【大學(xué)課件】建筑材料 金屬材料

建筑材料-金屬材料金屬材料在建筑領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，它具有強度高、耐久性好、可塑性強等特點，廣泛應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)和裝飾材料中。課程概述課程目標深入了解金屬材料在建筑工程中的應(yīng)用，掌握金屬材料的特性、分類、性能、加工工藝及選用原則。課程內(nèi)容涵蓋金屬材料的特性、分類、性能、加工工藝、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢等內(nèi)容。學(xué)習(xí)方法結(jié)合理論講解、案例分析、實驗操作等多種方式，幫助學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)金屬材料知識。金屬材料特性強度高金屬材料具有較高的強度，能夠承受較大的外力而不易變形或斷裂。延展性好金屬材料在一定條件下可以被拉伸成細絲或壓成薄片，具有良好的延展性和塑性。導(dǎo)熱性好金屬材料能夠有效地傳導(dǎo)熱量，這使得它們在熱交換和散熱方面具有應(yīng)用價值。導(dǎo)電性好金屬材料具有良好的導(dǎo)電性，是制作電線、電纜和電子元件的重要材料。鐵素材鐵是地殼中含量最高的金屬元素之一，也是人類最早利用的金屬材料之一。鐵的物理性質(zhì)穩(wěn)定，具有較高的強度、韌性和延展性。鐵的化學(xué)性質(zhì)活潑，容易與氧氣、水等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成氧化鐵，也就是我們常說的銹。鐵的熔點為1538℃，沸點為2750℃，密度為7.87克/厘米3。鋼鐵高強度鋼鐵具有很高的強度和韌性，適用于承重結(jié)構(gòu)和大型建筑。延展性鋼鐵可塑性好，易于加工成各種形狀，滿足不同的設(shè)計需求。耐腐蝕性通過表面處理，鋼鐵可以抵抗腐蝕，延長使用壽命。鋼鐵的種類1碳素鋼碳素鋼是鐵和碳的合金，按含碳量分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。2合金鋼合金鋼是在碳素鋼中加入其他元素的合金，具有更高的強度、韌性、耐腐蝕性和耐高溫性等優(yōu)異性能。3特殊鋼特殊鋼是具有特殊性能的鋼，例如不銹鋼、工具鋼、耐熱鋼等。鋼鐵的制備1煉鋼將生鐵中的碳和其它雜質(zhì)去除，制成鋼2煉鐵用焦炭還原鐵礦石，制成生鐵3原料鐵礦石，焦炭，石灰石鋼鐵的加熱處理1退火降低硬度，改善加工性能2正火細化晶粒，提高強度3淬火提高硬度，增強耐磨性4回火降低脆性，改善韌性鋼鐵的腐蝕與防護電化學(xué)腐蝕鋼鐵在潮濕的環(huán)境中會發(fā)生電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致表面形成氧化鐵，即鐵銹?；瘜W(xué)腐蝕鋼鐵在酸性或堿性環(huán)境中會發(fā)生化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕產(chǎn)物。防護措施常見的防護措施包括涂層、鍍層、添加緩蝕劑和改變金屬的微觀結(jié)構(gòu)。銅及其合金銅是一種重要的有色金屬，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于建筑、電子、機械等領(lǐng)域。常見的銅合金包括黃銅、青銅、白銅等。黃銅是銅與鋅的合金，具有良好的機械性能和耐磨性。青銅是銅與錫的合金，具有良好的耐腐蝕性和耐磨性。白銅是銅與鎳的合金，具有良好的耐腐蝕性和裝飾性。鋁及其合金鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素之一，具有輕質(zhì)、強度高、耐腐蝕、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于建筑、航空航天、汽車等領(lǐng)域。鋁合金是指將鋁與其他金屬元素合金化，進一步改善其性能，如提高強度、耐熱性、耐磨性等。常見的鋁合金包括鋁鎂合金、鋁硅合金、鋁銅合金等。輕質(zhì)金屬材料密度低輕質(zhì)金屬材料的密度較低，可以有效降低建筑物重量，減少基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)的負荷。強度高盡管密度低，輕質(zhì)金屬材料的強度卻很高，可以滿足現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的強度要求。加工性好輕質(zhì)金屬材料的加工性良好，易于成型和加工，可用于多種建筑形式和裝飾。貴金屬及其合金金金是一種化學(xué)元素，符號為Au，原子序數(shù)為79。它是一種柔軟、無氣味的黃白色貴金屬，在化學(xué)上是惰性金屬，不易與其他元素反應(yīng)。銀銀是一種化學(xué)元素，符號為Ag，原子序數(shù)為47。它是一種柔軟、白色的貴金屬，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性極佳。鉑鉑是一種化學(xué)元素，符號為Pt，原子序數(shù)為78。它是一種灰白色、耐腐蝕、密度高的貴金屬，熔點極高，比金更稀有，常用于珠寶、化學(xué)和電子領(lǐng)域。金屬材料的機械性能強度材料抵抗外力破壞的能力硬度材料抵抗表面壓痕的能力塑性材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形的能力韌性材料抵抗沖擊破壞的能力金屬材料的物理性能1000密度100導(dǎo)熱性100導(dǎo)電性100磁性金屬材料的物理性能對建筑設(shè)計和施工至關(guān)重要，影響著結(jié)構(gòu)安全、熱量傳遞和電氣性能等方面。金屬材料的化學(xué)性能耐腐蝕性耐氧化性金屬材料的化學(xué)性能決定了它們在不同環(huán)境中的耐腐蝕性、抗氧化性等.金屬材料的耐久性耐腐蝕性金屬材料在惡劣環(huán)境中抵抗腐蝕的能力至關(guān)重要，這直接影響其使用壽命。例如，在潮濕或鹽霧環(huán)境中，鋼鐵需要特殊的防腐處理?？蛊谛越饘俨牧显诜磸?fù)荷載下抵抗斷裂的能力，例如橋梁或建筑結(jié)構(gòu)在車輛荷載下承受的反復(fù)應(yīng)力?？谷渥冃栽诟邷丨h(huán)境下，金屬材料在持續(xù)荷載作用下發(fā)生緩慢形變的能力。例如，渦輪葉片在高溫下承受長時間工作狀態(tài)。金屬材料的加工工藝1切割根據(jù)設(shè)計圖紙和尺寸要求，將金屬材料切割成所需的形狀和尺寸。常用的切割方法包括氣割、等離子切割、激光切割等。2成形將切割后的金屬材料通過各種成形工藝，使其具有特定的形狀和尺寸。常用的成形工藝包括沖壓、彎曲、拉伸、擠壓等。3焊接將切割和成形后的金屬材料，通過焊接連接在一起，形成整體結(jié)構(gòu)。4表面處理對金屬材料進行表面處理，以提高其耐腐蝕性、美觀性、功能性等，常見的表面處理方法包括噴涂、電鍍、氧化等。金屬材料的焊接技術(shù)熔焊通過加熱金屬使其熔化，并使熔化的金屬相互融合形成連接的焊接方法。壓焊通過壓力使金屬表面相互接觸，并發(fā)生原子間的結(jié)合而形成連接的焊接方法。釬焊利用熔點低于母材的填充金屬，在低于母材熔點的溫度下，使填充金屬熔化，并與母材結(jié)合形成連接的焊接方法。金屬材料的質(zhì)量檢測化學(xué)成分分析確保材料的化學(xué)成分符合標準，例如碳含量、合金元素等。顯微組織分析觀察材料的晶粒尺寸、形狀、分布等，了解材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。機械性能測試測定材料的強度、硬度、塑性、韌性等，評估材料的力學(xué)性能。金屬材料的環(huán)保性可回收性金屬材料可以反復(fù)回收利用，降低對自然資源的依賴，減少環(huán)境污染。循環(huán)利用金屬回收利用可以減少廢棄金屬的堆積，避免土地占用和環(huán)境污染?？沙掷m(xù)發(fā)展金屬材料的環(huán)保性促進了可持續(xù)發(fā)展，為后代保留寶貴的自然資源。金屬材料的安全性防火性能金屬材料的防火性能取決于材料的種類和表面處理方式。結(jié)構(gòu)安全性金屬材料的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性是建筑安全的重要保障。施工安全金屬材料的加工和安裝過程應(yīng)遵循嚴格的安全規(guī)范，確保施工人員的安全。鋼材的選擇和使用強度和硬度根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)和荷載要求，選擇合適的強度等級和硬度等級的鋼材。耐腐蝕性考慮建筑環(huán)境的腐蝕性，選擇耐腐蝕性能良好的鋼材，或進行表面處理以提高耐腐蝕性。加工性能選擇易于加工和成型的鋼材，例如冷彎鋼板，方便施工和減少浪費。經(jīng)濟效益綜合考慮鋼材的性能、價格和供應(yīng)情況，選擇最經(jīng)濟合理的鋼材。有色金屬材料的應(yīng)用建筑裝飾銅、鋁、鈦等材料應(yīng)用于門窗、幕墻、裝飾板等，提升建筑美觀度和耐久性。電力和電子銅、鋁等材料廣泛用于導(dǎo)線、電纜、電子元件等，滿足現(xiàn)代社會對電力和電子產(chǎn)品的需求。交通運輸鋁合金材料應(yīng)用于飛機、汽車、船舶等，實現(xiàn)輕量化和節(jié)能減排。新型金屬材料的發(fā)展輕質(zhì)化開發(fā)更輕、更強的金屬材料，以降低能耗和提高效率。高性能化提升金屬材料的強度、耐腐蝕性和耐高溫性能，以滿足更苛刻的應(yīng)用需求?？沙掷m(xù)性探索可回收、可降解和可再生金屬材料，以減少環(huán)境影響。裝配式建筑中的金屬材料裝配式建筑中，金屬材料廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件、外墻板、屋面板、門窗等。例如，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅、鋼結(jié)構(gòu)廠房等。金屬材料在裝配式建筑中具有重量輕、強度高、易加工、耐腐蝕等優(yōu)點，可以有效提高建筑效率、降低成本、節(jié)約能源。裝飾裝修中的金屬材料金屬材料在裝飾裝修中應(yīng)用廣泛，常見于門窗、樓梯、扶手、欄桿、吊頂、墻面、地面等。金屬材料的裝飾效果多樣，可通過不同的材質(zhì)、顏色、形狀、表面處理等方式實現(xiàn)不同的裝飾風(fēng)格，例如：不銹鋼、銅、鋁、鈦等金屬材料可用于打造現(xiàn)代、簡約、奢華等風(fēng)格。金屬材料的未來趨勢智能金屬能夠感知環(huán)境變化并做出響應(yīng)的金屬材料，在航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。輕量化隨著節(jié)能環(huán)保理念的深入，輕質(zhì)高強金屬材料將在汽車、航空等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用?？苫厥绽每裳h(huán)利用的金屬材料將成為未來發(fā)展的重要方向，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供保障。高性能合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性、高溫強度和抗疲勞性能的金屬材料將滿足未來高端制造業(yè)的需求。課程總結(jié)與思考知識回顧回顧本課程中所學(xué)習(xí)