新型材料(金属材料讲解)

1、碳钢的牌号与用途碳钢的牌号与用途普通碳素结构钢：普通碳素结构钢：Q195Q195、 Q215Q215、 Q235Q235、 Q255Q255、 Q275Q275等。等。数字表示最低屈服强度。数字表示最低屈服强度。 Q195Q195、 Q215Q215、 Q235Q235塑性好，可轧制成钢板、钢筋、钢管等。塑性好，可轧制成钢板、钢筋、钢管等。 Q255Q255、 Q275Q275可轧制成型钢、钢板等。可轧制成型钢、钢板等。优质碳素结构钢：钢号以碳的平均质量万分数表示。优质碳素结构钢：钢号以碳的平均质量万分数表示。如如2020、4545等。等。 2020表示含表示含C C：0.20%0.20%（万

2、分之（万分之2020）。碳钢的常规热处理碳钢的常规热处理退火退火将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷却），以获得接近于平衡缓慢冷却（随炉冷却），以获得接近于平衡状态组织的热处理工艺。状态组织的热处理工艺。正火正火完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火将钢件加热到将钢件加热到A AC3C3和和A Acmcm以上以上30305050度，保持度，保持适当时间后，在空气中冷却，得到珠光体类组适当时间后，在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。织的热处理工艺。碳钢的常规热处理碳钢的常

3、规热处理淬火淬火将钢件加热到奥氏体化后，快速冷却，使组织将钢件加热到奥氏体化后，快速冷却，使组织转变为马氏体的热处理工艺。所得的马氏体的转变为马氏体的热处理工艺。所得的马氏体的形态与钢的成分、原始奥氏体晶粒的大小以及形态与钢的成分、原始奥氏体晶粒的大小以及形成条件有密切关系。奥氏体晶粒越小，马氏形成条件有密切关系。奥氏体晶粒越小，马氏体越细。体越细。回火回火将钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求将钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的性能，将其加热到的性能，将其加热到AC1以下的某一温度，保以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。合

4、金合金钢钢铁及铁基合金铁及铁基合金在碳钢中加入一种或多种合金元素，形成的在碳钢中加入一种或多种合金元素，形成的钢称之为合金钢。钢称之为合金钢。按所含合金元素的多少分：低合金钢（总质量分按所含合金元素的多少分：低合金钢（总质量分数低于数低于5 5）、中合金钢（总质量分数）、中合金钢（总质量分数5 51010）、高合金钢（总质量分数高于）、高合金钢（总质量分数高于1010）。）。按主要合金元素种类分：铬钢、铬镍钢、锰钢、按主要合金元素种类分：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等。硅锰钢等。按用途分：结构钢、工具钢、特殊性能钢。按用途分：结构钢、工具钢、特殊性能钢。合金元素的作用合金元素的作用铁及铁基合金铁

5、及铁基合金1 1。合金元素与铁的作用：合金元素加入钢中，首先溶于。合金元素与铁的作用：合金元素加入钢中，首先溶于铁形成固溶体，超过溶解度极限时与碳形成化合物。合铁形成固溶体，超过溶解度极限时与碳形成化合物。合金元素溶与铁，形成合金铁素体或合金奥氏体。合金元金元素溶与铁，形成合金铁素体或合金奥氏体。合金元素溶于铁素体会使钢的室温强度提高，这种作用称为固素溶于铁素体会使钢的室温强度提高，这种作用称为固溶强化。溶强化。合金元素的作用合金元素的作用铁及铁基合金铁及铁基合金2。合金元素与碳的作用：对于与碳的亲和力较弱的合金合金元素与碳的作用：对于与碳的亲和力较弱的合金元素，不与碳发生作用，只溶于铁素体或

6、奥氏体中；对于元素，不与碳发生作用，只溶于铁素体或奥氏体中；对于与碳的亲和力较强的合金元素，当质量分数较低时，与铁与碳的亲和力较强的合金元素，当质量分数较低时，与铁一起形成合金渗碳体，当质量分数较高时，形成合金碳化一起形成合金渗碳体，当质量分数较高时，形成合金碳化物。物。不锈钢不锈钢铁及铁基合金铁及铁基合金能在大气和一般腐蚀性介质中具有很高耐蚀能在大气和一般腐蚀性介质中具有很高耐蚀性的钢种。性的钢种。用用 途途主要用来制造在各种腐蚀性介质中工作并具有较高抗主要用来制造在各种腐蚀性介质中工作并具有较高抗腐蚀能力的零件或结构件。广泛用于石油、化工、原腐蚀能力的零件或结构件。广泛用于石油、化工、原子

7、能、海洋开发、国防和一些先端科学技术领域。子能、海洋开发、国防和一些先端科学技术领域。铁及铁基合金铁及铁基合金合金元素的作用合金元素的作用1 1。耐腐蚀性要求越高，碳的质量分数应越低；。耐腐蚀性要求越高，碳的质量分数应越低；2 2。加入主要的合金元素。加入主要的合金元素CrCr。CrCr能提高基体的电极电位能提高基体的电极电位。在氧化性介质中极易钝化，形成致密的氧化膜，提高。在氧化性介质中极易钝化，形成致密的氧化膜，提高耐腐蚀性耐腐蚀性3 3。加入合金元素。加入合金元素NiNi。可获得单项的奥氏体组织，显著。可获得单项的奥氏体组织，显著提高耐腐蚀性并改善钢的塑性，通过热处理还可以改善提高耐腐蚀

8、性并改善钢的塑性，通过热处理还可以改善钢的强度。钢的强度。铁及铁基合金铁及铁基合金合金元素的作用合金元素的作用5 5。加入合金元素。加入合金元素TiTi、NbNb等：能优先同等：能优先同C C形成稳定的碳化形成稳定的碳化物，使物，使CrCr保留在基体中，避免晶界贫保留在基体中，避免晶界贫CrCr，提高钢的耐腐，提高钢的耐腐蚀性。蚀性。6 6。加入合金元素。加入合金元素MnMn、N N等：部分替代等：部分替代NiNi以获得奥氏体以获得奥氏体组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐腐蚀性。组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐腐蚀性。4 4。加入合金元素。加入合金元素MoMo、CuCu等：提高钢在非氧化

9、性酸中的等：提高钢在非氧化性酸中的耐腐蚀能力。耐腐蚀能力。铸铁铸铁铁及铁基合金铁及铁基合金碳的质量分数大于碳的质量分数大于2.11%2.11%的铁碳合金称之的铁碳合金称之为铸铁，通常还含有较多的为铸铁，通常还含有较多的SiSi、MnMn、S S、P P等元素。等元素。用用 途途铸铁时工程上最常用的金属材料，广泛应用在机械铸铁时工程上最常用的金属材料，广泛应用在机械制造、冶金、矿上、石油化工。交通等领域。例如，制造、冶金、矿上、石油化工。交通等领域。例如，铸铁在农业机械中占铸铁在农业机械中占40406060，在汽车拖拉机中占，在汽车拖拉机中占50507070，在机床制造中占，在机床制造中占606

10、09090。铸铁的生产。铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜。设备和工艺简单，价格便宜。铁及铁基合金铁及铁基合金铁碳合金中碳的存在形式铁碳合金中碳的存在形式间隙固溶与铁间隙固溶与铁化合态的渗碳体化合态的渗碳体游离态的石墨游离态的石墨亚稳态，在一定条件下分解亚稳态，在一定条件下分解为铁和石墨为铁和石墨稳定态，可以从铸铁溶液中稳定态，可以从铸铁溶液中析出，也可以从奥氏体中析出析出，也可以从奥氏体中析出铁及铁基合金铁及铁基合金铸铁的种类铸铁的种类根据石墨化程度的不同，铸铁的类型和组织也不同。根据石墨化程度的不同，铸铁的类型和组织也不同。灰口铸铁灰口铸铁白口铸铁白口铸铁麻口铸铁麻口铸铁铁及铁基合金铁及铁

11、基合金铸铁性能特点铸铁性能特点石墨的形态对铸铁的力学性能影响较大。石墨的形态对铸铁的力学性能影响较大。灰口铸铁的抗拉前强度和塑性较低，这灰口铸铁的抗拉前强度和塑性较低，这是因为石墨对基体的严重割裂所造成的。是因为石墨对基体的严重割裂所造成的。石墨相当于钢基体中的裂纹和空洞，它石墨相当于钢基体中的裂纹和空洞，它减小基体的抗拉强度，并引起应力集中。减小基体的抗拉强度，并引起应力集中。石墨量越多，铸铁的抗拉强度越低。石墨量越多，铸铁的抗拉强度越低。铁及铁基合金铁及铁基合金石墨的存在对铸铁的特殊作用石墨的存在对铸铁的特殊作用1 1。铸铁的切削加工性能优异；。铸铁的切削加工性能优异；2 2。铸铁的铸造性

12、能良好；。铸铁的铸造性能良好；3 3。铸铁具有耐磨性；。铸铁具有耐磨性；4 4。铸铁具有良好的减振性；。铸铁具有良好的减振性；5 5。铸铁对缺口不敏感。铸铁对缺口不敏感。非铁及其合金非铁及其合金铝及铝合金铝及铝合金铜及铜合金铜及铜合金钛及钛合金钛及钛合金镁及镁合金镁及镁合金铝及铝合金铝及铝合金铝及铝合金的特点铝及铝合金的特点密度低、比强度高。纯铝的密度只有密度低、比强度高。纯铝的密度只有2700kg/m32700kg/m3，仅为铁的仅为铁的1/41/4。优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、耐腐蚀等。耐腐蚀等。加工性能好。铸造性能好、易于塑性变

13、形，经热处加工性能好。铸造性能好、易于塑性变形，经热处理后还具有很高的强度。理后还具有很高的强度。铝及铝合金铝及铝合金名称名称纯度纯度用途用途高纯铝高纯铝99.93%-99.99%99.93%-99.99%科学研究、制作电科学研究、制作电器器工业高纯铝工业高纯铝98.85%-99.9%98.85%-99.9%铝箔、铝合金原料铝箔、铝合金原料工业纯铝工业纯铝98.0%-99.0%98.0%-99.0%电线、电缆、配置电线、电缆、配置合金合金纯铝中含有纯铝中含有FeFe、SiSi、ZnZn等元素时，会使性能下降等元素时，会使性能下降纯铝的强度很低，不能用作结构材料纯铝的强度很低，不能用作结构材料铝

14、及铝合金铝及铝合金合金元素的作用合金元素的作用铝中加入合金元素后，可提高合金的强度，铝中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。并保持良好的加工性能。提高强度的方法提高强度的方法固溶强化固溶强化时效强化时效强化弥散强化弥散强化细晶强化细晶强化铝及铝合金铝及铝合金铝合金的种类铝合金的种类变形铝合金变形铝合金铸造铝合金铸造铝合金用用 途途铝丝、铝箔、铝合金型材等铝丝、铝箔、铝合金型材等复杂形状的铸件等复杂形状的铸件等铜及铜合金铜及铜合金铜及铜合金的特点铜及铜合金的特点优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐蚀等，是抗磁材料。蚀等，是抗

15、磁材料。加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好。加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好。具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性高的弹性极限和疲劳强度。高的弹性极限和疲劳强度。色泽美观。色泽美观。铜及铜合金铜及铜合金纯铜纯铜纯铜为紫色，又称紫铜。主要用于制作纯铜为紫色，又称紫铜。主要用于制作电导体及配制合金。工业纯铜分为电导体及配制合金。工业纯铜分为4种：种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。编号越大，纯度越低。纯铜的强度低，不宜用作结构材料纯铜的强度低，不宜用作结构材料铜及铜合金铜及铜合金铜合金种类铜合金种类铜中加

16、入合金元素后，可提高合金的强度，铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。并保持良好的加工性能。铜合金的种类铜合金的种类黄铜黄铜青铜青铜白铜白铜以以Zn为主要合金元素。良好的加工性能，为主要合金元素。良好的加工性能，优良的铸造性能，耐腐蚀性能也好。优良的铸造性能，耐腐蚀性能也好。以以Sn为主要合金元素。用于铸造形状复杂为主要合金元素。用于铸造形状复杂的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。以以Ni为主要合金元素。具有较好的强度和为主要合金元素。具有较好的强度和塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。钛及钛合金钛及钛合金钛

17、及钛合金的特点钛及钛合金的特点密度低、比强度高。密度低、比强度高。耐高温、耐腐蚀性能、低温韧性好等。耐高温、耐腐蚀性能、低温韧性好等。加工条件复杂，成本较高。加工条件复杂，成本较高。钛及钛合金钛及钛合金纯钛纯钛钛的密度低，熔点高，线膨胀系数小。导热钛的密度低，熔点高，线膨胀系数小。导热性差。纯钛塑性好，强度高，可以加工成细性差。纯钛塑性好，强度高，可以加工成细丝和薄片。钛在大气、海水及酸碱中的抗腐丝和薄片。钛在大气、海水及酸碱中的抗腐蚀性能好。蚀性能好。钛及钛合金钛及钛合金钛合金的种类钛合金的种类钛合金钛合金钛中加铝、硼等钛中加铝、硼等稳定元素获得稳定元素获得Ti合金。合金。这种合金的室温强度

18、较低，但高温（这种合金的室温强度较低，但高温（500600度）强度很高。抗氧化性、抗蠕变性以及度）强度很高。抗氧化性、抗蠕变性以及焊接性能良好。焊接性能良好。钛中加入钼、铬、钒等元素后可获得钛中加入钼、铬、钒等元素后可获得Ti合金。这种合金的强度高，冲压性能好，并合金。这种合金的强度高，冲压性能好，并可通过淬火和时效获得强化。可通过淬火和时效获得强化。这种合金的塑性好，容易锻造、压延和冲压，这种合金的塑性好，容易锻造、压延和冲压，并可通过固溶和时效进行强化。热处理后的并可通过固溶和时效进行强化。热处理后的强度可提高强度可提高50100。钛合金钛合金钛合金钛合金镁及镁合金镁及镁合金纯镁的特点纯镁的特点密度低、比强度高。纯镁的密度只有密度低、比强度高。纯镁的密度只有1749kg/m3，仅为铁的仅为铁的1/4、铝的、铝的2/3。镁的电极电位较低，抗腐蚀性能差。镁的电极电位较低，抗腐蚀性能差。镁属于密排六方结构，因此塑性变形能