南京工业大学-材料概论-第五章金属材料.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,南京工业大学 材料概论 第五章金属材料,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,，200,7,年钢铁产量约4.,9,亿吨，占全世界产量的3,5,%，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,。,金属间化合物，是指金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合生成的化合物，其原子的排列遵循某种高度有序化的规律。当它以微小颗粒形式存在于金属合金的组织中时，将会使金属合金的整体强度得到提高，在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增强，这就使金属间化合物材料在高温结构应用方面具有极大的潜在优势。,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，,2,碳素钢,黑色金属,钢,含,C 0.04,2,合金钢,纯铁,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,Cu,Fe,Al,Mg,Ti,密度,(10,3,kg/m,3,),8.9,7.8,2.7,1.74,4.5,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,钢,The four types of stresses,碳钢的牌号与用途,碳素工具钢,：,T T9,表示含,C,：,0.9wt%,。,用途,制造各种刀具、量具、模具等,铸钢,：,ZG ZG25,，表示含,C,：,0.25wt%,。,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,10wt%,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、海洋开发、国防和一些先端科学技术领域。,不锈钢是以超过,60,的铁为基体，加入铬、镍、钼等合金元素的高合金钢。当钢中含铬量超过,12,时，则钢在空气及稀硝酸中不易腐蚀生锈。原因是铬可在钢表面形成一层非常紧密的氧化铬膜，有效地保护了钢不受腐蚀。不锈钢中的铬含量一般都超过,14,，但不锈钢并非绝对不生锈。在沿海地区或某些空气污染严重的地方，当空气中氯离子含量较大时，暴露在大气中的不锈钢表面可能有一些锈斑，但这些锈斑只限于表面，不会侵蚀不锈钢内部基体。,不锈钢按照其组织进行分类，主要有以下四种：,奥式体钢：抗锈蚀，焊接性和塑性好，但强度稍低，无磁性。,铁素体钢：抗锈蚀，强度稍高，有磁性。,马氏体钢：耐锈蚀，高硬度，常用于耐磨损件，有磁性。,双向不锈钢（奥式体,+,贴素体）：是近代发展的新型不锈钢，耐蚀性非常优秀，价格高，有磁性。,铁及铁基合金,铸铁,C 2.11wt%,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,50,70,，在机床制造中占,60,90,。,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,、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/m,3,，,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,名称,纯度,用途,高纯铝,99.93%-99.99%,科学研究、制作电器,工业高纯铝,98.85%-99.9%,铝箔、铝合金原料,工业纯铝,98.0%-99.0%,电线、电缆、配置合金,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,时效强化,弥散强化,细晶强化,提高强度的方法,金属材料,固溶强化,形变强化,弥散强化,细晶强化,加入合金元素形成固溶体而使强度增加的现象；固溶强化的效果：,间隙元素大于置换式固溶元素,材料屈服以后，随形变量的增加，所需应力不断增加的现象，也叫加工硬化。,位错密度大幅度增加；晶体择优取向,通过向基体中引入其它一个或几个相而使金属强度提高的现象。与第二相颗粒的性质、尺寸、形状、数量、分布有关,随着晶粒细化,材料的强度和韧性均提高,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。,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,882.5,o,C,：体心立方结构。,-Ti,钛及钛合金,钛合金,钛中加,铝、硼,，获得,Ti,合金。,其强度较低，但高温（,500,600,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,50,100,。,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/m,3,，,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,世界最长的高原铁路,青藏铁路,1142,公里,铝合金,钛合金,钛飞船,铜制品,1,、,熔点最高的金属,钨,2,、,熔点最低的金属,汞,3,、,硬度最大的金属,铬,4,、,密度最大的金属,锇,5,、,密度最小的金属,锂,6,、,地壳中含量最多的金属,铝,7,、,人类冶炼最多的金属,铁,8,、,人体中含量最高的金属,钙,9,、,导电、导热性最好的金属,银,作业题,目前，农用薄膜在农业生产中获得广泛应用，优质农用薄膜应具备合适的透气性、保温和较高的力学强度。请从下列材料中选择适合生产农用薄膜的高分子化合物，并从材料的“四要素”的关系的角度给出合理的解释。,HDPE、LDPE、PP、PVC和PS,