材料概论第四章 金属材料概要

腐蚀能力的零件或结构件。广泛用于石油、
化工、原子能、海洋开发、国防和一些先端科学
技术领域。
铁及铁基合金
铸铁
用 途
铸铁是工程上最常用的金属材料，广泛应用在 机械制造、冶金、矿上、石油化工、交通等领域。 在汽车占50－70％，在机床制造中占60－90％。
C >2.11%的铁，通常还含有较多的Si、Mn、
S、P等元素。
铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜。
铁及铁基合金
灰口铸铁
铸铁的种类
白口铸铁
麻口铸铁
铁及铁基合金
铸铁性能特点
石墨的形态对铸铁的力学性能影响较大。 石墨相当于钢基体中的裂纹和空洞，它降低基
体的抗拉强度，并引起应力集中。石墨量越多，
铸铁的抗拉强度越低。
铁及铁基合金
石墨的存在对铸铁的特殊作用
高的弹性极限和疲劳强度。
色泽美观。
铜及铜合金
纯铜 纯铜为紫色，又称紫铜。主要用于制作 电导体及配制合金。工业纯铜分为4种： T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。
纯铜的强度低，不宜用作结构材料
铜及铜合金
铜合金种类
铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，
并保持良好的加工性能。
铜 合 金 的 种 类
1、切削加工性能优异；
2、铸造性能良好；
3、具有耐磨性；
4、具有良好的减振性；
5、对缺口不敏感；
非铁及其合金
铝及铝合金 铜及铜合金
钛及钛合金
镁及镁合金
铝及铝合金
铝及铝合金的特点
密度低、比强度高。纯铝的密度只有2700kg/m3， 仅为铁的1/4。
优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、
耐腐蚀等。 加工性能好。铸造性能好、易于塑性变形，经热处 理后还具有很高的强度。
黄铜
青铜
以Zn为主要合金元素。良好的加工性能， 优良的铸造性能，耐腐蚀性能也好。
以Sn为主要合金元素。用于铸造形状复杂 的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。 以Ni为主要合金元素。具有较好的强度和 塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。
白铜
钛及钛合金
钛及钛合金的特点 密度低、比强度高。 耐高温、耐腐蚀性能、低温韧性好等。 加工条件复杂，成本较高。
途
变形镁合金
铸造镁合金
镁合金各种型材
复杂形状的铸件
贵金属
贵金属具有优良的高温抗氧化性和抗腐蚀性能、
电学性能、高的催化活性、强配位能力。
在应用中有"少、小、精、广"的特点，被称为现 代"工业的维他命"。
主要用途
催化剂、磁电机材料、电极材料、 储氢材料、高强度材料、焊料等。
金属材料的应用
合金弹簧钢
金属材料的概况
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。 中国钢铁产量世界第一， 2011年钢铁产量约6.9 亿吨，占全世界产量的70%，是世界其他国家总和的2 倍半。其中，4千多万吨钢材出口。
2012年1-11月，中国钢产量6.60亿吨。
中国目前至少有1/3的不符合质量要求。
铝中加入合金元素后，可提高合金的 强度，并保持良好的加工性能。
提 高 强 度 的 方 法
固溶强化 时效强化 弥散强化 细晶强化

时效强化
在金属基体中加入固溶度随温度降低而降低的
合金元素，通过高温固溶淬火处理，形成过饱和固 溶体，通过时效，过饱和固溶体分解，合金元素以 一定方式析出，弥散分布在基体中形成沉淀相，沉
钛及钛合金
纯钛
钛的密度低，熔点高，线膨胀系数小。 导热性差。纯钛塑性好，强度高，可以加工成 细丝和薄片。 钛在大气、海水及酸碱中的抗腐蚀性能好。
纯钛的晶体结构
< 882.5°C：密排六方结构，α－Ti > 882.5°C：体心立方结构。β－Ti
钛及钛合金
钛合金的种类 α－钛合金 β－钛合金
钛中加铝、硼，获得α－Ti合金。 其强度较低，但高温（500－600度）强度 很高。抗氧化性、抗蠕变性、焊接性能良好。
铝及铝合金
纯铝 名称
高纯铝 工业高纯铝 工业纯铝 纯铝中含有Fe、Si、Zn等元素时，会使性能下降
纯度
99.93%-99.99% 98.85%-99.9% 98.0%-99.0%
用途
科学研究、制作电器 铝箔、铝合金原料 电线、电缆、配置合金
纯铝的强度很低，不能用作结构材料
铝合金
铝及铝合金
合金元素的作用
镁的电极电位较低，抗腐蚀性能差。 镁属于密排六方结构，因此塑性变形能力差。
镁及镁合金
镁合金的特点
低比重：工业用材料中最轻量材料（铝的2/3重） 高比强度：优于钢和铝 震动吸收性好：可将震动能吸收并转化成热放出 易机械加工、耐冲击性好、电磁屏蔽性好、
可再生利用：有利于环境优化
镁及镁合金
用
镁 合 金 的 种 类
在碳钢中加入一种或多种合金元素， 形成的钢称之为合金钢。 低合金钢 <5w％ 按含碳量分
中合金钢 5w％－10w％
高合金钢 >10w％
按合金元素分：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等。 按用途分： 结构钢、工具钢、特殊性能钢。
铁及铁基合金
不锈钢－在大气和一般腐蚀性介质中具有很高耐蚀
性的钢。
用 途－制造在各种腐蚀性介质中工作并具有较高抗
钛中加钼、铬、钒，获得β－Ti合金。
其强度高，冲压性能好，并可通过淬火 和时效获得强化。 其塑性好，容易锻造、压延和冲压，可
α＋β－钛合金
通过固溶和时效进行强化。热处理后的
强度可提高50％－100％。
镁及镁合金
纯镁的特点
密度低、比强度高。纯镁的密度只有1749kg/m3， 仅为铁的1/4、铝的2/3。
7、易氧化
钢
The four types of stresses
碳钢的牌号与用途
碳素工具钢：T 用途 铸钢：ZG 用途 T9表示含C：0.9w%。
制造各种刀具、量具、模具等 ZG25，表示含C：0.25%。
主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性 和韧性的零件，如齿轮、联轴器等。
铁及铁基合金
合金钢
有色金属
贵金属
Au、Ag、Pt
稀有金属 W、Mo、U、Ta、稀土金属
金属材料分类
特殊金属－非晶态金属、形状记忆合金、减震合金、
超塑金属、储氢合金、超导合金等
金属材料的特点
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：Sn、Pb、Zn、Al
3、密度较大（Mg、Al除外 3g/cm以下） 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、Al
合金刀具、量具钢
世界最长的跨海大桥
杭州湾跨海钢铁大桥，桥长36公里
世界最长的高原铁路
青藏铁路1142公里
铝Leabharlann Baidu金
钛合金
钛飞船
铜制品
金属材料应用
金属材料应用
淀相能有效阻止晶界和位错的运动，从而提高提高
合金强度。
铝及铝合金
铝合金的种类
用
途
变形铝合金 铸造铝合金
铝丝、铝箔、铝合金型材等
复杂形状的铸件等
铜及铜合金
铜及铜合金的特点
优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐 蚀等，是抗磁材料。 加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好。 具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性
特种钢材主要靠进口。
金属材料分类
在103种元素中，金属元素有81种 黑色金属
金属材料
有色金属 特殊金属
金属材料分类
生铁 含C >2％
碳素钢
黑色金属
钢
含C 0.04％－2％ 合金钢
纯铁 含C <0.04％
含碳量越高，硬度、强度越大，但塑性降低
金属材料分类
重金属 轻金属
Cu、Pb、Zn、Ni Al、Mg、Ti