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1、常用金属材料的知识,2012-05,常用金属,分类,通常人们根据金属的颜色和性质等特征，将金属分成两大类:黑色金属和有色金属。黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。黑色金属以外的金属称为有色金属。,常用金属,分类,黑色金属和有色金属这名字，常常使人误会，以为黑色金属一定是黑的，其实不然。黑色金属只有三种：铁、锰、铬。而它们三个都不是黑色的！纯铁是银白色的；锰是银白色的；铬是灰白色的。因为铁的表面常常生锈，盖着一层黑色的四氧化三铁与棕褐色的三氧化二铁的混合物，看去就是黑色的。所以人们称之为“黑色金属”。,常用金属,分类,在有色金属中，还有各种各样的分类方法。比如，按照比重
2、来分，铝、镁、锂、钠、钾等的比重小于4.5，叫做“轻金属”，而铜、锌、镍、汞、锡、铅等的比重大于4.5，叫做“重金属”。像金、银、铂、锇、铱等比较贵，叫做“贵金属”，镭、铀、钍、钋等具有放射性，叫做“放射性金属”，还有像铌、钽、锆、镥、金、镭、铪、铀等因为地壳中含量较少，或者比较分散，人们又称之为“稀有金属”。,常用金属,金属性能,金属的性能主要分为：工艺性能和使用性能。,工艺性能包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等,常用金属,金属的使用性能,使用性能是指金属零件在使用条件下金属材料表现出来的性能。金属材料的使用性能决定了它的使用范围。,物理性能,使用性能,力学性能,化学性能,（强度、硬度
3、）,（耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性）,常用金属,金属的的物理性质,大部分银白色（铜是紫红色，金是黄色）常温下一般是固体（汞是液体）有金属光泽 密度 硬度 能导热、导电 有延展性 熔点、沸点,常用金属,一些金属的的物理性质,熔点最低的金属是_,地壳中含量最多的金属元素是_,铝,汞,金属之最,熔点最高的金属是_,人体中含量最多的金属元素是_,目前世界年产量最高的金属是_,导电性最好的金属是_,延性最好的金属是_,展性最好的金属是_,钙,银,铁,铂,钨,金,常用金属,金属之最,常用金属,一些金属的的物理性质,铂的延性好，可以抽成直径仅有1/5000的细丝；金的展性好，可以压成厚度只有1/10000
4、的薄片；钨的熔点高，可以做灯丝；银的导电性好，广泛用于电子制造业（如电脑的印刷电路）。,常用金属,我司常用的金属材料,1、钢（含碳量2%以下）2、铸铁（含碳量2%以上，工业铸铁2%-4%）3、铝及铝合金4、铜及铜合金,常用金属,碳钢分类,碳钢常用的分类方法有三种：1.按碳含量进行分类:可分为低碳钢(0.25%C)、中碳钢(0.25-0.55%C)、高碳钢(0.55%C)。2.按其用途进行分类:可分为结构钢和工具钢两大类，前者用来制造各种金属构件和机械零件，后者用来制造各种刀具、模具和量具。3.按其质量等级分类:可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢。,常用金属,常存杂质元素对碳钢性能的影
5、响,1、锰的影响,改善钢的质量；提高钢的强度和硬度；减轻硫的危害；是有益元素，一般WMn0.25%0.80%。,2、硅的影响,消除FeO对钢的不良影响；产生固溶强化；是钢中有益元素，一般Wsi0.4%。,常用金属,常存杂质元素对碳钢性能的影响,3、磷的影响,使钢的强度、硬度增加，但塑性和韧性显著降低；使钢低温时脆性严重（冷脆）；是有害元素，应严格控制磷含量。,4、硫的影响,与铁形成化合物FeS，使钢变脆（热脆）；是钢中有害元素，应严格控制硫含量。,碳素结构钢产量大，成本低，具有一定的力学性能，一般在热轧状态下供应，适用于一般结构和工程用热轧钢板、钢带、型钢、棒材等，可供焊接、铆接和栓接构件之用
6、，广泛应用于桥梁、船舶、建筑工程中制作各种静负荷的金属构件，不需热处理的一般机械零件和普通焊接件。碳素结构钢分为：普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢我们常用的是Q235；优质碳素结构钢我们常用的是10#、35#、45#、65Mn钢。,常用金属,钢-碳素结构钢,Q235 Q235是我们最常见的碳素结构钢，应用于金属结构构件，心部强度要求不高的渗碳或碳氮共渗零件、吊钩、拉杆、套圈、汽缸、齿轮、螺栓、连杆及焊接件。之前也称作A3钢。Q235分为四个等级，A、B、C、D，代表不同的冲击温度。Q235A不做冲击；Q235B级，20常温冲击；Q235C级，0 冲击；Q235D级，-20 冲击。
7、A、B、C、D硫含量依次递减；A和B磷含量相同，C、D磷含量依次递减。Q235屈服强度235MPa，抗拉强度375-460MPa。,常用金属,钢-碳素结构钢,45钢 45钢广泛应用于机械制造，含碳量0.42%-0.50%强度较高，塑性和韧性尚好用于制作承受载荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件。制造齿轮、齿条、轴、键、销等。焊接性差。65Mn 强度高、淬透性较大，耐磨，是一种弹簧钢。适宜制造较大尺寸的各种扁、圆弹簧、发条，以及常受摩擦的农机件，如犁、切刀等。,常用金属,钢-碳素结构钢,铸铁的定义 指C%2.11%并含有Si、Mn、P、S等元素的铁碳合金。,常用金属,铸铁,性能特点,良好
8、的铸造性、切削加工性及减震性,生产工艺简单、造价低廉,强度低，塑性、韧性差,应用范围,应用广泛，如：机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等,常用金属,铸铁,铸铁的性能特点 力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。铸造性能好。由于铸铁硅含量高,成分接近于共晶.切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。,常用金属,合金,定义：在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质。,合金与金属性质比较,合金颜色更鲜艳合金的硬度一般比各成分金属的硬度大多数合
9、金的熔点低于组成它的成分金属合金的抗腐蚀能力一般强于组成它的成分金属,常用金属,硬质合金刀具与高速钢刀具,使用较多的刀具材料可分：硬质合金刀具与高速钢刀具二大类。,硬质合金刀具根据其切削不同材料又分三种牌号YT(又称钨钴钛类)、YG(又称钨钴类)、YW(又称万能刀片)。,YT牌号合金刀片适宜切削各种刚件、铜。但不能切削不锈钢、铝、铝合金，也不宜切削铸铁。YT牌号合金刀片常用型号有YT5、YT10、YT15、YT30。YT30刀片在这四种型号刀片中硬度最高适宜切削硬度较高工件，以保证刀具耐磨性和工件尺寸精度，但只能适合半精加工和精加工。YT5和YT10牌号刀片在前边四种刀片中硬度较低，适宜粗加工
10、切削和断续切削加工。YT15刀片硬度适中，适宜粗加工、半精加工和精加工，这种刀片在我厂使用最多。,常用金属,硬质合金刀具与高速钢刀具,G牌号合金刀片，常用型号有YG6、YG8、YG3、YG3X四种。YG3、YG3X在这4种型号刀片中硬度最高，适宜切削硬度较高铸铁、不锈钢，尤其切学不锈钢效果更佳。YG、YG8型号刀片适宜切学铸铁、球墨铸铁，在我厂使用最多。,YW牌号刀片常用型号有YW1、YW2、YW3三种，通常又称万能刀片。既能切削钢件，又能切削铸件，且硬度较高，可以切削白口铸铁，但一般只适宜精加工和半精加工切削。,常用金属,硬质合金刀具与高速钢刀具,高速钢刀具：高速钢牌号常用有W18cr4V，
11、W9W6几种，其中W18-W9我厂使用较多。高速钢最大优点是可以制造各种形状刀具，例：滚刀麻花钻等形状复杂刀具，且刀具锋利切削性好。但与硬质合金刀具比较，硬度低切削时红硬性差，耐磨性差，不宜高速切削，高速钢切削速度最高不能超过30/min，一般钻头钻削时有冷却液条件下也只能控制在1815m/min以内，才能保证刀具正常使用。超越这个范围刀具急剧磨损，使用寿命降低,常用金属,有色金属及其合金,纯铝 纯铝的主要特点是比重小，约为铁的13；导电、导热性较好，仅次于银、铜和金；塑性好，能通过冷、热变形制成各种型材；抗大气腐蚀性好。铝的强度低，经加工硬化后强度可提高，但塑 性下降。工业纯铝常含有铁、硅等
12、杂质，含杂质的数量越高其导电、导热及抗大气腐蚀性越低。工业纯铝主要用来制造电线、散热器等要求耐烛而强度要求不高的零件以及生活用具等。,常用金属,铝及铝合金,一般分为加工铝材和铸造铝材。加工铝材牌号如下表分类。,常用金属,铝及铝合金,6061/6063 6061可制作中等强度、在+50-70范围内工作并要求在潮湿和海水介质中具有合格耐蚀性能的零件。6063可用作对强度要求不高、耐蚀性能好、有美观装饰表面、在+50-70工作的零件，民用中广泛用作门框、窗框、家具等。合金经特殊机械热处理后，具有较高强度和高的导电性能，在电气工业方面等到应用。6063和6061共同特点是中等强度、焊接性能优良，耐蚀性
13、及冷加工性好，是使用范围广，很有前景的合金。,常用金属,铝及铝合金,常用金属,铜及其合金,铜及其合金性能特点：优异的物理化学性能 良好的加工性能 某些特殊的力学性能 色泽美观,紫铜 紫铜 因呈紫红色而得名。它不一定是纯铜，有时还加入少量脱氧元素或其他元素以改善材质和性能,因此也归入铜合金。中国紫铜加工材按成分可分为：普通紫铜(T1、T2、T3、T4)、无氧铜（TU1、TU2和高纯、真空无氧铜）、脱氧铜（TUP、TUMn）、添加少量合金元素的特种铜（砷铜、碲铜、银铜）四类。紫铜的电导率和热导率仅次于银，广泛用于制作导电、导热器材。紫铜在大气、海水和某些非氧化性酸（盐酸、稀硫酸）、碱、盐溶液及多种
14、有机酸（醋酸、柠檬酸）中有良好的耐蚀性，用于化学工业。另外，紫铜有良好的焊接性，可经冷、热塑性加工制成各种半成品和成品。20世纪70年代，紫铜的产量超过了其他各类铜合金的总产量。紫铜是比较纯净的一种铜，一般可近似认为是纯铜，导电性、塑性都较好，但强度、硬度较差一些。,常用金属,铜及其合金,普通黄铜 普通黄铜是指铜与锌的二元合金。普通黄铜含锌量在0一50范围内，含锌量再高，则性能很脆而不宜使用。普通黄铜具有良好力学性能，易加工成形，并且对大气、海水具有相当好的抗蚀能力。另外它还具有价格低廉、色泽美观等优点。普通黄铜分为单相普通黄铜和双相普通黄铜。编号：H铜的质量百分数；H80、H70,常用金属,
15、铜及其合金,常用金属,铜及其合金,青铜 青铜按照生产方法的不同分为压力加工青铜和铸造青铜二类。青铜牌号的表示方法：代号“Q”+主加元素符号+主加元素含量百分数(如后边还有几组数字，则为其它元素含量百分数)。如属铸造青铜，再加上“Z”字。QSn4-3 常见青铜种类：锡青铜、铝青铜、铍青铜,常用金属,有色金属及其合金,以下内容，仅为讨论、学习，不作为培训内容。,21世纪金属-钛,钛和钛合金被认为是21世纪的重要材料，它具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛用于火
16、箭、导弹、航天飞机船舶、化工和通讯设备等,钛金属腕表,钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨,用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线,形状记忆合金是具有形状记忆效应的合金，被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料。,记忆金属（memory metal）。它主要是镍钛合金材料。例如，一根螺旋状高温合金，经过高温退火后，它的形状处于螺旋状态。在室温下，即使用很大力气把它强行拉直，但只要把它加热到一定的“变态温度”时，这根合金仿佛记起了什么似的，立即恢复到它原来的螺旋形态。这是怎么回事？难道合金也具有人类那样的记忆力？原来不
17、是那么回事！这只是利用某些合金在固态时其晶体结构随温度发生变化的规律而已。例如，镍-钛合金在40以上和40以下的晶体结构是不同的，但温度在40上下变化时，合金就会收缩或膨胀，使得它的形态发生变化。这里，40就是镍-钛记忆合金的“变态温度”。各种合金都有自己的变态温度。上述那种高温合金的变态温度很高。在高温时它被做成螺旋状而处于稳定状态。在室温下强行把它拉直时，它却处于不稳定状态，因此，只要把它加热到变态温度，它就立即恢复到原来处于稳定状态的螺旋形状了。,黄金饰品中的假货常常鱼目混珠，社会上有些不法分子常以黄铜冒充黄金进行诈骗活动。因为黄铜（CuZn合金）单从颜色、外形上看，与黄金极为相似，所以很难区分，鉴别真假“黄金”办法。,慧眼识金,物理方法：1、测密度 2、看硬度,化学方法：1、在空气中灼烧 2、放入盐酸中 3、放入硝酸银溶液中,“鸟巢”采用了当今先进的建筑科技,其中钢结构是世界上独一无二的。“鸟巢”钢结构总重4.2万吨，最大跨度343米，而且结构相当复杂，在设计中采用了高强度的Q460钢材.“鸟巢”结构设计奇特新颖，而这次搭建它的钢结构的Q460也有很多独到之处：Q460是一种低合金高强度钢，它在受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形，这个强度要比一般钢材大，因此生产难度很大。现在具有知识产权的国产Q460钢材，撑起“鸟巢”的铁骨钢筋。,THANKS!,
