《金属材料认识》课件

金属材料认识金属材料是人类文明发展中不可或缺的一部分，从远古时代的石器时代到现代的科技时代，金属材料一直扮演着重要的角色。课程目标金属材料的分类与特性掌握常见金属材料的分类，了解其物理、化学和力学性能。金属材料的加工与应用学习金属材料的加工工艺，了解其在各个领域的应用领域和应用案例。金属材料的特点高强度金属通常具有很高的强度，可以承受较大的负荷，这使其适用于各种结构应用。延展性金属可以承受弯曲和拉伸而不会断裂，这使得它们易于加工成各种形状和尺寸。导电性金属是良好的导电体，这使得它们在电力和电子应用中非常有用。导热性金属是良好的导热体，这使得它们能够有效地传递热量，使其适用于热交换器和烹饪用具等应用。金属的分类黑色金属主要成分是铁，如钢和铸铁。有色金属除黑色金属外的其他金属，包括铜、铝、锌、锡、铅等。合金两种或多种金属，或金属与非金属熔合而成的物质。金属的化学性质11.易氧化性金属元素在化学反应中容易失去电子，形成阳离子，这是金属材料的主要化学特征。因此，金属材料容易发生氧化反应，被氧化，而生成氧化物。22.易与酸反应大多数金属能与酸反应，生成盐和氢气，但是有一些金属如金、铂等，不能与稀酸反应。33.易与某些非金属反应金属可以与某些非金属，如氧气、卤素、硫等直接反应，生成金属化合物。44.与盐反应金属可以置换出盐溶液中的金属，形成新的盐和金属。金属的物理性质金属光泽金属表面能反射光线，呈现出光亮的外观。导电性金属可以传导电流，这是由于其自由电子。导热性金属可以传导热量，这是由于其自由电子。延展性金属可以被拉伸成细丝或压成薄片。金属的机械性质强度强度是指金属材料抵抗外力破坏的能力，包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。硬度硬度是指金属材料抵抗外力压入的能力，通常用布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等指标表示。塑性塑性是指金属材料在受力后发生永久变形而不破坏的能力，通常用伸长率和断面收缩率表示。韧性韧性是指金属材料抵抗冲击和振动破坏的能力，通常用冲击韧性表示。常见金属合金黄铜黄铜是铜锌合金，具有良好的导电性和耐腐蚀性。广泛应用于仪器、装饰品、管材等领域。不锈钢不锈钢是铁铬合金，具有优异的耐腐蚀性、强度和耐热性。常用于建筑、医疗器械、餐具等领域。铝合金铝合金是铝与其他金属的合金，具有轻质、高强度、耐腐蚀的特点。广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。镁合金镁合金是镁与其他金属的合金，具有密度低、比强度高、易加工的特点。广泛应用于汽车、电子、航空等领域。金属材料的相变固态相变金属材料在固态下，由于温度、压力或成分的变化而发生晶体结构的变化，称为固态相变。液态相变金属材料从固态转变为液态或从液态转变为固态的过程，称为熔化和凝固。气态相变金属材料从液态转变为气态或从气态转变为液态的过程，称为沸腾和冷凝。金属材料的热处理1退火降低金属的硬度，提高韧性和塑性，改善切削加工性能。2正火细化晶粒，消除内部应力，提高金属的强度和韧性。3淬火提高金属的硬度和强度，改善耐磨性能，但会降低韧性。4回火降低淬火后的脆性，提高韧性和塑性，改善综合性能。金属材料的腐蚀腐蚀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引起的腐蚀。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。影响因素影响金属腐蚀的因素有很多，包括金属本身的性质、环境介质的性质、温度、应力、表面状态等。腐蚀危害金属腐蚀会导致金属材料的强度、韧性、塑性等机械性能下降，从而影响金属结构的安全性。腐蚀还会造成设备、设施的损坏，甚至引发事故。防护措施常用的金属腐蚀防护措施包括涂层防护、电化学防护、金属表面处理等。这些措施可以有效地提高金属的耐腐蚀性，延长其使用寿命。金属制品的加工锻造利用锤击或压力使金属材料变形，获得所需形状和尺寸。冲压利用冲床或压力机使金属板料在模具中变形，获得所需形状的零件。焊接利用高温或压力使金属材料熔化或塑化，连接成一体。切削利用刀具切削金属材料，获得所需形状和尺寸的零件。塑性成形1冷加工室温下进行加工2热加工高温下进行加工3锻造锤击或压力塑性变形4轧制金属通过轧辊5拉拔通过模具拉伸金属塑性成形是指利用金属的塑性，在压力作用下使其发生永久变形而不破坏其连续性，从而获得所需形状和尺寸的金属制品的过程。常见的塑性成形方法包括冷加工和热加工两种，冷加工是指在室温下进行加工，热加工是指在高温下进行加工。铸造工艺1熔炼将金属加热到熔化状态2浇注将熔化的金属注入模具3冷却金属在模具中凝固成型4清理去除铸件上的浇口和砂芯铸造是制造金属零件的重要方法之一。通过熔化金属并将其浇注到模具中，可以获得形状复杂的金属零件。焊接工艺1熔化焊金属熔化连接2压力焊金属在压力下连接3钎焊低熔点金属连接焊接是将两个或多个金属工件熔合在一起的工艺。常见的焊接方法包括熔化焊、压力焊和钎焊。熔化焊使用热量将金属熔化，然后冷却形成连接。压力焊使用压力将金属连接在一起，不需要高温。钎焊使用低熔点金属连接金属工件，通常在较低温度下进行。切割工艺机械切割机械切割是利用机械设备对金属材料进行切割。常见机械切割方法包括锯切、剪切、铣削、车削等。热切割热切割是利用高温火焰或等离子弧对金属材料进行切割。常见的热切割方法包括火焰切割、等离子切割、激光切割等。水切割水切割是一种环保高效的切割方法，利用高压水流和磨料对金属材料进行切割。电火花切割电火花切割利用电火花放电的热能对金属材料进行切割，适合于精密加工。表面处理技术11.表面清洁去除金属表面氧化物、油污等，为后续处理做准备。22.表面涂层通过电镀、喷涂、浸渍等方法，在金属表面形成一层保护层，提高其耐腐蚀性、耐磨性等。33.表面改性改变金属表面微观结构，提高其硬度、耐磨性、抗疲劳性等。44.表面加工通过抛光、喷砂、滚珠等方式，改变金属表面光洁度和外观。金属材料的检测化学分析化学成分分析，确定金属元素种类、含量。例如，钢铁的碳含量决定其强度和硬度。物理性能测试测量金属材料的物理性质，如密度、熔点、导电率、导热率等。例如，铝的密度低，导电率高，适合做电线和电缆。机械性能测试测量金属材料的力学性质，如强度、硬度、塑性、韧性等。例如，高强度的钢材用于建造桥梁和建筑。微观结构分析使用金相显微镜观察金属材料的内部组织结构，判断其质量和性能。例如，不同热处理工艺会导致金属材料的微观结构发生变化。金属材料的应用领域航空航天工业铝合金和钛合金等轻质高强度的金属材料是航空航天器制造的关键材料。汽车工业汽车制造广泛使用钢铁、铝合金、镁合金等金属材料，以满足安全性和性能要求。建筑工程钢筋混凝土、钢结构等金属材料在建筑工程中发挥着重要作用，承载着建筑物的重量和安全性。医疗卫生医疗器械制造中使用不锈钢、钛合金等金属材料，以确保耐腐蚀、生物相容性和安全性。钢铁工业11.基础材料钢铁是现代工业的基础，是国民经济的重要支柱。22.应用广泛广泛用于建筑、机械、汽车、船舶、桥梁、铁路、能源、电力等多个领域。33.技术发展钢铁工业不断发展，不断提高生产效率，降低成本，减少环境污染。44.趋势展望未来钢铁工业将更加注重节能减排，绿色发展，智能制造，提高产品质量。有色金属工业种类繁多有色金属包括铜、铝、铅、锌、锡、镍、钛等多种金属，具有广泛的应用。特性优良有色金属通常具有良好的导电性、导热性、抗腐蚀性等优良特性，在各个领域得到广泛应用。产业重要有色金属工业是国民经济的重要支柱产业，对国家经济发展具有重要意义。航空航天工业轻质材料航天器需要承受极端环境，例如高温、低温、真空和高辐射，因此需要使用强度高、密度低、耐高温的金属材料。高温合金高温合金可承受高温、高压和氧化环境，适用于发动机部件和热保护系统。耐腐蚀材料航天器在极端环境中容易受到腐蚀，因此需要使用耐腐蚀的金属材料。特殊金属钛合金、铝合金、镁合金等特殊金属材料因其优异的性能被广泛应用于航天器制造中。汽车工业金属材料应用汽车制造需要各种金属材料，例如钢铁、铝合金、镁合金等。这些材料具有高强度、轻量化等特点，满足汽车安全性和燃油效率需求。材料加工技术金属材料的加工技术在汽车工业中至关重要，包括铸造、冲压、焊接、热处理等，这些技术确保了汽车零部件的尺寸精度和性能稳定性。材料研发创新汽车工业不断追求材料的轻量化、高强度和环保性，新的金属材料和加工工艺的研发，例如高强度钢、轻量化铝合金，为汽车行业发展带来新动力。电子电力工业11.导电材料铜、铝等金属是主要导电材料，保证电力输送和转换。22.电气设备变压器、发电机、电动机等设备，实现电力转换和应用。33.控制系统控制电力设备运行，保障安全稳定，提高效率。44.智能电网数字化和智能化，提高电力系统效率，降低损耗。机械制造业精密加工机械制造业广泛应用各种金属材料，例如钢、铝、铜等，制造各种类型的机械零件和设备。自动化生产现代机械制造业高度自动化，应用机器人和数控机床等先进设备提高生产效率和精度。产业链机械制造业是一个庞大的产业链，涉及设计、制造、加工、组装、检验等多个环节。全球化机械制造业在全球范围内发展，中国是全球主要的机械制造国之一，拥有强大的制造能力。建筑工程建筑结构金属材料广泛用于建筑结构，例如钢筋混凝土、钢结构框架等，提供强度和稳定性。桥梁工程金属合金，如钢材，是桥梁建设的主要材料，确保桥梁的承重能力和耐久性。屋顶工程金属屋顶材料，如金属瓦片，具有轻便、防水、防腐等特点，在现代建筑中得到广泛应用。医疗卫生手术器械医疗器械，如手术刀、镊子、注射器等，通常由不锈钢或钛合金制成。这些金属具有良好的耐腐蚀性，可确保在手术环境中的安全使用。骨科材料金属材料在骨科领域也有广泛应用，如人工关节、骨钉、骨板等。这些材料需要满足生物相容性，并具有良好的力学性能，以确保植入物的稳定性和安全性。军事工程防御工事金属材料在建造坚固的堡垒、掩体、防御工事等方面发挥着重要作用。武器装备金属材料用于制造枪支、坦克、战舰等武器装备，确保战斗力的有效性。通讯设备金属材料用于制造信号塔、雷达、通信设备，保障军事指挥和联络的畅通。交通运输金属材料用于建造桥梁、道路、机场等基础设施，确保军队快速部署和机动。社会生活城市生活金属材料用于建筑，交通，电气等方面，改善城市生活质量。家居用品金属材料制成家具，厨具，家电，为人们提供舒适生活。运动器材金属材料制成