材料科学导论 3.2 金属材料简介.pptx

2.1 金属材料 1 一、金属材料的定义及性质 无处不在的金属材料 2 五金：金 银 铜 铁 锡 贵重金属的金和银，是财富的象征 紫红色的金属铜导热性和导电性优越，电子、电气元件最常用的材料。 金属铁则是我们日常生活中最常用的建筑用和机械材料。 锡和铜人类最早发现和使用的金属，锡铜合金就是我们常说的青铜。锡能抗腐蚀，防毒，所以常作为镀件使用 3 一、金属材料的定义及性质 无处不在的金属材料 金属铝的质量轻，强度大，广泛用于建筑，航空、汽车三大工业。 金属锌主要用于制作合金，可以用作小五金制件，锌的另一个用途是用作电池材料 金属汞在常温下呈液态，最常见的就是温度计中的膨胀显示材料。 镁作为轻质金属，主要用于制作轻金属合金，科学仪器等 金属钨熔点高，常温下不受空气侵蚀；主要用途为制造灯丝和高速切削合金钢 4 一、金属材料的定义及性质 从硼（B）向右下方画线延伸到砹（ At ）的斜线，将元素分为金属和非金属两部分，斜线的右上方大部分是非金属，斜线左下方为金属，斜线附近为准金属。 已知的元素109种，22种非金属，87种为金属。 5 金属材料：化学周期表中的金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。 纯金属：不含其他杂质或其他金属成分的金属 金属间化合物：两个及以上金属或类金属组元按比例 组成的具有金属特性和长程有序晶体结构的化合物 合金：两种或两种以上的金属元素或以金属为基 的具有金属特性的金属材料 一、金属材料的定义及性质 合金的晶体结构与组成合金的某金属元素相同，也称固溶体。如青铜是铜锡合金，其晶体结构和铜的晶体结构相同，都是面心立方结构。 金属间化合物与各个组元结构均不相同 6 一、金属材料的定义及性质 金属材料的力学特性 材料在受到交变应力或重复循环应力时产生微裂纹，经一定循环次数后，裂纹扩展到临界点，导致金属材料在工作应力小于屈服强度的情况下发生突然断裂，这种现象称为疲劳失效。 往金属里加入稀土元素或是进一步改进金属的微观结构，增强金属抗疲劳性能 7 一、金属材料的定义及性质 金属材料的力学特性 冲击韧性：反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力。可以揭示材料的变脆倾向。 泰坦尼克的钢板含硫高，韧性差，冲击试样是典型的脆性端口，而近代船用钢板的冲击试样则具有良好的韧性。 硬度：材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。金属的硬度一般较大，它们之间也有很大差别。有的坚硬,如铬、钨等；有些软,可用小刀切割如钠、钾等 8 一、金属材料的定义及性质 金属材料的物理特性 当光线投射到金属表面上时，自由电子吸收所有频率的光,然后放出各种频率的光(全反射),绝大多数金属呈现灰色以至银白色光泽。 金显黄色，铜显赤红色，铋为淡红色，铯为淡黄色，铅是灰蓝色，因为它们较易吸收某些频率的光。 不同金属的熔点差异很大，汞熔点最低（-38.9 ℃）钨熔点最高（3410 ℃），熔点的高低显示了金属键的强弱 9 一、金属材料的定义及性质 金属材料的物理特性 金属导电性：金属材料最外层电子受原子核的束缚作用较弱，根据能带理论，可以在整个金属中自由运动。电场作用下的自由电子越多，散射（晶格缺陷阻碍电子运动）越少，导电性就越好。 金属导热性：电子在温度场作用下四处扩散，通过碰撞交换能量，从而传导热量；原子就跟弹簧一样，带动其他原子振动，能量从振动剧烈的地方传导到振动较弱的地方。 10 一、金属材料的定义及性质 金属材料的化学特性 金属材料抗化学腐蚀性较差，金属的腐蚀是金属与气体或液体发生电化学反应的过程。 青铜器文物中，每微区中都具有不同的电位，形成许多微电池，使得青铜器表面生成了粉状绣。其主要成分为碱式碳酸铜和碱式氯化铜。 使用过氧化氢除锈法。文物表面生成了棕黑色CuO，造成文物颜色发暗、发深。 11 一、金属材料的定义及性质 金属材料的工艺特性 金属材料的工艺性能：是指金属材料适应加工工艺要求的能力。 铸造性能：指利用金属的可熔性将其熔化后，注入铸型制成铸件的难易程度；包括金属液体的流动性和收缩性。 锻造性能：指金属材料在锻造过程中承受压力加工而具有的塑性变形能力。 12 一、金属材料的定义及性质 金属材料的工艺特性 焊接性：材料被焊接的难易性质。 切削加工性：表示对材料进行切削的难易程度，可用切削抗力的大小，加工表面质量、排屑的难易程度，切削刀具的寿命来衡量。 13 二、金属材料与社会发展 金属材料发展的四个阶段 14 二、金属材料与社会发展 第一阶段 原始金属材料生产 公元前4300年：使用自然的金、铜，诞生锻打、热加工等工艺 公元前1500年：铁的熔炼 古代小亚细亚半岛（也就是现今的土耳其）的赫梯人第一次从铁矿石中熔炼铁。 公元前2000年：（商、周、春秋战国）青铜器兴盛，商代青铜纵目人面像 武器 ：吴王夫差矛越王勾