金属材料基础知识精品PPT课件

在金属表面电镀一层耐 腐蚀的金属，提高耐蚀
性。
合金化
通过改变金属的成分， 提高其耐蚀性。
缓蚀剂
添加缓蚀剂抑制金属腐 蚀的化学反应速度。
金属材料在特定环境下的耐腐蚀性
01
02
03
04
酸性环境
钢铁、不锈钢等对酸有一定的 耐蚀性，但不同金属差异较大
。
碱性环境
铝、镁等金属在碱性环境中容 易发生腐蚀。
海洋环境
04 金属材料的腐蚀与防护
CHAPTER
金属材料的腐蚀机理
电化学腐蚀
金属与电解质溶液接触，通过电极反应发生的腐 蚀。
化学腐蚀
金属与非电解质直接反应，生成金属氧化物的腐 蚀。
生物腐蚀
金属在有微生物的环境下发生的腐蚀。
金属材料的防腐蚀方法
涂层保护
在金属表面涂覆防腐蚀 涂层，隔离金属与腐蚀
介质。
电镀
金属材料的化学性能是指其在各种环 境中的稳定性，包括耐腐蚀性、抗氧 化性、耐候性等。
耐腐蚀性是指金属材料抵抗腐蚀的能 力，抗氧化性是指金属材料在高温下 抵抗氧化的能力，耐候性是指金属材 料在自然环境中抵抗光、热、水、大 气等因子的作用的能力。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指其在受力作用下的行为表现，包括强度、塑性、韧性、 硬度等。
详细描述
金属材料主要是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有 金属特性的工程材料，如铁、铝、铜等。根据成分和用途， 金属材料可以分为钢铁、有色金属、贵金属等类型。
金属材料的特性与用途
总结词
金属材料具有导电性、导热性、延展性等特性，广泛应用于建筑、机械、电子 等领域。
详细描述
金属材料具有良好的导电性、导热性和延展性，这些特性使得金属在建筑、机 械、电子等领域得到广泛应用。例如，钢铁用于制造桥梁和建筑结构，铜用于 电线和电缆，铝用于包装和航空航天领域。

几种重要的பைடு நூலகம்属
金属
金属的物理性质 金属的用途
个性
决定物质用途的因素
主要取决于性质， 还需考虑其他因素
合金
定义 性质 应用
1、以下金属中，熔点最低的是〔 B 〕
A.铜 B.汞 C.铝 D.钨 2、?吕氏春秋?记载“金〔即铜单质〕柔锡〔即锡单质〕柔，合两柔那么刚〔即坚硬〕
〞。这句话说明合金具有的特性是〔 〕B
合金与组分金属的物理性质有差异
注意：合金的硬度一般大于其组分金属，并且抗腐蚀性更好。
实验：焊锡与锡、铅熔点比较
现象 结论
焊锡最先熔化，锡次之，铅最后熔化 合金一般比组成它的金属熔点低
归纳总结：合金的性质
1、合金比其组分金属的颜色鲜艳； 2、合金的硬度大于组成它们的金属； 3、合金的熔点低于组成它们的金属； 4、合金的抗腐蚀能力一般强于各组分金属； 5、合金的机械性能比组分金属更好。
B.金刚石 C.焊锡
D.黄铜
D 4·铁是一种应用广泛的金属，以下有关铁的说法中，正确的选项是( )
A．铁丝在氧气中燃烧生成氧化铁
B．铁在自然界中以单质形式存在
C．铁是地壳里含量最多的金属元素
D．用铁锅炒菜可使食物中增加微量铁元素
5·铝、铁、铜是人类广泛使用的三种金属，与我们的生活息息相关，
延展
〔1〕用铜块制成铜片、铜丝利用了铜的
如：铁的合金〔生铁、钢〕，铜合金，铝合金，钛合金
铁的合金 Fe-C合金
生铁： 含碳量为 2%~4.3%
钢： 含碳量为0.03%~2%
含碳量越高，钢的硬度越大；反之，钢的韧性越好
现
象
性质比较
黄铜
铜
焊锡
锡

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• （2）生物相容性：钛及钛合金的缺点是硬度较低，耐磨性差。
为了改善钛及钛合金的耐磨性能，可将钛制品表面进行高温离子 氮化及应用离子注入技术处理，通过引起晶格畸变，使制品表面呈压 力状态，从而提高硬度和耐磨性。
离子氮化后的纯钛及钛合金硬度分别提高7倍和2倍。纯钛的磨损 率降低到原来的1/2，钛合金降低到原来的1/6；氮化后钛材的年腐蚀 率是非氮化的1/3。动物实验表明组织对表面渗氮钛材反应轻微，材 料无毒性。
795～1000 1790 600
CoNiCrMoWF 冷加工 e
828
退火(ISO)
276
1000 600
延伸率(%)
9.0 15.0 28.0 8.0 60.0 12.0 10.0 50.0 8.0 50.0
18.0
50.0
疲劳强度 (MPa) 250 280 897 － 345 586 － － － －
• 形状记忆效应普遍认为与无扩散马氏体相变有关，即本质上就是热 弹性。热弹性行为归因于母相和马氏体的排序秩序。充分地了解与 马氏体相变相关地机械行为和热行为是必要的。
• 形状记忆合金可用于拱形牙齿矫正。
• 3.5 其他金属
• （1）医用钽
•
钽是化学活性很高的金属，在生理或其它环境中，甚至在缺氧的状态
0.03%，进一步提高了其在含Cl溶液体系中的耐蚀性能，
降低了材料致敏性，这就是常见的316L不锈钢
表给出了奥氏体不锈钢316和316L的力学性能。显然，退火态的材料硬度与 强度较低，而经过冷加工后，材料可以具有更高的强度和硬度。这说明此类材料 可以在大范围内调节力学性能。
但即使是牌号为316L的不锈钢在体内的特定环境下（如在高压或缺氧区域） 也会被腐蚀。它们适合做临时装置，如骨折固定板、固定螺钉或销子.。

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有色金属的分类
重金属 一般密度在4.5g/cm3以上，如铜、铅、锌等；
铜
铅
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锌
100
铜及铜合金焊接主要采用气焊、惰性气 体保护焊、埋弧焊、钎焊等方法。铜及铜合 金导热性能好，所以焊接前一般应先预热， 并采用大量能量焊接。气焊时，紫铜采用中 性焰或弱碳性化焰，黄铜则采用弱氧化焰， 以防止锌的蒸发。
彩色不锈钢板具有抗腐蚀性强、机械性能较高、彩色面层 经久不褪色、色泽随光照角度不同会产生色调变幻等特点， 而且彩色面层能耐200℃的温度，耐盐雾腐蚀性能比一般 不锈钢好，耐磨和耐刻划性能相当于箔层涂金的性能。当 弯曲90℃时，彩色层不会损坏。 彩色不锈钢板可用作厅堂墙板、天花板、电梯厢板、车箱 板、建筑装潢、招牌等装饰之用。采用彩色不锈钢板装饰 墙面，不仅坚固耐用，美观新颖，而且具有强烈的时代感。
不锈钢制品在建筑上可用做屋面、幕墙、门、窗、内 外墙饰面、栏杆扶手等。目前，不锈钢包柱被广泛用 于大型商场、宾馆和餐馆的入口、门厅、中厅等处， 在通高大厅和四季厅之中，也常被采用。这是由于不 锈钢包柱不仅是一种新颖的具有很高观赏价值的建筑 装饰手段，而且，由于其镜面反射作用，可取得与周 围环境中的各种色彩、景物交相辉映的效果。同时， 在灯光的配合下，还可形成晶莹明亮的高光部分，从 而有助于在这些共享空间中，形成空间环境中的兴趣 中心，对空间环境的效果起到强化、点缀和烘托的作 用。
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（4 ）不锈钢
（一）不锈钢的基本知识 1、定义
不锈钢是加铬元素为主并加其他元素的、具有优良不锈蚀牲 的合金钢，铬含量越高，钢的抗腐蚀性越好。通常铬含量为 12%以上，除铬外，不锈钢中还含有锰Mn、钛Ti、镍Ni、硅Si 等元素，这些元素都能影响不锈钢的强度、塑性、韧性和耐 蚀性。 不锈钢的耐腐蚀原理，是由于铬的性质比铁活泼，在不锈钢 中，铬首先与环境中的氧化合，生成一层与钢基材牢固结合 的致密氧化膜层，称作钝化膜，它能使合金钢得到保护，不 致锈蚀。

航空领域
钛合金具有高强度、低密度、良好的高温性能等特点，适用 于航空发动机和机身结构等关键部位。
05
金属材料的发展趋势与前景
金属材料的发展趋势
01
钢铁材料
随着技术不断进步，钢铁材料继续得到优化，提高强度、韧性和耐腐
蚀性。
02
有色金属
轻质、高强度和耐腐蚀的有色金属，如铝、铜等，在建筑、交通和电
子等领域得到广泛应用。
03
高性能金属
钛、锆、钼等高性能金属在医疗、航空航天等领域的应用逐渐扩大。
高性能金属材料的研发
复合材料
通过将金属与其他材料结合，制备出具有优异性能的复合材料 ，如金属基复合材料、金属陶瓷复合材料等。
超导材料
超导材料具有零电阻和强磁场等特性，为能源传输、医学诊断 等领域提供了新的解决方案。
智能材料
智能材料是一种能够感应外部刺激并作出响应的材料，如形状 记忆合金、磁致伸缩材料等。
焊接
通过加热或加压将金属零件连接在一起的工艺， 例如电阻焊和激光焊。
金属材料的热处理工艺
退火
将金属材料加热到一定温度并保温一段时间，然后缓慢冷却至室温，以消除内应力、提高 塑性和韧性。
淬火
将金属材料加热到一定温度并保温一段时间，然后快速冷却至室温，以增加硬度和耐磨性 。
回火
将淬火后的金属材料加热到一定温度并保温一段时间，以降低内应力、提高韧性和塑性。
汽车制造
铝合金在汽车制造中具有降低车身重量、提高燃油效率、降低废气排放等优 势。
铜合金在电子和电力领域的应用
电子行业
铜合金具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电子行业，如集成电路、连接器 等。
电力行业
铜合金被用作导体和保护材料，如电缆、变压器等电力设备。

自我小结
你知道了…
你还知道了…
课题一、金属材料
一、金属
1、金属的一些物理性质：大多数金属为银白色、固体、有光泽、能导电导热、熔沸点高、有延展性
二、合金
2、考虑物质用途时考虑多种因素
1、在金属中加热熔合某些金属或非金属，就可以制得合金
2、合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能也更好
锌
铜
铝
铝
铝
铁
钛
3、用来铸造硬币的合金需要具有什么性质？
资源丰富
无毒轻便
耐磨耐腐蚀
美观、易加工
4、科学家发现了一种新金属，它的一些性质如下：
熔点
2500℃
密度
3g/cm3
强度
与钢相似
导电性
良好
导热性
良好
抗腐蚀性
优异
这种金属的表面有一层氧化物保护层，试设想这种金属的可能用途。
通过本节课学习
纯铁
铁的合金
生铁
钢
（含碳量不同）
（2%~4.3%）硬度比纯铁硬
（0.03%~2%）硬度、抗腐蚀性能增强
1、下列物质中不属于金属材料的是（ ）
A．铝合金 B．铁锈 C．青铜器 D．不锈钢
2、金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。下列性质属于金属共性的是（ ）A、硬度很大、熔点很高 B、有良好的导电性、传热性C、是银白色的固体 D、易与酸反应产生氢气
钛金属腕表
用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线
形状记忆合金是具有形状记忆效应的合金被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料
低温下
1、以下铁的用途，涉及了那些铁的性质？

金属材料的相容性
指金属材料与其他材料在接触时，相互之间 不发生化学反应或反应可控。
金属材料的力学性能
金属材料的强度
指金属材料在受到外力作用时，抵抗断裂和屈服 的能力，如抗拉强度、抗压强度等。
金属材料的韧性
指金属材料在受到外力作用时，抵抗脆性断裂的 能力，如冲击韧性、断裂韧性等。
ABCD
金属材料的塑性
金属材料的分类
根据组成元素的多少，金属材料可以 分为纯金属和合金两大类。纯金属是 由一种金属元素组成的，而合金则是 由两种或两种以上的金属元素组成的 。
金属材料的特性与用途
金属材料的特性
金属材料具有高强度、良好的塑性和韧性、耐腐蚀、导电性和导热性好等特性。这些特性使得金属材料在工业、 建筑、交通、航空航天等领域得到广泛应用。
立方、面心立方和密排六方等。
金属晶体结构的特性
金属晶体结构具有周期性、对称性和空间群等特性，这些 特性对金属材料的力学、物理和化学等性能产生影响。
金属晶体结构的测定
通过X射线衍射、中子衍射等技术可以测定金属材料的晶体 结构，为研究金属材料的性能和制备工艺提供重要依据。
金属材料的相变
相变的概念
相变是指物质从一种相转变为另一种相的过 程，是物质在不同温度、压力等条件下发生 的物理和化学变化。
金属材料的相变类型
金属材料的相变类型包括结晶、再结晶、相变塑性 等，这些相变对金属材料的性能产生重要影响。
相变与金属材料性能的关 系
金属材料的相变与性能密切相关，通过控制 相变可以改善金属材料的力学、物理和化学 性能。
金属材料的合金化
合金化的概念
合金化是指通过添加一种或多种合金元素，以改变金属材料的成分 和组织，从而改善其性能的过程。

抗拉强度: 在拉断前试样所能承受的最大应力 为该试样的抗拉强度，用符号σb 表示，计算公式为。
σb=
Fb So
二、 塑性
➢概念
塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能 力。
➢ 衡量指标
伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比 称为伸长率，用符号δ表示。计算公式为：
δ= l1 l0 ×100% l0
δ ψ
性能指标
名称
抗拉强度 屈服点 规定残余伸长应力
伸长率 断面收缩率
硬度 冲击韧性
HBS(HBW) HRC HRB HRA 标尺洛氏硬度值 A标尺洛氏硬度值 维氏硬度值
冲击韧度
疲劳强度 σ-1
疲劳极限
单位 MPa MPa MPa
J/cm2 MPa
含义
试样拉断前所能承受的最大应力 拉伸过程中，力不增加（保持恒定）试 样仍能继续伸长时的应力 规定残余伸长率达0.2%时的应力
部永久性积累损伤经一定循环次数后产生裂纹或突发完全断 裂的过程称为金属疲劳。
五、疲劳强度
➢疲劳破坏可分为微观裂纹、宏 观裂纹和瞬时断裂三 个过程。
五、疲劳强度
➢疲劳曲线 ：疲劳曲线是指交变应力σ与循 环次数N的关系曲线，如下图所示。
常用金属材料的力学性能指标及其含义
力学性能
符号
强度 塑性
σb σs σ0.2
0.1
e 0.2
一、强度—拉伸曲线
1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.强化阶段 4.缩颈阶段
低碳钢的应力-应变曲线
一、强度—衡量指标
屈服点： 用符号σs表示，计算公式为
σs=
Fs So
式中：Fb——试样断裂前所承受的最大拉力， 单位为N；