《常見(jiàn)的金屬材料》課件

常見(jiàn)的金屬材料金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。金屬材料的種類繁多，根據(jù)其化學(xué)成分、物理性質(zhì)和用途可分為多種類別。課程目標(biāo)認(rèn)識(shí)常見(jiàn)金屬學(xué)習(xí)金屬材料的基本定義、特性和分類。掌握金屬應(yīng)用了解常見(jiàn)金屬材料的制備工藝、加工工藝和應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)注金屬材料發(fā)展關(guān)注金屬材料發(fā)展趨勢(shì)，了解其在現(xiàn)代科技和生活中的重要作用。金屬材料的定義元素組成通常由金屬元素構(gòu)成，例如鐵、銅、鋁等?；瘜W(xué)性質(zhì)具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。廣泛應(yīng)用在工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。金屬材料的特性1高強(qiáng)度金屬材料通常具有較高的強(qiáng)度，可以承受較大的拉伸、壓縮和彎曲力。2高韌性金屬材料具有良好的韌性，可以承受較大的沖擊力，不易斷裂。3良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性金屬材料是良好的導(dǎo)電體和導(dǎo)熱體，廣泛應(yīng)用于電氣和熱能領(lǐng)域。4可塑性強(qiáng)金屬材料具有良好的可塑性，可以被加工成各種形狀和尺寸的零件。金屬結(jié)構(gòu)組成金屬材料的結(jié)構(gòu)組成決定其物理、化學(xué)性質(zhì)和性能。金屬的原子以晶格的形式排列，形成晶體結(jié)構(gòu)，不同的晶格類型影響金屬的強(qiáng)度、硬度、韌性、延展性等。常見(jiàn)金屬晶格結(jié)構(gòu)包括體心立方結(jié)構(gòu)（BCC）、面心立方結(jié)構(gòu)（FCC）和密排六方結(jié)構(gòu)（HCP）。金屬的分類黑色金屬黑色金屬主要指鐵、錳、鉻等，主要用于制造各種機(jī)械、建筑材料和工具。有色金屬有色金屬是指除黑色金屬以外的金屬，包括銅、鋁、鉛、鋅、錫等，廣泛應(yīng)用于電子、航空航天和建筑等領(lǐng)域。貴金屬貴金屬是指化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕、稀有且價(jià)格昂貴的金屬，例如金、銀、鉑、鈀等，在金融、珠寶和電子等領(lǐng)域具有重要價(jià)值。稀有金屬稀有金屬是指在地殼中含量稀少、但具有特殊性能的金屬，包括鋰、鈧、釔、鋯等，在高科技領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。鐵及鐵合金鐵的性質(zhì)鐵是一種銀白色金屬，具有延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。它容易被氧化，形成鐵銹。鐵合金的定義鐵合金是指鐵和其他金屬或非金屬元素組成的合金。鐵合金通常比純鐵更硬、更強(qiáng)、更耐腐蝕。常見(jiàn)鐵合金常見(jiàn)的鐵合金包括鋼、鑄鐵、不銹鋼等。這些合金在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。鋼鐵的制備工藝1原料準(zhǔn)備鋼鐵生產(chǎn)的主要原料包括鐵礦石、焦炭、石灰石等。這些原料需要經(jīng)過(guò)破碎、篩分、配比等處理，以滿足冶煉要求。2高爐冶煉將準(zhǔn)備好的原料送入高爐，在高溫下進(jìn)行冶煉，使鐵礦石中的鐵氧化物還原成鐵。3鋼的精煉將高爐煉出的生鐵經(jīng)過(guò)吹煉去除雜質(zhì)，并加入合金元素，最終得到各種類型的鋼。鑄鐵的種類和性能灰鑄鐵石墨呈片狀，斷口呈灰色，抗拉強(qiáng)度低，耐磨性較差。主要應(yīng)用于制造機(jī)床床身、機(jī)架、汽缸體等。白口鑄鐵石墨呈片狀，斷口呈銀白色，硬度高，耐磨性好。主要應(yīng)用于制造耐磨零件，如球磨機(jī)襯板、破碎機(jī)錘頭等。球墨鑄鐵石墨呈球狀，具有較高的強(qiáng)度、韌性、耐磨性。廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、建筑等領(lǐng)域。蠕墨鑄鐵石墨呈蠕蟲(chóng)狀，強(qiáng)度、韌性、耐磨性介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。應(yīng)用于制造汽車缸體、曲軸、齒輪等零件。鋼鐵的熱處理1退火降低硬度，提高韌性。2正火細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度。3淬火提高硬度，增加強(qiáng)度。4回火降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。熱處理是利用加熱和冷卻來(lái)改變金屬材料的組織結(jié)構(gòu)和性能，從而達(dá)到使用要求的一種工藝。常見(jiàn)的熱處理工藝包括退火、正火、淬火和回火。常見(jiàn)鋼鐵牌號(hào)介紹碳素鋼主要由鐵和碳組成，碳含量低，強(qiáng)度低，易加工。不銹鋼含鉻量高，耐腐蝕性強(qiáng)，常用作廚具和建筑材料。合金鋼在碳素鋼中加入其他元素，提高強(qiáng)度、韌性和耐熱性。工具鋼高硬度和耐磨性，用于制造刀具、模具等。有色金屬概述定義有色金屬是指除鐵以外的所有金屬，包括輕金屬、重金屬、貴金屬、稀有金屬等。特點(diǎn)有色金屬具有密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)異等特點(diǎn)。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于航空航天、電子信息、能源、汽車、建筑等領(lǐng)域。分類根據(jù)顏色、性質(zhì)、用途等因素，有色金屬可分為多種類別，如銅、鋁、鎂、鈦、鎳等。銅及其合金優(yōu)良的導(dǎo)電性電氣行業(yè)廣泛應(yīng)用，例如電線、電纜、開(kāi)關(guān)、電機(jī)等。良好的耐腐蝕性在潮濕環(huán)境中不易生銹，適用于管道、閥門等。優(yōu)異的機(jī)械性能強(qiáng)度高、硬度大，可用于制造機(jī)械零件、工具、模具等。較高的熔點(diǎn)在高溫環(huán)境下依然保持穩(wěn)定，適合制作耐高溫部件。鋁及其合金1輕量化鋁合金密度小，重量輕，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車等領(lǐng)域。2優(yōu)良的性能鋁合金具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗腐蝕性和可加工性，且易于回收利用。3種類繁多鋁合金種類繁多，根據(jù)合金元素和比例的不同，可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。4應(yīng)用廣泛鋁合金應(yīng)用范圍廣，常見(jiàn)于建筑、電子、機(jī)械制造、包裝等行業(yè)。鎂及其合金1輕質(zhì)高強(qiáng)度鎂是密度最小的結(jié)構(gòu)金屬，密度僅為鋁的三分之二，是鐵的四分之一。2良好的可加工性鎂合金具有良好的鑄造性能和良好的機(jī)械加工性能，可采用多種加工方法進(jìn)行成型。3優(yōu)異的阻尼性能鎂合金具有優(yōu)異的吸振和減振性能，可有效降低噪音和振動(dòng)。4應(yīng)用廣泛鎂合金在航空航天、汽車、電子、醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，例如制造飛機(jī)部件、汽車零部件、電子產(chǎn)品外殼、醫(yī)療器械等。鈦及其合金耐腐蝕性鈦的耐腐蝕性優(yōu)異，在各種介質(zhì)中具有良好的耐腐蝕性能，包括海水、酸、堿等。高強(qiáng)度鈦的強(qiáng)度高，重量輕，其強(qiáng)度重量比高，是航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的重要材料。耐高溫鈦的熔點(diǎn)高，耐高溫性能優(yōu)異，可用于高溫環(huán)境下的設(shè)備和部件。生物相容性鈦具有良好的生物相容性，可以與人體組織兼容，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療植入材料。鎳及其合金耐腐蝕性鎳具有優(yōu)異的耐腐蝕性，在各種酸、堿和鹽溶液中都能保持穩(wěn)定。高強(qiáng)度和硬度鎳合金具有高強(qiáng)度、高硬度和良好的抗磨損性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工等領(lǐng)域。耐高溫性能鎳合金具有優(yōu)異的耐高溫性能，可承受高溫環(huán)境下的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，適用于高溫應(yīng)用。磁性鎳合金具有磁性，可用于制造磁性材料，例如永磁體和電磁鐵。稀有金屬簡(jiǎn)介稀有金屬的定義稀有金屬是指在地殼中含量很少的金屬。它們往往具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)。稀有金屬的應(yīng)用稀有金屬在航空航天、電子、能源等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。它們也廣泛應(yīng)用于制造合金、催化劑和特殊材料。金屬材料的加工工藝鑄造將熔融金屬液澆入模具，冷卻凝固成型，適用于形狀復(fù)雜，尺寸較大的零件。鍛造用鍛錘或壓力機(jī)對(duì)金屬坯料進(jìn)行錘擊或壓制，使金屬材料的組織致密，提高其強(qiáng)度和韌性。軋制將金屬坯料通過(guò)軋輥間的間隙，使其厚度減小，寬度增加，同時(shí)改變其形狀和截面尺寸。拉拔將金屬棒材或線材通過(guò)拉拔模具，使其長(zhǎng)度增加，截面減小。切削用刀具切削金屬材料，使其達(dá)到所需尺寸和形狀。焊接利用熱量或壓力將兩塊金屬材料熔接在一起，形成一個(gè)整體。表面處理對(duì)金屬材料進(jìn)行表面處理，以提高其耐腐蝕性、耐磨性、裝飾性等。金屬材料的腐蝕與防護(hù)腐蝕的本質(zhì)金屬材料在環(huán)境介質(zhì)作用下發(fā)生破壞的現(xiàn)象，導(dǎo)致材料性能下降，甚至失效。腐蝕的分類化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等，它們是金屬材料失效的重要原因。防護(hù)措施涂層防護(hù)、電化學(xué)防護(hù)、合金化等，通過(guò)控制環(huán)境、改變材料表面特性，有效降低腐蝕速度。腐蝕的影響腐蝕導(dǎo)致材料的失效，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失和安全風(fēng)險(xiǎn)。金屬材料的再利用回收利用金屬材料可以回收再利用，減少對(duì)自然資源的消耗，降低生產(chǎn)成本。循環(huán)經(jīng)濟(jì)金屬材料的回收利用是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，有利于可持續(xù)發(fā)展。環(huán)保理念金屬材料的再利用可以減少?gòu)U棄物排放，降低環(huán)境污染，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。金屬材料的選擇及應(yīng)用性能需求金屬材料的應(yīng)用必須滿足具體的需求，比如強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性等。成本控制選擇合適的金屬材料，可以有效控制成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。環(huán)保要求金屬材料的選擇要考慮到環(huán)保因素，盡量選用可回收利用的材料。加工難度金屬材料的加工難度也會(huì)影響到選擇，易加工的材料更適合大規(guī)模生產(chǎn)。金屬材料的前景展望技術(shù)創(chuàng)新新材料研發(fā)，例如高溫合金、納米材料。可持續(xù)發(fā)展回收利用，減少環(huán)境污染。智能制造先進(jìn)制造技術(shù)，提高生產(chǎn)效率。應(yīng)用領(lǐng)域航空航天、新能源、醫(yī)療器械。金屬材料發(fā)展史金屬材料的發(fā)展史，是人類文明發(fā)展的重要組成部分。1石器時(shí)代人類最早使用天然石材制作工具。2銅器時(shí)代人類掌握了冶煉銅的技術(shù)。3青銅時(shí)代人類開(kāi)始使用青銅。4鐵器時(shí)代人類掌握了冶煉鐵的技術(shù)。5現(xiàn)代金屬材料不斷發(fā)展和完善。金屬材料的環(huán)境影響礦山開(kāi)采礦山開(kāi)采會(huì)破壞地表植被，造成水土流失，污染水源。工業(yè)排放金屬冶煉和加工會(huì)排放大量廢氣、廢水，污染大氣和水體。金屬回收金屬回收利用可以減少資源消耗，降低環(huán)境污染。金屬材料的安全使用安全操作正確佩戴安全防護(hù)用品，如安全眼鏡、手套和防塵口罩，避免金屬粉塵和碎片飛濺傷人。操作設(shè)備前仔細(xì)閱讀說(shuō)明書(shū)，熟悉操作流程，避免誤操作造成事故。環(huán)境保護(hù)金屬加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣、廢水和廢氣要進(jìn)行妥善處理，避免污染環(huán)境。金屬材料回收利用，減少對(duì)自然資源的消耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。小結(jié)與思考金屬材料的重要性金屬材料在現(xiàn)代工業(yè)和生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。材料選擇的重要性根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，需要選擇合適的金屬材料，才能保證產(chǎn)品的功能和性能。可持續(xù)發(fā)展隨著環(huán)保意識(shí)的提高，金屬材料的回收利用和綠色生產(chǎn)越來(lái)越重要。課后練習(xí)為了鞏固學(xué)習(xí)成果，請(qǐng)完成以下練習(xí)：1.列舉常見(jiàn)的金屬材料，并說(shuō)明其主要用途。