《金属材料特性》课件

金属材料特性探索金属世界的奥秘了解工业领域的基础材料全球金属年产量钢铁、铝、铜、锌、镁金属材料的定义基本特征元素周期表位置电子结构特点导电导热性强主要分布左侧和中部自由电子决定性质金属光泽与延展性过渡金属占主导金属键结合牢固结晶结构规则排列金属材料的主要分类工业分类方法1用途和性能导向合金与纯金属2成分和结构差异黑色金属与有色金属3基本分类标准黑色金属介绍铁基材料钢材种类含铁量高，价格适中碳钢、合金钢、特种钢中国产量领先年粗钢亿吨

202310.18有色金属概述镁铜最轻结构金属钛导电性优异高强度低密度铝锌全球产量万吨防腐应用广泛6,800贵金属与稀有金属黄金白银铂族金属稀有金属储值功能最佳工业用量最大催化性能突出钨、铌、钽战略价值高金属材料的晶体结构面心立方结构体心立方结构CCP BCC铜、铝、铅、银典型代表铁、钼、钨、铬常见密堆积度高，塑性优良强度高，变形能力适中六方密堆积结构HCP锌、镁、钛等金属方向性明显，塑性较差晶粒与力学性能关系晶粒越细，强度越高霍尔佩奇公式-σy=σ0+k·d^-1/2金属的力学性能概述强度塑性硬度抵抗变形的能力永久变形的能力抵抗压痕的能力韧性吸收能量不断裂的能力应力应变曲线分析-强度的具体分类抗拉强度最常用强度指标抗压强度混凝土等关注指标抗剪强度连接件重要参数抗扭强度轴类零件关注重点塑性与延展性40%低碳钢延伸率塑性最好的常用金属30%纯铜延伸率导电材料中塑性优秀15%铝合金延伸率中等塑性材料2%高强钢延伸率高强低塑是常见趋势韧性与断裂行为金属的硬度指标硬度类型适用范围压头类型布氏硬度铸铁和软钢钢球HB洛氏硬度淬火钢和硬质合金金刚石圆锥HRC维氏硬度薄片和表面处理层金刚石棱锥HV肖氏硬度橡胶和塑料弹性反弹HS疲劳性能与寿命蠕变特性与高温材料瞬时变形加载立即产生稳态蠕变恒定速率阶段加速蠕变变形加剧直至断裂汽轮机叶片镍基高温合金耐650°C钛合金蠕变极限不超过500°C金属材料的物理性能总体密度镁最轻

1.8g/cm³熔点钨最高3422°C导电性银最佳，铜次之导热性银、铜、铝领先金属密度具体对比金属的熔化与沸点金属的导电性

62.1银导电率×10⁶S/m价格高限制大规模应用

58.5铜导电率×10⁶S/m电线电缆首选材料

37.7铝导电率×10⁶S/m高压输电线常用

9.93钢导电率×10⁶S/m建筑钢筋基本参数金属的导热性磁性金属材料铁磁性顺磁性铁、钴、镍铝、钛、锰特种磁合金抗磁性3钕铁硼、铁硅铝铋、铅、铜金属的热膨胀性能金属材料的化学性质活泼金属钾、钠、锂、钙中等活泼铝、锌、铁、铬贵金属铜、银、金、铂金属活动性顺序KNaCaMgAlZnFeCuAgAu金属的耐蚀性与腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀干燥气体或非电解质介质中水溶液中形成电池氧化膜形成机制阳极区金属溶解全球经济损失（世界银行数据）4%~5%GDP约万亿美元年3/大气腐蚀与防护海洋环境腐蚀速率最快防护措施涂层、电镀、合金化腐蚀疲劳现象腐蚀微裂纹石油管道失效船舶螺旋桨应力集中点起始疲劳加速腐蚀过程循环载荷与海水共同作用金属表面处理技术电镀1形成镀层镀铬、镀镍、镀锌喷涂涂层保护环氧、聚氨酯阳极氧化3铝表面硬质膜提高耐磨性倍50化学镀无需电流均匀性好金属与非金属材料性能对比性能金属陶瓷聚合物密度中高低中低--韧性高低中导电性高低低耐热性中高高低-加工性良好困难容易金属材料的结构缺陷点缺陷空位、间隙原子线缺陷位错刃位错、螺位错面缺陷晶界、相界、孪晶界体缺陷夹杂物、气孔、缩孔位错运动与金属塑性变形金属的再结晶与晶粒长大再结晶温度铝约，铁约200°C450°C热处理工艺退火、正火控制晶粒金属间化合物独特晶体结构高温应用钛铝化合物原子规则排列耐热性优异航空发动机材料合金的形成与基本原理固溶体合金置换型两种金属完全互溶原子尺寸相近黄铜共晶型间隙型两相混合物铝硅合金小原子嵌入间隙钢铁基合金与钢的分类特种钢工具钢、不锈钢、电工钢合金钢低合金钢、高合金钢碳钢低、中、高碳钢铝合金性能与应用铜合金简介黄铜铜锌易加工，装饰性好青铜铜锡耐磨性好，强度高白铜铜镍耐蚀性优异特种铜合金铍青铜高弹性超高强钢与先进高强度钢金属材料的热处理退火正火缓慢冷却空冷12软化改善加工性提高强度和韧性回火淬火淬火后再加热快速冷却平衡强度与韧性大幅提高硬度热处理对性能的影响淬火硬度增加倍，韧性降低3-5芯部与表面硬度梯度形成表面强化方法渗碳表面形成高硬度层渗氮提高耐磨性和疲劳强度喷丸强化表面产生压应力激光强化局部快速淬火典型金属材料失效案例铝合金腐蚀钢轨断裂脆性断裂应力腐蚀开裂疲劳裂纹扩展低温环境突发性失效新型金属材料概览形状记忆合金金属玻璃超导材料能记住原始形状无定形金属结构零电阻电流传输市场年增长超高强度、弹性强磁场应用12%医疗器械、太空技术高尔夫球杆、电子产品医疗成像、磁悬浮列车金属基复合材料金属基体铝、镁、钛等轻金属增强相碳纤维、陶瓷颗粒综合性能强度提高30-50%航空发动机铝基颗粒增强SiC汽车活塞铝基氧化铝纤维增强金属打印材料3D150钛合金粉末$/kg医疗植入物首选80铝合金粉末$/kg航空航天零件30不锈钢粉末$/kg工业部件常用35%年市场增长率快速发展新兴领域金属材料的环保与回收金属材料在航空航天领域金属材料在交通运输与建筑建筑钢材高铁钢轨桥梁结构、常用、耐候钢Q235Q345U75V U71Mn Q355NH汽车车身先进高强钢AHSS金属材料发展趋势轻量化高比强度材料高性能化耐高温、耐腐蚀绿色低碳节能环保生产工艺智能化多功能响应材料十四五重点支持高温合金、轻质合金、增材制造课程总结与展望知识回顾晶体结构、性能、热处理行业前沿新材料、新工艺、新应用职业发展材料工程师、研发、测试自主创新是金属材料发展的核心动力专业知识结合实际应用是成功关键。