《篇常用金屬材料》課件

常用金屬材料本課件將介紹幾種常用的金屬材料，包括其特性、應(yīng)用和加工方法。金屬材料概述廣泛應(yīng)用金屬材料在各個行業(yè)扮演著至關(guān)重要的角色，從建筑和制造到電子產(chǎn)品和醫(yī)療設(shè)備，金屬材料無處不在。強(qiáng)度和耐久性金屬材料以其強(qiáng)度、韌性和耐用性而聞名，使其成為結(jié)構(gòu)應(yīng)用的理想選擇?？伤苄院涂杉庸ば栽S多金屬材料具有良好的可塑性和可加工性，可以根據(jù)需要進(jìn)行成型、切割和焊接。金屬材料的特性物理特性金屬材料通常具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和磁性。這些特性使金屬在電氣、電子、熱能、機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?；瘜W(xué)特性金屬材料能夠與氧氣、水、酸堿等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化物、氫氧化物、鹽類等化合物。這些化學(xué)反應(yīng)對金屬材料的腐蝕和防護(hù)具有重要意義。機(jī)械特性金屬材料的強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性等機(jī)械特性決定了其在不同應(yīng)用場景中的使用性能。這些特性可以通過熱處理、加工等工藝方法進(jìn)行調(diào)整和控制。金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬材料的原子排列方式?jīng)Q定了其性能。大多數(shù)金屬以晶體結(jié)構(gòu)存在。金屬晶體由許多排列規(guī)則的原子構(gòu)成，這些原子之間通過金屬鍵結(jié)合在一起。常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有三種：面心立方結(jié)構(gòu)（FCC）、體心立方結(jié)構(gòu)（BCC）和密排六方結(jié)構(gòu)（HCP）。每種晶體結(jié)構(gòu)都具有獨(dú)特的原子排列方式，導(dǎo)致不同的力學(xué)性能、熱性能和電性能。金屬的機(jī)械性能金屬的機(jī)械性能是指金屬材料在載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。這些性能對金屬材料的應(yīng)用至關(guān)重要，決定了其在各種工程應(yīng)用中的適用性。1強(qiáng)度金屬抵抗永久變形的能力2硬度金屬抵抗局部壓痕的能力3塑性金屬在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞的能力4韌性金屬在斷裂前吸收能量的能力金屬的工藝性能可塑性金屬在壓力作用下發(fā)生塑性變形的能力。延展性金屬在拉力作用下，能夠被拉成細(xì)絲的能力。韌性金屬在斷裂前能夠吸收能量的能力。硬度金屬抵抗硬物壓入其表面的能力。焊接性金屬在加熱和加壓下，能夠熔合在一起的能力。金屬的工藝性能是指金屬在加工成各種制品的過程中所表現(xiàn)出來的性質(zhì)。金屬的熱學(xué)性能金屬的熱學(xué)性能是金屬材料在熱量作用下表現(xiàn)出的性質(zhì)。主要包括熱膨脹、熱傳導(dǎo)、比熱容和熔點(diǎn)等。金屬的熱膨脹是指金屬在溫度升高時體積膨脹的現(xiàn)象。熱傳導(dǎo)是指熱量在金屬內(nèi)部的傳遞過程。比熱容是指金屬吸收或釋放一定熱量時溫度變化的程度。熔點(diǎn)是指金屬從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時的溫度。熔點(diǎn)(°C)比熱容(J/(g·K))熱膨脹系數(shù)(10??/°C)金屬的化學(xué)性能金屬的化學(xué)性能是指金屬與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。主要包括金屬的氧化性、還原性、腐蝕性等。金屬的化學(xué)性能與其電子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，金屬原子最外層電子數(shù)較少，容易失去電子形成陽離子，因此金屬具有較強(qiáng)的還原性。金屬與酸、堿、鹽等物質(zhì)反應(yīng)，會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成新的化合物。金屬的腐蝕是指金屬表面與周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞。金屬腐蝕會降低材料強(qiáng)度，影響產(chǎn)品壽命，造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要采取措施防止金屬腐蝕，例如涂層保護(hù)、電化學(xué)保護(hù)等。鋼鐵材料鐵鐵是鋼鐵的主要成分，賦予其強(qiáng)度和韌性。它是一種過渡金屬，具有磁性，在自然界中以氧化物形式存在。碳碳含量是決定鋼鐵性能的關(guān)鍵因素。碳含量越高，鋼鐵的強(qiáng)度越高，但延展性越低。合金元素添加其他元素如錳、硅、鉻、鎳等，可改善鋼鐵的性能，使其更耐腐蝕、耐熱或更硬。應(yīng)用鋼鐵廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械、汽車、航空航天、能源、化工等領(lǐng)域，是現(xiàn)代工業(yè)的重要基礎(chǔ)材料。鐵碳合金鐵碳合金是鐵和碳的合金。它是一種重要的金屬材料，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如建筑、機(jī)械制造、汽車制造等。1共析鐵含碳量約為0.77%的鐵碳合金2亞共析鋼含碳量低于共析點(diǎn)，具有良好的塑性和韌性3過共析鋼含碳量高于共析點(diǎn)，具有較高的硬度和強(qiáng)度鐵碳合金根據(jù)含碳量的不同可以分為三種類型：亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。鋼的分類11.按化學(xué)成分分類碳鋼、合金鋼、高速鋼、不銹鋼等。22.按用途分類結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、模具鋼、彈簧鋼、軸承鋼等。33.按生產(chǎn)方法分類酸性鋼、堿性鋼、電爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼等。44.按質(zhì)量等級分類優(yōu)級鋼、一級鋼、二級鋼、三級鋼等。鋼鐵的生產(chǎn)工藝原材料準(zhǔn)備將鐵礦石、焦炭和石灰石等原材料破碎、混合，并送入高爐進(jìn)行冶煉。高爐冶煉在高溫下，鐵礦石中的鐵氧化物被還原成生鐵，并從高爐底部排出。煉鋼將生鐵和廢鋼送入轉(zhuǎn)爐或電爐，加入氧氣和合金元素，去除雜質(zhì)，得到鋼水。鑄造將鋼水澆入模具中，冷卻凝固成鋼坯或鋼錠，用于進(jìn)一步加工。軋制將鋼坯或鋼錠在軋機(jī)中通過反復(fù)擠壓，改變形狀和尺寸，得到各種形狀的鋼材。鋁及其合金輕質(zhì)鋁的密度較小，大約為2.7g/cm3，僅為鐵的1/3，因此鋁合金具有良好的輕質(zhì)特性。耐腐蝕鋁在空氣中表面會形成一層致密的氧化膜，起到保護(hù)作用，使鋁具有良好的耐腐蝕性。優(yōu)良的可加工性鋁合金易于加工成型，可采用多種加工方法，例如鑄造、鍛造、擠壓、拉伸等。較高的強(qiáng)度鋁合金的強(qiáng)度較高，有些鋁合金的強(qiáng)度甚至超過了低碳鋼。鋁合金的應(yīng)用鋁合金的應(yīng)用非常廣泛，幾乎涉及到各個領(lǐng)域，特別是在航空航天、汽車制造、建筑、電子等行業(yè)。鋁合金具有優(yōu)異的強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐腐蝕等性能，被廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)、汽車、輪船、建筑材料、電子產(chǎn)品等。銅及其合金優(yōu)良的導(dǎo)電性銅是優(yōu)良的導(dǎo)電體，廣泛用于電線、電纜、電子元件等。良好的導(dǎo)熱性銅的導(dǎo)熱性優(yōu)于其他大多數(shù)金屬，常用于散熱器、熱交換器等。優(yōu)異的抗腐蝕性銅具有良好的耐大氣腐蝕性和耐海水腐蝕性，適用于海洋環(huán)境和腐蝕性介質(zhì)。廣泛的應(yīng)用銅及其合金應(yīng)用廣泛，包括建筑、機(jī)械、電子、化工等領(lǐng)域。鎂及其合金輕質(zhì)材料鎂合金密度低，僅為鋁合金的三分之二，是輕金屬中密度最小的金屬。高強(qiáng)度鎂合金的強(qiáng)度和剛度較高，具有優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度。易于加工鎂合金具有良好的加工性能，易于切削、彎曲和焊接。鎳及其合金1高強(qiáng)度和耐腐蝕性鎳合金具有優(yōu)異的強(qiáng)度和耐腐蝕性，在高溫、高壓和腐蝕性環(huán)境中表現(xiàn)出色。2耐高溫合金鎳基高溫合金是應(yīng)用廣泛的合金種類，在航空航天、電力、化工等領(lǐng)域扮演重要角色。3耐腐蝕合金鎳合金可以抵抗酸、堿、鹽等多種腐蝕性物質(zhì)的侵蝕，在化工、石油、海洋工程等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。4應(yīng)用領(lǐng)域廣泛除了上述領(lǐng)域，鎳合金還在電子、醫(yī)療、核能等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鈦及其合金高強(qiáng)度鈦合金具有極高的強(qiáng)度和硬度，強(qiáng)度重量比高。鈦合金可以承受高溫和高壓，耐腐蝕性強(qiáng)。生物相容性鈦合金與人體組織具有良好的生物相容性。在醫(yī)療領(lǐng)域被廣泛用于人工關(guān)節(jié)、牙種植體等。貴金屬材料金金是一種化學(xué)元素，化學(xué)符號為Au，原子序數(shù)為79，是一種柔軟、金黃色的貴金屬。金在自然界中通常以單質(zhì)形式存在，不與其他元素結(jié)合。銀銀是一種化學(xué)元素，化學(xué)符號為Ag，原子序數(shù)為47，是一種白色、有光澤的貴金屬。銀的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性僅次于金，在所有金屬中排名第一。鉑鉑是一種化學(xué)元素，化學(xué)符號為Pt，原子序數(shù)為78，是一種銀白色的貴金屬。鉑的熔點(diǎn)很高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗腐蝕能力強(qiáng)。鈀鈀是一種化學(xué)元素，化學(xué)符號為Pd，原子序數(shù)為46，是一種銀白色的貴金屬。鈀的熔點(diǎn)較高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的催化性能。其他常用金屬材料錫錫的熔點(diǎn)低，易于加工和焊接，通常用于制造罐頭食品容器、焊料和合金。鉛鉛具有優(yōu)良的抗腐蝕性和耐熱性，主要應(yīng)用于電池、管道和彈藥制造。鋅鋅是常用的鍍層金屬，可以防止腐蝕，此外也用于制造電池和合金。貴金屬金、銀和鉑等貴金屬因其耐腐蝕性和高價值而被廣泛應(yīng)用于珠寶、電子和金融領(lǐng)域。金屬材料的加工工藝1鑄造液態(tài)金屬澆入模具，冷卻凝固成型2鍛造利用錘擊或壓力使金屬變形3軋制通過軋輥使金屬變形4拉拔通過模具將金屬拉伸成型鑄造、鍛造、軋制和拉拔是四種主要的金屬加工工藝。鑄造是將液態(tài)金屬澆入模具中，冷卻凝固成型的一種加工方法。鍛造是利用錘擊或壓力使金屬變形，以提高其強(qiáng)度和韌性的一種加工方法。軋制是通過軋輥使金屬變形，以改變其形狀和尺寸的一種加工方法。拉拔是通過模具將金屬拉伸成型，以改變其形狀和尺寸的一種加工方法。金屬材料的熱處理1退火降低材料硬度，改善塑性，提高韌性。加熱到一定溫度后，保溫一段時間，然后緩慢冷卻。2正火細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。加熱到奧氏體區(qū)，保溫后以適當(dāng)速度冷卻。3淬火提高材料硬度和強(qiáng)度，降低韌性。加熱到奧氏體區(qū)，保溫后快速冷卻。4回火降低淬火后的硬度和脆性，提高韌性。將淬火后的金屬加熱到低于淬火溫度的溫度，保溫后冷卻。金屬材料的表面處理1機(jī)械加工打磨、拋光、噴砂等2化學(xué)處理酸洗、鈍化、磷化等3電鍍鍍鉻、鍍鎳、鍍鋅等4涂層噴漆、電泳、粉末涂裝等表面處理可以改善金屬材料的性能、外觀、耐腐蝕性等，延長使用壽命。金屬材料的腐蝕和防護(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?；瘜W(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)而產(chǎn)生的腐蝕，而電化學(xué)腐蝕則是指金屬與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。防護(hù)方法金屬腐蝕防護(hù)主要有兩種方式：一是改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如合金化、熱處理等；二是采用涂層、電鍍等方法在金屬表面形成保護(hù)層。腐蝕的影響金屬腐蝕會造成金屬材料的損壞，降低其使用壽命，嚴(yán)重時會導(dǎo)致設(shè)備失效，甚至造成安全事故。腐蝕與環(huán)境金屬腐蝕與環(huán)境因素密切相關(guān)，如溫度、濕度、大氣污染物等都會影響腐蝕速率。因此，在設(shè)計和使用金屬材料時，要充分考慮環(huán)境因素的影響。金屬材料的環(huán)境影響環(huán)境污染金屬冶煉和加工過程會排放有害氣體，如二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物，污染空氣，對環(huán)境造成危害。金屬廢棄物處理不當(dāng)也會造成土壤和水體污染，影響生態(tài)平衡。資源枯竭地球上的金屬資源是有限的，過度開采會造成金屬資源枯竭，影響未來的發(fā)展。金屬資源的回收利用可以緩解資源枯竭問題，降低對環(huán)境的影響。金屬材料的回收利用回收利用減少開采，節(jié)約資源。減少污染減少廢棄金屬對環(huán)境的污染?？沙掷m(xù)發(fā)展促進(jìn)資源循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。金屬材料的未來發(fā)展趨勢11.高性能金屬材料強(qiáng)度更高、耐腐蝕性更好、耐高溫性能更優(yōu)異。例如，超高強(qiáng)度鋼、耐高溫合金、金屬玻璃等。22.輕量化金屬材料降低金屬材料密度，提高材料的強(qiáng)度重量比。例如，鎂合金、鈦合金、鋁合金等。33.功能化金屬材料在金屬材料中加入特殊元素，賦予其新的功能。例如，形狀記憶合金、超導(dǎo)金屬材料、磁