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金属材料的分类及应用

金属材料是工业应用材料中最重要基础材料,其用量也最大,是设备制造和工业设施的基础。分类材料发展的历史从生产力的侧面反映了人类社会发展的文明史,因此,历史学家往往根据当时有代
 
表性的材料将人类社会划分为石器时代、青铜器时代和铁器时代等。人们在大量地烧制陶瓷的实践中,熟练地掌握了高温加工技术,利用这种技术来烧炼矿石,逐渐冶炼出铜及其合金青铜,这是人类社
 
会最早出现的金属材料。
    第二次世界大战后,各国致力于恢复经济、发展工农业生产,对材料提出质量小、强度高、价格低等一系列新的要求。具有优异性能的工程塑料部分地代替了金属材料,合成
 
纤维、合成橡胶、涂料和胶黏剂等都得到相应的发展和应用。合成高分子材料的问世是材料发展中的重大突破,从此,以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主体,建立了完整的材料体系,形成了
 
材料科学。金属材料在一个国家的国民经济中占有举足轻重的位置,因为金属材料的资源比较丰富,已积累有一整套相当成熟的生产技术,有组织大规模生产的经验,产品质量稳定,价格低廉、性能优
 
异。此外,金属材料自身还在不断发展,传统的钢铁工业在冶炼、浇铸、加工和热处理等方面不断出现新工艺。新型的金属材料如高温合金、形状记忆合金、储氢合金、永磁合金、非晶态合金相继问世
 
,大大扩展了金属材料的应用范围。
    鉴于金属材料在国民经济中的重要地位和日常生活中的广泛应用,编写一节金属材料的内容,以体现教科书内容的时代性,反映教学与生产、生活实际的联系。通
 
过这一节的教学,让学生了解金属材料的发展历史、重要作用和面临的挑战,通过激发学生的爱国热情和社会责任感来提高学生的求知欲。金属材料的基本元素是金属。因此,笼统地说,金属材料具
 
有高强度、优良的塑性和韧性,耐热、耐寒,可铸造、锻造、冲压和焊接,还有良好的导电性、导热性和铁磁性,因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。  金属材料可分为两大类:钢铁和非
 
铁金属(或有色金属)。 含碳量在2%~4.3%的铁的合金为铸铁,含碳量一般在0.03%~2%的铁的合金为钢。在Fe-C合金中,有目的地加入各种适量的合金元素,来提高钢铁的强度、硬度、耐磨性和耐腐
 
蚀性等性能。常用的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、B等,形成了形形色色的合金铸铁或合金钢。
    非铁合金大体可分为:轻合金(铝合金、钛合金、镁合金、铍合金等)、重有色合金
 
(铜合金、锌合金、锰合金、镍合金等)、低熔点合金(铅、锡、镉、铋、铟、镓、汞及其合金)、难熔合金(钨合金、钼合金、铌合金、钽合金等)、贵金属(金、银、铂、钯等)和稀土金属等。其
 
中应用最广的是铝合金。据统计,协和式超音速飞机全部结构的71%是用特殊的铝合金制造的;高速火车、汽车等交通工具对铝型材的用量需求不断加大;建筑装饰用的铝材越来越多,既漂亮、又耐腐蚀
 
;电力系统和家用电器中铝导线的用量超过铜导线;铝箔可用于包装食品和香烟;铝合金还可用作电容器等。  近一二十年来,金属材料的发展受到了巨大的压力,这种压力来自外部和内部两个方面。
 
就外部来讲,从20世纪中期开始,高分子材料的崛起,尤其是工程塑料从性能到应用许多方面已能和传统的金属材料相抗衡,加上原料丰富、价格便宜,产量以惊人的速度增长。与此同时,先进陶瓷材
 
料也崭露头角,特别是在现代电子工业中占有重要地位。因此,材料领域从金属材料的一统天下转变为金属、陶瓷、高分子材料三足鼎立的新格局。从内部来讲主要是能源、资源和环境三个方面。金属材料的近百年的大力发展,某些主要的金属矿产资源日渐紧张,高品位的金属矿产很快减少,低品位的矿产使能源消耗和成本增加。金属工业是能源的最重要消耗者,也是严重的环境污染者。这些问题对金属材料今后的发展提出了有力的挑战。  应对措施,一是对已有的金属材料要最大限度地提高它的质量,挖掘它的潜力,使其产生最大效益。近些年来,金属材料的制造技术有非常迅速的进步,先进的冶炼技术、精炼技术、铸造技术、连铸连轧技术、成型加工技术和热处理技术在不断提高,微量杂质的技术、微量元素的合金化技术有所创新。二是开拓金属材料的新功能,以适应更高的使用要求。超高强度钢、超低碳不锈钢等新的合金钢和新的有色合金应运而生。三是加强废旧金属的回收和再利用。  金属材料可分为几类:  按组成成分分:1纯金属(简单金属)2合金(复杂金属)。  按实用分:1黑色金属(指铁和铁的合金)2有色金属(又称废铁金属)指除黑色金属外的金属和合金。  金属材料的性能:1铸造性2可锻性3切削加工性4焊接性5热处理 物理性能:1密度2熔点3导电性4导热性5热膨胀性 化学性能:1耐腐蚀2抗氧化3化学稳定性  机械性能:1极限强度2屈服点3弹性极限4延伸性5断面伸缩性6硬度7冲击韧。
      其中金属材料应用中的耐磨性不仅决定于材料的硬度Hm,而且更主要的是决定于材料硬度Hm和磨料硬度Ha的比值。当Hm/Ha比值超过一定值后,磨损量便会迅速降低。
      当 Hm/Ha≤0.5-0.8时为硬磨料磨损,此时增加材料的硬度对材料的耐磨性增加不大。
      当Hm/Ha>0.5-0.8时为软磨料磨损,此时增加材料的硬度,便会迅速地提高材料的耐磨性。      

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