显然方法，且其结果不是唯一的(不同于纯数学问题的求解),由于选材者所考虑问果原材料原始组织中有网状碳化物，则先进行正火(消除碳化物)然后再进行球中有网状碳化物，则先进行正火(消除碳化物)然后再进行球化退火。2最终热处理冷处理工艺或采用200~225℃较长时间(约8h)回火，这里采用后者。因素，最终选定GCr15钢作为高度游标卡尺主尺游框(包括微动游框)、量爪、划线爪(镶嵌材料为硬质合金)、框架及底座的材料。工程构件(或零件)都要在一定的负荷(力学负荷、热和温度作用及其他②载荷性质。紧定螺钉受恒定的剪切力(除错误使用外),底座受到的摩擦力也③受力状态。剪切力是静止的，而底座、游框与主尺受的力是摩擦接触。要求④受力大小。紧定螺钉受的剪切力较小，而底座受到的摩擦力较大。游框与主高度游标卡尺一般在室温下工作，故不考虑低温脆性、高温蠕变、热冲击、热应力及热疲劳等的影响。高度游标卡尺一般在实验室或车间里使用，而这些环境一般都有较多的腐蚀性气体、潮湿的空气或使用者手上沾的各种有一定腐蚀性的化学试剂。根据高度游标尺的特点、精度等级、失效形式和制造方法、生产特点等因素综合考虑，高度游标卡尺用钢应符合以下要求。1.高的耐磨性。使用时不能因磨损而发生尺寸的改变。因此，高度游标卡尺应具有高的均匀的表面硬度(58～64HRC)。其组织应为针片状的马氏体，且其基体上均匀弥散的分布着细小的碳化物及极少量的残余奥氏体。为了彼此能很好地紧密接触和附着，要求钢材纯净，组织细密。表面不能存在发纹、孔隙和大块非金属夹杂物，否则使用时会称为锈蚀的起点，影响测量3.尺寸稳定性。量具在长期使用或存放过程中应产生尽可能小的尺寸变化，因而要求热处理后的高度游标卡尺具有低的残余奥氏体量和很小的残余应力值。4.可加工性好。良好的可加工性可提高生产率，减少或避免淬火后磨削时产生磨削烧伤和磨削裂纹，降低高度游标卡尺表面粗糙度值。一般要求钢的夹杂物、碳化物偏析级别要低，退火后的硬度均匀合适，淬火后无碳化物网和尽量少的残余奥氏体量。5.具有一定的抗蚀性。为提高卡尺抵抗大气腐蚀和指纹接触腐蚀的能力，可用镀铬等表面处理工艺或用马氏体不锈钢来制造。6.热处理畸变要小。对于形状复杂、加工余量小或热处理后直接研磨的量具，需选用热处理畸变小的钢种，如CrWMn钢等。7.应有一定的淬透性。尺寸较大的量具应选用淬透性较好的钢种，以保证的到均匀的高硬度。钢的Ms温度为210℃,而T9钢的Ms温度为190℃。故从获得马氏体难易上讲，游框(包括微动游框)、量爪、划线爪及框架的材料较好。共和国航空工业部部标准HB3558-85中，高度游标卡尺主尺选择了2Cr13。但4Cr13钢比同组马氏体不锈钢钢有更好的更好，碳化物分布更均匀。故优先选4Cr13钢作为高度游标卡尺主尺游框(包括这些材料都具有较好的淬透性、耐磨性和尺寸钢作为高度游标卡尺主尺游框(包括微动游框)、量爪、划线爪及框架的材料。T10A钢不符合硬指标(耐磨性高、抗蚀性好、热处理畸变小、淬透性好)的要从软指标(光洁度好、成本低、外形美观)着手选材，而成本因素是软指标的关除外)或花岗岩材料制造。但是GB/T21390-2008还要求高度游标卡尺底座工作面的硬度≥50HRC,而要使球墨铸铁、可锻铸铁、灰口铸铁的硬度达到这一要从耐磨性与耐蚀性和便于加工的角度讲，高度游标卡尺底座材料最终选3零件加工工艺及热处理工艺制定在设计工艺前，有必要先对GCr15钢的成分和性能进行讨Mn:0.25%～0.45%,Cr:1.40%～1.65%,P≤0.025%,S≤从GCr15钢的化学成分中我们不难看出以下特点：①高碳。含碳量很高，密度：7.38t/m³;比热容(室温～100℃):475J/(kg·℃热导率λ:44W/(m·℃);线膨胀系数：12.03×10℃-1;弹性模量E:214762MPa;切变模量G:83061MPa;泊松比v:0.300;退火温度：780～810℃,退火硬度：197～228HBS;淬火温度：830～860℃,淬火介质：油、水，淬火硬度：62～66HRC;回火温度：150～170℃,回火硬度：61～65HRC;第11页共45页零件加工工艺流程入库待组装刻线判断原材料是否为符合标准的GCr15钢，对其化学成分、组织结构、物理化学及力学性能进行判定，并确定供货状态。(1)检查原材料的牌号、规格及尺寸是否符合合同要求。(2)根据原材料的微观组织结构判断供货状态。3.问题处理意见(1)若不符合标准牌号且尺寸不合合同要求，则无条件返厂。(2)若供货状态不合要求，建议返厂或下料后预备热处理。若供货状态为球化退火则进行下一道工序，否则进行预备热处理。对于行正火(消除碳化物)然后再进行球化退火。最终得到高度尺尺身的工艺卡如附录1。工艺要点止所需要的时间。而淬火保温时间可根据如下经验公式3估算。厚度(mm),K—装炉条件修正系数，通常取1~1.5。第13页共45页低温回火前，在200~225℃较长时间(约8h)回火，以增加卡尺尺身的尺寸为了达到良好的尺寸稳定性，回火前增加冷处理工艺或采用200~225℃较长时间(约8h)回火，这里采用后者。采用GZ-1高速淬火油0,适用于工件有效厚度小于16mm。综合以上，得到“淬火+低温回火”工艺亦即最终热处理工艺卡，如附录2。①铸钢丸硬度一般为40~50HRC,加工硬金属时，可把硬度提高到57~62HRC②铸铁丸硬度一般为58~65HRC,质脆而易于破碎，寿命短，使用广泛，主要①喷丸粒度一般选用在6~50目之间，喷丸强度要求越高喷丸粒度相对加大。②喷丸尺寸的选择还受喷丸处理零件形状的限制，其直径不应超过沟槽内圆径第14页共45页整率不低于85%。需的喷丸强度即可(一般3a分钟左右)。另外需要说明的是喷丸强度现在大都以1.3或2.4mm标准尺寸的74号碳素钢，其硬度为40~50HRC,将此试样固定在耐磨、耐温和耐蚀等性能。镀硬铬是一种传统的表面电镀技术，已经应用长达70多年。镀铬层硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表镀铬层具有高硬度1000HV,加热到500℃,硬度与颜色都变化不大，热硬第15页共45页100~400g/L,铬酐浓度如低于100g/L,溶液导电率太低；铬酐如低于200g/L,常需添加其它添加剂。仅用硫酸为活化剂时，铬酐不能低于200g/L,浓度低则镀铬属于阴极性镀层，常用于Pb-(6~8)Sb铅锑合金和Pb-7Sn铅锡作为CrO₃+2H₂O2HCrO₄+4H=2C可见，镀液中pH值降低，使反应向右进行，水稀释H*放电致使阴极区H*浓度下降，pH值升高，使镀液中Cr₂O}-的转变为在阳极上发生氧化反应，析出O₂酸膜[Cr(OH₃)、Cr(OH)·CrO₄]。它覆盖于阴极表面使电极极化增大，只允许铬常用配方及工艺条件如表4-2所示团。铬酐/(g/L)硫酸/(g/L)温度/℃特点应用范围单的零件，广泛用件，可获得硬铬、复合型铬酐/(g/L) LC-1添加剂/g/L) 2 温度/℃电流密度/(A/dm²)综合以上，我们采用如表4-2中的1*标准镀铬液，对高度游标卡尺卡尺尺线条加工工艺复杂，工序繁多，而且接触酸、苯危害.对环境构成污染隐患近几年来。随着激光尺身铬后调直—去脂—上感光胶—离心甩干—曝光—定影—坚膜—显影着①工艺复杂，工序繁多，需要多人配合作业且需要一定的操作技巧能力；②液配置比例、操作方法等条件限制；⑤零件加工废品量较大.废品系数达35%;①整个流程操作简单，方便快捷，整个流程只需L不同而不同.光纤激光刻线机几乎不需要什么辅助耗材，只需要定的废品率要小很多，废品率仅为9%;⑤标刻后的线条整齐、字图归整。(1)凡经校直的工件，应100%检查变形，复查硬度。检查零件的夹角、小孔第19页共45页清洗剂靠物理和化学反应起作用。反应、溶解、清洗十分重要,对清洗质量要求很高，清洗后的零件在涂装前必须具有“水膜2清洗步骤将孔吹干净.不好装框的工件用吊环和钢丝绳吊至清洗机清4设备选型及厂房布置浴炉、铅浴炉等。其中以盐浴炉使用最为普遍。浴炉的工作温度范围很宽(60~1350℃),除不能完成随炉冷却的退火工艺外，可以完成多种热处理工艺：如淬火、回火、分级淬火、等温淬火、正火、局部加热及化学热处理等。工件在浴浴炉除具有以上优点外，炉体内的坩埚无需消耗耐热钢而用耐火材料制成，在200mm、0～300mm、0～500mm和0～1000mm几种，而井式电阻炉一般用于细第21页共45页采用井式电阻炉加热。由于预备热处理和最终热处理的加热温度均低于950℃,额定功率：65KW,额定电压：380V,额定温度：950℃,最大一次装载量：700Kg,加热区：2,相数：3,重量：4000Kg。布氏硬度计、洛氏硬度计。为检查零件表面裂纹，清洗设备有连续式，室式，槽式等清洗机和清洗槽设备(如喷丸机、清理滚筒)多有粉尘、噪声等环境污按作业方式可分为间歇式和连续式，这取决于喷丸器的形式。这里可选第22页共45页淬火槽(规格(mm):1000×1000×1500),矫直机(采用专用矫直机),工夹具、吊装设备，切取试样设备(如锯床、切割机)等。1.操作环境的特殊性(高温、易燃介质、污染物、地坑、堆放量大);2.设备装置的特殊性(设备笨重、检测记录控制设备、电气水路);3.工件的特殊性(品种多、检测项日多、易产生返修品、材质及工艺经常变更)。1.通风要求：采光充足、自然通风良好，窗户大有天窗；2.防火要求：国标规定热处理厂房耐火等级为二级，建筑物通常为钢筋混凝土或3.防爆要求：有液体或气体做燃料或气氛的热处理车间需采取必要的防爆措施和1.柱距：一般为6m或6m的倍数，钢结构厂房略大为6~9m(起重机重量不大的钢结构取7.5m);2.跨度：跨度低于18m时，取3m的倍数，大于18m时取6m的倍数；3.厂房高度：厂房高度是指屋架下弦以及起重机轨顶距车间室内地面的高度。(1)据生产性质合止里布置一设备：可按热处理工序、设备类别、产品对象分组(2)合理组织工件在车间的流通路线，尽可能的减少工件在处理过程中的往返交叉；(3)有利于车间通风、采光和改善劳动条件。(4)设备布置应考虑减少建筑费用、生产费用和维修方便；2设备平面布置常用数据：(1)车间内运输通道：通道宽度一般为2～3米；6～8m,炉后8～12米，连续气体渗碳炉炉前4～6m炉后2～3m;第24页共45页5热处理质量检测手段与方法要使工件具有合适的切削加工性能，应使钢材得到650～700℃之间珠光体理论上讲，冷却到650℃以后，奥氏体向珠大冷却速度下进行冷却(如打开炉门冷却或空冷),但在实际生产中，退火一般装炉量较大，为使炉内全部都完成组织转变，得到质量一5.1.2过量氧化、脱碳、过热与过烧脱碳指钢在脱碳性介质(氧、二氧化碳、水和氢等)中加热时，钢表层中的第25页共45页(2)带状组织金属材料内与热变形加工方向大致平行的诸条带所组成的偏析组化率不高，主要是由于：①Acl以上的加热温GCr15退火后珠光体组织应为1～4级，按YB9-68第五级别铬轴承钢技术工件淬火后如仅产生变形尚能设法校正，但虽不太高(未超过材料的断裂强度),但材料内部存在缺陷。性(可使高强度材料发生低应力脆断)。加热温度过低或保温时间过短。③表面脱碳。对硬度不返修),但重淬前，应对工件进行一次退火、正火或高温回火已消除淬应力，防护等。脱碳指钢在脱碳性介质(氧、二氧化碳、水和氢等)中加热时，钢表层中基于5.1节和5.2节的分析，可将其归纳为表5.1和表5.2。项目球状珠光体，按化物存在)盐酸和水1:1未溶碳化物应以小、少、500倍显微镜下，碳化物常见缺陷产生原因出现渗碳体网(1)锻造温度不好(2)加热温度不均匀(3)断后冷速过慢(4)900℃加热预淬火(球化前)球化不良(1)球化退火装炉量太多(2)球化温度波动太大且保温时间短(1)控制装炉量(2)正确控制球化温度和保温时间淬火裂纹和崩口(1)淬火温度太高(2)机械加工不良，有尖角、缺口等成分温度发生变化(1)严格控制淬火温度(2)机械加工不允许有尖角、缺口(3)正确选用淬火介质定期测定淬火程度、控制淬火介质温度、防止介质受污染(1)淬火冷却介质不合适(2)回火温度过低或回火时间过短(3)淬火后未及时回火(4)出炉温度太高(1)选用合适的淬火油(2)充分回火，消除内应力(3)淬火后及时回火(4)回火后出炉温度不高于150℃的温度范围内影响，如材质、装炉量、6实验实验试样为10×10×30的GCr15钢块，经粗磨、精磨、粗抛、精抛并腐蚀后得到试样原始组织在经4%硝酸酒精溶液腐蚀的放大200倍、500倍和1000倍图6.1.1经4%硝酸酒精溶液腐蚀，不同放大倍数下GCr15钢试样原始显经实验测得这一原始试样的硬度为216HBS,这一硬度比生产要求的硬度特征能量)即可知道样品中所含元素种类(定性分析),分析X射线的强度，则可知道样品对应元素含量的多少(定性分析)。在实验中，进行了正火、淬火、淬火+低温回火、淬火是将钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃保温，然后在室温的静止空气中自然冷却。GCr15钢的Ac3为900℃,故其正火工艺曲线如图6.2.1。2组织分析2组织分析(a)正火200×试样正火后其组织如图6.2.1所示，实验测得其硬度为354HBS,这比试样退小。细小均匀的组织使得GCr15钢的缺陷减少(消除了网状碳化物)、切削性能第32页共45页1淬火工艺体化后，以大于临界冷却速度的冷速进行冷试样淬火后组织如图6.2.2所示，实验测得其硬度为62~65HRC。以(b)图为1淬火+低温回火工艺一般来说，淬火后还必须有回火与之配合，以提高硬度和耐磨性及强韧性(释放淬火内应力)。最终得到隐晶马氏体和细粒状碳化物，即回火马氏体。故其工艺曲线如图6.2.4所示。图6.2.4GCr15钢淬火+低温回火工艺曲线2组织与性能分析图6.2.5经4%硝酸酒精溶液腐蚀，不同放大倍数下GCr15钢淬火+低温回火轻微白色带状为聚集分布的颗粒状碳化物所构成的轻微带状偏析。这是由于凝固时产生了枝晶偏析，因而在轧制后，出现带状偏析，它使钢材在球化退火以及淬实验测得其硬度为61~64HRC,可以满足生产要求。图6.2.7经4%硝酸酒精溶液腐蚀，不同放大倍数下GCr15钢淬火+中的K(碳化物)。K和α不再保持共格联系，共格强化消失。因碳化物稍大，弥度为48~50HRC,低于淬火+回火后的硬度。第35页共45页温度/℃温度/℃GCr15钢淬火+高温回火工艺曲线图6.2.9经4%硝酸酒精溶液腐蚀，不同放大倍数下GCr15钢淬火+高温状渗碳体组成的回火索氏体，其中Fe₃C粗化、球化，铁素体晶粒呈等轴状(α相发生回复再结晶)。这使得钢的试样进一步提高，硬零件(除划线爪外)。较小的热处理畸变以及一定的淬透性)出发，设计了高度尺零件的热处理工艺。了等温球化退火作为预备热处理工艺。即先将工件加热到785℃保温3h后，打开炉门冷至710℃保温4h,炉冷至600℃空冷。为了获得较高的硬度和较好的耐磨性，最终热处理采用淬火+低温回火的工艺。即，先将工件加热至840℃保温20min后油冷，工件冷至室温后即加热至210℃保温8h,再炉冷至150℃保温采用了镀硬铬的工艺。电镀硬铬工艺的流程为：化学除油+(3)由于高度尺尺身为细长件，加热时容易变形且加热温度<950℃,故选择(5)分别从退火质量检测与缺陷防止和淬火质量检测与缺陷防止两个大的方工艺实验。对GCr15钢试样原始组织分析得出其状态为退火，硬度为216HBS。析可知，淬火+低温回火可作为最终热处理，高温回[13]樊东黎.金属热处理，2010,(4)表示谢意!感谢兰州理工大学技术工程学院给了我一个美附录1预备热处理工艺卡附录2最终热处理工艺卡附录3装配图附录4车间平面分布图第41页共45页英文原文英文译文17-4纤维复合材料的特征纤维复合材料的设计要考虑许多因素，包括长度、直径、取向、数量、纤维的性质和基体的性质及纤维与基体的结合方式。纤维的长度和直径纤维可短可长甚至是连续的，它们的尺寸常用尺寸比(1/d,1指纤维的长度，d指纤维的直径)来描述。典型纤维的直径范围为10um～150um。当尺寸比较大时，复合材料的强度有所提高。纤维断裂常由于表面缺陷所致。而纤维直径越小其表面积也越小，少部分缺陷会在加工或受载下增殖。我们更愿意得到长纤维，因为长纤维受到的载荷更小，即其受载能力较高(如图17-10)。图17-10随着环氧基体中的无碱碎玻璃长度的增加复合材料的强度增加。此例中，玻璃纤维的体积分数约为0.5。在纤维增强体系中，非连续纤维有比临界值更高的尺寸比，使其同时满足易于加工和性能的要求。临界非连续纤维长度l,在给定纤维直径d时被定义为：151₂,非连续纤维的强化效果几乎和连续纤维强化效果一致。复合材料强度的估第42页共45页o。表示纤维断裂时基体材料的强度。纤维的数量大量的纤维可极大的提高复合材料的强度和刚度。然而，其最大量为80%,否则纤维就不能被基体完全包覆。纤维的取向大量的增强纤维可能以不同的取向引入基体。短且有任意取向的纤维(如玻璃纤维)尺寸比较小很容易被引入基体，从而使复合材料体现各向同性。长而连续且取向单一平行的纤维使复合材料体现各向异性。这些纤维常以零度排列，意味着所有这些纤维受到均匀的方向应力。然而，方向单一使其性质变差。例如，载荷垂直于纤维时(图17-11)。复合纤维材料的一个典型特点是可以适应各种载荷条件。长而连续的纤维可以以多种方式存在于基体(图17-12)。以正交的方式排列或两垂直方向的纤维可纤维还可以三维的形式排列。即便最简单的织物组织，在它单一一层里的小范围内也存在三维排布。织物各层紧密的编织在更复杂的三维排列也常常被采用(图17-13)。纤维的性质在大部分纤维强化复合材料中，纤维通常具有坚硬、紧密和质轻等特点。如果复合材料在高温下使用还要求纤维具有较高的熔点。即纤维的重要参数比强度典型纤维如表17-2和图17-14所示。在表17-2中密度单位为g/cm³,而高比模量材料通常在具有较少的原子数和以共价键结合的材料中找到，如C和B。这两种元素具有高的强度和熔点。芳族聚酰胺纤维芳族聚酰胺纤维最著名的例子是凯夫拉尔纤维，它是由许多苯环连接构成的呈直棒状的液态晶体芳香族聚酰胺化合物(图17-15)。特别要谈的是精致的聚乙烯纤维也是可利用的。芳族聚酰胺纤维和聚乙烯纤维有着优异的强度和刚度，但不能在低温下使用。因为它们密度低而且聚乙烯纤维有很好的比强度和比模量。陶瓷纤维和晶须具有高的强度和刚度，其包括氧化铝、玻璃和碳化硅等。最常用的玻璃纤维有：纯净二氧化硅、S玻璃(25%Al₂O₃,100%MgO,均衡的SiO尽管它们比聚合纤维相当的密集但陶瓷材料仍可以在很高的温度下图17-11纤维取向对环氧基无碱玻璃复合材料强度的影aAA中00图17-12(a)原丝的定向纤维可结合成多层单向复合结构。(b)原丝的定向纤维可结合成不同向的各向同性复合材料。此种情况，取向为0°/图17-13纤维强化复合材料的三向排ElasticityW第45页共48页使用。以金属键结合的铍和钨的高模量是以一定的方式吸引纤维材料。我们通过下面的例子来讨论复合材料设计的相关问题。图17-14纤维金属纤维与聚合物图17-15凯夫拉由氧原子和氢原子间相邻链的副键连接。例17-9一种航空材料的设计要用7075-76铝合金(弹性模量为10×10⁶psi)制造一个500磅的商业航空飞行器翼板。根据经验飞行器上的每磅重量每年消耗500加仑燃料。设计一种可以减小重量并保持相同比模量还可经济地使用十年的飞行器翼板材料。解：许多材料都可能起减小重量的作用。例如，我们考虑在T6(固溶处理后进行人工时效)条件下使用硼纤维强化的Al-Li合金。硼纤维和锂合金的加入提高了弹性模量。硼和Al-Li合金比典型的铝合金的密度小。7075-T6合金的比模量：硼纤维的密度大约为2.3g/cm³(0.0851b/in.²)典型Al-Li合金密度大约为2.5若在复合材料中硼含量为0.6时，其密度、比模量和弹性模量为：Pe=(0.6)(0.085)+(0.4)(0.09)=0.087E=(0.6)(55×10⁶)+(0.4)(11×10⁶)=37×10⁶psi第46页共49页如果比模量是影构件设计的唯一因素，则厚度可能减小75%。若此构件重(500gal/Ib)(3751b)=187500gal的油。每加仑节约2美元，每年可节约375000美元，即航行十年节约超过375万美元。这肯定是乐观的比较，因为强度和制造因素不允许这部分太薄。总之，高额的硼纤维材料和较高的人工成本降低了7075铝合金经济性。基体的性质基体具有支撑纤维，保证纤维的位置恰当性，将载荷转移到强硬的纤维上，防止纤维在加工和使用时损坏，阻止裂纹向整个复合材料扩展。基体通常主要控制复合材料在使用中的电性能、化学行为和高温性能等。聚合物基复合材料。大部分聚合物基复合材料(包括热塑性材料和热固性材料)在短玻璃纤维强化材料等级都是可被利用的。这些复合材料有用形状的形成在16章已经有所描述。片状成型化合物和块状成性化合物是典型的这类复合材料。而热固性聚芳香酰胺可在高温下使用。金属基复合材料。金属基复合材料包括铝合金、镁合金、镍合金和金属间化合物，它们以陶瓷和金属纤维强化。金属基复合材料