冲破传统的新型金属材料——非晶合金

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摘要：人类的生活中少不了一种材料，那便是金属。几千年来，我们一直使用着晶态金属材料，然而有一种新型金属材料，从力学、电磁学、化学乃至生物学方面来说性能均优于传统金属材料。它就是非晶合金。本文从非晶合金的结构定义与制备方法入手，介绍了该材料的一系列性能，以及其未来的发展方向和展望。

关键词：非晶合金新型材料优越性能

Abstract：There isa vital material in our life,which is called metal. For thousands of years, we have been using crystalline metallic materials, but there is a new type of metal materials, from mechanics, electromagnetics, chemistry and even biology,it performs much better than the traditional metal materials. Itsname is amorphous alloys. This article introduces a series of properties of the material from the structure definition and preparation of amorphous, as well as its future direction and prospects.

Keywords：amorphous alloy,new material,superior performance

金属材料是机械制造中的重要一员，也是人类生产生活不可分割的元素，小到日常用品，大到国防航天，无不使用到金属材料。它的发展亦是人类文明进步的见证。在大约8000年的金属材料使用历史中，人类使用的都是具有晶体结构的金属材料，直到20世纪后期，即1960年美国加州大学Duwez小组用快冷首次获得了非晶态的合金Au70Si30，1967年又最先得到了非晶合金Fe86P12.5C7.5，并发现非晶态合金具有许多常规晶态金属不可比拟

的优越性能，从此揭开了金属材料发展历史上新的一页。

1.什么是非晶合金

非晶态合金又称金属玻璃，具有短程有序、长程无序的亚稳态结构特征。固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内这种状态保持相对稳定。与晶态合金相比，非晶合金具备许多优异性能，如高强度，高弹性，良好的耐蚀性和优良的磁学性能等。同时，目前的非晶合金临界尺寸已达几个厘米，能够满足作为结构材料应用对尺寸的要求。作为集众多优点于一体的新型材料，非晶合金的迅速发展，为材料科研工作者和工业界研究开发高性能的功能材料和结构材料提供了十分重要的机会和巨大的开拓空间，此外，与之相关的大量基础科学研究也推动了人们对液体和玻璃材料的深入理解。

2.非晶合金的历史

1934年,德国的Kramer首次用热蒸发法制备出了非晶态合金。非晶材料最早的工业应用是1947 年Brenner 等用电解和化学沉积获得了Ni- P 和Co- P 的非晶薄膜, 并用作金属表面的防护涂层。1959年,美国物理学家Turnbull通过水银的过冷试验提出液态金属可以过冷到原

理平衡熔点以下而不产生形核与长大。根据他的理论,假如冷到足够程度，及使用最简单结构的液体也可以通过玻璃化转变。1960年,美国加州理工学院的Duwez小组发明了采用喷枪技术来急冷金属液体的

快速淬火技术在Au-Si合金中获得非晶态合金,从而开创了材料研究的新领域。

1969年,非晶合金的制备有了突破性进展,Pond等用轧辊法制备出长达几十米的非晶薄带。由于受到极高的临界冷却速率的限制,在一段时期内,只能得到丝、粉末或箔材等非晶合金。20世纪80年代前期,Turnbull等采用氧化物包覆技术制备出了厘米级的Pd-Ni-P非晶合金。在90年代初,A. Inoue等在日本东北大学成功发现了具有极低临界冷却速率的多元合金体系。

2003年橡树岭国家实验室的Lu和Liu 使Fe基非晶的尺寸从毫米推进到厘米级,最大直径可达12 mm,我国哈尔滨工业大学的沈军将Fe基块体非晶合金的尺寸提高到16 mm,2004年Johnson在Pt基合金系中发现了具有高压缩塑性的块体非晶

合金体系,他们研制的直径为3 mm的Pt

基合金的压缩塑性达到了20%,突破了过

去块体非晶合金压缩塑性一般小于2%的瓶颈。最近,中国科学院金属研究所的Ma 等发现了尺寸可达25 mm的Mg-Cu-Ag-Pd 非晶态合金。[1]

3.非晶合金的形成

影响非晶形成的因素主要有热力学

因素、动力学因素、结构学因素三点。

3.1热力学因素

在热力学上，非晶态是一种亚稳态，在相同温度下其对应的自由能既高于平衡条件下的晶态相，也高于非平衡过程的其他所有亚稳态，因为任何其他亚稳态相的形成都比非晶相更依赖于原子扩散和重排。

根据热力学基本原理，合金系统自液态向固态转变时自由能的变化可表述为：ΔG=ΔH－TΔS (1)。式(1)中T为温度，ΔH和ΔS分别表示从液相转变为固相的焓变和熵变。由于液相原子之间强烈的结合反应和各元素原子尺寸差，使得液相中存在短程有序和局部原子紧密堆垛结构，这种结构使得液固相之间熵变ΔS小，焓变ΔH 低，ΔG小。如果合金自液相发生结晶转变时的ΔG小，则转变过程中的热力学驱动力就小，就不容易发生结晶转变，而是更容易形成非晶态，即降低了结晶的驱动力，增大了合金的非晶形成能力。

3.2动力学因素

从动力学的观点来看, 讨论非晶态合金形成的关键问题, 不是材料从液态冷却时是否会形成非晶, 而是讨论在什么条件下, 能使液态金属冷却到非晶态转变温度以下而不发生明显的结晶, 或不发生可察觉到的结晶。从液态到固态的快速冷却过程中, 如果抑制了结晶过程的形核与长大, 就可以形成非晶。结晶过程的形核(I), 与线性长大速度(U)满足式(2)和(3):

其中: k1为形核动力学常数,k2为生长动力学常数, η为粘滞系数,b 为

几何因子, 对球状核;为约化温度, 可用公式(

其中

△T 为温度) , α为约化表面张力焓,

,β为约化熔解焓,

, R 为气体常数。从上式看出, η增大, I 和U 小有利于晶核

的形成, 大块非晶态合金液相中存在

大量异类原子局域偏聚结构及原子紧

密堆垛结构, 这些结构将大大增加液

相的粘度, 因此非晶形成能力增强。影

响形核率的主要因素为固液界面能,

即。结晶生长速率受合金熔化焓和

温度等因素综合影响, 的值对形

核过程中固液界面能有很大影响，当

>0.9 时形核率很低, 比较容易形成非晶态; 当<0.25 时, 无法

抑制结晶的形成。

3.3结构学因素

对非晶形成的可能性Inoue总结出三条实验规律：（1）合金由3种以

上组元构成；（2）各组元原子尺寸差

别较大，一般大于12%；（3）三个组

元具有负的混合热。大的原子尺寸差

及负的混合热可以增加深过冷熔体的

随机堆跺密度, 从而得到高的液固界

面能, 抑制结晶形核，也增大了长程范

围内原子的重排困难性，抑制了晶体

的生长，从而形成非晶态结构。目前

还没有关于非晶形成的完整理论来进

行合金成分设计和预测非晶形成能力，主要依靠大量实验探索。[2]

4.块体非晶合金的制备

大块非晶合金研究热潮的兴起正是

基于制备技术的突破。大块非晶合金的玻璃形成能力在以下情况会受到削弱:①多

组元合金成分偏离了共晶或近共晶成分点;②原材料的纯度不够高;③在母合金熔配或者是成形过程中引入了杂质; ④成形前母合金的过热度选择不合适。为了提高合金的玻璃形成能力, 所有制备大块非晶合金的方法都是根据上述四条优化制备

工艺。

早期非晶合金的制备主要采用快速

凝固法制备粉末，再将粉末压制或粘结成型。20世纪90年代初发现了具有极低临界冷却速率的合金系列后，直接从液相获得块体非晶固体逐渐流行。目前，块体非晶合金制备方法基本分为直接凝固法和

粉末固结成形法。

其中直接凝固法具体包括：水淬法，铜模铸造法，吸入铸造法，高压铸造，磁悬浮熔炼，单向熔化法等。粉末固结成形法是利用非晶合金特有的在过冷液相区

间的超塑成形能力，将非晶粉末加压固结成形。

粉末固结成形法只需制备低维形状

的非晶粉末，因此可以在一定程度上突破块体非晶合金尺寸上的限制，是一种极有前途的块体非晶合金的制备方法。进行非晶粉末固结成形的粉末冶金技术通常有

热压烧结、热等静压烧结等。

5.非晶合金材料的性能与应用

5.1力学性能

非晶合金与普通金属材料相比，有突出的高强度、高韧性和高耐磨性。

而且非晶合金的铸造性能很好，铸造

缺陷少，表面光洁度高，不需要经过

机械加工便可直接得到零件。

非晶合金的另一大显著特点是与

众不同的脆性。它在断裂过程中不像

一般的金属有一个较长的屈服阶段，

它的断裂是脆断，从应力应变曲线上

来看就是没有塑性变形的过程。

非晶合金的高强度和弹性使它常

常被用来制造高尔夫球棒的头部，比

钛合金击球距离远30码；其高耐磨性则被应用于高耐磨音频视频磁头。小

到高尔夫球杆、钓鱼竿，大到军工、

航空航天业的特殊部件零件，都有非

晶合金的身影。

5.2电学性能

非晶金属的电阻率较同种普通金

属材料要高，因此常常被应用于变压器。因为变压器铁芯利用这一点可以

降低铁损。在某些特定温度下，非晶

合金的电阻率会急剧下降，利用这一

特点人们设计了特殊用途的功能开关，还可利用其低温超导现象开发非晶超

导材料。然而目前人们对非晶合金的

电学性能了解较少，有待进一步研发。

5.3磁学性能

非晶合金原子排列无序，没有各

向异性，具有高的导磁率，是优良的

软磁材料。

非晶软磁材料在我们的生活中处

处都发挥着作用。比如潜藏在图书馆、超市的书或物品中，形成隐藏的报警

机制。由于铁基非晶合金具有高饱和

磁感应强度和低损耗的特点，现代工

业多用它制造配电变压器，铁芯的空

载损耗比硅钢铁芯降低60%-80%，具

有显著的节能效果。应用非晶态合金配电变压器所带来的巨大节能效益意

味着可以通过节能减少新建电厂的数量,同时减少新建电厂对环境的污染,

从这个意义上讲,非晶合金被誉为绿色材料。

非晶合金铁芯还广泛地应用在各

种高频功率器件和传感器件上。如今,电力电子器件正朝着高效、节能、小

型化的方向发展,新的科技发展方向对磁性材料也提出了新的要求。于是,一种体积小、重量轻的非晶态软磁材料

以损耗低、导磁高的优异特性正逐步

代替一部分传统的硅钢、坡莫合金和

铁氧体材料,成为目前研究最深入、应用领域最多、最引人注目的新型功能

材料之一。[3]

5.4化学性能

研究表明，非晶合金对某些化学

反应具有明显的催化作用，可以用作

化工催化剂，某些非晶合金通过化学

反应可以吸收和放出氢，可以用作储

氢材料。而且由于没有晶粒和晶界，

非晶合金比晶态合金更耐腐蚀，可以

成为化工、海洋等一些易腐蚀环境中

应用设备的首选材料。

5.5生物学性能

高生物兼容性是医学上修复移植

和制造外科手术器件的一个重要指标。块体非晶合金具有较高的生物兼容性，可用于手术刀、人造骨头、人造牙齿、体内生物传感材料等的制造。

在微型医疗设备方面，过去这些

设备的关键零件大豆采用不锈钢制造，不仅强度和耐磨性达不到要求，而且

加工困难。有了非晶合金后，不仅可

以制造更小更精细的零件，它们的机

械性能还远远高于传统金属零件。[4] 6.非晶合金的研究现状与展望

近些年来，非晶态金属材料与急冷技术已成为材料领域的一个前沿学科而得到迅速的发展，至今已有数不胜数的非晶合金被研制出来，非晶态金属是目前人们所知的强度最高、韧性最好、最耐腐蚀和最易磁化的金属材料，有人把非晶态金属视为20世纪金属材料的新里程碑，有一定的道理。

然而目前所生产的非晶合金基本都是带材，这就大大限制了非晶合金的应用范围。现在人们正致力于块体非晶合金的研究和开发，并在非晶形成的机理方面取得了长足的进步，认识到非晶形成的临界条件不完全是冷却速度本身，而是取决于冷液达到亚稳态的程度，过冷的大小衡量了非晶的形成能力，它与构成合金的组成有关。

随着社会的进步和生产的发展，非晶合金涉及的领域将越来越广，与之相关的功能材料、结构材料以及一些特殊材料将不断涌现，对非晶合金的需求量也越来越多，要求也将越来越高。在制备块体非晶合金方面，需要新技术新设备的发明与产生，还要考虑如何在达到生产目的的同时提高生产效率，如何提高块体合金非晶结构的稳定性，以及如何推动高性能非晶块体材料的实际应用进程等。材料的发展很大程度上依赖于其制备技术的进步,材料的商业应用又受制于其工业化制备技术的成熟和规范。

在今后的发展道路上，块体非晶合金很有可能与纳米晶材料紧密联系，研究与之相关的功能材料和特殊材料具有重要

的意义。

参考文献

[1] 张晓立,王金相,孙宇新,刘家骢. 块体非晶合金的应用与研究进展[J]. 科学技术与工程. 2007(24)

[2]闫相全,宋晓艳,张久兴. 块体非晶合金材料的研究进展[J]. 稀有金属材料与工程. 2008(05)

[3] 张志,孙楠,许泽兵. 非晶合金发展及制备[J]. 科技信息(科学教研). 2007(26)

[4]胡壮麒,张海峰. 块状非晶合金及其复合材料研究进展[J]. 金属学报. 2010(11)

新型无机非金属材料有哪些

新型无机非金属材料有哪些新材料全球交易网新型无机非金属材料有哪些？“新材料全球交易网”收集整理最全新型无机非金属材料知识点。更多增值服务，请关注“新材料全球交易网”。一、重要概念 1、新型无机非金属材料（1）是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。（2）包括以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 2、陶瓷（1）从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。（2）从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。 3、玻璃（1）狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机非金属物质。（2）一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃（具有玻璃转变温度 Tg）。玻璃转变温度：玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。具有Tg的非晶态新型无机非金属材料都是玻璃。 4、水泥凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，能在空气或水中硬化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 5、耐火材料耐火度不低于1580℃的新型无机非金属材料 6、复合材料由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料（1）可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石）（2）弱塑性原料：叶蜡石、滑石（3）非塑性原料：减塑剂——石英；助熔剂——长石 3、坯料的成型的目的

金属材料性能

金属材料性能金属材料是指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）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。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。金属材料特质 1.塑性塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。 2.硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一

常见金属材料的介绍

常用金属材料 1、钢的分类钢的分类方法很多，常用的分类方法有以下几种： 1）按化学成分碳素钢可以分为：低碳钢（含碳量<0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%?0.6%）、高碳钢（含碳量>0.6%）;合金钢可以分为：低合金钢（合金元素总含量<5% ）、中合金钢（合金元素总含量5%?10%）、高合金钢（合金元素总含量>10%）; 2）按用途分结构钢（主要用于制造各种机械零件和工程构件）、工具钢（主要用于制造各种刀具、量具和模具等）、特殊性能钢（具有特殊的物理、化学性能的钢，可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢等） 3）按品质分普通碳素钢（P W 0.045% S<0.05% ）、优质碳素钢（P W 0.035% S <0.035% ）、高级优质碳素钢（P W 0.025% S <0.025%） 2、碳素钢的牌号、性能及用途常见碳素结构钢的牌号用“Q+数字”表示，其中“Q”为屈服点的“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服强度的数值。若牌号后标注字母，则表示钢材质量等级不同。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示钢的平均含碳量的质量分数的万分数，例如，20钢的平均碳质量分数为0.2%。表1 —1常见碳素结构钢的牌号、机械性能及其用途 3、合金钢的牌号、性能及用途为了提高钢的性能，在碳素钢基础上特意加入合金元素所获得的钢种称为合金钢。

合金结构钢的牌号用“两位数（平均碳质量分数的万分之几） +元素符号+数字（该合金元素质量分数，小于 1.5%不标出；1.5%?2.5%标2; 2.5%?3.5%标3,依次类推）”表示。对合金工具钢的牌号而言，当碳的质量分数小于 1%,用“一位数（表示碳质量分数的千分之几）+元素符号+数字”表示；当碳的质量分数大于1%时，用“元素符号+数字”表示。（注: 高速钢碳的质量分数小于 1%，其含碳量也不标出）表1 — 2常见合金钢的牌号、机械性能及其用途 4、铸钢的牌号、性能及用途铸钢主要用于制造形状复杂，具有一定强度、塑性和韧性的零件。碳是影响铸钢性能的主要元素，随着碳质量分数的增加，屈服强度和抗拉强度均增加，而且抗拉强度比屈服强度增加得更快，但当碳的质量分数大于 0.45%时，屈服强度很少增加，而塑性、韧性却显著下降。所以，在生产中使用最多的是 ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570三种。表1 — 35、铸铁的牌号、性能及用途铸铁是碳质量分数大于 2.11%，并含有较多Si 、Mn 、S 、P 等元素的铁碳合金。铸铁的生产工艺和生产设备简单，价格便宜，具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛, 是工程上最常用的金属材料之一。铸铁按照碳存在的形式可以分为：白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁；按铸铁中石墨的形态可以分为：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。

机械加工常用金属材料及特性

简介：1. 45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。应用举例 1. 45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。 2. Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢。主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。 3. 40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。 4. HT150——灰铸铁。应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等 5. 35——各种标准件、紧固件的常用材料主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件 6. 65Mn——常用的弹簧钢。应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。 7. 0Cr18Ni9——最常用的不锈钢（美国钢号304，日本钢号SUS304）特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛，如食品用设备，一般化工设备，原于能工业用设备 8. Cr12——常用的冷作模具钢（美国钢号D3，日本钢号SKD1) 特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12钢碳含量高达2.3%，所以冲击韧度较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物；Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等

新型无机非金属材料.doc

新型无机非金属材料课题：教学重点：的特点。教学过程：引言：能源、信息、材料是文明的三大支柱。而能源问题的解决和信息社会的飞速发展都是以材料的突破为前提的。材料与我们的生活密切相关，是人类社会生活中不可缺少的物质基础，它们在现代电子、航天航空等尖端科学中应用广泛。人类使用和制造材料有着悠久的历史，制造出的第一种材料是陶。设问：提出问题，让学生讨论。 1.玻璃刀能划玻璃靠的是什么材料？（刀头上的金刚石） 2.手表中的"钻"指的是什么材料的多少？（人造红宝石） 3.煤气炉中电子打火靠的是什么材料？（压电陶瓷） 4.信息高速公路是依靠什么材料来铺设的？（光导纤维）板书：第三节新型无机非金属材料材料包括很多种，可以把它们分类：投影：一、材料的分类和特点： 1．材料可分为：无机非金属材料传统无机非金属材料如：水泥、玻璃、陶瓷新型无机非金属材料如：高温结构陶瓷、光导纤维金属材料如：fe、cu、al、合金等。

高分子材料如：聚乙烯、聚氯乙烯讲解：今天，我们主要学习和了解的是新型无机非金属材料。请看课本中的有关内容，可以讨论，交流，也可以起来发言。注意总结出要点。交流并及时小结：1．传统的硅酸盐材料有什么优、缺点？优点：抗腐蚀、耐高温；缺点：质脆、经不起热冲击。 2．新型无机非金属材料有哪些特性？ ①承受高温，强度高。②具有光学特性。③具有电学特性。④具有生物功能。板书：二、新型无机非金属材料简介新型无机非金属材料很多，现列举几种：压电材料；磁性材料；导体陶瓷；激光材料，光导纤维；超硬材料（氮化硼）；高温结构陶瓷；生物陶瓷（人造骨头、人造血管）等等。今天，我们主要了解其中的两种高温结构陶瓷和光导纤维。板书： (一)、高温结构陶瓷 1．氧化铝陶瓷展示：高压钠灯。外罩是玻璃，里面的灯管是氧化铝陶瓷，是一种高温结构材料。高压钠灯内温度高达1400℃，同时钠蒸气具有很强的腐蚀性。展示：坩埚、高温炉管。让学生概括出氧化铝陶瓷的主要性能和用途。可以看书、交流。讲解：性能：熔点高、硬度大、透明、耐高温；用途：坩埚、高温炉管、刚玉球磨机、高压钠灯管管

新型金属材料制备与应用前景

新型金属材料制备与应用前景冶金115 05 李凌云摘要：有色金属是高技术发展的支撑材料，产业关联度高达90％以上。新世纪以来，物质科学、材料科技、生命科学、信息科技等领域都酝酿着巨大的发展突破，无疑将为有色金属的应用开辟广泛空间。未来，有色金属工业将同全球产业革命息息相关。本文将介几种新型金属材料的制备与应用前景。关键词：金属新材料制备应用金属是人类使用的最多，最悠久的材料之一。随着时代的发展和技术的进步，人们对与金属材料的要求也越来越高，特种金属功能材料是指具有独特的声、光、电、热、磁等性能的金属材料。新型金属材料的制备和应用技术在当下有着越来越重要的地位。下面就来介绍几种新型金属材料。 1形状记忆合金的发展、制备与应用前景 1.1形状记忆合金的发现与发展纵观形状记忆合金的发展，与钢铁、铝合金等广泛使用的金属相比，形状记忆合金是一种具有感知和驱动能力的新型功能材料，其应用的最大价值在于“记忆”效应(Shape Memory Effect，简称SME)。“记忆”效应的发现最早要追溯到1932年，由瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到。合金的形状在某一温度下受外力被改变，当外力去除时，仍保持变形后的形状，但一旦加热到一定的跃变温度时，材料又可以自动回复到原来的形状，似乎对以前的形状保持记忆，这种特殊功能的合金称为形状记忆合金(Shape memory Alloy．简称SMA)。形状记忆效应是指形状记忆合金材料在完全母相状态下定型，然后冷却到一定温度形成完全马氏体，将马氏体在该温度下施加变形，使它产生残余变形，如果从变形温度加热，伴随逆相变，就可以使原来存在的残余变形消失，并回复到母相所固有的形状，仿佛合金记住了母相状态所赋予的形状。当马氏体变形后经逆相变，能恢复母相形状的称为单程形状记忆效应。有的材料经适当“训练”后，不但对母相形状具有记忆，而且在再次冷却时能恢复马氏体变形后的形状，称为双程形状记忆效应。形状记忆效应被发现之后，人们从未停止过对记忆效应微观原理的探索，并逐步利用这一特性来应用于特殊的场合。形状记忆合金最早应用于工业生产是在1969年，人们采用了一种与众不同的管道接头装置。为了将两根需要对接的金属管连接，选用转变温度低于使用温度的某种形状记忆合金，在高于其转变温度的条件下，做成内径比对接管子外径略微小一点的短管（作接头用），然后在低于其转变温度下将其内径稍加扩到该接头的转变温度时，接头就自动收缩而扣紧被接管道，形成牢固紧密的连接。据外国资料介绍，美国的F-14战斗机使用了10万个以上的类似这样的接头来连接液雁管道，从未发生过漏油、脱落或破损事故。应用最早也最广泛的形状记忆合金是镍钛形状记忆合金，但为了进一步提升合金其他方面的性能，诸如耐高温性能、抗疲劳性能等，人们向铁镍合金中不断尝试添加其他元素，从而进一步研究开发了钛镍铁、钦镍铜、钛镍铬等新的镍钛系形状记忆合金。除此以外，其他种类的形状记忆合金也相继问世，如铁系合金、铜锌系合金、铜镍系合金等。人们还通过改变形状记忆合金的组织结构来获得某一优良性能，如多孔镍钛形状记忆合金，其组织内数量巨大的晶界（包括孪晶晶界）和内部大量的微孔结构使得合金具备了优于一般合金材料的阻尼特性，从而能够应用于减震装置。 1.2形状记忆舍金的制备方法 1.2.1自蔓延高温合成法自蔓延高温合成法也称燃烧合成法，其实质是燃烧合成。具体流程是将按一定比例配置好的合金元素粉末均匀混合，并施加压力形成一定的形状后，

无机非金属材料的应用现状与发展趋势

非金属材料的应用现状与发展趋势无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。无机非金属材料工程是材料学中的一个专业。无机非金属材料工程是为了培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。本专业学生主要学习无机非金属材料及复合材料的生产过程、工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及生产条件间的关系，具有材料测试、生产过程设计、材料改性及研究开发新产品、新技术和设备及技术管理的能力。我国无机非金属材料工业的发展中存在很多问题，特别是传统的无机非金属材料与国外先进水平有非常大的差距，主要有： (1) 产品等级低在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。例如：发达国家的水泥熟料强度一般都在70MPa以上，而我国平均强度仅为50 MPa。我国高等级水泥（ISO≥）仅占18%，大量生产的是中、低等级水泥（ISO≤），而很多发达国家的高等级水泥占90％以上。 (2) 资源消耗高在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，未能充分利用有限资源，造成了极大浪费。例如：生产水泥熟料的主要原料是相对优质的石灰石，其化学成份须满足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。我国符合水泥生产要求，可以使用的量仅约250亿吨。目前每年生产水泥消耗的优质石灰石约亿吨，因此该储量仅可生产水泥熟料约200亿吨，仅能提供约40年的水泥生产

第十三章材料与成形工艺的选择原则

第十三章材料与成形工艺的选则 ●一个机械零件要实现其应有的功能，主要由两方面的因素决定：一是零件结构（形状、尺寸、精度、表面质量等），二是零件材料。零件设计不仅是结构设计，也包括材料选用。 ●选材对零件质量和工作寿命至关重要，影响零件生产成本和产品经济效益，复杂有难度工作，必须全面综合考虑。

第一节材料与成形工艺的选择原则 ●满足使用性能要求，兼顾工艺性、经济性和环保性。 ●一、使用性能足够的原则 ●指所选用的材料制造出的零件必须满足其使用性能要求，在规定的使用期内正常工作。使用性能零件设计功能的必要条件，选材最主要因素。首要的任务要准确判断零件所要求的主要使用性能有哪些。 ●选用材料使用性能要求，是在分析零件工作条件和失效形式的基础上提出的。

●零件的工作条件包括： ●（1）受力状况，主要有受力大小，受力形式（拉伸、压缩、弯曲、扭转以及摩擦力等），载荷类型（静载、动载、交变载荷等）及其分布特点等； ●（2）环境状况，包括工作温度和介质情况（如高温、常温、低温、有无腐蚀等）； ●（3）特殊要求，例如要求导电性、导热性、磁性、密度、外观等。

●当材料的使用性能不能满足零件工作条件的要求时，零件就以某种形式失去其应有的效能（即失效，如磨损失效）。 ●机械零件所要求的使用性能主要是材料的力学性能。 ●针对零件的具体工作条件和主要失效形式考虑对零件尺寸和重量的要求或限制及零件的重要程度（重要件有较高的安全系数），确定零件材料应具有的主要力学性能和分析计算将其转化为相应的力学性能指标，适当考虑物理、化学性能判据，作为选材基本依据。

●常用力学性能判据：一类直接用于设计计算如σs、σb、σ-1、E、KIC等；一类不直接用于计算，根据经验而间接确定零件性能，如δ、ψ、ak等。 ●后一类性能判据往往是作为保证安全的性能判据，其作用是增加零件的抗过载能力和使用安全性。 ●硬度判据（如HBS、HRC、HV等）不能直接用于计算，但它在确定的条件与其它性能判据（如强度、塑性、韧性、耐磨性等）密切相关，且试验方法简便、迅速、不破坏零件，习惯在零件的技术要求中以标注硬度值来综合反映对其力学性能的要求，同时应注明材料的处理状态。 ●注意解决好材料的强度和塑性、韧性合理配合。

新型金属材料

新型金属材料 1、金属材料的结构与一般特性用于土木、建筑工程的金属材料主要有：①建筑钢材的使用量最大，其产品形式有型材、板材、管材和线材； ②不锈钢主要用于厨房设备、卫生洁具和建筑装饰； ③铝及铝合金质量轻，耐腐蚀性强，装饰性能好，主要用于门窗、室内外装修、装饰； ④幕墙材料和金属器具； ⑤铜的价格较贵，只限于建筑五金、门窗和家具的装饰或金属器件，用量很少。（1）金属材料的结构在结晶粒子的内部，金属原子按照一定的规律在三维方向上呈规则排列，其排列规律可以用空间格子来描述，叫做晶格。熔点：1535℃，呈液态；

1535-1390℃：体心立方晶格，称为δ-Fe； 1390-910℃：面心立方晶格，称为γ-Fe，伴随着体积收缩；＜910℃：体心立方晶格，称为α-Fe，伴随着体积膨胀。同一种类的金属在不同的温度下其晶格排列方式可能不同，这种现象叫做金属的同素异构体。利用金属在不同温度下的同素异构性，可对金属进行热加工处理，以获得不同性质的金属材料。绝大多数晶体都是10-100μm的晶粒组成的多晶体，晶粒之间的界面叫做晶界面。特殊热处理后可变小。晶粒越细小，晶界的面积越大，材料受力时的韧性、变形均匀性和抵抗破坏的性能越好，合金化也是一个途径。

按添加元素的位置分为： ①侵入型固溶体； ②置换型固溶体； ③析出物。晶体的有序排列遭到破坏，晶格缺陷的形式有点缺陷、线缺陷和面缺陷等。将间隙原子或置换原子地加入到金属材料结构中，就形成了材料固溶强化；位错的存在降低金属材料的强度，降低2-3个数量级，同时提高金属的塑性变形性能；晶界面越多，金属的强度越高、性能均匀性越好。（2）建筑钢材的成分及其对性能的影响①钢材的主要化学成分是铁元素和碳元素，其中碳元素的含量在0.02％－2.0％的范围； ②如果碳含量大于2.0％则称为生铁，生铁坚硬，但呈脆性，不能承受冲击荷载的作用

(完整版)金属材料常识简介

金属材料常识简介一、钢： 1. 钢与铁的区别主要在含碳量上，一般含碳量在 2.11%以下的铁碳合金称为钢；一般含碳量在2.11%以上的铁碳合金称为铁。 2. 钢的分类：按照化学成分分为碳素钢、中低合金钢、高合金钢。按冶炼工艺分为平炉钢、转炉钢、电炉钢、感应炉钢、电渣炉钢等。按脱氧程度分为镇静钢（脱氧完全的钢）、半镇静钢（脱氧较完全的钢）、沸腾钢（脱氧不完全的钢）按用途分为结构钢、工具钢、特殊性能钢。结构钢用于制造工程结构和机械零件。工程结构用钢一般属于低碳钢范围内，在轧制或正火状态下使用，很少进行热处理，适用于焊接。机械零件用钢大多需要进行热处理。二、碳素钢 1．碳素钢分类按碳的质量分数又可分为低碳钢(＜0.25%）；中碳钢(＝0.25％～0.60％)；高碳钢（＞0.60％)。按钢的冶金质量和钢中有害杂质元素硫、磷的质量分数分普通质量钢；优质钢；高级优质钢。普通质量钢又分为只保证化学成分不保证机械性能的和只保证机械性能不保证化学成分的两种。 2 、钢的编号（1）普通碳素结构钢碳素结构钢牌号表示方法由代表屈服点屈字的汉语拼音字母、屈服极限数值、质量等级符号及脱氧方法符号四个部分按顺序组成。牌号中Q表示“屈”；A、B、C、D表示质量等级，它反映了碳素钢结构中有害杂质（S、P）质量分数的多少，（C、D）级硫、磷质量分数最低、质量好，可作重要焊接结构件。例如Q235AF，即表示屈服点为235N／mm2、A等级质量的沸腾钢。D级质量最好，A级最差。普通碳素结构钢的硫、磷含量较多，但由于冶炼容易，工艺性好，价格便宜，

在力学性能上一般能满足普通机械零件及工程结构件的要求，因此用量很大，约占钢材总量的70％。（2）优质碳素结构钢其牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍。例如45钢，表示平均ωc =0.45%；08钢表示平均ωc =0.08%。优质碳素结构钢按锰的质量分数不同，分为普通锰钢(ωMn＝0.25%～0.80%)与较高锰的钢(ωMn=0.70%～1.20%)两组。较高锰的优质碳素结构钢牌号数字后加“Mn”，如45Mn。优质碳素结构钢S、P含量较低，非金属夹杂物也较少，因此机械性能比碳素结构钢优良，被广泛用于制造机械产品中较重要的结构钢零件，为了充分发挥其性能潜力，一般都是在热处理后使用。 08F、10F钢的碳的质量分数低，塑性好，焊接性能好，主要用于制造冲压件和焊接件。 15、20、25钢属于渗碳钢，这类钢强度较低，但塑性和韧性较高，焊接性能及冷冲压性能较好。可以制造各种受力不大，但要求高韧性的零件；此外还可用作冷冲压件和焊接件。渗碳钢经渗碳、淬火十低温回火后，表面硬度可达60HRC以上，耐磨性好，而心部具有一定的强度和韧性，可用来制作要求表面耐磨并能承受冲击载荷的零件。 30、35、40、45，50、55钢属于调质钢，经淬火十高温回火后，具有良好的综合力学性能，主要用于要求强度、塑性和韧性都较高的机械零件，如轴类零件，这类钢在机械制造中应用最广泛，其中以45钢更为突出。 60、65，70钢属于弹簧钢，经淬火十中温回火后可获得高的弹性极限、高的屈强比，主要用于制造弹簧等弹性零件及耐磨零件。优质碳素结构钢中较高锰的一组牌号(15Mn~70Mn)，其性能和用途与普通锰的一组对应牌号相同，但其淬透性略高。

几种新型金属材料

几种新型金属材料（1）形状记忆合金形状记忆合金是在60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金。首先将预先加工成某一形状的这种NT合金，在300℃～1000℃高温下热处理几分钟至半小时，这样NT合金就会记忆住被加工成的形状。以后在室温下无论形状怎样变化，一旦将它的温度升至一定温度时，它就会恢复成原来被加工成的形状。形状记忆合金的结构尚未完全探明，为什么金属会记住某些固定形状的问题也还没有完全搞清楚。据科学家推测，金属的结晶状态，在被加热时和冷却时是不同的，虽然外表没有变化，然而在一定温度下，金属原子的排列方式会发生突变，这称为“相变”。能引起记忆合金形状改变的条件是温度。分析表明，这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。如含有Ti和Ni各为50％的记忆合金，有两种晶体结构，一种是菱形的，另一种是立方体的，这两种晶体结构相互转变的温度是一定的。高于这一温度，它会由菱形结构转变为立方体结构；低于这一温度，又由立方体结构转变为菱形结构。晶体结构类型改变了，它的形状也就随之改变。具有这种形状记忆效应的合金，除镍钛合金外，还先后发现铜-锌、金-镉、镍-铝等约20种合金，其中“记忆力”最好的是NT合金。形状记忆合金的应用范围广泛，除了可用于温度控制装置、集成电路引线、汽车零件与机械零件外，由于其与生物体的相容性好、耐蚀性强，还可用于骨折部位的固定、人造心脏零件、牙齿矫正等医用材料。由于NT合金成本昂贵，目前正在研制廉价的铜系形状记忆合金。（2）磁性材料在许多过渡金属元素和它们的化合物中，由于有未成对的d电子存在，所以具有顺磁性，可以被磁场所吸引。Fe、Co、Ni等金属则具有铁磁性，铁磁性物质和顺磁性物质一样，也会被磁场所吸引，但磁场对铁磁性物质的作用力要比顺磁性物质大得多。同时，铁磁性的固体物质在磁场中被磁化以后就已经永磁化了，也就是说，在外加磁场不存在时仍保留磁性。而顺磁性物质只有在外加磁场存在时才表现出磁性。并不是所有含未成对电子的金

无机非金属材料工程专业介绍及就业前景

无机非金属材料工程专业介绍及就业前景无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。成分结构在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一，硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。应用领域无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。它们产量大,用途广。其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。主要有先进陶瓷(advanced ceramics)、非晶态材料(noncrystal material〉、人工晶体〈artificial crys-tal〉、无机涂层(inorganic coating)、无机纤维(inorganic fibre〉等。传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较传统无机非金属材料新型无机非金属材料具有性质稳定，抗腐蚀耐高温等优点，但质脆，经不起热冲击。除具有传统无机非金属材料的优点外，还有某些特征如：强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。业务培养目标：本专业培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在

(完整版)高性能金属新材料

高性能金属新材料（特种金属功能材料、高端金属结构材料）一、金属类新材料金属新材料按功能和应用领域可划分为高性能金属结构材料和金属功能材料。高性能金属结构材料指与传统结构材料相比具备更高的耐高温性、抗腐蚀性、高延展性等特性的新型金属材料，主要包括钛、镁、锆及其合金、钽铌、硬质材料等，以及高端特殊钢、铝新型材等。金属功能材料指具有辅助实现光、电、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金属能源材料、催化净化材料、信息材料、超导材料、功能陶瓷材料等。与其他材料相比，稀土具有优异的光、电、磁、催化等物理特性，近年来在新兴领域的应用急速增长，其中永磁材料是稀土应用领域最重要的组成部分，2009年永磁材料占稀土新材料消费总量的57%。在国家新兴产业政策的推动下，新能源汽车、风力发电、节能家电等领域将拉动稀土永磁材料钕铁硼磁体的需求出现爆发式增长。建议重点关注钕铁硼行业龙头中科三环、宁波韵升，以及稀土资源类企业包钢稀土、厦门钨业等。钢铁材料、稀有金属新材料、高温合金、高性能合金是属于金属类工程结构材料。 ①、钢铁材料和稀有金属新材料钢铁材料提高钢材的质量、性能，延长使用周期，在钢铁材料生产中，应用信息技术改造传统的生产工艺，提高生产过程的自动化和智能化程度，实现组织细化和精确控制，提高钢材洁净度和高均匀度，出现低温轧制、临界点温度轧制、铁素体轧制等新工艺。稀有金属新材料指高强、高韧、高损伤容限钛合金，以及热强钛合金、锆合金、难熔金属合金、钽钨合金、高精度铍材等。 ②、高温合金和高性能合金高温结构材料主要种类包括：高温合金、粉末合金、高温结构金属间化合物，以及高熔点金属间化合物等。二、高性能结构材料从世界上新材料的发展趋势看，钢铁材料和有色金属材料的生产一直在向短流程、高效率、节能降耗、洁净化、高性能化、多功能化的方向发展。结构材料其主要功能是承担负载（如火车、汽车、飞机）。汽车用钢近年来已从一般钢铁发展为使用高强合金钢、铝合金或特殊的高强Mg基合金，高强Ti合金在高强钢中有重要位置，不锈钢则有取代碳钢的趋势。用于军用飞机的Al合金及一般钢材则被先进的Ti合金及高分子基复合材料所取代。进一步还需要发展碳纤维增强复合材料或Al基复合材料。结构材料的主体有：（1）钢铁钢铁材料，特别是具有多相结构和复杂成分的优质钢具有重要的应用前景和潜在优势，需要开展相应的基础研究。联系微米和纳米技术的纳米层间结构、织构以及晶界和界面都可视为改善钢铁材料的重要途径。（2）Al合金 Al基材料及相应的沉淀硬化效应导致高强铝合金的出现，相关技术工艺已发展为“沉淀科学”，它涉及“相”间晶体结构的匹配性以及合金的稳定性，特别是时效合金的稳定性直接影响航空或空间应用，因此可视为Al合金基础研究中的重要问题。（3）Mg合金镁及镁合金广泛应用于冶金、汽车、摩托车、航空航天、光学仪器、计算机、电子与通讯、电动、风动工具和医疗器械等领域。镁合金是最轻的工程结构材料，以其优良的导热性、减振性、可回收性、抗电磁干扰及优良的屏蔽性能等特点，被誉为新型“绿

新型无机非金属材料

新型无机非金属材料材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类进步的里程碑。历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子（如塑料等）、单晶材料，每一种新型材料的研制成功，都引起人类文化和生活的新变化。没有半导体材料，便不可能有目前的计算机技术；没有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有今天的宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没有现代的光通讯；没有有机高分子材料，人们的生活也不可能像今天这样丰富多彩。下面我将介绍一下新型无极非金属材料：一般无机非金属材料具有耐高温、高硬度和抗腐蚀等优良工程性能，其主要缺点是抗拉强度低、韧性差。现代科学技术的发展，要求材料具有强度高、耐腐蚀、耐高温和其他一些特殊性能，这大大促进了无机非金属材料的发展，使无机非金属材料领域除使用传统的硅酸盐材料外，出现了氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷等许多具有特殊性能的新型材料，广泛应用于建筑、冶金、机械及尖端科技领域。下面我从几个例子来了解一下新型无机非金属材料的一些高性价比的特性。结构材料——高温结构陶瓷高温结构陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化的优良特性，与之相比的技术材料就捉襟见肘：易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用。 2)功能材料——光导纤维（光纤）光导纤维的主要特性：抗干扰性能好，不发生辐射；通讯质量好；质量轻、耐腐蚀。除用于通讯外，还用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等。是高质量传导光的玻璃纤维，信息高速公路的“基石” 与普通电缆相比光纤光缆具有无与伦比的优势：信息量大,每根光纤理论上可同时通过10亿路电话，而普通电缆8管同轴电缆每条通话1800路；光纤光缆原料来源广(石英玻璃),节约有色金属，而普通电缆呢，资源较少；光纤光缆质量小,每公里27 g,不怕腐蚀,铺设方便，而普通电缆每公里1.6 t；光纤电缆成本低,每公里1万元左右，而普通光缆每公里20万元；更有优势的地方是性能好,抗电磁干扰保密性强,能防窃听,不发生电辐射。 3) c族元素

常用金属材料介绍

常用金属材料金属材料来源丰富,并具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用最普遍的材料,常用以制造机械设备、工具、模具,并广泛应用于工程结构中。金属材料大致可分为黑色金属两大类。黑色金属通常指钢和铸铁；有色金属是指黑色以外的金属及其合金,如铜合金、铝及铝合金等。１．2.1 钢钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。碳钢是指含碳量小于2．１1％并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为０.05%～１.3５％。为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能(如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等),冶炼中有目的地加入一些合金元素(如Mｎ、Si、Cr、Ｎi、Mo、W、V、Ti等）,这种钢称为合金钢。（一）碳钢１.碳钢的分类碳钢的分类方法有多种,常见的有以下三种。（1）按钢的含碳量多少分类分为三类：低碳钢,含碳量０.25%; 中碳钢，含碳量为0.2５％～0.60%；高碳钢，含碳量＞0．６０%。（２）按钢的质量(即按钢含有害元素S、P的多少)分类分为三类: 普通碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.０55％和０.0４5%；优质碳素钢，钢中S、Ｐ含量均≤0．04０%；高级碳素钢,钢中S、P含量分别≤0．0３0%和0.０35%。 (3）按钢的用途分类分为两类: 碳素结构钢,主要用于制造各种工程构件和机械零件; 碳素工具钢,主要用于制造各种工具、量具和模具等。 2．碳钢牌号的表示方法（1)碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Ｑ、屈服点数值、质量等级符号(A、B、Ｃ、D)及脱氧方法符号(F、ｂ、Ｚ）等

四部分按顺序组成。其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高,F代表沸腾钢，b代表镇静钢，Ｚ代表镇静钢等。如Q2３5-A·Ｆ表示屈服强度为235Ｍpa的A 级沸腾碳素结构钢。（2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。例如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。08钢,表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。 (3）碳素工具钢碳素工具钢的牌号是用碳字汉语拼音字头Ｔ和数字表示。其数字表示钢的平均含碳量的千分之几。若为高级优质，则在数字后面加“Ａ”。例如,T12钢，表示平均含碳量为1.２%的碳素工具钢。T8钢,表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。T12Ａ,表示平均含碳量为1.2％的高级优质碳素工具钢。 3．碳钢的用途举例Ｑ1９5、Ｑ２1５,用于铆钉、开口销等及冲压零件和焊接构件。 Q2３5、Q2５５,用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构件。 Q27５，用于强度较高转轴、心轴、齿轮等。Ｑ34５，用于船舶、桥梁、车辆、大型钢结构。 08钢，含碳量低,塑性好,主要用于制造冷冲压零件。 1０、２0钢，常用于制造冲压件和焊接件。也常用于制造渗碳件。 3５、４0、45、５0钢属中碳钢,经热处理后可获得良好的综合力学性能,主要用制造齿轮、套筒、轴类零件等。这几种钢在机械制造中应用非常广泛。 T７、T8钢,用于制造具有较高韧性的工具,如冲头、凿子等。 T９、T10、T１1钢，用作要求中等韧性、高硬度的刃具,如钻头、丝锥、锯条等。Ｔ12、T１3钢，用于要求更高硬度、高耐磨性的锉刀、拉丝模具等。（二)合金钢合金钢的分类方法有多种,常见的有以下两种。 (1)按用途分类分为三类：合金结构钢,用于制造各种性能要求更高的机械零件和工程构件; 合金结构钢，用于制造各种性能要求更高的刃具、量具和模具; 特殊性能钢,具有特殊物理和化学性能的钢,如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 (2）铵合金元素总含量多少分类分为三类:

第1节金属材料

第2章物质转化与材料利用第1节金属材料一、区别金属与非金属金属和非金属相比，一般具有下列特性：多具________，有良好的________、________、延展性、可锻性，密度较大，熔点较高等。二、金属材料(合金材料) 合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合在一起具有________的物质。大多数的金属材料实际上是合金，它改变了单一金属的某些物理特性，使其更实用。________是最常见、应用较广的一种合金(主要是铁和碳)。三、金属的污染和回收利用 A组基础训练 1．(丽水中考)我市对生活垃圾已经实施分类投放，金属饮料罐应投放在标有哪种标志的垃圾箱中() 2．(龙岩中考)今年5月，我市研发出7μm超薄铜箔，该项技术全国领先。铜能加工成铜箔是利用铜的() A．导电性B．延展性 C．可燃性D．抗腐蚀性

3．(大连中考)下列关于金属利用的说法错误的是() A．用铝制高压电线B．用钨制灯丝 C．用纯铁制机床底座D．用铝粉制防锈漆 4．(株洲中考)下列有关金属及合金的说法中正确的是() A．合金是由两种或两种以上金属熔合而成的具有金属特性的物质 B．在日常生活中，大量使用的常常不是纯金属，而是它们的合金 C．“真金不怕火炼”说明黄金的硬度非常大 D．铜的化学性质不活泼，所以铜制品不会生锈第5题图 5．在研制大推力火箭长征5号时，要求火箭外壳(如图)的材料成本低、熔点高、密度小，则该金属材料最好是() A．铝合金B．钛合金 C．镁合金D．铁合金 6．下列物质的用途与其物理性质相关的是() A．金属铜作导线B．氧气用于炼钢 C．氩气作保护气D．天然气作燃料 7．某班就“使用金属材料的利与弊”为题进行小组辩论，甲方的观点是使用金属材料有利，下列甲方观点不科学的是() A．金属材料大多有延展性，可以加工成各种形状 B．金属材料大多有美丽的光泽 C．废弃的金属不会造成土壤污染和水污染 D．金属材料大多数可以回收再利用 8．(福州中考)下列与金属相关的说法正确的是() A．生铁和钢的性能完全相同 B．炼铁过程只发生物理变化 C．常温下所有金属均为固态 D．铁在潮湿的空气中易生锈