《篇常用金属材料》课件

常用金属材料本课件将介绍几种常用的金属材料，包括其特性、应用和加工方法。金属材料概述广泛应用金属材料在各个行业扮演着至关重要的角色，从建筑和制造到电子产品和医疗设备，金属材料无处不在。强度和耐久性金属材料以其强度、韧性和耐用性而闻名，使其成为结构应用的理想选择。可塑性和可加工性许多金属材料具有良好的可塑性和可加工性，可以根据需要进行成型、切割和焊接。金属材料的特性物理特性金属材料通常具有良好的导电性、导热性、延展性和磁性。这些特性使金属在电气、电子、热能、机械等领域得到广泛应用。化学特性金属材料能够与氧气、水、酸碱等物质发生化学反应，形成氧化物、氢氧化物、盐类等化合物。这些化学反应对金属材料的腐蚀和防护具有重要意义。机械特性金属材料的强度、硬度、韧性、塑性等机械特性决定了其在不同应用场景中的使用性能。这些特性可以通过热处理、加工等工艺方法进行调整和控制。金属晶体结构金属材料的原子排列方式决定了其性能。大多数金属以晶体结构存在。金属晶体由许多排列规则的原子构成，这些原子之间通过金属键结合在一起。常见的金属晶体结构有三种：面心立方结构（FCC）、体心立方结构（BCC）和密排六方结构（HCP）。每种晶体结构都具有独特的原子排列方式，导致不同的力学性能、热性能和电性能。金属的机械性能金属的机械性能是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。这些性能对金属材料的应用至关重要，决定了其在各种工程应用中的适用性。1强度金属抵抗永久变形的能力2硬度金属抵抗局部压痕的能力3塑性金属在外力作用下发生永久变形而不破坏的能力4韧性金属在断裂前吸收能量的能力金属的工艺性能可塑性金属在压力作用下发生塑性变形的能力。延展性金属在拉力作用下，能够被拉成细丝的能力。韧性金属在断裂前能够吸收能量的能力。硬度金属抵抗硬物压入其表面的能力。焊接性金属在加热和加压下，能够熔合在一起的能力。金属的工艺性能是指金属在加工成各种制品的过程中所表现出来的性质。金属的热学性能金属的热学性能是金属材料在热量作用下表现出的性质。主要包括热膨胀、热传导、比热容和熔点等。金属的热膨胀是指金属在温度升高时体积膨胀的现象。热传导是指热量在金属内部的传递过程。比热容是指金属吸收或释放一定热量时温度变化的程度。熔点是指金属从固态转变为液态时的温度。熔点(°C)比热容(J/(g·K))热膨胀系数(10⁻⁶/°C)金属的化学性能金属的化学性能是指金属与其他物质发生化学反应的性质。主要包括金属的氧化性、还原性、腐蚀性等。金属的化学性能与其电子结构密切相关，金属原子最外层电子数较少，容易失去电子形成阳离子，因此金属具有较强的还原性。金属与酸、碱、盐等物质反应，会发生氧化还原反应，生成新的化合物。金属的腐蚀是指金属表面与周围环境发生化学或电化学反应而引起的破坏。金属腐蚀会降低材料强度，影响产品寿命，造成经济损失。因此，需要采取措施防止金属腐蚀，例如涂层保护、电化学保护等。钢铁材料铁铁是钢铁的主要成分，赋予其强度和韧性。它是一种过渡金属，具有磁性，在自然界中以氧化物形式存在。碳碳含量是决定钢铁性能的关键因素。碳含量越高，钢铁的强度越高，但延展性越低。合金元素添加其他元素如锰、硅、铬、镍等，可改善钢铁的性能，使其更耐腐蚀、耐热或更硬。应用钢铁广泛应用于建筑、机械、汽车、航空航天、能源、化工等领域，是现代工业的重要基础材料。铁碳合金铁碳合金是铁和碳的合金。它是一种重要的金属材料，被广泛应用于各种领域，例如建筑、机械制造、汽车制造等。1共析铁含碳量约为0.77%的铁碳合金2亚共析钢含碳量低于共析点，具有良好的塑性和韧性3过共析钢含碳量高于共析点，具有较高的硬度和强度铁碳合金根据含碳量的不同可以分为三种类型：亚共析钢、共析钢和过共析钢。钢的分类11.按化学成分分类碳钢、合金钢、高速钢、不锈钢等。22.按用途分类结构钢、工具钢、模具钢、弹簧钢、轴承钢等。33.按生产方法分类酸性钢、碱性钢、电炉钢、转炉钢等。44.按质量等级分类优级钢、一级钢、二级钢、三级钢等。钢铁的生产工艺原材料准备将铁矿石、焦炭和石灰石等原材料破碎、混合，并送入高炉进行冶炼。高炉冶炼在高温下，铁矿石中的铁氧化物被还原成生铁，并从高炉底部排出。炼钢将生铁和废钢送入转炉或电炉，加入氧气和合金元素，去除杂质，得到钢水。铸造将钢水浇入模具中，冷却凝固成钢坯或钢锭，用于进一步加工。轧制将钢坯或钢锭在轧机中通过反复挤压，改变形状和尺寸，得到各种形状的钢材。铝及其合金轻质铝的密度较小，大约为2.7g/cm³，仅为铁的1/3，因此铝合金具有良好的轻质特性。耐腐蚀铝在空气中表面会形成一层致密的氧化膜，起到保护作用，使铝具有良好的耐腐蚀性。优良的可加工性铝合金易于加工成型，可采用多种加工方法，例如铸造、锻造、挤压、拉伸等。较高的强度铝合金的强度较高，有些铝合金的强度甚至超过了低碳钢。铝合金的应用铝合金的应用非常广泛，几乎涉及到各个领域，特别是在航空航天、汽车制造、建筑、电子等行业。铝合金具有优异的强度、轻质、耐腐蚀等性能，被广泛应用于制造飞机、汽车、轮船、建筑材料、电子产品等。铜及其合金优良的导电性铜是优良的导电体，广泛用于电线、电缆、电子元件等。良好的导热性铜的导热性优于其他大多数金属，常用于散热器、热交换器等。优异的抗腐蚀性铜具有良好的耐大气腐蚀性和耐海水腐蚀性，适用于海洋环境和腐蚀性介质。广泛的应用铜及其合金应用广泛，包括建筑、机械、电子、化工等领域。镁及其合金轻质材料镁合金密度低，仅为铝合金的三分之二，是轻金属中密度最小的金属。高强度镁合金的强度和刚度较高，具有优良的抗拉强度、屈服强度和抗冲击强度。易于加工镁合金具有良好的加工性能，易于切削、弯曲和焊接。镍及其合金1高强度和耐腐蚀性镍合金具有优异的强度和耐腐蚀性，在高温、高压和腐蚀性环境中表现出色。2耐高温合金镍基高温合金是应用广泛的合金种类，在航空航天、电力、化工等领域扮演重要角色。3耐腐蚀合金镍合金可以抵抗酸、碱、盐等多种腐蚀性物质的侵蚀，在化工、石油、海洋工程等领域应用广泛。4应用领域广泛除了上述领域，镍合金还在电子、医疗、核能等领域得到广泛应用。钛及其合金高强度钛合金具有极高的强度和硬度，强度重量比高。钛合金可以承受高温和高压，耐腐蚀性强。生物相容性钛合金与人体组织具有良好的生物相容性。在医疗领域被广泛用于人工关节、牙种植体等。贵金属材料金金是一种化学元素，化学符号为Au，原子序数为79，是一种柔软、金黄色的贵金属。金在自然界中通常以单质形式存在，不与其他元素结合。银银是一种化学元素，化学符号为Ag，原子序数为47，是一种白色、有光泽的贵金属。银的导电性和导热性仅次于金，在所有金属中排名第一。铂铂是一种化学元素，化学符号为Pt，原子序数为78，是一种银白色的贵金属。铂的熔点很高，化学性质稳定，抗腐蚀能力强。钯钯是一种化学元素，化学符号为Pd，原子序数为46，是一种银白色的贵金属。钯的熔点较高，化学性质稳定，具有良好的催化性能。其他常用金属材料锡锡的熔点低，易于加工和焊接，通常用于制造罐头食品容器、焊料和合金。铅铅具有优良的抗腐蚀性和耐热性，主要应用于电池、管道和弹药制造。锌锌是常用的镀层金属，可以防止腐蚀，此外也用于制造电池和合金。贵金属金、银和铂等贵金属因其耐腐蚀性和高价值而被广泛应用于珠宝、电子和金融领域。金属材料的加工工艺1铸造液态金属浇入模具，冷却凝固成型2锻造利用锤击或压力使金属变形3轧制通过轧辊使金属变形4拉拔通过模具将金属拉伸成型铸造、锻造、轧制和拉拔是四种主要的金属加工工艺。铸造是将液态金属浇入模具中，冷却凝固成型的一种加工方法。锻造是利用锤击或压力使金属变形，以提高其强度和韧性的一种加工方法。轧制是通过轧辊使金属变形，以改变其形状和尺寸的一种加工方法。拉拔是通过模具将金属拉伸成型，以改变其形状和尺寸的一种加工方法。金属材料的热处理1退火降低材料硬度，改善塑性，提高韧性。加热到一定温度后，保温一段时间，然后缓慢冷却。2正火细化晶粒，提高强度和韧性。加热到奥氏体区，保温后以适当速度冷却。3淬火提高材料硬度和强度，降低韧性。加热到奥氏体区，保温后快速冷却。4回火降低淬火后的硬度和脆性，提高韧性。将淬火后的金属加热到低于淬火温度的温度，保温后冷却。金属材料的表面处理1机械加工打磨、抛光、喷砂等2化学处理酸洗、钝化、磷化等3电镀镀铬、镀镍、镀锌等4涂层喷漆、电泳、粉末涂装等表面处理可以改善金属材料的性能、外观、耐腐蚀性等，延长使用寿命。金属材料的腐蚀和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产生的腐蚀，而电化学腐蚀则是指金属与电解质溶液发生电化学反应而产生的腐蚀。防护方法金属腐蚀防护主要有两种方式：一是改变金属的内部结构，如合金化、热处理等；二是采用涂层、电镀等方法在金属表面形成保护层。腐蚀的影响金属腐蚀会造成金属材料的损坏，降低其使用寿命，严重时会导致设备失效，甚至造成安全事故。腐蚀与环境金属腐蚀与环境因素密切相关，如温度、湿度、大气污染物等都会影响腐蚀速率。因此，在设计和使用金属材料时，要充分考虑环境因素的影响。金属材料的环境影响环境污染金属冶炼和加工过程会排放有害气体，如二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物，污染空气，对环境造成危害。金属废弃物处理不当也会造成土壤和水体污染，影响生态平衡。资源枯竭地球上的金属资源是有限的，过度开采会造成金属资源枯竭，影响未来的发展。金属资源的回收利用可以缓解资源枯竭问题，降低对环境的影响。金属材料的回收利用回收利用减少开采，节约资源。减少污染减少废弃金属对环境的污染。可持续发展促进资源循环利用，实现可持续发展。金属材料的未来发展趋势11.高性能金属材料强度更高、耐腐蚀性更好、耐高温性能更优异。例如，超高强度钢、耐高温合金、金属玻璃等。22.轻量化金属材料降低金属材料密度，提高材料的强度重量比。例如，镁合金、钛合金、铝合金等。33.功能化金属材料在金属材料中加入特殊元素，赋予其新的功能。例如，形状记忆合金、超导金属材料、磁