本文简单地介绍了金属材料的概念、特质及其性能，着重阐述了金属
金属材料科学的制备及合成以及金属材料的成型工艺, 同时就金属
金属材料；发展和兴起；概念；分类；性能；制备及合成；成型；应用
、 金属材料的概念
、 金属材料的分类
其中按金属成份分类可分为
、金属材料的成分分类
1）钢铁
0.01% 以下的铁一碳合金；碳钢为含碳在0.01-1.5% 间的铁-碳合
2.0-4.0% 间的铁一碳合金(也可含其它合金元素)。
2）有色（非铁）金属
轻有色金属为铝、镁、钛、铍等及其合金；稀有、难熔金属为钨、
3）复合金属材料
镀层一镀锌铁皮、钢丝, 镀锡铁皮( 马口铁)
, 包镍( 及镍合金) 钢板,
, 硬质合金, 金属陶瓷等；
, 钨丝增强高温合金, 碳、硼丝增强合金等。
、金属材料的用途分类
1）结构材料
一类为结构钢, 不锈钢, 耐热钢, 耐酸钢, 弹簧钢,
, 工具钢, 模具钢, 铸铁( 包括可锻铸铁, 球墨铸铁等) ；第二类为结构用
, 复层, 蜂窝结构
2）功能材料
精密合金一磁性、导电、电阻、弹性，恒膨胀等材料，
固溶体、金属间化合物；能源材料一太阳能电池材料，制氢、储氢材料,
疲劳
许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作
金属材料疲劳断裂的特点是：载荷应力是交变的，载荷的作用时间较
、低周
塑性
塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）
耐久性
硬度
金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的
金属材料的机械性能
金属材料的机械性能指金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用
金属材料的化学性能
金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。在实际应
金属材料的物理性能
金属的物理性能主要从密度（比重）、熔点、热膨胀、磁性能吸引铁
金属材料的工艺性能
、高炉炼铁原料
SiO2、Al2O3、CaO、MgO等成分的脉石构成。
CaO和MgO。
、炼铁设备及过程
3-4
1-1.5小时放一次炉渣。下图为炼铁高炉剖面图。
、高炉内发生的基本反应
炼铁的实质是在高炉中将铁
1）燃料的燃烧 焦炭的燃烧反应因条件不同，碳与氧之间可能发生四种
C+O
→CO2+34070KJ/kg
C+1/2O
→CO+10270KJ/kg
遇到空气时，会燃烧：CO+1/2O
→CO2+23800KJ/kg
CO
+C→CO2-12628 KJ/kg
2）冶金反应
）铁的还原。铁主要存在于矿石中的Fe2O3、Fe3O4内，其还原过程是靠高
CO，他是由高炉底部厚厚
它的还原能力并不强但由于容易在矿石中
）一氧化碳还原铁的氧化物。在1000℃以上还原能力大大提高，它是炼铁
570
℃以上主要还原反应如下：
O3+3CO===2Fe+3CO2
O4+CO===3FeO+CO2
）固体碳还原铁的氧化物。固体碳的还原作用主要经CO的还原和碳的气
+C===2CO2
）氢还原铁的氧化物。反应式如下：
O3+H2===2Fe3O4+H2O
O4+ H2===3FeO+H2O
O
）锰的还原。矿石中锰也是以氧化物的形式存在，从氧化物中还原锰的过
CO依次将从锰的高价氧化物还原为锰的低价氧化物。然后再
MnO还原成锰。由于MnO与C作用是一个强吸热反应，因此高温
）硅的还原。硅一般存在于矿石中的SiO2氧化物内，SiO2很稳定，所以绝
仅有少量被固体碳还原后进入生铁。SiO2被还原的程度与炉温
+2C=Si+2CO
）磷的还原。磷一般存在于矿石中的磷酸钙内，在1000℃以上通过固体碳
CaO）
P2O5+5C=3CaO+2P+5CO
CaO可以与SiO2作用，使P2O5游离出来，从而加速上式还原，
（3CaO·P2O5）+3Si02=3（2CaO·SiO2）+2P
O5
容易挥发，而且与焦炭的接触条件较好，故有利于P2O5的还原，其反
O5+10C=4P+10CO
）脱硫反应。硫是钢铁材料中的有害元素之一。它主要来自于矿石和燃料
CaO及固体碳作用后生成炉渣，可以
还原剂越多，温度越高，脱硫效果越佳。脱硫后大部分硫进入炉渣，
铁的溶碳过程。由高炉顶部加入的炉料，当下降至1000-1100℃温区时，
焦炭互相作用会溶进大量的碳，使铁的溶
炼铁过程主要发生的是还原反应，在铁被还原的同时，其它非铁
应在冶炼时严格控制其含量，因此它们的存在将增加钢铁材料的脆性。
3）造渣 熔炼过程中，铁料表面的锈蚀物及粘附的泥沙、燃料中的灰分、
结成炉渣，其主
SiO2和Al2O3.这种粘滞的炉渣包覆在焦炭表面，不仅阻碍燃烧，而且不
CaCO3→CaO+CO2
CaO+SiO2→CaO·SiO2
加速燃烧反应进行的作用，同时炉渣
、产品
1）生铁和铁合金 生铁是高炉冶炼的主要产品，根据不同的使用要求，
一是炼钢生铁，不同炼钢方法对生铁成分要求不同。二是铸造生
10%-20%，用于生产各种铸造零件的原料。除此之外，高炉中
2）炉渣和煤气 炉渣和煤气是高炉冶炼的副产品，炉渣成分与水泥类似，
机加工成型的金属
只改变零件的形状和材料的内在质量均产生较大影响。但铸造、压力加工、
从而影响零件
液态金属的成型方法（铸造）
是机器零件毛坯成型的主要方法之一。将液态金
它存在生产工序较多；工艺难控制；废品率
铸件质量不稳定等问题。液态金属成型工艺根据造型材料不同，主要分为砂
金属压力加工
使金属坯料产生塑性变形，从而获得一定
尺寸和力学性能加工方法。由于金属铸态组织往往存在晶粒粗大和组织部
所以金属材料经冶炼烧注后，大多要进行各种压力加工，通
过压力
而且是铸锭内部原有的气孔、疏松等缺陷压合在一
使金属更加致密，组织和性能由此也得到改善。各种钢和非铁合金都具有一
一类是主要用于生产建筑结构和塑
管材和板材等；另一类主要是用于生产各种毛坯、半成品
焊接
主要用于制造各种金属结构和机器零件。焊
使金属原子扩散与结合，最终将分离的
1）熔化焊 熔化焊简称熔焊，是利用局部加热的方法，将欲连接的两工
并与熔化的填充金属一起形成熔池，冷却结晶后形成
2）压力焊 压力焊是在焊接时无论加热与否，必须对焊件施加压力，使
压力焊种类很多，其中常用的有电阻焊、摩擦
3）钎焊 低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用
钎焊时，首先要
以利于毛细管在钎料熔化后发挥作用，增加
金属工具制造、集装箱及金属包装
集装箱不锈钢及类似日用金属制品制造，船舶及海洋工程制造等。随
金属制品在工业、农业以及人们的生活各个领域的
例如技术单一，技术水平偏低，
产品质量会稳步提高，竞争与市场将进一步合理化。随着金属行业的进一步
以及相关行业优惠政策的实施，未来，金属制品行业将有巨大的发展空间。
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