新型金屬材料

型金屬材料1、金屬材料的構(gòu)造與一般特性①建筑鋼材的使用量最大,其產(chǎn)品形式有型材、板材、管材和線材；筑裝飾；③鋁及鋁合金質(zhì)量輕，耐腐蝕性強(qiáng)，裝飾性能好，主要用于門窗、室內(nèi)外裝修、裝飾;④幕墻材料和金屬器具；⑤銅的價格較貴，只限于建筑五金、門窗和家具的裝飾或金屬器件，用量很少?！?〕金屬材料的構(gòu)造律可以用空間格子來描述，叫做晶格。熔點(diǎn):1535℃，呈液態(tài)；1535—1390℃：體心立方晶格，稱為δ-Fe;1390-910γ—Fe，伴隨著體積收縮；＜910℃：α—Fe，伴隨著體積膨脹。同一種類的金屬在不同的溫度下其晶同素異構(gòu)體.利用金屬在不同溫度下的同素異構(gòu)性，可對金屬進(jìn)展熱加工處理，以獲得不同性質(zhì)的金屬材料.絕大多數(shù)晶體都是10-100μm成的多晶體,晶粒之間的界面叫做晶界面。特別熱處理后可變小。晶粒越細(xì)小，晶界的面積越大，材料受力時的韌性、變形均勻途徑。按添加元素的位置分為：①侵入型固溶體；②置換型固溶體;③析出物。晶體的有序排列遭到破壞,晶格缺陷的形式有點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷等。將間隙原子或置換原子地參與到金屬材料構(gòu)造中，屬材料的強(qiáng)度，降低2-3個數(shù)量級，同時提高金屬的塑性變形性能；晶界面越多，金屬的強(qiáng)度越高、性能均勻性越好。建筑鋼材的成分及其對性能的影響①鋼材的主要化學(xué)成分是鐵元素和碳元素，其中碳元素的含量在002％－2.0%的范圍；②假設(shè)碳含量大于2。0%則稱為生鐵，生鐵堅硬，但呈脆性，不能承受沖擊荷載的作用硬度增大，但塑性、韌性降低.建筑上常使用低碳鋼。④在鐵—碳合金中有意識地參與其他元素的原子,例如Mn、Si、Ni、Cr等，制成合金鋼.依據(jù)合金元素的多少,分為高、中、低合金鋼。建筑上常用低合金鋼。〔3〕金屬材料的一般特性沖擊荷載的作用；具有導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；③能進(jìn)展焊接、鉚接等加工,作成長大尺寸的構(gòu)件;④金屬材料具有光亮的外表，裝飾性能良好；⑤金屬材料簡潔被腐蝕，耐高溫性差，生產(chǎn)本錢較高。受拉力作用下應(yīng)力—應(yīng)變曲線:①彈性階段：彈性模量〔E),彈性極限(σp)，可恢復(fù)；②屈服階段：屈服強(qiáng)度(σs；③強(qiáng)化階段:加工硬化或強(qiáng)化；④頸縮階段:導(dǎo)致破斷,極限抗拉強(qiáng)度(σb)。引起金屬材料產(chǎn)生塑性變形的內(nèi)部緣由，其一晶格本身發(fā)生了變形；其二是原子發(fā)生滑移運(yùn)動，晶格外形不變,晶格之間的原子位置轉(zhuǎn)變。2、建筑領(lǐng)域的型金屬材料種比較單一,雖然具有較高的強(qiáng)度和韌性,但是普遍存在著不耐高溫、簡潔腐蝕、導(dǎo)熱性較高、低溫脆性等缺點(diǎn)?，F(xiàn)階段人們對建料的強(qiáng)度、耐久性、耐腐蝕性、耐火性、抗求。超高強(qiáng)度鋼材510—720MPa;低合金鋼510720MPa；高強(qiáng)度鋼900—1300MPa；超高強(qiáng)度鋼材到達(dá)1300MPa以上，可通過轉(zhuǎn)變合金元素的含量及熱處理工藝流程來實(shí)現(xiàn)。(2〕低屈強(qiáng)比鋼鋼材的屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度的比值(σs/σb服極限至破壞所具有的安全貯存.用于建筑工程的一般低碳鋼的屈強(qiáng)比為058-0.63，低合金鋼的屈強(qiáng)比為0.65-075。度和屈強(qiáng)比較小，滿足小震、中震不破壞，大震、巨震不倒塌的要求。型不銹鋼型不銹鋼不含Ni元素，是在19Cr-20Mo不銹鋼中添加NbTiZr性更好的元素，形成高純度的貝氏體不銹Cr含量更大的品種不銹鋼，可耐500-700℃高溫，用于火力發(fā)電廠或建筑物中的耐火掩蓋層.一般用于建筑物中的太陽能熱水器、耐腐蝕配管等構(gòu)件，但是只適合300℃以下的環(huán)境中.久性的含氟樹脂等涂料涂刷外表制成涂膜不銹鋼,或利用電解著色制成彩色不銹鋼，性溶液中電解，可在不銹鋼外表形成氧化藍(lán)色、黃色、綠色、黑色等各種顏色?！?)高耐蝕性金屬及鈦合金建材海洋構(gòu)造物、臨海建筑物中使用的金屬材料,要求具有優(yōu)異的耐腐蝕性。鈦金屬經(jīng)氧化處理能形成TiO2膜層,顏色因入射光的波長分布、入射角、氧化物膜層的厚度與化。彩色鈦金屬板顏色與光澤的耐蝕性、耐候性也格外優(yōu)秀。金屬鈦質(zhì)量輕,比強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，且裝飾性能好，同時，鈦金屬熱膨脹系數(shù)小,焊接性能也好，是抱負(fù)的建筑材材.沒有到達(dá)普及使用的程度.最近興盛國家在用于建筑物的屋頂及外裝修板材?！?〕耐火鋼一般建筑鋼材的機(jī)械強(qiáng)度在400℃溫度時將降低為室溫下強(qiáng)度的1/3，在1000℃時降低為室溫下強(qiáng)度的1/10。耐火鋼是在一般碳素鋼中添加鉬、釩、鉻、鈮等合金元素，各種元素的添加量大約為1%，可使鋼材在400℃高溫下的強(qiáng)度到達(dá)2/3。外表掩蓋耐火材料用于耐火.輕質(zhì)、高比強(qiáng)度金屬材料為減輕高層、超高層建筑物的自重，要求用于主體構(gòu)造的金屬材料要有高的比強(qiáng)比強(qiáng)度是指材料的強(qiáng)度與其密度的比高本錢的鈦比強(qiáng)度最高，因此必需開發(fā)本錢低，具有高比強(qiáng)度的金屬材料。承受輕金屬與碳纖維復(fù)合制成的纖維強(qiáng)化金屬，具有較高的比強(qiáng)度.對強(qiáng)化長纖中,或者承受短纖維與熔融金屬進(jìn)展混合鑄造等方法制成。碳纖維的抗拉強(qiáng)度高達(dá)2023MPa，制成纖維強(qiáng)化鋁金屬,密度大幅度降低,抗拉強(qiáng)度可到達(dá)1000MPa左右,比強(qiáng)度350MPa。耐低溫金屬材料當(dāng)溫度下降到確定程度時,對于很小的溫度變化，金屬的韌性突然降低，該溫度稱為金屬材料的臨界脆性溫度。地球外表自然環(huán)境的最低溫度大約為-70℃－—80℃，飛行于宇宙中的宇宙飛船，受太陽直射側(cè)的溫度100-200℃，而沒有受到太陽照耀的一側(cè)最低能到達(dá)-269.2℃(4K主性是否明顯降低。(8〕金屬纖維為提高混凝土或砂漿材料的抗拉強(qiáng)度，成鋼絲，然后切割成所需尺寸制成短纖維,宜選擇耐蝕性好的金屬素材作金屬纖維。(9〕非磁性金屬高智能化的建筑物、核熔爐、磁懸浮鐵通的具有磁性的金屬材料,在磁場作用下產(chǎn)生力的作用，不利于構(gòu)造體的正常運(yùn)行。目前具有代表性的非磁性金屬材料有高錳鋼、奧氏體系列不銹鋼和鈦金屬，其高12Mn、l8Mn、24Mn3、具有特別功能的金屬材料〔1)外形記憶合金A。外形記憶合金的功能熱至某一溫度下(例如130℃左右進(jìn)展外形記憶熱處理，則該合金將“記住”在這一溫度下的外形。B。外形記憶功能的機(jī)理沿滑移面原子發(fā)生變位;原子的移動在格子之間連續(xù)變化,停留在擔(dān)憂定的位置上；對合金加熱,原子又回到原來位置上,表現(xiàn)為外形記憶特性。外形記憶合金在高溫下的晶格構(gòu)造稱為根本相，溫度降低至馬氏體相變溫度時，加熱到達(dá)馬氏體相變溫度以上,則晶格又恢復(fù)到根本相構(gòu)造。C.鎳—鈦合金的特性7％,外形可完全恢復(fù)；②外形恢復(fù)應(yīng)力較大，可達(dá)600MPa；③疲乏壽命長，假設(shè)塑性應(yīng)變把握在2％以10④耐蝕性好,鎳—鈦合金具有與鈦金屬及其一般的鈦合金相當(dāng)?shù)哪臀g性D。外形記憶合金的應(yīng)用實(shí)例①配管接頭；②宇宙開發(fā)，做人造衛(wèi)星或月球外表的天線；③醫(yī)療器械，脊柱彎曲癥支撐材料，人體內(nèi)臟注入藥液的微型泵、以及各種止血鉗等；④自動開啟裝置.雙向型外形記憶合金，例動開閉器、以及各種溫度開關(guān)等。⑤在土木、建筑領(lǐng)域的應(yīng)用內(nèi)徑的塑性加工,通常所設(shè)定的外形恢復(fù)溫2003％。4、型鋁金屬材料鋁合金材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、延展性好、耐腐蝕性好、外表有光澤、裝飾性能好等優(yōu)點(diǎn)，建筑領(lǐng)域大量用作建筑物的門窗、外墻幕墻材料及室內(nèi)裝修?！?)超塑性鋁合金晶粒的粒徑到達(dá)20μm金的拉伸伸長率到達(dá)50％以上,實(shí)現(xiàn)超塑性扣板?！?〕蜂窩式芯材板“鋁箔制作的六角形蜂窩集合體”＋“鋁板“(3〕鋁質(zhì)復(fù)合材料鋁質(zhì)復(fù)合材料具有振動損失系數(shù)高,制震樹脂,可夾入樹脂等高分子泡沫材料或纖維石膏板制成的復(fù)合板材。(4〕耐腐蝕性裝飾材料將鋁質(zhì)金屬制品浸泡在電解液中,以鋁質(zhì)金屬板為陽極，通入電流，得到金色、銀色、黑色等不同的外表顏色。噴漆、噴塑、熱鍍等加工方法制造而成的鋁質(zhì)涂層板，通稱為彩色鋁板，常用的合成樹脂涂料有丙烯類、乙烯類、聚酯類和含氟樹脂等。塑性和韌性,尺寸精度好，現(xiàn)代加工工藝已經(jīng)很興盛，有利于建筑構(gòu)件工廠化生產(chǎn)、在現(xiàn)場安裝的現(xiàn)代化建設(shè)施工模式。是最大的弱點(diǎn)。應(yīng)不斷開發(fā)型的、符合可筑工程中。。41、復(fù)合材料的進(jìn)展概況人類進(jìn)步的歷史與人類應(yīng)用材料的歷史親熱相關(guān)。在邁向現(xiàn)代文明的進(jìn)程中，人類經(jīng)受了石器時代、銅器時代、鐵器時代、用材料的閱歷。但是,任何一種單一的材料(金屬、陶瓷、聚合物，雖有很多優(yōu)點(diǎn),但限的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛進(jìn)展,對材料提出了越來越高、越來越嚴(yán)、越來越多的要求，既要求良好的綜合性能，如高強(qiáng)度、高剛度、高韌性、低密度等性能,又期望能夠在這互取長補(bǔ)短,這樣就消滅了復(fù)合材料.(1〕復(fù)合材料有著悠久的歷史。自然復(fù)合材料：竹子、木材、骨骼、皮膚、貝殼等。不同的管狀纖維素分散在木質(zhì)素基體中形成的復(fù)合材料.表皮纖維細(xì)而密，可增加抗彎強(qiáng)度；內(nèi)層纖維粗而疏,可改善韌性.最原始的人工復(fù)合材料：6000年前，我國古代勞動人民使用的土坯磚是有粘土和稻草組成的.層復(fù)合材料，在潮濕的環(huán)境中埋藏了幾千年，出土是仍光亮奪目，銳利無比?！?)主要指人工特意復(fù)合而成的一種型材料體系,成功制造要從1942年開頭算起。脂復(fù)合材料被美國空軍用于制造飛機(jī)構(gòu)件。復(fù)合材料進(jìn)展第一代：1942～1960年，玻璃纖維增加塑料時代.1960~1980年,KevlarKevlar纖維增加環(huán)氧樹脂復(fù)合材料用于飛機(jī)、火箭的主承力構(gòu)件。復(fù)合材料進(jìn)展第三代:1980～1990年，得到爭論和進(jìn)展。復(fù)合材料進(jìn)展第四代:1990～至今，主要進(jìn)展多功能復(fù)合材料，梯度功能材料、納米復(fù)合材料、仿生復(fù)合材料。2、復(fù)合材料的概念復(fù)合材料在材料科學(xué)中是一門興學(xué)科，理論尚不成熟,還沒有形成統(tǒng)一的、普化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)承受適當(dāng)?shù)墓に嚱M合而成的一種多相固體材料,而且這種多相固體材料的性能比單一材料的性能優(yōu)越。定義要點(diǎn)：相.基體相可以是一個或幾個，把改善性能應(yīng)力的作用，又稱為連續(xù)相.增加相也可以作用，又稱為分散相。固體材料.假設(shè)復(fù)合產(chǎn)物為液體或氣體混合物，就不是復(fù)合材料?！?〕人工合成。自然界自然的復(fù)合材料不在材料科學(xué)爭論之列?！?)點(diǎn)。如玻璃鋼強(qiáng)度>>玻璃和樹脂.②各向異性，性能具有可設(shè)計性，使構(gòu)件中纖維與受力方向全都。③可制造出單一材料不具備的性能,或同一時間里發(fā)揮不同的功能.如溫控開關(guān)。其特點(diǎn)是：具有可設(shè)計性;人工制造而非自然形成的；性能取決于各組分性能及協(xié)同效應(yīng);組元間有明顯界面或呈梯度變化的多相材料.3、復(fù)合材料的分類任意兩者人工合成,也可以由兩種或更多種金屬、高聚物和陶瓷來制備，因此復(fù)合材料范圍很廣、種類很多，目前分類也不統(tǒng)一。按基體材料分類①聚合物基復(fù)合材料〔PolymerMatrixCompositesPMC〕〔MetalMatrixCompositesMMC〕〔CeramicMatrixCompositesCMC〕〔Carbon-CarbonCompositesC/C)按增加材料的形態(tài)分類①零維:顆粒增加復(fù)合材料。合材料〔100~2500〕和真正顆粒增加復(fù)合材料〔微米級。②一維：纖維增加復(fù)合材料.按纖維長短有分為連續(xù)纖維增加復(fù)合材料。按纖維種類有分為玻璃纖維增加復(fù)合材料、碳纖維增加復(fù)合材料、硼纖維增加復(fù)合材料、芳綸纖維增加復(fù)合材料、金屬纖維增加復(fù)合材料、陶瓷纖維增加復(fù)合材料。片狀材料增加復(fù)合材料。④三維：骨架狀復(fù)合材料、立體編織復(fù)合材料.按復(fù)合材料的用途分類①構(gòu)造復(fù)合材料:以承受載荷為主要目的。耐沖擊、耐磨損的要求。這類復(fù)合材料通常由基體材料和增加材料組成,其中增加材料度，根本上把握了復(fù)合材料的力學(xué)性能；基體材料起協(xié)作作用，支持和固定增加材料，改善復(fù)合材料的某些性能。②功能復(fù)合材料：主要使用功能特性，利用其在電、磁、聲、光、熱、阻尼、燒蝕等方面的特別性能.如導(dǎo)電復(fù)合材料、磁性復(fù)合材料等.③智能復(fù)合材料:機(jī)敏材料+自決策材料+執(zhí)行材料.當(dāng)材料發(fā)生故障或馬上失效時，電阻或電導(dǎo)發(fā)生突變,機(jī)敏材料發(fā)出預(yù)警，自決策材料依據(jù)狀況作出最優(yōu)把握,發(fā)出指令料處于最正確狀態(tài)。4、復(fù)合材料的命名：〔1〕強(qiáng)調(diào)基體材料時以基體材料命名，如金屬基復(fù)合材料?！?料?！?〕強(qiáng)調(diào)基體材料和增加材環(huán)氧樹脂復(fù)合材料.5、復(fù)合材料表示方法:〔1〕增加材料/基體材料. 纖維增加高分子復(fù)合如WC/Co〔合材料；SiC(P〕/Al〔讀作:由碳化硅顆粒增加的鋁基復(fù)合材料);C〔f)/EP(讀作：由碳纖維增加的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料?！?〕英文編號的縮寫.如FRP：纖維增加塑料(FiberReinforcedPlastics；PMC:聚合物基復(fù)合材料;MMC：金屬基復(fù)合材料;CMC：陶瓷基復(fù)合材料；FRC：纖維增加復(fù)合材料；一。例如FRC可代表纖維增加陶瓷；也可代合材料。緣由是CCeramicCementComposites；碳纖維。M：Metal;Matrix。R:ReinforcedResin.PPolymerPlastics6、復(fù)合材料的性能特點(diǎn)〔1〕比強(qiáng)度和比模量高。比強(qiáng)度=強(qiáng)度//密度比強(qiáng)度高,制作的零件自重小；比模量高，零件剛性好。(2〕抗疲乏性能好。金屬材料的疲乏極限為其拉伸強(qiáng)度的40～50％，疲乏破壞往往是突發(fā)性的,事先沒有征兆;碳纖維樹脂復(fù)合材料的疲乏極限為其拉伸強(qiáng)度的70~80％，疲乏破壞總是從纖維的薄弱環(huán)節(jié)開頭，破壞前有明顯的預(yù)兆。〔3〕減振性能好.構(gòu)件的自振頻率與構(gòu)造本身的性狀有關(guān),還與材料的比模量的平方根成正比。復(fù)合材料比模量大，自振頻率高,在一般加載速復(fù)和吸取作用，振動阻尼很高，其中振動衰減快，因而減振力氣強(qiáng)。(4〕高溫性能好〔相對基體材料而言。鋁在400～500℃完全喪失強(qiáng)度,而B(f〕/Al在400~500℃仍有很高的強(qiáng)度。碳纖維增加樹脂基復(fù)合材料的耐熱性能比樹脂基體有明顯的提高.(5)減摩、耐磨性能好。塑料王聚四氟乙烯摩擦系數(shù)極低，僅0.04，幾乎是全部固體擦了中最低的.碳纖維可降低塑料的摩擦系數(shù),在熱塑性塑料中摻入少量短切碳纖維,其耐磨性大大提高?！?)化學(xué)穩(wěn)定性好。使用。斷裂安全性高.纖維增加復(fù)合材料中含有大量的獨(dú)立纖維.當(dāng)構(gòu)件過載后即使有少量的纖維斷上,使整個構(gòu)件不致在極短的時間內(nèi)完全喪失承載力氣而整體破壞，因而工作安全性高。成型工藝性好。復(fù)合材料構(gòu)件制造工藝簡潔,適合整體成也獲得了構(gòu)件,削減了后續(xù)工序。復(fù)合材料性能缺乏之處：①橫向拉伸強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度低；②斷裂伸長率低，沖擊韌性有時不好；③制造是產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，分散性大，質(zhì)檢困難；④老化性能不好；⑤機(jī)械連接困難；⑥本錢太高.7、纖維增加復(fù)合材料的復(fù)合原則度等機(jī)械性能。纖維是材料的主要承載組成，因此應(yīng)當(dāng)具有最高的強(qiáng)度和剛度。彈性模量E愈高,在同樣應(yīng)變量下，依據(jù)虎克定律，所承受的應(yīng)力愈大，工作中能強(qiáng)作用。此外,剛度高,比重小，熱穩(wěn)定性高也是保證構(gòu)造穩(wěn)定性所必要的。粘結(jié)力，而將纖維粘結(jié)為一個整體；把握作用；③能保護(hù)纖維外表，不引入裂紋，不發(fā)生損傷纖維外表的反響。纖維與基體之間應(yīng)當(dāng)有高的且適宜的結(jié)合強(qiáng)度.荷傳遞給纖維,以充分發(fā)揮纖維的增加作用。結(jié)合強(qiáng)度過低，界面很難傳遞載荷，纖維無法增加，整體強(qiáng)度下降。結(jié)合強(qiáng)度過高拔出的過程，降低復(fù)合材料的強(qiáng)度，在載荷過大時可能導(dǎo)致危急的脆性斷裂。纖維與基體的熱膨脹性能應(yīng)有較好的協(xié)調(diào)和協(xié)作。通常要求兩者的熱膨脹系數(shù)相近,假設(shè)的結(jié)合強(qiáng)度，從而降低材料的整體強(qiáng)度。但以略高一些,以便在受熱后的冷卻過程中，造成剩余壓應(yīng)力，增進(jìn)