生活中的新型金属.ppt

生活中的新型金属 新金属材料是现代高新技术和产业的基础和先导 从欧美等发达国家的金属材料产业发展的历史来看 材料产业与一个国家的经济发展水平和技术发展水平有着密切的联系 目前 我国金属材料产业发展水平正处于欧美等发达国家在20世纪中后期的水平 正是发展航空航天材料和现代轨道交通材料的黄金时期 新型金属材料新型合金新型金属在生活中的用途 新型合金 超耐热合金超低温合金超塑合金形状记忆合金贮氢合金 新型金属材料种类繁多 它们都属合金 铁基超耐热合金基于奥氏体不锈钢中温 600 800 条件下使用镍基超耐热合金镍含量一般 50 在650 1000 范围内具有较高的强度和良好的抗氧化 抗燃气腐蚀能力钴基超耐热合金含钴量40 65 的奥氏体高温合金在730 1100 下 具有一定的高温强度 良好的抗热腐蚀和抗氧化能力 1 超耐热合金 超低温对材料的特殊要求 常温以下直至绝对零度的较大温度范围 低温 沸点 2 超低温合金 超低温合金的研究 高锰奥氏体钢 专门开发的超低温合金 即使在液氦温度下也具有良好的强度和延伸率热膨胀系数特别小缺点 机械加工性不佳 耐冲击性也较差 铁锰铝新合金钢 把铁镍铬不锈钢中的镍和铬分别由锰和铝代而制得保持面心立方结构添加多量的铝可增加奥氏体的强度和耐腐蚀性低温下强度 韧性都十分优异 3 超塑性合金 超塑性合金现象 金属在某一小的应力状态下 可以延伸十倍甚至是上百倍 既不出现缩颈 也不发生断裂 呈现一种异常的延伸现象 高变形能力的应用真空成型或气压成型可以在密封模具内挤压或锻造 可以得到相当高的加工精度 并能大幅度降低加工压力 减少加工工序尤其适于极薄板和极薄管的制造 也非常适用于加工具有极微小凹凸表面的制品 缺点是加工速度慢 效率低 超塑性合金的应用 超塑成型 固相粘结能力的应用晶粒的超细化 即晶界体积比的增加使得低压下的固相结合易于进行 超塑性合金与另一金属压合时 其微细晶粒可以顺利地填充满微小凸起的空间 使两种材料间的粘结能力大大提高 利用这一点可轧合多层材料 包复材料和制造各种复合材料 获得多种优良性能的材料 这些性能包括结构强度和刚度 减振能力 共振点移动 韧脆转变温度 耐蚀及耐热性等 J 减振能力的应用合金在超塑性温度下具有使振动迅速衰减的性质 因此可将超塑性合金直接制成零件以满足不同温度下的减振需要 其他利用动态超塑性可将铸铁等难加工的材料进行弯曲变形 对于铸铁等焊接后易开裂的材料 在焊后于超塑性温度保温 可消除内应力 防止开裂 高温苛刻条件下使用的机械 结构件的设计 生产及材料的研制 J 4 形状记忆合金 形状记忆材料是指具有 定初始形状的材料经形变并固定成另一种形状后 通过热 光 电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料 形状记忆合金是形状记忆材料中的一种 形状记忆合金特征 一次记忆 单程 材科加热恢复原形状后 再改变温度 物体不再改变形状 可逆记忆 双程 物体不但能记忆高温的形状 而且能记忆低温的形状 当温度在高低温之间反复变化时 物体的形状也自动反应在两种形状间变化 全方位记忆 全程 除具有可逆记忆特点外 当温度比较低时 物体的形状向与高温形状相反的方向变化 一般加热时的回复力比冷却时回复力大很多 形状记忆合金的应用 月面天线略图 1 在军事和航天工业方面的应用 2 在工程方面的应用 形状记忆合金管接口 Advantages 形状记忆合金作紧固件 连接件的优势 夹紧力大 接触密封可靠 避免了由于焊接而产生的冶金缺陷 适于不易焊接的接头 金属与塑料等不同材料可以通过这种连接件连成一体 安装时不需要熟练的技术 3 在医疗方面的应用 记忆型NiTi牙弓丝 Examples 形状记忆合金套管连接的铝合金假肢 形状记忆合金制成的血液过滤器 4 形状记忆式热发动机 形状记忆用于热发动机的原理 自控元件原理 5 其它应用 铝合金材料具有质量轻 强度高 延展性好 耐腐蚀性好 表面有光泽 装饰性能好等优点在建筑领域大量用作建筑物的门窗 外墙幕墙材料及室内装修 新型铝金属材料 23 非磁性金属 高智能化的建筑物 核熔炉 磁悬浮铁路系统等容易产生很强的磁场 如果采用普通的具有磁性的金属材料 在磁场作用下产生力的作用 不利于结构体的正常运行 目前具有代表性的非磁性金属材料有高锰钢 奥氏体系列不锈钢和钛金属 其高锰钢分为12Mn l8Mn 24Mn个系列 24 建筑领域的新型金属材料 用于建筑领域的金属材料种类较少 品种比较单一 虽然具有较高的强度和韧性 但是普遍存在着不耐高温 容易腐蚀 导热性较高 低温脆性等缺点 现阶段人们对建筑物的工作环境的要求更加苛刻 对金属材料的强度 耐久性 耐腐蚀性 耐火性 抗低温性 以及装饰性能等也提出了更多的要求 25 金属纤维 为提高混凝土或砂浆材料的抗拉强度 常常在混凝土或砂浆中掺入金属短纤维 制成纤维砂浆或纤维混凝土 先将金属材料制成钢丝 然后切割成所需尺寸制成短纤维 宜选择耐蚀性好的金属素材作金属纤维 此外 采用非晶质合金为素材由熔融状态 以104 s的速度急冷凝固可制造非晶质合金纤维 26 耐火钢 普通建筑钢材的机械强度在400 温度时将降低为室温下强度的1 3 在1000 时降低为室温下强度的1 10 在钢材表面涂刷耐火涂料 或者在钢材表面覆盖耐火材料耐火钢是在普通碳素钢中添加钼 钒 铬 铌等合金元素 各种元素的添加量大约为1 可使钢材在400 高温下的强度达到室温强度的2 3 27 高耐蚀性金属及钛合金建材 海洋结构物 临海建筑物中使用的金属材料 要求具有优异的耐腐蚀性 铜 镍 钛 28 钛材 钛金属经氧化处理能形成TiO2膜层 颜色因入射光的波长分布 入射角 氧化物膜层的厚度与折射率 钛金属表面的粗糙程度而呈微妙变化 29 彩色钛金属板颜色与光泽的耐蚀性 耐候性也非常优秀 光泽度变化率 小时 30 新型不锈钢 新型不锈钢不含Ni元素 是在19Cr 20Mo不锈钢中添加Nb Ti Zr等稳定性更好的元素 形成高纯度的贝氏体不锈钢一般用于建筑物中的太阳能热水器 耐腐蚀配管等构件 但是只适合用于300 以下的环境中 Cr含量更大的新品种不锈钢 可耐500 700 高温 用于火力发电厂或建筑物中的耐火覆盖层 31 低屈强比钢 钢材的屈服强度与极限强度的比值 s b 叫做屈强比 反映了钢材受力超过屈服极限至破坏所具有的安全储备用于建筑工程的普通低碳钢的屈强比为0 58 0 63 低合金钢的屈强比为0 65 0 75结构的抗震性能要求