材料概論第四章 金屬材料概要課件

金屬材料的概況

鋼鐵是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的基本支柱，主要用于鐵路、建筑、橋梁、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。

中國鋼鐵產(chǎn)量世界第一，2011年鋼鐵產(chǎn)量約6.9億噸，占全世界產(chǎn)量的70%，是世界其他國家總和的2倍半。其中，4千多萬噸鋼材出口。

2012年1-11月，中國鋼產(chǎn)量6.60億噸。

中國目前至少有1/3的不符合質(zhì)量要求。特種鋼材主要靠進(jìn)口。金屬材料的概況鋼鐵是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的基本支柱，主要用于1

金屬材料分類

黑色金屬

金屬材料

有色金屬

特殊金屬在103種元素中，金屬元素有81種

金屬材料分類在103種元素中，金屬元2金屬材料分類

生鐵

含C>2％碳素鋼黑色金屬鋼含C0.04％－2％

合金鋼

純鐵含C<0.04％含碳量越高，硬度、強(qiáng)度越大，但塑性降低金屬材料分類含碳量越高，硬度、強(qiáng)度越大，但塑性降低3金屬材料分類重金屬Cu、Pb、Zn、Ni輕金屬Al、Mg、Ti有色金屬

貴金屬Au、Ag、Pt稀有金屬W、Mo、U、Ta、稀土金屬

金屬材料分類4金屬材料分類特殊金屬－非晶態(tài)金屬、形狀記憶合金、減震合金、超塑金屬、儲(chǔ)氫合金、超導(dǎo)合金等金屬材料分類5金屬材料的特點(diǎn)金屬材料的特點(diǎn)1、常溫下為固體（Hg除外）2、熔點(diǎn)較高也有較低的如：Sn、Pb、Zn、Al3、密度較大（Mg、Al除外3g/cm以下）4、有光澤5、延展性、韌性、可加工性好6、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性好，Ag、Cu、Al7、易氧化金屬材料的特點(diǎn)金屬材料6鋼Thefourtypesofstresses

鋼Thefourtypesofstresses7碳鋼的牌號(hào)與用途碳素工具鋼：TT9表示含C：0.9w%。用途制造各種刀具、量具、模具等鑄鋼：ZGZG25，表示含C：0.25%。用途主要用于制造形狀復(fù)雜并需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件，如齒輪、聯(lián)軸器等。碳鋼的牌號(hào)與用途碳素工具鋼：TT9表示含C：0.8合金鋼按含碳量分鐵及鐵基合金在碳鋼中加入一種或多種合金元素，形成的鋼稱之為合金鋼。低合金鋼<5w％中合金鋼5w％－10w％高合金鋼>10w％按合金元素分：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼等。按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼。合金鋼按含碳量分鐵及鐵基合金在碳鋼中加入一種或多種合金元素，9鐵及鐵基合金不銹鋼－在大氣和一般腐蝕性介質(zhì)中具有很高耐蝕性的鋼。用途－制造在各種腐蝕性介質(zhì)中工作并具有較高抗腐蝕能力的零件或結(jié)構(gòu)件。廣泛用于石油、化工、原子能、海洋開發(fā)、國防和一些先端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。鐵及鐵基合金不銹鋼－在大氣和一般腐蝕性介質(zhì)中具有很高耐蝕性的10鐵及鐵基合金鑄鐵C>2.11%的鐵，通常還含有較多的Si、Mn、S、P等元素。用途

鑄鐵是工程上最常用的金屬材料，廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造、冶金、礦上、石油化工、交通等領(lǐng)域。在汽車占50－70％，在機(jī)床制造中占60－90％。鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，價(jià)格便宜。鐵及鐵基合金鑄鐵C>2.11%的鐵，通常還含有較多的Si、11鐵及鐵基合金灰口鑄鐵鑄鐵的種類白口鑄鐵麻口鑄鐵鐵及鐵基合金灰口鑄鐵鑄鐵的種類白口鑄鐵麻口鑄鐵12鐵及鐵基合金鑄鐵性能特點(diǎn)

石墨的形態(tài)對(duì)鑄鐵的力學(xué)性能影響較大。石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋和空洞，它降低基體的抗拉強(qiáng)度，并引起應(yīng)力集中。石墨量越多，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度越低。鐵及鐵基合金鑄鐵性能特點(diǎn)石墨的形態(tài)對(duì)鑄鐵的力學(xué)13鐵及鐵基合金石墨的存在對(duì)鑄鐵的特殊作用1、切削加工性能優(yōu)異；2、鑄造性能良好；3、具有耐磨性；4、具有良好的減振性；5、對(duì)缺口不敏感；鐵及鐵基合金石墨的存在對(duì)鑄鐵的特殊作用1、切削加工性能優(yōu)異；14非鐵及其合金鋁及鋁合金銅及銅合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金非鐵及其合金鋁及鋁合金銅及銅合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金15鋁及鋁合金鋁及鋁合金的特點(diǎn)密度低、比強(qiáng)度高。純鋁的密度只有2700kg/m3，僅為鐵的1/4。優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電性能好、磁化率低、耐腐蝕等。

加工性能好。鑄造性能好、易于塑性變形，經(jīng)熱處理后還具有很高的強(qiáng)度。鋁及鋁合金鋁及鋁合金的特點(diǎn)密度低、比強(qiáng)度高。純鋁16鋁及鋁合金純鋁名稱純度用途高純鋁99.93%-99.99%科學(xué)研究、制作電器工業(yè)高純鋁98.85%-99.9%鋁箔、鋁合金原料工業(yè)純鋁98.0%-99.0%電線、電纜、配置合金純鋁中含有Fe、Si、Zn等元素時(shí)，會(huì)使性能下降純鋁的強(qiáng)度很低，不能用作結(jié)構(gòu)材料鋁合金鋁及鋁合金純鋁名稱純度用途高純鋁99.93%-99.99%科17鋁及鋁合金合金元素的作用鋁中加入合金元素后，可提高合金的強(qiáng)度，并保持良好的加工性能。提高強(qiáng)度的方法固溶強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化彌散強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化鋁及鋁合金合金元素的作用鋁中加入合金元素后，可提高合金的提高18時(shí)效強(qiáng)化在金屬基體中加入固溶度隨溫度降低而降低的合金元素，通過高溫固溶淬火處理，形成過飽和固溶體，通過時(shí)效，過飽和固溶體分解，合金元素以一定方式析出，彌散分布在基體中形成沉淀相，沉淀相能有效阻止晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高提高合金強(qiáng)度。

時(shí)效強(qiáng)化在金屬基體中加入固溶度隨溫度降低而降低的合19鋁及鋁合金鋁合金的種類變形鋁合金鑄造鋁合金用途鋁絲、鋁箔、鋁合金型材等復(fù)雜形狀的鑄件等鋁及鋁合金鋁合金的種類變形鋁合金鑄造鋁合金用途鋁絲、鋁20銅及銅合金銅及銅合金的特點(diǎn)優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好、耐腐蝕等，是抗磁材料。加工性能好。容易冷熱成形，鑄造銅合金鑄造性能好。具有某些特殊力學(xué)性能。比如優(yōu)良的減摩性和耐摩性高的彈性極限和疲勞強(qiáng)度。色澤美觀。銅及銅合金銅及銅合金的特點(diǎn)優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電、導(dǎo)熱性21銅及銅合金純銅純銅為紫色，又稱紫銅。主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金。工業(yè)純銅分為4種：T1、T2、T3、T4。編號(hào)越大，純度越低。純銅的強(qiáng)度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料銅及銅合金純銅純銅為紫色，又稱紫銅。主要用于制作純銅的強(qiáng)度低22銅及銅合金銅合金種類銅中加入合金元素后，可提高合金的強(qiáng)度，并保持良好的加工性能。銅合金的種類黃銅青銅白銅以Zn為主要合金元素。良好的加工性能，優(yōu)良的鑄造性能，耐腐蝕性能也好。以Sn為主要合金元素。用于鑄造形狀復(fù)雜的零件?？垢g性比黃銅還好。以Ni為主要合金元素。具有較好的強(qiáng)度和塑性，能進(jìn)行冷加工變形，抗腐蝕性能也好。銅及銅合金銅合金種類銅中加入合金元素后，可提高合金的強(qiáng)度，銅23鈦及鈦合金鈦及鈦合金的特點(diǎn)密度低、比強(qiáng)度高。耐高溫、耐腐蝕性能、低溫韌性好等。加工條件復(fù)雜，成本較高。鈦及鈦合金鈦及鈦合金的特點(diǎn)密度低、比強(qiáng)度高。耐高溫、耐腐蝕性24鈦及鈦合金純鈦鈦的密度低，熔點(diǎn)高，線膨脹系數(shù)小。導(dǎo)熱性差。純鈦塑性好，強(qiáng)度高，可以加工成細(xì)絲和薄片。鈦在大氣、海水及酸堿中的抗腐蝕性能好。純鈦的晶體結(jié)構(gòu)<882.5°C：密排六方結(jié)構(gòu)，α－Ti>882.5°C：體心立方結(jié)構(gòu)。β－Ti鈦及鈦合金純鈦鈦的密度低，熔點(diǎn)高，線膨脹系數(shù)小25鈦及鈦合金α－鈦合金鈦中加鋁、硼，獲得α－Ti合金。其強(qiáng)度較低，但高溫（500－600度）強(qiáng)度很高?？寡趸?、抗蠕變性、焊接性能良好。鈦中加鉬、鉻、釩，獲得β－Ti合金。其強(qiáng)度高，沖壓性能好，并可通過淬火和時(shí)效獲得強(qiáng)化。其塑性好，容易鍛造、壓延和沖壓，可通過固溶和時(shí)效進(jìn)行強(qiáng)化。熱處理后的強(qiáng)度可提高50％－100％。α＋β－鈦合金β－鈦合金鈦合金的種類鈦及鈦合金α－鈦合金鈦中加鋁、硼，獲得α－Ti合金。鈦中加鉬26鎂及鎂合金純鎂的特點(diǎn)密度低、比強(qiáng)度高。純鎂的密度只有1749kg/m3，僅為鐵的1/4、鋁的2/3。鎂的電極電位較低，抗腐蝕性能差。鎂屬于密排六方結(jié)構(gòu)，因此塑性變形能力差。鎂及鎂合金純鎂的特點(diǎn)密度低、比強(qiáng)度高。純鎂的密27鎂及鎂合金鎂合金的特點(diǎn)低比重：工業(yè)用材料中最輕量材料（鋁的2/3重）高比強(qiáng)度：優(yōu)于鋼和鋁

震動(dòng)吸收性好：可將震動(dòng)能吸收并轉(zhuǎn)化成熱放出易機(jī)械加工、耐沖擊性好、電磁屏蔽性好、

可再生利用：有利于環(huán)境優(yōu)化鎂及鎂合金鎂合金的特點(diǎn)低比重：工業(yè)用材料中最輕量材料（鋁的228鎂及鎂合金鎂合金的種類變形鎂合金鑄造鎂合金用途鎂合金各種型材復(fù)雜形狀的鑄件鎂及鎂合金鎂合金的種類變形鎂合金鑄造鎂合金用途鎂合金各29貴金屬貴金屬具有優(yōu)良的高溫抗氧化性和抗腐蝕性能、電學(xué)性能、高的催化活性、強(qiáng)配位能力。在應(yīng)用中有"少、小、精、廣"的特點(diǎn)，被稱為現(xiàn)代"工業(yè)的維他命"。主要用途催化劑、磁電機(jī)材料、電極材料、儲(chǔ)氫材料、高強(qiáng)度材料、焊料等。

貴金屬貴金屬具有優(yōu)良的高溫抗氧化性和抗腐蝕性能、30金屬材料的應(yīng)用金屬材料的應(yīng)用31合金彈簧鋼合金彈簧鋼32合金刀具、量具鋼合金刀具、量具鋼33世界最長的跨海大橋杭州灣跨海鋼鐵大橋，橋長36公里

世界最長的跨海大橋杭州灣跨海鋼鐵大橋，橋長36公里34世界最長的高原鐵路青藏鐵路1142公里世界最長的高原鐵路青藏鐵路1142公里35鋁合金鋁合金36鈦合金鈦飛船鈦合金鈦飛船37銅制品銅制品38金屬材料應(yīng)用金屬材料應(yīng)用39金屬材料應(yīng)用金屬材料應(yīng)用40金屬材料的概況

鋼鐵是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的基本支柱，主要用于鐵路、建筑、橋梁、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。

中國鋼鐵產(chǎn)量世界第一，2011年鋼鐵產(chǎn)量約6.9億噸，占全世界產(chǎn)量的70%，是世界其他國家總和的2倍半。其中，4千多萬噸鋼材出口。

2012年1-11月，中國鋼產(chǎn)量6.60億噸。

中國目前至少有1/3的不符合質(zhì)量要求。特種鋼材主要靠進(jìn)口。金屬材料的概況鋼鐵是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的基本支柱，主要用于41

金屬材料分類

黑色金屬

金屬材料

有色金屬

特殊金屬在103種元素中，金屬元素有81種

金屬材料分類在103種元素中，金屬元42金屬材料分類

生鐵

含C>2％碳素鋼黑色金屬鋼含C0.04％－2％

合金鋼

純鐵含C<0.04％含碳量越高，硬度、強(qiáng)度越大，但塑性降低金屬材料分類含碳量越高，硬度、強(qiáng)度越大，但塑性降低43金屬材料分類重金屬Cu、Pb、Zn、Ni輕金屬Al、Mg、Ti有色金屬

貴金屬Au、Ag、Pt稀有金屬W、Mo、U、Ta、稀土金屬

金屬材料分類44金屬材料分類特殊金屬－非晶態(tài)金屬、形狀記憶合金、減震合金、超塑金屬、儲(chǔ)氫合金、超導(dǎo)合金等金屬材料分類45金屬材料的特點(diǎn)金屬材料的特點(diǎn)1、常溫下為固體（Hg除外）2、熔點(diǎn)較高也有較低的如：Sn、Pb、Zn、Al3、密度較大（Mg、Al除外3g/cm以下）4、有光澤5、延展性、韌性、可加工性好6、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性好，Ag、Cu、Al7、易氧化金屬材料的特點(diǎn)金屬材料46鋼Thefourtypesofstresses

鋼Thefourtypesofstresses47碳鋼的牌號(hào)與用途碳素工具鋼：TT9表示含C：0.9w%。用途制造各種刀具、量具、模具等鑄鋼：ZGZG25，表示含C：0.25%。用途主要用于制造形狀復(fù)雜并需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件，如齒輪、聯(lián)軸器等。碳鋼的牌號(hào)與用途碳素工具鋼：TT9表示含C：0.48合金鋼按含碳量分鐵及鐵基合金在碳鋼中加入一種或多種合金元素，形成的鋼稱之為合金鋼。低合金鋼<5w％中合金鋼5w％－10w％高合金鋼>10w％按合金元素分：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼等。按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼。合金鋼按含碳量分鐵及鐵基合金在碳鋼中加入一種或多種合金元素，49鐵及鐵基合金不銹鋼－在大氣和一般腐蝕性介質(zhì)中具有很高耐蝕性的鋼。用途－制造在各種腐蝕性介質(zhì)中工作并具有較高抗腐蝕能力的零件或結(jié)構(gòu)件。廣泛用于石油、化工、原子能、海洋開發(fā)、國防和一些先端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。鐵及鐵基合金不銹鋼－在大氣和一般腐蝕性介質(zhì)中具有很高耐蝕性的50鐵及鐵基合金鑄鐵C>2.11%的鐵，通常還含有較多的Si、Mn、S、P等元素。用途

鑄鐵是工程上最常用的金屬材料，廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造、冶金、礦上、石油化工、交通等領(lǐng)域。在汽車占50－70％，在機(jī)床制造中占60－90％。鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，價(jià)格便宜。鐵及鐵基合金鑄鐵C>2.11%的鐵，通常還含有較多的Si、51鐵及鐵基合金灰口鑄鐵鑄鐵的種類白口鑄鐵麻口鑄鐵鐵及鐵基合金灰口鑄鐵鑄鐵的種類白口鑄鐵麻口鑄鐵52鐵及鐵基合金鑄鐵性能特點(diǎn)

石墨的形態(tài)對(duì)鑄鐵的力學(xué)性能影響較大。石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋和空洞，它降低基體的抗拉強(qiáng)度，并引起應(yīng)力集中。石墨量越多，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度越低。鐵及鐵基合金鑄鐵性能特點(diǎn)石墨的形態(tài)對(duì)鑄鐵的力學(xué)53鐵及鐵基合金石墨的存在對(duì)鑄鐵的特殊作用1、切削加工性能優(yōu)異；2、鑄造性能良好；3、具有耐磨性；4、具有良好的減振性；5、對(duì)缺口不敏感；鐵及鐵基合金石墨的存在對(duì)鑄鐵的特殊作用1、切削加工性能優(yōu)異；54非鐵及其合金鋁及鋁合金銅及銅合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金非鐵及其合金鋁及鋁合金銅及銅合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金55鋁及鋁合金鋁及鋁合金的特點(diǎn)密度低、比強(qiáng)度高。純鋁的密度只有2700kg/m3，僅為鐵的1/4。優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電性能好、磁化率低、耐腐蝕等。

加工性能好。鑄造性能好、易于塑性變形，經(jīng)熱處理后還具有很高的強(qiáng)度。鋁及鋁合金鋁及鋁合金的特點(diǎn)密度低、比強(qiáng)度高。純鋁56鋁及鋁合金純鋁名稱純度用途高純鋁99.93%-99.99%科學(xué)研究、制作電器工業(yè)高純鋁98.85%-99.9%鋁箔、鋁合金原料工業(yè)純鋁98.0%-99.0%電線、電纜、配置合金純鋁中含有Fe、Si、Zn等元素時(shí)，會(huì)使性能下降純鋁的強(qiáng)度很低，不能用作結(jié)構(gòu)材料鋁合金鋁及鋁合金純鋁名稱純度用途高純鋁99.93%-99.99%科57鋁及鋁合金合金元素的作用鋁中加入合金元素后，可提高合金的強(qiáng)度，并保持良好的加工性能。提高強(qiáng)度的方法固溶強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化彌散強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化鋁及鋁合金合金元素的作用鋁中加入合金元素后，可提高合金的提高58時(shí)效強(qiáng)化在金屬基體中加入固溶度隨溫度降低而降低的合金元素，通過高溫固溶淬火處理，形成過飽和固溶體，通過時(shí)效，過飽和固溶體分解，合金元素以一定方式析出，彌散分布在基體中形成沉淀相，沉淀相能有效阻止晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高提高合金強(qiáng)度。

時(shí)效強(qiáng)化在金屬基體中加入固溶度隨溫度降低而降低的合59鋁及鋁合金鋁合金的種類變形鋁合金鑄造鋁合金用途鋁絲、鋁箔、鋁合金型材等復(fù)雜形狀的鑄件等鋁及鋁合金鋁合金的種類變形鋁合金鑄造鋁合金用途鋁絲、鋁60銅及銅合金銅及銅合金的特點(diǎn)優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好、耐腐蝕等，是抗磁材料。加工性能好。容易冷熱成形，鑄造銅合金鑄造性能好。具有某些特殊力學(xué)性能。比如優(yōu)良的減摩性和耐摩性高的彈性極限和疲勞強(qiáng)度。色澤美觀。銅及銅合金銅及銅合金的特點(diǎn)優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電、導(dǎo)熱性61銅及銅合金純銅純銅為紫色，又稱紫銅。主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金。工業(yè)純銅分為4種：T1、T2、T3、T4。編號(hào)越大，純度越低。純銅的強(qiáng)度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料銅及銅合金純銅純銅為紫色，又稱紫銅。主要用于制作純銅的強(qiáng)度低62銅及銅合金銅合金種類銅中加入合金元素后，可提高合金的強(qiáng)度，并保持良好的加工性能。銅合金的種類黃銅青銅白銅以Zn為主要合金元素。良好的加工性能，優(yōu)良的鑄造性能，耐腐蝕性能也好。以Sn為主要合金元素。用于鑄造形狀復(fù)雜的零件?？垢g性比黃銅還好。以Ni為主要合金元素。具有較好的強(qiáng)度和塑性，能進(jìn)行冷加工變形，抗腐蝕性能也好。銅及銅合金銅合金種類銅中加入合金元素后，可提高合金的強(qiáng)度，銅63鈦及鈦合金鈦及鈦合金的特點(diǎn)密度低、比強(qiáng)度高。耐高溫、耐腐蝕性能、低溫韌性好等。加工條件復(fù)雜，成本較高。鈦及鈦合金鈦及鈦合金的特點(diǎn)密度低、比強(qiáng)度高。耐高溫、耐腐蝕性64鈦及鈦合金純鈦鈦的密度低，熔點(diǎn)高，線膨脹系數(shù)小。導(dǎo)熱性差。純鈦塑性好，強(qiáng)度高，可以加工成細(xì)絲和薄片。鈦在大氣、海水及酸堿中的抗腐蝕性能好。純鈦的晶體結(jié)構(gòu)<882.5°C：密排六方結(jié)構(gòu)，α－Ti>882.5°C：體心立方結(jié)構(gòu)。β－Ti鈦及鈦合金純鈦鈦的密度低，熔點(diǎn)高，線膨脹系數(shù)小65鈦及鈦合金α－鈦合金鈦中加鋁、硼，獲得α－Ti合金。其強(qiáng)度較低，但高溫（500－600度）