《篇常用金屬材料》課件

常用金屬材料金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)，在各種領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。從建筑到航空航天，金屬材料的應(yīng)用無處不在。課程目標(biāo)掌握金屬材料的基本知識了解常見金屬材料的性質(zhì)、分類、應(yīng)用和加工工藝。提升對金屬材料的選用能力根據(jù)工程應(yīng)用需求，選擇合適的金屬材料。培養(yǎng)對金屬材料的創(chuàng)新思維關(guān)注金屬材料的發(fā)展趨勢，探索新型金屬材料的應(yīng)用。金屬材料概述金屬的特性金屬材料通常具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性，并能抵抗拉伸和彎曲的應(yīng)力。應(yīng)用廣泛從建筑物到汽車，再到電子設(shè)備，金屬材料廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。合金的優(yōu)勢通過合金化，可以提高金屬材料的強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性和其他性能。鋼鐵概述鋼鐵是世界上使用最廣泛的金屬材料，是人類文明進(jìn)步的重要標(biāo)志。鋼鐵以其優(yōu)異的性能，包括強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性、可加工性等，廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、汽車、航空航天、機(jī)械制造等各個領(lǐng)域。鋼鐵的分類碳素鋼主要成分為鐵和碳，含碳量0.03%~2.11%。合金鋼在碳素鋼中加入其他金屬元素，以提高強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕等性能。鑄鐵含碳量2.11%~6.69%，強(qiáng)度較低，具有良好的鑄造性能，廣泛應(yīng)用于鑄造行業(yè)。鑄鐵的特性與應(yīng)用鑄鐵特性鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和硬度，耐磨損，抗震性好。然而，其韌性較差，容易脆裂，不耐沖擊。鑄鐵具有良好的鑄造性能，可以鑄造出各種形狀復(fù)雜的零件，價格相對較低，應(yīng)用廣泛。鑄鐵應(yīng)用鑄鐵廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車制造、建筑等領(lǐng)域。例如，鑄鐵可用于制造發(fā)動機(jī)缸體、機(jī)床床身、管道、閥門、井蓋、排水溝蓋等。碳素鋼的特性與應(yīng)用11.優(yōu)異的機(jī)械性能碳素鋼具有良好的強(qiáng)度、韌性和塑性，可加工成各種形狀和尺寸，滿足不同工程需求。22.可加工性強(qiáng)碳素鋼易于切割、焊接和熱處理，適合各種加工工藝，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。33.價格低廉碳素鋼是鋼鐵家族中產(chǎn)量最大、價格最便宜的品種，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。44.應(yīng)用廣泛從建筑、機(jī)械制造到汽車、航空航天等各個領(lǐng)域，碳素鋼發(fā)揮著不可替代的作用。合金鋼的特性與應(yīng)用11.優(yōu)異性能合金鋼通過添加其他元素，如鉻、鎳、鉬等，提高了強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性等性能。22.應(yīng)用廣泛合金鋼在汽車、航空、機(jī)械、建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，例如制造發(fā)動機(jī)、飛機(jī)機(jī)身、精密儀器等。33.分類繁多根據(jù)合金元素的不同，合金鋼可分為不銹鋼、耐熱鋼、工具鋼等，滿足不同應(yīng)用場景的需求。44.價格較高與普通碳素鋼相比，合金鋼的制造成本更高，但其優(yōu)越的性能使其在特定領(lǐng)域不可替代。有色金屬概述有色金屬是指除鐵、錳、鉻以外的所有金屬。這些金屬通常具有較高的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性等優(yōu)良性能，在航空航天、電子、汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。有色金屬種類繁多，如銅、鋁、鎂、鈦、鋅、錫、鉛等，它們具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)，在不同的領(lǐng)域發(fā)揮著獨(dú)特的用途。鋁及鋁合金輕質(zhì)材料鋁合金密度低，強(qiáng)度高，非常適合航空航天領(lǐng)域。耐腐蝕性鋁合金具有良好的耐腐蝕性，廣泛用于制造各種產(chǎn)品。加工性能好鋁合金易于加工成型，可以制作各種復(fù)雜的形狀?？苫厥绽娩X合金可回收利用，有助于保護(hù)環(huán)境資源。銅及銅合金高導(dǎo)電性銅具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，廣泛用于電子、電氣行業(yè)。優(yōu)異的抗腐蝕性銅及其合金在潮濕環(huán)境中具有優(yōu)異的耐腐蝕性，廣泛用于建筑、水管等領(lǐng)域。良好的加工性能銅可通過鑄造、鍛造、拉伸等多種加工方式制成不同形狀的零件，應(yīng)用廣泛。鎂及鎂合金輕量化材料鎂合金的密度僅為鋁合金的三分之二，是目前最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料。廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域，有效減輕產(chǎn)品重量，提高燃油效率。優(yōu)異的力學(xué)性能鎂合金具有良好的強(qiáng)度、剛度和塑性，可滿足不同應(yīng)用場景的力學(xué)要求。在高強(qiáng)度和高剛度要求的場合，鎂合金可替代傳統(tǒng)的鋼鐵和鋁合金。鈦及鈦合金耐腐蝕性鈦具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，尤其是在海水、酸性介質(zhì)和高溫氧化環(huán)境中。高強(qiáng)度鈦合金具有高強(qiáng)度和高比強(qiáng)度，其強(qiáng)度與鋼相當(dāng)，但密度比鋼小。生物相容性鈦及鈦合金具有良好的生物相容性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鎳及鎳合金耐腐蝕性強(qiáng)鎳和鎳合金擁有優(yōu)異的耐腐蝕性能，即使在惡劣環(huán)境下也能保持穩(wěn)定，延長使用壽命。耐高溫性能好鎳合金在高溫下保持高強(qiáng)度和抗氧化性，適用于高溫環(huán)境下的部件和設(shè)備，如航空發(fā)動機(jī)。抗蠕變性能出色鎳合金在高溫和長期載荷下具有良好的抗蠕變性能，適用于高壓容器和渦輪葉片等需要高強(qiáng)度和抗疲勞性能的部件。金屬材料的性能測試金屬材料的性能測試是通過實(shí)驗(yàn)方法來評估其機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能等。1拉伸試驗(yàn)測量材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率等。2硬度試驗(yàn)測定材料抵抗硬物壓入其表面的能力。3沖擊試驗(yàn)評估材料在沖擊載荷下的韌性。4疲勞試驗(yàn)測試材料在反復(fù)載荷下的抗疲勞性能。5腐蝕試驗(yàn)評估材料在不同環(huán)境中的耐腐蝕性。這些測試結(jié)果可以幫助工程師選擇最合適的金屬材料用于不同的應(yīng)用場景，并確保其在使用過程中滿足設(shè)計要求。金屬材料的選擇1性能要求材料需要滿足強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性等特定性能需求。2成本考量選擇性價比高的材料，平衡性能與價格因素。3加工工藝考慮材料的加工難度，選擇合適的加工工藝。4環(huán)境影響選擇環(huán)保、可回收的材料，減少對環(huán)境的負(fù)面影響。金屬材料的加工工藝1切削加工去除材料，改變形狀2塑性加工改變材料形狀3鑄造將熔化的金屬灌入模具4粉末冶金將金屬粉末壓制成型金屬材料的加工工藝是指將金屬材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗栊螤?、尺寸和性能的過程。不同的加工方法適用于不同的金屬材料和產(chǎn)品類型。熱處理技術(shù)退火降低材料硬度和強(qiáng)度，改善加工性能。正火細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和硬度，改善綜合力學(xué)性能。淬火使材料內(nèi)部組織發(fā)生改變，提高硬度和強(qiáng)度，提高耐磨性?；鼗鸾档痛慊鸷蟮挠捕群痛嘈?，提高韌性。表面處理技術(shù)1電鍍電鍍利用電化學(xué)原理在金屬表面沉積一層金屬或合金，提高其耐腐蝕性、耐磨性、美觀性和導(dǎo)電性。鍍鋅鍍鉻鍍鎳2熱噴涂熱噴涂將熔化的或半熔化的材料噴涂到金屬表面，形成一層保護(hù)層，提高其耐磨性、耐高溫性和耐腐蝕性。等離子噴涂火焰噴涂電弧噴涂3化學(xué)轉(zhuǎn)化化學(xué)轉(zhuǎn)化通過化學(xué)反應(yīng)在金屬表面形成一層致密的氧化膜或其他化合物，提高其耐腐蝕性。氧化磷化鈍化金屬材料的腐蝕與防護(hù)腐蝕的類型金屬腐蝕主要分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕是指金屬與周圍環(huán)境中的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的腐蝕，例如金屬在干燥空氣中的氧化。電化學(xué)腐蝕是指金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕，例如鋼鐵在潮濕空氣中的銹蝕。腐蝕的防護(hù)金屬腐蝕防護(hù)方法很多，主要包括表面處理、涂層保護(hù)、電化學(xué)保護(hù)等。常用的表面處理方法包括噴砂、拋光、鈍化等。涂層保護(hù)方法包括涂漆、鍍層、搪瓷等。電化學(xué)保護(hù)方法包括陰極保護(hù)和陽極保護(hù)。金屬材料的焊接焊接概述焊接是將兩個或多個金屬部件永久連接在一起的工藝，通過熱量和壓力或兩者結(jié)合將金屬熔化在一起。焊接類型常見的焊接類型包括氣焊、電弧焊、激光焊、電阻焊等，每種焊接方式都有其獨(dú)特的應(yīng)用場景和優(yōu)缺點(diǎn)。焊接工藝焊接過程包括預(yù)熱、熔化、凝固和冷卻等步驟，需要控制焊接參數(shù)，確保焊接質(zhì)量，滿足設(shè)計要求。焊接的重要性焊接在現(xiàn)代工業(yè)中扮演著重要角色，廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域，是連接金屬部件的重要手段。金屬材料的焊接工藝1熔焊利用高溫熔化焊件2壓焊利用壓力和熱量3釬焊利用熔點(diǎn)較低的金屬4電阻焊利用電流產(chǎn)生的熱量5激光焊利用高能激光束焊接是將兩個或多個金屬工件通過加熱或加壓，使之熔化或塑性變形，從而連接成一體的工藝。焊接工藝種類繁多，根據(jù)加熱方式和連接原理可分為熔焊、壓焊、釬焊、電阻焊和激光焊等。金屬材料的切削加工車削車削是利用旋轉(zhuǎn)的工件和刀具之間的相對運(yùn)動，切削工件表面，形成圓柱形、圓錐形或其他旋轉(zhuǎn)體的加工方法。銑削銑削是利用多齒刀具旋轉(zhuǎn)，切削工件表面的加工方法，常用于加工平面、溝槽和輪廓。鉆削鉆削是利用旋轉(zhuǎn)的鉆頭，在工件上鉆孔的加工方法，常用于加工圓形孔洞。磨削磨削是利用磨料的磨損作用，對工件進(jìn)行精加工或修整的加工方法，可獲得高精度和光潔度表面。金屬材料的塑性加工1冷加工常溫下進(jìn)行，加工硬化明顯2熱加工高溫下進(jìn)行，塑性好，加工硬化輕微3熱處理改變金屬材料的組織結(jié)構(gòu)和性能4表面處理提高金屬材料的耐腐蝕性塑性加工是指通過外力使金屬材料發(fā)生塑性變形，從而改變其形狀和尺寸的過程。塑性加工包括冷加工和熱加工，熱處理和表面處理等多種工藝，廣泛應(yīng)用于金屬材料的制造和加工領(lǐng)域。金屬材料的鑄造1熔煉將金屬材料加熱至熔化狀態(tài)，形成金屬液。2澆注將熔化的金屬液澆入鑄型中，形成金屬鑄件的形狀。3冷卻固化金屬液在鑄型中冷卻固化，形成具有特定形狀和尺寸的鑄件。4清理將鑄件從鑄型中取出，并進(jìn)行清理、修整和檢驗(yàn)。金屬材料的粉末冶金1粉末制備粉末冶金的核心是粉末的制備。常用的方法包括機(jī)械粉碎、化學(xué)沉淀、氣相沉積等。2粉末成型將制備好的金屬粉末壓制成所需形狀的坯體。常用的方法包括壓制、注射成型和等靜壓成型。3燒結(jié)在高溫下將壓制好的坯體加熱，使粉末顆粒互相結(jié)合，形成致密的固體。燒結(jié)過程中，粉末顆粒之間會發(fā)生擴(kuò)散、溶解和再結(jié)晶等現(xiàn)象。4后處理燒結(jié)后，還需要對零件進(jìn)行必要的加工，如尺寸調(diào)整、表面處理等，以滿足使用要求。金屬材料的回收利用資源再利用回收利用可以減少對自然資源的開采，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。經(jīng)濟(jì)效益回收金屬材料可以降低生產(chǎn)成本，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)價值。環(huán)境保護(hù)減少廢棄金屬的堆放，降低污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。循環(huán)經(jīng)濟(jì)回收利用金屬材料，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。金屬材料的發(fā)展趨勢輕量化追求更輕的材料，例如鋁合金和鎂合金，以提高產(chǎn)品性能。例如，航空航天領(lǐng)域使用輕型金屬材料來減輕飛機(jī)重量，提高燃油效率。高性能化開發(fā)具有更高強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐高溫性的新型材料，例如高強(qiáng)度鋼、鈦合金等。例如，汽車制造領(lǐng)域使用高強(qiáng)度鋼來提升車身強(qiáng)度，提高安全性能。金屬材料在工程中的應(yīng)用11.建筑工程鋼鐵、鋁合金等廣泛用于建筑結(jié)構(gòu)，如橋梁、高層建筑、框架結(jié)構(gòu)等。22.機(jī)械制造高強(qiáng)度鋼、耐磨鋼、不銹鋼等用于各種機(jī)械設(shè)備，提高其性能和壽命。33.交通運(yùn)輸汽車、飛機(jī)、火車、船舶等都需要大量使用金屬材料，保證安全和性能。44.航空航天鈦合金、鎂合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度金屬材料應(yīng)用于航天器和飛機(jī)制造。未來展望