(9.17.1)--6.1工程化学第六章.pdf

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1、Engineering Chemistry 知识要点掌握程度相关知识金属材料 掌握金属材料的分类、主要特性；了解其应用范围等。金属单质、金属合金无机非金属材料 掌握无机非金属材料的类型、主要特性，了解其应用范围等。传统无机非金属材料、新型无机非金属材料、功能转换材料高分子材料 掌握高分子材料的基本特性、命名方法；了解其应用等。传统高分子材料、功能高分子材料、高分子智能材料复合材料了解复合材料的分类、特性及主要应用范围等。基体、增强体、聚合物基复合材料、金属基复合材料等。学习要点金属材料无机非金属材料高分子材料 复合材料目 录CONTENTS 金属材料的概述 金属合金 金属单质 化学是材料科学发

2、展的基础学科，对于研究材料的化学组成、结构与性能关系、制备方法、性能表征及环境友好等都有重要意义，在材料科学的发展中起着无可替代的重要作用。科学工作者根据材料的组成和结构特点，将材料分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四大类；根据材料的性能特征，将其分为结构材料和功能材料；根据材料的用途将其分为建筑材料、能源材料、航空材料和电子材料等。金属材料金属材料1.金属材料的概述 金属材料是以金属元素为基础的材料，分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料通常包括铁、锰、铬及其合金；除黑色金属外其他金属及其合金称为有色金属。根据物理性质的不同，金属又可分为轻金属、重金属、高熔点金属、稀有

3、金属等。纯金属的强度较低，直接应用受限，金属材料多以合金的形式出现。合金是由两种或两种以上金属与金属、非金属熔合在一起生成的具有金属特性的物质。如由铜和锡组成的青铜，铝、铜和镁组成的硬铝等都是合金。金属材料具有优良的力学性能、物理特性等。在近代物质文明中，金属材料如钢铁、铝、铜等起了非常重要的作用，至今仍具有强大的生命力。金属材料金属材料2.金属单质 迄今为止，人类已经发现或人工合成的元素有117种，其中金属元素94种，占元素总数的4/5，位于元素周期表中硼-硅-砷-碲-砹和铝-锗-锑-钋构成的对角线的左下方。对角线附近元素的锗、砷、锑、碲等为准金属，即性质介于金属和非金属之间的单质，大多可作

4、半导体。金属材料金属材料 地球上金属资源极其丰富，除了金、铂等极少数金属以单质形态存在外，绝大多数金属在自然界中以化合物的形式存在于各种矿石中，此外，海水中含有大量的钾、钙、钠、镁的氯化物、碳酸盐等。金属材料金属材料3.金属合金 （1）钢铁 钢铁是Fe与C、Si、Mn、P、S等元素所组成的合金。其中除Fe外，C的含量对钢铁的力学性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。按C含量的不同，铁碳合金分为钢与生铁两大类，钢是C含量小于2%的铁碳合金。钢的种类很多，根据其化学成分可分为碳素钢和合金钢两类。金属材料金属材料图1 钢铁的生产工艺过程1）碳素钢 碳素钢是最常用的普通钢，冶炼方便、加工容易、价格低廉，

5、应用十分普遍。按C含量的不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳钢(C含量0.25%)韧性好、强度低、焊接性能优良，主要用于制造薄铁皮、铁丝和铁管等；中碳钢(0.25%0.6%)强度较高，韧性及加工性能较好，用于制造铁轨、车轮等；高碳钢(0.6%1.7%)硬而脆，热处理后有较好的弹性，用于制造 医疗器具、弹簧和刀具等。金属材料金属材料2）合金钢 在钢中加入不同的合金元素，可使钢的内部组织和结构发生变化，改善其工作和使用性能。应用最广的合金元素有Cr、Mn、Mo、Co、Si和Al等，能显著提高钢的力学性能，并赋予钢许多新的特性。合金钢种类繁多，按其他元素含量不同可分为低合金钢(合金元素总量1

6、0%)。金属材料金属材料3）生 铁 C含量2%4.3%的铁碳合金称为生铁。生铁硬而脆，但耐压耐磨。根据生铁中C存在的形态不同可分为白口铁、灰口铁、球墨铸铁。白口铁C以Fe3C形态分布，质硬而脆，是炼钢的原料；灰口铁C以片状石墨形态分布，断口呈银灰色，易切削、易铸、耐磨；球墨铸铁C以球状石墨分布，其力学性能、加工性能接近于钢。金属材料金属材料金属材料金属材料 （2）轻质合金 轻质合金是以轻金属为主要成分的合金。常用的轻金属有Mg、Al、Ti、Li等。1）铝合金 铝具有密度小（2.702 gcm-3）、耐腐蚀、含量丰富等优点。铝及铝合金广泛应用于火箭、导弹、汽车等制造工业，一架现代化超音速飞机，铝

7、及铝合金占所使用金属材料的7080。(2)钛合金 钛合金比铝合金密度大，但强度高，约为铝合金的5倍。经热处理，其强度可与高强度钢媲美，但密度仅为钢的57%，如用钛合金制造的汽车车身，其重量仅为钢制车身的一半。钛合金的抗蚀性很好，高级合金钢在HCl-HNO3中一年剥蚀10mm，而钛合金仅被剥蚀0.5mm。钢在300失去其特性，而钛合金的工作温度范围可宽达-200 500，在-250仍保持着较高的冲击性，被称为“第三金属”。金属材料金属材料（3）特种合金 1）硬质合金 硬质合金指高温下仍保持良好热硬性、抗腐蚀性等特性的合金，被广泛用来制作切削金属的刀具、展薄金属的模具以及各种耐磨部件等。硬质合金对

8、提高工业生产效率有着重要作用。2）高温合金 指在高温下仍保持较高强度、韧性及抗腐蚀性的合金。高温合金主要是高熔点金属和第族金属形成的合金。随着对高温合金性能的要求越来越高，铁基高温合金中镍含量越来越高。习惯上，把含镍2560的铁基高温合金称为铁镍基高温合金。超耐热合金镍钴合金能耐1200高温，用于制造喷气式飞机和燃气轮机的构件等。3）形状记忆合金 将金属材料在发生塑性变形后加热到一定温度，能恢复到变形前形状的现象，称为形状记忆效应。具有形状记忆效应的合金称为形状记忆合金。金属材料金属材料 可逆变的晶体结构 目前已知的记忆合金有 Cu-Zn-X(X=Si、Sn、A1、Ga)，Cu-A1-Ni，Cu-Au-Zn，Ni-Ti(A1)，Fe-Pt(Pd)等等。形状记忆合金广泛用于卫星、航空、生物工程、医药、能源和自动化等方面。金属材料金属材料https:/ 金属合金