生活中新型金屬

1、 生活中的新型金屬生活中的新型金屬 新金屬材料是現(xiàn)代高新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。從歐美等新金屬材料是現(xiàn)代高新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。從歐美等發(fā)達(dá)國家的金屬材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史來看，材料產(chǎn)業(yè)與一個(gè)發(fā)達(dá)國家的金屬材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史來看，材料產(chǎn)業(yè)與一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和技術(shù)發(fā)展水平有著密切的聯(lián)系。國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和技術(shù)發(fā)展水平有著密切的聯(lián)系。目前，我國金屬材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平正處于歐美等發(fā)達(dá)國家在目前，我國金屬材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平正處于歐美等發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)中后期的水平，正是發(fā)展航空航天世紀(jì)中后期的水平，正是發(fā)展航空航天材料和現(xiàn)代軌道交通材料的黃金時(shí)期。材料和現(xiàn)代軌道交通材料的黃金時(shí)期。 新型金屬材料新

2、型金屬材料 新型合金新型合金 新型金屬在生活中的用途新型金屬在生活中的用途新型合金 超耐熱合金超耐熱合金 超低溫合金超低溫合金 超塑合金超塑合金 形狀記憶合金形狀記憶合金 貯氫合金貯氫合金新型金屬材料種類繁多，它們新型金屬材料種類繁多，它們都屬合金。都屬合金。 鐵基超耐熱合金鐵基超耐熱合金 基于奧氏體不銹鋼基于奧氏體不銹鋼 中溫（中溫（600800）條件下使用）條件下使用 鎳基超耐熱合金鎳基超耐熱合金 鎳含量一般鎳含量一般50% 在在6501000范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和良好的抗范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和良好的抗氧化、抗燃?xì)飧g能力氧化、抗燃?xì)飧g能力 鈷基超耐熱合金鈷基超耐熱合金 含鈷量含鈷量40

3、65的奧氏體高溫合金的奧氏體高溫合金 在在7301100下下 ，具有一定的高溫，具有一定的高溫 強(qiáng)度、良好的強(qiáng)度、良好的抗熱腐蝕和抗氧化能力。抗熱腐蝕和抗氧化能力。1.超耐熱合金超低溫對(duì)材料的特殊要求超低溫對(duì)材料的特殊要求常溫以下直至絕對(duì)零度的較大溫度范圍常溫以下直至絕對(duì)零度的較大溫度范圍低溫低溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)天然氣：天然氣：-163液液 氮：氮：-195.8液液 氫：氫：-253液液 氦：氦：-2692.超低溫合金超低溫合金的研究超低溫合金的研究 高錳奧氏體鋼高錳奧氏體鋼專門開發(fā)的超低溫合金。專門開發(fā)的超低溫合金。即使在液氦溫度下也具有良好的強(qiáng)度和延伸即使在液氦溫度下也具有良好的強(qiáng)度和延伸率率熱膨

4、脹系數(shù)特別小熱膨脹系數(shù)特別小缺點(diǎn)：機(jī)械加工性不佳，耐沖擊性也較差。缺點(diǎn)：機(jī)械加工性不佳，耐沖擊性也較差。 鐵錳鋁新合金鋼鐵錳鋁新合金鋼把鐵鎳鉻不銹鋼中的把鐵鎳鉻不銹鋼中的鎳和鉻分別由錳和鋁代而制得鎳和鉻分別由錳和鋁代而制得保持面心立方結(jié)構(gòu)保持面心立方結(jié)構(gòu)添加多量的鋁可增加奧氏體的強(qiáng)度和耐腐蝕添加多量的鋁可增加奧氏體的強(qiáng)度和耐腐蝕性性低溫下強(qiáng)度、韌性都十分優(yōu)異。低溫下強(qiáng)度、韌性都十分優(yōu)異。3.超塑性合金超塑性合金現(xiàn)象超塑性合金現(xiàn)象金屬在某一小的應(yīng)力狀態(tài)下，可以延伸十倍甚金屬在某一小的應(yīng)力狀態(tài)下，可以延伸十倍甚至是上百倍，既不出現(xiàn)縮頸，也不發(fā)生斷裂，至是上百倍，既不出現(xiàn)縮頸，也不發(fā)生斷裂，呈現(xiàn)一種

5、異常的延伸現(xiàn)象。呈現(xiàn)一種異常的延伸現(xiàn)象。 高變形能力的應(yīng)用高變形能力的應(yīng)用真空成型或氣壓成型真空成型或氣壓成型可以在密封模具內(nèi)擠壓或鍛造，可以可以在密封模具內(nèi)擠壓或鍛造，可以得到相當(dāng)高的加工精度，并能大幅度得到相當(dāng)高的加工精度，并能大幅度降低加工壓力、減少加工工序降低加工壓力、減少加工工序尤其適于極薄板和極薄管的制造，也尤其適于極薄板和極薄管的制造，也非常適用于加工具有極微小凹凸表面非常適用于加工具有極微小凹凸表面的制品。的制品。缺點(diǎn)是加工速度慢，效率低缺點(diǎn)是加工速度慢，效率低超塑性合金的應(yīng)用超塑成型 固相粘結(jié)能力的應(yīng)用固相粘結(jié)能力的應(yīng)用晶粒的超細(xì)化，即晶界體積比的增加晶粒的超細(xì)化，即晶界體積

6、比的增加使得低壓下的固相結(jié)合易于進(jìn)行。使得低壓下的固相結(jié)合易于進(jìn)行。超塑性合金與另一金屬壓合時(shí)，其微超塑性合金與另一金屬壓合時(shí)，其微細(xì)晶粒可以順利地填充滿微小凸起的細(xì)晶?？梢皂樌靥畛錆M微小凸起的空間，使兩種材料間的粘結(jié)能力大大空間，使兩種材料間的粘結(jié)能力大大提高。提高。利用這一點(diǎn)可軋合多層材料、包復(fù)材利用這一點(diǎn)可軋合多層材料、包復(fù)材料和制造各種復(fù)合材料，獲得多種優(yōu)料和制造各種復(fù)合材料，獲得多種優(yōu)良性能的材料。這些性能包括結(jié)構(gòu)強(qiáng)良性能的材料。這些性能包括結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度、減振能力、共振點(diǎn)移動(dòng)、度和剛度、減振能力、共振點(diǎn)移動(dòng)、韌脆轉(zhuǎn)變溫度、耐蝕及耐熱性等。韌脆轉(zhuǎn)變溫度、耐蝕及耐熱性等。J 減振能力

7、的應(yīng)用減振能力的應(yīng)用 合金在超塑性溫度下具有使振動(dòng)迅速合金在超塑性溫度下具有使振動(dòng)迅速衰減的性質(zhì)，因此可將超塑性合金直衰減的性質(zhì)，因此可將超塑性合金直接制成零件以滿足不同溫度下的減振接制成零件以滿足不同溫度下的減振需要。需要。 其他其他 利用動(dòng)態(tài)超塑性可將鑄鐵等難加工的利用動(dòng)態(tài)超塑性可將鑄鐵等難加工的材料進(jìn)行彎曲變形；材料進(jìn)行彎曲變形； 對(duì)于鑄鐵等焊接后易開裂的材料，在對(duì)于鑄鐵等焊接后易開裂的材料，在焊后于超塑性溫度保溫，可消除內(nèi)應(yīng)焊后于超塑性溫度保溫，可消除內(nèi)應(yīng)力，防止開裂；力，防止開裂； 高溫苛刻條件下使用的機(jī)械、結(jié)構(gòu)件高溫苛刻條件下使用的機(jī)械、結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及材料的研制。的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)

8、及材料的研制。J 4.形狀記憶合金 形狀記憶材料是指具有形狀記憶材料是指具有定初始形定初始形狀的材料經(jīng)形變并固定成另一種形狀的材料經(jīng)形變并固定成另一種形狀后，通過熱、光、電等物理刺激狀后，通過熱、光、電等物理刺激或化學(xué)刺激的處理又可恢復(fù)成初始或化學(xué)刺激的處理又可恢復(fù)成初始形狀的材料；形狀的材料； 形狀記憶合金是形狀記憶材料中的形狀記憶合金是形狀記憶材料中的一種。一種。形狀記憶合金特征 一次記憶（單程）：一次記憶（單程）：材科加熱恢復(fù)原形狀后，再改變溫度，材科加熱恢復(fù)原形狀后，再改變溫度，物體不再改變形狀。物體不再改變形狀。 可逆記憶（雙程）：可逆記憶（雙程）：物體不但能記憶高溫的形狀，而且能記

9、物體不但能記憶高溫的形狀，而且能記憶低溫的形狀，當(dāng)溫度在高低溫之間反憶低溫的形狀，當(dāng)溫度在高低溫之間反復(fù)變化時(shí)，物體的形狀也自動(dòng)反應(yīng)在兩復(fù)變化時(shí)，物體的形狀也自動(dòng)反應(yīng)在兩種形狀間變化。種形狀間變化。 全方位記憶（全程）：全方位記憶（全程）：除具有可逆記憶特點(diǎn)外，當(dāng)溫度比較低除具有可逆記憶特點(diǎn)外，當(dāng)溫度比較低時(shí)，物體的形狀向與高溫形狀相反的方時(shí)，物體的形狀向與高溫形狀相反的方向變化。向變化。一般加熱時(shí)的回復(fù)力比冷卻時(shí)回復(fù)力大一般加熱時(shí)的回復(fù)力比冷卻時(shí)回復(fù)力大很多。很多。形狀記憶合金的應(yīng)用月面天線略圖月面天線略圖（1）在軍事和航天工業(yè)方面的應(yīng)用）在軍事和航天工業(yè)方面的應(yīng)用 （2 2）在工程方面的應(yīng)

10、用）在工程方面的應(yīng)用形狀記憶合金管接口Advantages形狀記憶合金作緊固件、連接件的優(yōu)勢(shì)：形狀記憶合金作緊固件、連接件的優(yōu)勢(shì)： 夾緊力大，接觸密封可靠避免了由于焊夾緊力大，接觸密封可靠避免了由于焊接而產(chǎn)生的冶金缺陷；接而產(chǎn)生的冶金缺陷； 適于不易焊接的接頭；適于不易焊接的接頭； 金屬與塑料等不同材料可以通過這種連接金屬與塑料等不同材料可以通過這種連接件連成一體；件連成一體； 安裝時(shí)不需要熟練的技術(shù)。安裝時(shí)不需要熟練的技術(shù)。 （3 3）在醫(yī)療方面的應(yīng)用）在醫(yī)療方面的應(yīng)用記憶型記憶型NiTi牙弓絲牙弓絲Examples形狀記憶合金套管連接的鋁合金假肢形狀記憶合金套管連接的鋁合金假肢形狀記憶合金

11、制成的血液過濾器形狀記憶合金制成的血液過濾器 （4 4）形狀記憶式熱發(fā)動(dòng)機(jī)）形狀記憶式熱發(fā)動(dòng)機(jī)形狀記憶用于熱發(fā)動(dòng)機(jī)的原理形狀記憶用于熱發(fā)動(dòng)機(jī)的原理自控元件原理自控元件原理（5）其它應(yīng)用 鋁合金材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、延展性鋁合金材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、延展性好、耐腐蝕性好、表面有光澤、裝飾性能好、耐腐蝕性好、表面有光澤、裝飾性能好等優(yōu)點(diǎn)好等優(yōu)點(diǎn) 在建筑領(lǐng)域大量用作建筑物的門窗、外墻在建筑領(lǐng)域大量用作建筑物的門窗、外墻幕墻材料及室內(nèi)裝修幕墻材料及室內(nèi)裝修新型鋁金屬材料新型鋁金屬材料23 非磁性金屬 高智能化的建筑物、核熔爐、磁懸浮鐵路系統(tǒng)高智能化的建筑物、核熔爐、磁懸浮鐵路系統(tǒng)等容易產(chǎn)生很強(qiáng)的磁

12、場(chǎng)，如果采用普通的具有等容易產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，如果采用普通的具有磁性的金屬材料，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生力的作用，磁性的金屬材料，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生力的作用，不利于結(jié)構(gòu)體的正常運(yùn)行。不利于結(jié)構(gòu)體的正常運(yùn)行。 目前具有代表性的非磁性金屬材料有高錳鋼、目前具有代表性的非磁性金屬材料有高錳鋼、奧氏體系列不銹鋼和鈦金屬，其高錳鋼分為奧氏體系列不銹鋼和鈦金屬，其高錳鋼分為12Mn、l8Mn、24Mn個(gè)系列。個(gè)系列。24建筑領(lǐng)域的新型金屬材料建筑領(lǐng)域的新型金屬材料 用于建筑領(lǐng)域的金屬材料用于建筑領(lǐng)域的金屬材料種類較少，品種種類較少，品種比較單一比較單一，雖然具有較高的強(qiáng)度和韌性，雖然具有較高的強(qiáng)度和韌性，但是普遍存在

13、著但是普遍存在著不耐高溫、容易腐蝕、導(dǎo)不耐高溫、容易腐蝕、導(dǎo)熱性較高、低溫脆性等缺點(diǎn)熱性較高、低溫脆性等缺點(diǎn)。 現(xiàn)階段人們對(duì)建筑物的工作環(huán)境的要求更現(xiàn)階段人們對(duì)建筑物的工作環(huán)境的要求更加苛刻，加苛刻，對(duì)金屬材料的強(qiáng)度、耐久性、耐對(duì)金屬材料的強(qiáng)度、耐久性、耐腐蝕性、耐火性、抗低溫性、以及裝飾性腐蝕性、耐火性、抗低溫性、以及裝飾性能等也提出了更多的要求能等也提出了更多的要求。25 金屬纖維金屬纖維 為提高混凝土或砂漿材料的抗拉強(qiáng)度，常常為提高混凝土或砂漿材料的抗拉強(qiáng)度，常常在混凝土或砂漿中摻入金屬短纖維，制成纖在混凝土或砂漿中摻入金屬短纖維，制成纖維砂漿或纖維混凝土。維砂漿或纖維混凝土。 先將金屬

14、材料制成鋼絲，然后切割成所需尺先將金屬材料制成鋼絲，然后切割成所需尺寸制成短纖維，宜選擇耐蝕性好的金屬素材寸制成短纖維，宜選擇耐蝕性好的金屬素材作金屬纖維。作金屬纖維。 此外，采用非晶質(zhì)合金為素材由熔融狀態(tài)，此外，采用非晶質(zhì)合金為素材由熔融狀態(tài)，以以104/s的速度急冷凝固可制造非晶質(zhì)合金的速度急冷凝固可制造非晶質(zhì)合金纖維。纖維。26耐火鋼耐火鋼 普通建筑鋼材的機(jī)械強(qiáng)度在普通建筑鋼材的機(jī)械強(qiáng)度在400溫度時(shí)將溫度時(shí)將降低為室溫下強(qiáng)度的降低為室溫下強(qiáng)度的1/3，在，在1000時(shí)降低時(shí)降低為室溫下強(qiáng)度的為室溫下強(qiáng)度的1/10。 在鋼材表面涂刷在鋼材表面涂刷耐火涂料耐火涂料，或者在鋼材表面，或者在鋼

15、材表面覆蓋耐火材料覆蓋耐火材料 耐火鋼是在普通碳素鋼中添加鉬、釩、鉻、耐火鋼是在普通碳素鋼中添加鉬、釩、鉻、鈮等合金元素，各種元素的添加量大約為鈮等合金元素，各種元素的添加量大約為1，可使鋼材在，可使鋼材在400高溫下的強(qiáng)度達(dá)到室高溫下的強(qiáng)度達(dá)到室溫強(qiáng)度的溫強(qiáng)度的2/3。27高耐蝕性金屬及鈦合金建材高耐蝕性金屬及鈦合金建材 海洋結(jié)構(gòu)物、臨海建海洋結(jié)構(gòu)物、臨海建筑物筑物中使用的金屬材中使用的金屬材料，料，要求具有優(yōu)異的要求具有優(yōu)異的耐腐蝕性耐腐蝕性。 銅銅鎳鎳鈦鈦28鈦鈦 材材 鈦金屬經(jīng)氧化處理能形成鈦金屬經(jīng)氧化處理能形成TiO2膜層，顏色因入射光的波膜層，顏色因入射光的波長分布、入射角、氧化物

16、膜層的厚度與折射率、鈦金屬長分布、入射角、氧化物膜層的厚度與折射率、鈦金屬表面的粗糙程度而呈微妙變化表面的粗糙程度而呈微妙變化 29 彩色鈦金屬板彩色鈦金屬板顏色與光澤的顏色與光澤的耐蝕性、耐候耐蝕性、耐候性也非常優(yōu)秀性也非常優(yōu)秀 光光澤澤度度變變化化率率小時(shí)小時(shí)30新型不銹鋼新型不銹鋼 新型不銹鋼不含新型不銹鋼不含Ni元素，是在元素，是在19Cr-20Mo不銹鋼中添加不銹鋼中添加Nb、Ti、Zr等穩(wěn)定性更好的等穩(wěn)定性更好的元素，形成高純度的貝氏體不銹鋼元素，形成高純度的貝氏體不銹鋼 一般用于建筑物中的太陽能熱水器、耐腐一般用于建筑物中的太陽能熱水器、耐腐蝕配管等構(gòu)件，但是只適合用于蝕配管等構(gòu)件，但是只適合用于300以下以下的環(huán)境中。的環(huán)境中。 Cr含量更大的新品種不銹鋼，可耐含量更大的新品種不銹鋼，可耐500-700高溫，用于火力發(fā)電廠或建筑物中的高溫，用于火力發(fā)電廠或建筑物中的耐火覆蓋層。耐火覆蓋層。31低屈強(qiáng)比鋼低屈強(qiáng)比鋼 鋼材的鋼材的屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度的比值的比值(s/b)叫叫做做屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比，反映了鋼材受力超過屈服極限，反映了鋼材受力超過屈服極限至破壞所具有的安全儲(chǔ)備至破壞所具有的安全儲(chǔ)備 用于建筑工程的普通低碳鋼的屈強(qiáng)比為用于建筑工程的普通低碳鋼的屈強(qiáng)比為0.58-0.63，低合金鋼的屈強(qiáng)比為，低合金鋼的屈強(qiáng)比為0.65-0