八種常見(jiàn)金屬材料
1鑄鐵——流動(dòng)性
下水道蓋子作為我們?nèi)粘Ｉ瞽h(huán)境中不起眼的一部分，很少會(huì)有人留意它們。鑄鐵之所以會(huì)有如此大量而廣泛的用途，主要是因?yàn)槠涑錾牧鲃?dòng)性，以及它易于澆注成各種復(fù)雜形態(tài)的特點(diǎn)。鑄鐵實(shí)際上是由多種元素組合的混合物的名稱(chēng)，它們包括碳、硅和鐵。其中碳的含量越高，在澆注過(guò)程中其流動(dòng)特性就越好。碳在這里以石墨和碳化鐵兩種形式出現(xiàn)。
鑄鐵中石墨的存在使得下水道蓋子具有了優(yōu)良的耐磨性能。鐵銹一般只出現(xiàn)在表層，所以通常都會(huì)被磨光。雖然如此，在澆注過(guò)程中也還是有專(zhuān)門(mén)防止生銹的措施，即在鑄件表面加覆一層瀝青涂層，瀝青滲入鑄鐵表面的細(xì)孔中，從而起到防銹作用。生產(chǎn)砂模澆注材料的傳統(tǒng)工藝如今被很多設(shè)計(jì)師運(yùn)用到了其他更新更有趣的領(lǐng)域。
材料特性：的流動(dòng)性、低成本、良好的耐磨性、低凝固收縮率、很脆、高壓縮強(qiáng)度、良好的機(jī)械加工性。
典型用途：鑄鐵已經(jīng)具有幾百年的應(yīng)用歷史，涉及建筑、橋梁、工程部件、家居、以及廚房用具等領(lǐng)域。
2不銹鋼——不銹的愛(ài)
不銹鋼是在鋼里融入鉻、鎳以及其他一些金屬元素而制成的合金。其不生銹的特性就是來(lái)源于合金中鉻的成分，鉻在合金的表面形成了一層堅(jiān)牢的、具有自我修復(fù)能力的氧化鉻薄膜，這層薄膜是我們?nèi)庋鬯床灰?jiàn)的。我們通常所提及的不銹鋼和鎳的比例一般是18：10。“不銹鋼”一詞不僅僅是單純指一種不銹鋼，而是表示一百多種工業(yè)不銹鋼，所開(kāi)發(fā)的每種不銹鋼都在其特定的應(yīng)用領(lǐng)域具有良好的性能。
20世紀(jì)初，不銹鋼被引入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)師們圍繞著它的堅(jiān)韌和抗腐蝕特性開(kāi)發(fā)出許多新產(chǎn)品，涉及到了很多以前從未涉足過(guò)的領(lǐng)域。這一系列設(shè)計(jì)嘗試都是非常具有革命性的：比如，消毒后可再次使用的設(shè)備出現(xiàn)在醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)中。
不銹鋼分為四大主要類(lèi)型：奧氏體、鐵素體、鐵素體-奧氏體(復(fù)合式)、馬氏體。家居用品中使用的不銹鋼基本上都是奧氏體。
材料特性：衛(wèi)生保健、防腐蝕、可進(jìn)行精細(xì)表面處理、剛性高、可通過(guò)各種加工工藝成型、較難進(jìn)行冷加工。
典型用途： 在常用的原色不銹鋼中，奧氏體不銹鋼是合適的著色材料，可以得到令人滿意的彩色外觀及造型。奧氏體不銹鋼主要應(yīng)用于裝飾建材、家居用品、工業(yè)管道以及建筑結(jié)構(gòu)中;馬氏體不銹鋼主要用于制作刀具和渦輪刀片;鐵素體不銹鋼具有防腐蝕性，主要應(yīng)用在耐久使用的洗衣機(jī)以及鍋爐零部件中;復(fù)合式不銹鋼具有更強(qiáng)的防腐蝕性能，所以經(jīng)常應(yīng)用于侵蝕性環(huán)境。
3鋅——一生中的730磅
鋅，閃著銀光又略帶藍(lán)灰色，它是繼鋁和銅之后第三種應(yīng)用廣泛的有色金屬。美國(guó)礦產(chǎn)局的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)顯示——一個(gè)普通人在其一生要消耗總共要消耗掉331千克的鋅。鋅的熔點(diǎn)很低，所以它也是一種非常理想的澆注材料。
鋅質(zhì)鑄件在我們?nèi)粘Ｉ钪惺殖Ｒ?jiàn)：門(mén)把手表層表層下面的材料、水、電子元件等，鋅具有*的防腐蝕性，這一特性使它具備了另外基本的一項(xiàng)功能，即作為鋼的表面鍍層材料。除去以上這些功能之外，鋅還是與銅一起合成黃銅的合金材料。其抗腐蝕性并不僅僅應(yīng)用于鋼表面鍍層——它也有助于增強(qiáng)我們?nèi)祟?lèi)的免疫系統(tǒng)。
材料特性：衛(wèi)生保健、防腐蝕、優(yōu)良的可鑄性、出色的防腐蝕性、高強(qiáng)度、高硬度、原材料廉價(jià)、低熔點(diǎn)、抗蠕變、易與其他金屬形成合金、具有保健性、常溫下易碎、100攝氏度左右具有延展性。
典型用途： 電子產(chǎn)品元件。鋅是形成青銅的合金材料之一。鋅也有著清潔衛(wèi)生以及抗腐蝕的特性。另外，鋅也被應(yīng)用在屋頂材料，照片雕刻盤(pán)、電話天線以及照相機(jī)中的快門(mén)裝置。
4鋁(AL)——現(xiàn)代材料
相對(duì)于已經(jīng)有9000年使用歷史的黃金而言，鋁，這種略帶藍(lán)光的白色金屬，實(shí)在只能算是金屬材料中的嬰兒。鋁于18世紀(jì)初問(wèn)世并被命名。與其他金屬元素不同，鋁并不是以直接的金屬元素的形式存在于自然界中，而是從含50%氧化鋁(亦稱(chēng)礬土)的鋁土礦中提煉出來(lái)的。以這種形態(tài)存在于礦物中的鋁也是我們地球上出量豐富的金屬元素之一。
當(dāng)鋁這種金屬早出現(xiàn)的時(shí)候，它并沒(méi)有被立刻應(yīng)用到人們的生活當(dāng)中。后來(lái)，針對(duì)其*功能和特性的一批新產(chǎn)品逐漸問(wèn)世，這種高科技材料也逐漸擁有越來(lái)越寬闊的市場(chǎng)。雖然鋁的應(yīng)用歷史相對(duì)較短，但現(xiàn)在市面上鋁產(chǎn)品的產(chǎn)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他有色金屬產(chǎn)品的總和。
材料特性：柔韌可塑、易于制成合金、高強(qiáng)度-重量比、出色的防腐蝕性、易導(dǎo)電導(dǎo)熱、可回收。
典型用途： 交通工具骨架、飛行器零部件、廚房用具、包裝以及家具。鋁也經(jīng)常被用以加固一些大型建筑結(jié)構(gòu)，比如倫敦皮卡迪利廣場(chǎng)上的愛(ài)神雕像，以及紐約克萊斯勒汽車(chē)大廈的頂部等，都曾用鋁質(zhì)加固材料。
5鎂合金——超薄美學(xué)設(shè)計(jì)
鎂是極重要的有色金屬，它比鋁輕，能夠很好地與其他金屬構(gòu)成高強(qiáng)度的合金，鎂合金具有比重輕、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、兼有良好的阻尼減震和電磁屏蔽性能、易于加工成型、容易回收等優(yōu)點(diǎn)。但長(zhǎng)期以來(lái)，由于受價(jià)格昂貴和技術(shù)方面的限制，鎂及鎂合金只少量應(yīng)用于航空、航天及軍事工業(yè)，因而被稱(chēng)為“貴族金屬”?，F(xiàn)今鎂是繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、電子、移動(dòng)通訊、冶金等領(lǐng)域?？梢灶A(yù)計(jì)，由于其它結(jié)構(gòu)金屬生產(chǎn)成本的增加，金屬鎂在未來(lái)的重要性變得更大。
鎂合金比重為鋁合金的68%，鋅合金的27%，鋼鐵的23%，常用于汽車(chē)零件、3C產(chǎn)品外殼、建筑材料等。大多數(shù)超薄筆記本電腦和手機(jī)外殼采用鎂合金做外殼。自上世紀(jì)起，人類(lèi)對(duì)金屬質(zhì)感、光澤仍有不可抹減的愛(ài)戀，塑料產(chǎn)品雖然可以形成類(lèi)金屬的外觀，但其光澤感、硬度、溫度、質(zhì)感仍與金屬有差距。鎂合金作為一種新型的金屬原料，給人一種高科技品的感受。
鎂合金的耐腐蝕性是碳鋼的8倍，鋁合金的4倍，更是塑料的10倍以上，防腐能力是合金中較好者。常用的鎂合金具有不可燃性，尤其是使用在汽機(jī)車(chē)零部件以及建筑材料上，可以避免瞬間的燃燒。鎂在地殼中的儲(chǔ)量居第8位，大部分的鎂原料自海水中提煉，所以它的資源是穩(wěn)定充分的。
材料特性：輕量化的結(jié)構(gòu)、剛性高且耐沖擊、優(yōu)良的耐腐蝕性、良好的熱傳導(dǎo)性和電磁遮蔽、良好的不可燃性、耐熱性較差、易回收。
典型用途： 廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、電子、移動(dòng)通訊、冶金等領(lǐng)域。
6銅——人類(lèi)的伙伴
銅簡(jiǎn)直就是一種讓人難以置信的萬(wàn)用金屬，它與我們的生活如此密切相關(guān)。人類(lèi)的許多早期工具和武器都是用銅制成的。它的拉丁名字“cuprum”起源于一個(gè)叫做Cyprus的地方，這是一個(gè)銅資源非常豐富的島嶼，人們用島的名字的縮寫(xiě)Cu來(lái)給這種金屬材料命名，于是銅便有了現(xiàn)在的代號(hào)。
銅在現(xiàn)代社會(huì)中扮演著十分重要的角色：它被大量應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，作為傳輸電力的載體，另外，幾千年來(lái)它還一直被許多不同文化背景的人們作為制作身體裝飾品的原材料。從初簡(jiǎn)單的譯碼傳輸，到后來(lái)在復(fù)雜的現(xiàn)代通訊應(yīng)用中扮演的關(guān)鍵角色，這種具有延展性、橘紅色的金屬一路伴隨著我們發(fā)展進(jìn)步。銅是一種優(yōu)良的導(dǎo)電體，其導(dǎo)電性能僅次于銀。從人們利用金屬材料的時(shí)間歷史這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，銅則是僅次于金的為人類(lèi)利用悠久的金屬。這一點(diǎn)在很大程度上是因?yàn)殂~礦很容易開(kāi)采，而且銅業(yè)比較容易從銅礦中分離出來(lái)。
材料特性：很好的防腐蝕性、*的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能、堅(jiān)硬、柔韌、具延展性、拋光后、效果*。
典型用途： 電線、發(fā)動(dòng)機(jī)線圈、印刷電路、屋面材料、管道材料、加熱材料、首飾、炊具。它也是制作青銅的主要合金成分之一。
7鉻——高光潔度的后處理
鉻為常見(jiàn)的存在形式是作為合金元素用于不銹鋼中，來(lái)增強(qiáng)不銹鋼的硬度。鍍鉻工藝通常分為三種類(lèi)型：裝飾性鍍層、硬質(zhì)鉻鍍層以及黑色鉻鍍層。鉻鍍層在工程領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，裝飾性鉻鍍層通常作為表層鍍于鎳層外面，鍍層具有精致細(xì)膩如鏡面一般的拋光效果。作為一道裝飾性后處理工序，鉻鍍層厚度僅為0.006毫米。在打算采用鉻鍍層工藝的時(shí)候，一定要充分考慮到這一工藝的危險(xiǎn)性。近十年來(lái)，六價(jià)裝飾性鉻水被三價(jià)鉻水所取代的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，因?yàn)榍罢呔哂蟹浅?qiáng)的致癌性，而后者則被認(rèn)為毒性相對(duì)小一些。
材料特性：光潔度非常高、優(yōu)良的防腐蝕性能、堅(jiān)硬耐用、易于清洗、摩擦系數(shù)低。
典型用途： 裝飾性鍍鉻是許多汽車(chē)元件的鍍層材料，包括車(chē)門(mén)把手以及緩沖器等，除此之外，鉻還應(yīng)用于自行車(chē)零部件、浴室水以及家具、廚房用具、餐具等。硬質(zhì)鍍鉻更多的用于工業(yè)領(lǐng)域，包括作業(yè)控制塊中的隨機(jī)存儲(chǔ)器、噴氣機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)元件、塑料模具以及減震器等。黑色鍍鉻主要用于樂(lè)器裝飾以及太陽(yáng)能利用方面。
8鈦——輕巧而結(jié)實(shí)
鈦是一種很特別的金屬，質(zhì)地非常輕盈，卻又十分堅(jiān)韌和耐腐蝕，在常溫下終身保持本身的色調(diào)。鈦的熔點(diǎn)與鉑金相差不多，因此常用于航天.軍工精密部件。加上電流和化學(xué)處理后，會(huì)產(chǎn)生不同的顏色。鈦有優(yōu)異的抗酸堿腐蝕性在“王水”中浸泡了幾年的鈦，依舊锃亮，光彩照人。若把鈦加到不銹鋼中，只加百分之一左右，就大大提高抗銹本領(lǐng)。
鈦具有密度小、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良的特性，鈦合金密度是鋼鐵的一半而強(qiáng)度和鋼鐵差不多;鈦既耐高溫，又耐低溫。在-253℃~500℃這樣寬的溫度范圍內(nèi)都能保持高強(qiáng)度。這些優(yōu)點(diǎn)正是太空金屬所*的。鈦的合金是制做火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體及人造衛(wèi)星、宇宙飛船的好材料，有“太空金屬”之稱(chēng)。由于鈦有這些優(yōu)點(diǎn)，所以50年代以來(lái)，一躍成為突出的稀有金屬。
鈦是一種純性金屬，正因?yàn)殁伣饘俚?ldquo;純”，故物質(zhì)和它接觸的時(shí)候，不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。也就是說(shuō)，因?yàn)殁伒哪透g性、穩(wěn)定性高，使它在和人長(zhǎng)期接觸以后也不影響其本質(zhì)，所以不會(huì)造成人的過(guò)敏，它是僅有對(duì)人類(lèi)植物神經(jīng)和味覺(jué)沒(méi)有任何影響的金屬，被人們稱(chēng)為“親生物金屬”。
鈦大的缺點(diǎn)，是提煉比較困難。這主要是因?yàn)殁佋诟邷叵驴梢耘c氧、碳、氮以及其他許多元素化合。所以人們?cè)砚伄?dāng)作“稀有金屬”,其實(shí)，鈦的含量約占地殼重量的6‰，比銅、錫、錳、鋅的總和還要多10多倍。
材料特性：非常高的強(qiáng)度、重量比優(yōu)良的抗腐蝕性、難以進(jìn)行冷加工、良好的可焊接性、大約比鋼輕40%，比鋁重60%、低導(dǎo)電性、低熱脹率、高熔點(diǎn)。
典型用途： 高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、便攜式電腦、照相機(jī)、行李箱、外科手術(shù)植入物、飛行器骨架、化學(xué)用具以及海事裝備等。另外，鈦也被用作紙張、繪畫(huà)以及塑料等所需的白色顏料。
金屬表面處理工藝
1、表面處理工藝簡(jiǎn)介
利用現(xiàn)代物理、化學(xué)、金屬學(xué)和熱處理等學(xué)科的技術(shù)來(lái)改變零件表面的狀況和性質(zhì)，使之與心部材料作優(yōu)化組合，以達(dá)到預(yù)定性能要求的工藝方法，稱(chēng)為表面處理工藝。
表面處理的作用：
提高表面耐蝕性和耐磨性，減緩、消除和修復(fù)材料表面的變化及損傷；使普通材料獲得具有特殊功能的表面；節(jié)約能源、降低成本、改善環(huán)境。
2、金屬表面處理工藝分類(lèi)
總共可以分為4大類(lèi)：表面改性技術(shù)、表面合金化技術(shù)、表面轉(zhuǎn)化膜技術(shù)和表面覆膜技術(shù)。
一、表面改性技術(shù)
1、表面淬火
表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。
表面淬火的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰等。
2、激光表面強(qiáng)化
激光表面強(qiáng)化是用聚焦的激光束射向工件表面，在極短時(shí)間內(nèi)將工件表層極薄的材料加熱到相變溫度或熔點(diǎn)以上的溫度，又在極短時(shí)間內(nèi)冷卻，使工件表面淬硬強(qiáng)化。
激光表面強(qiáng)化可以分為激光相變強(qiáng)化處理、激光表面合金化處理和激光熔覆處理等。
激光表面強(qiáng)化的熱影響區(qū)小，變形小，操作方便，主要用于局部強(qiáng)化的零件，如沖裁模、曲軸、凸輪、凸輪軸、花鍵軸、精密儀器導(dǎo)軌、高速鋼刀具、齒輪及內(nèi)燃機(jī)缸套等。
3、噴丸
噴丸強(qiáng)化是將大量高速運(yùn)動(dòng)的彈丸噴射到零件表面上，猶如無(wú)數(shù)個(gè)小錘錘擊金屬表面，使零件表層和次表層發(fā)生一定的塑性變形而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的一種技術(shù)。
作用：
提高零件機(jī)械強(qiáng)度以及耐磨性、抗疲勞和耐蝕性等；
用于表面消光、去氧化皮；
消除鑄、鍛、焊件的殘余應(yīng)力等。
4、滾壓
滾壓是在常溫下用硬質(zhì)滾柱或滾輪施壓于旋轉(zhuǎn)的工件表面，并沿母線方向移動(dòng)，使工件表面塑性變形、硬化，以獲得準(zhǔn)確、光潔和強(qiáng)化的表面或者特定花紋的表面處理工藝。
應(yīng)用：圓柱面、錐面、平面等形狀比較簡(jiǎn)單的零件。
5、拉絲
拉絲是指在外力作用下使金屬?gòu)?qiáng)行通過(guò)模具，金屬橫截面積被壓縮，并獲得所要求的橫截面積形狀和尺寸的表面處理方法稱(chēng)為金屬拉絲工藝。
拉絲可以根據(jù)裝飾需要，制成直紋、亂紋、波紋和旋紋等幾種。
6、拋光
拋光是對(duì)零件表面進(jìn)行修飾的一種光整加工方法，一般只能得到光滑表面，不能提高甚至不能保持原有的加工精度，隨預(yù)加工狀況不同，拋光后的Ra值可達(dá)1.6~0.008μm。
一般分為機(jī)械拋光和化學(xué)拋光。
二、表面合金化技術(shù)
化學(xué)表面熱處理
表面合金化技術(shù)的典型工藝就是化學(xué)表面熱處理。是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織，進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。
與表面淬火相比，化學(xué)表面熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分。根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。 化學(xué)熱處理過(guò)程包括分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程。
化學(xué)表面熱處理主要的兩種方式就是滲碳和滲氮。
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