【大学课件】建筑材料 金属材料

建筑材料-金属材料金属材料在建筑领域发挥着重要作用，它具有强度高、耐久性好、可塑性强等特点，广泛应用于各种建筑结构和装饰材料中。课程概述课程目标深入了解金属材料在建筑工程中的应用，掌握金属材料的特性、分类、性能、加工工艺及选用原则。课程内容涵盖金属材料的特性、分类、性能、加工工艺、应用领域、发展趋势等内容。学习方法结合理论讲解、案例分析、实验操作等多种方式，帮助学生系统学习金属材料知识。金属材料特性强度高金属材料具有较高的强度，能够承受较大的外力而不易变形或断裂。延展性好金属材料在一定条件下可以被拉伸成细丝或压成薄片，具有良好的延展性和塑性。导热性好金属材料能够有效地传导热量，这使得它们在热交换和散热方面具有应用价值。导电性好金属材料具有良好的导电性，是制作电线、电缆和电子元件的重要材料。铁素材铁是地壳中含量最高的金属元素之一，也是人类最早利用的金属材料之一。铁的物理性质稳定，具有较高的强度、韧性和延展性。铁的化学性质活泼，容易与氧气、水等物质发生反应，形成氧化铁，也就是我们常说的锈。铁的熔点为1538℃，沸点为2750℃，密度为7.87克/厘米3。钢铁高强度钢铁具有很高的强度和韧性，适用于承重结构和大型建筑。延展性钢铁可塑性好，易于加工成各种形状，满足不同的设计需求。耐腐蚀性通过表面处理，钢铁可以抵抗腐蚀，延长使用寿命。钢铁的种类1碳素钢碳素钢是铁和碳的合金，按含碳量分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。2合金钢合金钢是在碳素钢中加入其他元素的合金，具有更高的强度、韧性、耐腐蚀性和耐高温性等优异性能。3特殊钢特殊钢是具有特殊性能的钢，例如不锈钢、工具钢、耐热钢等。钢铁的制备1炼钢将生铁中的碳和其它杂质去除，制成钢2炼铁用焦炭还原铁矿石，制成生铁3原料铁矿石，焦炭，石灰石钢铁的加热处理1退火降低硬度，改善加工性能2正火细化晶粒，提高强度3淬火提高硬度，增强耐磨性4回火降低脆性，改善韧性钢铁的腐蚀与防护电化学腐蚀钢铁在潮湿的环境中会发生电化学腐蚀，导致表面形成氧化铁，即铁锈。化学腐蚀钢铁在酸性或碱性环境中会发生化学腐蚀，导致金属表面发生化学反应，形成腐蚀产物。防护措施常见的防护措施包括涂层、镀层、添加缓蚀剂和改变金属的微观结构。铜及其合金铜是一种重要的有色金属，具有优良的导电性、导热性和耐腐蚀性，广泛应用于建筑、电子、机械等领域。常见的铜合金包括黄铜、青铜、白铜等。黄铜是铜与锌的合金，具有良好的机械性能和耐磨性。青铜是铜与锡的合金，具有良好的耐腐蚀性和耐磨性。白铜是铜与镍的合金，具有良好的耐腐蚀性和装饰性。铝及其合金铝是地壳中含量最丰富的金属元素之一，具有轻质、强度高、耐腐蚀、导电导热性能好等优点，广泛应用于建筑、航空航天、汽车等领域。铝合金是指将铝与其他金属元素合金化，进一步改善其性能，如提高强度、耐热性、耐磨性等。常见的铝合金包括铝镁合金、铝硅合金、铝铜合金等。轻质金属材料密度低轻质金属材料的密度较低，可以有效降低建筑物重量，减少基础和结构的负荷。强度高尽管密度低，轻质金属材料的强度却很高，可以满足现代建筑结构的强度要求。加工性好轻质金属材料的加工性良好，易于成型和加工，可用于多种建筑形式和装饰。贵金属及其合金金金是一种化学元素，符号为Au，原子序数为79。它是一种柔软、无气味的黄白色贵金属，在化学上是惰性金属，不易与其他元素反应。银银是一种化学元素，符号为Ag，原子序数为47。它是一种柔软、白色的贵金属，导电性和导热性极佳。铂铂是一种化学元素，符号为Pt，原子序数为78。它是一种灰白色、耐腐蚀、密度高的贵金属，熔点极高，比金更稀有，常用于珠宝、化学和电子领域。金属材料的机械性能强度材料抵抗外力破坏的能力硬度材料抵抗表面压痕的能力塑性材料在断裂前产生永久变形的能力韧性材料抵抗冲击破坏的能力金属材料的物理性能1000密度100导热性100导电性100磁性金属材料的物理性能对建筑设计和施工至关重要，影响着结构安全、热量传递和电气性能等方面。金属材料的化学性能耐腐蚀性耐氧化性金属材料的化学性能决定了它们在不同环境中的耐腐蚀性、抗氧化性等.金属材料的耐久性耐腐蚀性金属材料在恶劣环境中抵抗腐蚀的能力至关重要，这直接影响其使用寿命。例如，在潮湿或盐雾环境中，钢铁需要特殊的防腐处理。抗疲劳性金属材料在反复荷载下抵抗断裂的能力，例如桥梁或建筑结构在车辆荷载下承受的反复应力。抗蠕变性在高温环境下，金属材料在持续荷载作用下发生缓慢形变的能力。例如，涡轮叶片在高温下承受长时间工作状态。金属材料的加工工艺1切割根据设计图纸和尺寸要求，将金属材料切割成所需的形状和尺寸。常用的切割方法包括气割、等离子切割、激光切割等。2成形将切割后的金属材料通过各种成形工艺，使其具有特定的形状和尺寸。常用的成形工艺包括冲压、弯曲、拉伸、挤压等。3焊接将切割和成形后的金属材料，通过焊接连接在一起，形成整体结构。4表面处理对金属材料进行表面处理，以提高其耐腐蚀性、美观性、功能性等，常见的表面处理方法包括喷涂、电镀、氧化等。金属材料的焊接技术熔焊通过加热金属使其熔化，并使熔化的金属相互融合形成连接的焊接方法。压焊通过压力使金属表面相互接触，并发生原子间的结合而形成连接的焊接方法。钎焊利用熔点低于母材的填充金属，在低于母材熔点的温度下，使填充金属熔化，并与母材结合形成连接的焊接方法。金属材料的质量检测化学成分分析确保材料的化学成分符合标准，例如碳含量、合金元素等。显微组织分析观察材料的晶粒尺寸、形状、分布等，了解材料的内部结构。机械性能测试测定材料的强度、硬度、塑性、韧性等，评估材料的力学性能。金属材料的环保性可回收性金属材料可以反复回收利用，降低对自然资源的依赖，减少环境污染。循环利用金属回收利用可以减少废弃金属的堆积，避免土地占用和环境污染。可持续发展金属材料的环保性促进了可持续发展，为后代保留宝贵的自然资源。金属材料的安全性防火性能金属材料的防火性能取决于材料的种类和表面处理方式。结构安全性金属材料的结构强度和稳定性是建筑安全的重要保障。施工安全金属材料的加工和安装过程应遵循严格的安全规范，确保施工人员的安全。钢材的选择和使用强度和硬度根据建筑物的结构和荷载要求，选择合适的强度等级和硬度等级的钢材。耐腐蚀性考虑建筑环境的腐蚀性，选择耐腐蚀性能良好的钢材，或进行表面处理以提高耐腐蚀性。加工性能选择易于加工和成型的钢材，例如冷弯钢板，方便施工和减少浪费。经济效益综合考虑钢材的性能、价格和供应情况，选择最经济合理的钢材。有色金属材料的应用建筑装饰铜、铝、钛等材料应用于门窗、幕墙、装饰板等，提升建筑美观度和耐久性。电力和电子铜、铝等材料广泛用于导线、电缆、电子元件等，满足现代社会对电力和电子产品的需求。交通运输铝合金材料应用于飞机、汽车、船舶等，实现轻量化和节能减排。新型金属材料的发展轻质化开发更轻、更强的金属材料，以降低能耗和提高效率。高性能化提升金属材料的强度、耐腐蚀性和耐高温性能，以满足更苛刻的应用需求。可持续性探索可回收、可降解和可再生金属材料，以减少环境影响。装配式建筑中的金属材料装配式建筑中，金属材料广泛应用于结构构件、外墙板、屋面板、门窗等。例如，轻钢结构住宅、钢结构厂房等。金属材料在装配式建筑中具有重量轻、强度高、易加工、耐腐蚀等优点，可以有效提高建筑效率、降低成本、节约能源。装饰装修中的金属材料金属材料在装饰装修中应用广泛，常见于门窗、楼梯、扶手、栏杆、吊顶、墙面、地面等。金属材料的装饰效果多样，可通过不同的材质、颜色、形状、表面处理等方式实现不同的装饰风格，例如：不锈钢、铜、铝、钛等金属材料可用于打造现代、简约、奢华等风格。金属材料的未来趋势智能金属能够感知环境变化并做出响应的金属材料，在航空航天、医疗器械等领域拥有广阔的应用前景。轻量化随着节能环保理念的深入，轻质高强金属材料将在汽车、航空等领域得到更广泛的应用。可回收利用可循环利用的金属材料将成为未来发展的重要方向，为实现可持续发展提供保障。高性能合金具有优异的耐腐蚀性、高温强度和抗疲劳性能的金属材料将满足未来高端制造业的需求。课程总结与思考知识回顾回顾本课程中所学习