金屬材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析.doc

金屬材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析在進(jìn)行金屬材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析之前，先簡要介紹一下金屬材料。金屬材料是最重要的工程材料之一。按冶金工藝，金屬材料可以分為鑄鍛材料、粉末冶金材料和金屬基復(fù)合材料。鑄鍛材料又分為黑色金屬材料和有色金屬材料。黑色金屬材料包括鋼、鑄鐵和各種鐵合金。有色金屬是指除黑色金屬以外的所有金屬及其合金，如鋁及鋁合金、銅及銅合金等。工程結(jié)構(gòu)中所用的金屬材料90%以上是鋼鐵材料，其資源豐富、生產(chǎn)簡單、價(jià)格便宜、性能優(yōu)良、用途廣泛。鋼有分為碳鋼和合金鋼，鑄鐵又分為灰口鑄鐵和白口鑄鐵。一、金屬材料的應(yīng)用現(xiàn)狀金屬材料的結(jié)構(gòu)及其性能決定了它的應(yīng)用。而金屬材料的性能包括工藝性能和使用性能。工藝性能是指在加工制造過程中材料適應(yīng)加工的性能，如鑄造性、鍛造性、焊接性、淬透性、切削加工性等。使用性能是指材料在使用條件和使用環(huán)境下所表現(xiàn)出來的性能，包括力學(xué)性能（如強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等）、物理性能（如熔點(diǎn)、密度熱容、電阻率、磁性強(qiáng)度等）和化學(xué)性能（如耐腐蝕性、抗氧化性等）。金屬材料具有許多優(yōu)良性能，是目前國名經(jīng)濟(jì)各行業(yè)、各部門應(yīng)用最廣泛的工程材料之一，特別是在車輛、機(jī)床、熱能、化工、航空航天、建筑等行業(yè)各種部件和零件的制造中，發(fā)揮了不可替代的作用。（1）、在汽車中的應(yīng)用。缸體和缸蓋，需具有足夠的強(qiáng)度和剛度，良好的鑄造性能和切削加工性能以及低廉的價(jià)格等，目前主要用灰鑄鋼和鋁合金；缸套和活塞，對活塞材料的性能要求是熱強(qiáng)性高，導(dǎo)熱性好，耐磨性和工藝性好，目前常用鋁硅合金；沖壓件，采用鋼板和鋼帶制造，主要是熱軋和冷軋鋼板。熱軋鋼板主要用于制造承受一定載荷的結(jié)構(gòu)件，冷軋鋼板主要用于構(gòu)型復(fù)雜、受力不大的機(jī)器外殼、駕駛室、轎車車身等。還有汽車的曲軸和連桿、齒輪、螺栓和彈簧等，都按其實(shí)用需要使用的了不同的金屬材料（2）、在機(jī)床方面的應(yīng)用。機(jī)床的機(jī)身、底座、液壓缸、導(dǎo)軌、齒輪箱體、軸承座等大型零件部，以及其他如牛頭刨床的滑枕、帶輪、導(dǎo)桿、擺桿、載物臺(tái)、手輪、刀架等，首選材料為灰鑄鐵，球磨鑄鐵也可選用。隨著對產(chǎn)品外觀裝飾效果的日益重視，不銹鋼、黃銅的使用日益增多。純鋁、防銹鋁合金及硬鋁合金的裝飾效果也很好，可用于制作控制面板、標(biāo)牌、底板及箱體等；螺旋傳動(dòng)件，通常不進(jìn)行熱處理的螺旋傳動(dòng)件用45、50鋼制造，進(jìn)行熱處理的螺旋傳動(dòng)件用T10、65Mn、40Cr制造。螺母用鑄造錫青銅制造。較小載荷或低速傳動(dòng)的螺母用耐磨鑄鐵制造；滑動(dòng)軸承材料，有巴氏合金，銅基、鋁基、鋅基合金，粉末冶金含油軸承以及鑄鐵。粉末冶金含油軸承主要是鐵基和銅基含油軸承；其他的如齒輪用材、軸類用材、螺栓用材、渦輪蝸桿傳動(dòng)、滾動(dòng)軸承用鋼和刀具用材等。（3）、在熱能設(shè)備方面。鍋爐用鋼，包含鍋爐管道用鋼和鍋爐汽包用鋼。管道用鋼具有足夠的蠕變極限和持久強(qiáng)度，高的抗氧化性、耐腐蝕性、組織穩(wěn)定性，以及良好的焊接性能。汽包用鋼具有較高的室溫強(qiáng)度和中溫強(qiáng)度、良好的塑性和韌性、良好的冷彎性能 、焊接性能和低的缺口敏感性；汽輪主要零部件用鋼，包含汽輪機(jī)葉片用鋼、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鋼和汽輪機(jī)靜子用鋼。汽輪機(jī)葉片是在溫度、介質(zhì)和應(yīng)力等復(fù)雜工況條件下長期工作的。對葉片材料提出嚴(yán)格的性能的要求：足夠的室溫和高溫力學(xué)性能、良好的減震性、高的組織穩(wěn)定性、良好的耐腐蝕性和抗沖蝕性，以及良好的冷、熱加工性能。轉(zhuǎn)子用鋼一般選用中碳鋼和中碳合金鋼等等。（4）、在化工設(shè)備中的應(yīng)用?；ぴO(shè)備主要有壓力容器、換熱器、塔設(shè)備和反應(yīng)釜等。所用金屬包括合金鋼和有色金屬及其合金等。低合金高強(qiáng)鋼，主要用于制造壓力容器，具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性和焊接性能；不銹鋼，一般有鉻不銹鋼、耐熱鋼和鉻鎳不銹鋼。分別用在軸、活塞桿、閥件、螺栓、熱爐管、再熱蒸汽管等；有色金屬及其合金。銅和銅合金，純銅主要用于蒸發(fā)器、蛇管等。黃銅用于制造容器零件等。錫青銅主要用于鑄造耐蝕、耐磨零件，如泵殼、閥門、齒輪、軸瓦、蝸輪等零件；鎳及鎳合金，主要用于高溫并在一定載荷下工作的耐蝕零件和設(shè)備。（5）在航空航天中的應(yīng)用。航空航天產(chǎn)品受使用條件和環(huán)境的制約，對材料提出嚴(yán)格要求。采用的結(jié)構(gòu)材料須輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫和耐高溫腐蝕。航空航天材料主要包括航空航天結(jié)構(gòu)材料和航空航天功能材料。結(jié)構(gòu)材料主要包括運(yùn)載火箭及導(dǎo)彈材料和航天飛行材料。運(yùn)載火箭箭體用金屬材料主要是高強(qiáng)鋁合金，推進(jìn)劑儲(chǔ)存箱用金屬材料主要是高強(qiáng)可焊鋁鋰合金?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)主要使用電壽材料、高溫合金、超低溫鈦合金、高強(qiáng)鈦合金、不銹鋼、金屬間化合物等材料。在土木工程中的應(yīng)用，主要是鋼材、鋁合金和銅合金等，在此就不贅述了。二、金屬材料的發(fā)展趨勢金屬材料，尤其是新型金屬材料在目前的情況下，應(yīng)用較為廣泛，前景依然不錯(cuò)，這種狀況將持續(xù)很長時(shí)間，非金屬材料的研究進(jìn)展將決定這種狀態(tài)的時(shí)間長短。（1）鎂及鎂合金鎂由于優(yōu)良的物理性能和機(jī)械加工性能，豐富的蘊(yùn)藏量，已經(jīng)被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為最有前途的輕量化材料及21世紀(jì)的綠色金屬材料，未來幾十年內(nèi)鎂將成為需求增長最快的有色金屬。汽車、摩托車等交通類產(chǎn)品用鎂合金，鎂作為實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車的減重和性能改善中的重要作用受到人們的重視。世界各大汽車公司已經(jīng)將鎂合金制造零件作為重要發(fā)展方向。電子及家電用鎂合金，汽車行業(yè)對鎂合金的大量需求，推動(dòng)了鎂合金生產(chǎn)技術(shù)的多項(xiàng)突破，鎂合金的使用成本也大幅度下降，從而促進(jìn)了鎂合金在計(jì)算機(jī)、通訊、儀器儀表、家電、醫(yī)療、輕工等行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。其中，鎂合金應(yīng)用發(fā)展最快的是電子信息和儀器儀表行業(yè)。在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上電磁屏蔽、散熱和環(huán)保方面的考慮，鎂合金成了廠家的最佳選擇。另外，鎂合金外殼可使產(chǎn)品更豪華、美觀。在電子信息和儀器儀表行業(yè)的鎂合金制品的單位重量和尺寸不如汽車零部件，但它的數(shù)量大、覆蓋面廣，其用量也是巨大的。所以，近幾年電子信息行業(yè)鎂合金的消耗量急劇增加，成為拉動(dòng)全球鎂消耗量增加的另一重要因素。其它如鋁合金添加劑、鎂犧牲陽極和型材用鎂合金等。鎂犧牲陽極作為有效的防止金屬腐蝕的方法之一，廣泛應(yīng)用于長距離輸送的地下鐵制管道和石油儲(chǔ)罐。（2）、鈦及鈦合金鈦及鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高和耐蝕性好等優(yōu)良特性。隨著國民經(jīng)濟(jì)及國防工業(yè)的發(fā)展，鈦日漸被人們普遍認(rèn)識，廣泛地應(yīng)用于汽車、電子、化工、航空、航天、兵器等領(lǐng)域。從鈦的應(yīng)用領(lǐng)域來看，以美國、日本為例，美國鈦的最大應(yīng)用領(lǐng)域是航空航天，占到總消費(fèi)量的58.5%；日本則是火力、核電廠，及板式熱交換器，兩者合計(jì)占總消費(fèi)量的41.9%。從下表可以看出，與美國相比，日本在更多方面使用鈦。在體育用品方面，除了在高爾夫球桿頭上使用鈦以外，還有短距離用跑鞋的銷釘、羽毛球拍及冰杖等登山器具、滑雪滑冰用的冰刀刃、自行車架、輪椅等等。美日兩國在化學(xué)工業(yè)及油氣田鉆探裝置上的用鈦量都在增加。在計(jì)算機(jī)磁盤(真空鍍膜)、纖維紡織機(jī)的框架、餐具、帳篷用具、拐杖和照相機(jī)等方面都巧妙地使用鈦。（3）、鋁及鋁合金鋁合金具有密度小、導(dǎo)熱性好、易于成形、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、輕工建材等部門，是輕合金中應(yīng)用最廣、用量最多的合金。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和冶煉技術(shù)的突破，其性價(jià)比大為提高，目前交通運(yùn)輸業(yè)已成為鋁合金材料的第一大用戶。鋁鋰合金具有低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度、優(yōu)良的低溫性能、良好的耐腐蝕性能和卓越的超塑成型性能，用其取代常規(guī)的鋁合金可使構(gòu)件質(zhì)量減輕15%，剛度提高15%20%，被認(rèn)為是航空航天工業(yè)中的理想結(jié)構(gòu)材料。在航天領(lǐng)域，鋁鋰合金己在許多航天構(gòu)件上取代了常規(guī)高強(qiáng)鋁合金。鋁鋰合金作為儲(chǔ)箱、儀器艙等結(jié)構(gòu)材料具有較大優(yōu)勢。國外預(yù)測，含鈧鋁