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1、必修一用途广泛的金属材料第1页，本讲稿共61页概概述述金属材料对推动社会文明的发展做出金属材料对推动社会文明的发展做出了巨大贡献。了巨大贡献。青铜时代青铜时代和和铁器时代铁器时代曾在人类曾在人类历史上留下光辉的篇章，钢铁的大规模应用历史上留下光辉的篇章，钢铁的大规模应用则成为工业时代的基础。现在，则成为工业时代的基础。现在，新型金属材新型金属材料料层出不穷，在工业、农业、国防、科学技层出不穷，在工业、农业、国防、科学技术以及人类生活等方面正发挥着日益重要的术以及人类生活等方面正发挥着日益重要的作用。作用。第2页，本讲稿共61页第3页，本讲稿共61页青铜时代青铜时代青铜是人类历史上的一项伟大发明
2、，是青铜是人类历史上的一项伟大发明，是世界冶金铸造史上最早的合金。红铜加入锡、世界冶金铸造史上最早的合金。红铜加入锡、铅，成为一种新的合金，这种合金历经几千铅，成为一种新的合金，这种合金历经几千年的化学反应，其表面出现一层青灰色的锈，年的化学反应，其表面出现一层青灰色的锈，所以今人谓之所以今人谓之青铜青铜，而古人则将这种合金，而古人则将这种合金称之为称之为金金，文献中所讲，文献中所讲赐金赐金、受金受金多多少，即指青铜。少，即指青铜。第4页，本讲稿共61页青铜器则是以青铜为材料，采用一种非青铜器则是以青铜为材料，采用一种非常特殊的工艺（今人称之为青铜铸造工艺）常特殊的工艺（今人称之为青铜铸造工艺
3、）制作出来的器物，它是古代灿烂文明的载体制作出来的器物，它是古代灿烂文明的载体之一。它用红铜之一。它用红铜(纯铜纯铜)与锡或铅的合金制造与锡或铅的合金制造的器物。的器物。青铜硬度大、铸造性能好、耐腐蚀青铜硬度大、铸造性能好、耐腐蚀，适于制作工具、武器、日用器及雕塑艺术品，适于制作工具、武器、日用器及雕塑艺术品，是人类最先广泛使用的金属器，在人类历史是人类最先广泛使用的金属器，在人类历史上促成了继石器时代、铜石并用时代之后的上促成了继石器时代、铜石并用时代之后的青铜时代。青铜时代。第5页，本讲稿共61页青铜时代（青铜时代（BronzeAge）是由丹麦考古学家）是由丹麦考古学家GJ汤汤姆森首先提出
4、来的人类物质进化史上的分期概念。世界上姆森首先提出来的人类物质进化史上的分期概念。世界上所有的古老文明都经历了石器时代、铜石并用时代、青铜所有的古老文明都经历了石器时代、铜石并用时代、青铜时代和铁器时代。中国的先民在青铜时代（距今约时代和铁器时代。中国的先民在青铜时代（距今约4000年至年至2200年）创造了独步世界的青铜文化。从出土年）创造了独步世界的青铜文化。从出土和传世的大量和传世的大量青铜器可见，古老的块范铸造技术青铜器可见，古老的块范铸造技术在远古的中国已经发展到了登峰造极的地步，青铜在远古的中国已经发展到了登峰造极的地步，青铜器在中国先民的生活和精神体系中占据着举足轻重器在中国先民
5、的生活和精神体系中占据着举足轻重的地位。的地位。可以这样说，可以这样说，古代青铜器与青铜工艺古代青铜器与青铜工艺的演化，不仅是中国人的物质进化史，更是中国人的精神的演化，不仅是中国人的物质进化史，更是中国人的精神进化史。进化史。第6页，本讲稿共61页青铜材料的稀有和青铜铸造工艺的先进性，使得它青铜材料的稀有和青铜铸造工艺的先进性，使得它与陶器、木器和石器等沉沦于日常物用的器具，走上了与陶器、木器和石器等沉沦于日常物用的器具，走上了截然不同的发展道路。青铜鼎、簋、尊、盘、爵等作为截然不同的发展道路。青铜鼎、簋、尊、盘、爵等作为食具、酒具、盛水器等实用功能与作为礼器在先民精神食具、酒具、盛水器等实
6、用功能与作为礼器在先民精神生活中标出的意义是互为表里、融贯一致的。可以说，生活中标出的意义是互为表里、融贯一致的。可以说，没有古代青铜器，就不可能有商、周以来文质彬彬的贵没有古代青铜器，就不可能有商、周以来文质彬彬的贵族等级体制和先秦时代特色独具的权力表达系统。古代族等级体制和先秦时代特色独具的权力表达系统。古代文明体制的核心，即所谓的文明体制的核心，即所谓的礼、乐、征伐自天子出礼、乐、征伐自天子出、国之大事，在祀与戎国之大事，在祀与戎，无不与青铜文化有着千丝万缕，无不与青铜文化有着千丝万缕的联系。的联系。第7页，本讲稿共61页作为古代礼治社会政治、经济权力的象征，王、侯所制造的鼎、作为古代礼
7、治社会政治、经济权力的象征，王、侯所制造的鼎、簋也被视为国家权力合法性的来源。传说大禹簋也被视为国家权力合法性的来源。传说大禹收九牧之金，铸九收九牧之金，铸九鼎，铸鼎于荆山下，各象九州物鼎，铸鼎于荆山下，各象九州物是一匡诸侯、统治中原的夏是一匡诸侯、统治中原的夏王朝立国的标志。而王朝立国的标志。而夏后氏失之，殷人受之；殷人失之，周夏后氏失之，殷人受之；殷人失之，周人受之。人受之。则是表明每一次王朝的代兴，则是表明每一次王朝的代兴，九鼎九鼎便随之易手。春秋便随之易手。春秋时，楚庄公向周定王的使者时，楚庄公向周定王的使者问鼎之大小、轻重问鼎之大小、轻重，使得，使得问鼎问鼎一词成为觊觎国家权力或泛指
8、试图取得权威支配性的经典说法。一词成为觊觎国家权力或泛指试图取得权威支配性的经典说法。置立于王室或宗庙内青铜礼器的转移，实质上是权力与财富的再置立于王室或宗庙内青铜礼器的转移，实质上是权力与财富的再分配所带来的政权转移，分配所带来的政权转移，九鼎九鼎作为中央政权的象征，谁占有作为中央政权的象征，谁占有了了九鼎九鼎，谁就握有全国最高的政治权力。同时，各级贵族在，谁就握有全国最高的政治权力。同时，各级贵族在使用礼器的种类、数量上都有严格的规定，种类和数量的多寡使用礼器的种类、数量上都有严格的规定，种类和数量的多寡直接代表了贵族等级的高低。所谓直接代表了贵族等级的高低。所谓钟鸣鼎食钟鸣鼎食，即是表示
9、了家族，即是表示了家族人丁兴旺、仆役众多的宠大场面，成为贵族显示自己身份之高贵人丁兴旺、仆役众多的宠大场面，成为贵族显示自己身份之高贵的标志。正如著名学者张光直先生所言：的标志。正如著名学者张光直先生所言：青铜便是政治青铜便是政治和权力和权力。第8页，本讲稿共61页曾侯乙尊盘铜敦第9页，本讲稿共61页第10页，本讲稿共61页生活中的金属材料生活中的金属材料金属材料可分为两大类：金属材料可分为两大类：钢铁钢铁(黑色金属）黑色金属）和和非铁金属非铁金属（或（或有色金属有色金属）。）。含碳量在含碳量在2%4.3%的铁的合金为的铁的合金为铸铁铸铁，含碳量一般，含碳量一般在在0.03%2%的铁的合金为的
10、铁的合金为钢钢。在。在Fe-C合金中，有目的合金中，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、耐磨性和耐蚀性等性能。常用的合金元素有度、耐磨性和耐蚀性等性能。常用的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、B等，形成了形形等，形成了形形色色的合金铸铁或合金钢。色色的合金铸铁或合金钢。第11页，本讲稿共61页非铁合金大体分为：轻合金（铝合金、钛合金、非铁合金大体分为：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、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
11、、锡、镉、铋、锰合金、镍合金等）、低熔点合金（铅、锡、镉、铋、铟、镓、汞及其合金）、高熔点合金（钨合金、钼合铟、镓、汞及其合金）、高熔点合金（钨合金、钼合金、铌合金、钽合金等）、贵金属（金、银、铂、钯金、铌合金、钽合金等）、贵金属（金、银、铂、钯等）、稀土金属。其中等）、稀土金属。其中应用最广的是铝合金应用最广的是铝合金。据统计，。据统计，协和式超音速飞机全部结构的协和式超音速飞机全部结构的71%是用特殊的铝合金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，又漂亮、又耐蚀；不断加大；建筑装
12、饰用的铝材越来越多，又漂亮、又耐蚀；电力系统和家用电器中铝导线的用量超过铜导线；用于软电力系统和家用电器中铝导线的用量超过铜导线；用于软饮料包装的易拉罐，包装食品、巧克力和香烟的铝箔，还饮料包装的易拉罐，包装食品、巧克力和香烟的铝箔，还可用作电容器等。可用作电容器等。第12页，本讲稿共61页金属材料的发展金属材料的发展近一二十年来，金属材料的发展受到了巨大的近一二十年来，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：来自外压力，这种压力来自外部和内部两个方面：来自外部的压力，从部的压力，从20世纪中期开始，高分子材料的崛起，尤世纪中期开始，高分子材料的崛起，尤其是工程塑料，从
13、性能到应用许多方面已能和传统的金属其是工程塑料，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，特别是现度增长。与此同时，先进陶瓷材料也崭露头角，特别是现代电子工业中占有重要地位。因此，材料领域从金属材料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的一统天下转变为金属金属、陶瓷陶瓷、高分子材料高分子材料三足三足鼎立的新格局。鼎立的新格局。第13页，本讲稿共61页金属材料的发展金属材料的发展另一方面是自身的压力，主要是另一方面是自身的压力，主要是
14、能源能源、资源资源和和环境环境三方面。金属材料的近百年的大三方面。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，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。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这些问题对金属材料今后的发展提出了有力的挑战。有力的挑战。第14页，本讲稿共61页一、常见的合金的重要应用一、常见的合金的重要应用合金基础知识合金基础知识金属材料分为金属材料分
15、为纯金属纯金属和和合金合金。合金由两种或两种以上的金属（或非金合金由两种或两种以上的金属（或非金属熔化而成的具有金属特性的物质属熔化而成的具有金属特性的物质。合金的。合金的基本元素是金属，因此笼统地说，基本元素是金属，因此笼统地说，合金具有合金具有高强度、高强度、优良的塑性和韧性，耐热、耐寒，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、导热性和铁磁性电性、导热性和铁磁性，因此是一切工业和，因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。现代科学技术中最重要的材料。第15页，本讲稿共61页合金可以分为三种类型合金可以分为三种类型（1
16、）金属固溶体金属固溶体：这是一种金属均匀地分布在另一种金属：这是一种金属均匀地分布在另一种金属内形成的复合体，是固态溶液。固溶体只有一种晶格类型。像内形成的复合体，是固态溶液。固溶体只有一种晶格类型。像黄铜（黄铜（67%Cu，33%Zn）、银与金的合金都是金属固溶体。）、银与金的合金都是金属固溶体。（2）金属互化物金属互化物：金属与金属之间生成的化合物。其组成：金属与金属之间生成的化合物。其组成有的是固定不变的，如铜化锌（有的是固定不变的，如铜化锌（ZnCu）、碳化铁（）、碳化铁（Fe3C）等；）等；有的是可变的，如铜锡合金就有有的是可变的，如铜锡合金就有Cu5Sn、Cu31Sn8、Cu3Sn
17、等等多种不同组成。金属互化物不能用通常的化合价来解释。多种不同组成。金属互化物不能用通常的化合价来解释。（3）机械混合物机械混合物：其晶体由两种或两种以上的晶体结构：其晶体由两种或两种以上的晶体结构混合而成，每一小晶体中只有一种金属。同前两类合金不同，混合而成，每一小晶体中只有一种金属。同前两类合金不同，机械混合物的组成是非均一的。钢、生铁、青铜等属这一类合机械混合物的组成是非均一的。钢、生铁、青铜等属这一类合金。金。从以上介绍可以看出，笼统地说合金是混合物或化合从以上介绍可以看出，笼统地说合金是混合物或化合物都是不合适的。物都是不合适的。第16页，本讲稿共61页典型的合金典型的合金铁合金知识
18、铁合金知识1铁合金的定义和用途铁合金的定义和用途铁合金是铁与一种或几种金属或非金属元素组成的合金。铁铁合金是铁与一种或几种金属或非金属元素组成的合金。铁合金是炼钢和机械铸造业的主要原料之一，在炼钢和铸造时用作合金是炼钢和机械铸造业的主要原料之一，在炼钢和铸造时用作脱氧剂、脱硫剂和合金添加剂。脱氧剂、脱硫剂和合金添加剂。2铁合金的分类铁合金的分类铁合金的品种很多，一般按照其所含元素分类。铁合金的品种很多，一般按照其所含元素分类。(1)硅铁：工业硅铁硅铁：工业硅铁含含硅硅95%、75%、45%等硅铁等硅铁(见右图见右图)贫硅铁（含硅贫硅铁（含硅12%）硅铝合金硅铝合金硅钙合硅钙合金硅铁合金硅铁合金
19、第17页，本讲稿共61页(2)锰铁：高碳锰铁（含碳为锰铁：高碳锰铁（含碳为7%）中碳锰铁（含碳中碳锰铁（含碳1.01.5%）低碳锰铁（含碳低碳锰铁（含碳0.5%）金属锰金属锰硅锰合金硅锰合金(3)铬铁：高碳铬铁（含碳为铬铁：高碳铬铁（含碳为48%）中碳铬铁（含碳为中碳铬铁（含碳为0.54%）低碳铬铁（含碳低碳铬铁（含碳0.150.50%）微碳铬铁（含碳为微碳铬铁（含碳为0.06%）超微碳铬铁（含碳小于超微碳铬铁（含碳小于0.03%）金属铬金属铬硅铬合金硅铬合金(4)其它铁合金。除了以上几类铁合金外，还有钨铁、钼铁、其它铁合金。除了以上几类铁合金外，还有钨铁、钼铁、钛铁、钒铁、磷铁、硼铁、镍铁、
20、铌铁、锆铁、稀土合金钛铁、钒铁、磷铁、硼铁、镍铁、铌铁、锆铁、稀土合金等。等。第18页，本讲稿共61页铜合金知识铜合金知识工业中广泛使用的铜合金有黄铜、青铜和工业中广泛使用的铜合金有黄铜、青铜和白铜等。白铜等。Cu与与Zu的合金称的合金称黄铜黄铜，其中，其中Cu占占6090、Zn占占4010，有优良的导热性和，有优良的导热性和耐腐蚀性，可用作各种仪器零件。再如在黄耐腐蚀性，可用作各种仪器零件。再如在黄铜中加入少量铜中加入少量Sn，称为海军黄铜，具有很好，称为海军黄铜，具有很好的抗海水腐蚀的能力。在黄铜中加入少量的的抗海水腐蚀的能力。在黄铜中加入少量的有润滑作用的有润滑作用的Pb，可用作滑动轴承
21、材料。，可用作滑动轴承材料。青铜青铜是人类使用历史最久的金属材料，是人类使用历史最久的金属材料，它是它是Cu-Sn合金。锡的加入明显地提高了铜合金。锡的加入明显地提高了铜的强度，并使其塑性得到改善，抗腐蚀性增的强度，并使其塑性得到改善，抗腐蚀性增强，因此锡青铜常用于制造齿轮等耐磨零部强，因此锡青铜常用于制造齿轮等耐磨零部件和耐蚀配件。件和耐蚀配件。第19页，本讲稿共61页纯铜纯铜呈紫红色，故又称紫铜，有极好的导热、呈紫红色，故又称紫铜，有极好的导热、导电性，其导电性仅次于银而居金属的第二位。导电性，其导电性仅次于银而居金属的第二位。铜具有优良的化学稳定性和耐蚀性能，是优良的铜具有优良的化学稳定
22、性和耐蚀性能，是优良的电工用金属材料。电工用金属材料。目前已大量用目前已大量用Al、Si、Mn来代替来代替Sn而得到而得到一系列青铜合金。铝青铜的耐蚀性比锡青铜还好。一系列青铜合金。铝青铜的耐蚀性比锡青铜还好。铍青铜是强度最高的铜合金，它无磁性又有优异铍青铜是强度最高的铜合金，它无磁性又有优异的抗腐蚀性能，是可与钢相竞争的弹簧材料。的抗腐蚀性能，是可与钢相竞争的弹簧材料。白铜白铜是是Cu-Ni合金，有优异的耐蚀性和高的合金，有优异的耐蚀性和高的电阻，故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻，故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的材料。电阻器的材料。第20页，本讲稿共61页镍铜合金键盘镍铜
23、合金键盘制造打火机用铜合金线制造打火机用铜合金线第21页，本讲稿共61页铝合金知识铝合金知识铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝锰合金、锰合金、铝铝铜合金、铝铜合金、铝铜铜镁系硬铝合金、铝镁系硬铝合金、铝锌锌镁镁铜系超铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自
24、的代号，以供使用者选用。并有各自的代号，以供使用者选用。铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面：一是作为受力构件；二是铝合金材料的应用有以下三个方面：一是作为受力构件；二是作为门、窗、管、盖、壳等材料；三是作为装饰和绝热材料。作为门、窗、管、盖、壳等材料；三是作为装饰和绝热材料。利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点，制成各种装利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点，制成各种装饰品。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、涂装、印饰品。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工，制
25、成各种装饰板材、型材，作为装饰材料。刷等二次加工，制成各种装饰板材、型材，作为装饰材料。第22页，本讲稿共61页铝合金自动门铝合金自动门是我国近年来发展的一种新是我国近年来发展的一种新型金属自动门。它是由铝合金型材和玻璃组成型金属自动门。它是由铝合金型材和玻璃组成的门体结构及控制自动门的指挥系统组成的。的门体结构及控制自动门的指挥系统组成的。铝合金自动门具有外观新颖、结构精巧、运行铝合金自动门具有外观新颖、结构精巧、运行噪声小、启动灵活、可靠、节能等特点。铝合噪声小、启动灵活、可靠、节能等特点。铝合金自动门适用于高级宾馆、饭店、大厦、医院、金自动门适用于高级宾馆、饭店、大厦、医院、候机楼、车站
26、、商场候机楼、车站、商场(商店商店)、办公大楼、高级、办公大楼、高级净化车间、计算机房等建筑设施的启闭。净化车间、计算机房等建筑设施的启闭。铝合金门窗是将经过表面处理的型材。通铝合金门窗是将经过表面处理的型材。通过下料、打孔、铣槽、攻丝、制窗等。过下料、打孔、铣槽、攻丝、制窗等。第23页，本讲稿共61页铝合金万能吊架铝合金万能吊架加工工艺而制成的门窗框料构件，然后加工工艺而制成的门窗框料构件，然后再与连接件、密封件、开闭五金件一起组合装配而成。再与连接件、密封件、开闭五金件一起组合装配而成。铝合金防爆材料铝合金防爆材料是用特殊铝合金组成的一种网状结构材料，是用特殊铝合金组成的一种网状结构材料，
27、可以按一定密度方式充填在装有易燃、易爆液体的容器中。当该可以按一定密度方式充填在装有易燃、易爆液体的容器中。当该容器中的空气与其装载的液体蒸汽混合达到或超过爆炸极限时，容器中的空气与其装载的液体蒸汽混合达到或超过爆炸极限时，如遇到明火、静电、撞击和雷击等，可以有效防制容器发生爆炸。如遇到明火、静电、撞击和雷击等，可以有效防制容器发生爆炸。铝合金抑爆材料可应用于燃料运输车、流动加油车、机场加铝合金抑爆材料可应用于燃料运输车、流动加油车、机场加油车、飞机、船艇等运输工具的油箱和油罐抑爆，也可应用于各油车、飞机、船艇等运输工具的油箱和油罐抑爆，也可应用于各种存储汽油、柴油、丙酮、香蕉水等等瓶体或罐体
28、的抑爆，极大种存储汽油、柴油、丙酮、香蕉水等等瓶体或罐体的抑爆，极大地提高了各种运油运气、储油储气设备的安全系数。地提高了各种运油运气、储油储气设备的安全系数。第24页，本讲稿共61页铝合金电筒铝合金门窗第25页，本讲稿共61页镁合金知识镁合金知识镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1。镁合金作为结。镁合金作为结构应用的最大用途是铸件，其中构应用的最大用途是
29、铸件，其中90以上是压铸件。以上是压铸件。限制镁合金广泛应用的主要问题是：限制镁合金广泛应用的主要问题是：由于镁元素极为活泼，由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，因此，镁合金，因此，镁合金的生产难度很大；镁合金的生产技术还不成熟和完善，特别的生产难度很大；镁合金的生产技术还不成熟和完善，特别是镁合金成形技术有待进一步发展；镁合金的耐蚀性较差；是镁合金成形技术有待进一步发展；镁合金的耐蚀性较差；现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制了镁合金现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制了镁合金在高温（在高温（150350）场合的应
30、用；镁合金的常温力学性）场合的应用；镁合金的常温力学性能，特别是强度和塑韧性有待进一步提高；镁合金的合金能，特别是强度和塑韧性有待进一步提高；镁合金的合金系列相对很少，变形镁合金的研究开发严重滞后，不能适系列相对很少，变形镁合金的研究开发严重滞后，不能适应不同应用场合的要求。应不同应用场合的要求。第26页，本讲稿共61页镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（系（Az）、）、Mg-Al-Mn系（系（AM）和）和Mg-Al-Si-Mn系（系（As）、）、Mg-Al-RE系（系（AE）、）
31、、Mg-Zn-Zrn（ZK）、）、Mg-Zn-RE系（系（Z）等合金。等合金。第27页，本讲稿共61页镁合金铸件镁合金铸件镁合金棒镁合金棒第28页，本讲稿共61页钛合金知识钛合金知识钛是钛是20世纪世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。钛是周期表中第相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。钛是周期表中第B
32、类元素，外观似钢，熔点达类元素，外观似钢，熔点达1672，属难熔金属。钛在地，属难熔金属。钛在地壳中含量较丰富，远高于壳中含量较丰富，远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国等常见金属。我国钛的资源极为丰富，仅钛的资源极为丰富，仅四川攀枝花四川攀枝花地区发现的特大型钒钛磁铁地区发现的特大型钒钛磁铁矿中，伴生钛金属储量约达矿中，伴生钛金属储量约达4.2亿吨，亿吨，接近国外探明钛储量的接近国外探明钛储量的总和总和。第29页，本讲稿共61页纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如有杂质，特别是有杂质，特别是O、N、C等元素存在，会提高钛等元素存在，会提高钛的强
33、度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。的强度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛对钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定钛对海水很稳定，将钛，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。远优于不锈
34、钢。第30页，本讲稿共61页钛合金材料钛合金材料钛的另一重要特性是钛的另一重要特性是密度小密度小。其强度是不锈钢的。其强度是不锈钢的3.5倍，倍，铝合金的铝合金的1.3倍，是目前所有工业金属材料中最高的。倍，是目前所有工业金属材料中最高的。液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如等各种合金。合金元素如Al、V、Zr、Sn、Si、Mo和和Mn等的等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。例如，加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。例如，Ti-Al-Sn合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工
35、合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工作；以作；以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金，可以合金为代表的超塑性合金，可以50150地伸长加工成型，其最大伸长可达到地伸长加工成型，其最大伸长可达到2000。而一般合金的塑。而一般合金的塑性加工的伸长率最大不超过性加工的伸长率最大不超过30。由于上述优异性能，钛享有由于上述优异性能，钛享有“未来的金属未来的金属”的美称，钛的美称，钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻
36、工业部门中要大量应用钛合金，只是目前钛的以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金，只是目前钛的价格较昂贵，限制了它的广泛使用。价格较昂贵，限制了它的广泛使用。第31页，本讲稿共61页钛合金材料钛合金材料钛合金瓷牙钛合金瓷牙第32页，本讲稿共61页生活中的合金生活中的合金首饰中的合金首饰中的合金人类早在人类早在6000年以前已经知道有黄金，并用黄金作装饰品。当今国年以前已经知道有黄金，并用黄金作装饰品。当今国际及国内市场上流行的金首饰主要有纯金、际及国内市场上流行的金首饰主要有纯金、K金、铂金、金、铂金、K白金等制品。白金等制品。纯金纯金首饰是由纯金制成的。俗话说首饰是由纯金制成的。俗话说“金无足赤
37、金无足赤”，就是说纯金的含量，就是说纯金的含量也达不到也达不到100，实际上金含量达到，实际上金含量达到99、99.9的都称为纯金制品。这的都称为纯金制品。这种纯金首饰质地柔软，色泽赤黄，永不泛色。但容易变形，容易磨损，不能种纯金首饰质地柔软，色泽赤黄，永不泛色。但容易变形，容易磨损，不能镶嵌各种精美的宝石。镶嵌各种精美的宝石。K金金是在黄金中添加少量银、铜、锌等金属，以增强黄金的强是在黄金中添加少量银、铜、锌等金属，以增强黄金的强度和韧性。为了表示度和韧性。为了表示K金中的黄金含量，常用金中的黄金含量，常用K值来表示。值来表示。24K的含金量的含金量约为约为99.99,所以就是纯金。用作金首
38、饰的材料一般为所以就是纯金。用作金首饰的材料一般为22K，20K、18K和和14K等几种。等几种。第33页，本讲稿共61页铂金铂金是一种天然纯白色的金属。是一种天然纯白色的金属。白金白金是黄金与钯、镍、银和锌等金属的白色合金，其中，黄金的是黄金与钯、镍、银和锌等金属的白色合金，其中，黄金的质量分数最多为质量分数最多为75。故又称。故又称K白黄金。铂金稀有，年产量比黄金少很多，白黄金。铂金稀有，年产量比黄金少很多，更为珍贵。铂金密度高，一件铂金首饰比一件更为珍贵。铂金密度高，一件铂金首饰比一件K白金类似首饰重白金类似首饰重20%。铂金。铂金抗强酸、碱腐蚀，抗氧化，化学性质比抗强酸、碱腐蚀，抗氧化
39、，化学性质比K白金稳定。白金稳定。黄金项链黄金项链第34页，本讲稿共61页铂金首饰第35页，本讲稿共61页制作眼镜架的合金材料制作眼镜架的合金材料今时今日，纯金属及合金充斥了我们生活中的每一处。我们学生今时今日，纯金属及合金充斥了我们生活中的每一处。我们学生中不少人日日使用的眼镜中也不乏其身影。金属眼镜镜架特点为坚固，中不少人日日使用的眼镜中也不乏其身影。金属眼镜镜架特点为坚固，轻便，美观，是目前最常用的镜架。轻便，美观，是目前最常用的镜架。常见的金属镜架常见的金属镜架1、镍合金镍合金特点：易于切割、焊接、电镀等加工过程。特点：易于切割、焊接、电镀等加工过程。因富弹性及能有抵御侵蚀功能，通常用
40、作眼镜基本素材，如较因富弹性及能有抵御侵蚀功能，通常用作眼镜基本素材，如较粗的脚、鼻梁、横眉等部分。粗的脚、鼻梁、横眉等部分。锰镍合金镜架（图）锰镍合金镜架（图）第36页，本讲稿共61页2、不锈钢不锈钢：是一种极具耐侵蚀功能的钢铁。：是一种极具耐侵蚀功能的钢铁。3、纯钛金纯钛金：由于是一种轻巧（只有锌白铜的一半）及极具耐侵蚀功：由于是一种轻巧（只有锌白铜的一半）及极具耐侵蚀功能的优质金属。能的优质金属。市场流行的金属眼镜架，多半是铜镍合金再镀金，镀钯而成的。光彩市场流行的金属眼镜架，多半是铜镍合金再镀金，镀钯而成的。光彩夺目，金光灿灿，是眼镜族首选品种。但有少数人戴铜镍合金架会引起皮夺目，金光
41、灿灿，是眼镜族首选品种。但有少数人戴铜镍合金架会引起皮肤过敏，带来不必要的痛苦。肤过敏，带来不必要的痛苦。纯钛金眼镜架完全不含镍，不会引起过敏，故在眼镜市场上流行起纯钛金眼镜架完全不含镍，不会引起过敏，故在眼镜市场上流行起来。来。钛金属眼镜架优点：钛金属眼镜架优点：（1）.钛金属眼镜架，特别轻，戴钛架可大大减少鼻梁的压力。钛金属眼镜架，特别轻，戴钛架可大大减少鼻梁的压力。（2）.钛金属架具有超弹性，永不变形。它化学稳定性好，非常耐腐蚀钛金属架具有超弹性，永不变形。它化学稳定性好，非常耐腐蚀,也不会引起皮肤过敏。戴上钛金属架的眼镜，既轻巧、又结实。长期使用仍也不会引起皮肤过敏。戴上钛金属架的眼镜
42、，既轻巧、又结实。长期使用仍是光亮如新永不变形。是光亮如新永不变形。记忆钛金：又称为合金混合了镍及钛金而成的合金两者重量比记忆钛金：又称为合金混合了镍及钛金而成的合金两者重量比例为例为55%:45%.合金非常轻巧（比一般钛合金约轻），抵合金非常轻巧（比一般钛合金约轻），抵御腐蚀性强。御腐蚀性强。第37页，本讲稿共61页记忆钛金眼镜第38页，本讲稿共61页硬币材料简介硬币材料简介各种硬币的材料：各种硬币的材料：壹圆面值硬币壹圆面值硬币铸造时间：铸造时间：1991年年1997年年硬币材质：钢芯镀镍合金硬币材质：钢芯镀镍合金壹角面值硬币壹角面值硬币铸造时间：铸造时间：1991年年1997年年硬币材质
43、：铝镁合金硬币材质：铝镁合金伍角面值硬币伍角面值硬币铸造时间：铸造时间：2002年年今年今年硬币材质：钢芯镀铜合金硬币材质：钢芯镀铜合金用来铸造硬币的合金需要具有什么性质？用来铸造硬币的合金需要具有什么性质？色泽光亮、耐磨、耐腐蚀、不易锈蚀、易加工等性质。色泽光亮、耐磨、耐腐蚀、不易锈蚀、易加工等性质。第39页，本讲稿共61页形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy)，简称，简称SMA，是具有形状记忆，是具有形状记忆效应的合金。某些效应的合金。某些合金进行一定限度的变形后，在随后的加热过程中，当超合金进行一定限度的变形后，在随后的加热过程中，当超过一定
44、温度时，变形材料就能恢复到变形前的形状和体积，这种现象称为过一定温度时，变形材料就能恢复到变形前的形状和体积，这种现象称为“形状记忆效应形状记忆效应(ShapeMemoryEffect)”，简称，简称SME。1932年年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆记忆”效应，即合金效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金的开发迄
45、今不过金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为瞩目，被誉为神奇的功能材料神奇的功能材料。第40页，本讲稿共61页第41页，本讲稿共61页原形原形放入热水后放入热水后再放入冷水再放入冷水记忆合金同我们的日常生活休戚相关。仅以记忆合记忆合金同我们的日常生活休戚相关。仅以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。第42页，本讲稿共61页已发现的形状记忆合金种类很多，可以分
46、为镍已发现的形状记忆合金种类很多，可以分为镍钛钛系、铜系、铁系合金三大类。系、铜系、铁系合金三大类。另外，近年发现一些聚合物和陶瓷材料也具有形另外，近年发现一些聚合物和陶瓷材料也具有形状记忆功能，其形状记忆原理与合金不同，还有待于状记忆功能，其形状记忆原理与合金不同，还有待于进一步研究。进一步研究。用记忆合金制作的眼镜架。当这种眼镜架弯曲时，只用记忆合金制作的眼镜架。当这种眼镜架弯曲时，只要将它放入要将它放入55。C的温水中，即可恢复到原来的形状的温水中，即可恢复到原来的形状。第43页，本讲稿共61页欧美一些国家目前正尝试将形状欧美一些国家目前正尝试将形状记忆合金应用于治疗某些心脏疾病。记忆合
47、金应用于治疗某些心脏疾病。采用这种方法治疗心脏疾病，可避免采用这种方法治疗心脏疾病，可避免以前的开胸手术，并且愈后良好，十以前的开胸手术，并且愈后良好，十分适合青少年患者。分适合青少年患者。记忆合金用于骨骼固定记忆合金用于骨骼固定第44页，本讲稿共61页二、稀土金属二、稀土金属稀土是稀土元素稀土是稀土元素(或称稀土金属或称稀土金属)的简称，是的简称，是17种元索组成种元索组成的一个金属大家族，第三副族中的镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、的一个金属大家族，第三副族中的镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥等等钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥等等15个镧系元素个镧系元素(拥有独拥有独
48、特的特的4f电子轨道电子轨道)以及性质与它们相近的钪和钇。以及性质与它们相近的钪和钇。“稀土稀土”是由是由18世纪末被发现时而得名，当时认为它们很稀贵，其氧世纪末被发现时而得名，当时认为它们很稀贵，其氧化物又有难溶于水的化物又有难溶于水的“土性土性”，故称为稀土。现在看来，稀土，故称为稀土。现在看来，稀土在地壳中的重量百分含量（克拉克值）比铜、铅、锌、银等常在地壳中的重量百分含量（克拉克值）比铜、铅、锌、银等常见金属元素还要高，性质也不像土，而是一组性质十分活泼的见金属元素还要高，性质也不像土，而是一组性质十分活泼的金属，但金属，但“稀土稀土”这个奇特的名称却被沿用至今。这个奇特的名称却被沿用
49、至今。第45页，本讲稿共61页从从1794年发现第一个稀土元素钇，到年发现第一个稀土元素钇，到1972年发现自然界的稀土元素钷，历经年发现自然界的稀土元素钷，历经178年，人们年，人们才把才把17种稀土元素全部在自然界中找到。今年由种稀土元素全部在自然界中找到。今年由于工业提纯和冶炼技术的发展，除元素钷以外，于工业提纯和冶炼技术的发展，除元素钷以外，都能获得高纯的稀土氧化物和稀土金属。稀土的都能获得高纯的稀土氧化物和稀土金属。稀土的应用也随着科技的发展从初级到高级，从应用也随着科技的发展从初级到高级，从19世纪世纪末应用稀土制造汽汽灯纱罩、打火石和弧光灯碳末应用稀土制造汽汽灯纱罩、打火石和弧光
50、灯碳棒等初级应用产品发展到现在把稀土广泛应用于棒等初级应用产品发展到现在把稀土广泛应用于彩电荧光屏、三基色节能灯、绿色高能充电电池、彩电荧光屏、三基色节能灯、绿色高能充电电池、汽车尾气净化催化剂、电脑驱动器、核磁共振成汽车尾气净化催化剂、电脑驱动器、核磁共振成像仪、固体激光器、光纤通讯和磁悬浮列车像仪、固体激光器、光纤通讯和磁悬浮列车等高等高科技领域。科技领域。第46页，本讲稿共61页我国是稀土资源最丰富的国家，稀土储量和产量均居世界首我国是稀土资源最丰富的国家，稀土储量和产量均居世界首位，在位，在19个省市自治区都发现有稀土矿藏，而且矿物品种齐全。个省市自治区都发现有稀土矿藏，而且矿物品种齐