材料科学与新型材料.pdf

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1、材料科学及新型材料!材料可以用来做成器件#结构件或其他可供使用的物品的物质$可采用不同标准将材料分类$例如%依据材料的来源将材料分为天然材料和人造材料两类&按主要结合键类型将材料分为金属材料#无机非金属材料和高分子材料三类&根据主要使用性能将材料分为结构材料和功能材料&按照用途分为建筑材料#电子材料#耐热材料等&依据材料中原子#分子或离子的排列情况%可分为晶态材料#非晶态材料#准晶态材料等$材料是人类生活和生产的物质基础%对科学技术的发展#对国家的强盛和安全都有着关键性的作用$!金属材料由金属或合金构成的材料$具有良好的导电性#导热性和正的电阻温度系数$有金属光泽$大多具有较高的塑性#韧性和强

2、度$按组成元素分为黑色金属材料和有色非铁(金属材料$按主要使用性能分为金属结构材料和金属功能材料$按生产工艺分为铸造合金#变形合金和粉末冶金材料$广泛用于生产#生活#国防#科学技术各个领域$!陶瓷材料用类似陶瓷工艺方法生产的各种无机非金属材料的统称$包括传统的陶器和瓷器%以及玻璃#水泥#耐火材料等$按)*+,技术科学Green Apple Data Center性能和应用的不同可分为工程结构陶瓷和功能陶瓷两大类!高分子材料#又称大分子材料$高聚物材料或聚合物材料!分子量在%&(%&)之间的有机化合物!包括塑料$合成纤维$涂料$胶粘剂和合成橡胶等!是由简单低分子化合物重复连接而成的!按其性能和用

3、途可分为工程高分子材料和功能高分子材料!广泛应用于工农业生产$国防和日常生活各方面!复合材料#由两种或多种不同性质的材料经过复合形成的一种兼有组成材料的优点或特点的多相固体材料!其中一相为连续相*称基体相+,另一些相*称增强相+以独立形态分布在连续相中!按使用性能分为结构复合材料和功能复合材料!根据基体相的性质分为金属基复合材料$树脂基复合材料$陶瓷基复合材料等!按增强相形态可分为粒子增强复合材料$纤维增强复合材料$夹层增强复合材料等!结构材料#以力学性能为主要使用性能的材料!主要用来制造在不同环境下工作时承受载荷的各种结构件和零部件!结构钢$耐热钢$不锈钢$工具钢$耐磨铸铁$增韧陶瓷$工程塑

4、料等均属于结构材料!功能材料#以物理性能*不包括力学性能+为主要使用性能的材料!如磁性材料$精密电阻材料$贮氢材料$膨胀材料$光纤材料等!晶态材料#又称晶体材料!由原子$分子或离子有规则地周期性%-材料科学及新型材料Green Apple Data Center排列构成的固体材料!根据结合键类型可分为五种晶体#$%金属晶体&如日常使用的钢铁铜铝等(#)%离子晶体&如食盐碱氯化钾等(#*%共价晶体&如金刚石碳化硅氮化硅氮化硼等(#+%分子晶体&如甲烷二氧化碳氢氧等在低温下形成的晶体(#,%氢键晶体&如冰磷酸二氢钾等!按状态分为单晶材料多晶材料微晶材料液晶材料等!狭义的晶体材料是指在尖端科学技术中

5、有广泛用途的单晶材料&如半导体晶体光学晶体激光晶体电光晶体声光晶体磁光晶体压电晶体非线性光学晶体闪烁晶体热释电晶体等!-非晶态材料.又称玻璃态或无定形材料!原子分子呈不规则排列的固体材料!包括传统的玻璃非晶态金属材料非晶态半导体非晶态高聚合物等!具有比晶态材料高的硬度粘滞系数和不同的物理性能!-准晶态材料.一种新的有序材料!其电子衍射花样由明锐的斑点构成&具有五次或十次旋转对称性&结构具有长程取向有序&但不具有长程平移有序!不同于晶体&也不同于非晶体!已在/0 123/0 145167 8 16198:;1 1?31/0 A12 1?3/0 14 B 1=8等许多合金系中发现!可通过快速凝固法

6、退火法高能粒子束辐照法固态反应法真空气相沉积法等途径获得准晶态物质!准晶态材料的特殊结构&预示着它将成为具有特殊性能的功能材料!-新材料.新近发展起来的或正在发展中的性能优异的材料!新材料类型很多&归纳起来大致分四类#$%新型金属材料&如非晶)$*)技术科学Green Apple Data Center态金属!贮氢合金!形状记忆合金等#$%新型无机非金属材料&如光学纤维!压电陶瓷!人造骨骼!增韧陶瓷等#%新型高分子材料&如高分子分离膜!高分子半导体等#(%先进复合材料&如碳纤维或聚芳酰胺#凯芙勒%纤维增强塑料!陶瓷纤维或晶须增强金属材料等)新材料的发展对科学技术和社会进步有着重大影响)如单晶硅

7、半导体的制造促进了电子信息技术的建立和发展先进复合材料和一系列新型超合金的开发为空间技术的发展奠定了物质基础)新材料是高技术发展的物质基础&在高技术的发展过程中&每一重大的突破都是以新材料为前提的)高技术的发展又反过来促进新材料的开发)*低合金高强度钢+在低碳钢成分的基础上加入少量合金元素而制成的钢)除具有足够高的强度#主要指屈服强度%外&还具有良好的塑性加工性能!可焊性!耐腐蚀性等)广泛用于汽车!造船!输油管道!桥梁建筑等制造工业)与普通钢材相比&使用时节约钢材,-./0)新近发展的钢种主要有非调质钢!贝氏体钢和双相钢)*非调质钢+不经调质处理&锻轧材机械性能可以达到调质处理的碳素结构钢或合

8、金结构钢性能水平的一类中碳微合金高强度钢)由于可以省去调质热处理&故有节能钢之称)这类钢主要靠钒碳化物析出强化!钛引起的细晶强化或锻轧后直接淬火形成板条马氏体和均匀分布的碳化物引起的强化提高钢材的强度)*低碳贝氏体钢+经奥氏体化后用空冷或控制连续冷却方法可以获得贝氏体组织的低碳低合金钢)含碳量一般小于/1$-0)合金元,$材料科学及新型材料Green Apple Data Center素主要是钼!钛!硼!锰等钼和硼可以使奥氏体等温转变曲线的先共析和共析转变部分明显右移#而贝氏体部分右移较少#从而可以保证钢材热轧后可以获得贝氏体组织铌的作用是细化奥氏体晶粒钛的加入不仅可以细化奥氏体晶粒#还可以固

9、定钢中的氮#使氮不能与硼反应形成氮化物#保证了硼的抑制先共析铁素体形成的作用得以发挥低碳贝氏体钢热轧空冷后屈服强度可达$%&(&兆帕)双相钢*由多边形铁素体和马氏体+或贝氏体,岛所构成的低合金钢具有低的初始屈服强度+-.&/$&兆帕,#有利于塑性变形#又由于高的位错密度#使钢在低应变时有高的加工硬化率经/%0的拉伸变形后#强度可提高-%&/$&0兆帕由于双相钢有高的抗拉强度+大于1&兆帕,#大的均匀伸长率+大于2%0,及高的初始加工硬化率#所以具有优良的冷加工成形性可通过两种方式获得双相组织3+2,临界温度退火#将钢加热到铁素体加奥氏体的两相区#在随后冷却时富含碳和锰的奥氏体转变为马氏体4+-

10、,控制热轧后的晶粒度及冷却速度#可得到细小铁素体加马氏体组织)超高强度钢*经热处理后屈服强度大于2/5&兆帕的钢材主要用于各种要求高比强度的机件如飞机起落架!高强度螺栓!火箭发动机外壳!导弹弹体!弹簧!高速转子等按化学成分可分为低合金超高强度钢!中合金超高强度钢和高合金超高强度钢三类)低合金超高强度钢*含碳量在&6-1 0&6$%0之间#合金总量不$2/-技术科学Green Apple Data Center超 过!的 一 类 超 高 强 度 钢#例 如$%&()*+,以 及-!.)/*+0,1$%&*2.)*+0,1-%&*2.)()/,等#高强度的获得是靠马氏体相变强化实现的#热处理工艺一

11、般是淬火加低温回火3/%4-%56#是主要的飞机结构用钢#7中合金超高强度钢8合金含量!49%的超高强度钢#主要合金元素有铬:钼:钨:钒等碳化物形成元素#淬透性好1回火稳定性高#如9;&/()$:()-,?等化合物#由于沉淀强化使钢的强度大大提高#7相变诱发塑性钢8又称 A B C钢#把塑性变形强化与相变诱发塑性结合起来1既有高强度:又可保持高塑性的一种超高强度钢种#是一种高合金奥氏体钢#经高温固溶处理后1其马氏体相变温度*D在室温以下1而*E在室温以上1先将钢在*E温度塑性变形!9-/材料科学及新型材料Green Apple Data Center!#$经过变形的钢%&%(均有所升高$但室温

12、下仍为奥氏体组织)屈服强度可达*+兆帕)由于%(提高$在屈服后小的塑性变形即引起奥氏体向马氏体转变$变成了马氏体的部位因强度提高而停止变形$应变的继续增加不断引起奥氏体向马氏体转变$这就使得均匀延伸大为增加$而且抗拉强度,-也因马氏体形成而获得明显提高)./0 1钢的强度可以达2 兆帕以上$延伸率达2#以上$而且具有抗应力腐蚀抗氢脆的性质及较好的焊接性)适于制造各种在低温下工作的高压容器化工机械高强度钢丝钢索等)3粉末高速钢4用粉末冶金方法生产的高速钢)普通高速钢中由于一次碳化物较粗大$刀具在实际使用时$裂纹往往在粗大一次碳化物与基体界面处首先产生)一次碳化物是凝固时结晶出来的$凝固速度越快$

13、一次碳化物偏析程度越小)当高速钢熔化后以雾化方式冷却时$由于冷速大$碳化物偏析极小)高速钢雾化粉末压实烧结后$碳化物微细而均匀分布)粉末高速钢容易得到高的淬火和回火硬度$而且硬度均匀$热处理变形小$淬火时奥氏体晶粒特别细$韧性高$在超高硬度时抗崩刃性好$研磨性能好$工具寿命稳定)3超硬高速钢4淬火后洛氏硬度可达5/6 7 8 98 的高速钢)在普通高速钢成分的基础上$按化学平衡计算适应提高碳量$并加入某些合金元素如钴铝铌钒氮等制成)高温硬度和耐磨性得到很大提高)可用于加工耐热合金不锈钢等$典型牌号如:;*2 6 6=?A;B 6 C2 6D7 A 7*2技术科学Green Apple Data

14、 Center!#$%&()*+,-./0!#()$%&1).0!#()$%&$().等23硬质合金4将一些难熔碳化物粉末和粘结剂粉末混合5加压成型经烧结而成的一种粉末冶金材料2硬质合金硬度高5热硬性好5耐磨性优异2可分金属陶瓷硬质合金和钢结硬质合金23金属陶瓷硬质合金4即通常所说的硬质合金2将一些难熔的金属碳化物粉末和粘结剂混合5加压成型5再经高温烧结而成的一种粉末冶金材料2其硬度很高6 78$9:;?仍不软化2做刀具5切削速度比高速钢提高);9倍5刀具寿命提高倍2常用硬质合金可分三类A6 =钨钴类5以碳化钨为硬化相5以钴为粘结剂的硬质合金5如BC)5BC9 5BC等D6)=万能硬质合金5以

15、碳化钨0碳化钽0碳化钛为硬化相5以钴为粘结剂的硬质合金5如B!5B!#5B!)5B!&2硬质合金适于做切削工具0矿山工具6如钎头=0金属成型工具0表面耐磨材料等23钢结硬质合金4以难熔碳化物为硬化相5以合金钢粉末为粘结剂5经配料0混料0压制和烧结而成的粉末冶金材料2硬化相主要为碳化钛0碳化钨5约占合金总量的)F2粘结相为各种合金钢或高速钢粉末2钢结硬质合金烧结坯件经退火后可进行一般的切削加工5经淬火回火后有相当于金属陶瓷硬质合金的高硬度5其红硬性0耐磨性比一般硬质合金低5比高速钢高得多5韧性也比高G)#材料科学及新型材料Green Apple Data Center速钢高得多!也可进行锻造焊接

16、并有耐热耐蚀抗氧化等特性!适于制造形状复杂的刀具在较高温度下工作的模具及耐磨零件!#硬质合金表面涂复$在硬质合金表面涂上一层或几层极薄的高硬度高熔点高耐磨性的材料的工艺方法!常用涂复方法有化学气相沉积法物理气相沉积法等!常用涂复材料有碳化钛氮化钛氧化铝氮化铪碳化铪等!用于切削工具金属模具等%可延长使用寿命一至几倍!#超塑性$合金在一定温度和形变速率下所表现的具有极大的伸长率&百分之几百至百分之几千和很小的形变抗力的性质!可分为细晶超塑性和相变超塑性!利用超塑性原理加工的零件%精度高无需切削表面光洁可一次成形!#细晶超塑性$又称微晶超塑性!合金具有微细等轴晶粒&晶粒直径在()*+*微米范围内 在

17、较高温度&(),+()-./0%./为熔点和低应变速率&小于1(234秒的条件下形变所表现出的超塑性!特点是5&1 应变速率敏感性指数值大6&7 晶粒愈细小%产生超塑性的应变速率便愈高6&3 即使延伸率超过1(8的变形%各个等轴晶粒形状仍不改变6&,存在大量的晶界滑移%故有减振能力!#相变超塑性$又称动态超塑性!在一定的拉伸负荷作用下%使材料在相变或同素异构转变温度上下反复加热冷却多次%便可获得极大的延伸率的性质!9137技术科学Green Apple Data Center!相变诱发超塑性又称相变诱导塑性#处于高温相$如奥氏体%状态的合金在形变过程中连续发生马氏体相变&从而出现很大的塑性变形

18、的性质#也是一种相变超塑性#由于相变过程导致应力集中的缓和&从而获得极大的塑性变形&不需要在相变温度上下多次循环#可用这一原理来强化奥氏体不锈钢&加工后钢的强度韧性塑性均佳#许多合金如铁(镍铁(锰(碳铜(锌钛(铝(钴等都具有相变诱发超塑性#!超塑性合金具有超塑性的合金#其特点是)拉伸变形时延伸率大&可达百分之几百&甚至百分之几千*无颈缩现象*变形阻力小*所需流变应力仅为一般塑性变形的几分之一&甚至几十分之一*易成形加工*从金相组织特点看&当原材料为等轴晶组织时&变形后仍为等轴晶组织#超塑性变形时&晶界行为起着主要作用&如晶界滑动&晶粒转动或易位等#!易切削钢含有数量较多分布均匀细小分散的低硬度

19、脆性夹杂物&使切削性能大大提高的钢#在切削加工时&切屑易于破碎&因而可以节省动力&采用较高的切削速度&获得较好的工件表面光洁度&延长刀具寿命两倍以上#常用的有)$+%硫易切削钢&含硫约,-./&磷约,-+0/&主要靠硫化锰的空洞作用使切屑易于形成*$.%钙易切削钢&含钙约百万分之二十&由于在刀具的前倾面上会产生一层减小摩擦的薄膜&起到减小切断面剪应变的作用&切屑易于滑出*$1%铅易切削钢&含铅,-./&兼具以上两种提高切削性能的作用&可用于自动机床加工的标准紧固件&仪器仪表中的渗碳零件&自行车缝纫机零件等#2+1.材料科学及新型材料Green Apple Data Center!超易切削钢同时

20、利用硫和铅提高切削性能的作用而制得的钢#钢中含硫约$%&(铅$%)*硫化锰呈纺锤状*铅附在硫化锰的两端#可使刀具寿命提高+$倍左右#主要用于自动车床切削加工的小直径机械零件*如钟表及照相机的齿轮*电视机及收音机的旋钮轴*自行车辐条螺帽及水管接头等#!超高易切削钢在含硫和铅的超易切钢的成分中增加碲而制成的钢#由于加$%+碲*使硫化锰呈椭球或近似球状#切削时刀具寿命可比不加硫铅碲的钢提高&$倍#适用于自动车床加工的强度要求不太高的小直径零件#!超高温合金,$-以上能承受+.$/)$兆帕应力(在燃烧气氛中的寿命大于或等于+$小时的高温合金#主要包括铁基超合金(钴基超合金(镍基超合金(镍基弥散强化合金

21、(定向凝固镍基合金及难熔金属及其合金#具有高的蠕变强度和持久断裂强度*良好的耐热疲劳性和高温疲劳特性*高的抗氧化性能#用作机械高温部分的材料*如喷气发动机涡轮(叶片*石油化学工业的乙烯裂化装置(燃气轮机零件(高温气冷反应堆的热交换器等#!蠕变强度某温度下在规定的时间内产生一定蠕变伸长的应力#!持久强度合金抵抗高温蠕变断裂的能力#以在规定温度下和规定的时间内不产生断裂的最大应力表示#!镍基超高温合金含镍.$以上的合金#可用于0$/+$-*$)&)技术科学Green Apple Data Center如!#$%!#&%!%!(等)由于沉淀强化和固溶强化*高温下硬度高于一般钢铁材料)根据生产工艺可分

22、为变形镍基高温合金+如!(,-%!(和!#%!(.(等/和铸造镍基高温合金+如0(%0#%01%0(-等/)主要用于发电用燃气涡轮机%飞机喷气发动机%原子反应堆%石油化工中的高温下工作的零件)2钴基高温合金3含钴.$4以上的合金)主要合金元素为铬%镍%钼%钨%钛%铝%硼等*如5,.%5#(%5-(1%6#1等)该系合金是在钨铬钴合金+钴为主要成分/的基础上*加大含碳量*借以得到基于碳化物析出所产生的强化*或者通过加铝%钛等元素获得析出强化)该系合金抗高温腐蚀和热疲劳性能好*主要用作高温强度%抗氧化性要求高的零件*如喷气发动机零件*燃气轮机零件等)2弥散型镍基超高温合金3在镍基超高温合金成分的基

23、础上*加入微细的高熔点氧化物+如7,8#/形成的合金*在接近合金熔点的温度下*仍然具有高的强度)比镍基超高温合金具有更高的高温强度)2难熔金属及合金3铌%钼%钽%钨+熔点分别为,1-9%,1($9%,&1 9%#($9/等金属及以它们为基的合金)在(,$9以上具有优良的抗蠕变能力)难熔金属及合金的缺点是高温易于氧化*因此在使用时*表面应用抗氧化涂层保护)铌基合金中子俘获面小*高温机械性能好*抗液态金属浸蚀*易于加工*与其他结构材料匹配的适应性好*是原子反应堆工业的理想材料*还可用来制造火箭喷嘴+如月球登陆船的火箭喷嘴便是由($4铪的铌合金制(,#,材料科学及新型材料Green Apple Da

24、ta Center成!喷气发动机等#钼基合金具有高的弹性模量低的热膨胀系数热疲劳性能好$可用作高温弹簧氦气透平#钽基高温合金高温强度好$低温韧性优良$可作为结构材料在%&()%*+(,的高温至-./(,的低温范围内使用#钨基合金高温强度更高$作为结构材料使用温度可望达.(,$主要用于灯丝电接点高温炉电阻加热炉丝#预期将在火箭发动机喷嘴等空间开发方面及原子核能工业领域获得应用#0定向凝固镍基合金1使镍基合金熔液在型腔中由一端向另一端顺序凝固$合金沿凝固方向长成细长柱状晶体的集合体#沿定向凝固方向有较高的高温强度#用作喷气涡轮叶片$可提高疲劳寿命%(倍$断裂寿命两倍#0超低温合金1能用于超低温2-

25、%*&,!的合金#主要新合金有32%!不锈钢$是在%4)%(不锈钢基础上添加碳和氮2以进一步提高强度!的钢$可用作核聚变反应堆液体氦容器52.!高锰不锈钢$在液氦温度下强度和延伸率都高$热胀系数很小2是不锈钢的%6.!$缺点是加工性能差冲击韧性稍低52+!铁锰铝合金$强度和韧性都很优良#0高强铝合金1以锌镁铜硅锰铬等元素合金化并含有微量锆等元素的铝合金#依靠时效强化提高强度#强度可达()&(兆帕#密度仅为钢的%6+左右#主要牌号有7 8+7 8/7 8 7 8&等#可用作飞机和宇宙空间飞行器的结构材料$如机翼蒙皮螺旋桨叶等5汽车摩托车舰艇的部件$如摩托车骨架轮圈汽车车身等#.+.技术科学Gre

26、en Apple Data Center!高强度钛合金钛与铝及锡#锆#钒#钼#锰#铜等元素形成的合金$根据退火状态的组织可分为%型钛合金#&型钛合金及%&型钛合金$强度与优质钢相近(密度约为)*+,-./公斤0米/$比强度比任何合金都高$在).1+.2耐热性优于铝合金$有与奥氏体不锈钢相媲美的抗蚀性(特别是在海水和含氨介质中的抗蚀性几乎与在空气中相同(广泛应用于航空#航天#航海#化工#冶金#医疗等部门(如用以制造冷凝器#热交换器#反应釜和海水淡化装置等$!%型高强度钛合金主要合金元素为%稳定元素铝及中性元素锆(退火组织为单相%的钛合金$牌号有3 4/13 45$高温性能好(组织稳定(焊接性能好

27、(是耐热钛合金的主要组成部分$但常温强度稍低6 7.1-.兆帕8(塑性不够高$!&型高强度钛合金加入大量&稳定元素6如钼#钒#铬等8和铝制成的钛合金$退火组织为&相$在淬火状态下可以冷成型(随后时效处理时由于析出弥散的%相质点而强化$是发展高强钛合金潜力最大的合金$组织性能不够稳定(工作温度不能高于/.2$牌号有3 9-#3 9:(以及新研制的3;15 1:?1/4A#3;1-+1/B C 1/D E 1/4A#3;1-F 1G H E 1)*+B C及3;1-D E 15 F 1/4A等$可用以制造飞机结构件和高强度紧固件$/:/:材料科学及新型材料Green Apple Data Cent

28、er!#$型高强钛合金%退火组织为#$两相的钛合金&牌号为()*()+&典型牌号是(,-.*/01*,23&可以热处理-淬火加时效3强化4常温强度高&中等温度耐热性好4但组织不够稳定&焊接性能差&!超轻铝锂合金%以锂为主要合金元素的铝合金&含有锂5*6 74其比重较铝减少8 74刚性较铝提高)9*)8 74比刚性-杨氏弹性模量与合金密度之比值3增加5+*6+74比其他硬铝合金:钛合金:钢铁材料高&主要用于制造飞机零件及承受载荷的运动工具及其他要求高的比强度比刚性的零件&!超轻铝钙合金%以钙为主要合金元素的铝合金&密度小4有共晶组织-#0;,()(=)6:5(=)6:6(=)6:,(=)6-铬前

29、面和后面的数字分别表示碳和铬的百分含量3&(=)8型的钢号有?(=)8:?(=)8 A 2等&)(=)6:5(=)6主要用作要求一定耐蚀性和强度的零件4而6(=)6:,(=)6经淬火低温回火后硬度较高4适于制造医疗器械-如手术刀:止血钳等3和弹簧:轴承零件&?(=)8:?(=)8 A 2可用于制造轴承&!奥氏体不锈钢%含有较多铬:镍4具有单相奥氏体组织的不锈钢&典 型 的 钢 号 有B(=)8 C.?以 及)(=)8 C.?.:5(=)8 C.?:BB(=)8 C.),A 5和)(=)8 D 8 C.9 C等&有很好的耐蚀性:优良,565技术科学Green Apple Data Center的

30、抗氧化性和高的机械性能!室温下具有良好的韧性塑性!焊接性能优良!广泛用于化工石油航空等工业部门制作容器管道零件等!钢中含碳量越低#耐蚀性特别是耐晶间腐蚀能力越强!采用$%&和%&精炼法生产低碳超低碳奥氏体不锈钢是新的进展和进一步发展的方向!(铁素体不锈钢)含铬量较高*+,-./加热和冷却时始终保持铁素体的不锈钢!包括0 1,2型0 1 3-型和0 1 3 4型三种!典型牌号如%0 1,2 2 5 6,0 1 3-5 6,0 1 3 4,0 1,2 78 3 5 6等!在氧化酸中具有良好的耐蚀性#同时具有较高的抗氧化性能!由于不含贵重的镍#价格低廉#很适合用于车辆建筑以及轻工家庭生活用具等!进一

31、步降低碳氮含量*碳9氮:;钢!一种超高强钢!基本成分是;-?;2.碳#,-?,2.铬#-?2.镍#再加入其他合金元素例如钼铝和铜等!常用钢号有%0 1,2 6 2$A和%0 1,-6 2 B8 3$A等!加热到高温空冷后#保持奥氏体状态#性质柔软#便于加工!然后加热到适当温度*2-;C左右/#在此温度下奥氏体中脱熔出碳化物#7D点*马氏体开始形成温度/升高到室温以上!再冷至室温时奥氏体就转变成马氏体#使钢强化!由于钢中加有钼铝铜等元素#还会从马氏体中再脱熔出合金碳化物金属化合物#使钢进一步强化!主要用作受力较大耐蚀的化工设备零件飞机结构件和高压容器等!(双相不锈钢)具有奥氏体铁素体双相组织的不

32、锈钢!典型钢种-3E3材料科学及新型材料Green Apple Data Center如!#$%&()*+,-(./#$.0(1*+2(/#$.%()2(/%#$%&*3%4()*+,/以及#$%1*3%5*+.等6具有良好的耐蚀性7焊接性和韧性6晶间腐蚀倾向较奥氏体不锈钢低6广泛用于化肥厂设备7石油精炼工业7船舶冷凝器等方面68不锈钢纤维9用低碳或超低碳不锈钢加工成的直径%:%4 4微米的纤维材料6常用拉拔法7切削法和熔体抽丝法制成6具有耐腐蚀7强度高7挠性好7良好的导电导热等性能6与人造纤维或天然纤维的混纺布可用作抗静电织物7防微波和电磁波作业服7超高压屏蔽服和巡视服7夜侦察伪装布;全不锈

33、钢纤维布可用于热气过滤/利用其耐热7耐磨7耐弯曲特性代替石棉制品;经烧结后获得的不锈钢纤维毡是一种新型金属多孔材料/具有优异的过滤功能7透气功能7高比表面积和毛细管功能6与多种树脂复合制成导电塑料/或加入热塑合成纸浆中制成导电薄膜高导电性纸=/用于屏蔽电磁波7护照纸7钞票纸等68镓合金无热引线焊料9通过液态镓与金属细粉如铜粉7银粉7金粉7镍粉等=混合而制得的一种新开发的引线焊料6焊料合金有良好的润湿性/在室温下即可凝固6硬化后由于形成金属间化合物有较好的强度7耐磨性7电导率/并在相当高的温度镓和0 0 铜组成的合金可在?4 4 下7由,5 镓7,铜7,金组成的合金可在0)4 下=仍能保持很高的

34、稳定性6用于连接半导体集成电路的极点与引线框架的引线脚68高铬铸铁9含铬%):,4 7含碳.A):,A)的白口铸铁6组织中含有高硬度的铬碳化物/基体经热处理后为马氏体6具有很0.,.技术科学Green Apple Data Center高的耐磨和耐蚀性能!广泛用做耐磨零件如抛丸机叶片#粉煤机锤头#球磨机磨球#衬板#料道#砖坯成形模具等!$低膨胀合金%又称因瓦合金!在常温或极低温度范围内膨胀系数极小或趋于零即尺寸几乎不随温度变化的合金!铁磁性因瓦合金因铁磁性物质的磁致伸缩效应而具有负反常膨胀特性使热膨胀系数在一定的温度范围内极低或趋于零甚至为负!有实用价值的低膨胀合金是铁镍#铁镍钴#铁钴铬系和铬

35、基合金!最著名的&镍(铁合金室温附近的热膨胀系数约)*+,)-./度!以钴取代部分镍的超因瓦合金在室温附近的热膨胀系数仅)-.0/度!1 2钴(3铬(铁合金的热膨胀系数更低并在大气及海水中耐蚀称不锈因瓦!铬基合金是反铁磁性因瓦合金用于制造在非均匀性磁场中工作的构件!低膨胀合金主要应用在环境温度波动时要求尺寸近似恒定的元件以保证仪器仪表的精度如标准尺#标准钟的摆杆#摆轮#精密天平的臂#钟表的外补偿#微波谐振腔#热双金属的被动层#液态气体容器等!$高膨胀合金%在某一温度范围内具有较高膨胀系数的合金!作热双金属片主动层的高膨胀合金主要是2 4+2镍铬铁合金和2 40 1锰镍铜等合金用于测控温度的敏感

36、元件主要是有色金属铜锌和铝锡合金等!$定膨胀合金%又称封接合金或可伐合金!在.0-至1-5温度范围内具有比较恒定的较低或中等程度膨胀系数的合金!它与玻璃或陶瓷等被封接材料的膨胀系数相接近从而达到匹配封接的效果!主要类型有铁镍#铁镍钴#铁镍铬系合金!还有无氧铜#钨#0+&+材料科学及新型材料Green Apple Data Center钼及其合金和复合材料!主要用于电子工业及电真空工业作封接材料!高弹性合金#具有高的弹性模量的合金!通常要求在室温和高温均有高的微塑性变形抗力$优良的机械性能$耐腐蚀性和无磁!合金品种主要有铁基铁镍铬系高弹性合金%用于制造工作温度在&(范围内的自动化仪表中的构件!钴

37、基钴铬镍钼铁系合金是综合性能最好的高弹性合金%具有很高的弹性$强度$抗疲劳性和储能能力%弹性后效小%耐蚀无磁%使用温度可达)*+(%因而广泛应用作仪表中的张丝$轴尖$发条$特殊轴承$牙科和接骨材料!镍基高弹性合金在英美等国应用较广%优点是抗氧化耐蚀性好%但弹性和强度不够高%储能密度低!铜基高弹性合金开发应用最早%有一定的弹性强度%良好的导热$导电$耐蚀性和加工性!恒弹性合金#在一定的温度范围内%具有低的或恒定的弹性模量温度系数或频率温度系数的弹性合金!在动态应用中%一般要求频率温度系数,+-./+0度1/2 至34 (5 6静态应用中弹性模量温度系数,&-./70度1/7 至3.(5!此外还应

38、有较好的强度$弹性模量和耐蚀性!此类合金主要有铁磁性铁镍系和钴铁系$反铁磁性铁锰系和锰铜$锰镍系$顺磁性铌钛系等!常用作精密仪表和机械装置靠弹性作用的敏感元件%如机械表的游丝!可降低仪表的温度误差%提高仪表的工作精度!减振合金#又称吸振合金$无声合金!兼有作为结构材料的强度和作为减振材料的大衰减性能的合金!用这样的合金制成的结构4&2&技术科学Green Apple Data Center物!在自发力或外力作用下!特别是在共振频率时!位移很小!并且使振动很难在其他物体之间相互传递结构物本身产生的自由振动能够在短时间内衰减!传到结构物中的声波也能在短距离内衰减!从而提高机械精度!延长了对疲劳#应

39、力腐蚀和浸蚀的寿命合金根据减振的机制分类有复相型减振合金!如片状石墨铸铁#铝锌超塑性合金$铁磁型减振合金!如铁铬铝#铁铬铝锰碳#铁铬钼钛#钴镍钛铝合金$反铁磁性型减振合金!如锰铜合金$位错型减振合金!如镁锆合金$热弹性马氏体型减振合金!如铜锌铝#镍钛合金主要用于制造螺旋柱塞#铁路修整机#大功率电力开关#活塞顶#勘探钻头#隔音车轮#园盘锯等部件%高导磁材料&在弱磁场下具有很高的初始磁导率和最大磁导率的软磁材料()*+,铌一铁系二元合金和其中加入钼#铜#铬等元素的多元系高磁导率合金统称坡莫合金!是磁性板材中具有最高磁导率#稳定性最佳的材料如对成分和生产条件严格控制可获得极高的初始磁导率-约./0+

40、(1以及2/0+()0./0+(的最大磁导率!也称之为超坡莫合金坡莫合金主要用于交流弱场下使用的小型高灵敏度小功率变压器#磁放大器#扼流圈#音频磁头#磁屏蔽#精密电表中的定片与动片等另一类高导磁材料是铁硅铝合金!其磁导率#电阻率与坡莫合金接近!硬度高!但由于脆性大!难以加工成薄板!一般制成压粉磁芯使用%矩磁软磁合金&又称矩磁合金因易磁化方向具有接近矩形的磁滞回线的软磁材料其剩余磁感应强度与饱和磁感应强度之比即矩磁比接近于0 这类合金主要有中等镍含量的铁镍坡莫合金和取向硅钢片获得矩磁性的关键是使材料产生磁性各向异性!具3.材料科学及新型材料Green Apple Data Center体方法有晶

41、体织构法!纵向磁场热处理法和特殊轧制法矩磁软磁材料主要用于制造磁放大器!磁调制器!中小功率脉冲变压器!方波变压器和磁芯存储器等#恒导磁合金$在一定的磁场强度范围内%磁感应强度与磁场强度间呈线性关系%磁导率恒定的软磁材料其磁滞回线呈扁平状%剩余磁感应强度趋于零%没有磁滞现象此类典型合金是含镍&(的铁镍钴系合金%又称坡明瓦合金获得恒导磁率特性的方法主要是横向磁场处理法%还可用大压下量冷轧法恒导磁合金用于不变误差的电流互感器!中等功率的单极性脉冲变压器!电磁阀等#磁温度补偿材料$又称热磁合金补偿仪器仪表的磁电系统中磁路磁通因温度变化而引起误差的软磁材料居里温度附近的软磁材料%在一定磁场下的磁感应强度

42、和饱和磁感应强度将随温度的变化而迅速改变磁温度补偿材料利用这种特性达到补偿的目的使用的材料要求居里温度接近于环境温度%在使用温度范围内磁感应强度随温度的变化接近于直线典型的热磁合金是含镍约)*(的铁镍系合金!具有低磁感应强度和低居里温度的镍铜二元系合金热磁合金主要用于磁电式仪表!转速表!速度表!里程表和电镀表在温度调节及与温度有关的电感和开关仪表中也有应用#铝镍钴永磁合金$以铁!镍!铝!钴为主要成分的永磁合金通过添加铜!钛和铌等元素进一步提高合金的性能其特点是+剩余磁感应强度高,铁磁性转变温度即居里点高%因而磁体可在较*)-技术科学Green Apple Data Center高温度下使用!最

43、大磁能积可达#千焦$米%!但矫顽力很低&此类合金脆而硬只能进行磨加工因此主要采用铸造法生产&可分为各向同性和各向异性磁体&各向异性磁体在使用方向上具有更佳磁性在生产工艺上采用定向结晶和磁场热处理&铝镍钴永磁合金广泛用于对永磁温度稳定性具有较高要求的磁电式精密仪器仪表中&(铁铬钴永磁合金)以铁*铬*钴为主要成分并通过加入硅*钼*钛以改善合金性能的永磁材料&这种合金的磁性能和铝镍钴永磁合金相当&特点是可进行冷热塑性变形制成片材*棒材*丝材*管材可进行冷冲*弯曲*钻孔和各种切削加工因而适于制成细小的和形状复杂的永磁体&(稀土钴永磁合金)由钴+,-.和稀土元素+/.组成的具有硬磁性能的金属间化合物型合

44、金&稀土元素主要是钐+0 1.*镨+2 3.*铈+,4.和混合稀土&/,#5型合金被称为第一代稀土永磁主要有0 1,#5*2 3,#5*+2 3*0 1.,#5等&最大磁能积约6 7#千焦$米%&/8,-6 9型合金被称为第二代稀土永磁主要是0 18+,-*:4*,3.6 9最大磁能积约8;#千焦$米%&稀土钴永磁合金因其磁晶各向异性大可制成特大内禀矫顽力的磁体抗外磁场干扰能力强!因其居里点高剩余磁感的温度系数小磁性温度稳定性好&稀土钴永磁体采用粉末冶金法制造常作为磁场源在仪器仪表*电机电器*磁力机械等领域得到广泛应用&(钕铁硼永磁合金)又称第三代稀土永磁&由钕和铁*硼组成的以为主相的硬磁性金

45、属间化合物&于6?%年研制成实用6%8材料科学及新型材料Green Apple Data Center磁体!突出优点是剩磁高#矫顽力高#磁能积高!最大磁能积已达$%&千焦米()原料丰富而价廉!因而产品价格仅为钐钴永磁的一半*缺点是耐蚀性差#居里点低#磁性温度系数高*用表面涂层法可以改善其耐蚀性!加钴等元素可改善其温度稳定性!提高使用温度*钕铁硼制备技术主要有熔炼法#熔融快淬法和还原扩散法*熔炼法是将纯的钕#铁和硼熔炼成母合金后经制粉#压型#烧结成磁体*熔融快淬法是将母合金熔融后滴注在高速旋转的金属辊上制成非晶带屑!经晶化粉碎后热压成磁体*还原扩散法以稀土的化合物为原料!用还原剂在一定温度下将稀

46、土还原并与铁#硼元素互扩散形成合金后制成磁体*日本#美国和中国分别在这三大技术中拥有各具特色的专利*+,-,年!在钕铁硼材料中施以渗氮技术!提高了材料的居里点!但固氮问题需进一步研究*.磁致伸缩材料/磁致伸缩效应很强烈的一类材料*磁致伸缩效应表现为在磁性材料的磁化方向0纵向1和其垂直方向0横向1发生相反的尺寸伸缩!与此同时也伴随着材料体积的变化*尺寸伸缩变化0振动1的频率为材料磁化电流频率的两倍*另外!还存在着与上述过程相反的过程!即在拉伸或压缩力的作用下!材料本身在力的方向或其垂直方向将发生磁化强度的变化*主要用作音频或超音频声波发生器振子0电声换能器1#滤波#稳频和力的测量仪#音响探测仪#

47、鱼群探测器#声纳*将磁致伸缩产生的高频机械振动传输到刀具上!可以对硬质材料!如玻璃#陶瓷和硬质合金等进行雕刻和加工*这类材料有纯镍#铁镍合金#镍钴合金#铁钴钒合金#铁铝合金#磁致伸缩系数约+%2&以及约+%2(的超磁致伸缩系数的镝铽铁合金等*3(3技术科学Green Apple Data Center!磁记录金属材料利用电磁转换记忆和再现一定的电信号的磁介质和磁头材料#磁记录是使磁介质通过磁头的分布尖锐的磁场$利用介质的磁化作用把信息作为磁介质上的剩磁变化记录下来的方式#它具有记录永久保持%记录密度高%记录清除和更新容易等突出优点$广泛应用于录音%录像及电子计算机的存储器等领域#一般用作录音磁

48、头的材料有坡莫合金%阿尔培姆等#录像%数字记录等进行高速记录时$采用铁硅铝系合金#磁记录介质有磁带%硬磁盘%软磁盘%磁卡及磁鼓等$从结构上看分为磁粉涂布型介质和连续膜型介质两大类#金属磁粉主要是纯铁和铁钴等合金磁粉$既具有高的饱和磁化强度值又具有一定的矫顽力$是较理想的磁记录材料#连续薄膜型磁记录介质的金属材料主要有采用电镀法和化学镀法制备的钴系薄膜$如钴镍磷薄膜$具有很好的电磁转换特性#采用真空蒸镀的钴镍合金薄膜磁带$具有很好的短波长记录特性#!精密电阻合金在尽可能宽的温度范围&()至*)+甚至,)+-具有低的电阻温度系数%电阻值稳定$电阻率高或低的电性合金#这种合金对铜的热电势小$耐热%抗

49、氧化耐蚀性好$机械性能良好$耐磨$易加工绕制$易焊接包漆#合金按体系分.铜锰系%铜镍系%镍铬系%铁铬铝系和贵金属铂族合金%金系%银系%钛铝系等电阻合金#一般用于精密电流表%电压表%功率表%记录仪器中的标准电阻器等各类电阻器和薄膜电阻#还有测应力用的应变电阻材料和压力计用电阻材料#高频超高频技术上常用玻璃喷镀电阻合金和玻璃被复细丝的复合型材料元件#,/材料科学及新型材料Green Apple Data Center!形状记忆合金具有形状记忆效应的合金#形状记忆效应就是某些固态合金在某一温度下受外力作用改变了原来的几何形状$但当加热到这种材料固有的临界温度以上时$能完全恢复变形前的几何形状的现象#

50、形状记忆效应又分两种%如果再冷却到临界温度以下形状不再发生变化$称之为单向记忆效应&如果再冷却到临界温度以下$又会恢复低温形状$而且随温度升降合金会反复改变形状$称之为双向记忆效应#已发现的有形状记忆合金系有几十种#其中应用较多研究比较深入的有镍钛系合金和铜锌铝合金#已经实现的应用有%()宇航天线$由镍钛合金丝制成$在临界温度以上制成大型抛物面状$在临界温度以下可折叠成团状$便于放入卫星中发射$卫星进入轨道后$团状天线被弹出$在阳光照射下温度升高$恢复到原来的形状&*)热能+机械能转换装置&,)热敏器件&-)紧固连接件$如管接头卡箍.铆钉等&/)医学矫形器具$如用于校正脊椎.牙齿.固定骨折部位