第五章金属材料2.ppt

1、金属材料的概况,钢铁是经济产业的基本支柱，主要用于铁路、建筑、桥梁、汽车工业等领域。中国钢铁产量世界第一， 2006年钢铁产量约4.2亿吨，占全世界产量的34%，是美国和日本的总和。 中国目前至少有1/3的钢铁不符合质量要求。 特种钢材主要靠进口.,金属材料,金属材料是由金属元素组成的材料。可分为由一种金属元素构成的单质（纯金属）；由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金又可分为固溶体和金属间化合物。,金属材料分类,黑色金属 金属材料 有色金属 特殊金属,在103种元素中，金属元素有81种,金属材料分类,生铁 含C 2 碳素钢 黑色金属 钢 含C 0.042 合金钢 纯铁

2、含C 0.04,含碳量越高，硬度、强度越大，但塑性降低,金属材料分类,重金属 Cu、Pb、Zn、Ni 轻金属 Al、Mg、Ti 有色金属 贵金属 Au、Ag、Pt 稀有金属 W、Mo、U、Ta、稀土金属,金属材料分类,特殊金属非晶态金属、形状记忆合金、减震合金、 超塑金属、储氢合金、超导合金等,金属材料的特点,金属材料的特点 1、常温下为固体（Hg除外） 2、熔点较高 也有较低的如：Sn、Pb、Zn、Al 3、密度较大（Mg、Al除外 3g/cm以下） 4、有光泽 5、延展性、韧性、可加工性好 6、导热性、导电性好，Ag、Cu、Al 7、易氧化,钢,The four types of stre

3、sses,碳钢的牌号与用途,碳素工具钢：T T9表示含C：0.9w%。,用途,制造各种刀具、量具、模具等,铸钢：ZG ZG25，表示含C：0.25%。,用途,主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性 和韧性的零件，如齿轮、联轴器等。,合金钢,按含碳量分,铁及铁基合金,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。,低合金钢 10w,按合金元素分：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等。,按用途分： 结构钢、工具钢、特殊性能钢。,铁及铁基合金,不锈钢在大气和一般腐蚀性介质中具有很高耐蚀性的钢。 用 途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、原子能、海

4、洋开发、国防和一些先端科学技术领域。,铁及铁基合金,铸铁,C 2.11%的铁，通常还含有较多的Si、Mn、S、P等元素。,用 途,铸铁是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。 在汽车占5070，在机床制造中占6090。 铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜。,铁及铁基合金,灰口铸铁,铸铁的种类,白口铸铁,麻口铸铁,铁及铁基合金,铸铁性能特点,石墨的形态对铸铁的力学性能影响较大。 石墨相当于钢基体中的裂纹和空洞，它降低基 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。,铁及铁基合金,石墨的存在对铸铁的特殊作用,1、切削加工性能优异； 2、

5、铸造性能良好； 3、具有耐磨性； 4、具有良好的减振性； 5、对缺口不敏感；,非铁及其合金,铝及铝合金,铜及铜合金,钛及钛合金,镁及镁合金,铝及铝合金,铝及铝合金的特点,密度低、比强度高。纯铝的密度只有2700kg/m3， 仅为铁的1/4。,优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、 耐腐蚀等。,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。,铝及铝合金,纯铝,纯铝中含有Fe、Si、Zn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,铝合金,铝及铝合金,合金元素的作用,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。,提高强度的方法,固溶强化,时

6、效强化,弥散强化,细晶强化,铝及铝合金,铝合金的种类,变形铝合金,铸造铝合金,用 途,铝丝、铝箔、铝合金型材等,复杂形状的铸件等,铜及铜合金,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 蚀等，是抗磁材料。,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 高的弹性极限和疲劳强度。,色泽美观。,铜及铜合金,纯铜,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4种： T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。,纯铜的强度低，不宜用作结构材料,铜及铜合金,铜合金种类,铜中加入合金元素后，可提高合金的强度， 并保

7、持良好的加工性能。,铜合金的种类,黄铜,青铜,白铜,以Zn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。,以Sn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。,以Ni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。,钛及钛合金,钛及钛合金的特点,密度低、比强度高。,耐高温、耐腐蚀性能、低温韧性好等。,加工条件复杂，成本较高。,钛及钛合金,纯钛,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 细丝和薄片。 钛在大气、海水及酸碱中的抗腐蚀性能好。,纯钛的晶体结构,钛及钛合金,钛合金,钛中加铝、硼，获得Ti合

8、金。 其强度较低，但高温（500600度）强度 很高。抗氧化性、抗蠕变性、焊接性能良好。,钛中加钼、铬、钒，获得Ti合金。 其强度高，冲压性能好，并可通过淬火 和时效获得强化。,其塑性好，容易锻造、压延和冲压，可 通过固溶和时效进行强化。热处理后的 强度可提高50100。,钛合金,钛合金,钛合金的种类,镁及镁合金,纯镁的特点,密度低、比强度高。纯镁的密度只有1749kg/m3， 仅为铁的1/4、铝的2/3。,镁的电极电位较低，抗腐蚀性能差。,镁属于密排六方结构，因此塑性变形能力差。,镁及镁合金,镁合金的特点,低比重：工业用材料中最轻量材料（铝的2/3重）,高比强度：优于钢和铝,震动吸收性好：可将震动能吸收并转化成热放出,易机械加工、耐冲击性好、电磁屏蔽性好、,可再生利用：有利于环境优化,镁及镁合金,镁合金的种类,变形镁合金,铸造镁合金,用 途,镁合金各种型材,复杂形状的铸件,贵金属,贵金属具有优良的高温抗氧化性和抗腐蚀性能、电学性能、高的催化活性、强配位能力。 在应用中有少、小、精、广的特点，被称为现代工业的维他命。,主要用途 催化剂、磁电机材料、电极材料、 储氢材料、高强度材料、焊料等。,金属材料的应用,合金弹簧钢,合金刀具、量具钢,世界最长的跨海大桥,杭州湾跨海钢铁大桥，桥长36公里,世界最长的