金属材料的基本知识
金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、
金属材料金属间化合物和特种金属材料等。
（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料）
意义
:人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。种类:金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳
2％～4％的铸铁，含碳小于
2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金
不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。
性能:一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为机械性能）。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。
金属材料的力学性能包括强度、屈服点、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、硬度、冲击韧性等。
扩展资料
金属材料力学性能包括
其中包括：弹性和刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极其重要的指标。
1、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。
2、屈服点（6s）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L。时应力值，单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。
3、抗拉强度（6b）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。如铝锂合金抗拉强度可达689.5MPa
4、延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。
工程上常将δ≥5%的材料称为塑性材料，如常温静载的低碳钢、铝、铜等；而把δ≤5%的材料称为脆性材料，如常温静载下的铸铁、玻璃、陶瓷等。
5、断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。
6、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度(HBS、HBW）和洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）。
7、冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的'能力，单位为焦耳/厘米2(J/cm2）。
什么是金属材料
金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。一般分为黑色金属和有色金属两种。黑色金属包括铁、铬、锰等。其中钢铁是基本的结构材料，称为“工业的骨骼”。由于科学技术的进步，各种新型化学材料和新型非金属材料的广泛应用，使钢铁的代用品不断增多，对钢铁的需求量相对下降。但迄今为止，钢铁在工业原材料构成中的主导地位还是难以取代的。
（一）铝及铝合金
1、纯铝
（1）纯铝的密度只有2.7g/cm，仅为铁的1/3。铝的导电性好，其磁化率极低，接近于非铁磁性材料。有电气工程、航空及宇航工业、一般机械和轻工业中广泛应用。
（2）纯铝按纯度可分为高纯铝和工业纯铝两类。高纯铝主要用科学研究及制作电容器等。 工业纯铝按纯度高低分别用于制作铝箔、包铝和电线、电缆、器血、焊条、装饰材料、反光板、热交换器等。
2、铝合金
（1）铝合金热处理后可显著提高强度，可用于制造承受较大载荷的机器零件和构件。
（2）铝合金按照成分和工艺特点不同分为变形铝合金和铸造铝合金。例如，变形铝合金可采用锻造、轧制、挤压等方法制成板材、带材、棒材、管材、线材等。铸造铝合金适于铸造生产，可直接浇铸成铝合金铸件。
（二）铜及铜合金
1、纯铜
（1）纯铜常称紫铜，主要用于制作电导体及配制合金。纯铜、铜合金的导电、导热性很好，对大气和水的抗蚀能力很高。铜是抗磁性物质。
（2）根据杂质含量的不同，工业纯铜牌号分为四种：T1、T2、T3、T4。编号超大，纯度越低。T1主要用于导电材料和配制高纯度合金；T2主要用于电力输送用导电材料，制作电线、电缆等；T3、T4主要用于电工器材、电气开关、垫圈、铆钉、油管制作等。
2、铜合金
铜中加入合金元素后，可获得较高的强度和硬度，而且塑性很好，容易冷、热成型，易焊接。铸造铜合金有很好的铸造性能。铜 合金一般分为黄铜、青铜、白铜三大类。
（1）黄铜
黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。黄铜分为普通黄铜和复杂黄铜两种。复杂黄铜又分为铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜等。例如，铸造铅黄铜可制作轴瓦各衬套；锡黄铜广泛用于制作船舶零件；铝黄铜可用物制造大型蜗杆、海船用螺旋桨等。
（2）青铜
含铝、硅、铅、铍、锰等的铜合金习惯称为青铜，有锡青铜、铝青铜、铍青铜广泛用于制作船零件；铝黄铜可用于制造大型蜗杆、海船用螺旋桨等。
（3）白铜
白铜是以镍为主要合金元素的铜合金。主要用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等 。锰含量高的锰白铜可制作热电偶丝。
（三）钛及钛合金
1、钛的熔点高，热膨胀系数小，导热性差。纯钛塑性好、强度低，容易加工成型，可制成细丝和薄片。钛的抗氧化能力优于大多数奥氏体不锈钢。
2、工业纯钛中含有氢、碳、氧、铁、镁等杂质元素，工业纯钛可制在350 ℃以下工作、强度要求不高的零件。
（四）镁及镁合金
1、纯美的室温温密度仅为1.74g/cm，是所有金属结构材料中最低的。
2、镁合金按照形成的工艺特点不同分为变形镁合金和铸造镁合金两类。例如，变形镁合金可用于结构件、管件等；铸造镁合金可用于压锋件、抗蠕变压铸件等。
（五）镍及镍合金
1、纯镍
纯镍具有优异的耐腐蚀和抗高温氧化性能，是重要的工程金属材料。工业纯镍有良好的强度和导电性。可用于电子器件；同时由于其耐蚀性好，还可用于食品加工设备。
2、镍合金
镍合金其耐蚀性和力学性能进一步提高，还可具有特殊物理性能。镍合金按其特性和应用领域分为耐腐蚀镍合金、耐高温镍合金和功能镍合金三类。例如，耐腐蚀镍合金可用于化工、石油、船舶等领域，如阀门、泵、船舶紧固件、锅炉热交换器等；耐高温镍合金广泛用于航空发动机和运载火箭发动机涡轮盘、压气机盘行行等。
有色金属通常指除去铁（有时也除去锰和铬）和铁基合金以外的所有金属。狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。
有色金属可分为重金属（如铜、铅、锌）、轻金属（如铝、镁）、贵金属（如金、银、铂）及稀有金属（如钨、钼、锗、锂、镧、铀）。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，电阻比纯金属大、电阻温度系数小，具有良好的综合机械性能。
扩展资料
为推进供给侧结构性改革，促进有色金属工业持续健康发展，2016年6月16日，国务院办公厅印发了《关于营造良好市场环境促进有色金属工业调结构促转型增效益的指导意见》（以下简称《意见》），将从产能退出、财税政策、土地政策等多个方面加大有色金属行业的结构性改革。
《意见》要求，严控新增产能，确有必要的电解铝新（改、扩）建项目，要严格落实产能等量或减量置换方案。加大督促检查工作力度，对违法违规新增产能严肃问责。全面调查掌握有色金属重点品种的环保、能耗、质量、安全、技术等情况。
对不符法律法规、产业政策和相关标准的企业，要立即限期整改；未达到整改要求的要依法依规关停退出。鼓励企业调整发展战略，主动压减存量产能，实施等量或减量兼并重组，退出低效产能。
同时，要积极推进国际合作，积极落实“一带一路”战略部署，充分发挥我国有色金属先进技术和装备优势，带动先进装备、产品、技术、标准、服务的全产业链输出，提高国际化经营能力。
参考资料来源：百度百科-有色金属
参考资料来源：人民网-国务院力促有色金属工业去产能调结构促转型增效益
一、力学性能--强度
强度——金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。
1．拉伸试样
d——试样直径
Lo——标距长度
2．力－伸长曲线
弹性变形阶段--屈服阶段--强化阶段--缩颈阶段
3．强度指标
（1）屈服强度：当金属材料出现屈服现象时，在实验期间发生塑性变形而力不增加的应力点。屈服强度计算公式如下：
（2）抗拉强度Rm ：材料在断裂前所能承受的最大的应力。抗拉强度计算公式如下：
二、力学性能--塑性
塑性——材料受力后在断裂前产生塑性变形的能力。
1．断后伸长率A ：试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率。
2．断面收缩率Z ：试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率
三、力学性能--硬度
硬度——材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是通过在专用的硬度试验机上实验测得的。
1．布氏硬度：用球面压痕单位面积上所承受的平均压力来表示，单位为Pa，但一般均不标出，用符号HBW表示：
表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符号、压头直径、实验力及实验力保持时间表示。当保持时间为10～15s时可不标。
应用范围：主要用于测定铸铁、有色金属及退火、正火、调质处理后的各种软钢等硬度较低的材料。
2．洛氏硬度：洛氏硬度（HR）测试，当被测样品过小或者布氏硬度（HB）大于450时，就改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.5875mm/3.175mm/ 6.35mm/12.7mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。
有色金属包括：铝(Al)、镁(Mg)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)。包含各种有色纯金属及其合金。有色金属是铁、锰、铬以外所有金属的统称。
有色金属可分为重金属（如铜、铅、锌）、轻金属（如铝、镁）、贵金属（如金、银、铂）及稀有金属（如钨、钼、锗、锂、镧、铀）。
有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，电阻比纯金属大、电阻温度系数小，具有良好的综合机械性能。常用的有色合金有铝合金、铜合金、镁合金、镍合金、锡合金、钽合金、钛合金、锌合金、钼合金、锆合金等。
作用：
有色金属是国民经济、人民日常生活及国防工业、科学技术发展必不可少的基础材料和重要的战略物资。农业现代化、工业现代化、国防和科学技术现代化都离不开有色金属。
例如飞机、导弹、火箭、卫星、核潜艇等尖端武器以及原子能、电视、通讯、雷达、电子计算机等尖端技术所需的构件或部件大都是由有色金属中的轻金属和稀有金属制成的。
本教材内容分为铜冶金、铅冶金、锌冶金、氧化铝生产、铝电解、镁冶金、钛冶金七部分，本着内容适度的原则，兼顾高职高专学生的接受能力，简要介绍了六种金属的生产原理与工艺等内容，注重理论联系实际，激发学生的学习兴趣。各节首均设有内容导读，在每节后面附有思考题，深浅适宜，有助于学生能力的培养；书后附有部分习题参考答案。
基本介绍书名 ：有色金属冶金 作者 ：王鸿雁 ISBN ：9787122072221 定价 ：39.00元 出版社 ：化学工业出版社 出版时间 ： 2010-2-1 开本 ：16开 内容简介,图书目录, 内容简介 本书可作为高职高专学校冶金专业的教材；不仅适合冶金企业的科研人员和工程技术人员阅读，也可供职工培训使用。 图书目录 0 绪论 0.1 金属及其分类 0.2 矿物、矿石和精矿 0.3 冶金的概念及冶金方法分类 思考题 1 铜冶金 1.1 概述 1.1.1 铜的物理性质 1.1.2 铜的化学性质 1.1.3 铜的主要化合物及其性质 1.1.4 铜及化合物的用途 1.1.5 炼铜原料 1.1.6 铜的生产方法 思考题 1.2 造锍熔炼的基本原理 1.2.1 概述 1.2.2 造锍熔炼过程的主要化学反应类型 1.2.3 冰铜和炉渣的性质及分离 1.2.4 铜在炉渣中的损失 思考题 1.3 造锍熔炼生产实践 1.3.1 概述 1.3.2 密闭鼓风炉熔炼 1.3.3 闪速熔炼 1.3.4 熔池熔炼 思考题 1.4 冰铜的吹炼 1.4.1 概述 1.4.2 冰铜吹炼的工艺 1.4.3 铜锍吹炼的基本原理 1.4.4 冰铜吹炼的生产实践 思考题 1.5 炉渣贫化 1.5.1 概述 1.5.2 熔炼贫化过程的热力学分析 1.5.3 电炉贫化 1.5.4 浮选选矿法贫化 思考题 1.6 粗铜的火法精炼 1.6.1 概述 1.6.2 火法精炼的理论基础 1.6.3 精炼炉及精炼工艺 1.6.4 火法精炼的发展 思考题 1.7 铜的电解精炼 1.7.1 概述 1.7.2 铜电解过程理论基础 1.7.3 铜电解工艺实践 1.7.4 电解精炼的主要设备与装置 思考题 1.8 湿法炼铜 1.8.1 概述 1.8.2 湿法炼铜的浸出过程 1.8.3 从含铜溶液回收铜 1.8.4 湿法炼铜的主要方法 思考题 1.9 再生铜的生产 1.9.1 概述 1.9.2 再生铜的生产工艺 思考题 2铅冶金64 21概述64 211铅的物理性质64 212铅的化学性质65 213铅的主要化合物及性质65 214铅的用途67 215炼铅原料67 216铅的冶炼方法68 思考题70 22硫化铅精矿的烧结焙烧71 221硫化铅精矿烧结焙烧的目的71 222硫化铅精矿烧结焙烧的化学反应71 223烧结焙烧实践76 思考题81 23铅烧结块的鼓风炉熔炼81 231概述81 232铅鼓风炉还原熔炼的基本原理82 233鼓风炉炼铅的生产实践87 思考题91 24硫化铅精矿的直接熔炼91 241概述91 242硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法92 思考题99 25炼铅炉渣及其烟化处理99 251概述99 252炉渣烟化处理的基本原理100 253烟化处理炉渣的影响因素100 254烟化炉吹炼的操作101 255处理炉渣的其他方法102 思考题103 26粗铅的火法精炼103 261概述103 262粗铅火法精炼原理103 思考题110 27粗铅的电解精炼110 271概述110 272电解精炼原理111 273电解液净化112 274铅电解精炼的主要设备及其配置113 思考题114 28湿法炼铅114 281概述114 282湿法炼铅方法114 思考题116 29再生铅的生产117 291概述117 292再生铅生产的原料117 293再生铅原料的处理方法117 294再生铅废料的熔炼技术118 295含铅废料处理的其他方法119 思考题119 3锌冶金120 31概述120 311锌的物理性质120 312锌的化学性质121 313锌的主要化合物及性质121 314锌的用途121 315炼锌原料122 316锌的冶炼方法122 317我国锌冶炼现状123 思考题124 32硫化锌精矿的焙烧与烧结124 321硫化锌精矿的焙烧目的124 322硫化锌精矿焙烧的理论基础125 323硫化锌精矿的沸腾焙烧128 324硫化锌精矿的烧结焙烧131 思考题132 33湿法炼锌132 331锌焙砂的浸出132 332硫酸锌浸出液的净化141 333硫酸锌溶液的电解沉积144 思考题148 34火法炼锌148 341蒸馏炼锌的理论基础148 342火法炼锌的生产实践151 343火法炼锌新技术155 思考题155 35粗锌火法精炼及烟化法处理含锌物料155 351粗锌火法精炼原理与工艺155 352烟化法处理含锌物料158 思考题160 36再生锌的生产160 361概述161 362再生锌原料161 363再生锌生成及回收途径161 364其他再生工艺164 思考题164 4氧化铝165 41概述165 411氧化铝工业发展概况165 412氧化铝及其水合物的性质167 413铝土矿及其他铝矿169 414氧化铝生产方法170 415铝酸钠溶液171 思考题174 42拜耳法生产氧化铝174 421原矿浆制备175 422高压溶出177 423赤泥分离洗涤182 424晶种分解186 425氢氧化铝煅烧工艺技术193 思考题197 43烧结法生产氧化铝197 431概述198 432生料浆的制备198 433熟料烧结200 434熟料溶出201 435铝酸钠溶液脱矽204 436铝酸钠溶液碳酸化分解212 437分解母液的蒸发216 思考题218 44化学品氧化铝的生产218 441化学品氧化铝的表征特性219 442化学品氧化铝的生产方法概述219 思考题221 5铝电解222 51概述222 511铝的主要性质222 512铝电解用的原料和熔剂223 思考题230 52铝电解厂的简介230 521铝电解厂的规模231 522铝电解槽系列231 523电解车间的安全生产233 524铝的再生利用234 思考题236 53预焙阳极电解槽的构造236 531工业铝电解槽的演变236 532工业铝电解槽的构造238 思考题243 54铝电解的两极反应243 541阴极反应243 542阳极反应244 543铝电解中两极副反应244 思考题246 55铝电解的电流效率246 思考题247 56预焙电解槽的焙烧和启动247 561预焙槽的预热247 562预焙槽的启动248 563预焙槽的启动后期249 思考题250 57铝电解槽的正常生产阶段250 571铝电解槽正常生产的特征250 572铝电解槽正常生产期间所宜保持的技术条件251 573电解槽的加工操作253 574阳极效应及其处理255 575槽工作电压的保持与调整256 576电解场所的日常管理257 577电解槽的日常检查与判断258 578病槽及其处理259 579电解质含碳及其处理261 5710电解质生成碳化铝及其处理262 5711电解生产过程中的常见事故及其处理262 5712大跑电解质的原因及其处理265 5713电解槽的破损与停槽265 5714电解槽的破损检查与停槽266 5715常见预焙槽病态及处理267 5716铝电解中的电能节省269 5717铝电解槽的计算机控制269 5718铸锭270 5719降低铝生产成本271 思考题271 58铝电解槽的污染治理272 思考题273 6镁冶金274 61概述274 611镁的性质和用途274 612镁矿资源276 613镁的制取方法及工艺流程276 思考题279 62氯化镁的制取279 621氯化镁水合物脱水制取氯化镁280 622氧化镁氯化制取氯化镁283 思考题291 63氯化镁电解制取金属镁292 631概述292 632镁电解质的物理化学性质294 633氯化镁电解过程的基本原理296 634镁电解工艺301 思考题304 64热还原法炼镁304 641热还原法炼镁概述304 642金属热还原法炼镁306 思考题311 65镁精炼311 651粗镁中的杂质311 652粗镁精炼原理312 653镁的精炼方法313 思考题315 7钛冶金316 71概述316 711钛的性质和用途316 712钛的资源317 713钛的制取方法319 思考题322 72钛铁矿的富集322 721钛铁矿还原熔炼322 722富钛料的生产工艺流程与设备323 思考题324 73粗四氯化钛的制取324 731概述324 732含钛物料氯化的原理325 733富钛料的氯化工艺326 思考题329 74四氯化钛的精制329 741杂质的特性329 742除去杂质的方法330 743四氯化钛精制的工艺流程330 思考题334 75镁热还原法制取海绵钛335 751还原原理335 752生产工艺335 753钛的低价氯化物生成及危害338 754海绵钛的质量339 思考题341 76钠热还原法生产金属钛341 761热力学分析341 762钠还原法生产海绵钛的工艺流程342 763钠的净化342 764钠还原四氯化钛的工艺方法343 765还原产物的湿法处理344 思考题345 77钛的精炼345 771钛的电解精炼345 772钛的碘化法精炼346 思考题347 78致密钛的生产347 781致密钛生产方法概述347 782钛真空熔炼的理论基础348 783钛的粉末冶金350 思考题351 79残钛的来源及回收和利用352 791残钛的来源352 792残钛的回收和利用352 思考题353 参考文献354
