材料分析 | 金属(一)

金属质地坚硬,外观富有光泽,而且具有反光特性,是一种奇妙的材料。从黄金首饰到口香糖包装,金属材料的用途可谓是多种多样,有时甚至令人称奇。它们永远散发着迷人的气质,赋予我们新的灵感。

金属材料的分类:黑色金属、有色金属和特种金属材料。

黑色金属又称钢铁材料,包括含铁90%以上的工业纯铁,含碳2%~4%的铸铁,含碳小于 2%的碳钢,以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等

有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金,通常又分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数小。

表面处理工艺:

抛光、阳极氧化、电泳、微弧氧化、电镀、粉末喷涂、金属拉丝、PVD真空镀、喷砂、蚀刻等。

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1.铸铁——流动性

铸铁之所以会有如此大量而广泛的用途,主要是因为其出色的流动性,以及它易于浇注成各种复杂形态的特点。铸铁实际上是由多种元素组合的混合物的名称,它们包括碳、硅和铁。其中碳的含量越高,在浇注过程中其流动特性就越好。如下水道盖,其作为我们日常生活环境中不起眼的一部分,很少会有人留意它们。但仔细一想会发现大街小巷都是它们的身影。

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材料特性:

·         优秀的流动性

·         低成本

·         良好的耐磨性

·         低凝固收缩率

·         很脆、但压缩强度高

·         具有良好的机械加工性

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典型用途:

铸铁已经具有几百年的应用历史,涉及建筑、桥梁、工程部件、家居、以及厨房用具等领域。

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2.不锈钢——不生锈的革命

不锈钢是指在钢材中添加铬元素等其他元素制成的合金钢,不锈钢中铬元素含量越高,其抗腐蚀性越好。20世纪初,不锈钢开始作为原材料引入到产品设计领域中,设计师们围绕着它的坚韧和抗腐蚀特性开发出许多新产品,涉及到了很多以前从未涉足过的领域。这一系列设计尝试都是非常具有革命性的。比如,消毒后可再次使用的设备首次出现在医学产业中。

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材料特性:

·         卫生保健

·         防腐蚀

·         可进行精细表面处理

·         刚性高

·         可通过各种加工工艺成型

·         较难进行冷加工

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典型用途:

奥氏体不锈钢主要应用于家居用品、工业管道以及建筑结构中;马氏体不锈钢主要用于制作刀具和涡轮刀片;铁素体不锈钢具有防腐蚀性,主要应用在耐久使用的洗衣机以及锅炉零部件中;复合式不锈钢具有更强的防腐蚀性能,所以经常应用于侵蚀性环境。

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3.锌——一生中的730磅

锌,闪着银光又略带蓝灰色,它是继铝和铜之后第三种应用最广泛的有色金属。美国矿产局的一项统计显示——一个普通人在其一生要消耗总共要消耗掉331千克的锌。锌的熔点很低,所以它也是一种非常理想的浇注材料。锌质铸件在我们日常生活中十分常见:门把手表层下面的材料、水龙头、电子元件等,锌具有极高的防腐蚀性,这一特性使它具备了另外最基本的一项功能,即作为钢的表面镀层材料。除去以上这些功能之外,锌还是与铜一起合成黄铜的合金材料。其抗腐蚀性并不仅仅应用于钢表面镀层——它也有助于增强我们人类的免疫系统。

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材料特性:

·         卫生保健

·         防腐蚀

·         优良的可铸性

·         出色的防腐蚀性

·         高强度、高硬度

·         原材料廉价

·         低熔点

·         抗蠕变

·         易与其他金属形成合金

·         具有保健性

·         常温下易碎

·         100摄氏度左右具有延展性

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典型用途:

电子产品元件。锌是形成青铜的合金材料之一。锌也有着清洁卫生以及抗腐蚀的特性。另外,锌也被应用在屋顶材料,照片雕刻盘、移动电话天线以及照相机中的快门装置。

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4.铝——现代材料

与其他金属元素不同,铝并不是以直接的金属元素的形式存在于自然界中,而是从含50%氧化铝(亦称矾土)的铝土矿中提炼出来的。铝及其合金是人们熟知且广泛应用的金属材料。铝是银白色轻金属,密度低,耐腐蚀、抗氧化,铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位,是地壳中含量最丰富的金属元素, 应用极为广泛。

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材料特性:

·         柔韧可塑

·         易于制成合金

·         高强度

·         出色的防腐蚀性

·         易导电导热

·         导电性能优良

·         耐低温,在温度低时,强度反而增加且无脆性

·         可回收

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典型用途:

交通工具骨架、飞行器零部件、厨房用具、包装以及家具。铝也经常被用以加固一些大型建筑结构,比如伦敦皮卡迪利广场上的爱神雕像,以及纽约克莱斯勒汽车大厦的顶部等,都曾用铝质加固材料。

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