材料导论 第四章 金属材料Ⅰ ppt课件
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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
1
§4.1 金属材料概述
金属 ——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。
金属材料 ——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。
按成分分类
源自文库低碳钢
wc0.25 %
中碳钢
wc＝ 0.25
-0.60%
高碳钢
wc>0.60 %
普通质量钢
wS0.050% wP0.045%
优质钢
wS0.035% wP0.035%
高级优质钢
wS0.020% wP0.030%
按用途分类 碳素钢
15
碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 铸造碳钢
4.2.1 碳素钢
纯金属(Pure Metal)：由一种金属元素构成的单质。
2
在103种元素中，金属元素有81种。
3
4.1.1 悠久的历史与广泛的应用
1. 悠久的历史 ——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 BC — 1,000 BC 2）铁器时代 1000BC — 3）钢铁时代 1800 —
按脱氧方式（或程度）分类
高
600吨钢锭
16
4.2.1 碳素钢
1.碳素结构钢
牌号：Ｑ２３５-Ｂ·b
屈 s
碳素钢
碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 铸造碳钢
脱氧方法：Ｆ——沸腾钢；Ｚ——；b——半镇静钢 质量等级：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
wc＝0.06-0.38% 常用热处理：一般不热处理，直接使用。
主要牌号及应用
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。
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。
5
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：Sn、Pb、Zn、Al 3）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、Al 7）易氧化
黑 色 金
碳素钢 钢 合金钢
碳素工具钢 铸造碳钢
属
材
灰口铸铁
金
料
铁 白口铸铁
属
材
球墨铸铁……
料
有
色
金 属
Cu、 Al、Ti、Mg合金
材
料
10
复习
什么是“结构材料” ？
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。
并含有其他元素的材料。 – 分为碳素钢和合金钢。
铁
– 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。
13
§4.2 黑色金属材料——钢铁材料 4.2.1 碳素钢
碳素钢又称为碳钢，是含碳量小于2．11％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。
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
海底锰结核
■ 海水中、地壳深处有大量金属矿物
●具有优越的性价比
9
4.1.3 金属材料的分类
碳素结构钢
优质碳素结构钢
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100~300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 ……
8
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
◆
4
2. 广泛的应用 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。
据统计，碳钢产量约占工业用钢总量的80～90％．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。
14
4.2.1 碳素钢
碳素钢的分类
成分(GB/T 13304-91)
合金元素
Cr Mn Mo Ni Si Ti W V
最大含量／wt. 0.30 1.00 0.05 0.30 0.50 0.05 0.10 0.04 ％
18
4.2.1 碳素钢
2. 优质碳素结构钢
牌号：45
平均含碳量的万分数。数字后加F表示沸腾钢，加Mn表示含Mn量较高。
wc＝0.05-0.75%
常用热处理：正火、调质、淬火、回火、渗碳
主要牌号、性能特点及应用
牌 08F、10 15、20 、25 30、35 、40 、45 、 55、60 、65 、
6
●金属材料的性能
• 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
7
4.1.2 资源的枯竭与新材料的崛起
1. 资源的枯竭 ■地球表壳资源贫化
牌号
Q195
Q215
Q235
Q255 Q275
主要 受载荷较小 铆钉、短轴、 连杆、螺栓、螺母、
应用 的钢丝、开 拉杆、垫圈、 轴类支架、角钢、
举例 口销、钉子、 渗碳件、焊 槽钢、工字钢、圆
拉杆、焊接 接件
钢、重要的焊接件
件
轴类、 吊钩、 型钢
轴、齿 轮
17
4.2.1 碳素钢
碳素结构钢 工字钢、角钢、槽钢…
号
（碳素渗碳钢）
50
65Mn
（碳素调质钢） （碳素弹簧钢）
11
§4.2 黑色金属材料——钢铁材料
●黑色金属
——以铁、铬、锰为基的金属材料。
• 生铁 •钢 • 铸铁
碳素钢 合金钢
12
生铁
钢
铸铁
工业纯铁 – 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。
钢 – 以铁为主要元素，碳含量一般在0.0218%~2.11%之间，
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
1
§4.1 金属材料概述
金属 ——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。
金属材料 ——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。
按成分分类
源自文库低碳钢
wc0.25 %
中碳钢
wc＝ 0.25
-0.60%
高碳钢
wc>0.60 %
普通质量钢
wS0.050% wP0.045%
优质钢
wS0.035% wP0.035%
高级优质钢
wS0.020% wP0.030%
按用途分类 碳素钢
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碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 铸造碳钢
4.2.1 碳素钢
纯金属(Pure Metal)：由一种金属元素构成的单质。
2
在103种元素中，金属元素有81种。
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4.1.1 悠久的历史与广泛的应用
1. 悠久的历史 ——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 BC — 1,000 BC 2）铁器时代 1000BC — 3）钢铁时代 1800 —
按脱氧方式（或程度）分类
高
600吨钢锭
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4.2.1 碳素钢
1.碳素结构钢
牌号：Ｑ２３５-Ｂ·b
屈 s
碳素钢
碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 铸造碳钢
脱氧方法：Ｆ——沸腾钢；Ｚ——；b——半镇静钢 质量等级：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
wc＝0.06-0.38% 常用热处理：一般不热处理，直接使用。
主要牌号及应用
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。
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。
5
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：Sn、Pb、Zn、Al 3）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、Al 7）易氧化
黑 色 金
碳素钢 钢 合金钢
碳素工具钢 铸造碳钢
属
材
灰口铸铁
金
料
铁 白口铸铁
属
材
球墨铸铁……
料
有
色
金 属
Cu、 Al、Ti、Mg合金
材
料
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复习
什么是“结构材料” ？
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。
并含有其他元素的材料。 – 分为碳素钢和合金钢。
铁
– 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。
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§4.2 黑色金属材料——钢铁材料 4.2.1 碳素钢
碳素钢又称为碳钢，是含碳量小于2．11％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。
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
海底锰结核
■ 海水中、地壳深处有大量金属矿物
●具有优越的性价比
9
4.1.3 金属材料的分类
碳素结构钢
优质碳素结构钢
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100~300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 ……
8
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
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2. 广泛的应用 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。
据统计，碳钢产量约占工业用钢总量的80～90％．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。
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4.2.1 碳素钢
碳素钢的分类
成分(GB/T 13304-91)
合金元素
Cr Mn Mo Ni Si Ti W V
最大含量／wt. 0.30 1.00 0.05 0.30 0.50 0.05 0.10 0.04 ％
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4.2.1 碳素钢
2. 优质碳素结构钢
牌号：45
平均含碳量的万分数。数字后加F表示沸腾钢，加Mn表示含Mn量较高。
wc＝0.05-0.75%
常用热处理：正火、调质、淬火、回火、渗碳
主要牌号、性能特点及应用
牌 08F、10 15、20 、25 30、35 、40 、45 、 55、60 、65 、
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●金属材料的性能
• 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
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4.1.2 资源的枯竭与新材料的崛起
1. 资源的枯竭 ■地球表壳资源贫化
牌号
Q195
Q215
Q235
Q255 Q275
主要 受载荷较小 铆钉、短轴、 连杆、螺栓、螺母、
应用 的钢丝、开 拉杆、垫圈、 轴类支架、角钢、
举例 口销、钉子、 渗碳件、焊 槽钢、工字钢、圆
拉杆、焊接 接件
钢、重要的焊接件
件
轴类、 吊钩、 型钢
轴、齿 轮
17
4.2.1 碳素钢
碳素结构钢 工字钢、角钢、槽钢…
号
（碳素渗碳钢）
50
65Mn
（碳素调质钢） （碳素弹簧钢）
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§4.2 黑色金属材料——钢铁材料
●黑色金属
——以铁、铬、锰为基的金属材料。
• 生铁 •钢 • 铸铁
碳素钢 合金钢
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生铁
钢
铸铁
工业纯铁 – 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。
钢 – 以铁为主要元素，碳含量一般在0.0218%~2.11%之间，