《金属材料选用》课件

《金属材料选用》本课件旨在系统介绍金属材料的选用原则与方法，涵盖金属材料的分类、特性、选用因素、热处理、表面处理以及应用实例通过本课件的学习，您将能够深入了解各种金属材料的性能特点，掌握金属材料的选用技巧，为工程实践提供有力支撑让我们一同开启金属材料的探索之旅！引言金属材料作为工程领域中不可或缺的组成部分，其选用直接关系到产品的性能、寿命和安全性随着科技的不断发展，新型金属材料层出不穷，选用也变得越来越复杂因此，系统学习金属材料的选用知识，掌握科学的选用方法，对于工程师和设计师来说至关重要本课件将深入探讨金属材料的选用原则、影响因素以及发展趋势，旨在帮助读者全面提升金属材料的选用能力，为工程实践提供有力支持什么是金属材料定义常见金属金属材料是指具有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性等常见的金属材料包括钢铁、铜、铝、镁、钛等及其合金不同的特性的材料它们主要由金属元素或以金属元素为主组成的合金金属材料具有不同的性能特点，适用于不同的应用场合例如，构成金属材料广泛应用于各个领域，如机械制造、电子电器、钢铁强度高、成本低，适用于制造结构件；铜导电性好，适用于建筑工程等制造电线电缆金属材料的特性力学性能物理性能12包括强度、塑性、韧性、硬度包括密度、熔点、导电性、导等，是衡量金属材料承受载荷热性等，影响金属材料的使用能力的重要指标环境和加工方式化学性能3包括耐腐蚀性、抗氧化性等，决定金属材料在特定介质中的使用寿命金属材料的分类钢铁有色金属特种金属材料指铁碳合金，根据含碳量和合金元素的指除钢铁以外的所有金属材料，如铜、指具有特殊性能的金属材料，如高温合含量不同，可分为碳钢、合金钢等铝、镁、钛等及其合金金、耐蚀合金、形状记忆合金等钢铁定义应用钢铁是铁与碳的合金，是工程领域中使用最广泛的金属材料钢钢铁广泛应用于建筑、桥梁、机械制造、汽车、船舶等领域例铁具有强度高、塑性好、韧性好、易于加工等优点，但耐腐蚀性如，建筑钢材用于建造高楼大厦；机械钢材用于制造各种机械零相对较差件碳钢定义1碳钢是指含碳量低于的铁碳合金，主要成分为铁和碳，

2.11%含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质分类2根据含碳量不同，碳钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢低碳钢塑性好、易于焊接，适用于制造结构件；高碳钢硬度高、耐磨性好，适用于制造工具应用3碳钢广泛应用于建筑、机械制造、汽车等领域例如，低碳钢用于制造钢板、钢管；高碳钢用于制造刀具、模具合金钢定义分类应用合金钢是指在碳钢的基础上，为了改善其根据合金元素的含量和作用不同，合金钢合金钢广泛应用于机械制造、汽车、航空性能而加入一种或多种合金元素的钢铁可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢航天等领域例如，铬钢用于制造轴承、常见的合金元素包括铬、镍、锰、硅、钒、低合金钢主要提高强度和韧性；高合金钢齿轮；镍钢用于制造发动机零件钛、钼等主要提高耐腐蚀性、耐热性等工具钢分类根据用途不同，工具钢可分为刃具钢、模具钢和量具钢刃具钢用于制造刀具、钻2头；模具钢用于制造冲压模具、塑料模具；定义量具钢用于制造卡尺、千分尺工具钢是指用于制造各种切削工具、模1具和量具的合金钢工具钢具有高硬度、高耐磨性、高强度和良好的韧性应用工具钢广泛应用于机械制造、汽车、电子等领域例如，高速钢用于制造高速切削3刀具；冷作模具钢用于制造冲压模具不锈钢定义不锈钢是指含铬量至少为的合金钢，具有良好的耐腐蚀性和美观的外观不锈钢

10.5%1能够抵抗大气、水、酸、碱等介质的腐蚀分类根据金相组织不同，不锈钢可分为奥氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢、马氏2体型不锈钢和双相不锈钢奥氏体型不锈钢耐腐蚀性最好；马氏体型不锈钢强度最高应用不锈钢广泛应用于化工、食品、医疗、建筑等领域例如，食品3级不锈钢用于制造餐具、厨具；医用不锈钢用于制造手术器械、植入物有色金属定义分类有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属材料，包括铜、铝、有色金属可分为轻金属、重金属、贵金属、稀有金属等轻金属镁、钛等及其合金有色金属具有密度小、导电性好、耐腐蚀性密度小，如铝、镁；重金属密度大，如铜、铅；贵金属价格高，好等优点如金、银；稀有金属储量少，如钛、锆铜及铜合金定义1铜是指纯铜，具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性铜合金是指以铜为基加入一种或多种其他元素的合金，如黄铜、青铜、白铜等特性2铜具有优良的导电性，广泛应用于电线电缆；铜合金具有良好的耐腐蚀性，广泛应用于制造管道、阀门应用3铜及铜合金广泛应用于电子、电器、建筑、化工等领域例如，紫铜用于制造电线电缆；黄铜用于制造水龙头、锁具铝及铝合金定义铝是指纯铝，具有密度小、耐腐蚀性好、易于加工等优点铝合金是指以铝为基加入一种或多种其他元素的合金，如铝镁合金、铝硅合金等特性铝合金具有优良的轻量化性能，广泛应用于航空航天、汽车等领域；铝合金具有良好的耐腐蚀性，广泛应用于制造门窗、幕墙应用铝及铝合金广泛应用于航空航天、汽车、建筑、包装等领域例如，航空铝材用于制造飞机机身、发动机；汽车铝材用于制造车身、轮毂镁及镁合金特性镁合金具有极佳的轻量化性能，广泛应用2于航空航天、汽车等领域；镁合金具有良定义好的减震性能，广泛应用于制造轮椅、医疗器械镁是指纯镁，是密度最小的金属材料之1一镁合金是指以镁为基加入一种或多应用种其他元素的合金，如镁铝合金、镁锌合金等镁及镁合金广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗等领域例如，镁合金用于制3造飞机座椅、汽车轮毂；镁合金用于制造笔记本电脑外壳、手机外壳钛及钛合金定义钛是指纯钛，具有密度小、强度高、耐腐蚀性好等优点钛合金是指以钛为基加入一种1或多种其他元素的合金，如钛铝合金、钛钒合金等特性钛合金具有极佳的耐腐蚀性，广泛应用于化工、海洋工程等领域；钛合金具2有良好的生物相容性，广泛应用于制造人工关节、心脏起搏器应用钛及钛合金广泛应用于航空航天、化工、医疗、体育等领域例3如，钛合金用于制造飞机起落架、发动机；钛合金用于制造化工设备、海水淡化设备金属材料的选用因素力学性能物理性能化学性能强度、塑性、韧性等，密度、熔点、导电性等，耐腐蚀性、抗氧化性等，满足承载要求适应使用环境保证使用寿命成本因素材料价格、加工费用等，控制总体成本力学性能强度塑性韧性指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，指金属材料在载荷作用下产生永久变形而指金属材料吸收变形和断裂过程中能量的包括抗拉强度、屈服强度等强度越高，不发生断裂的能力，包括伸长率、断面收能力，包括冲击韧性、断裂韧性等韧性金属材料承受载荷的能力越强缩率等塑性越高，金属材料的变形能力越高，金属材料抵抗冲击载荷的能力越强越强物理性能密度熔点指单位体积金属材料的质量密指金属材料由固态转变为液态的度越小，金属材料的轻量化性能温度熔点越高，金属材料的耐越好，适用于航空航天、汽车等高温性能越好，适用于高温环境领域导电性指金属材料导电的能力导电性越好，金属材料越适用于制造电线电缆、电子元件化学性能耐腐蚀性1指金属材料抵抗腐蚀介质侵蚀的能力耐腐蚀性越好，金属材料的使用寿命越长，适用于化工、海洋工程等领域抗氧化性2指金属材料抵抗高温氧化的能力抗氧化性越好，金属材料在高温环境下使用寿命越长，适用于航空发动机、燃气轮机等领域耐磨性3指金属材料抵抗摩擦磨损的能力耐磨性越好，金属材料的使用寿命越长，适用于矿山机械、农业机械等领域耐久性定义耐久性指金属材料在长期使用过程中保持其性能的能力耐久性受到多种因素的影响，包括材料的成分、组织、应力状态、环境介质等影响因素影响耐久性的主要因素包括疲劳、蠕变、腐蚀等疲劳是指金属材料在循环载荷作用下发生的断裂；蠕变是指金属材料在高温和恒定载荷作用下发生的缓慢变形；腐蚀是指金属材料与环境介质发生化学或电化学反应而造成的破坏提高措施提高耐久性的措施包括选择合适的材料、优化设计、改善工艺、进行表面处理等例如，选择耐疲劳的材料，避免应力集中，进行表面强化处理，采用缓蚀剂等加工性影响因素影响加工性的主要因素包括材料的成分、2组织、硬度、塑性等例如，低碳钢的焊定义接性好，易于焊接；高碳钢的切削加工性差，难以切削加工性指金属材料适应各种加工工艺的1能力，包括切削加工性、焊接性、铸造改善措施性、锻压性等加工性好的金属材料易于成形，可以降低制造成本改善加工性的措施包括选择合适的材料、优化工艺参数、进行预处理等例如，选3择易于切削的材料，调整切削速度和进给量，进行退火处理等成本因素材料价格指金属材料的市场价格不同种类、规格、牌号的金属材料价格差异很大1加工费用2指金属材料在加工过程中产生的费用，包括切削、焊接、铸造、锻压等运输费用3指金属材料从生产厂家到使用地点的运输费用维护费用4指金属材料在使用过程中产生的维护费用，包括防腐、润滑、更换等金属材料的热处理定义目的金属材料的热处理是指通过加热、保温和冷却等手段，改变金属热处理的主要目的是提高金属材料的强度、硬度、塑性、韧性、材料的组织结构，从而改善其性能的工艺方法热处理是金属材耐磨性、耐腐蚀性等不同的热处理工艺可以达到不同的目的料加工的重要环节退火处理定义1退火是指将金属材料加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的工艺方法退火可以消除金属材料的内应力，降低硬度，提高塑性和韧性分类2根据冷却方式不同，退火可分为完全退火、球化退火、去应力退火等完全退火适用于细化晶粒；球化退火适用于提高切削加工性；去应力退火适用于消除焊接应力应用3退火广泛应用于各种金属材料的加工过程中，如铸造、锻压、焊接、切削等例如，铸件退火可以消除铸造应力；焊接件退火可以消除焊接应力正火处理定义特点应用正火是指将金属材料加热到适当温度，保温与退火相比，正火的冷却速度较快，可以获正火广泛应用于各种金属材料的加工过程中，一定时间，然后在空气中冷却的工艺方法得比退火更高的强度和硬度正火后的金属如锻件、焊接件、热轧件等例如，锻件正正火可以细化晶粒，提高强度和韧性，改善材料组织均匀，性能稳定火可以细化晶粒，提高强度和韧性；焊接件切削加工性正火可以消除焊接应力淬火处理冷却介质常用的冷却介质包括水、油、盐水等冷却介质的选择取决于金属材料的成分、尺2寸和要求的性能水冷却速度最快，但容定义易产生变形和开裂；油冷却速度较慢，可淬火是指将金属材料加热到适当温度，1以减少变形和开裂保温一定时间，然后快速冷却的工艺方法淬火可以显著提高金属材料的硬度应用和耐磨性淬火广泛应用于制造各种工具、模具和零件，如刀具、模具、齿轮、轴承等例如，3高速钢刀具需要经过淬火处理才能获得高硬度和耐磨性回火处理定义回火是指将淬火后的金属材料加热到低于淬火温度的某一温度，保温一定时间，然后冷1却的工艺方法回火可以降低淬火后的内应力，提高塑性和韧性分类根据回火温度不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火低温回火2主要降低内应力，保持高硬度；高温回火可以获得较好的强度、塑性和韧性应用回火是淬火后必不可少的工艺环节淬火后的金属材料通常需要3经过回火处理才能满足使用要求例如，淬火后的刀具需要经过回火处理才能提高韧性金属材料的表面处理化学镀电镀阳极氧化利用化学反应在金属表利用电解原理在金属表通过电化学氧化在金属面沉积一层金属或合金面沉积一层金属镀层表面形成一层氧化膜镀层涂层在金属表面涂覆一层有机或无机涂层化学镀定义特点应用化学镀是指在没有外加电流的情况下，利化学镀不需要外加电源，适用于各种形状化学镀广泛应用于电子、汽车、航空航天用化学反应在金属表面沉积一层金属或合复杂的零件；化学镀镀层均匀，可以获得等领域例如，化学镀镍用于提高电子元金镀层的工艺方法化学镀具有镀层均匀、良好的耐腐蚀性和耐磨性件的耐腐蚀性和耐磨性；化学镀铜用于制深镀能力强等优点造印刷电路板电镀定义1电镀是指利用电解原理在金属表面沉积一层金属镀层的工艺方法电镀是应用最广泛的表面处理方法之一原理2电镀过程包括电解质、阴极和阳极阴极是被镀工件，阳极是镀层金属在外加直流电的作用下，阳极金属溶解成离子，迁移到阴极并沉积成镀层应用3电镀广泛应用于机械制造、电子电器、汽车等领域例如，电镀锌用于提高钢铁的耐腐蚀性；电镀铬用于提高零件的硬度和耐磨性阳极氧化定义阳极氧化是指通过电化学氧化在金属表面形成一层氧化膜的工艺方法阳极氧化主要用于铝及铝合金的表面处理特点阳极氧化膜具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性好等优点阳极氧化膜可以进行着色处理，获得各种颜色的外观应用阳极氧化广泛应用于建筑、航空航天、汽车、电子等领域例如，建筑铝材需要经过阳极氧化处理才能提高耐腐蚀性和美观性；航空铝材需要经过阳极氧化处理才能提高耐磨性和耐腐蚀性涂层分类根据涂层材料不同，涂层可分为有机涂层和无机涂层有机涂层包括油漆、树脂涂2层等；无机涂层包括陶瓷涂层、金属涂层定义等涂层是指在金属表面涂覆一层有机或无1机涂层的工艺方法涂层可以提高金属应用材料的耐腐蚀性、耐磨性、绝缘性等涂层广泛应用于机械制造、建筑、汽车、船舶等领域例如，油漆涂层用于提高钢铁的耐腐蚀性和美观性；陶瓷涂层用于提3高发动机零件的耐高温性和耐磨性金属材料的选用实例机械制造汽车制造航空航天选择强度高、耐磨性好选择轻量化、耐腐蚀的选择强度高、耐高温的的合金钢制造齿轮、轴铝合金制造车身、轮毂钛合金制造发动机、起承等等落架等能源设备选择耐腐蚀、耐高温的不锈钢制造锅炉、管道等机械制造齿轮轴承刀具齿轮是机械传动的重要零件，需要承受较轴承是支撑旋转轴的重要零件，需要承受刀具是切削加工的重要工具，需要具有高大的载荷和摩擦通常选择强度高、耐磨较大的载荷和高速旋转通常选择强度高、硬度、高耐磨性和良好的韧性通常选择性好的合金钢制造齿轮，如铬钢、镍铬钢耐磨性好、抗疲劳性好的轴承钢制造轴承，高速钢、硬质合金等制造刀具等如铬钢、铬锰硅钢等汽车制造车身1车身是汽车的主要结构件，需要具有良好的强度和刚度，同时要求轻量化通常选择高强度钢、铝合金等制造车身发动机2发动机是汽车的动力源，需要具有良好的耐高温性和耐磨性通常选择耐热钢、铝合金等制造发动机零件轮毂3轮毂是支撑轮胎的重要零件，需要具有良好的强度和韧性，同时要求轻量化通常选择铝合金、镁合金等制造轮毂航空航天飞机机身飞机机身需要具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性通常选择铝合金、钛合金等制造飞机机身发动机航空发动机需要具有高强度、耐高温和耐腐蚀性通常选择钛合金、高温合金等制造航空发动机零件起落架飞机起落架需要具有高强度和良好的抗冲击性能通常选择高强度钢、钛合金等制造起落架能源设备管道管道是输送介质的重要通道，需要具有良2好的耐腐蚀性和耐压性通常选择不锈钢、锅炉合金钢等制造管道锅炉是能源设备的重要组成部分，需要1具有良好的耐高温性和耐腐蚀性通常选择耐热钢、不锈钢等制造锅炉阀门阀门是控制介质流量的重要部件，需要具有良好的耐腐蚀性和耐磨性通常选择不3锈钢、铜合金等制造阀门医疗器械手术器械手术器械需要具有良好的耐腐蚀性和生物相容性通常选择不锈钢、钛合金等制造手术1器械植入物2植入物需要具有良好的生物相容性和力学性能通常选择钛合金、钴铬合金等制造植入物诊断设备3诊断设备需要具有良好的精度和稳定性通常选择铝合金、不锈钢等制造诊断设备金属材料的发展趋势高性能合金材料复合材料智能材料绿色环保材料强度更高、耐高温性更好、耐结合金属材料和其他材料的优具有感知、响应和适应环境变可回收、可降解、无污染，符腐蚀性更强，满足极端工况需点，具有更高的比强度和比刚化的能力，应用于智能制造和合可持续发展理念求度智能装备高性能合金材料高温合金1用于制造航空发动机、燃气轮机等高温部件，具有极高的耐高温强度、抗氧化性和抗蠕变性能高强钢2用于制造汽车、桥梁等结构件，具有极高的强度和韧性，可以实现轻量化设计耐蚀合金3用于制造化工设备、海洋工程等耐腐蚀部件，具有极强的耐腐蚀性能，可以在恶劣环境下长期使用复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料聚合物基复合材料以金属材料为基体，加入增强相，如碳纤以陶瓷材料为基体，加入增强相，如碳纤以聚合物材料为基体，加入增强相，如玻维、陶瓷颗粒等，具有更高的比强度、比维、碳化硅等，具有更高的耐高温性和耐璃纤维、碳纤维等，具有更轻的重量和更刚度和耐磨性腐蚀性好的可设计性智能材料压电材料在外力作用下可以产生电荷，反之，在外2形状记忆合金加电场的作用下可以产生变形，应用于传感器、执行器等领域具有记忆自身形状的能力，在外力作用1下发生变形后，可以通过加热恢复到原始形状，应用于医疗器械、航空航天等领域磁致伸缩材料在外加磁场的作用下可以产生变形，应用3于传感器、执行器等领域绿色环保材料可回收材料使用后可以回收再利用，减少资源消耗和环境污染1可降解材料2使用后可以自然降解，不会对环境造成长期污染无污染材料3生产和使用过程中不会产生有害物质，对环境和人体健康无害总结与展望金属材料是工程领域中不可或缺的重要组成部分随着科技的不断发展，新型金属材料层出不穷，金属材料的选用也变得越来越复杂本课件系统介绍了金属材料的分类、特性、选用因素、热处理、表面处理以及应用实例通过本课件的学习，您将能够深入了解各种金属材料的性能特点，掌握金属材料的选用技巧，为工程实践提供有力支撑展望未来，金属材料将朝着高性能化、复合化、智能化和绿色环保方向发展，为人类创造更加美好的生活。