第2章金屬材料

1、第二章第二章 金屬材料金屬材料金屬材料在工程建設(shè)，生產(chǎn)制造和人們的日金屬材料在工程建設(shè)，生產(chǎn)制造和人們的日常生活中有廣泛應(yīng)用常生活中有廣泛應(yīng)用 金屬，金屬，是一種具有光澤和延展性、易導(dǎo)電和導(dǎo)熱的物質(zhì)。是一種具有光澤和延展性、易導(dǎo)電和導(dǎo)熱的物質(zhì)。 自然界中，絕大多數(shù)金屬以化合物形式存在，少數(shù)金屬自然界中，絕大多數(shù)金屬以化合物形式存在，少數(shù)金屬（如，（如，金、銀、鉑金、銀、鉑）以單質(zhì)形式存在。包括）以單質(zhì)形式存在。包括純金屬、合純金屬、合金合、金屬間化合物金合、金屬間化合物和和特種金屬材料特種金屬材料等。等。導(dǎo)電 光澤 延展性 導(dǎo)熱 我國(guó)古代將金屬分為五類，俗稱五金，指我國(guó)古代將金屬分為五類，俗稱

2、五金，指的是的是金金（俗稱黃金）、（俗稱黃金）、銀銀（俗稱白金）、（俗稱白金）、銅銅（俗稱赤金）、（俗稱赤金）、鐵鐵（俗稱黑金）、（俗稱黑金）、錫錫（俗稱青金）五類金屬?，F(xiàn)已將五金引申（俗稱青金）五類金屬?，F(xiàn)已將五金引申為常見(jiàn)金屬材料及金屬制品。為常見(jiàn)金屬材料及金屬制品。元素周期表里的元素周期表里的100100多種元素中，金屬元素占了多種元素中，金屬元素占了3/43/4。由于各種金屬元素的原子結(jié)構(gòu)不同，其性能。由于各種金屬元素的原子結(jié)構(gòu)不同，其性能也存在很大差異，密度、硬度、熔點(diǎn)等相差很大。也存在很大差異，密度、硬度、熔點(diǎn)等相差很大。目前，所指的金屬之最如下表所示。目前，所指的金屬之最如下表所

3、示。金屬金屬性能或儲(chǔ)量性能或儲(chǔ)量金屬金屬性能或儲(chǔ)量性能或儲(chǔ)量金屬金屬性能或儲(chǔ)量性能或儲(chǔ)量鉻鉻硬度最高硬度最高鋨鋨密度最大密度最大鈣鈣人體中含量最高人體中含量最高銫銫硬度最低硬度最低鋰鋰密度最小密度最小鋁鋁地殼里含量最高地殼里含量最高鎢鎢熔點(diǎn)最高熔點(diǎn)最高金金延展性最好延展性最好錸錸地殼里含量最地地殼里含量最地汞汞熔點(diǎn)最低熔點(diǎn)最低銀銀導(dǎo)電和導(dǎo)熱性最好導(dǎo)電和導(dǎo)熱性最好鈮鈮耐蝕性最好耐蝕性最好鈦鈦比強(qiáng)度最大比強(qiáng)度最大隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類對(duì)金屬材料提出了新要求：一是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類對(duì)金屬材料提出了新要求：一是對(duì)已有的金屬材料要最大限度地提高它的性能，挖掘它的潛對(duì)已有的金屬材料要最大限度地提高

4、它的性能，挖掘它的潛力，使其產(chǎn)生最大的效益力，使其產(chǎn)生最大的效益；二是；二是開(kāi)拓金屬材料的新功能，以開(kāi)拓金屬材料的新功能，以適應(yīng)更高的使用要求。適應(yīng)更高的使用要求。近幾十年來(lái)，金屬材料并沒(méi)有停止發(fā)近幾十年來(lái)，金屬材料并沒(méi)有停止發(fā)展，新的合金鋼，例如微合金化鋼，超高強(qiáng)度鋼、超低碳不展，新的合金鋼，例如微合金化鋼，超高強(qiáng)度鋼、超低碳不銹鋼；新的有色合金，例如銹鋼；新的有色合金，例如Al-LiAl-Li合金、鈦合金；還有高溫合合金、鈦合金；還有高溫合金、金屬間化合物、減振合金、超導(dǎo)合金、形狀記憶合金、金、金屬間化合物、減振合金、超導(dǎo)合金、形狀記憶合金、儲(chǔ)氫合金、納米金屬材料、非晶態(tài)金屬都有了新的發(fā)展

5、。儲(chǔ)氫合金、納米金屬材料、非晶態(tài)金屬都有了新的發(fā)展。 科學(xué)上的分類。依據(jù)元素周期表中金屬按一定規(guī)律分為堿金屬、堿土金屬、鑭系金屬、錒系金屬等。金屬材料的分類 工業(yè)分類依據(jù)及類別工業(yè)分類依據(jù)及類別分類依據(jù)類別是否有鐵鋼鐵材料、非鐵金屬材料顏色黑色金屬、有色金屬密度重金屬、輕金屬市場(chǎng)價(jià)值貴金屬、賤金屬儲(chǔ)量稀有金屬、富有金屬工業(yè)生產(chǎn)中金屬材料的分類工業(yè)生產(chǎn)中金屬材料的分類 類別 金屬名稱黑色金屬 鐵鉻錳輕有色金屬 密度小于4.5g/cm3的有色金屬，包括鋁、鎂、鈉、鈣、鍶、鋇重有色金屬 密度大于4.5g/cm3的有色金屬，包括銅、鉛、鋅、鎳、鈷、錫、鎘、鉍、銻、汞貴金屬 地殼中含量少，開(kāi)采和提取都比

6、較困難，價(jià)格比一般金屬貴的有色金屬，包括金、銀鉑、銠、銥、釕、鋨稀有金屬 在地殼中分布不廣，開(kāi)采冶煉較難，在工業(yè)應(yīng)用較晚的有色金屬，包括鎢、鉬、鈦、錸、鉭、鋯、鎵、銦、鍺、鋰、鈹、半金屬 物理化學(xué)性質(zhì)介于金屬和非金屬之間的物質(zhì)，包括硅、硒、碲、硼、砷金屬材料的性能金屬材料的性能力學(xué)性能力學(xué)性能物理性能物理性能化學(xué)性能化學(xué)性能工藝性能工藝性能力學(xué)性能：力學(xué)性能：金屬在一定溫度條件下承受外力金屬在一定溫度條件下承受外力作用時(shí)，抵抗變形和斷裂的能力。作用時(shí)，抵抗變形和斷裂的能力。 強(qiáng)度強(qiáng)度 塑性塑性 硬度硬度 韌性韌性物理性能 密度 熔點(diǎn) 熱膨脹性 磁性能 電學(xué)性能化學(xué)性能 金屬與其他物質(zhì)引起化學(xué)反

7、應(yīng)的特性稱為金屬的金屬與其他物質(zhì)引起化學(xué)反應(yīng)的特性稱為金屬的化學(xué)性能。在實(shí)際應(yīng)用中主要考慮金屬的抗蝕性、化學(xué)性能。在實(shí)際應(yīng)用中主要考慮金屬的抗蝕性、抗氧化性，以及不同金屬之間、金屬與非金屬之抗氧化性，以及不同金屬之間、金屬與非金屬之間形成的化合物對(duì)力學(xué)性能的影響。間形成的化合物對(duì)力學(xué)性能的影響。 金屬的性能與金屬鍵金屬的性能與金屬鍵 金屬鍵：金屬鍵：在金屬晶體中，自由電子作穿梭運(yùn)動(dòng)，在金屬晶體中，自由電子作穿梭運(yùn)動(dòng)，它不專屬于某個(gè)金屬離子而為整個(gè)金屬晶體所它不專屬于某個(gè)金屬離子而為整個(gè)金屬晶體所共有。這些自由電子與全部金屬離子相互作用，共有。這些自由電子與全部金屬離子相互作用，稱為金屬鍵。稱為

8、金屬鍵。 如圖所示。由于金屬只有少數(shù)價(jià)電子能用于成鍵，金屬如圖所示。由于金屬只有少數(shù)價(jià)電子能用于成鍵，金屬在形成晶體時(shí)，傾向于構(gòu)成極為緊密的結(jié)構(gòu)，使每個(gè)原在形成晶體時(shí)，傾向于構(gòu)成極為緊密的結(jié)構(gòu)，使每個(gè)原子都有盡可能多的相鄰原子子都有盡可能多的相鄰原子( (金屬晶體一般都具有高配位金屬晶體一般都具有高配位數(shù)和緊密堆積結(jié)構(gòu)數(shù)和緊密堆積結(jié)構(gòu)) )，這樣，電子能級(jí)可以得到盡可能多，這樣，電子能級(jí)可以得到盡可能多的重疊，從而形成的重疊，從而形成金屬鍵金屬鍵。 2.2 2.2 鋼鐵材料鋼鐵材料鐵：生鐵和鑄鐵鐵：生鐵和鑄鐵生鐵：生鐵：含碳量大于含碳量大于2.11%2.11%的鐵碳合金稱之為鑄鐵，工業(yè)生的鐵碳

9、合金稱之為鑄鐵，工業(yè)生 鐵含碳量一般為鐵含碳量一般為2.5%2.5%4%4%，通常含有，通常含有SiSi、MnMn、 S S、P P等元素。等元素。鑄鐵：鑄鐵：在生鐵的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次加工，將鑄造生鐵在爐在生鐵的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次加工，將鑄造生鐵在爐 中重新溶化加入鐵合金、廢鋼進(jìn)行成分調(diào)整而得中重新溶化加入鐵合金、廢鋼進(jìn)行成分調(diào)整而得 到。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于到。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%2.11%。鋼鋼：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%0.04%2.11%2.11%的鐵的鐵 碳合金。碳合金。按按化學(xué)成分化學(xué)成分分為：碳素鋼和合金鋼。分為：碳素鋼和合金鋼。按按用途用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、機(jī)械零

10、件鋼和分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、機(jī)械零件鋼和 特殊性能鋼。特殊性能鋼。2.3 有色金屬材料o鋁合金鋁合金o鎂合金鎂合金o銅合金銅合金2.3.2 2.3.2 鋁合金鋁合金質(zhì)量輕，密度低，密度為質(zhì)量輕，密度低，密度為2.7 g/cm2.7 g/cm3 3, ,約為鐵的約為鐵的1/31/3。加工性能好，塑性好。加工性能好，塑性好。鋁具有優(yōu)良的電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性，其電導(dǎo)性僅次于銀和鋁具有優(yōu)良的電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性，其電導(dǎo)性僅次于銀和銅，居第三位，約為純銅電導(dǎo)率的銅，居第三位，約為純銅電導(dǎo)率的62%62%。高比強(qiáng)度，高比模量。高比強(qiáng)度，高比模量。鋁合金的應(yīng)用鋁合金的應(yīng)用航空航天航空航天20062006年年1212月月3

11、030日，東北輕合金日，東北輕合金有限責(zé)任公司自行設(shè)計(jì)制造的環(huán)有限責(zé)任公司自行設(shè)計(jì)制造的環(huán)軋生產(chǎn)線生產(chǎn)出迄今國(guó)內(nèi)最大的軋生產(chǎn)線生產(chǎn)出迄今國(guó)內(nèi)最大的鋁合金鍛環(huán)。鋁合金鍛環(huán)。 該環(huán)直徑達(dá)該環(huán)直徑達(dá)51505150毫米，寬毫米，寬340340毫米，厚毫米，厚100100毫米。隨著我國(guó)毫米。隨著我國(guó)航天事業(yè)的飛速發(fā)展，大推力火航天事業(yè)的飛速發(fā)展，大推力火箭和宇航器所需的鋁合金直徑在箭和宇航器所需的鋁合金直徑在不斷加大，未來(lái)幾年將需要直徑不斷加大，未來(lái)幾年將需要直徑達(dá)達(dá)5 5米及米及5 5米以上的鍛環(huán)，米以上的鍛環(huán)，武器裝備武器裝備 交通運(yùn)輸交通運(yùn)輸交通運(yùn)輸 家用電器 建筑領(lǐng)域 鋁的鋁的應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛應(yīng)

12、用于交通運(yùn)輸、包裝容應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、包裝容器、建筑裝飾、航天航空、機(jī)械電器、電子通器、建筑裝飾、航天航空、機(jī)械電器、電子通訊、石油化工、能源動(dòng)力、文體衛(wèi)生等行業(yè)，訊、石油化工、能源動(dòng)力、文體衛(wèi)生等行業(yè)，成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)與提高人民物質(zhì)和文化生活成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)與提高人民物質(zhì)和文化生活的重要基礎(chǔ)材料。的重要基礎(chǔ)材料。 鋁鋰合金是航空技術(shù)一種新材料鋁鋰合金是航空技術(shù)一種新材料 新材料是航空航天技術(shù)的重要基礎(chǔ)，航空航天技術(shù)的發(fā)展又不斷對(duì)材料科學(xué)提出新的問(wèn)題和要求。鋁鋰合金是近十幾年來(lái)航空金屬材料中發(fā)展最為迅速的一個(gè)領(lǐng)域。8090波音飛機(jī)波音飛機(jī)鋁鋰合金優(yōu)點(diǎn)鋁鋰合金優(yōu)點(diǎn)鋰是世界上最輕的金屬

13、元素。把鋰作為合金元素加到金屬鋁中，就形成了鋁鋰合金。加入鋰之后，可以降低合金的比重，增加剛度，同時(shí)仍然保持較高的強(qiáng)度、較好的抗腐蝕性和抗疲勞性以及適宜的延展性。因?yàn)檫@些特性，這種新型合金受到了航空、航天以及航海業(yè)的廣泛關(guān)注。正是由于這種合金的許多優(yōu)點(diǎn)，吸引著許多科學(xué)家對(duì)它進(jìn)行研究，鋁鋰合金的開(kāi)發(fā)事業(yè)猶如雨后春筍般迅速發(fā)展起來(lái)了。鋁鋰合金的航空應(yīng)用鋁鋰合金的航空應(yīng)用Al-Li合金已經(jīng)在軍用飛機(jī)、民用客機(jī)和直升飛機(jī)上使用或試用，主要用于機(jī)身框架、襟翼翼肋，垂直安定面、整流罩、進(jìn)氣道唇口、艙門(mén)、燃油箱等等。波音波音777早在20世紀(jì)50年代，美國(guó)就開(kāi)發(fā)了x2020鋁鋰合金后來(lái)用來(lái)取代7075用于R

14、A-SC預(yù)警機(jī)。美國(guó)一公司將C-155鋁鋰合金用于波音777和空中客車A330/340飛機(jī)的垂尾和平尾，該合金比普通鋁合金有更好的抗疲勞性能和高的強(qiáng)度。其中A330/340飛機(jī)每架使用Al-Li合金650kg，可使飛機(jī)減重達(dá)4250kg，可以提高有效載荷及降低燃料消耗。麥道公司的C-17運(yùn)輸機(jī)使用了鋁鋰合金板材和擠壓型材制造貨艙的地板梁、襟翼副翼蒙皮等結(jié)構(gòu)，用量達(dá)2.8t，比用普通鋁合金減重208kg，法國(guó)幻影式戰(zhàn)斗機(jī)上也大量應(yīng)用鋁鋰合金，其成本低于熱固塑料和金屬基復(fù)合材料。A330/340飛機(jī)在航空鋁鋰合金的研究和應(yīng)用方面，前蘇聯(lián)及俄羅斯也一直處于世界的領(lǐng)先地位，比較有代表性的有01420、

15、01421（含鈧）、01423（含鈧）、01430、01440、01450等早在20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)就將鋁鋰合金用于制造雅克36飛機(jī)的主要構(gòu)件，包括機(jī)身蒙皮、尾翼、翼肋等，該飛機(jī)在惡劣的海洋氣候條件下使用，性能良好。20世紀(jì)90年代初又在米格29和米格31飛機(jī)上采用1420合金焊接結(jié)構(gòu)，使減重效果進(jìn)一步提高。雅克-36Al-Li合金在俄羅斯的航天業(yè)中也有很多的應(yīng)用。俄羅斯在1450合金基礎(chǔ)上添加0.20%的Sc元素研制出1460合金，有更優(yōu)良的性能，將其應(yīng)用于大型運(yùn)載火箭“能源號(hào)”的結(jié)構(gòu)件上。此外，還用在其它火箭、“暴風(fēng)雪”號(hào)航天飛機(jī)和空間站的結(jié)構(gòu)件上。長(zhǎng)征2號(hào)運(yùn)載火箭高強(qiáng)可焊鋁鋰合金的興

16、起和低各向異性厚板材的生產(chǎn)時(shí)近年來(lái)鋁鋰合金研究中取得的最大進(jìn)展。這主要是因?yàn)橐环矫嫒藗兊呐d趣已不放在低密度上，而是更加看重li的加入可獲得更好的其它性能方面；另一方面是因?yàn)槿藗儗?duì)鋁鋰合金的合金化和生產(chǎn)、成型工藝過(guò)程進(jìn)行了更加深入的研究。2.3.3 2.3.3 鎂合金鎂合金1. 1. 密度小、質(zhì)量輕密度小、質(zhì)量輕2. 2. 比強(qiáng)度高比強(qiáng)度高3. 3. 彈性模量小彈性模量小4. 4. 抗電磁干擾抗電磁干擾5. 5. 減震性能強(qiáng)減震性能強(qiáng)6. 6. 加工性能好加工性能好 7. 7. 導(dǎo)熱性能好導(dǎo)熱性能好 8. 8. 對(duì)環(huán)境無(wú)污染，有利于環(huán)保對(duì)環(huán)境無(wú)污染，有利于環(huán)保鎂合金的特點(diǎn)鎂合金的特點(diǎn)鎂合金的分類

17、鎂合金的分類o分為分為變形鎂合金變形鎂合金和和鑄造鎂合金鑄造鎂合金。許多鎂合。許多鎂合金既可做鑄造合金，也可做變形合金。金既可做鑄造合金，也可做變形合金。o經(jīng)鍛造和擠壓后，變形合金比同成分的鑄經(jīng)鍛造和擠壓后，變形合金比同成分的鑄造合金有更高的強(qiáng)度。造合金有更高的強(qiáng)度。鎂合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用鎂合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用鎂合金在鎂合金在3C3C工業(yè)中的應(yīng)用工業(yè)中的應(yīng)用DVD外殼外殼手機(jī)外殼D E L L :D E L L : 支 撐支 撐TFT LCDTFT LCD面板面板的 上 蓋 和 機(jī)的 上 蓋 和 機(jī)身 底 座 下 蓋身 底 座 下 蓋皆為鎂合金皆為鎂合金鎂合金在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用鎂合金在航空

18、領(lǐng)域中的應(yīng)用美軍美軍B-36重型轟炸重型轟炸機(jī)：每架用機(jī)：每架用4086Kg鎂合金簿板。鎂合金簿板。東風(fēng)汽車將脫下鋁裝換鎂裝采用鋁質(zhì)內(nèi)膽、鎂質(zhì)外壁的合金汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)，比傳統(tǒng)的鋼質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)輕了10公斤寶馬寶馬F1F1賽車賽車汽車、摩托車、飛機(jī)零件汽車、摩托車、飛機(jī)零件（減震、節(jié)能、提高駕乘舒適度）（減震、節(jié)能、提高駕乘舒適度） 轎車用鎂合金輪轂轎車用鎂合金輪轂 直升機(jī)變速箱殼體直升機(jī)變速箱殼體轎車用鎂合金齒輪箱轎車用鎂合金齒輪箱 鎂合金曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)鎂合金曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)左、右箱體蓋；左、右箱體蓋； 鎂合金曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)鎂合金曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)后蓋；后蓋； 鎂合金前、后輪轂；鎂合金前、后輪轂； 鎂合金后扶手；鎂合金后扶手

19、； 鎂合金鎖扣。鎂合金鎖扣。全鎂概念摩托車，全鎂概念摩托車，12個(gè)零部件個(gè)零部件用鎂合金替代（減重用鎂合金替代（減重6Kg）辦公用品辦公用品兵器（減重）兵器（減重）2.3.4 2.3.4 銅及銅合金銅及銅合金 銅及銅合金是人類歷史上使用最早的金屬之一，早在銅及銅合金是人類歷史上使用最早的金屬之一，早在三千多年前就已開(kāi)始使用。由于銅具有優(yōu)良的性能及三千多年前就已開(kāi)始使用。由于銅具有優(yōu)良的性能及光亮的色澤而被廣泛用于電纜、電子、電器、各種熱光亮的色澤而被廣泛用于電纜、電子、電器、各種熱交換材料以及裝飾品等。當(dāng)前，大規(guī)模集成電路、超交換材料以及裝飾品等。當(dāng)前，大規(guī)模集成電路、超導(dǎo)電線、超導(dǎo)電磁體、磁

20、懸浮鐵路、核聚變裝置等都導(dǎo)電線、超導(dǎo)電磁體、磁懸浮鐵路、核聚變裝置等都廣泛使用。廣泛使用。純銅：又稱紫銅。強(qiáng)度低，高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性黃銅：純銅中加入鋅黃銅：純銅中加入鋅 黃銅棒黃銅棒銅管銅管銅與黃銅帶銅與黃銅帶白銅件白銅件康銅熱偶康銅熱偶白銅型材白銅型材白銅：純銅中加入鎳，使銅的顏色白銅：純銅中加入鎳，使銅的顏色變白，稱為白銅。變白，稱為白銅。錫青銅管錫青銅管船用青銅軟管船用青銅軟管快速接頭閥快速接頭閥( (錫青銅閥體、錫青銅閥體、閥蓋閥蓋) )青銅制品青銅制品青銅：純銅中加入錫青銅：純銅中加入錫鈹青銅制鈹青銅制品品2.4 新型金屬結(jié)構(gòu)材料超級(jí)鋼超級(jí)鋼 2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代中期，日本提出

21、了年代中期，日本提出了“超級(jí)鋼超級(jí)鋼”的概念，并的概念，并于于19971997年年4 4月，正式啟動(dòng)月，正式啟動(dòng)“超級(jí)鋼材料計(jì)劃超級(jí)鋼材料計(jì)劃”，目標(biāo)是，目標(biāo)是在在1010年內(nèi)開(kāi)發(fā)出強(qiáng)度相當(dāng)于現(xiàn)有鋼鐵材料兩倍的超級(jí)鋼，年內(nèi)開(kāi)發(fā)出強(qiáng)度相當(dāng)于現(xiàn)有鋼鐵材料兩倍的超級(jí)鋼，用于道路、橋梁、高層建筑等基礎(chǔ)設(shè)施建材的更新?lián)Q代。用于道路、橋梁、高層建筑等基礎(chǔ)設(shè)施建材的更新?lián)Q代。繼日本之后，世界鋼鐵協(xié)會(huì)又組織繼日本之后，世界鋼鐵協(xié)會(huì)又組織3535家北美、西歐鋼廠家北美、西歐鋼廠和汽車廠開(kāi)展和汽車廠開(kāi)展“超級(jí)鋼超級(jí)鋼”項(xiàng)目研究。由于超級(jí)鋼強(qiáng)度增項(xiàng)目研究。由于超級(jí)鋼強(qiáng)度增加，制造同等強(qiáng)度性能的部件可以減少材料用量，

22、因此加，制造同等強(qiáng)度性能的部件可以減少材料用量，因此用超級(jí)港制造的汽車零部件可以減輕車身自重，從而減用超級(jí)港制造的汽車零部件可以減輕車身自重，從而減少油耗。超級(jí)鋼目前廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)，建筑業(yè)當(dāng)少油耗。超級(jí)鋼目前廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)，建筑業(yè)當(dāng)中。目前我國(guó)開(kāi)發(fā)的中。目前我國(guó)開(kāi)發(fā)的400MPa400MPa、800MPa800MPa級(jí)超級(jí)鋼，已級(jí)超級(jí)鋼，已投入實(shí)際生產(chǎn)，并正在應(yīng)用推廣之中。投入實(shí)際生產(chǎn)，并正在應(yīng)用推廣之中。超細(xì)晶鋼超細(xì)晶鋼o通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化來(lái)提高鋼材的強(qiáng)度和韌性。通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化來(lái)提高鋼材的強(qiáng)度和韌性。超細(xì)晶是新一代鋼鐵結(jié)構(gòu)材料的核心。超細(xì)晶是新一代鋼鐵結(jié)構(gòu)材料的核心。o按照晶粒度標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)

23、級(jí)，按照晶粒度標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)級(jí)，1313級(jí)晶粒度（直徑為級(jí)晶粒度（直徑為250125m250125m）為粗晶，）為粗晶，4646級(jí)級(jí)（直徑為（直徑為8844m8844m）為中等晶粒，）為中等晶粒，7878級(jí)（直徑為級(jí)（直徑為3122m3122m）為細(xì)晶。研究表）為細(xì)晶。研究表明，若純鐵在鐵素體晶粒尺寸為明，若純鐵在鐵素體晶粒尺寸為20m20m時(shí)，普通鋼材的屈服強(qiáng)度是時(shí)，普通鋼材的屈服強(qiáng)度是200MPa200MPa級(jí)，若級(jí)，若細(xì)化在細(xì)化在5m5m以下，屈服強(qiáng)度就能翻番；具有低碳貝氏體或針狀鐵素體的鋼材，若以下，屈服強(qiáng)度就能翻番；具有低碳貝氏體或針狀鐵素體的鋼材，若顯微組織細(xì)化至顯微組織細(xì)化至2m2m以

24、下，強(qiáng)度就能翻番；具有回火馬氏體的合金鋼，若顯微組以下，強(qiáng)度就能翻番；具有回火馬氏體的合金鋼，若顯微組織細(xì)化至織細(xì)化至5m5m以下，強(qiáng)度就能翻番。因此，超細(xì)晶鋼的目標(biāo)是將目前細(xì)晶鋼的基以下，強(qiáng)度就能翻番。因此，超細(xì)晶鋼的目標(biāo)是將目前細(xì)晶鋼的基體組織細(xì)化至微米數(shù)量級(jí)。體組織細(xì)化至微米數(shù)量級(jí)。o寶鋼與東北大學(xué)對(duì)寶鋼與東北大學(xué)對(duì)C-MnC-Mn鋼利用低溫軋制、加速冷卻和低溫卷取等技術(shù)，獲得了鐵鋼利用低溫軋制、加速冷卻和低溫卷取等技術(shù)，獲得了鐵素體晶粒尺寸約為素體晶粒尺寸約為5m5m的鐵素體的鐵素體- -珠光體珠光體- -貝氏體鋼。鋼板的屈服強(qiáng)度達(dá)到貝氏體鋼。鋼板的屈服強(qiáng)度達(dá)到400MPa400MPa

25、級(jí)，同時(shí)具有良好的成性性能。攀鋼和武鋼與鋼鐵研究總院采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼級(jí)，同時(shí)具有良好的成性性能。攀鋼和武鋼與鋼鐵研究總院采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分，利用控制軋制、道次間加速冷卻和軋后控冷等技術(shù)，獲得了鐵素體晶化學(xué)成分，利用控制軋制、道次間加速冷卻和軋后控冷等技術(shù)，獲得了鐵素體晶粒尺寸約為粒尺寸約為45m45m的鐵素體的鐵素體- -珠光體鋼。鋼板的屈服強(qiáng)度也達(dá)到了珠光體鋼。鋼板的屈服強(qiáng)度也達(dá)到了400MPa400MPa級(jí)，鋼級(jí)，鋼板成形性能優(yōu)異。板成形性能優(yōu)異。微合金化高強(qiáng)度鋼微合金化高強(qiáng)度鋼 微合金化鋼強(qiáng)度高、韌性好，可以為用戶節(jié)能節(jié)材降低成本。如在建筑和基微合金化鋼強(qiáng)度高、韌性好，可以為用

26、戶節(jié)能節(jié)材降低成本。如在建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用鋼中，采用微合金鋼可以節(jié)約礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用鋼中，采用微合金鋼可以節(jié)約20203030的鋼材，節(jié)約的鋼材，節(jié)約1515的施工時(shí)間和的施工時(shí)間和2020加工費(fèi)用。微合金化低碳高強(qiáng)度鋼是我國(guó)科技工作者利加工費(fèi)用。微合金化低碳高強(qiáng)度鋼是我國(guó)科技工作者利用現(xiàn)有設(shè)備自主研發(fā)的新一代鋼鐵材料，且迅速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在保持足夠塑用現(xiàn)有設(shè)備自主研發(fā)的新一代鋼鐵材料，且迅速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在保持足夠塑韌性前提下，使原低合金鋼的強(qiáng)度翻番。韌性前提下，使原低合金鋼的強(qiáng)度翻番。 微合金化低碳高強(qiáng)度鋼的成分特點(diǎn)：微合金化低碳高強(qiáng)度鋼的成分特點(diǎn)： 低碳低碳，高，高M(jìn)nMn并加入微量合金元素并

27、加入微量合金元素V V、TiTi、NbNb、ZrZr、CrCr、NiNi、MoMo及及ReRe等。等。常用碳含量范圍為常用碳含量范圍為Wc=0.12Wc=0.120.140.14，甚至降至，甚至降至Wc=0.03Wc=0.030.050.05。 微量合金元素的復(fù)合加入微量合金元素的復(fù)合加入。復(fù)合范圍一般控制在。復(fù)合范圍一般控制在0.010.010.10.1之間（質(zhì)之間（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。量分?jǐn)?shù)）。 控制夾雜物的形態(tài)控制夾雜物的形態(tài)。夾雜物最理想的形態(tài)是呈球狀，最壞的是共晶體的。夾雜物最理想的形態(tài)是呈球狀，最壞的是共晶體的棒狀物。在微合金化低碳高強(qiáng)度鋼中通過(guò)添加棒狀物。在微合金化低碳高強(qiáng)度鋼中通過(guò)添加

28、CaCa、TiTi、ZrZr及稀土（如及稀土（如CeCe），），能改變硫化物的組成，顯著地減小鋼材的各向異性。能改變硫化物的組成，顯著地減小鋼材的各向異性。主要用于橋梁，汽車沖壓用鋼，船舶和家用電器行業(yè)等主要用于橋梁，汽車沖壓用鋼，船舶和家用電器行業(yè)等 鈦是銀白色金屬，熔點(diǎn)為1680，相對(duì)密度為4.54，比鉛重但比鋼輕43%。鈦有很好的強(qiáng)度，約為鋁的6倍，所以鈦的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/相對(duì)密度）在結(jié)構(gòu)材料中是很高的。鈦的熱膨脹系數(shù)較小，導(dǎo)熱性差，只有鐵的1/5，加上鈦的摩擦系數(shù)大（=0.2），使切削、磨削加工困難。鈦的彈性模量較低，屈強(qiáng)比（s/b）較高，這使得鈦和鈦合金冷變形成型時(shí)的回彈性大，不易成型

29、和校直。 金紅石金紅石鈦鐵礦鈦鐵礦 輕質(zhì)高溫鈦合金輕質(zhì)高溫鈦合金目錄 CONTENTS 鈦合金鈦合金它是相固溶體組成的單相合金，具有很好的強(qiáng)度、韌性及塑性。它在高溫下組織穩(wěn)定，抗氧化能力較強(qiáng)，熱強(qiáng)性較好。但它的室溫強(qiáng)度一般低于和（+）鈦合金。 鈦合金鈦合金它是相固溶體組成的單相合金，合金密度較大，耐熱性差及抗氧化性能低，不宜在高溫下使用。 + + 鈦合金鈦合金 它兼有和鈦合金兩者的優(yōu)點(diǎn)，耐熱性和塑性都較好，且可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，這類合金的生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，因此（+）鈦合金的應(yīng)用比較廣泛。 鈦合金 鈦合金鍛造模擬鈦合金鍛造模擬鈦合金板、棒、線材鈦合金板、棒、線材鈦合金生產(chǎn)鈦合金生產(chǎn)各種鈦合金零件各

30、種鈦合金零件鈦合金與我們的生活鈦合金與我們的生活目錄 CONTENTS7070年代起，民用機(jī)開(kāi)始大量使用鈦合金，如波音年代起，民用機(jī)開(kāi)始大量使用鈦合金，如波音747747客機(jī)用客機(jī)用鈦量達(dá)鈦量達(dá)36403640公斤公斤以上以上o鈦及其合金是航空航天業(yè)的理想材料。鈦及其合金是航空航天業(yè)的理想材料。美國(guó)美國(guó)2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代后設(shè)計(jì)出年代后設(shè)計(jì)出的各種先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)中，鈦合金用量已經(jīng)穩(wěn)定在的各種先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)中，鈦合金用量已經(jīng)穩(wěn)定在2020以上。以上。如，第三代戰(zhàn)斗機(jī)如，第三代戰(zhàn)斗機(jī)F-15F-15鈦合金用量占鈦合金用量占2727，而第四代戰(zhàn)斗機(jī)，而第四代戰(zhàn)斗機(jī)F-22F-22鈦合

31、金用量占鈦合金用量占4141。鈦合金制品的另一應(yīng)用行業(yè)是發(fā)展勢(shì)頭迅猛的鈦合金制品的另一應(yīng)用行業(yè)是發(fā)展勢(shì)頭迅猛的汽車業(yè)。汽車業(yè)。目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)、連桿、曲軸、排氣管、懸簧、消目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)、連桿、曲軸、排氣管、懸簧、消音器、車體和緊固件等，都用上了鈦及鈦合金。鈦合金零部件對(duì)提音器、車體和緊固件等，都用上了鈦及鈦合金。鈦合金零部件對(duì)提高汽車性能、檔次和舒適性等將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。金屬鈦?zhàn)鳛楦咂囆阅?、檔次和舒適性等將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。金屬鈦?zhàn)鳛楣こ滩牧想m然只有工程材料雖然只有5050多年歷史，但由于鈦及其合金相對(duì)密度小、強(qiáng)多年歷史，但由于鈦及其合金相對(duì)密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕，在航空、

32、航海、汽車、石化和建筑等諸多領(lǐng)域已顯度高、耐腐蝕，在航空、航海、汽車、石化和建筑等諸多領(lǐng)域已顯示出非常廣闊的應(yīng)用前景。示出非常廣闊的應(yīng)用前景。o但由于鈦在高溫時(shí)異?；顫?，鈦及其合金的熔煉、澆鑄、焊接和熱但由于鈦在高溫時(shí)異?；顫?，鈦及其合金的熔煉、澆鑄、焊接和熱處理等都要在真空或惰性氣體中進(jìn)行，加工條件嚴(yán)格，成本較高，處理等都要在真空或惰性氣體中進(jìn)行，加工條件嚴(yán)格，成本較高，使它的應(yīng)用受到限制。使它的應(yīng)用受到限制。 金屬間化合物高溫材料 金屬間化合物具有金屬鍵和共價(jià)鍵共存的特性，其使用溫度可介于高溫合金和陶瓷之間（11001400），與陶瓷相比又具有較低的脆性，是一種具有很大發(fā)展?jié)摿Φ母邷亟饘俳Y(jié)

33、構(gòu)材料。 金屬間化合物的特性金屬間化合物的特性1. 金屬間化合物中的原子結(jié)合比金屬中的原子結(jié)合顯示出較強(qiáng)的方向性，但又沒(méi)有陶瓷那樣極強(qiáng)的共價(jià)鍵或離子鍵，其物理、化學(xué)及力學(xué)性能介于金屬和陶瓷之間。2. 具有高熔點(diǎn)、高硬度高抗蠕變性能。金屬間化合物主要類型及其應(yīng)用金屬間化合物主要類型及其應(yīng)用 金屬間化合物主要種類有Ti-Al系金屬間化合物，Ti3Al基系列合金，Ti2AlNb基系列合金，TiAl基合金，Ti-Al-Mo-Cr-V鈦合金和Ni3Al基MX246系列合金。，利用它的一些特殊性能也可望在一般高溫條件下應(yīng)用?？赏诎l(fā)電、汽車、航空宇宙、廢棄物處理、石油精煉和軍工等方面作為耐熱耐腐蝕材料得到應(yīng)用。 2.4.6 2.4.6 高溫合金高溫合金 高溫合金一般指在高溫合金一般指在650650以上使用并具有高強(qiáng)、以上使用并具有高強(qiáng)、耐蝕、耐沖刷、抗氧化、抗蠕變等性能的金屬耐蝕、耐沖刷、抗氧化、抗蠕變等性能的金屬材料，這類材料主要包括材料，這類材料主要包括FeFe基基、NiNi基基和和CoCo基基合金，其中合金，其中NiNi基合金最重要，應(yīng)用最廣。基合金最重要，應(yīng)用最廣。o鎳基高溫合金鎳基高溫合金是目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉是目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片、導(dǎo)向葉片、渦輪盤(pán)和機(jī)匣、燃燒室、燃燒室及尾噴片、導(dǎo)向葉片、渦輪盤(pán)和機(jī)匣、燃燒室、燃燒室及尾噴口等部件的主要用材，在先進(jìn)的