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金屬材料簡介

金屬材料是重要的工程材料，包括金屬和以金屬為基的合金。工業上把金屬和其合金分為兩大部分：
    （ 1 ）黑色金屬材料 —— 鐵和以鐵為基的合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）。
     （ 2 ）有色金屬材料 —— 黑色金屬以外的所有金屬及其合金。
     有色金屬按照性能和特點可分為：輕金屬、易熔金屬、難熔金屬、貴重金屬、稀土金屬和堿土金屬。
（二）非金屬材料
     非金屬材料包括耐火材料、耐火隔熱材料、耐蝕（酸）非金屬材料和陶瓷材料等。
     （ 1 ）耐火材料。耐火材料是指能承受高溫下作用而不易損壞的材料。常用的耐火材料有耐火砌體材料、耐火水泥及耐火混凝土。
     （ 2 ）耐火隔熱材料。耐火隔熱材料又稱為耐熱保溫材料。常用的隔熱材料有硅藻土、蛙石、玻璃纖維（又稱礦渣棉）、石棉以及它們的制品。
     （ 3 ）耐蝕（酸）非金屬材料。耐蝕（酸）非金屬材料的組成主要是金屬氧化物、氧化硅和硅酸鹽等，在某些情況下它們是不銹鋼和耐蝕合金的理想代用品。常用的非金屬耐蝕材料有鑄石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。
     （ 4 ）陶瓷材料。
（二）非金屬材料
     非金屬材料包括耐火材料、耐火隔熱材料、耐蝕（酸）非金屬材料和陶瓷材料等。
     （ 1 ）耐火材料。耐火材料是指能承受高溫下作用而不易損壞的材料。常用的耐火材料有耐火砌體材料、耐火水泥及耐火混凝土。
     （ 2 ）耐火隔熱材料。耐火隔熱材料又稱為耐熱保溫材料。常用的隔熱材料有硅藻土、蛙石、玻璃纖維（又稱礦渣棉）、石棉以及它們的制品。
     （ 3 ）耐蝕（酸）非金屬材料。耐蝕（酸）非金屬材料的組成主要是金屬氧化物、氧化硅和硅酸鹽等，在某些情況下它們是不銹鋼和耐蝕合金的理想代用品。常用的非金屬耐蝕材料有鑄石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。
     （ 4 ）陶瓷材料。
二、常用工程材料的性能和特點
（一）金屬材料
     1 、黑色金屬
     含碳量小于 2 ． 11 ％（重量）的合金稱為鋼，合碳量大于 2 ． 11 ％（重量）的合金稱為生鐵。
     （ 1 ）鋼及其合金的分類。
     鋼的力學性能決定于鋼的成分和金相組織。鋼中碳的含量對鋼的性質有決定性影響。
     在工程中更通用的分類為：
    l ）按化學成分分類。可分為碳素鋼、低合金鋼和合金鋼。
    2 ）按主要質量等級分類：
     ① 普通碳素鋼、上等碳素鋼和特殊質量碳素鋼；
     ② 普通低合金鋼、上等低合金鋼和特殊質量低合金鋼；
     ③ 普通合金鋼、上等合金鋼和特殊質量合金鋼。
     （ 2 ）鋼牌號的表示方法。按照國家標準《鋼鐵產品牌號表示方法》規定，我國鋼鐵產品牌號采用漢語拼音字母、化學符號和阿拉伯數字相結合的表示方法，即：
    l ）牌號中化學元素采用化學元素表示。
    2 ）產品名稱、用途、特性和工藝方法等，通常采用代表該產品漢字的漢語拼音的縮寫字母表示。
    3 ）鋼鐵產品中的主要化學元素含量（％）采用阿拉伯數字表示。
     合金結構鋼的牌號按下列規則編制。數字表示含碳量的平均值。合金結構鋼和彈簧鋼用二位數宇表示平均含碳量的萬分之幾，不銹耐酸鋼和耐熱鋼含碳量用千分數表示。平均含碳量＜ 0.1 ％（用 “0” 表示；平均含碳量＜ 0.03 ％，用 “00” 表示＝。合金工具鋼平均含碳量＞ 1.00 ％時，不標合碳量，否則用千分數表示。高速工具鋼和滾珠軸承鋼不標含碳量，滾珠軸承鋼標注用途符號 “C” 。平均合金含量＜ 1.5 ％者，在牌號中只標出元素符號，不注其含量。
例：在鋼的分類中 , 上等鋼是按照（）來分類的。
A. 化學成分 B. 用途 C. 冶煉質量 D. 冶煉方法
答案 :C
（ 3 ）工程中常用鋼及其合金的性能和特點。
    l ）碳素結構鋼。
     碳素結構鋼生產工藝簡單，有良好工藝性能（如焊接性能、壓力加工性能等）、必要的韌性、良好的塑性以及價廉和易于大量供應，通常在熱軋后使用。在橋梁、建筑、船舶上獲得了極廣泛的應用。某些不太重要、要求韌性不高的機械零件也廣泛選用。

    2 ）低合金高強度結構鋼。低合金高強度結構鋼比碳素結構鋼具有較高的韌性，同時有良好的焊接性能、冷熱壓力加工性能和耐蝕性，部分鋼種還具有較低的脆性轉變溫度。

    3 ）合金結構鋼。合金結構鋼廣泛用于制造各種要求韌性高的重要機械零件和構件。形狀復雜或截面尺寸較大或要求韌性高的淬火零件，一般為合金結構鋼。
    4 ）不銹耐酸鋼。它在化工、石油、食品機械和國防工業中廣泛應用。
     按不銹鋼使用狀態的金相組織，可分為鐵素體、馬氏體、奧氏體、鐵素體加奧氏體和沉淀硬化型不銹鋼五類。現將各類不銹鋼的特點簡述如下：
     ① 鐵素體型不銹鋼。鉻是鐵素體型不銹鋼中的主要合金元素。高鉻鋼有良好的抗高溫氧化能力，在氧化性酸溶液，如硝酸溶液中，有良好的耐蝕性，故其在硝酸和氮肥工業中廣泛使用。高鉻鐵素體不銹鋼的缺點是鋼的缺口敏感性和脆性轉變溫度較高，鋼在加熱后對晶間腐蝕也較為敏感。

② 馬氏體型不銹鋼。鉻是鋼中的主要合金元素。通常用在弱腐蝕性介質，如海水、淡水和水蒸汽等中，使用溫度小于或等于 580 ℃ 、通常作為受力較大的零件和工具的制作材料，由于此鋼焊接性能不好，故一般不用作焊接件。
     ③ 奧氏體型不銹鋼。鋼中主要合金元素為鉻和鎳。這類鋼具有高的韌性、低的脆性轉變溫度、良好的耐蝕性和高溫強度、較好的抗氧化性以及良好的壓力加工和焊接性能。
     ④ 鐵素體 — 奧氏體型不銹鋼。
     ⑤ 沉淀硬化型不銹鋼。這類鋼主要用于制造要求高強度和耐蝕的容器、結構件零件，也可用作高溫零件，如汽輪機零件。
    5 ）鑄鋼。鑄鋼具有較好的強度、塑性和韌性，可以鑄成各種形狀、尺寸和質量的鑄鋼件。
（ 4 ）鑄鐵的分類和牌號表示方法。大部分機械設備的箱體、殼體、機座、支架和受力不大的零件多用鑄鐵制造。某些承受沖擊不大的重要零件，如小型柴油機的曲軸，多用球墨鑄鐵制造。其原因是鑄鐵價廉，切削性能和鑄造性能優良，有利于節約材料，減少機械加工工時，且有必要的強度和某些優良性能，如高的耐磨性、吸震性和低的缺口敏感性等。
    1 ）鑄鐵的分類。
     按照石墨的形狀特征，鑄鐵可分為灰口鑄鐵（石墨成片狀）、球墨鑄鐵（石墨成球狀）和可鍛鑄鐵（石墨成團絮狀）三大類。
     按照鑄鐵成分中是否含有合金元素，可分為一般鑄鐵和合金鑄鐵兩大類。一般鑄鐵可分為普通鑄鐵和變質（孕育）鑄鐵。
    2 ）鑄鐵牌號的表示方法：
     ① 用各種鑄鐵相應漢語拼音字母的個大寫字母作為鑄鐵的代號，當兩種鑄鐵名稱的代號字母相同時，可在大寫字母后加小寫字母表示。
     ② 在牌號中一般不標注常規元素 C ． Si 、 Mn 、 S 和 P 的符號，但當它們有特殊作用時才標注其元素符號和含量。
     ③ 牌號中代號后面的一組數字表示抗拉強度值（如灰口鑄鐵 HT100 ），有兩組數字時，組數字表示抗拉強度值，**組數字表示伸長率值（如球墨鑄鐵 QT400 － 18 ），兩組數字之間用 “ － ” 隔開。
    3 ）工程中常用鑄鐵的性能和特點：
     ① 灰口鑄鐵。基體可以是鐵素體，珠光體或鐵素體加珠光體，相當于鋼的組織。
     ② 球墨鑄鐵。球墨鑄鐵綜合機械性能接近于鋼。
     可用球墨鑄鐵來代替鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿和凸輪軸等。
     ③ 蠕墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵的強度接近于球墨鑄鐵，并具有一定的韌性和較高的耐磨性；同時又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導熱性。
     蠕墨鑄鐵在生產中主要用于生產汽缸蓋、汽缸套、鋼錠模和液壓閥等鑄件。
     ④ 可鍛鑄鐵。可鍛鑄鐵可以部分代替碳鋼。
     ⑤ 耐磨鑄鐵。耐磨鑄鐵是在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵，應具有高而均勻的硬度。
   ⑥ 耐熱鑄鐵。耐熱鑄鐵是在高溫下工作的鑄件，如爐底板、換熱器、鉗鍋、熱處理爐內的運輸鏈條等。
    ⑦ 耐蝕鑄鐵。耐蝕鑄鐵是主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器等。
2 、有色金屬
    l ）鋁及其合金。
工業純鋁可制作電線、電纜、器皿及配制合金。鋁合金可用于制造承受較大載荷的機器零件和構件。
     ① 防銹鋁合金（ LF ）。主要用于焊接件、容器、管道或以及承受中等載荷的零件及制品，也可用作鉚釘。
     ② 硬鋁合金（ LY ）。低合金硬鋁塑性好，強度低。主要用于制作鉚釘，常稱鉚釘硬鋁；標準硬鋁合金強度和塑性屬中等水平。主要用于軋材、鍛材、沖壓件和螺旋漿葉片及大型鉚釘等重要零件；高合金硬鋁合金元素含量較多，強度和硬度較高，塑性及變形加工性能較差。用于制作重要的銷和軸等零件。
     ③ 超硬鋁合金（ LC ）。
這類合金的抗蝕性較差，高溫下軟化快，多用于制造受力大的重要構件，例如飛機大梁、起落架等。
     ④ 鍛鋁合金（ LD ）。這類合金主要用于承受重載荷的鍛件和模鍛件。
2 ）銅及其合金。銅合金具有較高的強度和塑性，具有高的彈性極限和疲勞極限，同時還具有較好的耐蝕性、抗堿性及優良的減摩性和耐磨性。
     一般銅合金分黃銅、青銅和白銅三大類。
     ① 黃銅（ H ）。以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。
     ② 青銅（ Q ）。青銅原指銅錫合金，但工業上都習慣稱含鋁、硅、鉛、錳等的銅基合金為青銅。
    3 ）鎳及其合金。鎳及鎳合金是化學、石油、有色金屬冶煉、高溫、高壓、高濃度或混有不純物等各種苛刻腐蝕環境下比較理想的金屬材料。

    4 ）鈦及其合金。鈦熔點高，熱膨脹系數小，導熱性差，強度低，塑性好。鈦具有優良的耐蝕性和耐熱性，其抗氧化能力優于大多數奧氏體不銹鋼，而在較高溫度下鈦材仍能保持較高的強度。
    常溫下鈦具有極好的抗蝕性能，在大氣、海水、硝酸和堿溶液等介質中十分穩定，但在任何濃度的氫氟酸中均能迅速溶解。
5 ）鉛及其合金。
     鉛在大氣、淡水、海水中很穩定，鉛對硫酸、磷酸、亞硫酸、鉻酸和氫氟酸等則有良好的耐蝕性。鉛不耐硝酸的腐蝕，在鹽酸中也不穩定。
    6 ）鎂及其合金。鎂合金是航空工業的重要結構材料，它能承受較大的沖擊、振動載荷，并有良好的機械加工性能和拋光性能。其缺點是耐蝕性較差、缺口敏感性大及熔鑄工藝復雜

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