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金属材料认识

金属材料是人类文明发展中不可或缺的一部分，从远古时代的石器时代到现代的科技时代，金属材料一直扮演着重要的角色。

课程目标

金属材料的分类与特性

掌握常见金属材料的分类，了解其物理、化学和力学性能。

金属材料的加工与应用

学习金属材料的加工工艺，了解其在各个领域的应用领域和应用案例。

金属材料的特点

高强度

金属通常具有很高的强度，可以承受较大的负荷，这使其适用于各种结构应用。

延展性

金属可以承受弯曲和拉伸而不会断裂，这使得它们易于加工成各种形状和尺寸。

导电性

金属是良好的导电体，这使得它们在电力和电子应用中非常有用。

导热性

金属是良好的导热体，这使得它们能够有效地传递热量，使其适用于热交换器和烹饪用具等应用。

金属的分类

黑色金属

主要成分是铁，如钢和铸铁。

有色金属

除黑色金属外的其他金属，包括铜、铝、锌、锡、铅等。

合金

两种或多种金属，或金属与非金属熔合而成的物质。

金属的化学性质

1

1.易氧化性

金属元素在化学反应中容易失去电子，形成阳离子，这是金属材料的主要化学特征。因此，金属材料容易发生氧化反应，被氧化，而生成氧化物。

2

2.易与酸反应

大多数金属能与酸反应，生成盐和氢气，但是有一些金属如金、铂等，不能与稀酸反应。

3

3.易与某些非金属反应

金属可以与某些非金属，如氧气、卤素、硫等直接反应，生成金属化合物。

4

4.与盐反应

金属可以置换出盐溶液中的金属，形成新的盐和金属。

金属的物理性质

金属光泽

金属表面能反射光线，呈现出光亮的外观。

导电性

金属可以传导电流，这是由于其自由电子。

导热性

金属可以传导热量，这是由于其自由电子。

延展性

金属可以被拉伸成细丝或压成薄片。

金属的机械性质

强度

强度是指金属材料抵抗外力破坏的能力，包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。

硬度

硬度是指金属材料抵抗外力压入的能力，通常用布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等指标表示。

塑性

塑性是指金属材料在受力后发生永久变形而不破坏的能力，通常用伸长率和断面收缩率表示。

韧性

韧性是指金属材料抵抗冲击和振动破坏的能力，通常用冲击韧性表示。

常见金属合金

黄铜

黄铜是铜锌合金，具有良好的导电性和耐腐蚀性。广泛应用于仪器、装饰品、管材等领域。

不锈钢

不锈钢是铁铬合金，具有优异的耐腐蚀性、强度和耐热性。常用于建筑、医疗器械、餐具等领域。

铝合金

铝合金是铝与其他金属的合金，具有轻质、高强度、耐腐蚀的特点。广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。

镁合金

镁合金是镁与其他金属的合金，具有密度低、比强度高、易加工的特点。广泛应用于汽车、电子、航空等领域。

金属材料的相变

固态相变

金属材料在固态下，由于温度、压力或成分的变化而发生晶体结构的变化，称为固态相变。

液态相变

金属材料从固态转变为液态或从液态转变为固态的过程，称为熔化和凝固。

气态相变

金属材料从液态转变为气态或从气态转变为液态的过程，称为沸腾和冷凝。

金属材料的热处理

1

退火

降低金属的硬度，提高韧性和塑性，改善切削加工性能。

2

正火

细化晶粒，消除内部应力，提高金属的强度和韧性。

3

淬火

提高金属的硬度和强度，改善耐磨性能，但会降低韧性。

4

回火

降低淬火后的脆性，提高韧性和塑性，改善综合性能。

金属材料的腐蚀

腐蚀类型

金属腐蚀主要分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指金属与周围环境中的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生电化学反应而引起的腐蚀。

影响因素

影响金属腐蚀的因素有很多，包括金属本身的性质、环境介质的性质、温度、应力、表面状态等。

腐蚀危害

金属腐蚀会导致金属材料的强度、韧性、塑性等机械性能下降，从而影响金属结构的安全性。腐蚀还会造成设备、设施的损坏，甚至引发事故。

防护措施

常用的金属腐蚀防护措施包括涂层防护、电化学防护、金属表面处理等。这些措施可以有效地提高金属的耐腐蚀性，延长其使用寿命。

金属制品的加工

锻造

利用锤击或压力使金属材料变形，获得所需形状和尺寸。

冲压

利用冲床或压力机使金属板料在模具中变形，获得所需形状的零件。

焊接

利用高温或压力使金属材料熔化或塑化，连接成一体。

切削

利用刀具切削金属材料，获得所需形状和尺寸的零件。

塑性成形

1

冷加工

室温下进行加工

2

热加工

高温下进行加工

3

锻造

锤击或压力塑性变形

4

轧制

金属通过轧辊

5

拉拔

通过模具拉伸金属

塑性成形是指利用金属的塑性，在压力作用下使其发生永久变形而不破坏其连续性，从而获得所需形状和尺寸的金属制品的过程。

常见的塑性成形方法包括冷加工和热加工两种，冷加工是指在室温下进行加工，热加工是指在高温下进行加工。

铸造工艺

1

熔炼

将金属加热到熔化状态

2

浇注

将熔化的金属注入模具

3

冷却

金属在模具中凝固