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1、第四章金属材料,主要内容,4.1 金属材料概述4.2 黑色金属材料钢铁材料4.3 有色金属及其合金,夏鹏举材料科学与工程学院,4.1 金属材料概述,指具有良好的导电性和导热性、有一定的强度和塑性并具有金属光泽的物质。指由金属元素为主要材料并具有金属特性的工程材料，包括出金属和合金。,合金(Alloy)：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成。纯金属(Pure Metal)：由一种金属元素构成的单质。,金 属,金属材料,在103种元素中，金属元素有81种。,4.1.1 悠久的历史与广泛的应用,人类利用金属已达5000多年。,人类使用金属制品经历了三个时代：1）青铜器时代 4,500 B
2、C 1,000 BC2）铁器时代 1000BC 3）钢铁时代 1800,1.悠久的历史,金属材料最初主要做成日用品、武器、装饰品以及手工艺品，产业革命后被广泛用来各种工业产品及工具。今天，在日常生活和工业生产中能接触到的，小到锅、勺、刀、剪子等，达到机器设备、交通工具、大型建筑物等，哪一样都离不开金属。金属材料以成为工农业生产、人民生活和国防建设的重要物质基础。所以，现在有人将金属的生产和使用作为衡量一个国家工业水平的标志。,2.广泛的应用,钢铁是经济产业的基本支柱，主要用于铁路、建筑、桥梁、汽车工业等领域。,3.优良的特性,金属材料的特点1）常温下为固体（Hg除外）2）熔点较高 也有较低的如
3、：Sn、Pb、Zn、Al3）密度较大（Mg、Al除外，3g/cm3）4）有光泽5）延展性、韧性、可加工性好6）导热性、导电性好，Ag、Cu、Al7）易氧化,光学性能具有金属光泽良好的反射能力良好的不透明性力学性能很高的强度良好的延展性电学性能良好的导电性热学性能良好的导热性工艺性能良好的表面装饰性能,金属材料的性能,4.1.2 资源的枯竭与新材料的崛起,地球表壳资源贫化 即使世界资源储量在增加10倍，且有50%的金属再生循环，资源的开采和利用只能维持100300年。已探明的资源储量和每年消耗的实际增加率，形势更加严峻。铁只能开采109年 钛只能开采51年 铜只能开采24年 银只能开采14年,1
4、.资源的枯竭,2.金属材料仍具有强大的生命力,具有成熟的生产工艺、相当多的生产设施及相当大的生产规模 具有优越的综合性能 比高分子材料高得多的弹性模量 比陶瓷高得多的韧性 优异的导电性和磁性相当长时期内资源不至枯竭 大多数金属矿物能满足几百年的需要 低品位矿石更具有开采价值 海水中、地壳深处有大量金属矿物,海底锰结核,具有优越的性价比,Cu、Al、Ti、Mg合金,4.1.3 金属材料的分类,构材料是主要利用材料的强度、韧性、弹性等力学性能，用于制造在不同环境下工作时承受载荷的各种结构件和零部件的一类材料，即机械结构材料和建筑结构材料。,什么是“结构材料”？,复习,黑色金属以铁、铬、锰为基的金属
5、材料。生铁钢铸铁,生铁,钢,铸铁,4.2 黑色金属材料钢铁材料,含碳量小于0.0218%的铁碳合金。延展性好、强度和硬度低，一般不用于结构材料。除供研究外，还用于制造电磁材料如电动机铁芯等。以铁为主要元素，碳含量一般在0.0218%2.11%之间，并含有其他元素的材料。分为碳素钢和合金钢。含碳量量大于2.11%的铁碳合金。大部分用于炼钢，少部分用于生产铸铁件。,工业纯铁,钢,铁,4.2.1 碳素钢,碳素钢又称为碳钢，是含碳量小于211的铁碳合金。它具有较好的机械性能，能满足工业上一般使用要求。同时工艺性能也较好、容易加工、冶炼方便，因此得到了广泛的应用。,据统计，碳钢产量约占工业用钢总量的80
6、90在工业用金属材料中占有重要位置。,形态：一般工程用热轧钢板、钢带、型钢、棒钢等。,4.2 黑色金属材料钢铁材料,成分(GB/T 13304-91),按成分分类,按用途分类,碳素钢,碳素钢的分类,4.2.1 碳素钢,高,按脱氧方式（或程度）分类,600吨钢锭,4.2.1 碳素钢,主要牌号及应用,wc0.06-0.38%常用热处理：一般不热处理，直接使用。,1.碳素结构钢,碳素钢,4.2.1 碳素钢,碳素结构钢,工字钢、角钢、槽钢,4.2.1 碳素钢,主要牌号、性能特点及应用,wc0.05-0.75%常用热处理：正火、调质、淬火、回火、渗碳,2.优质碳素结构钢,4.2.1 碳素钢,优质碳素结构
7、钢,带钢、板钢、棒钢、钢管,4.2.1 碳素钢,wc0.65-1.35%常用热处理：球化退火、淬火、低温回火,主要牌号：T7,T8,T9,T10,T11,T12,T13性能特点：热处理后硬度、耐磨性高、塑性、韧性低，淬透性差主要应用：小截面刃具、量具、模具,3.碳素工具钢,4.2.1 碳素钢,wc0.15-0.60%,主要牌号：ZG200-400,ZG230-450,ZG270-500,ZG310-570,ZG340-640主要应用：形状复杂，力学性能要求高，选用铸铁难以满足要求的零件,4.铸造碳钢,ZG15，表示含C：0.15wt%,ZG25,ZG35,ZG45,ZG55,4.2.1 碳素钢,
