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      淺談金屬材料

      2018-04-27 11:24:20鄭泓宇申愛玲
      世界家苑 2018年3期
      關(guān)鍵詞:金屬材料性質(zhì)

      鄭泓宇 申愛玲

      摘 要:金屬材料是人類使用最早并且與我們生活最密切相關(guān)的材料。文章介紹了金屬材料的分類,性質(zhì),應(yīng)用,前景,并將一些新興的金屬材料做了簡單的介紹。

      關(guān)鍵詞:金屬材料;性質(zhì);新興金屬材料;金屬基復(fù)合材料

      金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料等。

      人類文明的發(fā)展和社會的進步同金屬材料關(guān)系十分密切。繼石器時代之后出現(xiàn)的銅器時代、鐵器時代,均以金屬材料的應(yīng)用為其時代的顯著標志?,F(xiàn)代,種類繁多的金屬材料已成為人類社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

      金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。①黑色金屬又稱鋼鐵材料,包括含鐵90%以上的工業(yè)純鐵,含碳 2%~4%的鑄鐵,含碳小于 2%的碳鋼,以及各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。②有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金,通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。有色合金的強度和硬度一般比純金屬高,并且電阻大、電阻溫度系數(shù)小。③特種金屬材料包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態(tài)金屬材料,以及準晶、微晶、納米晶金屬材料等;還有隱身、抗氫、超導(dǎo)、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金以及金屬基復(fù)合材料等。

      金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機械零件在加工制造過程中,金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能。金屬對各種加工工藝方法所表現(xiàn)出來的適應(yīng)性稱為工藝性能,主要有以下四個方面:⑴切削加工性能;⑵可鍛性;⑶可鑄性;金屬材料工藝性能的好壞,決定了它在制造過程中加工成形的適應(yīng)能力。所謂使用性能是指機械零件在使用條件下,金屬材料表現(xiàn)出來的性能,它包括機械性能、物理性能、化學性能等。金屬材料的性能決定著材料的適用范圍及應(yīng)用的合理性。金屬材料的性能主要分為四個方面,即:機械性能、化學性能、物理性能、工藝性能。金屬材料使用性能的好壞,決定了它的使用范圍與使用壽命。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能,稱為機械性能(或稱為力學性能)。金屬材料的機械性能是零件的設(shè)計和選材時的主要依據(jù)。外加載荷性質(zhì)不同(例如拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、沖擊、循環(huán)載荷等),對金屬材料要求的機械性能也將不同。常用的機械性能包括:強度、塑性、硬度、沖擊韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等?;瘜W性能:金屬與其他物質(zhì)引起化學反應(yīng)的特性稱為金屬的化學性能。在實際應(yīng)用中主要考慮金屬的抗蝕性、抗氧化性(又稱作氧化抗力,這是特別指金屬在高溫時對氧化作用的抵抗能力或者說穩(wěn)定性),以及不同金屬之間、金屬與非金屬之間形成的化合物對機械性能的影響等等。在金屬的化學性能中,特別是抗蝕性對金屬的腐蝕疲勞損傷有著重大的意義;物理性能:金屬的物理性能主要考慮:⑴密度⑵熔點⑶熱膨脹性⑷磁性能⑸電學性能(主要是電導(dǎo)率);

      新興金屬材料介紹:

      1、金屬基復(fù)合材料

      金屬基復(fù)合材料起源于20 世紀50 年代末或60 年代初期,它是一種把金屬作為基體和增強材料進行復(fù)合加工而制成的一種材料。基體可以是銅、鋁、鎂以及金屬間化合物等。增強材料的種類也很多,可以是碳化硅、碳纖維以及氧化鋁等。它除了具有很高的韌性和可塑性之外,還能耐高溫,且導(dǎo)電性能良好,可抗輻射,阻隔性能良好不吸潮。正是由于這些優(yōu)良的特性,使得它經(jīng)過了幾十年的發(fā)展成為了如今最炙手可熱的復(fù)合材料之一。由于金屬基復(fù)合材料的性能優(yōu)秀,所以它能夠被運用到了各個行業(yè)。比如汽車行業(yè)中的柴油機活塞、Al發(fā)動機組的缸體驅(qū)動軸、連桿等;還有航空航天行業(yè)。比如戰(zhàn)隼戰(zhàn)機的機腹尾翼以及燃料通道門蓋板,還有直升機的轉(zhuǎn)子葉片;除此之外,各種工業(yè)、娛樂、體育用品都可以使用金屬基復(fù)合材料。但是由于其制作工藝較為復(fù)雜,使得它還不能真正大范圍的被普及。另外,成本較高,這也是金屬基復(fù)合材料難以廣泛應(yīng)用的重要原因之一。金屬基符合材料受世界上各個國家所重視,且最近幾年的研究、發(fā)展速度較快。而制作技術(shù)和制作成本等問題相信也會在不就的將來得到解決,使其能夠真正的被普及到我們的生活。

      2、Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料

      Ti(C,N)基金屬陶瓷一般是用粉末冶金液相燒結(jié)法制成的,其顯微組織較為復(fù)雜. 借用掃描電子顯微鏡的背散射電子成像觀察,其主要特征由TiC 或Ti(C,N)硬質(zhì)相為核心,顆粒邊緣形成包覆層結(jié)構(gòu),溶入固溶界面結(jié)合處的組織結(jié)構(gòu)是決定材料性能的關(guān)鍵區(qū)域.與普通金屬材料相比,金屬陶瓷是一種脆性材料,其斷裂方式多為沿晶斷裂,材料中硬質(zhì)相與粘結(jié)相界面結(jié)合處的組織結(jié)構(gòu)是決定材料性能的關(guān)鍵區(qū)域.現(xiàn)有的分析手段還不能清楚地表征工業(yè)上所用金屬陶瓷的相界面結(jié)構(gòu),使得這方面的研究存在一定的困難.20 世紀90 年代以來,日本、美國和我國關(guān)于Ti(C,N)基金屬陶瓷材料的研究和應(yīng)用急劇增多,Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料的性能得到了極大的改善,現(xiàn)在Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法、晶粒細化、納米改性以及納米Ti(C,N)基金屬陶瓷材料、梯度Ti(C,N)基金屬陶瓷材料制備等方面已經(jīng)取得了相當大的進展. 其應(yīng)用范圍已由精加工、半精加工擴大到粗加工,由切削擴大到銑削等苛刻條件下的加工. Ti(C,N)基金屬陶瓷對推動高速切削、精密加工技術(shù)進步,促進機械、汽車、五金裝備等行業(yè)水平的提高有著顯著的積極意義.采用Ti(C,N)金屬陶瓷刀具,可以解決各行業(yè)難加工材料的切削加工問題,改變傳統(tǒng)的機械加工工藝;另一方面,由于Ti(C,N)金屬陶瓷具有較好的紅硬性和抗氧化能力,可以實現(xiàn)高速高效切削加工和干式切削加工,減少或不用切削液,大大降低切削加工費用,并可實現(xiàn)綠色加工.

      參考文獻

      [1] 劉華,沈勝利.顆粒增強金屬基復(fù)合材料制備工藝的綜述[J].熱加工工藝,2011.

      [2] 關(guān)明,常志梁.金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)的進展[J].熱加工工藝,2010.

      [3] 金屬基復(fù)合材料的制備技術(shù)與運用,李玲玲,中國礦業(yè)大學南湖校區(qū),江蘇徐州,221116

      作者簡介

      鄭泓宇(1996-),男,漢族,江西景德鎮(zhèn)人,邵陽學院本科在讀,邵陽學院;專業(yè)方向:材料成型及控制工程

      申愛玲,指導(dǎo)老師,當前任職邵陽學院

      (作者單位:邵陽學院)

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