初中化学：乐器用金属材料.doc

初中化学：乐器用金属材料乐器通常由振动体、传导体、共鸣体、支撑体、附件等组成。乐器各个部件使用的材料的性能对乐器的音量、音质（音色）特别是频率（音调）及其稳定性等有重要的影响。这种材料一般要求有适宜的内耗（或品质因素）、密度、弹性模量、耐蚀性和成型加工性能。中国商周时期（约公元前17～前3世纪）就有青铜制的铙和编钟等金属打击乐器。某些战国时期的编钟是由含锡15%～16%、铅1%～2%的铜合金制成的。含锡10%～20%的青铜称为响铜用于制造锣、钹等打击乐器。现在的笙、芦笙等的簧片也都由响铜制成。这种古代就已生产的铜锡合金有良好的力学性能、物理性能和音响效果所以沿用至今。如果合金中含锡量增高会使乐器的音频过高脆性增大容易破裂；含锡量降低则会使乐器音频过低损害音响效果。铜管乐长笛也用铜锡合金制作。含锌30%（或10%）的黄铜和含镍30%的白铜具有音的衰减小、耐蚀性好以及可切削、弯曲、钎焊等性能好的优点用于制造铜号等的管体特别是喇叭出口部分。风琴、口琴的音簧要有适当弹性模量。弹性模量偏低声音效果不好；弹性模量高时频率稳定性好可以通过控制簧片的长度和厚度把频率调节好并使音量、音质和发音灵敏度获得改善。手风琴音簧一般用高碳钢薄带制成薄带应有较高的尺寸精度和适宜的硬度。硬度过高加工困难容易折断；硬度过低造成频率达不到规定的高度且易随风压变化高次谐波数少而弱因而音色柔和有余而明亮清脆不足。含碳0.85%、锰0.5%的碳素工具钢（同中国的T8MnA和T9MnA牌号相近）是制造琴钢丝（乐器丝）的典型金属材料。琴钢丝应具有较高的抗拉强度（一般为2500～3500N/mm2）、适宜的弹性模量（180000～200000N/mm2）良好的耐疲劳性、韧性（一般要求弯曲8～20次扭转20～30次）和耐蚀性低的内耗值。材料抗拉强度过低除容易断弦外还会产生应力弛豫频率不稳抗拉强度过高则会产生基频弱谐波强度大、失谐过大造成声音不纯。材料的弹性模量过高内耗增大会使音色不柔和有生硬感；弹性模量过低又会使音色过于柔和有“闷”、“暗”感。琴钢丝直径通常为0.2～1.6mm椭圆度小于0.005mm。椭圆度大了会产生两个回转半径引起两个非谐基频使音色不纯。琴钢丝材料的生产必须严格选用原料采用炉外精炼工艺保证化学成分准确、均匀和质地纯净（钢中夹杂物和硫、磷等元素含量低）；还要严格按制金属塑性加工工艺参数使用高精度的模具和合理的金属热处理工艺。这样才能获得外表光沽、尺寸精确、组织均匀、品质因素好的产品。在乐器的金属支撑体中最典型的是钢琴的框架。框架一般用灰口铸铁制造。支撑着琴内多达200根琴弦的总拉力{约(15～20)×104N}必须保证琴体结构不变形对琴弦振动应有共振和传振能力。如果框架的材料抗拉强度低会吸收过多的弦的振动减少传到响板的能量。框架有不谐振动音会大大影响钢琴的音色。增加框架厚度虽能使琴体不变形但会影响共振减少音量。