第十章 常用金属材料的种类、性能特点及应用(1)合金化原理
重要金属及合金材料的性质及应用PPT课件
• 储氢合金储氢原理： 可逆地与氢形成金属氢化物，或者说是氢与合金形成
了化合物。即气态氢分子被分解成氢原子而进入金属之中。
• 正在研发的储氢合金通常是把吸热型的金属（铁、锆、铜、 铬、等）与放热型金属（钛、锆、镧等）组合起来，制成 适当的金属间化合物，使之起到储氢的功能。
• 硬铝合金的强度较防锈铝合金高，但防蚀性能有所下降， 这类合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。
• 铝合金广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等，可增加 它们的载重量以及提高运行速度，并具有抗海水侵蚀，避 磁性等特点。
• 铜合金
• 铜有极好的导热、导电性，其导电性仅次于银而居金属的 第二位。铜具有优良的化学稳定性和耐蚀性能，是优良的 电工用金属材料。
常见合金性质及其应用
• 铁合金
• Fe-C合金
• 按含碳量不同，铁碳合金分为钢与生铁两 大类。生铁和钢的区别在于含碳量的不同， 生铁的含碳量在2%-4.3%，钢的含碳量 0.03%-2%。含碳量越高硬度越大，但机 械性能、韧性越差。钢和生铁在生产过程 中都是重要的合金材料。
• 此外还有硅铁合金（广泛用于低合金结构 钢、以及在铁合金生产及化学工业中，常 用作还原剂。 ）、锰铁合金（广泛用于 合金钢中）。
• 锌合金按加工工艺可分为形变与铸造锌合金两类.铸造锌 合金流动性和耐腐蚀性较好，适用于压铸仪表，汽车零件 外壳等。
• 钛合金
• 液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成 固溶体或金属化合物等各种合金。合金 元素如Al、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等 的加入，可改善钛的性能，以适应不同 部门的需要。例如，Ti-Al-Sn合金有很高 的热稳定性，可在相当高的温度下长时 间工作；以Ti-Al-V合金为代表的超塑性 合金，伸长率远超普通合金。
金属材料的合金化原理 ppt课件
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1.1 碳钢概论
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Chapter 1 金属材料的合金化原理
三、碳钢的用途（1-普通碳素结构钢 ）
（3）普通碳素结构钢的牌号表示方法
牌号表示方法是由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质 量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、 TZ）等四个部分按顺序组成。
标志符号Q来源于屈服点的汉语拼音字头Q；
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1.1 碳钢概论
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Chapter 1 金属材料的合金化原理
三、碳钢的用途（2-优质碳素结构钢）
2-优质碳素结构钢
（1）用于较为重要的机件，可以通过各种热处理调整零 件的力学性能。 （2）供货状态可以是热轧后空冷，也可以是退火、正火 等状态，一般随用户需要而定。 （3）优质碳素结构钢的牌号一般用两位数字表示。这两 位数字表示钢中平均碳的质量分数的万倍。这类钢中 硫、磷等有害杂质含量相对较低，夹杂物也较少，化 学成分控制较严格，质量比普通碳素结构钢好。
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1.1 碳钢概论
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一、碳钢中的常存杂质-硫和磷（2）
2．硫（S）和磷（P）的影响
Chapter 1 金属材料的合金化原理
S是炼钢时不能除尽的有害杂质。在固态铁中的溶解度极小。 S 和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。发生热脆 (裂)。
P也是在炼钢过程中不能除尽的元素。磷可固溶于α-铁。但剧烈 地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。磷可以提高 钢在大气中的抗腐蚀性能。 S和P还可以改善钢的切削加工性能。
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1.1 碳钢金化原理
三、碳钢的用途（2-优质碳素结构钢）
（4）优质碳素结构钢共有31个钢号（表1-2）。
常用金属材料的种类、性能特点及应用
金属材料与其他材料的复合应用
总结词
金属材料与其他材料如塑料、陶瓷等的复合 应用，可以发挥各自的优势，拓展了金属材 料的应用领域。
详细描述
金属材料与其他材料如塑料、陶瓷等的复合 应用已经成为一种新的发展趋势。通过将金 属材料与不同材料进行复合，可以发挥各自 的优势，弥补单一材料的不足，拓展金属材 料的应用领域。这种复合材料在汽车、电子 、建筑等领域具有广泛的应用前景，为金属
汽车工业
汽车车身材料
钢铁、铝等金属材料是汽车车身的主 要材料，它们具有高强度和良好的成 型性，能够满足汽车设计的各种需求 。
汽车零部件材料
金属材料还广泛应用于汽车零部件的 制造，如发动机、变速器、底盘等。 它们需要具有良好的力学性能、耐腐 蚀性和耐磨性。
航空航天
航空航天结构材料
铝、钛、钢等金属材料因其高强度、轻质和良好的耐腐蚀性而被广泛应用于航 空航天领域。它们能够满足航空器在高速、高海拔和极端环境下的性能要求。
塑性
金属材料在受力后发生屈服， 产生永久变形而不破坏的能力 。
高强度材料
如钢铁、钛合金等，常用于结 构件和承重部件。
塑性好的材料
如纯铜、铝等，易于加工成型 。
硬度与耐磨性
硬度
金属抵抗其他物质压入 其表面的能力。
耐磨性
高硬度材料
耐磨材料
金属抵抗磨损的能力。
如硬质合金、碳化钨等， 用于制造切削工具和耐
磁性材料
铁、钴、镍等金属及其合金具有磁性，是制造各种磁性器件的主要原料，如电磁 铁、发电机和变压器等。
04 金属材料发展趋势
高性能金属材料
总结词
高性能金属材料具有高强度、高韧性、耐腐蚀等特性，广泛应用于航空航天、汽车、能 源等领域。
常用金属材料的类型及应用
常用金属材料的类型及应用1.铁质材料：铁质材料是最常用的金属材料之一，常见的有铁、钢和铸铁。
铁质材料具有良好的强度和刚性，广泛应用于建筑、桥梁、机械制造、汽车制造等领域。
-铁：纯铁具有良好的导电性和导热性，常用于电线、电缆、发电机的铁芯等电气设备。
-钢：钢是铁和碳的合金，强度较高，耐腐蚀性能好。
常用于建筑结构、汽车、船舶、机械设备等制造。
-铸铁：铸铁的铸造性好，具有较高的耐磨性和耐蚀性。
常用于制造发动机缸体、齿轮、机床床身等。
2.铝质材料：铝质材料具有低密度、良好的导热性和抗腐蚀性能。
常见的有纯铝、铝合金等。
广泛应用于航空航天、汽车、电子设备等领域。
-纯铝：纯铝具有优良的导电性和导热性，常用于电子设备的散热器、铝箔、电线等制造。
-铝合金：铝合金通过添加其他元素来改善其性能，如增加强度、耐腐蚀性等。
常用于飞机、汽车、摩托车、自行车等制造。
3.铜质材料：铜质材料具有良好的导电性和导热性，同时还具有较高的塑性和耐腐蚀性。
常用于电气设备、管道、制冷设备等领域。
-纯铜：纯铜具有优良的导电性，常用于电线、电缆、电子设备的制造。
-铜合金：铜合金通过添加其他元素来改变其性能，如增加强度、耐腐蚀性等。
常用于制造管道、制冷设备、锅炉等。
4.镁质材料：镁质材料具有低密度、高强度和良好的耐腐蚀性能。
常用于航空航天、汽车、电子设备等领域。
-纯镁：纯镁具有良好的导热性和导电性，常用于电子设备的散热器、航空航天等。
-镁合金：镁合金通过添加其他元素来改善其性能，如增加强度、耐腐蚀性等。
常用于汽车、摩托车、自行车等制造。
除了上述常用的金属材料，还有其他一些常见的金属材料，如锌、锡、钛等，它们在不同领域有着特定的应用。
总体而言，金属材料是工业生产中不可或缺的材料，广泛应用于建筑、机械制造、电子设备、航空航天等领域。
随着科技的进步和工艺的改善，金属材料的性能不断提升，不仅能够满足各种需求，还能够推动工业的发展。
金属材料的种类特性和性能
全了！金属材料的种类、特质和性能有哪些2015-01-18金属材料是指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。
包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。
（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料）意义人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。
继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显着标志。
现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。
种类金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
（1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。
广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
（2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。
有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
（3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。
其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。
性能一般分为工艺性能和使用性能两类。
所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。
金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。
由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。
在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。
常用金属材料基础知识课件 (一)
常用金属材料基础知识课件 (一)
常用金属材料基础知识课件是建筑、机械、电子等各个行业工作者必
备的基础资料。
课件主要包括金属材料的种类、性质、特点和应用。
下面我们将围绕这四个方面展开简要的介绍。
一、金属材料的种类
常用的金属材料种类包括铁、铜、铝、钛、锌、镁等。
其中铁是重要
的工业材料之一，铁的普及使得我们购买成品的价格得以大为降低。
二、金属材料的性质
金属材料具有四个显著的特点，一是良好的导热性；二是良好的导电性；三是高硬度和高强度；四是易于加工成型。
三、金属材料的特点
铁是最常见的金属材料，其特点是韧性好、磁性大，其缺点是易锈蚀。
铜则是一种良好的导电、导热材料，它不仅有很高的韧性，而且在加工、焊接、铸造等方面也做得比较好。
铝则是一种可塑性、可焊接、
腐蚀性强的金属，常被用于制造容器、餐具等。
镁的强度轻量化使得
其在航空、航天、汽车、自行车等领域中得到了普遍应用。
四、金属材料的应用
金属材料的应用非常广泛，从桥梁、建筑、汽车、船舶等传统领域到
现代高技术领域中的医疗器械、计算机等都不能离开金属材料。
例如，铁常被用于钢筋、建筑支架等领域；铝常被用于船舶、交通工具、容
器等领域；铜常被用于电线、电缆等领域；镁常被用于飞行器、轻型
汽车等领域。
综上所述，常用金属材料基础知识课件不仅非常重要，而且可应用于
各个行业。
对于厂家和个人而言，这些课件都是不可或缺的基础资料。
【精品】常见金属种类、性能、用途(DOC)
常见金属种类、性能、用途(D O C)金属冶炼基础知识 编者：陈军 四川鸿舰重机公司铸造分公司钢铁工业的发展带动了国家一系列其它产业的迅速崛起，目前我国钢铁产业面临着产能严重过剩，能源消耗大等系列问题。
因此今后我国钢铁冶炼方向最终还要以低成本、低碳冶炼为主，由于原燃料价格、市场需求萎缩、同质化竞争激烈等诸多不利因素叠加，导致成本因素在钢企之间的竞争逐渐白热化，钢铁企业通过精心操作和精细化管理等手段降低生产成本。
金属冶炼基础知识合金的定义：一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔炼或烧结制成的具有金属特性的材料（导电性、延展性、光泽、导热性）。
常用的是：钢和铁、铜合金、铝合金等。
一、金属材料的主要性能1）强度：塑性变形、断裂的能力。
衡量指标：屈服强度、抗拉强度。
（1）屈服点：发生屈服现象时的应力。
公式：σs＝F s/A o（MPa）F s－材料发生屈服现象时的力。
S o－材料的原始横截面面积。
条件屈服强度规定：σr0.2＝F0.2/A o (无明显的屈服现象的材料)应用：汽缸盖和汽缸体之间的密封性（螺栓联接）超过螺栓材料本身的屈服强度。
（2）抗拉强度：最大应力值。
公式：σb＝F b/A oF b－最大的载荷。
S o－材料的原始截面面积。
应用：汽缸的密封、钢绳吊重物、机车的牵引等。
σs/σb屈强比：越小，可靠性越高；越大，可靠性越低。
2）塑性：发生塑性变形，不破坏的能力。
衡量指标：伸长率、断面收缩率。
（1）伸长率：公式：δ＝（L1－L0）/L0×100％L1－拉断后的长度。
L0－原来的试样长度。
注意：长、短试样测出的δ值不相等（比较大小，要同样的试样）。
L0＝5d0 δ5L0＝10d0δ10＝δδ5>5% －塑性材料、δ5<5％－脆性材料。
45：δ5≈18.7% δ1<δ5（2）断面收缩率：公式：Ψ＝（A0－A1）/A0×100％S0－原截面面积。
S1－断口处断面面积。
金属的合金与合金的特点与应用
金属的合金与合金的特点与应用引言：合金是由两种或者两种以上的金属或者非金属元素通过熔炼、混合并固化形成的材料。
它具有多种特点和应用，对于现代工业和科学技术的发展具有重要意义。
本文将探讨金属的合金以及合金的特点和应用。
一、合金的定义和成分合金是指由两种或两种以上的金属或非金属元素按一定的比例混合而成的固体溶液。
它由基体金属和一种或多种添加元素组成。
基体金属的数量通常较大，而添加元素的数量相对较小。
二、合金的特点1. 强度提高：合金常常具有比单一金属更高的机械强度。
通过合金化，可以加强金属的性能，提高它的抗拉强度、硬度和耐磨性等。
2. 耐腐蚀性改善：某些合金具有良好的耐腐蚀性。
通过选择合适的添加元素，可以防止金属与外界环境中的氧、水、酸等化学物质发生氧化反应和腐蚀。
3. 热处理性能优化：合金可以通过热处理来改变材料的物理性质。
例如，热处理可以改变合金的晶体结构，提高硬度、强度和耐磨性。
4. 密度调节：通过合金化可以调节材料的密度，使其满足特定的工程需求。
有些合金的密度比单一金属更低，适用于制造轻量化的部件。
5. 特殊物理性质：一些合金具有特殊的物理性质，例如超导性、形状记忆效应和阻尼性能等。
这些特殊性质为合金在现代科技领域的应用提供了可能性。
三、合金的应用1. 金属材料强化：将合金用于制造机械零件、结构件和工具等可以提高其强度、硬度和耐磨性。
合金还可以增加金属零件的使用寿命和耐久性。
2. 腐蚀防护：一些合金具有良好的耐腐蚀性，适用于制造化工设备、海洋设备和食品加工设备等。
合金不容易受到外界化学物质的侵蚀和腐蚀，延长了设备的使用寿命。
3. 电子工业：许多合金在电子行业中得到广泛应用。
例如，铜合金用于制造导线和电路板，铝合金用于制造电子外壳和散热器，镍合金用于制造电池和储能设备等。
4. 医疗领域：合金在医疗领域中也具有重要应用。
例如，钛合金用于制造人工关节、牙科种植体和外科手术器械等。
合金的生物相容性好，能够减少人体对材料的排异反应。
常用金属材料及特性
常用金属材料及特性金属材料是指具有一定的金属元素含量，具有金属结构和金属性能的材料。
金属材料广泛应用于工业生产和日常生活中，其独特性能与广泛用途为人们所熟知。
以下是一些常用金属材料及其特性的介绍。
1.铁（Fe）：铁是最常见的金属材料之一，具有良好的导电和导热性能。
铁的强度和硬度较高，具有良好的塑性和可锻性，使其成为制造建筑、桥梁、汽车等工业产品的重要材料。
2.铝（Al）：铝是一种轻质金属，具有优异的导电和导热性能。
与其他金属相比，铝的密度较低，且不易被腐蚀，因此广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
铝材料还具有良好的可塑性，可通过压铸、挤压和烧结等加工工艺制成各种形状。
3.铜（Cu）：铜具有良好的导电和导热性能，被广泛应用于电气、通信和电子领域。
铜还具有良好的可塑性和可加工性，可用于制造风扇、管道、导线等产品。
铜材料有很低的磨损率和抗腐蚀性，使其成为制造机械零件的重要材料。
4.镁（Mg）：镁是一种轻质金属，具有优异的强度和刚性。
镁具有良好的导热性能，且具有良好的可塑性和可加工性，因此广泛应用于航空航天、汽车和工程结构中。
镁合金具有优异的防腐蚀性，但也易于腐蚀，因此常需进行表面处理。
5.锌（Zn）：锌是一种常见的金属材料，具有良好的抗腐蚀性能。
因此常用于制造防腐蚀材料、电池等产品。
锌具有良好的可塑性和可锻性，可通过热轧、冷轧和浸镀等加工工艺制成各种形状。
6.钛（Ti）：钛是一种轻质金属，具有良好的强度和抗腐蚀性能。
钛材料具有良好的耐高温和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、化工和医疗器械等领域。
钛合金还具有良好的可塑性和可加工性，适用于各种加工工艺。
7.不锈钢：不锈钢是一种能够抵抗大气腐蚀的特殊钢种，具有良好的耐腐蚀性和耐热性。
不锈钢具有良好的强度和塑性，可用于制造各种化工设备、食品加工设备和建筑装饰材料。
以上介绍的金属材料仅是常见的几种，实际上金属材料的种类繁多，每种材料都具有其独特的特性和应用领域。
常用金属材料
不受剧烈冲击、高硬度、 耐磨的工具。如冲头、
手锯条等。
不受冲击、要求高硬度、 高耐磨的工具。如锉刀、
量具等。
(2)低合金高强度结构钢
牌号：例如 Q390A
“Q”表示屈服点， “390”表示屈服点值为390MPa， “A”表示质量等级为A 级。
用途： 低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理， 综合力学性能良好，
用途：铸铁件占铸件总产量的 80%左右。
如机床床身、箱体等。
w(S) ≤0.15%
w(P) ≤0.3%
1.铁碳合金双重相图
铸铁中，碳的存在 形式有渗碳体（Fe3C） 和游离状态的石墨（G）两种。
铁碳合金实际上存在两种 相图： （1）Fe－Fe3C相图， （2）Fe－G相图。
图1-19 铁碳双重相图
（3）变质处理（孕育处理）
• 变质处理：在浇注前向铁水中加入变质剂（孕育剂），如 Si－Fe、Si－Ca合金，以增加石墨的结晶核心，促进石 墨化，使石墨片细小、均匀，获得高强度铸铁。
用于桥梁、船舶、车辆、高压容器、管道、建筑物等。
(3) 合金钢
1）合金结构钢 牌号： 例如 60Si2Mn, “60”表示平均w(C)=0.6%， “ Si2 ”表示平均w(Si)=2%， “ Mn ”表示平均w(Mn)<1.5%。
用途：合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢， 常用来制造重要的零件，如齿轮、轴类、弹簧等。 例：渗碳钢，20CrMnTi；
化学成分（质量分 数，%）
力学性能（最小值）
牌号
C
Si
Mn
σs (σ0.2)
Σb
δ
/MPa (%)
/MPa
主要特点及应用
ZG200 －400 0.20 0.50 0.80 200
常用金属材料的特性及用途
常用金属材料的特性及用途常用金属材料的特性及用途1、铸铁：材料特性：优秀的流动性、低成本、良好的耐磨性、低凝固收缩率、很脆、高压缩强度、良好的机械加工性。
典型用途：铸铁已经具有几百年的应用历史，涉及建筑、桥梁、工程部件、家居、以及厨房用具等领域，比如下水道盖子、设备底座、支架等。
2、不锈钢：不锈钢分为四大主要类型：奥氏体、铁素体、铁素体-奥氏体（复合式）、马氏体。
家居用品中使用的不锈钢基本上都是奥氏体。
材料特性：卫生保健、防腐蚀、可进行精细表面处理、刚性高、可通过各种加工工艺成型、较难进行冷加工。
典型用途：奥氏体不锈钢主要应用于家居用品、工业管道以及建筑结构中；马氏体不锈钢主要用于制作刀具和涡轮刀片；铁素体不锈钢具有防腐蚀性，主要应用在耐久使用的洗衣机以及锅炉零部件中；复合式不锈钢具有更强的防腐蚀性能，所以经常应用于侵蚀性环境。
3、碳钢含碳量0.0218%~2.11%的铁碳合金。
也叫碳素钢。
一般碳钢中含碳量较高则硬度越大，强度也越高，但塑性较低。
碳素结构钢特点：价格低廉，工艺性能（如焊接性和冷成形性）优良。
应用：一般工程结构和普通机械零件。
如Q235可制作螺栓、螺母、销子、吊钩和不太重要的机械零件以及建筑结构中的螺纹钢、型钢、钢筋等。
优质碳素结构钢应用：制造重要机械零件的非合金钢，一般都要经过热处理之后使用。
08F，碳的质量分数低，塑性好，强度低，用于冲压件如汽车和仪表外壳；20，塑性和焊接性好，用于强度要求不高的零件及渗碳零件，例如机罩、焊接容器，小轴、螺母、垫圈及渗碳齿轮等；45，40Mn，经调质后综合力学性能良好，用于受力较大的机械零件，如齿轮、连杆、机床主轴等；60、65Mn钢具有较高的强度；用于制造各种弹簧、机车轮缘、低速车轮。
碳素工具钢特点：属共析钢和过共析钢，强度、硬度较高，耐磨性好适用于制造各种低速切削刀具。
应用：T7、T8：制作承受一定冲击而要求韧性的零件。
如大锤、冲头、凿子、木工工具、剪刀T9、T10、T11：制造冲击较小的要求高硬度高耐磨性的工具。
合金材料的性能与应用
合金材料的性能与应用合金是由两种或两种以上金属元素或非金属元素混合而成的材料。
由于不同元素的组合和摩尔比例的不同，合金的性能和应用也各不相同。
合金通过改变成分、微观结构和热处理等方式，可大大提高材料性能，如强度、硬度、耐腐蚀性、耐磨性、耐高温性、导热性、导电性等。
在许多领域中，合金材料已被广泛地应用。
本文将从合金材料的种类、性能特点以及应用领域等方面探讨合金材料的性能与应用。
一、合金材料的种类合金材料种类繁多，通常可按照主要成分和用途等分类。
根据主要成分可分为以下几类：1. 铁系合金铁系合金主要指以铁为主要成分的合金，如碳钢、不锈钢、合金钢等。
这些合金中铁的含量一般在80%以上，其他元素则经过调配而加入。
钢材表现出高强度、高耐腐蚀性等优点，因此，广泛应用于汽车、建筑、机械、电子等领域。
2. 铜系合金铜系合金主要以铜为基础，加入其他金属元素，例如，黄铜是由铜和锌合成的。
铜合金因具有优异的导热性、导电性、耐腐蚀性和耐磨性等特点，因此，适用于制造电子、机器、仪表、管道等领域。
3. 铝系合金铝系合金主要含有铝，其次还有铜、镁、锌、锰、硅等元素。
铝合金具有密度小、强度高、耐热性能好等优点。
其应用领域包括轮船、汽车、飞机、建筑和电子。
4. 镁系合金镁系合金主要由镁和其它金属元素混合而成，较常见的是镁铝合金、镁锌合金等。
镁合金具有强度高、刚度好、耐磨、抗冲击等优点，因此在电子、运输车辆、医疗器械等多个领域被广泛应用。
二、合金材料的性能特点合金材料的性能与所含的元素种类、含量、微观结构以及热处理等因素密切相关。
一般来说，合金材料的性能特点包括以下几个方面：1. 强度高：多种合金材料的强度均高于单种金属材料，尤其是在高温、高压、高负荷等条件下。
2. 耐腐蚀性好：一些合金材料可通过控制元素成分，达到提高耐腐蚀性的目的。
例如不锈钢、龙芯合金等。
3. 耐磨性好：合金材料的硬度和抗磨性常是单一材料的几倍。
4. 耐高温性好：高温环境下，许多合金材料的强度、硬度等性能不会很明显地下降，还有些材料还会保持一定的延展性和韧性。
【高中化学】高中化学《金属材料》知识点总结
【高中化学】高中化学《金属材料》知识点总结一、金属材料：金属材料可分为纯金属和合金。
新型金属材料是具有特殊性能的金属结构材料1、合金(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能①熔点：合金的熔点比各成分金属低②硬度和强度：合金的硬度比各成分金属大(3)易错点：①构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素②合金的性质不是各成分金属的性质之和。
合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质③并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金④合金一定是混合物⑤常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体2、常见的金属材料(1)金属材料分类①黑色金属材料：铁、铬、锰以及它们的合金②有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及其合金(2) 黑色金属材料——钢铁①生铁：含碳量在2%～4.3%的铁的合金。
生铁里除含碳外，还含有硅、锰以及少量的硫、磷等，它可铸不可煅。
根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种②钢：含碳量在 0.03%～2%的铁的合金。
钢坚硬有韧性、弹性，可以锻打、压延，也可以铸造。
钢的分类方法很多，如果按化学成分分类，钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢就是普通的钢，碳素钢又可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢，低碳钢韧性、焊接性好，强度低；中碳钢强度高，韧性及加工性好；高碳钢硬而脆，热处理后弹性好。
合金钢也叫特种钢，是在碳素钢是适当地加入一种或几种，如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制成的。
合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能，用于制不锈钢及各种特种钢③钢是用量最大，用途最广的合金(3) 有色金属材料——铜和铝①铝及铝合金：Al 是地壳中含量最多的金属元素，纯铝的硬度和强度较小，有良好的延展性和导电性，通常用作制导线。
常见金属材料及其化学性质和应用
常见金属材料及其化学性质和应用常见金属材料及其化学性质和应用一、基本考点考点1．几种重要的金属及合金（1）金属的物理特性：常温下除汞（液体）外都是固体，有金属光泽，大多数为电和热的优良导体，有延展性、密度较大、熔点较高。
（2）几种常见金属的比较（见表8-18-1）：金属物理性质用途铁纯铁具有银白色金属光泽、质软，有良好的延展性，密度7.86g/cm3，熔点1535℃，沸点2750℃，是电和热的良导体电器、建筑、工业材料，如：制造桥梁、铁轨、舰船、车辆和各种机械等铜紫红色金属，密度8.92g/cm3，熔点1083℃，沸点2595℃，具有良好的延展性、导电性、导热性电线、电缆和各种电器，铜合金可用于制造各种零件等铝银白色金属，密度2.70g/cm3，熔点660℃，沸点2467℃，具有良好的延展性、导电性、导热性冶炼金属，做电线、电缆，铝合金用于制造门窗、飞机等（3）合金：①概念：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称为合金。
②合金的性质能：合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更易适合不同的用途，日常生活中使用的金属材料，大多数为合金。
③重要的铁合金：生铁和钢都是铁的合金，其区别是含碳量不同。
④生铁的含铁量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%。
考点2．金属与氧气的反应大多数金属都能与氧气反应，但反应的难易和剧烈程度不同，越活泼的金属，越容易与氧气发生化学反应，反应越剧烈。
（1）镁、铝与氧气的反应：①在常温下，镁条在空气中发生缓慢氧化而生成白色固体——氧化镁，但在点燃条件下，镁条能在空气中剧烈燃烧，生成白色固钵。
②在常温下，铝在空气中发生缓慢氧化，在其表面生成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止内部的铝进一步氧化，因此，铝具有较好的抗腐蚀性；在点燃的条件下，铝在氧气中剧烈燃烧生成白色固体——氧化铝（Al2O3）。
（2）铁与氧气的反应：①常温下，铁在干燥的空气中很难与氧气反应；②常温下，铁在潮湿的空气中易生锈；③在点燃的条件下，铁在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体物质——四氧化三铁。
最新2019-第十章 常用金属材料的种类、性能特点及应用(3)-PPT课件
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10.4.2 铝合金的合金化原理
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纯铝强度低，σb=80-100MPa，σ0.2=30-50MPa，δ=35-40%，HB=25-30， 即使是冷变形60-80%，σb=150-180MPa，但 δ=1-1.5%，难以满足需要， 合金化的考虑：以所需的性能要求和成本要求为中心 需合金化。 （1）提高强度的途径 加工硬化 固溶强化 相变强化（钢） 弥散强化（第二相强化） 细晶强化 因此，从合金化的角度看，强化铝合金可选择的元素应有如下特点：固溶 度大（低温），或高温极限固溶度大，而低温的小，或可形成作为结晶晶 核的第二相颗粒或钉扎晶界的稳定相颗粒。
稀土元素：高熔点化合物、 固溶强化、弥散、变质、细 化晶粒、改善铸造性能、净 化熔体、提高耐蚀性
铸 造 铝 合 金
Al-Si系 ZL1xx ZL101--ZL111
Al-Cu系 ZL2xx ZL201-- ZL203 Al-Mg系 ZL3xx ZL301-- ZL302
Al-Zn系 ZL4xx ZL401-- ZL402
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（2）导电、导热性好 仅次于Ag、Au（金融）、Cu，远优于Fe、Ti等，在工业金属，仅次于Cu，可 部分替代Cu，作电线、电缆或用于其他电器元件。民用铝锅、电冰箱的导热部 件、家庭采暖、发动机散热片等，还有电子元件的导电导热基座等。
（3）工艺性能好 铸造性能好：多数铝合金为共晶系，如Al-Si铸件（活塞、气缸等）。 加工：强度低，塑性好，能通过塑性加工制成各种形状的产品（挤、 拉、轧、缎、冲，获得管、带、型、棒、线、板、箔等制品）。
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中南大学 附录1：有序固溶体和有序中间相
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有序：磁（磁矩排列）有序、结构（原子占位）有序 结构有序：介于固溶体和化合物之间，但结构与形成溶剂组元 结构相同，其中溶质和溶剂原子有序排列。如：Au-Cu中fcc的 AuCu3有序相、Ni-Al系中的bcc结构的NiAl等。
A2
Disorder fcc
另外，Peceifor认为还应加上一个因素：角价电子因素。 其中，结合能因素决定形成金属间化合物的倾向，形成焓为负才可 能形成金属间化合物，越负，化合物熔点越高；原子尺寸、电负性、 价电子不仅影响化合物的形成倾向，还对晶体结构产生影响。
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价电子化合物：组元具有正常的原子价，组元间以离子键或共价 键结合，通常由电负性相差大的元素形成。如：NaCl、NiAs、 HfCo2、NiTi2等。 间隙相和间隙化合物：当半径之比小于59%，金属原子组成简单结 构（但不同于纯态时的晶体结构），非金属原子分布于晶格间隙， 如：VC、Fe4N、TiC等；大于59%时， Fe3C、Cr23C6、Cr7C3、 Fe4W2C、FeB等，具有典型的金属特性。间隙相之间可以互溶， 是重要的强化相（如TiC-TiN、TiC-VC ）。
电子浓度e/a 合金相 相结构 1.4 fcc 1.5(3/2) 黄铜 bcc 1.615(21/13) 黄铜 复杂立方 1.75(7/4) ε 黄铜 hcp
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中南大学 举例：
-AgZn, -CdZn等 不同温度不同结构
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Cu3Al，Cu9Al4等为电子化合物，有成分范围，为固溶体 δ-Cu31Sn8，-Cu5Sn也为电子化合物固溶体，复杂立方 电子浓度并不是决定合金相结构的唯一因素。
4. 对于B族金属，其合金化过程由于d电子参与反应， 它们的化合价不明确，因而上述电子浓度规则不再适 合，应以平均族数规则代替。
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中南大学 10.1.2 合金相结构
常规相 从组元原子冶金结合前后结 构的变化分为溶体相、中间
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化合物相；
按在相图上所在位置分：端 际固溶体相、中间相 另外：准晶相（Cu-Al-FeCo系等）、非晶相（CuZr-Ti系等）
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中南大学 1.合金相形成规律
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合金相的形成与相应相的能量有关，取决于多种因素：
所有元素的原子尺寸 不同类型原子间的化学性质 没有一种理论可以全 面解释所有合金中相 的形成规律。
每种原子的电子数目等。
对于1价的Cu、Ag、Au等基体与高价溶质元素形成的合金系，HumeRothery的电子浓度规则能很好地揭示合金相的形成规律，如Cu-Zn中：
With T decreasing
B2
L12
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中南大学 10.1.3 固溶体的性质及合金元素的影响
一般性质与成分的关系
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形成连续固溶体时，异类原子之间的化学亲合力与它们各自原子 之间的亲和力相差不大，两组元间有相同的晶体点阵，并且原子 在点阵位置上随机分布，异类原子所占的晶格位置与它们的成分 分数相当，本征性质随某一组元含量的变化逐步变化。 连续固溶体的性质随成分变化有最大或最小值；端际固溶体的本 征性质呈平滑曲线；发生有序反应时，无序固溶体的性质有突变。
在Ag或Au中加入主族金属元素会使其弹性常数随溶质含量线性
降低。另外降低固溶体熔点的元素会使弹性模量降低。 溶质对合金弹性模量的影响没有统一的规律，但一般表现为： 若固溶体的组元的点阵类型相同，且其价电子数和原子半 径均相近，则弹性模量和溶质浓度呈线性关系，但当溶质原子 为过渡族元素时，弹性模量有极大值。
电子浓度因素：高价元素易溶于低价元素；低价较不易溶 于高价。注意：电负性差不能太大。 Hume-Rothery总结Ag, Cu基固溶体的数据，提出了尺寸因素对固溶 度影响的经验规律：当溶剂原子与溶质原子半径相差大于14-15%时， 不利于大溶解度范围固溶体形成。 MSE___材料科学与工程学院
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H L[Pe Qnws ]
2 2
式中右边括号内第一项是由于组元化学式差导致的对生成热的负
贡献，第二项是由于组元元胞电子密度差导致的正贡献。这两个 因素影响晶格常数、力学、电学等性能。
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1 密度
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m V mu nCi Ai
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第十章 常用金属材料的种类、 性能特点及应用（1）
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10.1 金属材料合金化原理
10.1.1 金属材料合金化原理引论
在实际应用中，多数场合下纯金属无法满足所要求的性能。
为此，向金属基体中添加合金组元以改善材料性能。由于合
金中各组元间存在着复杂的物理和化学作用，会出现许多成 分、结构各异的合金相。绝大多数实用的合金是固溶体或以
b 间隙式（Interstitial Solid-Solution）
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当溶质与溶剂原子半径之比小于59%时才有可能形成间隙式固溶体。
但该规律不适用于稀土元素。
一般来说，N、O、H、C、B 易作为溶质原子融入过渡族金属中，形成间 隙式固溶体。间隙式固溶体产生非对称性畸变，其固溶强化大于置换式固
2. 电负性的影响：
当两种元素间，电负性差较大时，易形成化合物。这种差别 越大，每个原子获得8个异类近邻原子的机会越大，越易形 成等原子数的体心立方结构。 例：Ag-Cd, Ag-Mg, Au-Cd, Au-Mg等体系 MSE___材料科学与工程学院
中南大学 3. 元素的原子尺寸差异的影响：
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对于固溶体或可变成分的中间相， 还可用平均原子量计算：
k
A xi Ai
i 1
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2 晶格常数：晶胞的三边及夹角共六个参数
a
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a. Vegard定律： 晶胞边长与成分呈线性关系
大原子组元溶入小原子组元 小原子组元溶入大原子组元
b. Moreen模型：平均原子间距
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化合物的特殊物理和化学性质举例
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金属间化合物的硬度、强度一般高，但室温塑性差源于原子间强健 合和有序排列及由此导致的低结构对称性；----高温结构材料？ 导电率比组元的低：部分金属键变为共价键或离子键（有序化，磁 性有序—无序，化学成分、杂质与空位、晶界、位错等）。但部分 化合物有超导电性，如：Nb3Sn, V3Ga等。 磁性：铁磁性和反铁磁性，强磁。稀土--过渡族金属化合物Sm-Co系 等，Cu2MnSn、Cu2AlMn，Au4V、Sc3In等为铁磁性材料；MnAu、 TbAg等为反铁磁性物质。还有亚铁磁性材料如Mn2Sb。Ti-Al、MnAl等有磁性。 激光与微波：半导体GaAs及III-V主族化合物等 储氢：LaNi5、FeTi、RE2Mg17、RE2Ni2Mg15等 耐氧化、耐蚀性：B、C、N、O化合物等 形状记忆效应：TiNi、CuZn、CuMn等已得到工业应用 热核反应：Zr3Al的低热中子俘获面，用于核反应堆 MSE___材料科学与工程学院
溶体中的强化效果。
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2 中间化合物相（通常称为金属间化合物）
除固溶体以外的固态合金相，结构不同于组成该相的任何组元的结 构，位于相图中间。按化学配比分可变成分和计量比化合物；按形 成条件和结构特征分正常价（电负性起主导作用）、电子化合物 （电子浓度起主导作用，如： 黄铜相）、 间隙相和间隙化合物、 拓扑结构化合物（原子半径其主导作用，如： Laves相、σ相）。 影响相结构稳定性的主要因素可归纳为以下五种： 原子尺寸因素 原子序数因素 结合能因素 电化学因素 价电子因素（电子浓度因素）
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电子浓度化合物：由称为Hume-Rothery相，由过渡族金属或IB族金 属如Cu、Ag、Au、Fe、Co、Ni、Rh、Pd、Pt、Ce、La等与IIAVA族组元如Be、Mg、Al、Si、Ge、Ga、In、Sn或IIB族组元如Zn 等形成，具有以下特点： 不符合化合价规则，但电子浓度值确定（3；以金属键结合；成分可变，且易形成以 化合物为基的固溶体；晶体结构完全不同于组元的结构；有些化合 物高温有序低温无序；晶胞内的电子数不变；硬度和导电性好等。 拓扑结构化合物：简称TCP相，空间利用率和配位数比同一种原子 组成的密堆结构更高，且主要以四面体堆垛而成。常见的有Laves 相(AB2)、-W(AB3)、σ相、及与σ 相有关的P、µ 、M、X（Mn）、δ相等等。在不锈耐热钢、镍基高温合金中，尽可能地防止 该类相析出。 MSE___材料科学与工程学院
Hume-Rothery指出，对于简单的合金体系，液相线的降低（共 晶温度的降低）取决于溶剂与溶质间的原子尺寸差。该差值越 大，温降越大，共晶温度就越低，如： Ag-RE, Au-RE中富Ag, Au端的共晶温度随稀土原子半径增大线 性降低，直到稀土原子半径达到1.75埃（此时溶剂与溶质原子 尺寸差达到21%），共晶温度才近乎不变。 此外，原子尺寸因素同样影响中间相的稳定性。
C
S (1 C)2 S AA 2C(1 C)S AB C 2 S BB
c. Miedama电荷迁移理论：异类原子键合时电荷迁移随浓度变化 总之，影响因素：组元原子半径、电负性差、化合价 MSE___材料科学与工程学院
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3 力学性能
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