金属材料合金元素
初三化学第八章 金属和金属材料知识点梳理
考点一、金属材料（一）、纯金属材料：纯金属（90多种）纯金属：有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。
黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。
有色金属：重金属：如铜、锌、铅等轻金属：如钠、镁、铝等（二）、合金（几千种）：由一种金属跟其他一种或几种金属（或金属与非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。
1.金属材料包括纯金属和合金两类。
金属属于金属材料，但金属材料不一定是纯金属，也可能是合金。
2.合金可能是金属与金属组成，也可能是金属与非金属组成。
金属材料中使用比较广泛的是合金。
合金的优点：（1）熔点高、密度小；（2）可塑性好、易于加工、机械性能好；（3）抗腐蚀性能好；下面是黄铜和铜片，焊锡和锡，铝合金和铝线的有关性质比较：钛和钛合金：被认为是21世纪的重要金属材料，钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨等。
钛合金的优点：①熔点高、密度小；②可塑性好、易于加工、机械性能好；③抗腐蚀性能好钛镍合金具有“记忆”能力，可记住某个特定温度下的形状，只要复回这个温度，就会恢复到这个温度下的形状，又被称为“记忆金属”。
此外，钛还可制取超导材料，美国生产的超导材料中的90%是用钛铌合金制造的。
3.注意：（1）合金是金属与金属或金属与非金属的混合物。
（2）合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更容易适于不同的用途。
（3）日常使用的金属材料，大多数为合金。
（4）金属在熔合了其它金属和非金属后，不仅组成上发生了变化，其内部组成结构也发生了改变，从而引起性质的变化。
（5）合金的形成条件：其中任一金属的熔点不能高于另一金属的沸点（当两种金属形成合金时）。
（6）青铜是人类历史上使用最早的合金；生铁和钢是人类利用最广泛的合金．（7）合金都属于混合物。
考点2金属的物理性质（1）常温下一般为固态（汞为液态），有金属光泽。
（2）大多数呈银白色（铜为紫红色，金为黄色）（3）有良好的导热性、导电性、延展性（4）密度和硬度较大，熔沸点较高。
金属材料及合金的概念
金属材料及合金的概念
●金属材料定义
金属材料是指以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、金属间化合物、特种金属材料和金属基复合材料等。
金属材料是人类最早发现和使用的材料之一，其应用历史可以追溯到数千年前的古代。
●合金定义
合金是指由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的具有金属特性的材料。
合金的特性使其在很多领域中具有广泛的应用价值。
常见的合金包括不锈钢、铸铁、铜合金、锌合金等。
●金属特性
金属具有许多独特的特性，使其在各种应用中具有不可替代的地位。
这些特性包括：
●高导电性：金属可以高效地传递电流，因此常用于制作电线和电缆。
●高导热性：金属可以快速地传递热量，因此常用于制作散热器和加热器。
●高延展性：金属可以通过锤打、拉伸、挤压等方式加工成各种形状，因此
常用于制作机械零件和饰品。
●高硬度：一些金属具有高硬度，可以用于制造切割工具和耐磨零件。
●抗氧化性：一些金属在高温下仍能保持其强度和稳定性，因此可以用于制
造高温设备。
金属用途
金属在各个领域中都有广泛的应用。
例如，钢铁用于制造建筑结构和机械零件，铝用于制造轻量化交通工具和包装材料，铜用于制造电线和管道系统，金和银用于制作饰品和艺术品等。
随着科技的发展，人们对金属材料的需求也在不断增加，对金属材料的性能要求也更加严格。
因此，新型的金属材料不断被研发和应用，以满足各种新的需求。
金属材料学
名词解释合金元素：特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。
（常用Me表示）微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。
奥氏体形成元素：在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ-Fe的元素C,N,Cu,Mn,Ni,Co,W等铁素体形成元素：在α-Fe中有较大的溶解度，且能α-Fe稳定的元素Cr，V，Si，Al，Ti，Mo等原位析出：指在回火过程中，合金渗碳体转变为特殊碳化物。
碳化物形成元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。
如Cr钢碳化物转变异位析出：含强碳化物形成元素的钢，在回火过程中直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，如V，Nb，Ti。
（Ｗ和Mo既有原味析出又有异位析出）网状碳化物：热加工的钢材冷却后，沿奥氏体晶界析出的过剩碳化物（过共析钢）或铁素体（亚共析钢）形成的网状碳化物。
水韧处理：高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性。
将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围，使碳化物完全溶入奥氏体，然后在水中快冷，使碳化物来不及析出，从而获得获得单相奥氏体组织。
（水韧后不再回火）超高强度钢：用回火M或下B作为其使用组织，经过热处理后抗拉强度大于1400 MPa （或屈服强度大于1250MPa）的中碳钢，均可称为超高强度钢。
晶间腐蚀：沿金属晶界进行的腐蚀（已发生晶间腐蚀的金属在外形上无任何变化，但实际金属已丧失强度）n/8规律：随着Cr含量的提高，钢的的电极电呈跳跃式增高。
即当Cr的含量达到1/8，2/8，3/8，……原子比时，Fe的电极电位就跳跃式显著提高，腐蚀也跳跃式显著下降。
这个定律叫做n/8规律。
黄铜： Cu与Zn组成的铜合金青铜： Cu与Zn、Ni以外的其它元素组成的铜合金白铜： Cu与Ni组成的铜合金灰口铸铁：灰口铸铁中碳全部或大部分以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色。
常见元素对金属材料性能的影响
常见元素对金属材料性能的影响金属材料是一类广泛应用于工程领域的材料，其性能和用途在很大程度上取决于其组成元素的种类和含量。
不同元素的添加可以显著改变金属材料的性能特点。
以下是一些常见元素对金属材料性能的影响：1.碳：碳是铁和钢的主要合金元素。
通过调节碳的含量，可以改变金属材料的硬度、强度和可塑性。
高碳含量可以提高材料的硬度和强度，但会降低其可塑性。
低碳含量可以增加材料的可塑性，但会减少其硬度和强度。
另外，碳也可以通过形成碳化物颗粒来改善金属的耐磨性能。
2.硅：硅常用于铸造和铸铁材料中。
添加硅可以提高铁的硬度和强度，同时降低其可塑性。
此外，硅还可以提高铸铁材料的耐磨性能和耐腐蚀性能。
3.锰：锰常用于合金钢中。
添加锰可以提高钢的强度和韧性，并改善其耐磨性能。
锰还可以提高钢的抗冲击性能和耐腐蚀性能。
4.铬：铬常用于不锈钢中。
添加铬可以增加钢材的耐腐蚀性能。
当铬含量达到一定水平时，钢材可以形成一层致密的铬氧化物表面层，防止进一步的氧化和腐蚀。
5.镍：镍常用于合金钢和不锈钢中。
添加镍可以提高合金钢的强度、硬度和耐腐蚀性能。
此外，镍还可以使不锈钢具有良好的韧性和延展性。
6.钼：钼常用于高强度钢和高温合金中。
添加钼可以显著提高钢材的强度、硬度和耐腐蚀性能。
此外，钼也可以提高金属材料的耐高温性能和抗蠕变性能。
7.铜：铜常用于青铜和黄铜等合金中。
添加铜可以提高材料的导电性和导热性，同时可以改善耐腐蚀性能。
铜还可以增加合金的可塑性和延展性。
8.铝：铝常用于铝合金中。
添加铝可以显著提高材料的强度和硬度，同时降低其密度。
铝合金具有良好的耐腐蚀性能和热膨胀性能。
除了以上列举的元素外，还有许多其他元素可以对金属材料性能产生影响，如钛、锆、钒、钢等。
不同元素的添加和合金化可以根据具体需要来调整金属材料的性能，以满足不同工程应用的要求。
通过合理的元素选择和合金设计，可以获得具有特定性能的金属材料，以满足不同领域的需求。
合金元素对钢的性能影响
合金元素对钢的性能影响合金是由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的材料。
将合金元素添加到钢中可以改变钢的性能。
这种改变可能包括增加钢的强度、硬度、耐腐蚀性能、热处理性能等。
本文将详细探讨合金元素对钢的主要性能影响。
一、合金元素对钢的强度和硬度的影响1.铬(Cr)：铬是一种常用的合金元素。
它可以提高钢的硬度和耐高温性能。
铬在钢中形成稳定的氧化层，可以防止钢发生锈蚀。
此外，铬还可以提高钢的强度，使其更难弯曲和变形。
2.锰(Mn)：锰是一种常见的合金元素。
它可以提高钢的强度、硬度和耐磨性能。
特别是在高温下，锰可以提高钢的硬度和强度，使其具有更好的耐磨性能。
3.钼(Mo)：钼是一种重要的强化元素。
它可以提高钢的强度、韧性和耐热性能。
钼可以在钢中形成硬质的碳化物，使钢具有更好的耐磨性和抗冲击性。
此外，钼还可以提高钢的耐高温性能。
4.钛(Ti)和铌(Nb)：钛和铌是常用的微合金元素。
它们可以提高钢的强度和硬度，同时也可以细化钢中的晶粒。
这些微合金元素还可以提高钢的高温强度和阻止钢的再结晶。
二、合金元素对钢的耐腐蚀性能的影响1.铬(Cr)：铬是一种重要的防腐蚀元素。
它可以在钢的表面形成稳定的铬氧化层，防止钢被氧化和锈蚀。
铬还可以提高钢的耐腐蚀性能，使钢适用于潮湿和腐蚀性环境。
2.镍(Ni)：镍也是一种常用的防腐蚀元素。
它可以提高钢的耐酸性和耐碱性，因为镍本身具有优异的化学稳定性。
镍还可以改善钢的韧性和抗磨性能。
3.铜(Cu)：铜可以提高钢的抗腐蚀性能。
它可以形成一层稳定的氧化膜，保护钢表面不受腐蚀。
此外，铜还可以提高钢的韧性和耐磨性能。
三、合金元素对钢的热处理性能的影响1.钼(Mo)：钼可以提高钢的热处理稳定性。
钼的加入可以使钢的晶界更加稳定，抑制晶粒长大，提高钢的热稳定性和热处理硬化能力。
2.钛(Ti)和铌(Nb)：钛和铌是常用的微合金元素，可以提高钢的热稳定性和抗热衰退性能。
它们可以在钢中形成稳定的碳化物，细化晶粒并防止晶粒长大。
合金结构钢中的合金元素量
合金结构钢中的合金元素量
合金结构钢是一种含有合金元素的钢铁材料，其合金元素的含量可以根据不同的合金钢种类和用途而有所不同。
一般来说，合金结构钢中的合金元素可以包括钼（Mo）、铬（Cr）、镍（Ni）、钒（V）、锰（Mn）、硅（Si）等。
这些合金元素的含量会根据具体的合金配方和钢材标准而有所差异。
钢材中的合金元素主要是为了改善钢的力学性能、耐磨性、耐腐蚀性等特性。
例如，加入钼可以提高钢的强度和硬度；铬可以增加钢的耐腐蚀性和耐磨性；镍可以提高钢的塑性和韧性。
因此，合金结构钢中的合金元素含量的确定需要根据具体的设计要求和性能指标来进行调配。
在一般情况下，合金结构钢中合金元素的含量一般在1%以下，具体含量会根据不同的牌号和标准有所不同。
例如，一些高强度合金结构钢中，钼的含量可能会达到1%以上，而一般的碳钢中合金元素的含量相对较低。
总的来说，合金结构钢中的合金元素含量是根据钢材的设计要
求和性能指标来确定的，不同的合金元素对钢材的性能影响也各有不同，因此具体的含量需要根据具体的材料要求来确定。
合金元素及其在合金中的作用
合金元素及其在合金中的作用合金是由两个或更多的金属元素或金属与非金属元素按照一定比例混合而成的固态材料。
在合金中，各个元素的作用是不同的，下面我将详细介绍几种常见的合金元素及其在合金中的作用。
1.镍（Ni）：镍是一种重要合金元素，常用于不锈钢、合金钢和高温合金中。
镍能够提高合金的抗腐蚀性能，使合金具有良好的耐酸、耐碱和耐海水腐蚀的能力。
此外，镍还可以提高合金的强度和韧性，增加合金的耐热性能。
2.铬（Cr）：铬是一种常见的合金元素，常用于不锈钢中。
铬能够增加合金的耐蚀性能，形成一层致密、不易被氧化的氧化铬膜，防止氧、水和其他腐蚀介质侵蚀基体材料。
此外，铬还能够提高合金的硬度和高温强度。
3.钼（Mo）：钼是一种高温合金的重要元素，常用于高速钢、硬质合金和高温合金中。
钼能够提高合金的硬度、强度和热稳定性，使合金在高温下仍然保持较好的机械性能。
4.钛（Ti）：钛是一种轻、强度高、耐腐蚀的合金元素，常用于航空航天、汽车、船舶和化工等领域。
钛能够提高合金的强度、刚性和耐腐蚀性能，同时具有较低的密度，可以减轻整个结构的重量。
5.铝（Al）：铝是一种轻量化、高强度的合金元素，常用于航空航天、汽车和建筑等领域。
铝能够提高合金的强度、硬度和耐热性能，同时具有较低的密度和良好的导热性能，使得合金更加轻量化和高效。
6.硅（Si）：硅是一种常见的合金元素，常用于铝合金和镁合金中。
硅能够提高合金的强度和耐磨性能，同时还能够改善合金的铸造性能和热处理性能。
7.钒（V）：钒是一种强化元素，常用于合金钢中。
钒能够提高合金的硬度、强度和耐磨性能，同时还能够在高温下保持较好的韧性和切削性能。
8.锰（Mn）：锰是一种重要的合金元素，常用于耐磨锰板、合金钢和不锈钢中。
锰能够提高合金的硬度、强度和耐磨性能，并且可以改善焊接性能、热处理性能和耐蚀性能。
总结起来，不同的合金元素在合金中起到的作用也不同，有的提高合金的抗腐蚀性能，有的提高合金的强度和硬度，有的提高合金的耐高温性能。
合金钢的主要合金元素
一般分类合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量＜5％），中合金钢（含量5％～10％），高合金钢（含量＞10％）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。
在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。
各国的合金钢系统，随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、硌钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。
调质钢 1．中碳型合金钢，合金元素含量较低；2．强度较高；3．用于高温螺栓、螺母材料等。
弹簧钢 1含碳量比调质钢高；2经调质处理，强度较高抗疲劳强度较高；3用于弹簧材料。
滚动轴承钢 1高碳型合金钢，合金含量较高；2具有高而均匀的硬度和耐磨性；3用于滚动轴承。
合金工具钢量具钢 1高碳型合金钢，合金元素含量较低；2具有高的硬度和耐磨性，机加工性能好，稳定性好；3用于量具材料。
特殊性能钢不锈钢 1低碳高合金钢；2抗腐蚀性好；3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。
耐热钢 1低碳高合金钢；2耐热性能好；3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。
低温钢 1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元素有高有低；2抗低温性好；3用于低温材料（专用钢为镍钢）。
根据碳化物的倾向分类合金钢根据各种元素在钢中形成碳化物的倾向，可分为三类：①强碳化物形成元素，如钒、钛、铌、锆等。
这类元素只要有足够的碳，在适当的条件下，就形成各自的碳化物;仅在缺碳或高不锈钢温的条件下,才以原子状态进入固溶体中。
合金元素作用
合金元素作用
合金是由两种或两种以上金属或金属与非金属元素混合而成的材料。
在工程领域中，合金具有许多重要作用，因为它们可以提高金属的物理和化学特性。
下面介绍合金元素的作用。
1. 提高强度和硬度
合金元素的添加可以提高金属的强度和硬度。
例如，钢经过高温淬火、淬透和回火，可以通过安排合理的合金成分，使其具有高强度、高弹性和高韧性。
2. 改善耐腐蚀性能
合金元素的添加也可以改善金属的耐蚀性能。
例如，不锈钢是一种含有铬、镍和其他合金元素的钢类，具有优异的耐腐蚀性，特别是在酸性和碱性环境中。
3. 提高耐磨性能
含有合金元素的金属材料通常具有良好的耐磨性能。
铜合金、钼合金、铬钼钢和淬火处理的高铬合金等都是可以用来制造机器和设备零件的优秀材料。
4. 提高热稳定性
通过添加稀有金属（如钽、铌和钨等）制造的合金，可以提高金属的高温强度和热稳定性。
这些合金常用于高温下的石化、核电、航空航天等行业。
5. 改善电导率和磁导率
某些合金元素的添加可以改善电导率和磁导率。
例如，铝合金中添加一些铜、镁等元素，可以增加其电导率；而由带有铬或钴合金制成的磁体，具有高磁导率和特定的磁特性。
总之，合金元素的添加可以提高金属的物理、化学和机械特性，从而使它们在各种工业领域中应用得更加广泛，这些领域包括汽车、航空航天、船舶、电子、精密机械、医疗器械等。
合金材料有哪些
合金材料有哪些合金材料是由两种或两种以上金属元素组成的材料，它具有优良的物理性能和化学性能，被广泛用于工业领域。
下面是几种常见的合金材料：1. 钢：钢是由铁和一定比例的碳组成，通常含有一些添加元素如锰、钢、镍等。
钢具有高强度、硬度和耐磨性，广泛应用于建筑、车辆、机械制造等领域。
2. 铝合金：铝合金是由铝和其他金属元素（如铜、锌、锰等）组成的合金。
铝合金具有较低的密度、良好的导电性和热传导性，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。
3. 铜合金：由铜和其他金属元素（如锌、锡、镍等）组成。
铜合金具有良好的导电性、导热性和抗腐蚀性，被广泛用于电子、化工、船舶制造等领域。
4. 镁合金：由镁和其他金属元素（如铝、锌、锰等）组成。
镁合金具有较低的密度、较高的强度和刚度，被广泛应用在航空航天、汽车制造等领域。
5. 钛合金：由钛和其他金属元素（如铝、钒、镍等）组成。
钛合金具有较低的密度、高强度和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、医疗等高端领域。
6. 镍基合金：由镍和其他金属元素（如铬、钛、铁等）组成。
镍基合金具有良好的耐热性、耐蚀性和高温强度，被广泛用于航空、化工、能源等领域。
7. 铁素体合金：由铁、钢和一些合金元素（如铬、钼、钒等）组成。
铁素体合金具有良好的强度、硬度和耐腐蚀性，被广泛应用于汽车、机械制造等领域。
8. 锡基合金：由锡和其他金属元素（如铅、铊、铝等）组成。
锡基合金具有低熔点和良好的焊接性能，被广泛应用于焊接、电子制造等领域。
除了上述常见的合金材料外，还有许多其他种类的合金材料，如镁铝合金、钴基合金、钨合金等。
每种合金材料都有其独特的优点，适用于不同的应用领域。