文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 新型金属材料_二_

新型金属材料_二_

新型金属材料_二_
新型金属材料_二_

新型金属材料(二)

陈国良

(北京科技大学,北京 100083)

【摘要】 探讨了新型金属材料的现状、应用与发展,包括金属间化合物、非晶带和大块金属玻璃合金、纳米晶粒尺度的金属材料及金属基复合材料等,并对其发展远景进行了预测。对传统金属材料的现状也进行了分析讨论,认为金属材料是最重要的结构材料和功能材料。全文分两期发表。

【关键词】 新型金属材料 金属间化合物 形状记忆合金 纳米金属 金属基复合材料

NEW METALLIC MATERIALS(Ⅱ)

Chen G uoliang

(University of Science and T echnology,Beijing)

【Abstract】 The development and the application of new metallic materials were described,including the intermetallic com pound materials,metallic glass alloy with am orphous thin strip and block forms,metallic materials and metallic matrix com posites materials with nanocrystalline grain size,the prediction to the prospect was carried out.The present status of traditional metallic materials was discussed,it is considered that the metallic materials are the m ost im portant structural materials and functional materials.This article is published in tw o issues.

【K ey Words】 New Metallic Material,Intermetallic C om pound,Shape Mem ory Alloy, Nanocrystalline Metal,Metallic Matrix C om posite Material

312 非晶带和大块金属玻璃合金

金属非晶带(薄膜)和大块金属玻璃合金具

有非晶结构。非晶结构只有原子短程有序排列,

而没有原子按一定规律排列的长程有序结构,金

属玻璃处于热力学亚稳态,在一定的温度和时间

条件下非晶态会向晶态转变。人们早已知道,氧

化物玻璃是非晶结构,只有原子短程有序排列,

没有长程有序排列。但是所有固态金属的接近平

衡态都是晶体,具有原子长程有序排列的晶体结

构,只有极快冷却条件下才能得到非晶结构。

1960年Duwez在Nature首先报导在极快冷却条件

下Au

3Si液态金属凝固成具有非晶结构的金属玻

璃[16]。金属液态结构也是短程有序排列,但其

凝固得到的固态金属玻璃具有更大程度的短程有

序,这个凝固转变是二级相变。非晶材料具有一

般晶态材料没有的独特特性,例如,具有很高的

刚性、强度、耐磨性和断裂韧性,优良的磁性,

极佳的耐蚀性和催化特性。在一定的条件下,大

块金属玻璃材料具有极好的超塑性,拉伸变形量

可达15000%。因而,金属非晶带(薄膜)和大

块金属玻璃合金作为一类不同于传统金属材料的

新金属材料获得重视和大力发展。

现在已经可以用各种方法得到具有非晶结构

的金属和合金。各种沉积膜技术是制备非晶膜的

第24卷 第5期上 海 金 属V ol124,N o15 1 2002年9月SH ANG H AI MET A LS Sept.,2002

重要途径,其实早在Duwez之前,就有报导可以用原子沉积技术得到非晶膜,但没有引起重视,现在各种沉积膜技术已得到广泛研究,可以制备出结构、性质和用途各异的薄膜,成为制备非晶膜的主要途径。从液态金属凝固成非晶金属的技术主要是各种甩带技术,熔化的金属液体射流到旋转的铜辊上被甩成非晶薄带,通常只有10~50μm厚,由此得到105~106K/s的快速凝固。表

面溶化快冷处理技术也可能得到表面非晶层。非晶结构也可在固态范围得到,辐照技术都可增加固体缺陷使固态金属退化为非晶结构。固态金属通过超强变形,如机械合金化、强磨等,使得合金储藏大量机械能,同时,晶态结构变为非晶结构。

自1960年发现非晶材料起,发展的非晶材料基本上是非晶粉末和几十微米厚的非晶薄带,因为必须在105K/s快速冷却下才能得到非晶结构。只有个别报导在水冷条件下得到直径3mm 的Pd

40

Ni40P20非晶合金和直径013mm的Pd76Cu6Si18非晶合金。到90年代,非晶薄带材料已经工业化应用,大块非晶或大块金属玻璃材料成为大力研究发展的主要非晶材料。临界冷却速率是合金非晶形成能力的基本表征,要在普通铸造冷却条件下得到大块非晶材料,必要条件是获得非晶结构的临界冷却速率低,一般要小于103K/s。现已发现一些多元合金系能满足这一条件,重要的大块金属玻璃材料的合金系有:Mg2Ln2T M,Ln2Al2 T M,Z r2Al2T M,Z r2(T i,Nb,Pd)2Al2T M,Z r2T i2 T M2Be,Nd2Fe2Al,Pd2Cu2Ni2P,Pd2Cu2Ni2P,Fe2( Al,G a)2(P,C,B,Si,G e),Pr2Fe2Al,Fe2(C o, Ni)2(Z r,Nb,T a)2B,C o2Fe2(ZR,Nb,T a)2B, Fe2(C o,Ni)2(Z r,Nb,T a)2(W,M o)2B系等(T M 表示过渡元素,Ln表示镧系元素)。Z r2Al2T M系合金可得到30mm的大块金属玻璃材料,加Be 的Z r2T i2T M2Be非晶合金和Pd2Cu2Ni2P非晶合金的厚度可分别达到40mm和72mm。

非晶带的主要用途是做软磁材料,合金系有过渡元素(Fe,C o,Ni)+20%类金属(B,Si,C ,P)系,过渡元素(Fe,C o,Ni)+10%(Z r, H f)系,稀土元素+过渡元素系等。具有代表性

的商业合金为Fe

78

Si9B13、C o66Ni1Fe4Si15B14、Fe40 Ni40P14B6、Fe81C o9Z r10B8等。在国家有关行业和863发展计划的长期支持下,我国已具备年产6000t200mm宽的非晶带能力。Fe78Si9B13非晶带做配电变压器的铁芯,其铁损比取向冷轧硅钢片铁芯小约70%,有巨大经济效益。C o基和Fe2Ni基非晶带是高导磁率合金。

大块金属玻璃材料可以说是90年代大力发展的材料[17,18],日本的Inoue教授和美国的Johns on教授率先开展了系统研究,处于领先地位。Inoue教授用配方实验方法发展了现有大块金属玻璃材料合金系中的大部分合金系,并在此基础上总结出一些经验规律。提出大块非晶成分有三个重要特点:①三组元以上的多元合金系;

②组元之间原子尺寸差异大于12%;③主要组元之间具有负的混合焓,即主要组元之间具有强的化学结合力。同时总结出一些经验规律:合金的玻璃转变温度T

g与熔点T m之比越大,T g与结

晶温度T

x

之差越大,则获得非晶结构的临界冷却速率越低,可获得大块金属玻璃材料的厚度越大。但是,关于大块金属玻璃材料的微观结构、合金形成理论和合金设计方法等都尚不清楚,缺乏系统的非晶形成理论。因而,当前研究的第一个主要内容是搞清楚这些理论问题,并在此基础上发展容易工业化的新大块金属玻璃合金系。当前研究的第二个主要内容是发展能工业化的大块金属玻璃材料制备技术,要能制备出各种规格的大块金属玻璃部件。目前已经发展了许多大块金属玻璃材料制备方法,但要能制备各种规格部件,特别是能工业化尚需大量工作。当前研究的第三个主要内容是大块金属玻璃材料的应用研究。非晶材料具有很多优异的特性,只有在获得大块的金属玻璃材料后才有可能深入研究和得到应用,因此,非晶态的各种性能研究,包括变形和断裂、催化性能、耐蚀性、耐磨性等各种力学、物理和化学特性的研究至关重要。但是当前各类材料都在大力发展,各具特点,相互竞争,不仅是性能的竞争,而且是价格的竞争,只有非常优异的性能又是能接受的成本才能得到广泛应用。因此,广泛的应用性的蜒究和开发具有极重要的意义。目前,已经能用锆基大块金属玻璃合金做高级的高尔夫球棒的击球头,利用其高刚性把高尔夫球打得更远,但价格极高。其他应用领域可能很广,在国防、化工、能源、机械等行业

2

 上 海 金 属第24卷 

都有应用潜力。美国国防部已宣布要为军事系统研究非晶态金属,对以铁、铝、钛、镁和难熔金

属构成的合金兴趣颇浓。大块金属玻璃材料还有一个极重要的应用潜力,就是作为纳米材料的重要制备途径,即先制备大块金属玻璃材料,再通过控制结晶得到大块纳米材料。研究证明,大块金属玻璃材料经过控制析出纳米晶相,可以产生极大强化作用。例如,Z r

65

Al715Ni10Cu1215Ag5铸态全非晶棒的拉伸断裂强度为1150MPa,当含有14%纳米Z r3Al2析出时,拉伸断裂强度提高到1520MPa。非晶薄带通过纳米晶相可得到更高的强化作用。这种纳米晶相强化作用似与纳米相的结构无关,都有强化作用。

本文作者研究组在国家863计划和国家自然科学基金的支持下,90年代中开始正式立项研究大块金属玻璃材料,发表了多元短程序畴过冷理论[19],认为是带多种多元短程序的液态结构导致凝固结晶超过冷度,因而可能在通常铸造冷却速度下得到大体积非晶结构。通过热力学处理得到了新的合金设计方法和程序,并得到实验验证。他们研究了晶相对大块金属玻璃材料非晶基体的强化和脆化作用,以及倒过来,研究非晶或准晶相对晶相基体的强化作用。表4为直径为3mm的Z r5215Cu1719Ni1416Al10T i5块体玻璃合金非晶圆棒在不同的退火条件下得到的纳米相的尺寸、体积分数与力学性能之间的关系。可见,通过纳米相强化的Z r基大块金属玻璃材料的断裂强度

达到2080MPa。图4是Z r

5215

Cu1719Ni14162Al10T i5块体非晶合金经过10min773K退火析出的10~60nm 析出相形貌。用纳米非晶或准晶相也能显著提高Al基合金的强度,例如20nm非晶相强化的Al9V8Fe2合金带断裂强度可达1487MPa。他们还证实大块金属玻璃材料具有极好的抗腐蚀性能。

表4 直径为3mmZr

5215

Cu1719Ni1416Al10T i5块体玻璃合金非晶圆棒在不同的退火条件下得到的纳

米相的尺寸、体积分数与力学性能之间的关系退火温度/K T=773>T x(晶化温度)

退火时间/m in铸态3510纳米相的平均尺寸/nm无析出相10~1520~3045~55断裂强度/MPa178018301960

2080

图4 Z r

5215

Cu1719Ni1416Al10T i5块体非晶合金经 过773K10min退火后的TE M明场像

313 纳米晶粒尺度的金属材料[20,21]

纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为21世纪前20年的主导技术,成为下一次工业革命的核心。20世纪80年代中开始成功地做出纯物质纳米粉,后来又首先得到了纳米铁块体,1990年正式召开首次纳米科学技术国际会议,由此纳米材料和纳米技术的研究兴起,开始了全新的纳米科技研究。纳米材料和纳米技术的研究是十分广泛的,在纳米材料基础上发展的纳米科学技术,包括纳米材料学、纳米机械学、纳米电子学、纳米化学和纳米物理化学、纳米生物学等,组成一个崭新的科学技术时代。从21世纪开始将有很多材料向纳米化发展,纳米颗粒开始进入各种材料,目前发展最快的是在微电子信息领域,特别是纳米碳管及纳米结构组装体系等相关技术。纳米材料和纳米技术在生物工程和医学领域的应用研究方兴未艾,在化工、陶瓷、纳米功能涂层等领域的应用研究也是备受重视。本文只限对纳米晶粒尺度的金属材料做一简短讨论。

现有金属材料的组成晶粒或颗粒,其尺寸都在微米(百万分之一米)量级,而纳米金属材料由纳米(十亿分之一米)尺度的晶粒或颗粒组成。晶粒尺度在10nm以上时,占据界面的原子数只占20%以下,大部分原子在晶内。当晶粒细化到10nm以下时,晶界所占体积百分数和界面原子数的占据比例上升速度加剧,到1nm晶

3

第5期陈国良:新型金属材料(二)

粒时,晶界原子数达到近90%(随晶粒形状略有差异)。这时,材料的原子排列已不同于常规晶体具有的严格有序排列,其原子排列特征主要由晶界区原子排列决定,晶界区原子排列是被扰乱的有序排列或含有大量缺陷的有序排列,晶界原子虽有序排列,但与晶粒内部的结构相比,原子偏离了正常平衡位置,发生晶格畸变和晶格体积变化,并且成为被晶界区隔开而互不相关的纳米尺度有序排列原子团,常规晶态的电子理论已不能正确应用到这种特殊结构,从而构成与晶态和非晶态均不相同的一种新的结构状态,成为一种全新的材料。

纳米晶粒结构产生了表面效应、体积效应和量子尺寸效应,使得材料的力学、物理和化学性能发生全面变化。纳米材料的比表面积和体积之比很大,因此它具有相当高的化学活性,导致特优的化学反应催化和光催化性能。纳米材料的颗粒尺寸越小,电子平均自由程越短,偏离理想周期场越严重,使得其导电性和磁性特殊,当晶粒尺寸达到纳米量级时,金属的电阻率大增,会显示非金属特征。常规的铁磁性材料会转变为顺磁性,甚至处于超顺磁状态。纳米材料的热力学特性发生变化,其熔点被极大地降低了,金的熔点通常是1063℃,而晶粒尺度为3nm的金微粒,其熔点仅为普通金的一半。纳米材料的光学特性发生变化,尽管各种块状金属有不同颜色,但当其细化到纳米级的颗粒时,光吸收显著增强,所有金属都呈现出黑色,红外吸收谱带展宽,吸收谱中的精细结构消失。纳米材料具有极佳的力学性能,如高强、高硬和良好的塑性。纳米铜就具有极高的强度和室温超塑性。以前给人极脆印象的陶瓷、纳米化后有很高的韧性,可以用来加工制造发动机零件。由此可见,纳米材料从根本上改变了各种常规材料的结构和特性,可望发展出全新的纳米晶粒金属和合金。

要发展大体积、大产量、界面清洁致密的具有均匀纳米晶粒的金属和合金,首先要解决的问题是制备技术。目前制备纳米材料的方法大致有:

①采用超细粉末经冷压或温压成型加低温固结而成。这种途径首先要发展大量制备各种超细粉的技术,并且要防止存在大量微孔隙缺陷和保证清洁界面。

②粉末机械研磨法或机械合金化,再经热压固结而成。这种方法要避免污染和氧化。

③各种沉积合成技术。电解沉积法已得到厚度达2mm的纳米材料。

④非晶晶化法。通过得到大块金属玻璃材料,再控制晶体得到纳米材料,或通过非晶粉末热压成型和固结,再晶化得到纳米材料。

制备技术是当前发展纳米晶粒金属材料的关键,目前对大量生产的金属材料,通过特种制备技术,已可得到微米级晶粒尺度的超级金属材料。今后,将进一步向亚微米级晶粒,甚至纳米晶粒材料发展。

整个纳米晶粒金属材料学的内容尚待建立。纳米材料的发展使我们认识到金属材料的晶粒纳米化后可能带来本质性的变化,纳米晶粒金属材料的晶体微结构及电子结构的特性和表征,成分、制备方法、微结构与各种性能的关系,相变热力学和动力学,合金化原理,环境效应,各种性能的表征与应用的可能性等都有待深入研究。下面以材料的力学性能为例进行介绍。

过去几十年的研究对传统材料的力学性能进行了系统的研究,已经建立了成熟的位错理论及在其基础上的弹塑性变形、力学性能及断裂理论。但对于纳米材料这个理论体系遇到了挑战。

(1)随着纳米材料的出现,位错在这种小尺度的晶体中的存在形式和运动行为与在大块晶体中可能有很大不同。在晶界表面能的作用下位错可能滑出晶体到表面或界面。形成没有位错的完整晶体,那些建立在位错理论基础上的力学模型和公式是否还能够应用?与此同时,我们的初步工作证明,纳米材料的微观结构也不是理想晶体,也是有缺陷的,但在概念上可能不同于传统的缺陷表征。建立纳米材料的微观结构及缺陷在原子尺度上表征,及其与性能关系是必不可少的研究课题。

(2)多晶纳米材料的结构被描述成为由占大部分体积百分数的晶界区隔开而互不相关的纳米尺度有序排列原子团组成。带有大量缺陷的晶界区弹塑性变形可能起主要或重要作用,纳米材料的界面结构与变形机制是一个基本问题。

(3)纳米材料结构和力学性能关系的表征必

4

 上 海 金 属第24卷 

不同于具有大于微米或亚微米晶粒的传统材料。

传统材料中的结构和力学性能关系,例如,Hall2 Petch关系是否还适用?已有实验结果证明,传统材料中Hall2Petch关系可以很好地描述晶粒尺寸与流变应力(或硬度)的关系。

σ=σ

+kd-12

式中k是系数,d是平均晶粒尺寸。对于常规材料,k为正值。但对有些纳米材料(如Fe,Ni, T iO2,γ2Al2O3,α2Al2O3等),硬度和晶粒尺寸成正比的Hall2Petch关系(k<0);有些纳米材料(如Pd、Ni2P)成负的Hall2Petch关系(k<0),而另外一些则为正+反混合型(Cu,Ni2P),即随晶粒尺寸减小,强度随晶粒尺寸的变化由正Hall2Petch关系转变为负Hall2Petch关系。这些变化的根本原因可能是不同制备得到的不同纳米晶体的结构和位错等缺陷的行为不同。

(4)纳米材料的表面效应和界面效应是如此之大,表面和环境对弹塑性变形、强度和断裂的作用是不可忽视的问题。

我国在纳米材料方面进行了大量研究,取得了重要的进展。在制备大面积定向纳米碳管阵列和超长纳米碳管,制备碳化钽(T aC)纳米丝外

包覆绝缘体SiO

2和T aC纳米丝外包覆石墨的纳米电缆,以及制备SiC纳米丝为芯的纳米电缆,

制备30nm的氮化镓微晶和从四氯化碳(CCl

4

)制成金刚石粉等方面都取得重大成果。在纳米晶粒金属材料方面得到了纳米铜,发现其熔点降低和室温超塑性特性,证明纳米晶的晶粒稳定性和晶粒长大特点,发现了晶粒大小与力学性能之间可能产生反常关系(即不同于正常金属材料中的晶粒大小与力学性能之间的关系)。另外,在纳米涂层及纳米粉末的应用方面都取得了初步的和鼓舞人心的结果。

314 先进金属基复合材料

复合材料是两种或多种不同材料的复合,因而也是一种新材料。通常一种材料是基体,另一种材料是增强体,起强化或韧化作用。由此可得到树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。金属基复合材料以金属或合金为基体,增强体有连续(长)纤维、短纤维、晶须和颗粒增强相等。复合材料已经有长期的研究和发展,比较成熟。这里只简要介绍先进金属基复合材料。

据文献报导[22],当前应用的金属基复合材料有以下主要种类。

(1)用SiC或Al2O3颗粒增强的铝基复合材料是重要的金属基复合材料,北美有大约15家公司可以生产铝基复合材料,大部分是用粉末冶金方法生产SiC颗粒增强铝基复合材料,个别先进公司采用有专利的搅拌铸造法生产铝基复合材料。有2家公司做长纤维加强铝基复合材料,一家公司做晶须增强铝基复合材料。

(2)钛基复合材料也是重要的金属基复合材料,北美有4家公司生产,其中2家生产宇航工业用SiC长纤维增强的钛基复合材料,2家公司在发展颗粒增强的钛基复合材料。

(3)此外,有公司生产氧化物弥散强化的高温合金,一家公司生产有特殊用途的超轻、高热导、高比刚度和振动阻尼性的铍基复合材料。有人把Cu(10~25)2W(M o)合金看作是难熔金属基复合材料。

(4)现在还在发展金属间化合物基的复合材料,例如,NiAl基陶瓷颗粒增强复合材料,含T iB2颗粒的T iAl基合金或复合材料等。另外还有金属和非晶合金复合材料等,这些都尚未有生产性产品。

融浆搅拌铸造是制备金属基复合材料的先进技术。它是将含陶瓷粉末的熔融金属基体,在强力连续搅拌下整体铸造。已经应用这种工艺工业化生产SiC增强的铝基复合材料(Al2SiC

p

),SiC 的含量一般在20%以下时,容易得到SiC均匀分布的高质量的颗粒强化铝基复合材料,大幅度的提高铝合金的刚性和强度。我国在这方面的研究已获得突破性进展,已经做出高性能的铸件和薄壁铸件,还可进行后续热加工变形(挤压)成材。

雾化喷射成形是制备高性能金属复合材料的先进工艺技术。熔融金属或合金经气体雾化喷射,同时混入颗粒增强体,控制沉积在一定的接收器上,得到致密的一定规模金属基复合材料。这种方法具有快速凝固的优点,同时又直接凝固成形,工序流程短。由于是快速凝固,因此,加入某些在常规条件下不能起改善作用的合金元

5

第5期陈国良:新型金属材料(二)

素,可能发展一些新的合金系,得到更高性能的金属基复合材料。例如,在普通冷却条件下,铝合金中的硅,铁等元素起有害作用,但在快速凝固条件下却相反,起强化作用,从而发展出高强度铝合金和高硅铝合金等新的铝合金系。同时,雾化喷射成形技术也可得到SiC颗粒均匀分布、等轴细晶、少偏析、以新型高强铝合金为基体的先进金属基复合材料,更进一步提高性能。本文作者1983年就开始研究雾化喷射成形技术,他所在新金属材料国家重点实验室90年代初就建立了当时国内先进的实验室,由张济山教授负责承担了863和国家自然科学基金重点项目,后来又和北京有色研究院合作发展和建立了多套试验装置和中试装置,发展了圆锭、管坯和板坯的生产技术,以及雾化喷射成形高强铝基复合材料。

利用组成元素在一定温度引发下可以自蔓延反应的原理制备复合材料。例如,原位反应沉积复合工艺制备金属基复合材料(X D工艺),即利用熔融金属热使合金中某些组成元素原位发生反应生成化合物质点得到复合材料,含T iB

2

颗粒的T iAl基合金就是这样得到的。又如,自蔓延反应制备涂层或复合材料技术。近来,我国在863计划的支持下,开发了生产有陶瓷内衬的复合钢管技术,即自蔓延2离心法制备技术和复合弯头直接合成技术,并且实现了产业化。总年产值已超过1亿元,产品广泛应用于电力、矿山等行业。

自生成的金属基复合材料,这是一种定向凝固共晶复合材料。例如,NiAl2难熔金属和NiAl2 Laves相定向共晶合金,NiAl2Cr、NiAl2M o、NiAl2 V共晶合金,NiAl2Laves相(NiAlT a等)共晶合金等等。这种复合材料是通过定向凝固技术制备的,典型组织是NiAl基体加平行晶体长大方向的难熔金属纤维或Laves相,由此得到难熔金属纤维或Laves相增强的NiAl基复合材料。还可以进一步复合成NiAl基体加难熔金属纤维和Laves 相的三元共晶复合材料。这类复合材料具有优于NiAl单晶的室温断裂韧性和高温强度。

金属基复合材料在航空、航天、核能和交通上已有重要的应用。21世纪预期会从宇航应用扩展到民用工业应用。据预测,到2004年世界销售量每年将增长1411%[22],因而,金属基复合材料是十分重要的新材料。

感谢:作者深深感谢韩雅芳教授提供IC6导向叶片照片,新金属材料国家重点实验室周寿增教授提供有关材料和林志同志帮助准备照片。

参考文献

[1]首钢集团公司技术中心.首钢总公司冶金研究院.21世纪

的钢铁材料(译文专集).1999,:48

[2]Zuo tiey ong,W ang T ianm in,Nie Zuoren.M eterials and Design.

2001,(22):107

[3]陈国良,林均品.有序金属间化合物结构材料物理金属学

基础.北京:冶金工业出版社,1999

[4]陈国良.材料导报.2000,14(9):1

[5]K im Y W.in Proc.:ed.K im Y W,et al.G amma T itanium

Alum inides,1995T MS,:637

[6]Chen G,et al.in Proc.:ed.K im Y W,et al.G amma

T itanium Alum inides1999,1999T MS.:371

[7]Chen G,et al.C orrosion,1992,48(11):939

[8]Y oshihara M,K im Y W.in Proc:ed.K im Y W,et al.G amma

T itanium Alum inides1999,1999T MS,:753

[9]周寿增,董清飞著.超强永磁体———稀土铁系永磁材料.

北京:冶金工业出版社,1999

[10]Verhoeven J D,et al.M etallurgical T ransaction4.1987,184:

223

[11]周寿增等.第九届全国磁学与磁性材料会议论文集.洛

阳.1996,:47

[12]Zhou Shouzeng,et al.progress in natural science.1998,18

(6):722

[13]杨全民.金属热处理学报,2000,21(2):46

[14]Liew P K.JOM2000,52(10):35

[15]Y ang D.M aterials and Design,2000,21:503

[16]K lement K,W illens R H,P Duwez.Nature,1960,187:869

[17]Anoue A.Bulk Am orphous Alloys:Preparation and Fundamental

Characteristics T rans T ech Publications LT D,2000

[18]Anoue A.Bulk Am orphous Alloys:Practical Characteristics and

Applications T rans T ech Publications LT D,2000

[19]Chen G L.Hui X D,He G,et al.Multicom ponent Chem ical

Short Range Order(MCSRO)Undercooling and the F ormation of Bulk M etallic G lasses.International con ference on Bulk M etallic

G lasses.S ingapore,United Engineering F oundation,2000,:9,

24~28,Invited Paper

[20]张中太,林元华,唐子龙等.材料工程.2000,(3):42

[21]卢柯,周飞.金属学报.1997,33(1):99

[22]Rittner M N.JOM,2000,52(11):43

收稿日期:2001212211

6

 上 海 金 属第24卷 

初三化学金属和金属材料练习题2.doc

周周清一(金属和金属材料练习) 1.下列化学方程式书写正确的是() A.2Fe+6HCl==2FeCl3+3H2 B. Fe+H2SO4==FeSO4+H2 t C. Fe+ CuSO4==FeSO4+Cu D. 4Fe+3O2==2Fe2O3 2.将适量的铁粉投入到盐酸屮,下列现象不会出现的是() A.溶液变成浅绿色 B.有无色气体产生 C.铁粉不断减少 D.有棕色沉淀生成 3.国外目前掀起购买“屮国铁锅热”,这主要是因为铁锅() A.传热快 B.价格便宜 C.不易腐蚀 D.被加工的食品屮含有铁元素 4.收藏家收藏清末铝制品,至今保存丁分完好,该艺术品不易锈蚀的主要原因是() A.铝不易发生化学反应 B.铝不易发生化学反应 C.铝易氧化,其表面的氧化膜具有保护内部作用 D.铝很难与酸发生反应 5.在LI常生活屮的金属炊具和医院屮的金属医疗器械的主要成份是() A.白铜合金 B.武徳合金 C.不锈钢 D.青铜 6.下列关于生铁和钢的描述屮,正确的是() A.生铁和钢都是混合物,其主要成份都是碳 B.生铁硬而有韧性,既可以铸又可锻 C.生铁与钢的性能由很大的并别,主要是由于生铁和钢屮的含碳最不同 D.钢是用铁矿石和焦炭作原料炼制而成的 7.垃圾时放错了位置的资源,该分类|叫收,生活屮废弃的铁锅,铝制易拉罐、铜导线等可以归为一类加以冋收,它们属于() A.氧化物 B.化合物 C.金属或合金 D.非金属 8.将铁放入下列溶液屮,溶液的质量会减少的是() A.盐酸溶液 B.硫酸溶液 C.硫酸亚铁溶液 D.硫酸铜溶液 9.新买的铝锅、铝壶用来烧开水,凡是水浸到的地方都会变黑,这现彖说明该水中含有() A.钾元素 B.钠元素 C.钙元索 D.铁元索 10.下列关于“合金”的叙述①合金屮至少含有两种金属;②合金屮元素以化合态的形式存在; ③合金屮一定含有金属;④合金一定为混合物;⑤合金依然具有金属特性,其屮正确的是() A.④ B.①②③ C.③④ D.③④⑤ 11?为适应火车提速,沪宁线上原有的短轨全部连接成超常轨,在连接过稈屮,工程技术人员点燃铝热剂(铝粉和氧化镁的混合物)能释放出大量的热量,生成熔融状态的铁可用来连接铁轨,反应的化学方程式为:Fe2O3+2Allf AI2O34-2Fe其屮还原剂是()

课题2金属的化学性质教案

课题:《金属的化学性质》教案(第一课时) 授课人:梁文海 一、教材分析 1、本课题在教材中的地位和作用: 本课题位于人教版九年级化学下册第八单元第二节,是在上课题介绍金属物理性质的基础上,侧重介绍金属的化学性质,重点介绍金属与氧气、金属与酸的反应,以及金属的活动性顺序。金属材料与人类生活的关系非常密切,本教材将此内容单列一章,体现了“化学来源于生活,服务于生活”这一主题。教材注意从学生的生活经验和实验事实出发,采用对比的方法,引导学生亲自感受金属与氧气以及盐酸等反应的不同,加深学生对物质的性质与物质用途关系的了解,认识到金属既有通性,又有各自的特性。 教材注重对学生学习能力的培养,如置换反应、金属活动性顺序的认识均采用探究的方式,通过实验,层层引导,深入讨论,并归纳得出结论。在活动与探究的过程中,注意激发学生的学习兴趣,培养学习能力,同时使他们获得新知识。 2.教学的重点和难点: 1)重点:通过实验探究认识常见金属的化学反应及金属活动性顺序是本课题的重点; 2)难点:将常见金属的化学反应用化学方程式表示,并能运用所学知识解释生活中的一些现象是本课题的难点。 二、学情分析 学生在学习本课之前已经对金属的物理性质有所了解,对金属的化学性质的学习在之前已经学过镁、铁与氧气的反应,以镁、铁与氧气反应的条件和剧烈程度引出本课题,顺理成章,学生也比较容易在原有的基础上形成知识框架。 三、教学目标 1、知识与技能 认识金属化学活动性顺序,了解金属活动性顺序含义。会读、会写并熟记常见金属的化学方程式及金属活动性顺序表。 2.过程与方法 通过实验探究金属镁、锌、铁、铜的活动性,通过小组合作进行研究性学习,主动与他人进行交流和讨论,初步学会运用对比、归纳、概括等方法对获取的信息进行加工,并用化学语言进行表述。 3.情感态度价值观 对金属的活动性的探究, 初步认识科学探究的意义和基本过程;激发学习化学的兴趣,感受探究物质奥秘的乐趣。 四、教材处理与学法指导 对于金属与氧气反应的教学,本人采取了复习回忆一些金属与氧气反应的实验,并展示相应的图片以加深学生的感性认识。引导学生进行对比和分析,从中得出金属与氧气反应的一些规律性知识。让学生们懂得大多数金属都能与氧气反应,但反应的难易和剧烈程度不同,由此也可在一定意义上反映金属的活泼程度。对金属活动性顺序的探究上,采用实验—讨论的教学模式,通过对实验事实的分析,层层诱导,通过对某些金属的活动性的比较,进而引出金属活动性顺序。通过练习,使学生能应用置换反应和金属活动性顺序解释、处理一些与

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

金属材料讲义-钢材教材

金属材料讲义—钢材 余松敏 一、钢材的规格和型号 钢结构用钢材主要为热轧成型的钢板和型钢,冷轧成型的钢板和冷弯成型的薄壁型钢。金属装饰用钢材主要为冷轧成型的不锈钢板和热轧成型的不锈钢型钢,1.钢板 钢板有薄钢板、中、厚钢板、扁钢(或带钢)之分,其规格如下: 薄钢板:厚度0.35—4 mm,宽度500—1500 mm,长度0.4—5 m。 中钢板:厚度4.5—20 mm,宽度600—3000 mm,长度4—12 m。 厚钢板:厚度大于20mm —60mm,宽度600—3000 mm,长度4—12 m。 特厚板:厚度大于60mm,宽度600—3000 mm,长度4—12 m。 扁钢:厚度4—60 mm,宽度12—200 mm,长度3—9 m。 例如—100 80 3或平板100 80 3表示长100 mm宽80 mm厚度为3 mm的平板。2.角钢 角钢分等边角钢和不等边角钢二种。等边角钢以肢宽和肢厚表示,如∠50 5即为肢宽50 mm,肢厚5 mm的等边角钢。不等边角钢则是以二肢的宽度和厚度表示,如∠100 80 8,即为长肢宽100 mm,短肢宽80 mm,肢厚8 mm的不等边角钢。我国目前生产的等边角钢肢宽20 —200 mm,肢厚3—24 mm,不等边角钢肢宽25 16—200 125 mm,肢厚3—18 mm。角钢的长度一般为3—9 m。 一般我们标记5号角钢为∠5#,常表示为∠50 50 5的等边角钢,∠80 80 8的等边角钢标记为∠8#(8号角钢),如不按此惯例选用的角钢,则必须标示肢厚。3.工字钢

工字钢有普通工字钢、轻型工字钢和宽翼缘工字钢(H型钢)三种。普通工字钢用号数表示,例如I18表示工字钢高度为180mm,18号以上的工字钢,同一号数有二种或三种不同的腹板厚度,分别用a、b或a、b、c表示,例如I32a表示工字钢高度为320mm,腹板厚度为a(9.5 mm),I32b表示工字钢高度为320mm,腹板厚度为b (11.5 mm)。 H型钢的表示方法为高度、宽度、腹板厚度和翼板厚度,例如H300 300 11 19,表示高度为300 mm,宽度为300 mm,腹板厚度为11 mm,翼板厚度为19 mm的H型钢。工字钢和H型钢长度一般为3—9 m。 4.槽钢 槽钢有普通槽钢和轻型槽钢二种,也用号数表示,例如 18表示槽钢截面高度为180 mm。同工字钢一样,槽钢同一号数也有二种或三种不同的腹板厚度,分别用a、b或a、b、c表示,例如 32c表示槽钢高度为320mm,腹板厚度为c(12 mm) 。槽钢长度一般为3—9 m。 5.圆管、方管和矩型管 圆管一般用外径和壁厚表示,例如 30 2表示圆管外径为30 mm,壁厚为2 mm 的钢管。方管和矩型管则用外形尺寸和壁厚表示,例如 30 2表示边长为18 mm,壁厚为1 mm的方管。 60 30 3表示长边为60 mm,短边为30 mm,壁厚为3 mm的矩型管。圆管、方管和矩型管的长度一般为3—9 m。 二、钢材的机械(力学)性能 1.强度 钢材的强度主要用屈服强度和抗拉强度表示。 屈服强度就是钢材在受载变形后能否恢复常态的临界强度,低于此数值,钢材在受载变形后能恢复原样,高于此数值,钢材在受载变形后不能恢复原样。

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。

最新金属材料学课后习题总结

习题 第一章 1、何时不能直接淬火呢?本质粗晶粒钢为什么渗碳后不直接淬火?重结晶为什么可以细化晶粒?那么渗碳时为什么不选择重结晶温度进行A化? 答:本质粗晶粒钢,必须缓冷后再加热进行重结晶,细化晶粒后再淬火。晶粒粗大。A 形核、长大过程。影响渗碳效果。 2、C是扩大还是缩小奥氏体相区元素? 答:扩大。 3、Me对S、E点的影响? 答:A形成元素均使S、E点向左下方移动。F形成元素使S、E点向左上方移动。 S点左移—共析C量减小;E点左移—出现莱氏体的C量降低。 4、合金钢加热均匀化与碳钢相比有什么区别? 答:由于合金元素阻碍碳原子扩散以及碳化物的分解,因此奥氏体化温度高、保温时间长。 5、对一般结构钢的成分设计时,要考虑其M S点不能太低,为什么? 答:M量少,Ar量多,影响强度。 6、W、Mo等元素对贝氏体转变影响不大,而对珠光体转变的推迟作用大,如何理解? 答:对于珠光体转变:Ti, V:主要是通过推迟(P转变时)K形核与长大来提高过冷γ的稳定性。 W,Mo: 1)推迟K形核与长大。 2)增加固溶体原子间的结合力,降低Fe的自扩散系数,增加Fe的扩散激活能。 3)减缓C的扩散。 对于贝氏体转变:W,Mo,V,Ti:增加C在γ相中的扩散激活能,降低扩散系数,推迟贝氏体转变,但作用比Cr,Mn,Ni小。 7、淬硬性和淬透性 答:淬硬性:指钢在淬火时硬化能力,用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。 淬透性:指由钢的表面量到钢的半马氏体区组织处的深度。 8、C在γ-Fe与α-Fe中溶解度不同,那个大? 答:γ-Fe中,为八面体空隙,比α-Fe的四面体空隙大。 9、C、N原子在α-Fe中溶解度不同,那个大? 答:N大,因为N的半径比C小。 10、合金钢中碳化物形成元素(V,Cr,Mo,Mn等)所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。 答:V:MC型;Cr:M7C3、M23C6型;Mo:M6C、M2C、M7C3型;Mn:M3C型。 复杂点阵:M23C6、M7C3、M3C、稳定性较差;简单点阵:M2C、MC、M6C稳定性好。 11、如何理解二次硬化与二次淬火? 答:二次硬化:含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时,由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M回,使硬度不仅不下降,反而升高的现象称二次硬化。 二次淬火:在高合金钢中回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象称为二次淬火。

2020年高考化学专题分类汇总 金属和金属材料-2铁-2铁

空气 浓盐酸 铁丝 铁丝 空气 浓硫酸 铁丝 空气 水 金属和金属材料-2铁-2铁锈 (2020常州)4.铁锈的主要成分是 A. FeCO 3 B.Fe 3O 4 C.FeO D.Fe 2O 3 (2020荆门)11.铁钉在下列情况中,最容易生锈的是: ( ) A .在干燥的空气中 B .在潮湿的空气中 C .浸没在自来水中 D .浸没在植物油中 (2020赤峰升学)13.在下列条件下,铁钉锈蚀最快的是( ) (2020三明)11. 以下物质中,能用于钢铁制品除锈的是( )。 A. 水 B. 纯碱 C. 食盐 D. 盐酸 (2020滨州毕业)2. 为预防自行车生锈,下列做法中不合理的是 A .车架表面喷涂油漆 B .钢圈表面镀防护金属 C .链条表面涂机油 D .露天放置,日晒雨淋 (2020成都升学)8.将洁净光亮的铁钉在潮湿的棉花中比放在空气中更易生锈,主要原因是 A .铁钉附近湿度增大,溶氧量增多 B .隔绝了氧气 C .温度更低 D .更易与二氧化碳反应 (2020日照毕业)13.下图是探究铁制品锈蚀的条件时做的五个实验(铁钉在不同环境中),实验一段时间后,得出的结论错误的是 A .甲、乙、戊中铁钉生锈快慢的顺序为:乙>甲>戊 B .丙中的铁钉不生锈 C .铁生锈的主要条件是与空气、水直接接触 D .丁中铁钉生锈最严重 (2020玉溪)15.按图中所标要求组装好的以下Ⅰ~Ⅲ装置,搁置一段时间后,观察所产生的现象,下列有关叙述正确的是( D ) Ⅰ Ⅱ Ⅲ

A.Ⅰ、Ⅱ装置中左边液面下降,右边液面上升 B.Ⅱ、Ⅲ装置中左边液面上升,右边液面下降 C.Ⅰ、Ⅲ装置中左边液面上升,右边液面下降 D.Ⅰ装置中左边液面上升,右边液面下降,Ⅱ装置中左边液面下降,右边液面上升(2020厦门)9.如下图所示,将足量的某铁粉用水均匀地粘在试管内壁上,将试管倒立在装有水的烧杯中。实验过程中,观察到试管内液面缓慢上升。下列分析错误 ..的是A.水能进入试管的最大体积约为试管容积的1/5 B.该铁粉在试管内发生了氧化反应 C.这一实验可以验证空气的组成不是单一的 D.如把该铁粉改为木炭粉,两者的现象完全相同 (2020安徽巢湖)9.芜湖铁画是中国工艺美术百花园中的一朵奇葩。它以钢材为主料,经锻打、焊接、酸洗、上漆等多道工艺制成。下列关于铁画的叙述不正确的是【】A.铁画应悬挂在干燥的环境中 B.所用材料上的铁锈可用稀盐酸清洗掉 C.给打制成型的铁画喷漆既美观又可以防锈蚀 D.所用的主要材料──低碳钢,有较好的锻轧性能,它不属于铁的合金 (2020连云港升学)15.钢铁是使用最多的金属材料,但每年因锈蚀而损失的数量巨大,防止金属腐蚀已成为科学研究中的重大问题。以下有关金属腐蚀的叙述不正确的是 A.钢铁在潮湿的空气中比在干燥的空气中更易锈蚀 B.钢铁锈蚀的实质是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生了化学反应 C.铝比钢铁中的铁活泼,因而铝的抗腐蚀性能比钢铁差 D.在钢铁表现刷漆或镀耐腐蚀金属都可防止钢铁锈蚀 (2020岳阳) 24.防止金属的腐蚀是保护金属资源的一条有效途径。 (1)铁在空气中的锈蚀,实际上是铁跟空气中的和水蒸气共同作用的结果。 (2)为了防止铁锈蚀,人们常采用在其表面涂油、刷漆或镀铬等方法。这些方法的共同防锈原理是。 (3)稀盐酸常用来清除铁锈,请写出用稀盐酸清除铁锈的化学方程式。(2020南京毕业)26. (2分)钢铁是使用最多的金属材料。 (1)钢是含碳量为0.03%~2%的铁。如碳素钢(主要成分为铁和碳)等。 (2)【查阅资料】一般情况下,两种活动性不同的金属在潮湿的环境中接触时,活动性强的金属首先被腐蚀。 造船工业为了避免轮船的钢铁外壳被腐蚀,通常在轮船外壳镶嵌的金属是(填编号)A.银块 B.铜块 C.锡块 D.锌块 (2020邵通)22.(5分)金属资源属于不可再生资源。某同学用同规格且光亮洁净无锈的铁钉进行了如下图所示实验。

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,

江苏省盐城市滨海县中考化学一轮复习 金属和金属材料导学案2(无答案)

化学一轮复习 【考点解读】 1、认识常见金属的化学性质,能够根据反应事实判断金属的活动性强弱,并能设计实验验证和比较金属的活动性强弱。 2、能用金属活动性顺序对有关置换反应进行判断,并能解释日常生活中的一些化学现象。 3、能根据化学反应方程式进行简单的计算,初步学会利用金属和酸反应进行定量分析。 【要点梳理】 考点一金属的化学性质 1.与O2反应:许多金属在一定条件下可与O2发生反应。但是反应的难易和剧烈程度不同。如:因为铝在常温就能和氧气反应使表面生成一层,所以铝具有很好的抗腐蚀性能。写出其反应方程式。 2.与酸反应:活泼金属可与酸反应生成________和_______,如:(写出化学方程式,下同) 锌与稀硫酸; 铁与稀盐酸。 3.与盐溶液反应:一些金属可与某些盐溶液反应生成和__ __,如: 铁与硫酸铜溶液_______ __________ __ ___ __; 铜与硝酸银溶液 ____ 。 考点二金属活动性顺序 1.记住常见金属的活动性顺序,并能够判断金属的活动性顺序 K()()()Al Zn()Sn ()(H) Cu ()Ag Pt () 金属活动性由强减弱 2.应用:在金属活动性顺序中,金属的位置越靠前,它的活动性越______;排在氢前面的金属能与酸反应放出_______,而排在氢后面的金属不能与酸反应放出_____;位置在_______的金属可以把位于其_______的金属从它们的盐溶液中置换出来。 3.注意:(1)金属活动性顺序只适用于溶液中的反应。 (2)浓H2SO4、HNO3具有强氧化性,与金属反应不能得到H2,发生的反应不是置换反应。 (3)金属与盐的反应必须在“盐溶液”中进行,否则不能反应,如:Cu可与AgNO3溶液反应置换出Ag,但不能与AgCl反应。 (4)K、Ca、Na三种金属的活动性特别强,所以与盐溶液反应时先与溶液中的水反应,而不是与盐反

第八单元金属和金属材料课题2

高温 课题2 金属的化学性质 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1.下列反应符合事实的是( ) 。 2.生铁和盐酸充分反应后,会留有残渣,残渣的主要成分是( ) A .铁 B .氯化亚铁 C .碳 D .氯化铁 3.收藏家收藏的清末铝制品,至今保存仍十分完好,该艺术品不易锈蚀的主要原因是( )。 A .铝的化学性质不活泼,不易发生化学反应 B .铝的氧化物容易发生还原反应 C .常温下,铝不与氧气反应 D .铝易氧化,铝表面的氧化铝具有保护内部铝的作用 4.某金属放人稀硫酸中,不产生气泡,该金属可能是( )。 A .Mg B .Al C .Zn D .Ag 5.为适应火车提速,一些铁路线上原有的短轨需要连接为超长轨。工人常用2A1+Fe 2O 3 Al 2O 3 +2Fe ,这一反应原理来焊接钢轨。有关该反应的下列说法中,正确的是( ) A .该反应属于化合反应 B .该反应属于分解反应 C .该反应属于置换反应 D .该反应中铁元素的化合价升高 二、选择题(每小题有l ~2个选项符合题意) 6.下列物质能由金属与酸发生置换反应制得的是( )。 A .CuSO 4 B .MgCl 2 C .FeCl 3 D .ZnSO 4 7.X 、Y 、Z 三种金属及其化合物间可发生如下化学反应:Y+ZCl 2==Z+YCl 2, X+ZCl 2==Z+XCl 2, Y+2HCl==YCl 2+H 2↑,X+HCl 不反应,则X 、Y 、Z 三种金属的活动性由强到弱的顺序是( )。 A .Z>Y>X B .X>Y>Z C .Y>X>Z D .Y>Z>X 8.将一枚洁净的铁钉浸入稀硫酸中,下列叙述中正确的是( )。 ①铁钉表面产生气泡;②液体由无色逐渐变为浅绿色;③铁钉的质量减轻;④液体的质量减轻 A .②③ B .①②④ C .①②③ D .① ②③④ 9.等臂杠杆两端各系一只等质量的铁球,将杠杆调节平衡 后,将球分别浸没在等质量、等密度的稀硫酸和CuSO 4溶液 里(如图8—4所示),一段时间后杠杆将会( )。 A .左端上翘 B .右端上翘 C .仍然平衡 D .无法判断 10.将足量的铁粉投入硫酸铜和硫酸的混合溶液中,反应完毕后过滤,在滤液里含有的物质是( )。 A .Fe 2(SO 4)3 B .CuSO 4 C .FeSO 4 D .H 2SO 4 三、填空题

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。

第八单元金属和金属材料测试-2

老凹坝中学2008年春九年级化学第八单元检测题班级姓名:学号:得分: 1.铁所具有的物理性质是 ( ) ①延性②展性③导电性④传热性 A.①②④ B.②③④ C.①②③④ D.③④ 2.下列各组物质反应时,剧烈燃烧,火星四射并生成黑色固体的是( ) A.铁在氧气中燃烧 B.镁在氧气中燃烧 C.碳在氧气中燃烧 D.硫在空气中燃烧 3.下列物质中,不属于合金的是 ( ) A.白口铁 B.氧化锌 C.不锈钢 D.硅钢 4.生铁中碳的质量分数为 ( ) A.0.3%~0.6% B.O.5%~2% C.2.0%~4.3% D.1%~2% 5.在下列条件中,铁最容易生锈的是 ( ) A.仅与空气接触 B.仅与水接触 C.与空气和水同时接触 D.不与空气和水接触 6.以下列矿石(括号内为各种矿石主要成分的化学式)为原料,通过高温冶炼制取金属,在所产生的废气中,对空气造成污染较少,并不易造成酸雨危害的是 ( ) 7.下列物质中,铁元素化合价最低的是 ( ) A.Fe B.Fe2O3 C.FeO D.FeS 8.在下列铁的化合物中,含铁量最高的是 ( ) 相对原子质量:Fe-56,O-16,S-32 A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.FeS 9.用一氧化碳在高温下跟铁矿石反应冶铁,在这个反应里,CO作 ( ) A.氧化剂 B.还原剂 C.催化剂 D.既是氧化剂又是还原剂 10.下列有关铁的叙述中错误的是 ( )

A.生铁是含杂质很多的铁合金 B.不锈钢所含主要元素有Fe、Cr、C、Ni等 C.铁能跟盐酸发生置换反应 D.铁是构成血红蛋白的成分之一 11.下列有关铁的叙述不正确的是 ( ) A.纯铁有银白色光泽,铁属于黑色金属 B.生产和生活中用到的“钢铁”多为铁合金C.铁在氧气中燃烧生成黑色的氧化铁 D.地壳中的铁均以化合物形式存在 12.血红蛋白的相对分子质量为68 000,血红蛋白中铁的质量分数为O.33%,则平均每个血红蛋白分子中铁原子的个数是( ) 相对原子质量:Fe-56 A.1 B.2 C.3 D.4 13.在下列各种情况下,埋在地下的输油铸铁管道被腐蚀速度最慢的是 ( ) A.在潮湿,疏松的土壤中 B.在含铁元素较多的酸性土壤中 C.在干燥、致密、不透气的土壤中 D.在含砂粒较多,潮湿透气的土壤中 14.为了防止钢铁制品生锈,可采取的措施是 ( ) ①涂油②刷油漆③保持干燥④镀上其他金属⑤烤蓝⑥包塑料布 A.①②③⑥ B.③④⑤⑥ C.②③④⑤ D.①②③④⑤ 15.下列反应方程式中正确的是 ( ) A.4Fe+3O22Fe2O3 B.2Fe+6HCl=2FeCl3+3H2↑ C.3CuSO4+2Fe=Fe2(SO4)3+3Cu D.Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ 二、选择题(以下各题,有一个或两个符合要求的答案。错选、多选不给分,有二个答案的,只选一个且正确,给2分。每小题3分,共15分) 16.铁钉放入稀盐酸中,一段时间后可能观察到 ( ) A.溶液由蓝色变成浅绿色 B.铁钉表面有气泡逸出 C.溶液由无色变成浅绿色 D.溶液的质量增大 17.下列叙述中,错误的是 ( ) ①白口铁简称白铁②高炉炼出的是生铁③氧化物只能作氧化剂④钛具有耐腐蚀性⑤锌常用于电镀,制造干电池⑥铝可用于制造电线 A.①③⑤ B.②④⑥ C.①③ D.③⑥ 18.用28 g铁粉和28 g镁粉分别与足量的稀硫酸反应都生成l g氢气,由此可以得出的结论是( ) 相对原子质量:Fe-56,H-1,Mg-24 A.铁粉、镁粉都含有杂质 B.铁粉、镁粉都是纯净物 C.铁粉是纯净物,镁粉含杂质 D.铁粉含杂质,镁粉是纯净物

(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。

2017-2018学年人教版选修2 第三单元课题2 金属材料 作业 (2)

课题2金属材料 (时间:30分钟) 考查点一 金属的冶炼及应用 1.在冶金工业上,均不能用通常化学还原剂制得的金属组是 ( )。 A.Na,Ba,Mg,Al B.Na,K,Zn,Fe C.Zn,Fe,Cu,Ag D.Mg,Al,Zn,Fe 解析 金属的冶炼方法,根据金属的活动性归纳如下: 方法名称冶炼的金属举例 电解法: K~Al 2Al 2O 3==========熔融电解 冰晶石 4Al+3O 2↑ 还原剂法:Zn~Cu 2Al+Fe 2O 3=====高温 2Fe+Al 2O 3 加热法 Hg、Ag HgS+O 2=====△ Hg+SO 2 因为活泼金属的阳离子氧化性很弱,一般还原剂难以将它还原为金属,所以采用电解法,不活泼金属的阳离子氧化性强,加热时可从化合物内部得电子被还原成单质,所以可用加热法。答案 A 2.下列有关生铁炼钢的叙述错误的是 ( )。 A.添加必要的元素,改善钢材的组织结构和性能B.适当降低生铁中的含碳量,除去大部分硫、磷等杂质C.加入硅、锰、铝等合金元素调整成分并脱去钢水中的氧D.除去生铁中的非金属元素解析 生铁炼钢是通过氧化还原反应降低生铁中碳的含量,除去一些有害元 素(如硫、磷),并把其他元素(硅、钒、锰、铬等)的含量调控到指定范围的过程,并不是仅除去生铁中的非金属元素,故选D。答案 D 3.某化学小组为测定一定质量的某铜铝混合物中铜的质量分数,设计了如下实验方案: 方案Ⅰ:铜铝混合物――――→足量溶液A 充分反应 测定生成气体的体积

方案Ⅱ:铜铝混合物――――→足量溶液B 充分反应测定剩余固体的质量 下列有关判断中不正确的是( )。 A.溶液A 和B 均可以是盐酸B.溶液A 和B 均可以是NaOH 溶液C.溶液A 和B 均可选用稀硝酸D.实验室中方案Ⅱ更便于实施解析硝酸与铜、铝都能反应,不能用硝酸。答案 C 4.钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要作用。 (1)炼铁高炉分为五部分,铁矿石与高温煤气主要在________部分发生反应,在________部分开始生成生铁和炉渣。 (2)炼钢时,除磷的化学方程式为____________________;加入硅、锰和铝的目的是________________________。 (3)不锈钢含有的Cr 元素是在炼钢过程的氧吹________(填“前”或“后”)加入,原因是______________________。 (4)炼铁和炼钢生产中,尾气中均含有的主要污染物是________。从环保和经济角度考虑,上述尾气经处理可用作________。解析 (2)炼钢时,P 被FeO 氧化,生成的P 2O 5与CaO 结合成Ca 3(PO 4)2而除 去,据此即可写出方程式。 (4)炼铁尾气主要含有N 2、CO、CO 2等,炼钢尾气主要含有CO、CO 2、Fe 2O 3粉尘等,共同的主要污染物为CO。答案 (1)炉身 炉腰 (2)2P+5FeO+3CaO=====高温 Ca 3(PO 4)2+5Fe 脱氧和调整钢的成分 (3)后避免Cr 被氧化(或“氧吹前加入Cr 会形成炉渣被除去”)(4)CO 燃料(还原剂) 5.铜是生命必需的元素,也是人类最早使用的金属之一,铜的生产和使用对国计民生各个 方面产生了深远的影响。请完成(1)~(3)题: (1)在西汉古籍中曾有记载:曾青得铁则化为铜[即曾青(CuSO 4)与铁反应生成铜]。试写

相关文档