《常用金屬材料》課件

常用金屬材料金屬材料在現(xiàn)代社會(huì)中扮演著重要的角色，廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域。課程目標(biāo)掌握常用金屬材料知識(shí)學(xué)習(xí)常見金屬材料的性質(zhì)、分類、應(yīng)用等基礎(chǔ)知識(shí)。提升金屬材料選擇能力了解不同金屬材料的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的材料。掌握金屬材料加工工藝熟悉常見金屬材料的加工工藝，并了解其應(yīng)用領(lǐng)域和注意事項(xiàng)。金屬材料的特性高強(qiáng)度金屬材料通常具有較高的強(qiáng)度，能夠承受較大的載荷，這是其在結(jié)構(gòu)和工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的重要原因之一。延展性金屬材料通常具有良好的延展性，可以被塑造成各種形狀，便于加工和制造各種產(chǎn)品。導(dǎo)電性金屬材料通常具有良好的導(dǎo)電性，在電氣設(shè)備和電子器件中起著重要的作用。導(dǎo)熱性金屬材料具有良好的導(dǎo)熱性，在熱交換器、鍋具等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。金屬的物理性質(zhì)密度金屬的密度一般較高，例如鐵的密度約為7.85g/cm3。熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)較高，例如鐵的熔點(diǎn)約為1538℃。導(dǎo)熱性金屬具有良好的導(dǎo)熱性，例如銅和鋁的導(dǎo)熱性很好。導(dǎo)電性金屬具有良好的導(dǎo)電性，例如銅和銀的導(dǎo)電性非常好。金屬的化學(xué)性質(zhì)與氧氣反應(yīng)大多數(shù)金屬在常溫下能與氧氣反應(yīng)，生成氧化物，例如鐵在潮濕的空氣中會(huì)生銹。一些金屬在高溫下與氧氣反應(yīng)更劇烈，例如鎂在空氣中燃燒會(huì)發(fā)出耀眼的白光。與酸反應(yīng)金屬與酸反應(yīng)生成鹽和氫氣，例如鋅與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和氫氣。不同的金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度不同，例如鋁與稀硫酸反應(yīng)緩慢，而鎂與稀硫酸反應(yīng)劇烈。與鹽溶液反應(yīng)活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬可以置換出溶液中活動(dòng)性較弱的金屬，例如鐵可以將銅從硫酸銅溶液中置換出來。金屬的化學(xué)性質(zhì)決定了金屬的用途，例如鋁制成的容器可以用來盛裝酸性食品，而鐵制成的容器則不能。金屬的機(jī)械性質(zhì)11.強(qiáng)度金屬抵抗外力破壞的能力，比如拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等。22.硬度金屬抵抗物體壓入其表面的能力，比如布氏硬度、洛氏硬度等。33.塑性金屬在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞的能力。44.韌性金屬在外力作用下吸收能量的能力，反映了金屬抵抗沖擊和斷裂的能力。常見金屬材料概述11.鐵鐵是地球上最豐富的元素之一，也是最常用的金屬材料。22.鋁鋁是輕質(zhì)金屬，強(qiáng)度高，抗腐蝕性好，廣泛應(yīng)用于航空航天、建筑和汽車工業(yè)。33.銅銅是良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料，常用于制造電線、電纜和管材。44.鎂鎂是密度最低的結(jié)構(gòu)金屬，常用于制造航空航天器、汽車零部件和電子產(chǎn)品。鋼鐵鋼鐵是一種重要的金屬材料，在工業(yè)生產(chǎn)和生活中得到廣泛應(yīng)用。鋼鐵具有強(qiáng)度高、硬度大、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。鋼鐵的生產(chǎn)過程主要包括煉鐵和煉鋼兩個(gè)步驟，煉鐵將鐵礦石還原為生鐵，煉鋼將生鐵轉(zhuǎn)化為鋼。鋁合金鋁合金是指以鋁為主要成分的合金，具有良好的耐腐蝕性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和可加工性。鋁合金密度小，強(qiáng)度高，且具有良好的塑性，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、建筑、電子等行業(yè)。銅合金銅合金是指銅與其他金屬元素或非金屬元素組成的合金。它是一種用途廣泛的金屬材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，在工業(yè)、電子、建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。常見銅合金包括黃銅、青銅和白銅等。鎂合金輕質(zhì)和強(qiáng)度鎂合金密度低，但強(qiáng)度高，適用于需要減輕重量的應(yīng)用，例如汽車零件?？杉庸ば枣V合金可加工性好，易于塑形，適用于制造電子產(chǎn)品外殼等。耐腐蝕性鎂合金耐腐蝕，適用于戶外應(yīng)用，例如自行車車架。鈦合金鈦合金是一種具有優(yōu)異性能的金屬材料。它具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、生物相容性好等特點(diǎn)。鈦合金在航空航天、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。鈦合金的強(qiáng)度高，重量輕，是航空航天領(lǐng)域理想的材料。它還具有良好的耐腐蝕性，適合在惡劣環(huán)境下使用。鈦合金在醫(yī)療領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用，例如用于制造人工骨骼、心臟瓣膜等醫(yī)療器械。鋼鐵的分類碳素鋼主要成分為鐵和碳，根據(jù)含碳量的不同，分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼，性能差異較大。合金鋼在碳素鋼的基礎(chǔ)上，加入其他金屬元素，如錳、硅、鉻等，改善性能，如耐高溫、抗腐蝕、高強(qiáng)度等。碳素鋼定義碳素鋼僅含鐵和碳兩種元素。碳含量決定了其強(qiáng)度、硬度和韌性。碳含量越高，強(qiáng)度和硬度越高，但韌性越低。分類低碳鋼中碳鋼高碳鋼合金鋼定義合金鋼是通過在鋼中添加其他金屬元素，例如鉻、鎳、錳、鉬等，來提高其性能的鋼鐵材料。分類合金鋼根據(jù)其添加的元素和含量，可以分為多種類型，例如低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。特點(diǎn)合金鋼通常具有更高的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、耐高溫性和耐磨性等優(yōu)異性能。應(yīng)用合金鋼廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、建筑工程、化工設(shè)備等領(lǐng)域。鋼鐵的熱處理1加熱將鋼鐵加熱到一定溫度2保溫在該溫度下保溫一定時(shí)間3冷卻以一定速度冷卻熱處理改變鋼鐵內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。影響鋼鐵的性能和加工性能。退火11.降低硬度和強(qiáng)度退火可以使金屬材料變得更軟，更易于加工。22.提高韌性和塑性退火可以提高金屬材料的延展性和抗沖擊性能。33.消除內(nèi)應(yīng)力退火可以消除金屬材料內(nèi)部的應(yīng)力，從而改善材料的穩(wěn)定性。44.改善金屬的加工性能退火可以使金屬材料更易于彎曲、拉伸、沖壓等加工。正火加熱至奧氏體區(qū)鋼材被加熱至奧氏體化溫度，并保溫一段時(shí)間，使其內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變。緩慢冷卻至室溫將鋼材從奧氏體化溫度緩慢冷卻至室溫，使晶粒長大，組織更加均勻。提高機(jī)械性能正火后，鋼材的強(qiáng)度、韌性、塑性等綜合機(jī)械性能得到提升。淬火加熱將鋼材加熱到高于其臨界溫度的奧氏體區(qū)域。冷卻迅速將鋼材冷卻到低于臨界溫度，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。提高硬度淬火可以大幅提高鋼材的硬度和強(qiáng)度，使其更耐磨損和抗沖擊。脆性但淬火同時(shí)也會(huì)增加鋼材的脆性，使其更易發(fā)生斷裂。回火定義回火是將淬火后的鋼件加熱到低于淬火溫度的適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻的一種熱處理工藝。目的回火可以降低鋼件的硬度和脆性，提高其韌性，改善加工性能和使用性能。鋁合金的分類鑄造鋁合金鑄造鋁合金具有良好的流動(dòng)性，易于鑄造，適合制造復(fù)雜形狀的零件。鍛造鋁合金鍛造鋁合金具有高強(qiáng)度和良好的耐磨性，適用于制造高強(qiáng)度零件。鑄造鋁合金流動(dòng)性好鑄造鋁合金具有良好的流動(dòng)性，可以鑄造出形狀復(fù)雜的零件。強(qiáng)度較高鑄造鋁合金的強(qiáng)度較高，可以滿足一定的強(qiáng)度要求。耐腐蝕性好鑄造鋁合金耐腐蝕性好，可以用于各種環(huán)境中。成本低廉鑄造鋁合金的成本較低，適合大批量生產(chǎn)。鍛造鋁合金高強(qiáng)度和耐用性鍛造鋁合金經(jīng)過高溫鍛造，提高了合金的強(qiáng)度和耐用性，在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。優(yōu)異的機(jī)械性能鍛造鋁合金擁有良好的延展性和抗疲勞性能，適合制造需要承受高負(fù)荷的機(jī)械零件。廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域鍛造鋁合金因其優(yōu)異的性能，應(yīng)用于汽車、船舶、航空航天、電子設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。鋁合金的熱處理固溶處理將鋁合金加熱到一定溫度并保溫一段時(shí)間，使第二相溶解在固溶體中，然后快速冷卻。時(shí)效處理將固溶處理后的鋁合金在室溫或較高溫度下保溫一段時(shí)間，使過飽和固溶體分解析出第二相，從而提高鋁合金的強(qiáng)度、硬度和耐腐蝕性。人工時(shí)效將鋁合金加熱到一定溫度，并保溫一段時(shí)間，使過飽和固溶體分解析出第二相，從而提高鋁合金的強(qiáng)度、硬度和耐腐蝕性。固溶處理11.固溶溫度固溶溫度必須高于合金的溶解度線溫度，以使第二相完全溶解在基體中。22.保持時(shí)間保持時(shí)間要足夠長，使合金充分溶解，一般為數(shù)小時(shí)甚至更長。33.冷卻速度冷卻速度要快，使溶質(zhì)原子來不及析出，從而獲得過飽和固溶體。時(shí)效處理時(shí)效處理時(shí)效處理是將鋁合金在一定溫度下保溫一段時(shí)間，使其析出第二相，提高其強(qiáng)度和硬度。增強(qiáng)性能時(shí)效處理能提高鋁合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度，同時(shí)也會(huì)改善其耐腐蝕性和疲勞性能。應(yīng)用廣泛時(shí)效處理在航空航天、汽車、電子、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，例如飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、汽車零部件、電子元件等。銅合金的分類黃銅黃銅主要由銅和鋅組成，并可能含有少量其他元素。黃銅具有良好的耐腐蝕性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，通常用于制造管道、閥門、緊固件和裝飾品。青銅青銅主要由銅和錫組成，并可能含有少量其他元素。青銅具有良好的耐腐蝕性、強(qiáng)度和延展性，通常用于制造雕塑、鐘表和工具。白銅白銅主要由銅和鎳組成，并可能含有少量其他元素。白銅具有良好的耐腐蝕性、抗氧化性和耐磨性，通常用于制造餐具、珠寶和工業(yè)部件。黃銅銅鋅合金黃銅由銅和鋅組成，是應(yīng)用最廣泛的銅合金。黃銅具有良好的強(qiáng)度和耐腐蝕性，易于加工和成型。種類繁多黃銅種類很多，包括鑄造黃銅，鍛造黃銅，以及用于特殊用途的特殊黃銅。不同種類的黃銅具有不同的力學(xué)性能和化學(xué)性能。青銅歷史悠久青銅是一種古老的金屬合金，其歷史可以追溯到公元前3000年。銅錫合金青銅通常由銅和錫組成，錫的含量通常在10%至20%之間。耐腐蝕青銅具有良好的耐腐蝕性和耐磨性，使其成為制作工具、武器和裝飾品的理想材料。多種用途青銅在古代和現(xiàn)代都有廣泛的應(yīng)用，包括雕塑、鐘表、樂器和建筑材料。白銅銀白色白銅是一種銀白色的合金，由銅和鎳組成。耐腐蝕性白銅具有良好的耐腐蝕性，不易生銹，在潮濕的環(huán)境中也能保持光澤。廣泛應(yīng)用硬幣裝飾品樂器鎂合金的特點(diǎn)和應(yīng)用輕質(zhì)鎂合金密度低，僅為鋁合金的三分之二，是金屬中最輕的，所以鎂合金具有優(yōu)良的輕量化性能，能夠顯著減輕產(chǎn)品重量，降低能耗和成本。高強(qiáng)度鎂合金的強(qiáng)度很高，可以承受高負(fù)載和高沖擊力的工作環(huán)境。耐腐蝕鎂合金表面容易形成致密的氧化膜，具有良好的耐腐蝕性，可以滿足各種惡劣環(huán)境下的使用要求?？杉庸ば枣V合金具有良好的可加工性和可塑性，易于鑄造、鍛造和擠壓成型，可以滿足各種復(fù)雜形狀和尺寸的產(chǎn)品需求。鎂合金的特點(diǎn)11.輕量化鎂合金密度低，約為鋁合金的2/3，是所有金屬中最輕的，具有顯著的輕量化優(yōu)勢。22.高強(qiáng)度鎂合金具有較高的強(qiáng)度和剛度，可與鋁合金相比，在同樣重量下具有更好的強(qiáng)度性能。33.良好的加工性能鎂合金的塑性較好，易于加工成型，且具有良好的切削加工性能。44.優(yōu)異的阻尼性能鎂合金具有良好的吸振性能，可有效降低噪聲和振動(dòng)，提高產(chǎn)品的使用舒適性。鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域電子產(chǎn)品鎂合金重量輕，易于加工，適用于筆記本電腦、手機(jī)等電子設(shè)備的外殼，減輕產(chǎn)品重量，提高便攜性。汽車制造鎂合金強(qiáng)度高，耐腐蝕，可用于汽車零部件，如座椅骨架、儀表盤等，降低汽車重量，提高燃油效率。運(yùn)動(dòng)器材鎂合金輕巧堅(jiān)固，適合制作自行車車架、高爾夫球桿等運(yùn)動(dòng)器材，提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，提高舒適度。航空航天鎂合金強(qiáng)度高，重量輕，耐高溫，適合用于飛機(jī)、火箭等航空航天器部件，提高性能，降低成本。鈦合金的性能和應(yīng)用高強(qiáng)度鈦合金具有高強(qiáng)度和高剛度，強(qiáng)度是鋁合金的兩倍，接近于鋼，但密度僅為鋼的一半，因此強(qiáng)度重量比很高。耐腐蝕性鈦合金的耐腐蝕性極佳，在許多腐蝕性環(huán)境中都能保持優(yōu)異的性能，例如海水、酸、堿等。耐高溫鈦合金的熔點(diǎn)高，在高溫下依然能夠保持良好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，因此在航空航天、化工等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。生物相容性鈦合金具有良好的生物相容性，不會(huì)引起人體排斥反應(yīng)，因此廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械和人工關(guān)節(jié)等領(lǐng)域。鈦合金的性能高強(qiáng)度鈦合金的強(qiáng)度很高，是鋼的2倍左右，但密度卻比鋼小。耐腐蝕鈦合金的耐腐蝕性能優(yōu)異，在各種介質(zhì)中都具有良好的穩(wěn)定性。耐高溫鈦合金的耐高溫性能也很好，可在高溫環(huán)境下保持其機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性。生物相容性好鈦合金具有良好的生物相容性，不易引起人體排斥反應(yīng)。鈦合金的應(yīng)用航空航天鈦合金具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等航空航天領(lǐng)域。醫(yī)療器械鈦合金生物相容性好，可用于制造人工關(guān)節(jié)、骨骼固定器、牙種植體等醫(yī)療器械。化學(xué)工業(yè)鈦合金耐酸堿腐蝕，適用于制造反應(yīng)釜、管道、閥門等耐腐蝕設(shè)備。其他領(lǐng)域此外，鈦合金還應(yīng)用于手表、眼鏡框、高爾夫球桿等領(lǐng)域。金屬材料的選用原則11.性能要求首先要考慮材料的性能，是否滿足產(chǎn)品的使用要求。22.加工性能其次要考慮材料的加工性能，是否易于加工成型。33.經(jīng)濟(jì)性最后要考慮材料的經(jīng)濟(jì)性，成本是否合理，是否適合批量生產(chǎn)。性能要求強(qiáng)度材料抵抗外力變形和斷裂的能力。抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度硬度材料抵抗局部壓痕的能力。布氏硬度洛氏硬度維氏硬度耐熱性材料在高溫下保持性能的能力。熔點(diǎn)熱膨脹系數(shù)耐腐蝕性材料抵抗腐蝕介質(zhì)侵蝕的能力。耐酸性耐堿性耐鹽性加工性能切削加工可通過車床、銑床、刨床等設(shè)備加工成型。鍛造加工通過錘擊或壓力使金屬材料發(fā)生塑性變形，獲得所需的形狀和尺寸。