1)鋼鐵 鋼鐵是鐵與碳、硅、錳、磷、硫以及少量的其他元素所組成的合金。其中除鐵外，碳的含量對(duì)鋼鐵的機(jī)械性能起著主要作用，故統(tǒng)稱為鐵碳合金。它是工程技術(shù)中最重要、用量最大的金屬材料。
按碳含量不同，鐵碳合金分為鋼與生鐵兩大類，鋼是碳含量為0.03%～2%的鐵碳合金。碳鋼是最常用的普通鋼，冶煉方便、加工容易、價(jià)格低廉，而且在多數(shù)情況下能滿足使用要求，所以應(yīng)用十分普遍。按碳含量不同，碳鋼又分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。隨碳含量升高，碳鋼的硬度增加、韌性下降。合金鋼又叫特種鋼，在碳鋼的基礎(chǔ)上加入一種或多種合金元素，使鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韌性、耐腐蝕性，等等。經(jīng)常加入鋼中的合金元素有硅、鎢、錳、鉻、鎳、鈷、釩、鈦等。我國(guó)合金鋼的資源相當(dāng)豐富，除鉻、碳o(jì)不足，錳品位較低外，鎢、鈷、釩、鈦和稀土金屬儲(chǔ)量都很高。21世紀(jì)初，合金鋼在鋼的總產(chǎn)量中的比例將有大幅度增長(zhǎng)。
碳含量2%～4.3%的鐵碳合金稱生鐵。生鐵硬而脆，但耐壓耐磨。根據(jù)生鐵中碳存在的形態(tài)不同又可分為白口鐵、灰口鐵和球墨鑄鐵。白口鐵中碳以鐵3碳形態(tài)分布，斷口呈銀白色，質(zhì)硬而脆，不能進(jìn)行機(jī)械加工，是煉鋼的原料，故又稱煉鋼生鐵。碳以片狀石墨形態(tài)分布的稱灰口鐵，斷口呈銀灰色，易切削，易鑄，耐磨。若碳以球狀石墨分布則稱球墨鑄鐵，其機(jī)械性能、加工性能接近于鋼。在鑄鐵中加入特種合金元素可得特種鑄鐵，如加入鉻，耐磨性可大幅度提高，在特種條件下有十分重要的應(yīng)用。
(2)鋁合金
鋁是分布較廣的元素，在地殼中含量?jī)H次于氧和硅，是金屬中含量最高的。純鋁密度較低，為2.7 g/碳m3，有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性(僅次于金、銀、銅)，延展性好、塑性高，可進(jìn)行各種機(jī)械加工。鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，在空氣中迅速氧化形成一層致密、牢固的氧化膜，因而具有良好的耐蝕性。但純鋁的強(qiáng)度低，只有通過合金化才能得到可作結(jié)構(gòu)材料使用的各種鋁合金。
鋁合金的突出特點(diǎn)是密度小、強(qiáng)度高。鋁中加入錳、鎂形成的鋁-錳、鋁-鎂合金具有很好的耐蝕性，良好的塑性和較高的強(qiáng)度，稱為防銹鋁合金，用于制造油箱、容器、管道、鉚釘?shù)?。硬鋁合金的強(qiáng)度較防銹鋁合金高，但防蝕性能有所下降，這類合金有鋁-銅-鎂系和鋁-銅-鎂-鋅系。新近開發(fā)的高強(qiáng)度硬鋁，強(qiáng)度進(jìn)一步提高，而密度比普通硬鋁減小15%，且能擠壓成型，可用作摩托車骨架和輪圈等構(gòu)件。鋁-Li合金可制作飛機(jī)零件和承受載重的高級(jí)運(yùn)動(dòng)器材。
目前高強(qiáng)度鋁合金廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)、艦艇和載重汽車等，可增加它們的載重量以及提高運(yùn)行速度，并具有抗海水侵蝕，避磁性等特點(diǎn)。
(3)銅合金
純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，有極好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，其導(dǎo)電性僅次于銀而居金屬的第二位。銅具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和耐蝕性能，是優(yōu)良的電工用金屬材料。
工業(yè)中廣泛使用的銅合金有黃銅、青銅和白銅等。
銅與鋅的合金稱黃銅，其中銅占60%～90%、鋅占40%～10%，有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，可用作各種儀器零件。再如在黃銅中加入少量錫，稱為海軍黃銅，具有很好的抗海水腐蝕的能力。在黃銅中加入少量的有潤(rùn)滑作用的鉛，可用作滑動(dòng)軸承材料。
青銅是人類使用歷史最久的金屬材料，它是銅、錫合金。錫的加入明顯地提高了銅的強(qiáng)度，并使其塑性得到改善，抗腐蝕性增強(qiáng)，因此錫青銅常用于制造齒輪等耐磨零部件和耐蝕配件。錫較貴，目前已大量用鋁、硅、錳來代替錫而得到一系列青銅合金。鋁青銅的耐蝕性比錫青銅還好。鈹青銅是強(qiáng)度最高的銅合金，它無磁性又有優(yōu)異的抗腐蝕性能，是可與鋼相競(jìng)爭(zhēng)的彈簧材料。
白銅是銅-鎳合金，有優(yōu)異的耐蝕性和高的電阻，故可用作苛刻腐蝕條件下工作的零部件和電阻器的材料。
4）鋅合金
以鋅為基加入其他元素組成的合金。常加的合金元素有鋁、銅、鎂、鎘、鉛、鈦等。鋅合金熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，易熔焊，釬焊和塑性加工，在大氣中耐腐蝕，殘廢料便于回收和重熔；但蠕變強(qiáng)度低，易發(fā)生自然時(shí)效引起尺寸變化。熔融法制備，壓鑄或壓力加工成材。按制造工藝可分為鑄造鋅合金和變形鋅合金。
鋅合金的主要添加元素有鋁,銅和鎂等.鋅合金按加工工藝可分為形變與鑄造鋅合金兩類.鑄造鋅合金流動(dòng)性和耐腐蝕性較好,適用于壓鑄儀表,汽車零件外殼等。
【鋅合金成分及鑄件品質(zhì)】
一、鋅合金的特點(diǎn)
1. 比重大。
2. 鑄造性能好，可以壓鑄形狀復(fù)雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑。
3. 可進(jìn)行表面處理：電鍍、噴涂、噴漆。
4. 熔化與壓鑄時(shí)不吸鐵，不腐蝕壓型，不粘模。
5. 有很好的常溫機(jī)械性能和耐磨性。
6. 熔點(diǎn)低，在385℃熔化，容易壓鑄成型。
1)耐蝕合金 金屬材料在腐蝕性介質(zhì)中所具有的抵抗介質(zhì)侵蝕的能力，稱金屬的耐蝕性。純金屬中耐蝕性高的通常具備下述三個(gè)條件之一：
?、贌崃W(xué)穩(wěn)定性高的金屬。通?？捎闷錁?biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)來判斷，其數(shù)值較正者穩(wěn)定性較高；較負(fù)者則穩(wěn)定性較低。耐蝕性好的貴金屬，如磷t、金、銀、銅等就屬于這一類。
?、谝子阝g化的金屬。不少金屬可在氧化性介質(zhì)中形成具有保護(hù)作用的致密氧化膜，這種現(xiàn)象稱為鈍化。金屬中最容易鈍化的是鈦、Zr、Ta、Nb、鉻和鋁等。
③表面能生成難溶的和保護(hù)性能良好的腐蝕產(chǎn)物膜的金屬。這種情況只有在金屬處于特定的腐蝕介質(zhì)中才出現(xiàn)，例如，鉛和鋁在H2硫O4溶液中，鐵在H3磷O4溶液中，鈷在鹽酸中以及鋅在大氣中等。
因此，工業(yè)上根據(jù)上述原理，采用合金化方法獲得一系列耐蝕合金，一般有相應(yīng)的三種方法：
?、偬岣呓饘倩蚝辖鸬臒崃W(xué)穩(wěn)定性，即向原不耐蝕的金屬或合金中加入熱力學(xué)穩(wěn)定性高的合金元素，使形成固溶體以及提高合金的電極電勢(shì)，增強(qiáng)其耐蝕性。例如在銅中加金，在鎳中加入銅、鉻等，即屬此類。不過這種大量加入貴金屬的辦法，在工業(yè)結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用是有限的。
?、诩尤胍租g化合金元素，如鉻、鎳、鈷等，可提高基體金屬的耐蝕性。在鋼中加入適量的鉻，即可制得鉻系不銹鋼。實(shí)驗(yàn)證明，在不銹鋼中，含鉻量一般應(yīng)大于13%時(shí)才能起抗蝕作用，鉻含量越高，其耐蝕性越好。這類不銹鋼在氧化介質(zhì)中有很好的抗蝕性，但在非氧化性介質(zhì)如稀硫酸和鹽酸中，耐蝕性較差。這是因?yàn)榉茄趸运岵灰资购辖鹕裳趸ぃ瑫r(shí)對(duì)氧化膜還有溶解作用。
?、奂尤肽艽偈购辖鸨砻嫔芍旅艿母g產(chǎn)物保護(hù)膜的合金元素，是制取耐蝕合金的又一途徑。例如，鋼能耐大氣腐蝕是由于其表面形成結(jié)構(gòu)致密的化合物羥基氧化鐵［鐵Ox·(OH)23-2x］，它能起保護(hù)作用。鋼中加入銅與磷或磷與鉻均可促進(jìn)這種保護(hù)膜的生成，由此可用銅、磷或磷、鉻制成耐大氣腐蝕的低合金鋼。
金屬腐蝕是工業(yè)上危害最大的自發(fā)過程，因此耐蝕合金的開發(fā)與應(yīng)用，有重大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
(2)耐熱合金又稱高溫合金
耐熱合金合金又稱高溫合金，它對(duì)于在高溫條件下的工業(yè)部門和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域有著重大的意義。
一般說，金屬材料的熔點(diǎn)越高，其可使用的溫度限度越高。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，金屬材料的機(jī)性能顯著下降，氧化腐蝕的趨勢(shì)相應(yīng)增大，因此，一般的金屬材料都只能在500 ℃～600 ℃下長(zhǎng)期工作。能在高于700 ℃的高溫下工作的金屬通稱耐熱合金?！澳蜔帷笔侵钙湓诟邷叵履鼙３肿銐驈?qiáng)度和良好的抗氧化性。
提高鋼鐵抗氧化性的途徑有兩條：一是在鋼中加入鉻、硅、鋁等合金元素，或者在鋼的表面進(jìn)行鉻、硅、鋁合金化處理。它們?cè)谘趸詺夥罩锌珊芸焐梢粚又旅艿难趸?，并牢固地附在鋼的表面，從而有效地阻止氧化的繼續(xù)進(jìn)行。二是用各種方法在鋼鐵表面形成高熔點(diǎn)的氧化物、碳化物、氮化物等耐高溫涂層。
提高鋼鐵高溫強(qiáng)度的方法很多，從結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的化學(xué)觀點(diǎn)看，大致有兩種主要方法：
一是增加鋼中原子間在高溫下的結(jié)合力。研究指出，金屬中結(jié)合力，即金屬鍵強(qiáng)度大小，主要與原子中未成對(duì)的電子數(shù)有關(guān)。從周期表中看，ⅥB元素金屬鍵在同一周期內(nèi)最強(qiáng)。因此，在鋼中加入鉻、鈷、鎢等原子的效果最佳。
二是加入能形成各種碳化物或金屬間化合物的元素，以使鋼基體強(qiáng)化。由若干過渡金屬與碳原子生成的碳化物屬于間隙化合物，它們?cè)诮饘冁I的基礎(chǔ)上，又增加了共價(jià)鍵的成分，因此硬度極大，熔點(diǎn)很高。例如，加入鎢、鈷、釩、Nb可生成鎢碳、鎢2碳、鈷碳、鈷2碳、釩碳、Nb碳等碳化物，從而增加了鋼鐵的高溫強(qiáng)度。
利用合金方法，除鐵基耐熱合金外，還可制得鎳基、鉬基、鈮基和鎢基耐熱合金，它們?cè)诟邷叵戮哂辛己玫臋C(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性。其中鎳基合金是最優(yōu)的超耐熱金屬材料，組織中基體是鎳鉻碳o(jì)的固溶體和鎳3鋁金屬化合物，經(jīng)處理后，其使用溫度可達(dá)1 000 ℃～1 100 ℃。
(3)鈦合金
鈦是周期表中第I釩B類元素，外觀似鋼，熔點(diǎn)達(dá)1 672 ℃，屬難熔金屬。鈦在地殼中含量較豐富，遠(yuǎn)高于銅、鋅、錫、鉛等常見金屬。我國(guó)鈦的資源極為豐富，僅四川攀枝花地區(qū)發(fā)現(xiàn)的特大型釩鈦磁鐵礦中，伴生鈦金屬儲(chǔ)量約達(dá)4.2億噸，接近國(guó)外探明鈦儲(chǔ)量的總和。
純鈦機(jī)械性能強(qiáng)，可塑性好，易于加工，如有雜質(zhì)，特別是O、N、碳 提高鈦的強(qiáng)度和硬度，但會(huì)降低其塑性，增加脆性。
鈦是容易鈍化的金屬，且在含氧環(huán)境中，其鈍化膜在受到破壞后還能自行愈合。因此 干腐蝕介質(zhì)都是穩(wěn)定的。鈦和鈦合金有優(yōu)異的耐蝕性，只能被氫氟酸 濃度的 侵蝕。特別是 穩(wěn)定，將鈦或鈦合金放 取出后，仍光亮如初，遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼。
鈦的另一重要特性是密度小。其強(qiáng)度是不銹鋼的3.5倍，鋁合金的1.3倍，是目前所有工業(yè)金屬材料中最高的。
液態(tài)的鈦幾乎能溶解所有的金屬，形成固溶體或金屬化合物等各種合金。合金元素如鋁、釩、Zr、錫、硅、鈷和錳等的加入，可改善鈦的性能，以適應(yīng)不同部門的需要。例如，鈦-鋁-錫合金有很高的熱穩(wěn)定性，可在相當(dāng)高的溫度下長(zhǎng)時(shí)間工作；以鈦-鋁-釩合金為代表的超塑性合金，可以50%～150%地伸長(zhǎng)加工成型，其最大伸長(zhǎng)可達(dá)到2 000%。而一般合金的塑性加工的伸長(zhǎng)率最大不超過30%。
由于上述優(yōu)異性能，鈦享有“未來的金屬”的美稱。鈦合金已廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，它是火箭、導(dǎo)彈和航天飛機(jī)不可缺少的材料。船舶、化工、電子器件和通訊設(shè)備以及若干輕工業(yè)部門中要大量應(yīng)用鈦合金，只是目前鈦的價(jià)格較昂貴，限制了它的廣泛使用。
(4)磁性合金
材料在外加磁場(chǎng)中，可表現(xiàn)出三種情況：①不被磁場(chǎng)所吸引的，叫反磁性材料；②微弱地被磁場(chǎng)所吸引的，叫順磁性材料；③強(qiáng)烈地被磁場(chǎng)吸引的，稱鐵磁性材料，其磁性隨外磁場(chǎng)的加強(qiáng)而急劇增高，并在外磁場(chǎng)移走后，仍能保留磁性。金屬材料中，大多數(shù)過渡金屬具有順磁性；只有鐵、碳o(jì)、鎳等少數(shù)金屬是鐵磁性的。
金屬中組成永磁材料的主要元素是鐵、碳o(jì)、鎳和某些稀土元素。目前使用的永磁合金有稀土鈷系、鐵鉻鈷系和錳鋁碳系合金。
磁性合金在電力、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和電光學(xué)等新興技術(shù)領(lǐng)域中，有著日益廣泛的應(yīng)用。
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