新型金属材料新型金属材料.ppt

* Nb-铌 * 新型金属材料 演讲人：何志江 * 内 容 1、 金属材料的结构与一般特性 2 、建筑领域的新型金属材料 3、 具有特殊功能的金属材料 * 1、 金属材料的结构与一般特性 用于土木、建筑工程的金属材料主要有 建筑钢材的使用量最大，其产品形式有型材、板材、管材和线材； 不锈钢主要用于厨房设备、卫生洁具和建筑装饰； 铝及铝合金质量轻，耐腐蚀性强，装饰性能好，主要用于门窗、室内外装修、装饰、幕墙材料和金属器具； 铜的价格较贵，只限于建筑五金、门窗和家具的装饰或金属器件，用量很少。 * 1.1 金属材料的结构 在结晶粒子的内部，金属原子按照一定的规律在三维方向上呈规则排列，其排列规律可以用空间格子来描述，叫做晶格。 面心立方晶格: 奥氏体系列的不锈钢、 铝、铜、金、银等 体心立方晶格: 普通钢材、钨等 密排六方晶格 钛金属等 * 同一种类的金属在不同的温度下其晶格排列方式可能不同，这种现象叫做金属的同素异构体 普通碳素钢： 熔点：1535℃，呈液态； 1535-1390℃：体心立方晶格，称为δ-Fe 1390-910℃： 面心立方晶格，称为γ-Fe，伴随着体积收缩； ＜910℃： 体心立方晶格，称为α-Fe，伴随着体积膨胀。 利用金属在不同温度下的同素异构性，可对金属进 行热加工处理，以获得不同性质的金属材料。 * 晶粒越细小，晶界的面积越大，材料受力时的韧性、变形均匀性和抵抗破坏的性能越好 绝大多数晶体都是10-100μm的晶粒组成的多晶体， 晶粒之间的界面叫做晶界面。特殊热处理后 可变小 合金化也是一个途径 按添加元素的位置分为 (1)侵入型固溶体 (2)置换型固溶体 (3)析出物 * 1.2 建筑钢材的成分及其对性能的影响 钢材的主要化学成分是铁元素和碳元素，其中碳元素的含量在0.02％－2.0％的范围 如果碳含量大于2.0％则称为生铁，生铁坚硬，但呈脆性，不能承受冲击荷载的作用 钢材根据含碳量的多少分为低碳钢、中碳钢和高碳钢，随着含碳量增加，钢材的强度、硬度增大，但塑性、韧性降低。建筑上常使用低碳钢。 在铁-碳合金中有意识地加入其他元素的原子，例如Mn、Si、Ni、Cr等，制成合金钢。按照合金元素的多少，分为高、中、低合金钢。建筑上常用低合金钢。 * 1.3 金属材料的一般特性 金属材料具有较高的强度和韧性，能抵抗冲击荷载的作用；具有导电性和导热性； 延展性好，能制成各种型材、板材和线材 能进行焊接、铆接等加工，作成长大尺寸的构件； 金属材料具有光亮的表面，装饰性能良好， 但是金属材料容易被腐蚀，耐高温性差，生产成本较高。 * 受拉力作用下应力—应变曲线 ①弹性阶段: 弹性模量(E), 弹性极限(σp)，可恢复 ②屈服阶段：屈服强度(σs) ③强化阶段: 加工硬化或强化 ④颈缩阶段: 导致破断 极限抗拉强度(σb) σs σp σb * 引起金属材料产生塑性变形的内部原因，其一晶格本身发生了变形；其二是原子发生滑移运动，晶格形状不变，晶格之间的原子位置改变 * 2. 建筑领域的新型金属材料 用于建筑领域的金属材料种类较少，品种比较单一，虽然具有较高的强度和韧性，但是普遍存在着不耐高温、容易腐蚀、导热性较高、低温脆性等缺点。 现阶段人们对建筑物的工作环境的要求更加苛刻，对金属材料的强度、耐久性、耐腐蚀性、耐火性、抗低温性、以及装饰性能等也提出了更多的要求。 * 3 超高强度钢材 极限抗拉强度值：低碳钢 510-720MPa；低合金钢 510-720MPa；高强度钢 900-1300MPa；超高强度钢材达到1300MPa以上 可通过改变合金元素的含量及热处理工艺流程来实现。 * 3.1 低屈强比钢 钢材的屈服强度与极限强度的比值(σs/σb)叫做屈强比，反映了钢材受力超过屈服极限至破坏所具有的安全储备 用于建筑工程的普通低碳钢的屈强比为0.58-0.63，低合金钢的屈强比为0.65-0.75 结构的抗震性能要求：材料高的屈服强度和屈强比较小，满足小震、中震不破坏，大震、巨震不倒塌的要求 * 3.2 新型不锈钢 新型不锈钢不含Ni元素，是在19Cr-20Mo不锈钢中添加Nb、Ti、Zr等稳定性更好的元素，形成高纯度的贝氏体不锈钢 一般用于建筑物中的太阳能热水器、耐腐蚀配管等构件，但是只适合用于300℃以下的环境中。 Cr含量更大的新品种不锈钢，可耐500-700℃高温，用于火力发电厂或建筑物中的耐火覆盖层。 * 为了提高不锈钢的美观性，可采用高耐久性的含氟树脂等涂料涂刷表面制成涂膜不锈钢，或利用电解着色制成彩色不锈钢，用于建筑物的外装修材料。 例如在硫酸铬酸性溶液中电解，可在不锈钢表面形成氧化膜，再利用这层膜的光干涉作用，发出金色、蓝色、黄色、绿色