《金属材料与其应用》课件

金属材料与其应用本课程深入探讨金属材料基础知识与工业应用关注材料性能、结构与加工工艺的关系金属材料的发展历史青铜时代1公元前年起3500铁器时代2公元前年起1200钢铁工业革命3世纪18-19现代合金时代4金属在现代社会的地位工业基础支撑制造业核心基础设施城市建设骨架经济命脉金属材料的基本定义金属元素金属合金具有金属光泽、导电性的化学两种或多种金属元素组成的固元素溶体共性特征金属的基本特性简介导电性延展性金属光泽熔点特性自由电子传导可塑性成型表面反光特性金属的微观结构晶体结构类型晶界特征结构缺陷面心立方晶粒间过渡区域点缺陷FCC体心立方影响机械性能位错BCC密排六方是变形和断裂关键区域孪晶与层错HCP金属材料的分类方法按化学成分按结构类型钢铁、铜、铝、钛等晶体结构、显微组织按性能分类按用途分类耐热、耐蚀、高强度结构、功能、工具材料黑色金属概述碳素钢含碳量

0.04-

2.11%合金钢添加合金元素改性铸铁含碳量

2.11%有色金属概述主要有色金属包括铜、铝、镁、钛、锌等非铁金属密度、熔点、电导率、价格各异稀有金属简介稀缺性特点地壳含量低高技术领域航空航天、军工典型代表钽、锆、铪、铌、钨高价值单价远高于常规金属贵金属及其特点黄金银铂族金属化学稳定性极佳最佳导电导热性催化、耐高温特性金属的结晶与固化形成晶核冷却至凝固点下晶粒生长原子有序排列完成固化形成多晶体冷却完成组织结构稳定金属的合金化原理晶体缺陷与变形点缺陷线缺陷面缺陷空位位错晶界间隙原子螺位错孪晶界杂质原子混合位错层错金属材料的组织结构显微组织观察电子显微分析相图分析金相显微镜分析纳米尺度结构组织成分关系金属的力学性能指标强度塑性硬度抵抗变形能力永久变形能力抗压痕变形韧性吸收冲击能量拉伸性能测试标准试样拉伸测试制备规范试棒均匀施加拉力分析计算数据记录确定强度指标绘制应力应变曲线-冲击韧性与疲劳强度冲击试验疲劳测试摆锤冲击标准试样循环加载至失效测量吸收能量值应力循环数曲线-断裂韧性抗裂纹扩展能力断裂力学参数硬度及测量方法布氏硬度大型锻件洛氏硬度热处理零件维氏硬度精密零件肖氏硬度弹性回跳金属的蠕变与磨损性能蠕变特性磨损类型持续应力下变形黏着磨损高温敏感性磨粒磨损分阶段现象疲劳磨损腐蚀磨损金属断裂与破坏机理延性断裂脆性断裂疲劳断裂塑性变形明显沿晶面快速断裂贝壳纹特征金属的物理性能简介8940401铜密度铜导热系数kg/m³W/m·K较高密度金属优良导热材料429铜电阻率nΩ·m仅次于银金属的热学性能金属的磁性分类铁磁性金属顺磁性金属铁、钴、镍铝、钛、钾磁化强度高弱吸引磁场抗磁性金属铋、金、银弱排斥磁场金属的化学性能氧化特性1形成表面氧化膜酸碱反应电化学腐蚀过程环境耐蚀性3湿气、盐雾侵蚀金属材料的防护与耐蚀技术表面涂层电镀处理1油漆、环氧涂层镀锌、镀铬、镀镍阴极保护合金化处理4牺牲阳极技术添加耐蚀元素钢的主要品种与应用碳素钢合金钢不锈钢建筑钢筋汽车零部件食品设备普通工具工程机械医疗器械低要求部件高强度需求化工装置铸铁的特性与利用灰口铸铁白口铸铁球墨铸铁片状石墨结构高硬度高脆性球状石墨高韧性铜及铜合金导电应用电线电缆管道阀门耐蚀性好热交换器导热性佳铝及铝合金轻量化特性密度仅

2.7g/cm³航空应用机身结构材料汽车工业发动机缸体食品包装卫生无毒镁及镁合金

1.74650密度熔点g/cm³°C结构金属最轻压铸工艺适宜45比强度MPa·cm³/g优于多数金属钛及钛合金高比强度超强耐蚀性生物相容性密度小强度高海水环境稳定人体植入材料耐温性能高温结构应用镍及镍合金高温性能耐蚀应用航空发动机叶片化工反应釜可在工作海洋工程设备1000°C热强度高核电站部件锌、锡及其合金镀锌钢材防腐蚀保护层锌合金压铸复杂形状零件锡焊料电子连接材料锡焊食品罐防腐耐蚀包装稀有金属及新兴合金材料稀有金属价格高但性能特殊高熵合金多元素等摩尔比例形状记忆合金、超导合金形状记忆合金超导合金智能合金应用相变恢复原形零电阻状态医疗支架、自适应结构金属材料的制备流程采矿提取矿石开采与分选冶炼分离还原成金属态精炼提纯3去除杂质元素铸锭成型4浇铸成标准形态加工成形5轧制、锻造、挤压金属铸造工艺砂型铸造金属型铸造适用范围广表面光洁成本低但精度一般生产效率高压力铸造精密铸造尺寸精确表面质量好适合复杂薄壁件尺寸公差小金属锻造和轧制自由锻模锻轧制加工简单形状复杂形状板材生产小批量生产大批量生产型材制造设备投入少模具成本高管材成型金属焊接与连接技术电弧焊电阻焊激光焊常见结构焊接薄板点焊精密零件连接摩擦焊异种金属连接金属热处理技术加热阶段升温至临界温度保温阶段完成相变过程冷却阶段控制冷却速率组织转变获得目标性能金属表面处理技术前处理除油、除锈、酸洗表面处理电镀、喷涂、渗透后处理封闭、钝化、着色机械制造行业应用案例发动机用钢轴承钢高温强度钢耐磨硬质合金刀具材料齿轮用钢高速工具钢表面硬化钢建筑工程中的金属材料钢结构钢筋混凝土铝合金幕墙高层建筑骨架增强抗拉强度轻质美观防腐航空航天领域金属材料电子与信息产业金属材料集成电路互连铜、铝导线存储材料铁磁存储合金电子连接器镀金、镀银接点散热材料铝合金散热片医疗器械用金属材料植入材料1生物相容性好手术器械硬度高不生锈牙科材料美观耐用无毒新能源与环保领域金属材料新能源领域依赖各种特殊金属材料轻量化与耐腐蚀性是核心要求金属材料未来发展趋势纳米金属材料微结构调控增材制造2打印金属零件3D超轻合金3减重提效节能循环再利用绿色冶金工艺总结与思考材料种类2基础知识黑色金属与有色金属结构性能关系加工工艺铸锻焊热处理未来展望广泛应用创新与可持续发展工业至高科技领域。