《篇常用金属材料》课件

常用金属材料金属材料是现代工业的基础，在各种领域发挥着重要作用。从建筑到航空航天，金属材料的应用无处不在。课程目标掌握金属材料的基本知识了解常见金属材料的性质、分类、应用和加工工艺。提升对金属材料的选用能力根据工程应用需求，选择合适的金属材料。培养对金属材料的创新思维关注金属材料的发展趋势，探索新型金属材料的应用。金属材料概述金属的特性金属材料通常具有良好的导电性、导热性和延展性，并能抵抗拉伸和弯曲的应力。应用广泛从建筑物到汽车，再到电子设备，金属材料广泛应用于各个领域。合金的优势通过合金化，可以提高金属材料的强度、硬度、耐腐蚀性和其他性能。钢铁概述钢铁是世界上使用最广泛的金属材料，是人类文明进步的重要标志。钢铁以其优异的性能，包括强度、硬度、韧性、塑性、可加工性等，广泛应用于建筑、桥梁、汽车、航空航天、机械制造等各个领域。钢铁的分类碳素钢主要成分为铁和碳，含碳量0.03%~2.11%。合金钢在碳素钢中加入其他金属元素，以提高强度、韧性、耐腐蚀等性能。铸铁含碳量2.11%~6.69%，强度较低，具有良好的铸造性能，广泛应用于铸造行业。铸铁的特性与应用铸铁特性铸铁具有较高的强度和硬度，耐磨损，抗震性好。然而，其韧性较差，容易脆裂，不耐冲击。铸铁具有良好的铸造性能，可以铸造出各种形状复杂的零件，价格相对较低，应用广泛。铸铁应用铸铁广泛应用于机械制造、汽车制造、建筑等领域。例如，铸铁可用于制造发动机缸体、机床床身、管道、阀门、井盖、排水沟盖等。碳素钢的特性与应用11.优异的机械性能碳素钢具有良好的强度、韧性和塑性，可加工成各种形状和尺寸，满足不同工程需求。22.可加工性强碳素钢易于切割、焊接和热处理，适合各种加工工艺，降低生产成本，提高生产效率。33.价格低廉碳素钢是钢铁家族中产量最大、价格最便宜的品种，广泛应用于各种工业领域。44.应用广泛从建筑、机械制造到汽车、航空航天等各个领域，碳素钢发挥着不可替代的作用。合金钢的特性与应用11.优异性能合金钢通过添加其他元素，如铬、镍、钼等，提高了强度、韧性、耐腐蚀性等性能。22.应用广泛合金钢在汽车、航空、机械、建筑等领域发挥着重要作用，例如制造发动机、飞机机身、精密仪器等。33.分类繁多根据合金元素的不同，合金钢可分为不锈钢、耐热钢、工具钢等，满足不同应用场景的需求。44.价格较高与普通碳素钢相比，合金钢的制造成本更高，但其优越的性能使其在特定领域不可替代。有色金属概述有色金属是指除铁、锰、铬以外的所有金属。这些金属通常具有较高的强度、韧性、耐腐蚀性等优良性能，在航空航天、电子、汽车等领域广泛应用。有色金属种类繁多，如铜、铝、镁、钛、锌、锡、铅等，它们具有不同的物理化学性质，在不同的领域发挥着独特的用途。铝及铝合金轻质材料铝合金密度低，强度高，非常适合航空航天领域。耐腐蚀性铝合金具有良好的耐腐蚀性，广泛用于制造各种产品。加工性能好铝合金易于加工成型，可以制作各种复杂的形状。可回收利用铝合金可回收利用，有助于保护环境资源。铜及铜合金高导电性铜具有良好的导电性和导热性，广泛用于电子、电气行业。优异的抗腐蚀性铜及其合金在潮湿环境中具有优异的耐腐蚀性，广泛用于建筑、水管等领域。良好的加工性能铜可通过铸造、锻造、拉伸等多种加工方式制成不同形状的零件，应用广泛。镁及镁合金轻量化材料镁合金的密度仅为铝合金的三分之二，是目前最轻的结构金属材料。广泛应用于航空航天、汽车制造等领域，有效减轻产品重量，提高燃油效率。优异的力学性能镁合金具有良好的强度、刚度和塑性，可满足不同应用场景的力学要求。在高强度和高刚度要求的场合，镁合金可替代传统的钢铁和铝合金。钛及钛合金耐腐蚀性钛具有优异的耐腐蚀性能，尤其是在海水、酸性介质和高温氧化环境中。高强度钛合金具有高强度和高比强度，其强度与钢相当，但密度比钢小。生物相容性钛及钛合金具有良好的生物相容性，在生物医学领域得到广泛应用。镍及镍合金耐腐蚀性强镍和镍合金拥有优异的耐腐蚀性能，即使在恶劣环境下也能保持稳定，延长使用寿命。耐高温性能好镍合金在高温下保持高强度和抗氧化性，适用于高温环境下的部件和设备，如航空发动机。抗蠕变性能出色镍合金在高温和长期载荷下具有良好的抗蠕变性能，适用于高压容器和涡轮叶片等需要高强度和抗疲劳性能的部件。金属材料的性能测试金属材料的性能测试是通过实验方法来评估其机械性能、物理性能、化学性能等。1拉伸试验测量材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率等。2硬度试验测定材料抵抗硬物压入其表面的能力。3冲击试验评估材料在冲击载荷下的韧性。4疲劳试验测试材料在反复载荷下的抗疲劳性能。5腐蚀试验评估材料在不同环境中的耐腐蚀性。这些测试结果可以帮助工程师选择最合适的金属材料用于不同的应用场景，并确保其在使用过程中满足设计要求。金属材料的选择1性能要求材料需要满足强度、硬度、耐腐蚀性等特定性能需求。2成本考量选择性价比高的材料，平衡性能与价格因素。3加工工艺考虑材料的加工难度，选择合适的加工工艺。4环境影响选择环保、可回收的材料，减少对环境的负面影响。金属材料的加工工艺1切削加工去除材料，改变形状2塑性加工改变材料形状3铸造将熔化的金属灌入模具4粉末冶金将金属粉末压制成型金属材料的加工工艺是指将金属材料转变为所需形状、尺寸和性能的过程。不同的加工方法适用于不同的金属材料和产品类型。热处理技术退火降低材料硬度和强度，改善加工性能。正火细化晶粒，提高强度和硬度，改善综合力学性能。淬火使材料内部组织发生改变，提高硬度和强度，提高耐磨性。回火降低淬火后的硬度和脆性，提高韧性。表面处理技术1电镀电镀利用电化学原理在金属表面沉积一层金属或合金，提高其耐腐蚀性、耐磨性、美观性和导电性。镀锌镀铬镀镍2热喷涂热喷涂将熔化的或半熔化的材料喷涂到金属表面，形成一层保护层，提高其耐磨性、耐高温性和耐腐蚀性。等离子喷涂火焰喷涂电弧喷涂3化学转化化学转化通过化学反应在金属表面形成一层致密的氧化膜或其他化合物，提高其耐腐蚀性。氧化磷化钝化金属材料的腐蚀与防护腐蚀的类型金属腐蚀主要分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指金属与周围环境中的物质直接发生化学反应而导致的腐蚀，例如金属在干燥空气中的氧化。电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生电化学反应而引起的腐蚀，例如钢铁在潮湿空气中的锈蚀。腐蚀的防护金属腐蚀防护方法很多，主要包括表面处理、涂层保护、电化学保护等。常用的表面处理方法包括喷砂、抛光、钝化等。涂层保护方法包括涂漆、镀层、搪瓷等。电化学保护方法包括阴极保护和阳极保护。金属材料的焊接焊接概述焊接是将两个或多个金属部件永久连接在一起的工艺，通过热量和压力或两者结合将金属熔化在一起。焊接类型常见的焊接类型包括气焊、电弧焊、激光焊、电阻焊等，每种焊接方式都有其独特的应用场景和优缺点。焊接工艺焊接过程包括预热、熔化、凝固和冷却等步骤，需要控制焊接参数，确保焊接质量，满足设计要求。焊接的重要性焊接在现代工业中扮演着重要角色，广泛应用于建筑、机械制造、航空航天等领域，是连接金属部件的重要手段。金属材料的焊接工艺1熔焊利用高温熔化焊件2压焊利用压力和热量3钎焊利用熔点较低的金属4电阻焊利用电流产生的热量5激光焊利用高能激光束焊接是将两个或多个金属工件通过加热或加压，使之熔化或塑性变形，从而连接成一体的工艺。焊接工艺种类繁多，根据加热方式和连接原理可分为熔焊、压焊、钎焊、电阻焊和激光焊等。金属材料的切削加工车削车削是利用旋转的工件和刀具之间的相对运动，切削工件表面，形成圆柱形、圆锥形或其他旋转体的加工方法。铣削铣削是利用多齿刀具旋转，切削工件表面的加工方法，常用于加工平面、沟槽和轮廓。钻削钻削是利用旋转的钻头，在工件上钻孔的加工方法，常用于加工圆形孔洞。磨削磨削是利用磨料的磨损作用，对工件进行精加工或修整的加工方法，可获得高精度和光洁度表面。金属材料的塑性加工1冷加工常温下进行，加工硬化明显2热加工高温下进行，塑性好，加工硬化轻微3热处理改变金属材料的组织结构和性能4表面处理提高金属材料的耐腐蚀性塑性加工是指通过外力使金属材料发生塑性变形，从而改变其形状和尺寸的过程。塑性加工包括冷加工和热加工，热处理和表面处理等多种工艺，广泛应用于金属材料的制造和加工领域。金属材料的铸造1熔炼将金属材料加热至熔化状态，形成金属液。2浇注将熔化的金属液浇入铸型中，形成金属铸件的形状。3冷却固化金属液在铸型中冷却固化，形成具有特定形状和尺寸的铸件。4清理将铸件从铸型中取出，并进行清理、修整和检验。金属材料的粉末冶金1粉末制备粉末冶金的核心是粉末的制备。常用的方法包括机械粉碎、化学沉淀、气相沉积等。2粉末成型将制备好的金属粉末压制成所需形状的坯体。常用的方法包括压制、注射成型和等静压成型。3烧结在高温下将压制好的坯体加热，使粉末颗粒互相结合，形成致密的固体。烧结过程中，粉末颗粒之间会发生扩散、溶解和再结晶等现象。4后处理烧结后，还需要对零件进行必要的加工，如尺寸调整、表面处理等，以满足使用要求。金属材料的回收利用资源再利用回收利用可以减少对自然资源的开采，节约能源，保护环境。经济效益回收金属材料可以降低生产成本，创造新的经济价值。环境保护减少废弃金属的堆放，降低污染，保护生态环境。循环经济回收利用金属材料，促进循环经济发展，实现可持续发展。金属材料的发展趋势轻量化追求更轻的材料，例如铝合金和镁合金，以提高产品性能。例如，航空航天领域使用轻型金属材料来减轻飞机重量，提高燃油效率。高性能化开发具有更高强度、耐腐蚀性、耐高温性的新型材料，例如高强度钢、钛合金等。例如，汽车制造领域使用高强度钢来提升车身强度，提高安全性能。金属材料在工程中的应用11.建筑工程钢铁、铝合金等广泛用于建筑结构，如桥梁、高层建筑、框架结构等。22.机械制造高强度钢、耐磨钢、不锈钢等用于各种机械设备，提高其性能和寿命。33.交通运输汽车、飞机、火车、船舶等都需要大量使用金属材料，保证安全和性能。44.航空航天钛合金、镁合金等轻质高强度金属材料应用于航天器和飞机制造。未来展望