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悠揚(yáng)悅耳的鋼琴聲，低沉纖柔的二胡聲，清脆婉轉(zhuǎn)的笛子聲，激昂嘹亮的軍號聲……使我們的生活變得豐富多彩。“姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船”，鐘聲也許真的會給漂泊異鄉(xiāng)的游子帶來無限的感慨。 聲音與我們生活的關(guān)系實(shí)在是太密切了。可以毫不夸張地說，我們的生活一步也離不開聲音，否則人類就會進(jìn)入因寂靜而無法生存的世界。 然而，聲音也有對人類不利的一面。隨著城市的擴(kuò)大、工農(nóng)業(yè)和交通的發(fā)展，人們時(shí)時(shí)受到噪聲的騷擾。噪聲和污水、廢氣一起被公認(rèn)為污染環(huán)境的當(dāng)代世界三大公害。人們用金屬材料制造各種機(jī)器和設(shè)備，不幸的是，它們使得噪聲污染更為嚴(yán)重。噪聲來源于振動，它們是一對“孿生姐妹”。所以，要減少噪聲的污染，首先得盡量防止振動和減少振動。為此，目前材料科學(xué)家們正在致力于尋找一種“啞巴”金屬——防振和減振合金。 噪聲的危害 鋼琴、二胡、笛子、大鐘等樂器能發(fā)出準(zhǔn)確、優(yōu)美的音響，令人愉悅。然而，絕大部分用金屬制造的機(jī)器和設(shè)備，在加工和使用過程中卻產(chǎn)生出對人類有害的噪聲。 噪聲，從物理性質(zhì)上看，是由聲源作無規(guī)則的非周期性振動而產(chǎn)生的，聽起來有嘈雜、刺耳的感覺。從環(huán)境保護(hù)的角度看，人們把一切對生活和工作有妨礙的聲音都算作噪聲。其實(shí)，在我國約2000年前的文獻(xiàn)中已有關(guān)于噪聲的記載。例如《說文》中把“噪聲”的含義明確解釋為“擾也”，《玉篇》中解釋為“群呼煩擾也”。 噪聲的危害性是多方面的。首先，噪聲會影響身體健康，產(chǎn)生頭痛、腦脹、耳鳴、眼花等癥狀，引起心律不齊、高血壓、冠心病、消化不良、胃潰瘍等疾病，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致鼓膜破裂、雙耳變聾、腦震蕩、休克和死亡。其次，噪聲對正常生活和工作產(chǎn)生干擾，噪聲使人心煩意亂、注意力不集中，妨礙休息和睡眠。第三，特強(qiáng)噪聲會損壞儀器設(shè)備和建筑結(jié)構(gòu)，帶來災(zāi)難性的破壞。例如，火箭和宇宙飛船的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在特強(qiáng)噪聲作用下，會產(chǎn)生“聲疲勞”，使材料或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞斷裂；當(dāng)超音速飛機(jī)在低空掠過時(shí)，引起的“隆隆聲”相當(dāng)于炸彈爆炸，會使門窗損壞、墻面開裂、屋頂掀翻、煙囪倒塌。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械制造業(yè)中，近80％的事故和設(shè)備損傷與噪聲、共振有關(guān)。 噪聲可通過空氣振動和固體振動兩種途徑傳播，而對付噪聲，則有吸收和反射兩種方法。對于空氣中傳播的噪聲，可采用隔聲和吸聲材料加以隔離；對于固體振動引起的噪聲，則采用防振和減振材料加以消除。 此物無聲勝有聲 首先，我們將金屬材料和高分子材料（如塑料、橡膠等）進(jìn)行比較。金屬材料的強(qiáng)度高，適合于作為工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件的材料，但它的振動衰減性差，容易產(chǎn)生振動和噪聲。若要振動衰減性好，可以采用塑料，但塑料無法用在強(qiáng)度要求高的場合。所以，人們?yōu)榱思骖櫢邚?qiáng)度和振動衰減性好這兩方面的要求，開始研制防振合金。這種防振合金可利用金屬本身所具有的高減振性能，來達(dá)到減振、消聲的目的。防振合金又稱“減振合金”、“阻尼合金”、“無聲合金”、“消聲合金”、“安靜合金”等。目前生產(chǎn)中應(yīng)用的防振合金有數(shù)十種，例如有減振和強(qiáng)度兼優(yōu)的錳銅合金、鎳鈦合金，有常作為機(jī)床床身、機(jī)器底座的灰口鑄鐵，有用于制造立體聲放大器底板的鋁鋅合金，也有作為蒸汽渦輪機(jī)葉片材料的鉻鋼，更有用作火箭、衛(wèi)星上精密儀器防振臺架的鎂鋯系合金等。 錳銅合金是一種目前被認(rèn)為性能較好的防振合金。據(jù)說，當(dāng)初有一塊含錳量為80％的合金掉在地上，并未發(fā)出多大的聲音，因而引起了人們的興趣。從此，美國礦山局開始研究它，英國有關(guān)方面也研究它。結(jié)果，英國研制成功了含54.25％錳、37％銅、3％鐵、1.5％鎳的合金，這種合金被稱為“索諾斯同”（Sonoston）；美國研制成功了含40％錳、58％銅、2％鋁的合金，該合金被稱為“因克拉謬特”（Incramute）；而上海交通大學(xué)則研制成功了我國自己的錳銅合金。 錳銅合金之所以具有優(yōu)異的減振性，是因?yàn)樗慕Y(jié)晶構(gòu)造進(jìn)行了重新排列，依靠容易移動的晶體界面及在運(yùn)動過程中產(chǎn)生的能量損耗，對振動起到阻尼作用，從而能有效地吸收噪聲。生產(chǎn)中常用振動波傳遞過程中振幅的衰減程度來計(jì)算材料的減振系數(shù)。減振系數(shù)愈大，則材料的減振性愈好。據(jù)測定，錳銅合金的減振系數(shù)為40％，低碳鋼的減振系數(shù)僅為4％，錳銅合金的減振性竟是低碳鋼的10倍。 錳銅合金是名副其實(shí)的金屬中的“啞巴”。用錘敲打錳銅合金，如同敲打橡膠那樣沉悶，即使使勁把它摔在水泥地上，也只發(fā)出輕微的“噗噗”聲。用錳銅合金制造潛水艇的螺旋槳，無論轉(zhuǎn)速多高，都不會發(fā)出聲響，從而不易暴露目標(biāo)，增加了潛水艇活動的隱蔽性。用錳銅合金鑲嵌在燃?xì)廨啓C(jī)或鑿巖機(jī)鉆桿的軸承套上，機(jī)器開動時(shí)，它“不動聲色”，可降低噪聲幾十分貝，為延長機(jī)器壽命和改善勞動條件“默默無聞”地作出了貢獻(xiàn)。圓盤鋸、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、高速紙帶穿孔機(jī)等許多機(jī)器，都是錳銅合金大顯身手的用武之地。它還可以制成防音車輪，悄悄來，悄悄去，整日“啞口無言”，為降低城市噪聲，維護(hù)寧靜的生活環(huán)境立下了汗馬功勞。 鑄鐵的減振性優(yōu)于鋼 鑄鐵和鋼都是黑色金屬的家族成員。從化學(xué)成分講，它們都是鐵碳合金，含碳量大于2％的鐵碳合金稱為鑄鐵，含碳量小于2％的鐵碳合金則是鋼。鑄鐵的種類很多，常用的是灰口鑄鐵，其中的碳主要以石墨形式存在，因其斷口呈暗灰色而得名。比較灰口鑄鐵和鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以得出結(jié)論：灰口鑄鐵組織相當(dāng)于在鋼的基體上分布著石墨。從分析石墨的作用著手，我們可以比較容易地了解鑄鐵有別于鋼的許多特點(diǎn)。鑄鐵的減振性能優(yōu)于鋼，主要也是因?yàn)殍T鐵中的石墨具有吸收振動能量的本領(lǐng)。 也許你有這樣的經(jīng)驗(yàn)，把耳朵貼在鋼軌上，能聽到遠(yuǎn)方火車的滾滾車輪聲，這是因?yàn)殇摰膬?nèi)部結(jié)構(gòu)比較緊密，是一種“連續(xù)”的物質(zhì)，能把火車開動的聲音（實(shí)際上是聲波引起鋼軌的振動）以5000米/秒的高速度傳到你的耳中，它比聲波在20℃空氣中的傳播速度（344米/秒）快得多，說明鋼傳遞振動的能力強(qiáng)，也就是減振性差。而鑄鐵中存在石墨，情況就不同了。石墨作為一種非金屬夾雜物，破壞了合金組織的連續(xù)性，石墨的強(qiáng)度比起金屬來差得多，可以近似地把它看成為“微小的裂縫或空洞”，所以振動在傳遞時(shí)碰到石墨只能“繞道而行”，再加上石墨本身非常松軟，在振動時(shí)會反復(fù)變形，從而把振動能變成熱能而散發(fā)掉。石墨的數(shù)量愈多，吸收的振動能愈多，這樣就起到了減振的作用。據(jù)測定，鑄鐵的減振系數(shù)為19％，低碳鋼的減振系數(shù)為4％，也就是說鑄鐵的減振性接近于低碳鋼的5倍。 鑄鐵內(nèi)分布有較軟的石墨，屬于復(fù)合型防振合金。鑄鐵常用來制造要求減振性好的機(jī)床床身、機(jī)架、箱座、殼體等。例如，在精密磨床上用砂輪可以磨削出平滑如鏡的工件（稱為鏡面磨削），它的尺寸誤差只有頭發(fā)絲粗細(xì)的幾百分之一，在磨削時(shí)要求磨床非常平穩(wěn)，不允許較大的振動。這時(shí)就請鑄鐵來“幫忙”，它能非常稱職地充當(dāng)精密磨床床身材料的“角色”，任你砂輪飛速轉(zhuǎn)動，火花四濺，鑄鐵床身巍然屹立，穩(wěn)穩(wěn)地托住工件，即使有什么“風(fēng)吹草動”，也能吸振、消振，起到緩沖作用。鑄鐵成了減振能手，到處受到機(jī)床工人的歡迎。 “三明治” 上面介紹的防振合金是把原來“發(fā)聲”的金屬變成“啞巴”金屬，令噪聲無法產(chǎn)生或使其減弱，但這有時(shí)不一定能完全達(dá)到降低噪聲的指標(biāo)。那該怎么辦呢？可以用吸聲材料和隔聲材料把噪聲源封閉起來，不讓噪聲傳出去，這種做法同樣可達(dá)到降低噪聲的目的。“三明治”式的減振鋼板就起到這樣的作用。 說起“三明治”，你也許知道，這是一種大眾化的西式點(diǎn)心，一般用兩片面包，中間夾上荷包蛋、火腿片、番茄片或蔬菜、果醬等配制而成。傳說，在18世紀(jì)時(shí)，英國貴族三明治伯爵四世，因終日玩牌顧不上吃正餐，只好用這種快餐點(diǎn)心充饑。想不到這消息不脛而走，人們感到吃這種點(diǎn)心既經(jīng)濟(jì)又節(jié)省時(shí)間，就以三明治的名字命名。因此，“三明治”點(diǎn)心很快地在世界各地流行起來。 我們所說的減振鋼板，與“三明治”有某些相似之處。它是在兩塊鋼板間夾有或涂有一層薄薄的樹脂而組成的復(fù)合鋼板。樹脂能吸收振動能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，同時(shí)多層界面本身也具有減振吸能的作用。這種減振鋼板把樹脂優(yōu)異的減振性能和鋼板的高強(qiáng)度巧妙地結(jié)合在一起，取長補(bǔ)短，相得益彰。為了減少汽車振動和降低噪聲，這種減振鋼板在汽車工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。它的厚度為0.2～1.2毫米，中間的樹脂層厚度為0.04毫米。用這種減振鋼板制成的零件和用普通鋼板制成的零件相比，振動噪聲一般可降低3～5分貝。1989年，日本在某些高級轎車上采用這種減振鋼板，使噪聲降低10～15分貝。 ![]()
還有一種簡易的減振鋼板，只是在鋼板的一面涂上或貼上樹脂等減振材料。 也有人把這種“三明治”式或簡易的減振鋼板，再與吸聲效果好的纖維材料、泡沫材料等組合，制成隔聲鑲板。 這些減振鋼板或隔聲鑲板廣泛應(yīng)用于需要消聲、隔聲、減振的場合，如用于制造機(jī)器板材或構(gòu)件、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動部件或家用電器等，也可用于建造電子計(jì)算機(jī)機(jī)房、打字機(jī)室、電話交換臺室、體育館、賓館臥室、會議廳，以及居住區(qū)附近的高架公路或高速公路的防噪裝置等。
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