《常用金属材料》课件

常用金属材料金属材料在现代社会中扮演着重要的角色，广泛应用于建筑、汽车、航空航天等各个领域。课程目标掌握常用金属材料知识学习常见金属材料的性质、分类、应用等基础知识。提升金属材料选择能力了解不同金属材料的优缺点，根据实际需求选择合适的材料。掌握金属材料加工工艺熟悉常见金属材料的加工工艺，并了解其应用领域和注意事项。金属材料的特性高强度金属材料通常具有较高的强度，能够承受较大的载荷，这是其在结构和工程领域广泛应用的重要原因之一。延展性金属材料通常具有良好的延展性，可以被塑造成各种形状，便于加工和制造各种产品。导电性金属材料通常具有良好的导电性，在电气设备和电子器件中起着重要的作用。导热性金属材料具有良好的导热性，在热交换器、锅具等领域发挥着重要作用。金属的物理性质密度金属的密度一般较高，例如铁的密度约为7.85g/cm³。熔点金属的熔点较高，例如铁的熔点约为1538℃。导热性金属具有良好的导热性，例如铜和铝的导热性很好。导电性金属具有良好的导电性，例如铜和银的导电性非常好。金属的化学性质与氧气反应大多数金属在常温下能与氧气反应，生成氧化物，例如铁在潮湿的空气中会生锈。一些金属在高温下与氧气反应更剧烈，例如镁在空气中燃烧会发出耀眼的白光。与酸反应金属与酸反应生成盐和氢气，例如锌与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气。不同的金属与酸反应的剧烈程度不同，例如铝与稀硫酸反应缓慢，而镁与稀硫酸反应剧烈。与盐溶液反应活动性较强的金属可以置换出溶液中活动性较弱的金属，例如铁可以将铜从硫酸铜溶液中置换出来。金属的化学性质决定了金属的用途，例如铝制成的容器可以用来盛装酸性食品，而铁制成的容器则不能。金属的机械性质11.强度金属抵抗外力破坏的能力，比如拉伸强度、屈服强度等。22.硬度金属抵抗物体压入其表面的能力，比如布氏硬度、洛氏硬度等。33.塑性金属在外力作用下发生永久变形而不破坏的能力。44.韧性金属在外力作用下吸收能量的能力，反映了金属抵抗冲击和断裂的能力。常见金属材料概述11.铁铁是地球上最丰富的元素之一，也是最常用的金属材料。22.铝铝是轻质金属，强度高，抗腐蚀性好，广泛应用于航空航天、建筑和汽车工业。33.铜铜是良好的导电和导热材料，常用于制造电线、电缆和管材。44.镁镁是密度最低的结构金属，常用于制造航空航天器、汽车零部件和电子产品。钢铁钢铁是一种重要的金属材料，在工业生产和生活中得到广泛应用。钢铁具有强度高、硬度大、耐磨、耐腐蚀等优点。钢铁的生产过程主要包括炼铁和炼钢两个步骤，炼铁将铁矿石还原为生铁，炼钢将生铁转化为钢。铝合金铝合金是指以铝为主要成分的合金，具有良好的耐腐蚀性、导电性、导热性和可加工性。铝合金密度小，强度高，且具有良好的塑性，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑、电子等行业。铜合金铜合金是指铜与其他金属元素或非金属元素组成的合金。它是一种用途广泛的金属材料，具有优良的导电性、导热性和耐腐蚀性，在工业、电子、建筑等领域发挥着重要作用。常见铜合金包括黄铜、青铜和白铜等。镁合金轻质和强度镁合金密度低，但强度高，适用于需要减轻重量的应用，例如汽车零件。可加工性镁合金可加工性好，易于塑形，适用于制造电子产品外壳等。耐腐蚀性镁合金耐腐蚀，适用于户外应用，例如自行车车架。钛合金钛合金是一种具有优异性能的金属材料。它具有高强度、耐腐蚀、耐高温、生物相容性好等特点。钛合金在航空航天、医疗、化工等领域有着广泛的应用。钛合金的强度高，重量轻，是航空航天领域理想的材料。它还具有良好的耐腐蚀性，适合在恶劣环境下使用。钛合金在医疗领域也得到广泛应用，例如用于制造人工骨骼、心脏瓣膜等医疗器械。钢铁的分类碳素钢主要成分为铁和碳，根据含碳量的不同，分为低碳钢、中碳钢、高碳钢，性能差异较大。合金钢在碳素钢的基础上，加入其他金属元素，如锰、硅、铬等，改善性能，如耐高温、抗腐蚀、高强度等。碳素钢定义碳素钢仅含铁和碳两种元素。碳含量决定了其强度、硬度和韧性。碳含量越高，强度和硬度越高，但韧性越低。分类低碳钢中碳钢高碳钢合金钢定义合金钢是通过在钢中添加其他金属元素，例如铬、镍、锰、钼等，来提高其性能的钢铁材料。分类合金钢根据其添加的元素和含量，可以分为多种类型，例如低合金钢、中合金钢和高合金钢。特点合金钢通常具有更高的强度、韧性、耐腐蚀性、耐高温性和耐磨性等优异性能。应用合金钢广泛应用于机械制造、航空航天、建筑工程、化工设备等领域。钢铁的热处理1加热将钢铁加热到一定温度2保温在该温度下保温一定时间3冷却以一定速度冷却热处理改变钢铁内部组织结构。影响钢铁的性能和加工性能。退火11.降低硬度和强度退火可以使金属材料变得更软，更易于加工。22.提高韧性和塑性退火可以提高金属材料的延展性和抗冲击性能。33.消除内应力退火可以消除金属材料内部的应力，从而改善材料的稳定性。44.改善金属的加工性能退火可以使金属材料更易于弯曲、拉伸、冲压等加工。正火加热至奥氏体区钢材被加热至奥氏体化温度，并保温一段时间，使其内部组织发生转变。缓慢冷却至室温将钢材从奥氏体化温度缓慢冷却至室温，使晶粒长大，组织更加均匀。提高机械性能正火后，钢材的强度、韧性、塑性等综合机械性能得到提升。淬火加热将钢材加热到高于其临界温度的奥氏体区域。冷却迅速将钢材冷却到低于临界温度，使奥氏体转变为马氏体。提高硬度淬火可以大幅提高钢材的硬度和强度，使其更耐磨损和抗冲击。脆性但淬火同时也会增加钢材的脆性，使其更易发生断裂。回火定义回火是将淬火后的钢件加热到低于淬火温度的适当温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却的一种热处理工艺。目的回火可以降低钢件的硬度和脆性，提高其韧性，改善加工性能和使用性能。铝合金的分类铸造铝合金铸造铝合金具有良好的流动性，易于铸造，适合制造复杂形状的零件。锻造铝合金锻造铝合金具有高强度和良好的耐磨性，适用于制造高强度零件。铸造铝合金流动性好铸造铝合金具有良好的流动性，可以铸造出形状复杂的零件。强度较高铸造铝合金的强度较高，可以满足一定的强度要求。耐腐蚀性好铸造铝合金耐腐蚀性好，可以用于各种环境中。成本低廉铸造铝合金的成本较低，适合大批量生产。锻造铝合金高强度和耐用性锻造铝合金经过高温锻造，提高了合金的强度和耐用性，在航空航天领域得到广泛应用。优异的机械性能锻造铝合金拥有良好的延展性和抗疲劳性能，适合制造需要承受高负荷的机械零件。广泛的应用领域锻造铝合金因其优异的性能，应用于汽车、船舶、航空航天、电子设备等多个领域。铝合金的热处理固溶处理将铝合金加热到一定温度并保温一段时间，使第二相溶解在固溶体中，然后快速冷却。时效处理将固溶处理后的铝合金在室温或较高温度下保温一段时间，使过饱和固溶体分解析出第二相，从而提高铝合金的强度、硬度和耐腐蚀性。人工时效将铝合金加热到一定温度，并保温一段时间，使过饱和固溶体分解析出第二相，从而提高铝合金的强度、硬度和耐腐蚀性。固溶处理11.固溶温度固溶温度必须高于合金的溶解度线温度，以使第二相完全溶解在基体中。22.保持时间保持时间要足够长，使合金充分溶解，一般为数小时甚至更长。33.冷却速度冷却速度要快，使溶质原子来不及析出，从而获得过饱和固溶体。时效处理时效处理时效处理是将铝合金在一定温度下保温一段时间，使其析出第二相，提高其强度和硬度。增强性能时效处理能提高铝合金的抗拉强度、屈服强度和硬度，同时也会改善其耐腐蚀性和疲劳性能。应用广泛时效处理在航空航天、汽车、电子、建筑等领域得到广泛应用，例如飞机结构件、汽车零部件、电子元件等。铜合金的分类黄铜黄铜主要由铜和锌组成，并可能含有少量其他元素。黄铜具有良好的耐腐蚀性、导电性和导热性，通常用于制造管道、阀门、紧固件和装饰品。青铜青铜主要由铜和锡组成，并可能含有少量其他元素。青铜具有良好的耐腐蚀性、强度和延展性，通常用于制造雕塑、钟表和工具。白铜白铜主要由铜和镍组成，并可能含有少量其他元素。白铜具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性和耐磨性，通常用于制造餐具、珠宝和工业部件。黄铜铜锌合金黄铜由铜和锌组成，是应用最广泛的铜合金。黄铜具有良好的强度和耐腐蚀性，易于加工和成型。种类繁多黄铜种类很多，包括铸造黄铜，锻造黄铜，以及用于特殊用途的特殊黄铜。不同种类的黄铜具有不同的力学性能和化学性能。青铜历史悠久青铜是一种古老的金属合金，其历史可以追溯到公元前3000年。铜锡合金青铜通常由铜和锡组成，锡的含量通常在10%至20%之间。耐腐蚀青铜具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，使其成为制作工具、武器和装饰品的理想材料。多种用途青铜在古代和现代都有广泛的应用，包括雕塑、钟表、乐器和建筑材料。白铜银白色白铜是一种银白色的合金，由铜和镍组成。耐腐蚀性白铜具有良好的耐腐蚀性，不易生锈，在潮湿的环境中也能保持光泽。广泛应用硬币装饰品乐器镁合金的特点和应用轻质镁合金密度低，仅为铝合金的三分之二，是金属中最轻的，所以镁合金具有优良的轻量化性能，能够显著减轻产品重量，降低能耗和成本。高强度镁合金的强度很高，可以承受高负载和高冲击力的工作环境。耐腐蚀镁合金表面容易形成致密的氧化膜，具有良好的耐腐蚀性，可以满足各种恶劣环境下的使用要求。可加工性镁合金具有良好的可加工性和可塑性，易于铸造、锻造和挤压成型，可以满足各种复杂形状和尺寸的产品需求。镁合金的特点11.轻量化镁合金密度低，约为铝合金的2/3，是所有金属中最轻的，具有显著的轻量化优势。22.高强度镁合金具有较高的强度和刚度，可与铝合金相比，在同样重量下具有更好的强度性能。33.良好的加工性能镁合金的塑性较好，易于加工成型，且具有良好的切削加工性能。44.优异的阻尼性能镁合金具有良好的吸振性能，可有效降低噪声和振动，提高产品的使用舒适性。镁合金的应用领域电子产品镁合金重量轻，易于加工，适用于笔记本电脑、手机等电子设备的外壳，减轻产品重量，提高便携性。汽车制造镁合金强度高，耐腐蚀，可用于汽车零部件，如座椅骨架、仪表盘等，降低汽车重量，提高燃油效率。运动器材镁合金轻巧坚固，适合制作自行车车架、高尔夫球杆等运动器材，提升运动表现，提高舒适度。航空航天镁合金强度高，重量轻，耐高温，适合用于飞机、火箭等航空航天器部件，提高性能，降低成本。钛合金的性能和应用高强度钛合金具有高强度和高刚度，强度是铝合金的两倍，接近于钢，但密度仅为钢的一半，因此强度重量比很高。耐腐蚀性钛合金的耐腐蚀性极佳，在许多腐蚀性环境中都能保持优异的性能，例如海水、酸、碱等。耐高温钛合金的熔点高，在高温下依然能够保持良好的强度和稳定性，因此在航空航天、化工等领域有广泛应用。生物相容性钛合金具有良好的生物相容性，不会引起人体排斥反应，因此广泛应用于医疗器械和人工关节等领域。钛合金的性能高强度钛合金的强度很高，是钢的2倍左右，但密度却比钢小。耐腐蚀钛合金的耐腐蚀性能优异，在各种介质中都具有良好的稳定性。耐高温钛合金的耐高温性能也很好，可在高温环境下保持其机械性能和尺寸稳定性。生物相容性好钛合金具有良好的生物相容性，不易引起人体排斥反应。钛合金的应用航空航天钛合金具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特点，广泛应用于飞机、火箭、卫星等航空航天领域。医疗器械钛合金生物相容性好，可用于制造人工关节、骨骼固定器、牙种植体等医疗器械。化学工业钛合金耐酸碱腐蚀，适用于制造反应釜、管道、阀门等耐腐蚀设备。其他领域此外，钛合金还应用于手表、眼镜框、高尔夫球杆等领域。金属材料的选用原则11.性能要求首先要考虑材料的性能，是否满足产品的使用要求。22.加工性能其次要考虑材料的加工性能，是否易于加工成型。33.经济性最后要考虑材料的经济性，成本是否合理，是否适合批量生产。性能要求强度材料抵抗外力变形和断裂的能力。抗拉强度抗压强度抗弯强度抗剪强度硬度材料抵抗局部压痕的能力。布氏硬度洛氏硬度维氏硬度耐热性材料在高温下保持性能的能力。熔点热膨胀系数耐腐蚀性材料抵抗腐蚀介质侵蚀的能力。耐酸性耐碱性耐盐性加工性能切削加工可通过车床、铣床、刨床等设备加工成型。锻造加工通过锤击或压力使金属材料发生塑性变形，获得所需的形状和尺寸。