金屬材料課件

第二章金屬材料/20:41:2400:00:00金屬材料的分類(1)單質(zhì)金屬：自然界72/94/109(2)以材料組分的復(fù)雜程度分：純金屬金屬基合金(3)以構(gòu)成材料的元素種類分：黑色金屬：鐵和以鐵為基的合金（碳鋼、鑄鐵、鐵合金）。Fe、Cr、Mn，工程中90%有色金屬：黑色金屬(Fe、Cr、Mn)以外的所有金屬及其合金。重金屬輕金屬貴金屬稀有金屬/20:41:2400:00:00根據(jù)化學(xué)鍵性：周期表中的金屬元素分為：簡單金屬：內(nèi)電子層完全填滿或完全空著。

結(jié)合鍵—金屬鍵過渡族金屬：內(nèi)電子層未完全填滿。

結(jié)合鍵—金屬鍵/共價鍵混合，以金屬鍵為主。一、金屬材料的結(jié)構(gòu)/20:41:2400:00:00(2)金屬材料的合金相結(jié)構(gòu)固溶體(solidresolution)：相互溶解，Mn鋼化合物（第二相,secondaryphase）：化學(xué)作用，Mg2Pb、WC、Fe3C/20:41:2400:00:00典型金屬的晶格(fcc)/20:41:2400:00:00典型金屬的晶格(bcc)/20:41:2400:00:00晶體中的缺陷—點(diǎn)缺陷/20:41:2400:00:00晶體中的兩種位錯（面缺陷）/20:41:2400:00:00二金屬材料制造方法礦石是制造金屬材料的原料。它是以化合物狀態(tài)存在，如氧化物、硫化物、氫氧化物、碳酸鹽、硅酸鹽等。通過冶金方法將礦石還原為金屬。礦石還原過程就是將氧與金屬分離，主要辦法通過化學(xué)還原劑或電能。/20:41:2400:00:00/20:41:2400:00:00/20:41:2400:00:002、煉鋁利用熔融電解法將原料(A12O3)還原，獲得粗鋁。電解池以石墨作陽極和陰極，A12O3熔入電解質(zhì)(熔融A12O3—冰晶石混合)中，在陽極析出氧，并與石墨碳反應(yīng)生成CO2，在陰極則得到液態(tài)鋁(粗鋁)。/20:41:2400:00:00/20:41:2400:00:003、精制金屬1）煉鋼煉鋼的原料是生鐵，或生鐵與廢鋼。此外，加一些鐵合金調(diào)整的化學(xué)成分，還加入去除雜質(zhì)的輔助材料。煉鋼過程基本是一個降碳去雜質(zhì)的氧化過程。煉鋼爐有平爐、轉(zhuǎn)爐和電爐，為滿足特殊需要還有電渣爐、真空感應(yīng)爐等。/20:41:2400:00:00首都鋼鐵公司/20:41:2400:00:00轉(zhuǎn)爐煉鋼/20:41:2400:00:00電爐煉鋼/20:41:2400:00:00煉鋼車間/20:41:2400:00:00滑板磚耐火材料/20:41:2400:00:002）電解精煉銅

電工技術(shù)對銅要求特別高，電解是一種有效精煉方法。通過精確控制電解液成分和陰陽極間的電位差，可使粗銅在陽極溶解，而在陰極上析出銅，這種銅的含量可達(dá)99.999％，適合工業(yè)應(yīng)用。/20:41:2400:00:00鐵-碳相圖/20:41:2400:00:00此圖是有Fe和Fe3C兩個組元組成相圖．故Fe—C相圖，實際上是Fe—Fe3C相圖。Fe—Fe3C相圖中基本相有四個：液相、鐵素體、奧氏體、滲碳體。鐵素體是碳在α一Fe中間隙固溶體。其最大固溶碳量為0.0218％。奧氏體是碳在γ一Fe中間隙固溶體．其最大固溶碳量為2.11％，滲碳體即Fe3C是Fe與C的金屬化合物，其碳含量為6.69％。/20:41:2400:00:00按照鋼的質(zhì)量(即含有害元素硫、磷多少)可將碳鋼分為普通碳鋼(含硫、磷量高)碳鋼(含硫、磷量低)和高級優(yōu)質(zhì)碳鋼(含硫、磷量很低)。按鋼中含碳量可將碳鋼分為低碳鋼(C＜0.2%）、中碳鋼(0.2%～0.6%)和高碳鋼(C＞0.60％)。1、碳鋼/20:41:2400:00:00普通碳鋼由于其含硫、磷量和非金屬夾雜物多，性能較低，但價廉，產(chǎn)量大．用于工程結(jié)構(gòu)(焊接構(gòu)架、框架、建筑鋼筋)和不重要的零件(地腳螺絲、螺帽、鉚釘)。

優(yōu)質(zhì)碳鋼(以數(shù)字表示其含碳量，如45鋼表示含有萬分之一乘45，即0.45%)由于含硫、磷量和非金屬類雜物少，性能較好。這類鋼既保證化學(xué)成分，又保證力學(xué)性能，大量用于制造各類機(jī)械零件，多半在熱處理后使用。

高級優(yōu)質(zhì)碳鋼由于其硫、磷量很低，故性能較好。常用來制作各種刀具、模具，經(jīng)過熱處理后使用/20:41:2400:00:00鋼筋/20:41:2400:00:00碳鋼雖然用量很大，但在制作零件時存在一系列缺點(diǎn)：

(1)綜合性能較差。如強(qiáng)度、硬度高時，其塑性、韌性較差。反之，塑性、韌性高時硬度較差：(2)用碳鋼制成的工具不能用于高速切削。因為高速切削時，刀刃的溫度很快升高，當(dāng)超過200℃時，碳鋼工具就要變軟而失去切削能力；(3)碳鋼的淬透性較差，故不宜制作形狀復(fù)雜的零件，也不能制造性能要求高的大截面零件，(4)不能滿足一些特殊性能的要求。它不能耐蝕、耐熱、抗磨等。/20:41:2400:00:00機(jī)械制造需要高強(qiáng)度鋼材/20:41:2400:00:00

橋/20:41:2400:00:00埃菲爾鐵塔/20:41:2400:00:00鋼的總產(chǎn)量中，合金鋼占80%以上，是基本的工業(yè)用鋼。2、合金鋼鋼中加入合金元素后，可以有如下幾個優(yōu)點(diǎn)：(1)提高鋼的力學(xué)性能。例如，強(qiáng)度、硬度、韌性，(2)改善鋼的熱處理工藝性能。例如．提高淬透性，減少變形(3)獲得特殊性能。例如，抗蝕、耐磨、抗高溫氧化，增加磁性/20:41:2400:00:001）、合金結(jié)構(gòu)鋼這類鋼主要用于制造機(jī)械零件。主要加入的合金元素有鉻、硅、錳、鎳。合金元素所起的主要作用是提高淬透性；固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度；改善鋼的強(qiáng)度與韌性的配合。a)一般合金結(jié)構(gòu)鋼制造軸類件、齒輪等零件b)特定用途的合金結(jié)構(gòu)鋼制造彈簧、軸承/20:41:2400:00:002)、合金工具鋼這類鋼主要用于制造切削刀具、模具和量具，加入的合金元素主要有鉻、鉬、鎢、釩，這些元素均是形成碳化物的元素，在鋼中起的主要作用是提高硬度、耐磨性；細(xì)化晶粒，改善韌性；提高高溫力學(xué)性能。不同類型的合金工具鋼用于不同的工具。

/20:41:2400:00:00工具鋼—扳手(wrench)/20:41:2400:00:003、特殊性能鋼凡是具有特殊的物理或化學(xué)性能的鋼，稱為特殊性能鋼。它包括不銹鋼、耐熱鋼、抗磨鋼a)不銹鋼凡具有抵抗各種介質(zhì)的化學(xué)作用而不被腐蝕的鋼，稱為不銹鋼。不銹鋼中加入大量合金元素，以提高鋼的抗腐蝕能力。Cr是不銹鋼獲得耐蝕性的最基本元素。Ni只有與Cr配合時才顯示它高抗蝕能力。Ti、Nb、Mn、Mo也能提高和改善鋼的抗蝕能力/20:41:2400:00:00不銹鋼餐具/20:41:2400:00:00耐熱不銹鋼纖維(stainlessfiber)/20:41:2400:00:00不銹鋼的應(yīng)用—城市雕塑/20:41:2400:00:00不銹鋼用具/20:41:2400:00:00不銹鋼護(hù)欄/20:41:2400:00:00不銹鋼護(hù)欄/20:41:2400:00:00不銹鋼旗桿/20:41:2400:00:00b）耐熱鋼在機(jī)械、動力、電力、航空與宇航部門中，許多零件是在高溫下工作的。用于高溫工作具有高耐熱性的鋼，稱為耐熱鋼。耐熱鋼中含有較多的鉻、硅、鋁時，可形成Cr2O3、SiO2以及A12O3覆蓋于鋼表面，可使鋼內(nèi)部不再被氧化，因而提高鋼的抗氧化性。不同鋼種的使用溫度在500～1100℃/20:41:2400:00:00耐熱鋼輻射管/20:41:2400:00:00

c)耐磨鋼耐磨鋼是指在沖擊載荷下使鋼發(fā)生沖擊硬化而耐磨性顯著提高。生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍的Mnl3，即含13％Mn的高錳鋼。Mnl3鋼機(jī)械加工困難，通常都為鑄造成型。用作拖拉機(jī)履帶、挖掘機(jī)鏟斗等．

/20:41:2400:00:00d)磁鋼磁鋼按其在受到磁性作用后所表現(xiàn)的行為分為永久磁鋼(硬磁鋼)和軟磁鋼。軟磁鋼:工業(yè)上最常見的是硅鋼片。硅鋼片是含碳極低的鋼中加入2％～4％硅，用來制造變壓器鐵芯等。

/20:41:2400:00:004、鑄鐵(CastIron)含碳量大于2.11%的鐵碳合金。工業(yè)常用鑄鐵的成分范圍為：C2.5-4.0%,Si1.0-3.0%,Mn0.5-1.4%含有共晶組織/20:41:2400:00:00鑄鐵按結(jié)構(gòu)(石墨的形態(tài))可分為四種類型：(1)灰口鑄鐵(Graycastiron)(2)可煅鑄鐵(malleablecastiron)(3)球墨鑄鐵(Graphitecastiron)(4)白口鑄鐵(Whitecastiron)/20:41:2400:00:00CastIronWhiteIronGrayIronMalleableIronDuctileIronCementiteGraphite0.05%MgGraphiticIrons/20:41:2400:00:00鑄鐵浴缸/20:41:2400:00:00/20:41:2400:00:00四、有色金屬材料1、銅純銅的顏色呈紫紅色(又稱紫銅)，相對密度為8.9，熔點(diǎn)為1083℃，硬度低，塑性好導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好。由于純銅流動性差，很少在鑄造狀態(tài)下應(yīng)用。/20:41:2400:00:00自然銅/20:41:2400:00:00a)普通黃銅：銅與鋅的合金稱為普通黃銅。黃銅具有良好的力學(xué)性能，易加工成形，并對大氣、海水有較好的抗蝕能力．在銅鋅合金中加入錫、錳、硅、鉛、鎳、鐵等元素的黃銅，稱為特殊黃銅。

/20:41:2400:00:00b)銅與錫的合金稱為青銅。青銅比黃銅有更高的強(qiáng)度、硬度和耐蝕性。

c)銅與鎳的合金稱為白銅。含有錳的錳白銅(Cu—Ni—Mn合金)包括錳銅、康銅、考銅，具有高電阻、熱電勢和低的電阻溫度系數(shù)特性，是電阻器、熱電偶及補(bǔ)償導(dǎo)線的優(yōu)良材料。/20:41:2400:00:00戰(zhàn)國編鐘/20:41:2400:00:00三星堆遺址的青銅大面具

/20:41:2400:00:002、鋁及鋁合金純鋁為銀白色，相對密度為2.7，熔點(diǎn)為660℃，硬度低，塑性較好，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好。鋁在空氣中氧化時，表面形成堅固致密的Al2O3膜，可防止繼續(xù)氧化，但對硫、鹽酸的抗蝕性差。鋁合金根據(jù)工藝性能可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金：鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁銅合金變形鋁合金：鋁錳合金、鋁鎂合金、鋁鎂硅合金鋁銅鎂合金、鋁銅鎂硅合金/20:41:2400:00:00鋁質(zhì)材料的生產(chǎn)/20:41:2400:00:00鋁質(zhì)材料的應(yīng)用/20:41:2400:00:00鋁合金的應(yīng)用/20:41:2400:00:00鋁合金飛機(jī)鋁質(zhì)材料的應(yīng)用/20:41:2400:00:003、鈦合金地殼外層中含量達(dá)0.6%,總儲量7億噸以上金屬元素中僅次于鐵、鋁、鎂，位處第四銅的60倍，鉬的600倍鈦的顏色為銀白色，相對密度為4.5，熔點(diǎn)為1680度，有高的比強(qiáng)度(強(qiáng)度／相對密度)、高塑性、耐蝕性和耐熱性。/20:41:2400:00:00金紅石/20:41:2400:00:00鈦材料的應(yīng)用/20:41:2400:00:00鈦材料的應(yīng)用/20:41:2400:00:00鈦材料的應(yīng)用/20:41:2400:00:004、精密合金精密合金是指具有特殊物理性能(如磁性、彈性、熱膨脹性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性)的合金．須對冶煉和熱處理過程進(jìn)行嚴(yán)格控制用于電子、電力、儀表工業(yè)和自動化、遙感技術(shù)/20:41:2400:00:00a)軟磁合金:高鎳(約80％Ni)坡莫合金b)膨脹合金:低膨脹合金含36Ni%、64Fe％的鐵鎳合金,定膨脹合金,鐵鎳鈷合金c)彈性合金:鐵鎳基合金、鈷基合金、鎳鈹合金等d）電熱合金：鎳鉻合金(Cr20Ni80)和鐵鉻鎳(Crl5