《常用金属材料》课件

常用金属材料课程内容概述金属材料的基本概念金属的定义、分类、特性、应用领域等。金属的微观结构晶体结构、晶格缺陷、相变等。金属的物理性质密度、熔点、电导率、热导率等。金属的机械性质强度、硬度、塑性、韧性等。金属材料的基本概念金属材料的定义由金属元素或金属元素与非金属元素组成的材料，具有金属特性。金属材料的分类分为黑色金属和有色金属两大类，黑色金属以铁为主要成分，有色金属则以其他金属为主。金属晶体结构金属材料的原子以规则的排列方式构成晶体结构，常见的金属晶体结构有三种：体心立方结构（BCC）面心立方结构（FCC）密排六方结构（HCP）不同的晶体结构会影响金属的物理性质和机械性质。金属的物理性质密度:每单位体积的质量，影响金属的重量和用途。热导率:传递热量的能力，影响金属的散热性能和加工工艺。电导率:传递电流的能力，决定金属的导电性。金属的机械性质1强度金属抵抗外力破坏的能力，例如抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。2硬度金属抵抗外力刻划或压入的能力，例如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。3塑性金属在受力变形后，能够保持变形而不恢复原状的能力，例如伸长率、断面收缩率等。4韧性金属抵抗冲击和断裂的能力，例如冲击韧性、弯曲韧性等。金属的化学性质与氧气的反应大多数金属在常温下可以与氧气反应，生成氧化物。例如，铁在潮湿的空气中会生锈，形成氧化铁。与酸的反应大多数金属可以与酸反应，生成盐和氢气。例如，锌与稀盐酸反应生成氯化锌和氢气。与碱的反应一些金属可以与碱反应，生成盐和氢气。例如，铝与强碱反应生成铝酸盐和氢气。金属的加工性能锻造通过锤击或压力使金属塑性变形，提高强度和韧性。轧制利用轧辊对金属进行挤压，改变形状和尺寸，提高强度和均匀性。拉伸通过拉力使金属伸长变细，制成线材或薄板，提高强度和延展性。铁及钢铁铁是人类最早使用的金属之一，也是工业中应用最广泛的金属材料。铁的用途非常广泛，例如制造机械、建筑、桥梁、工具、汽车等。钢铁是铁和碳的合金，具有强度高、韧性好、价格低廉等优点，是现代工业的重要基础材料。铁的冶炼工艺1原料准备将铁矿石、焦炭和石灰石等原料粉碎、混合，制成合适的配料。2高炉冶炼在高炉中，利用高温将铁矿石中的氧化铁还原成铁，并熔化成生铁。3生铁处理将生铁脱硫、脱磷等处理，制成铸铁或钢。钢的种类与性能碳素钢按碳含量分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。合金钢添加其他元素提高钢的强度、韧性、耐腐蚀性等。工具钢具有高硬度、耐磨性，用于制造刀具、模具等。有色金属简介有色金属是指除铁、锰、铬以外的所有金属。它们在国民经济中发挥着重要作用，广泛应用于航空航天、电子、机械、建筑等各个领域。有色金属通常具有优异的导电性、导热性、耐腐蚀性、延展性等特性，使其在特定应用场景中具有不可替代的优势。铜及铜合金导电性佳铜的导电性仅次于银，广泛用于电力、电子等领域。耐腐蚀性强铜具有良好的耐腐蚀性，在潮湿的环境中也能保持稳定。加工性能优异铜的延展性好，易于加工成各种形状和尺寸。铝及铝合金轻质铝是轻金属，密度小，约为钢的1/3，因此铝合金制成的部件重量轻，可减轻载荷，节约能源。耐腐蚀铝在空气中表面形成氧化铝薄膜，具有良好的耐腐蚀性，在许多环境下，铝合金能保持其优良的性能。易加工铝合金可塑性好，易于加工成型，并且具有良好的焊接性能。镍及镍合金耐腐蚀性镍具有优异的耐腐蚀性能，尤其在碱性环境中表现出色。它能抵抗许多酸性物质的侵蚀。高温强度镍合金在高温下仍能保持较高的强度，使其成为航空航天、能源等领域的重要材料。磁性某些镍合金具有磁性，广泛应用于电子、电气等领域，例如制造磁铁和传感器。钛及钛合金钛是一种银白色的过渡金属，具有很高的强度和耐腐蚀性。钛合金广泛应用于航空航天、医疗器械、化学工业等领域。钛合金具有高强度、耐高温、耐腐蚀、生物相容性好等优点。金属材料的选用原则1使用目的金属材料的选用必须符合使用目的，比如结构材料要具有高强度、耐腐蚀等性能。2工作环境需要考虑环境温度、湿度、压力等因素，选择耐腐蚀、耐高温、耐压等性能的材料。3成本因素综合考虑材料成本、加工成本、使用成本等，选择性价比高的材料。金属材料的热处理退火降低硬度和强度，提高塑性和韧性。正火细化晶粒，提高强度和韧性。淬火提高硬度和强度，降低塑性和韧性。回火降低硬度和强度，提高塑性和韧性。金属材料的表面处理1表面强化提高耐磨性、硬度和耐腐蚀性2表面装饰改善外观，增加美观度3表面防护防止腐蚀、氧化和磨损金属材料的焊接与连接1焊接通过加热或加压，使金属熔化或塑性变形，连接成一体的工艺。2熔焊利用高温使焊件和焊丝熔化，形成熔池，冷却凝固后连接。3压焊在压力下，使焊件相互接触，发生塑性变形，形成金属结合。焊接和连接是金属材料加工中常见的工艺，用于将不同金属部件连接起来，形成整体结构。焊接利用高温或加压，使金属熔化或塑性变形，形成牢固的连接。常见的焊接方法包括熔焊和压焊，分别利用高温熔化金属和压力塑性变形来实现连接。金属材料的再生利用节约资源再生金属可以减少对原生金属矿产的开采，保护自然环境。降低成本再生金属比原生金属成本更低，有利于降低生产成本。减少污染再生金属可以减少废金属的堆积，降低污染排放。金属材料的发展趋势轻量化材料开发更轻、更强韧的金属合金，降低能耗和提升性能。增材制造金属3D打印技术将推动个性化定制和复杂结构设计。可降解金属探索可降解或可生物吸收的金属材料，解决环境污染问题。金属材料的安全使用了解材料特性充分了解所用金属材料的性能，例如强度、韧性、耐腐蚀性等，以确保其在使用环境下能够安全可靠。正确操作流程遵循正确的操作规程，包括安全防护措施、使用工具、设备的规范以及相关操作步骤。定期检查维护定期对金属材料进行检查和维护，及时发现并处理潜在的安全隐患，例如腐蚀、裂纹、变形等。金属材料的环境影响资源开采金属矿物开采会破坏土地、污染水源，并释放温室气体。冶炼生产冶炼过程排放大量废气、废水和固体废弃物，对环境造成污染。产品使用金属制品的使用过程中会产生噪声、废弃物，并可能释放有害物质。废弃处理金属废弃物如果不进行有效处理，会造成土地污染、水体污染等环境问题。金属材料的检测与质量控制化学成分分析确定金属材料中各种元素的含量，以保证材料的化学组成符合要求。力学性能测试评估材料的强度、硬度、韧性、疲劳强度等性能，以满足不同应用场景的需求。金相分析通过观察材料的显微结构，评估材料的组织状态、缺陷和加工工艺对性能的影响。无损检测利用声波、电磁波等方法，对材料进行检测，以发现内部缺陷和潜在的质量问题。金属材料的工艺流程原料准备选择合适的金属原料，并进行预处理，例如清洗、除尘、破碎等。熔炼将金属原料在高温炉中熔化，形成熔融金属液。铸造将熔融金属液倒入模具中，冷却凝固成型，形成金属铸件。锻造对金属铸件进行锻压加工，提高其强度和韧性。切削加工使用刀具对金属材料进行切削加工，使其达到所需的形状和尺寸。热处理对金属材料进行加热和冷却处理，改善其性能，如硬度、韧性等。表面处理对金属材料表面进行处理，如涂层、镀层等，提高其耐腐蚀性和美观度。检验与测试对金属材料进行检验和测试，确保其符合要求。金属材料的应用实例金属材料在各个领域发挥着至关重要的作用。例如，钢铁广泛应用于建筑、桥梁、汽车、机械等行业。铝合金因其轻质高强度的特性，在航空航天、电子产品、建筑装饰等领域应用广泛。铜合金具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电力、电子、化工等行业。金属材料的经济分析金属材料经济因素价格波动供应量、需求量、国际市场价格生产成本原材料价格、能源消耗、人工成本回收利用减少资源消耗、降低生产成本金属材料的未来展望纳米金属材料纳米金属材料具有优异的强度、耐腐蚀性和导电性，在航空航天、电子信息等领域具有广阔的应用前景。可再生金属材料可再生金属材料的研发和应用，将有效缓解金属资源短缺问题，促进可持续发展。智能金属材料智能金属材料能够感知环境变化并做出相应反应，在航空、建筑和医疗等领域将发挥重要作用。本课程小结1金属材料重要性金属材料在现代社会中发挥着至关重要的