八種常見金屬材料

1鑄鐵——流動性

下水道蓋子作為我們?nèi)粘Ｉ瞽h(huán)境中不起眼的一部分，很少會有人留意它們。鑄鐵之所以會有如此大量而廣泛的用途，主要是因為其出色的流動性，以及它易于澆注成各種復(fù)雜形態(tài)的特點。鑄鐵實際上是由多種元素組合的混合物的名稱，它們包括碳、硅和鐵。其中碳的含量越高，在澆注過程中其流動特性就越好。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，所以通常都會被磨光。雖然如此，在澆注過程中也還是有專門防止生銹的措施，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)計師運用到了其他更新更有趣的領(lǐng)域。

材料特性：的流動性、低成本、良好的耐磨性、低凝固收縮率、很脆、高壓縮強度、良好的機械加工性。

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

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源于合金中鉻的成分，鉻在合金的表面形成了一層堅牢的、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床灰姷?。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)計領(lǐng)域中，設(shè)計師們圍繞著它的堅韌和抗腐蝕特性開發(fā)出許多新產(chǎn)品，涉及到了很多以前從未涉足過的領(lǐng)域。這一系列設(shè)計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以及鍋爐零部件中;復(fù)合式不銹鋼具有更強的防腐蝕性能，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。美國礦產(chǎn)局的一項統(tǒng)計顯示——一個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姡洪T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——它也有助于增強我們?nèi)祟惖拿庖呦到y(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、高強度、高硬度、原材料廉價、低熔點、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、電話天線以及照相機中的快門裝置。

4鋁(AL)——現(xiàn)代材料

相對于已經(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，實在只能算是金屬材料中的嬰兒。鋁于18世紀(jì)初問世并被命名。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(亦稱礬土)的鋁土礦中提煉出來的。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)的時候，它并沒有被立刻應(yīng)用到人們的生活當(dāng)中。后來，針對其*功能和特性的一批新產(chǎn)品逐漸問世，這種高科技材料也逐漸擁有越來越寬闊的市場。雖然鋁的應(yīng)用歷史相對較短，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上的愛神雕像，以及紐約克萊斯勒汽車大廈的頂部等，都曾用鋁質(zhì)加固材料。

5鎂合金——超薄美學(xué)設(shè)計

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)成高強度的合金，鎂合金具有比重輕、比強度和比剛度高、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。但長期以來，由于受價格昂貴和技術(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、電子、移動通訊、冶金等領(lǐng)域。可以預(yù)計，由于其它結(jié)構(gòu)金屬生產(chǎn)成本的增加，金屬鎂在未來的重要性變得更大。

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外殼采用鎂合金做外殼。自上世紀(jì)起，人類對金屬質(zhì)感、光澤仍有不可抹減的愛戀，塑料產(chǎn)品雖然可以形成類金屬的外觀，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，尤其是使用在汽機車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、電子、移動通訊、冶金等領(lǐng)域。

6銅——人類的伙伴

銅簡直就是一種讓人難以置信的萬用金屬，它與我們的生活如此密切相關(guān)。人類的許多早期工具和武器都是用銅制成的。它的拉丁名字“cuprum”起源于一個叫做Cyprus的地方，這是一個銅資源非常豐富的島嶼，人們用島的名字的縮寫Cu來給這種金屬材料命名，于是銅便有了現(xiàn)在的代號。

銅在現(xiàn)代社會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。從初簡單的譯碼傳輸，到后來在復(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間歷史這一點來說，銅則是僅次于金的為人類利用悠久的金屬。這一點在很大程度上是因為銅礦很容易開采，而且銅業(yè)比較容易從銅礦中分離出來。

材料特性：很好的防腐蝕性、*的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能、堅硬、柔韌、具延展性、拋光后、效果*。

典型用途： 電線、發(fā)動機線圈、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

鉻為常見的存在形式是作為合金元素用于不銹鋼中，來增強不銹鋼的硬度。鍍鉻工藝通常分為三種類型：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候，一定要充分考慮到這一工藝的危險性。近十年來，六價裝飾性鉻水被三價鉻水所取代的趨勢越來越明顯，因為前者具有非常強的致癌性，而后者則被認(rèn)為毒性相對小一些。

材料特性：光潔度非常高、優(yōu)良的防腐蝕性能、堅硬耐用、易于清洗、摩擦系數(shù)低。

典型用途： 裝飾性鍍鉻是許多汽車元件的鍍層材料，包括車門把手以及緩沖器等，除此之外，鉻還應(yīng)用于自行車零部件、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)控制塊中的隨機存儲器、噴氣機發(fā)動機元件、塑料模具以及減震器等。黑色鍍鉻主要用于樂器裝飾以及太陽能利用方面。

8鈦——輕巧而結(jié)實

鈦是一種很特別的金屬，質(zhì)地非常輕盈，卻又十分堅韌和耐腐蝕，在常溫下終身保持本身的色調(diào)。鈦的熔點與鉑金相差不多，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)都能保持高強度。這些優(yōu)點正是太空金屬所*的。鈦的合金是制做火箭發(fā)動機的殼體及人造衛(wèi)星、宇宙飛船的好材料，有“太空金屬”之稱。由于鈦有這些優(yōu)點，所以50年代以來，一躍成為突出的稀有金屬。

鈦是一種純性金屬，正因為鈦金屬的“純”，故物質(zhì)和它接觸的時候，不會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。也就是說，因為鈦的耐腐蝕性、穩(wěn)定性高，使它在和人長期接觸以后也不影響其本質(zhì)，所以不會造成人的過敏，它是僅有對人類植物神經(jīng)和味覺沒有任何影響的金屬，被人們稱為“親生物金屬”。

鈦大的缺點，是提煉比較困難。這主要是因為鈦在高溫下可以與氧、碳、氮以及其他許多元素化合。所以人們曾把鈦當(dāng)作“稀有金屬”,其實，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。

典型用途： 高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、便攜式電腦、照相機、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

總共可以分為4大類：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、激光表面強化

激光表面強化是用聚焦的激光束射向工件表面，在極短時間內(nèi)將工件表層極薄的材料加熱到相變溫度或熔點以上的溫度，又在極短時間內(nèi)冷卻，使工件表面淬硬強化。

激光表面強化可以分為激光相變強化處理、激光表面合金化處理和激光熔覆處理等。

激光表面強化的熱影響區(qū)小，變形小，操作方便，主要用于局部強化的零件，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)燃機缸套等。

3、噴丸

噴丸強化是將大量高速運動的彈丸噴射到零件表面上，猶如無數(shù)個小錘錘擊金屬表面，使零件表層和次表層發(fā)生一定的塑性變形而實現(xiàn)強化的一種技術(shù)。

作用：

提高零件機械強度以及耐磨性、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，使工件表面塑性變形、硬化，以獲得準(zhǔn)確、光潔和強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、平面等形狀比較簡單的零件。

5、拉絲

拉絲是指在外力作用下使金屬強行通過模具，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)熱處理過程包括分解、吸收、擴(kuò)散三個基本過程。

化學(xué)表面熱處理主要的兩種方式就是滲碳和滲氮。