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* * 专题一 金属材料 一、传统金属材料 （一）纯金属材料 1．稀土元素的定义 元素周期镧系元素— 镧（La）、 铈（Ce） 、 镨(Pr) 、 钕(Nd) 、 钷(Pm) 、 钐(Sm) 、 铕(Eu) 、钆(Gd)、 铽(Tb) 、 镝(Dy) 、 钬(Ho)、 铒(Er)、 铥(Tm) 、 镱(Yb) 、 镥(Lu)，钪Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元素（Rare Earth）。　　 图2-7 稀土金属 2-8 内蒙古白云鄂博铁－铌－稀土超大型矿床 2．稀土元素的用途 稀土元素具有独特的物理性质和化学性质，常常在材料中掺入少量稀土元素来改变材料的性能。 如在压电材料、电热材料、磁阻材料、发光材料（兰粉）、贮氢材料、光学玻璃、激光材料里加入少量镧，可获得质的飞跃； 将铈应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效防止大量汽车废气排到空气中； 铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被大量应用于汽车玻璃。 在我国不仅稀土资源丰富，而且稀土研究也居世界领先水平，是材料领域的一朵奇葩。 图2-9 稀土矿物 视频稀土金属及其用途 19分钟 （二）传统合金材料 1．铁合金 生铁冶炼所得产物常见两种： 　①铸铁 ②合金钢 含碳量大于2.0%的铁碳合金称为铸铁，是以铁、碳、硅（一般含有2.5%～4%的碳、0.6%～1.4%的锰、1.0%～2.5%的硅，还有少量的硫、磷等）为主要成分，是一种重要的工业铸造合金。铸铁中的碳常以石墨形态存在，根据碳在铸铁中存在的形态和石磨形状不同，铸铁常有以下三种类型：白口铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁。 ①铸铁 图2-10 球墨铸铁电信盖板 ②合金钢 　　含碳量一般小于2%的铁碳合金，称为钢。为了提高钢的某些性能，以满足使用上的需要，必须在钢中加入一定量的一种或几种其他元素，这样的钢被称为合金钢。如在工业生产中，常常会遇到各种腐蚀介质，如各种强酸、盐溶液及含有腐蚀性气体和水蒸汽等，对生产流程中应用的容器、管道、反应塔、泵等会发生各种腐蚀作用，所以，各种类型的耐蚀不锈钢得到广泛地应用。 表2-1 钢中主要合金元素及其作用 对钢中氧和硫具有净化作用 细化钢的凝固组织 提高钢的耐蚀性、韧性和耐磨性，改善钢的抗疲劳性能 稀土元素 加深硬化层，提高在还原性酸、盐中的抗腐蚀性 缓和回火脆性 提高高温强度、红热时的硬度和耐磨性 钼 提高红热时的硬度和耐磨性 用于制造磁性合金 钴 提高高温时的强度和硬度 增强工具钢的耐磨性 钨 提高低合金钢的强度和硬度 增强高温时的抗氧化性 提高钢在弱磁场中磁感强度 硅 增强低温时的韧性 改变高铬钢的内部结构 镍 防止硫引起的脆性 增强钢的强度和韧性 锰 增强耐磨性和抗氧化性 增强高温强度 提高高碳钢的耐磨性 铬 主要作用 合金元素 2．铜合金 （1）???? 铜合金性能及应用 铜和铜合金具有优越的导电性能，并能在恶劣环境下工作，是制造热交换器不可缺少的材料。 耐腐蚀性好是铜和铜合金的又一个优点，使它特别适合在海洋工程和化工设备中应用。 铜和铜合金还有许多特殊的用途。例如，铜合金在低温下能保持良好的韧性，是低温工程中理想的结构材料；有些铜合金具有优良的弹性，是制造仪器仪表中弹性元件的重要材料；铍青铜工具不但坚强，而且冲击时不迸发火花，可以完全地在石化和矿山等易爆环境中使用。 （2） 铜合金种类 黄铜是铜锌合金。在加入其他合金元素后，形成多元黄铜。 图2-11 黄铜合金 白铜是以镍为主要合金元素的铜合金。 图2-12 白铜合金 青铜是铜和锡、铝、铍、硅、锰、铬、镉、锆及钛等元素组成的合金的统称。锡青铜是历史上应用最早的合金。 二、新型合金材料 1、铝　合　金 由于铝具有质轻、导电导热性好、抗腐蚀、耐用、可塑性强、外观漂亮等优点，大到楼房建筑、车辆、飞机及宇宙飞船，小到锅、碗、瓢、盆、包装袋、饮料罐和微型仪表等，在生产和生活中有着广泛地应用。 香港的最高建筑——香港上海银行（HSBC）大厦. 用铝达3600t 1957年，前苏联发射的第一颗人造卫星用火箭，海湾战争中使用的飞毛腿和爱国者导弹，其主要材料都是铝合金； 　美国阿波罗宇宙飞船所用金属的75%为铝合金； 　最近生产的A201和A206铝合金，拉力强度极高，用于制造高级飞机部件。 图2-14铝合金中空涡轮 图2-15 铝合金轮圈 2、钛 合 金 　 钛及钛合金发展至今，已有50多年历史。由于它具有很高的比强度和耐腐蚀性，是世界上各国大力发展的轻金属材料。 美国注重宇航用钛合金及其他方面的应用，同时开发新的领域；日本则注重发展非宇航领域用新型钛合金