金屬材料講義

1、金屬材料講義金屬材料講義2金屬材料講義3金屬材料講義4金屬材料講義5金屬材料講義6金屬材料講義7金屬材料講義8金屬材料講義9金屬材料講義10金屬材料講義11金屬材料的特性 (Metals)金屬材料純金屬(metal)合金(alloy)金屬材料講義12金屬材料的特性 (Metals)學(xué)術(shù)上稱為金屬者大多指純金屬目前存在自然界中大約有70種其中常見(jiàn)的金屬有鐵、銅、鋅、鉛、鋁、錫、鎂、絡(luò)、鈷、鎳、鉬、鈦、鎢、金、銀等金屬材料講義13金屬材料的特性 (Metals)合金常指兩種以上的金屬或金屬與非金屬結(jié)合而成且具有金屬特性之材料常見(jiàn)的合金如鐵與碳所行成的合金稱為碳鋼銅與鋅所形成之合金稱為黃銅等。金屬材

2、料講義14金屬材料的特性 (Metals)金屬及合金具有下列共同的特性(1)固體狀態(tài)下具結(jié)晶結(jié)構(gòu)(2)具有獨(dú)特的金屬光澤且不透明(3)電與熱之良導(dǎo)體(4)塑性加工變形能力佳,富延性及展性。金屬材料講義15金屬材料之發(fā)展鐵的出現(xiàn)及使用影響人類文明最大的金屬是鐵鐵礦在地層下的蘊(yùn)藏量相當(dāng)豐富，但因其熔點(diǎn)較高，所以進(jìn)入人類文明領(lǐng)域的時(shí)間稍晚。大約在三千年前，開(kāi)始出現(xiàn)在兩河流域，特別是在小亞細(xì)亞山區(qū)。金屬材料講義16金屬材料之發(fā)展煉鐵的方法鐵礦鑄成的鐵含有硫、磷、錳及矽等化合物，質(zhì)地較脆弱，將鑄鐵再加鍛鍊造成熟鐵或鋼，用途更廣。去除鐵中雜質(zhì)煉成熟鐵或鋼的技術(shù)也早為人知，但由於技術(shù)的限制，產(chǎn)量有限。金屬材

3、料講義17金屬材料之發(fā)展煉鐵成鋼時(shí)間：約在1850年左右，英格蘭、美國(guó)、德意志地區(qū)都分別發(fā)展出空氣吹煉法，利用熱空氣吹進(jìn)熔化的鐵漿，使鐵漿中的碳與氧結(jié)合，減少含碳量，遂成為用途更廣的鋼。金屬材料講義18金屬材料之發(fā)展鋼的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)步後，鋼的產(chǎn)量大增到1900年，英格蘭地區(qū)的鋼產(chǎn)量已由1850年的六萬(wàn)噸增加到2800萬(wàn)噸。鋼鐵的應(yīng)用甚廣，從廚具到大型機(jī)械。隨著技術(shù)的進(jìn)步，鋼加入其他的金屬如鎳、錳等，可以承受較高的溫度或壓力，用途更為廣泛。金屬材料講義19中鋼公司金屬材料講義20金屬材料之發(fā)展金性質(zhì)穩(wěn)定，不意化合，所以多以自然金屬的狀態(tài)出現(xiàn)，河床的沙礫層是古人蒐集金的最佳地點(diǎn)。金的硬度低，容易變形

4、，在工業(yè)上並無(wú)太大的價(jià)值。金屬材料講義21金屬材料之發(fā)展銀銀的產(chǎn)量有限，所以都和金被當(dāng)作貴重金屬，在歷史上作為裝飾及交易媒介。金屬材料講義22金屬材料之發(fā)展金銀在考古上的價(jià)值考古學(xué)者往往可以根據(jù)一個(gè)地區(qū)出土的金銀器皿推測(cè)該地的工藝水準(zhǔn)、宗教思想及社會(huì)狀況。金銀貨幣的出現(xiàn)往往也是一個(gè)交通發(fā)達(dá)、貿(mào)易頻繁地區(qū)的重要指標(biāo)。金屬材料講義23金屬材料之發(fā)展銅銅出現(xiàn)較早，多以銅與錫的合金形式出現(xiàn)，就是青銅。將錫、鋅、鉛、銻或碘加入銅中，可以改變同的性質(zhì)，使其堅(jiān)硬，用來(lái)做武器、樂(lè)器或容器。銅具有不易氧化的特性，藏量也相當(dāng)豐富，歷來(lái)都是做為貨幣的理想材料。到今日為止，黃銅仍是硬幣的主要材質(zhì)。金屬材料講義24金屬

5、材料之發(fā)展鋅鋅的出現(xiàn)也甚早，只是作為製作銅器的附屬材料。將銅礦石與鋅礦石憶起熔煉時(shí)，可以得到銅鋅合金，即黃銅。十九世紀(jì)中葉以後，銅、鎳與鋅的合金開(kāi)始逐漸普遍。由於鋅不易氧化的特性，被大量用作鍍材，鍍鋅鐵片成為食品包裝及建築的重要材料。金屬材料講義25金屬材料之發(fā)展新金屬材料的出現(xiàn)十九世紀(jì)後，人類對(duì)電的知識(shí)瞭解更多，並將其應(yīng)用到金屬冶煉中。首先從溶解的食鹽中電解得到納與鉀，後來(lái)又離析出許多金屬，諸如鋇、鎂及鈣等。這些新的材料應(yīng)用在許多地方：航空工程、食品包裝；或可與其他金屬結(jié)合，成為新的材料或合金，改變?nèi)祟惖纳罘绞?，?duì)文明演進(jìn)影響甚大。金屬材料講義26金屬材料之發(fā)展鋁蘊(yùn)藏量最多的金屬，熔點(diǎn)低、

6、導(dǎo)電佳，質(zhì)地輕而易於延展。1827年，科學(xué)家用還原法得到粉末狀的鋁，但產(chǎn)量有限。十九世紀(jì)末期，開(kāi)始用電解法自鋁礬土中煉鋁，產(chǎn)量持續(xù)增加，用途也相當(dāng)廣泛。如：飛機(jī)、汽車、電子業(yè)、建築、高壓電纜、門(mén)框、廚具、貨幣。鋁是目前運(yùn)輸及航太工業(yè)最好的材料。金屬材料講義27金屬材料之發(fā)展鋁蘊(yùn)藏量最多的金屬，熔點(diǎn)低、導(dǎo)電佳，質(zhì)地輕而易於延展。1827年，科學(xué)家用還原法得到粉末狀的鋁，但產(chǎn)量有限。十九世紀(jì)末期，開(kāi)始用電解法自鋁礬土中煉鋁，產(chǎn)量持續(xù)增加，用途也相當(dāng)廣泛。如：飛機(jī)、汽車、電子業(yè)、建築、高壓電纜、門(mén)框、廚具、貨幣。鋁是目前運(yùn)輸及航太工業(yè)最好的材料。金屬材料講義28金屬材料之發(fā)展鈉、鈦及鈹放射金屬，如鈾

7、、鐳、釷及釙等金屬材料講義29金屬材料之發(fā)展-現(xiàn)代合金技術(shù)合金：將不同的金屬或非金屬材料加以混合性質(zhì)：加入的比例不同或成分不同，合金的性質(zhì)就會(huì)改變各種合金因特性的不同而應(yīng)用在不同的場(chǎng)合金屬材料講義30金屬材料之發(fā)展-合金的特色堅(jiān)硬：鋼筆的筆尖，用銥或鉑的合金製成法國(guó)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)公尺，是用90%的鉑與10%的銥合金製成加入鎳的合金有不易膨脹的特性，是用來(lái)製造電器產(chǎn)品如電視、錄音機(jī)的重要組件質(zhì)輕：鋁與鎂是最標(biāo)準(zhǔn)的輕金屬，是製造航空器材的最佳材料。耐熱鎢的合金，熔點(diǎn)高，硬度夠，可以作為鑽孔及切割工具鈦合金也因?yàn)槟透邷氐奶匦?，成為航太工業(yè)的重要材料熔點(diǎn)低鉛與錫兩種金屬的合金據(jù)有熔點(diǎn)低的特性，可作為保險(xiǎn)絲

8、、焊錫等用途。例如：消防灑水器也是利用這種熔點(diǎn)低的特性，達(dá)到消防目的。不易氧化鋼材中加入一定比例的鉻之後，具有不易氧化的特性，就是俗稱的不銹鋼在銅之中加入了一些鎳，就成了白銅，不易產(chǎn)生銅綠，是製作器物的好材料形狀記憶部分合金可以據(jù)有隨溫度變化而恢復(fù)其形狀的特性，稱為形狀記憶合金，例如金鎘合金、鎳鈦合金、銅鋅合金等。金屬材料講義31屬材之加工屬材富於延、展性，因此於進(jìn)塑性加工(plastic working)。屬材的製造方法甚多，如：鑄造、熔接、削研磨加工、粉末冶、電積成型、塑性加工等。金屬材料講義32屬材塑性加工之種在高於屬再結(jié)晶溫(recrystallization temperature)

9、以上的溫塑性加工者稱為熱加工，反之則為加工。 溫加工：泛指在300 C 600 C間對(duì)再結(jié)晶溫高的合進(jìn)之塑性加工，尚未有嚴(yán)格的定義。金屬材料講義33屬材塑性加工之種金屬材料講義34屬材塑性加工之種 壓縮型加工：如滾軋(rolling)、鍛造(forging)、擠製(extruding)、壓擠(squeezing)、壓模印(coining)、旋轉(zhuǎn)成型(spinning)等。 伸張型加工：如抽製(drawing)、伸展(stretching)、凹?jí)?cupping)、深抽製(deep drawing)。 彎曲型加工：如彎曲(bending)、摺緣(flanging)、摺縫(seaming)。 剪斷型加工：如沖孔(punching)、穿(piercing)、修整(trimming)、沖缺口(notching)等。 高能加工成型法： 如爆炸成型(explosive forming)、電液壓成型(electrohydraulic for