金屬材料課件

金屬材料概述金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)的重要基礎(chǔ)材料。金屬材料具有優(yōu)異的強(qiáng)度、韌性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等特性。金屬的特性延展性金屬可塑性強(qiáng)，可拉成細(xì)絲或壓成薄片。例如，金可以被拉成非常細(xì)的金屬絲，而銀可以被壓成非常薄的金屬片。導(dǎo)熱性金屬具有良好的導(dǎo)熱性，可迅速傳遞熱量。例如，金屬鍋可以迅速加熱食物，而金屬導(dǎo)線可以將電能傳送到各個(gè)地方。金屬光澤大多數(shù)金屬表面光亮，能夠反射光線。例如，黃金和銀都具有非常明亮的光澤。導(dǎo)電性金屬可以傳遞電流。例如，銅和鋁是電線中最常用的材料，因?yàn)樗鼈兙哂辛己玫膶?dǎo)電性。金屬的分類黑色金屬主要指鐵和鐵的合金，如鋼和鑄鐵。有色金屬除黑色金屬以外的金屬，包括銅、鋁、鋅、錫、鉛等。稀有金屬在地殼中含量稀少的金屬，如金、銀、鉑、鈦等。鐵及其合金鐵是自然界中最豐富的金屬元素之一，占地殼質(zhì)量的5%。鐵在地殼中主要以氧化物和硫化物的形式存在，與其他元素結(jié)合形成各種礦石。鐵的化學(xué)性質(zhì)活潑，容易與氧氣、水等物質(zhì)反應(yīng)，生成氧化物和氫氧化物。鐵的合金種類繁多，如鋼、鑄鐵等，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。鐵的組織及性能組織性能鐵素體強(qiáng)度低，塑性好奧氏體強(qiáng)度高，塑性好珠光體強(qiáng)度中等，塑性中等滲碳體硬度高，塑性差鑄鐵的種類灰鑄鐵含碳量高，組織中以片狀石墨存在，具有良好的減震性和耐磨性，主要用于制造機(jī)床床身、汽缸體等零件。白口鑄鐵含碳量較低，組織中以滲碳體形式存在，硬度高，耐磨性好，但脆性大，主要用于制造耐磨零件。球墨鑄鐵在灰鑄鐵中加入球化劑，使石墨呈球狀分布，強(qiáng)度、韌性和塑性都得到提高，主要用于制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、曲軸等。蠕墨鑄鐵石墨呈蠕蟲狀或團(tuán)狀分布，強(qiáng)度和塑性介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，主要用于制造耐磨、減震零件。鋼的種類合金鋼根據(jù)合金元素的不同，可分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。這些鋼種具有更高的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、耐高溫性等優(yōu)異性能，應(yīng)用廣泛。工具鋼工具鋼主要用于制造各種工具，如刀具、模具、量具等。它們具有高硬度、高耐磨性、高耐熱性等特點(diǎn)。不銹鋼不銹鋼具有優(yōu)異的耐腐蝕性和耐高溫性，廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域。彈簧鋼彈簧鋼具有高彈性、高強(qiáng)度和良好的疲勞強(qiáng)度，主要用于制造各種彈簧。熱處理對(duì)鋼性能的影響1淬火提高鋼的硬度和強(qiáng)度2回火降低鋼的硬度，提高韌性3正火細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和韌性4退火軟化鋼材，便于加工熱處理是改變鋼材組織結(jié)構(gòu)，從而改變其性能的一種工藝。常見熱處理工藝包括淬火、回火、正火、退火等。淬火可以使鋼材獲得高硬度和強(qiáng)度，但同時(shí)會(huì)降低其韌性?；鼗鹂梢越档弯摬挠捕?，提高韌性。正火可以細(xì)化晶粒，提高鋼材強(qiáng)度和韌性。退火可以軟化鋼材，便于加工。有色金屬1種類繁多有色金屬包括除鐵、錳、鉻之外的所有金屬，種類繁多，用途廣泛。2性能優(yōu)異與黑色金屬相比，有色金屬通常具有更高的強(qiáng)度、耐腐蝕性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。3應(yīng)用廣泛在航空航天、電子、建筑、汽車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。4未來發(fā)展隨著科技的進(jìn)步，有色金屬的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣?。銅及其合金銅是一種重要的有色金屬，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。銅的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括電氣、電子、機(jī)械、建筑等領(lǐng)域。銅合金是銅與其他金屬或非金屬元素組成的合金，具有比純銅更優(yōu)良的性能，例如強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性和耐磨性等。鋁及其合金鋁合金是鋁與其他金屬元素組成的合金，兼具鋁的輕質(zhì)、耐腐蝕性以及其他金屬的強(qiáng)度、硬度等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、建筑、電子等領(lǐng)域。鋁合金種類繁多，根據(jù)主要合金元素的不同可分為：鋁銅合金、鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁錳合金等。常見的鋁合金有：2024鋁合金、6061鋁合金、7075鋁合金等。鎂及其合金輕質(zhì)高強(qiáng)鎂合金密度低，強(qiáng)度高，是輕金屬材料中的佼佼者。應(yīng)用廣泛鎂合金在航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。易于加工鎂合金具有良好的加工性能，易于成型和加工。未來發(fā)展鎂合金的應(yīng)用前景廣闊，未來將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。鈦及其合金鈦是一種銀白色的過渡金屬，具有優(yōu)異的耐腐蝕性、強(qiáng)度高、重量輕的特點(diǎn)，被譽(yù)為“未來金屬”。鈦合金是鈦與其他金屬元素組成的合金，具有優(yōu)異的綜合性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械、化工等領(lǐng)域。鈦合金的種類很多，常用的有：Ti-6Al-4VTi-6Al-7NbTi-10V-2Fe-3Al稀有金屬11.稀有金屬的特點(diǎn)在地殼中含量極低，通常指一些稀有元素及其化合物，如金、鉑、銀等。22.稀有金屬的用途在電子、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，例如制造高性能合金、精密儀器等。33.稀有金屬的開采開采難度大、成本高，需要采用特殊技術(shù)和設(shè)備。44.稀有金屬的回收利用循環(huán)利用稀有金屬，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。金屬的物理性能金屬的物理性能是指在不發(fā)生化學(xué)變化的情況下，金屬材料所表現(xiàn)出來的性質(zhì)。這些性能對(duì)金屬材料的應(yīng)用和加工具有重要意義，是選擇金屬材料的重要依據(jù)。10.5密度g/cm3100熔點(diǎn)℃200沸點(diǎn)℃20導(dǎo)熱性W/(m·K)金屬的化學(xué)性能金屬的化學(xué)性能指金屬與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的能力。不同金屬的化學(xué)性能各不相同，主要受金屬的電負(fù)性、氧化還原電位和金屬表面的保護(hù)膜影響。例如，鐵容易與氧氣、水反應(yīng)生成氧化鐵，而金則非常穩(wěn)定，不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。金屬的化學(xué)性能決定了其在不同環(huán)境中的穩(wěn)定性，以及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，鋁具有較強(qiáng)的抗腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、建筑等領(lǐng)域。金屬的機(jī)械性能金屬材料的機(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。主要包括強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度、耐磨性等。這些性能指標(biāo)決定了金屬材料在不同環(huán)境下的應(yīng)用領(lǐng)域。金屬的工藝性能可加工性是指金屬材料在加工過程中抵抗變形的能力，例如切削、彎曲、拉伸等。焊接性是指金屬材料在焊接過程中熔化、凝固及結(jié)合的能力。鑄造性是指金屬材料在熔融狀態(tài)下填充模具并凝固成型的能力。鍛造性是指金屬材料在高溫下承受錘擊或壓力而發(fā)生塑性變形的能力。熱處理性是指金屬材料在熱處理過程中發(fā)生相變并改變其組織結(jié)構(gòu)和性能的能力。金屬的耐蝕性金屬的耐蝕性是指金屬抵抗周圍環(huán)境介質(zhì)腐蝕的能力，即金屬抵抗化學(xué)或電化學(xué)作用的能力。金屬的耐蝕性與金屬的化學(xué)成分、表面狀態(tài)、環(huán)境介質(zhì)等因素有關(guān)。金屬的耐蝕性是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一，對(duì)金屬材料的應(yīng)用范圍、使用壽命和安全性具有重要影響。在選擇金屬材料時(shí)，必須考慮其耐蝕性，以確保其在特定環(huán)境下能夠正常工作。金屬的焊接性焊接性金屬在焊接過程中形成牢固焊縫的能力影響因素金屬的熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、塑性、化學(xué)成分等焊接方法電弧焊、氣焊、激光焊、電子束焊等金屬的加工方法鍛造通過機(jī)械壓力使金屬材料塑性變形，提高其強(qiáng)度和韌性。焊接利用熱或壓力將兩個(gè)或多個(gè)金屬零件連接成一體。切削利用刀具切削金屬材料，改變其形狀和尺寸。鑄造將熔融金屬澆注到模具中，冷卻凝固成所需形狀的金屬制品。鑄造工藝1型芯制備制作鑄件內(nèi)部形狀的型芯2熔化金屬將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)3澆注將熔融金屬倒入鑄型4冷卻固化金屬在鑄型內(nèi)冷卻固化5清理去除鑄件上的型砂和澆口鑄造工藝通過將熔化的金屬倒入鑄型中，冷卻凝固后得到所需形狀的鑄件。它是金屬加工的主要方法之一，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。鍛造工藝1鍛造概述鍛造是一種將金屬材料加熱至塑性狀態(tài)后，利用鍛錘或壓力機(jī)進(jìn)行錘擊或壓制成型的加工工藝。2鍛造優(yōu)勢(shì)鍛造工藝可以提高金屬材料的強(qiáng)度、韌性和抗疲勞性能，還能改善其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)其使用壽命。提高強(qiáng)度和韌性改善組織結(jié)構(gòu)提高尺寸精度提高表面質(zhì)量3鍛造過程鍛造過程包括加熱、成形和冷卻三個(gè)階段，每個(gè)階段都需要嚴(yán)格控制溫度和壓力。熱處理工藝退火退火是將金屬加熱到一定溫度后，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻的一種熱處理工藝，可以使金屬材料的晶粒細(xì)化，提高塑性，降低硬度，從而改善金屬的加工性能。正火正火是將金屬加熱到奧氏體化溫度后，在空氣中冷卻的一種熱處理工藝，可以使金屬材料獲得細(xì)小的等軸晶粒組織，提高強(qiáng)度和韌性。淬火淬火是將金屬加熱到奧氏體化溫度后，迅速冷卻到室溫或更低的溫度，使金屬材料獲得馬氏體組織，提高硬度和強(qiáng)度?；鼗鸹鼗鹗菍⒋慊鸷蟮慕饘偌訜岬揭欢囟群?，保溫一段時(shí)間，然后冷卻的一種熱處理工藝，可以降低淬火后的金屬材料的硬度和脆性，提高韌性，改善切削加工性能。表面處理工藝1表面涂層例如，電鍍、噴涂、熱噴涂2表面改性例如，熱處理、表面強(qiáng)化3表面清潔例如，機(jī)械拋光、化學(xué)清洗表面處理工藝是提高金屬材料表面性能的重要手段，可改善金屬材料的耐腐蝕性、耐磨性、耐熱性、裝飾性等。金屬材料的應(yīng)用建筑鋼鐵、鋁、銅等廣泛用于建筑結(jié)構(gòu)、管道和裝飾材料。交通汽車、飛機(jī)、火車、輪船等交通工具大量使用金屬材料。電子電子產(chǎn)品中的芯片、電路板、外殼等也離不開金屬材料。能源石油、天然氣開采、電力輸送等領(lǐng)域使用金屬材料制造設(shè)備和管道。金屬材料的發(fā)展趨勢(shì)輕量化越來越多的輕質(zhì)金屬材料，例如鋁、鎂、鈦合金。它們?cè)诤娇蘸教?、汽車等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。輕量化可以提高效率，減少能源消耗。高性能化耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度等特殊性能金屬材料，滿足航空航天、能源等領(lǐng)域的需求。高性能金屬材料將成為未來科技發(fā)展的關(guān)鍵。金屬材料的市場(chǎng)前景全球金屬產(chǎn)量（百萬噸）金屬市場(chǎng)規(guī)模（億美元）預(yù)計(jì)未來幾年，全球金屬產(chǎn)量將持續(xù)增長(zhǎng)，金屬市場(chǎng)規(guī)模也將不斷擴(kuò)大。隨著新能源、新材料等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)金屬材料的需求將會(huì)持續(xù)增加。未來幾年，金屬材料市場(chǎng)將繼續(xù)保持良好的發(fā)展勢(shì)頭。金屬材料案例分析例如，高強(qiáng)度鋼在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用，例如摩天大樓的框架結(jié)構(gòu)，顯著提高了建筑的承載能力，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在航空航天領(lǐng)域，鈦合金因其輕量化和高強(qiáng)度特性，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)體和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件的制造，提升了飛行器的性能和安全系數(shù)。金屬材料的未來展望綠色金屬材料環(huán)保材料發(fā)展是重要趨勢(shì)，輕量化、高強(qiáng)度、可回收材料將成為研發(fā)重點(diǎn)。智能金屬材料智能化是未來方向，具有自修復(fù)、形狀記憶等功能的材料將得到廣泛應(yīng)用。先進(jìn)制造技術(shù)3D打印、激光熔