• 最近，科学家通过混合四到五种不同大小 原子的元素，去形成诸如条状的多种多样 的金属玻璃。变化原子大小使它混合而形 成玻璃从而变得更韧。这些新合金的用途 之一是在商业上用来制造高尔夫球棍的头。
多晶体的塑性变形 各向异性（织构）：图b表明，由于塑性变形的结果，晶粒在一 个方向上拉长而在另一个方向上收缩。因此，金属就变得各向异 性，即其性能在垂直方向和在水平方向上不同。
压缩过程（如轧制和锻造中 ）中理想球形晶粒的变形。 （a）变形前；（b）变形后 。注意变形后晶界沿水平方 向的排列，这就是机械纤维 化。
炉体由耐 火材料砌 成，外面 包裹钢板 底部和炉 腹被焦炭 填充 炉身是层层相间 的铁矿石、焦炭 和石灰石
• 见不得光——在烈日下瘫成一滩稀泥； • 是金属家族中最娇嫩的一位，“娇”熔点 只有28.4摄氏度，“嫩”像石蜡一样容易切 削。 • 并非“软弱可欺”在空气中像磷一样自燃， 放到水中像炸药一样爆炸。
• 其制作的原子钟准确度极高，每三百万年误差一 秒。 • 在光的作用下，铯会放出电子，金属铯主要用于 制造光电管、摄谱仪、闪烁计数器、无线电电子 管、军用红外信号灯以及各种光学仪器和检测仪 器中。 • 它的化合物用于玻璃和陶瓷的生产，用作二氧化 碳净化装置中的吸收剂、无线电电子管吸气剂和 微量化学中。 • 在医药上铯盐还可用作服用含砷药物后的防休克 剂。同位素铯-137可用以治疗癌症。
• 加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点： 质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺 寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及 易于回收；另外还有高的导热和导电性能、 无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。 • 应用范围:镁合金广泛用于携带式的器 械和汽车行业中，达到轻量化的目的
• 镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位 重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在 同样的强度零部件的情况下，镁合金的零 部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由 于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因 此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝 或铁的零部件的重量。
合金 这类合金的耐蚀性 好，强度高，密度 小；但铸造性能差, 耐热性低。
常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等. 主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介 质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。
• 在冶金工业方面 • 稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中，能起到精 炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以 改善钢的加工性能；稀土硅铁合金、稀土硅镁合 金作为球化剂生产稀土球墨铸铁，由于这种球墨 铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件， 被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业； 稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金 中，可以改善合金的物理化学性能，并提高合金 室温及高温机械性能。
金属从熔融态开始凝 固时，拥有随机取向 的多个晶体核心分另 独立地熔体中不同位 置形成（图1-11）。 每一个核心都长成一 个晶体，或叫晶粒。
晶界对金属的强度和塑性有重 要作用。由于其对位错运动的 影响，晶界还对加工硬化产生 作用。这些作用取决于温度、 变形速率、晶界类型以及晶界 杂质含量等。
• 真正使锂成为举世瞩目的金属，还是在 它的优异的核性能被发现之后。由于它在 原子能工业上的独特性能，人们称它为 “高能金属”。 • 捕捉低速中子能力很强，可以用来控制铀 反应堆中核反应发生的速度，同时还可以 在防辐射和延长核导弹的使用寿命方面及 将来在核动力飞机和宇宙飞船中得到应用 。
• 以镍为主要添加元素的铜合金。铜镍二元 合金称普通白铜﹔加有锰﹑铁﹑锌﹑铝等 元素的白铜合金称复杂白铜。工业用白铜 分为结构白铜和电工白铜两大类。结构白 铜的特点是机械性能和耐蚀性好﹐色泽美 观。 • 电工白铜一般有良好的热电性能。
高纯铝主要用于科研、化学工业、电子工业以及其它一些特殊用途。 日常生活用品用1050A(L3)制造。大部分纯铝用于熔制铝合金，有 些纯度不高的铝有时也用来加工成各种半成品。 1A50 食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，烟花粉 1A60 要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高， 化工设备是其典型用途 1070 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有 高强度的零件部件，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、 薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、 印刷板、铭牌、反光器具 1A45 包装及绝热铝箔，热交换器 1A99 电解电容器箔，光学反光沉积膜
一是切削加工性能差：原因是钛的导热性差(仅为铁的1/5，铝的1/13)， 摩擦系数大，切削时容易升温，也容易粘刀。因此降低了切削速度，缩短了 刀具寿命，影响了表面粗糙度。 二是热加工工艺性能差：原因是加热到600℃以上时，钛及其合金极易 吸收H2、N2、O2等气体而使其性能变脆。因此，对铸造、锻压、焊接和热 处理都带来一定的困难。故热加工工艺过程只能在真空或保护气氛中进行。 三是冷压加工性能差：由于钛及其合金的屈强比值较高，冷压加工成形 时回弹较大，因此冷压加工成形困难，一般需采用热压加工成形。 四是硬度较低，抗磨性较差，因此不宜用来制造承受磨损的零件。 随着化学切削，激光切削、电解加工、超塑性成形及化学热处理的进展 ，上述问题将逐步得到解决，钛合金的应用也必然更加广泛。
铜是人类最早使用的金属。早在史前时代,人们 就开始采掘露天铜矿,并用获取的铜制造武器、工具 和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响 深远。
回复、再结晶和晶粒长大对晶粒形状和尺寸 、力学性能的影响。 《材料科学与工程概论》
•回复：回复在低于再结晶温度的一定温度范围内发生，在此过 程中，高变形区的应力得以释放。亚晶开始形成──这叫多边 化──但其机械性能如硬度、强度等没有显著变化(图1-14)。 •再结晶: 在一定温度范围内，新的等轴、无畸变晶粒代替变形 晶粒的过程，叫再结晶。再结晶的温度范围一般为0.3Tm到0.5Tm ，其中Tm为绝对温度表示的熔点。
示）的多晶体在室温下受到变形作用时（冷加工 ），晶粒就变形 并拉长。变形过程可以通过压缩来进行，如汽轮机蜗轮盘的锻造 ，也可经通过拉伸进行，如将金属板材通过拉伸胀形制造汽车车 体。
大，它对机械性能有一定负面影响（图1.14）。在金属胀形或锻 造等压缩变形中，大晶粒会造成金属板材的表面粗糙现象──叫 作桔皮现象。
地壳中含量7%以上，在全部化学元素中含量占第三位 (仅次于氧和硅)，在全部金属元素中占第一位。
高温下铝也与非金属反应，亦溶于酸或碱中。但与水、硫化物， 浓硫酸、任何浓度的醋酸，以及一切有机酸类均无作用。 铝以化合态存在于各种岩石或矿石里，如长石、云母、高岭土、 铝土矿、明矾。 纯铝大量用于电缆、日用器皿；其合金质轻而坚韧，是制造飞机、 火箭、汽车的结构材料。
纯镁的力学性能很低，不能用来作结构材料。 但镁经过合金化及热处理之后其强度可达300MPa ～350MPa，成为航空工业上的重要金属材料。
• 镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密 度小（1.8g/cm3镁合金左右），比强度高，弹性模量大，消 震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐 蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆 或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁 锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业 部门。在实用金属中是最轻的金属,镁的比重大约是铝的2/3， 是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属,高强度、高刚性。
钛合金有以下几方面引人注目的优点。 (1) 比强度高。钛合金的强度较高，一般可达1200 MPa，和调质结构钢相近。但钛合金的密度仅相当钢的 54%，因此钛合金具有比各种合金都高的比强度，这正是 钛合金适用于作航空材料的主要原因。 (2) 热强度高。由于钛的熔点高，再结晶温度也高， 因而钛合金具有较高的热强度。目前，钛合金已正式在 500℃下长期工作，并向600℃的温度发展，它的耐热性 能可以和一般的耐热钢相媲美。
以交流电为电源， 利用电极和炉料之 间产生高温电话使 用电能转换为热能 来实现炼钢的一种 方法。
• 钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于 882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在 882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。 利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适 当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐 渐改变而得到不同组织的钛合金（titanium alloys）。室温下，钛合金有三种基体组织， 钛合金也就分为以下三类：α合金,(αβ)合金 和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。
以飞机结构材料为例： 20世纪50年代，某些新型飞机中钛合金仅占机体质量的5%。 20世纪60年代，某些新型飞机中钛合金约占机体质量的30%。 20世纪70年代，美国正式服役的YF—12A超音速飞机(M＝ 3)中，钛合金的使用量已达机体质量的85%左右。 以飞机蒙皮为例，当马赫数达到2.7～3.0时，由于气流的摩 擦，其温度可达220℃～230℃，远超过铝合金的时效温度，这 时铝合金已无法适应，只能采用耐热性能好而密度仍比较小的钛 合金来代替，以解决飞机速度和机身温度之间的矛盾。但是，钛 及其合金存在一些缺点使其应用受到一定限制。它的主要缺点如 下。
• 在军事方面 • 稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物 理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材 料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性 能。比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、 铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。而且，稀土同样是 电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。稀土 科技一旦用于军事，必然带来军事科技的跃升。从一定意 义上说,美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制，以及 能够对敌人肆无忌惮地公开戮，正缘于稀土科技领域的 超人一等。
• 以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、 镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、 锂等。
• 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材 料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学 工业中已大量应用。
• 铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下 使用；变形铝合金，能承受压力加工，。 可加工成各种形态、规格的铝合金材。主 要用于制造航空器材、建筑用门窗等。
原因是形成这些结构所需的能量最小。钨具 有bcc结构是因为对钨来说，这种结构比其 他结构需要的能量小。同样原因，铝形成fcc 结构。
在不同温度，同一金属可能具有不同的结构，因为在不同的温度下 另一结构所需的能量更小。例如，低于912℃和高于1394℃时，铁 具有bcc结构，而在912℃和1394℃之间则具有fcc结构。
纯铝的特性 铝：原子序数为13，原子量为26.98，面心立方结构，熔点 660℃，密度2.702 。
高的耐大气腐蚀性：铝在大气中极易和氧作用生成一层牢固致 密的氧化膜，可防止铝继续氧化；即使在熔融状态，仍然能维 持氧化膜的保护作用。因此，铝在大气环境中是抗蚀的。Al2O3 膜具有酸、碱两重性，因此，纯铝除在氧化性的浓硝酸(80～98 ％)中有极高的稳定性外(优于Ni—Cr系不锈钢)，在硫酸、盐酸、 碱、盐和海水中均不稳定。
通常用于制造各种产 品的金属是由大量取 向随机的单晶体（叫 作晶粒）组成的。这 样我们必须面对的就 不是单晶体、而是包 含很多晶体的多晶体 材料。
• 金属玻璃又称非晶态合金, 它既有金属和 玻璃的优点, 又克服了它们各自的弊 病．如玻璃易碎, 没有延展性．金属玻璃 的强度却高于钢, 硬度超过高硬工具钢, 且 具有一定的韧性和刚性, 所以, 人们赞扬金 属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之 王”．
铜合金的应用 • 铍青铜 • 以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.7～2.5%。 • 具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、 导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵.
从力学性能看，它既有较高的室温强度，又有较高的高温强度而且塑性也 比较好。因此这类合金的应用最广泛。 这类合金虽然可以通过固溶处理及时效进行强化，但由于在较高温度使用时 ，固溶处理并时效后的组织不如退火后的组织稳定。因此在航空工业中，这类合 金多在退火状态下使用。 这类合金中最典型的是TC4合金，这是一种声名卓著的钛合金，全世界TC4 合金的产量，约占钛合金总产量的60%。 TC4合金属Ti-A1-V合金系，具有良好的综合力学性能，组织稳定性也比较 高，在喷气式发动机和飞机结构上，应用非常广泛，被誉为当代的“骏马合金 (fine horse)”。 钛合金除了因为广泛应用于航空、航天工业，被称为“空中金属”外，还 由于其对海水的抗蚀能力特别强，被广泛应用于海洋领域，而被称为“海洋金属 ”。当前各国竞相将钛合金应用到舰艇上，用钛合金来制造艇体、推进器、泵、 阀等。
受热分解形成CaO和MgO,在高温下与矿 石中的杂质和焦炭中的灰分结合，形成 熔点低、密度小的硅酸盐炉渣浮在铁液 表面，以便顺利排出。
材料制备的质量直接影响零件的后续生产制造和使用性能。 因此，如何严格控制材料的成分，采用合理的制备技术和方法， 提高金属材料制品的使用寿命一直是材料科学工作者关注的问题。
作出清楚的描述。当金属单晶体受拉伸作用时，其滑移部 分转向拉伸方向。因此，滑移带和滑移面趋于转向变形方 向。同样，在晶粒随机取向的多晶体中，所有的滑移方向 都趋于转向拉伸方向。相反地，在压缩变形中，所有的滑 移面都趋于转向垂直于压缩方向。
良好的低温性能、无低温脆性：在摄氏零度以下随着温度的降 低，其强度和塑性提高。 高的导电性：位于银、铜、金之后。 高的导热性：热交换器。 无磁性：冲击不产生火花，用于制作如仪表材料、电气设备的 屏蔽材料，易燃、易爆物的生产器材等。 低强度、高塑性：强度为 80MPa~130MPa， 延伸率30~50 % ， 铝箔。
一般来说，具有5个及5个以上滑移系的金属是延性的，而少于5个滑移系的金属则塑性很差。
面心立方晶体， 密排六方结构 体心立方晶体， 有12个滑移系。 只有3个滑移系， 有48个潜在滑移系。 滑移概率中等， 其滑移的概率低。 产生滑移变形的概率是很大的。 但所需的切应力则较低， 但在高温下有更多的 然而，由于相应的b/a值较大， 因为相应的b/a值低。 滑移系可以开动。 ，如铝、铜、金和银等， 所需的切应力也就高。 如铍、镁和锌等， 具有中等强度和 具有bcc结构的金属， 通常在室温下是脆性的 很好的塑性。 如钛、钼、钨等，具有 高的强度和中等塑性。
ZCuSn10Pb1等。 • 耐蚀承载件,如弹簧、轴承、 齿轮轴、蜗轮、垫圈等。
铜合金，铝含量为 5～11%。 • 强度、硬度、耐磨 性、耐热性及耐蚀 性高于黄铜和锡青 铜，铸造性能好， 但焊接性能差。 QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。
• 单相黄铜塑性好：H80、H70、 H 68 。适于制造冷变形零件， 如弹壳、冷凝器管等。
• 镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造 工业中使用的最轻金属结构材料。 • 目前,镁合金在汽车上的应用零部件可归纳 为2类。 • (1)壳体类。如离合器壳体、阀盖、仪 表板、变速箱体、曲轴箱、发动机前盖、 气缸盖、空调机外壳等。 • (2)支架类。如方向盘、转向支架、刹 车支架、座椅框架、车镜支架等
（2）电弧炉炼钢 特点：可以最大限度地 脱磷、脱硫，钢中夹杂 物含量低，钢成分易控 制，适合冶炼高质量的 合金钢。但是耗能大、 成本高。
各种金属材料具有不同的力学性能；即使是 同一种金属材料，由于内部组织结构不同， 其力学性能也是不同的；金属材料力学性能 上的差异是由其化学成分和组织结构所决定 的
晶体中产生塑性变形有两种基本机制。一种是剪切力作用下晶体的一个原子面相 对于其相邻原子面──滑移面──滑移（如图所示）。
第二个塑性变形的基本机制是孪生（形成孪晶），在此过程中，晶 体的一部分关于一个晶面(叫孪晶面)形成它自己的镜象。孪生过程 突然而迅速，这是在室温弯曲锡或锌棒时发生声响的原因。孪生通 常在hcp金属中产生。
• 农业方面作用 • 研究结果表明，稀土元素可以提高植物的 叶绿素含量，增强光合作用，促进根系发 育，增加根系对养分吸收。稀土还能促进 种子萌发，提高种子发芽率，促进幼苗生 长。除了以上主要作用外，还具有使某些 作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力。
• 2．火法: 通过熔融冶炼和电解精炼生产出阴极铜，也即电解 铜，一般适于高品位的硫化铜矿。
锻造铝合金 锻铝有Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Fe-Ni等合金系。 该类合金的合金元素种类多而含量少，具有良好的热塑性和 锻造性，并可热处理强化。 Al-Mg-Si系合金：宜于制造形状复杂的型材和锻件，如飞机 和发动机中工艺性和耐蚀性要求较高的零件； Al-Cu-Mg-Si系合金：用于制造形状复杂、承受中等载荷的各 类大型锻件和模锻件，但该合金有应力腐蚀和晶界腐蚀的倾 向，不宜作薄壁零件； Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金：因含有较多的Fe、Ni，因而具有较高 的耐蚀性能，适宜于制造发动机的活塞、汽轮机叶片等耐高 温和耐腐蚀的零件。
纯铜的性能 导电导热性：高的导电、导热性，仅次于银而居第二位。 工业纯金属的导电、导热性由高到低的顺序为：银、铜、铝、 镁、锌、镉、钴、铁、铂，锡、铅、锑。 用途：各种导线、电缆、导电牌、电器开关等导电器材和各 种冷凝管、散热管、热交换器、真空电弧炉的结晶器等。导电器 材用量占铜材总量一半以上。
(3) 抗蚀性高。由于钛合金表面能形成一层致密、牢固 的由氧化物和氮化物组成的保护膜，所以具有很好的抗蚀 性能。钛合金在潮湿大气、海水、氧化性酸(硝酸、硫酸等) 和大多氨有机酸中，其抗蚀性相当于或超过不锈钢。因此 ，钛及钛合金作为一种高抗蚀性材料已在化工、造船及医 疗等部门得到广泛应用。基于上述原因，钛合金的用途日 益广泛。
钛及其合金的特性 钛在地壳中的蕴藏量仅次于铝、铁、镁，居金属元 素中的第四位。尤其在我国，钛的资源十分丰富。 因此，钛是一种很有发展前途的金属材料。但目前 钛及其合金的加工条件复杂，成本比较昂贵，在很 大程度上限制了它们的应用。
• 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的 结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性 好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领 域。世界上许多国家都认识到钛合金材料 的重要性，相继对其进行研究开发，并得 到了实际应用。
镁为银白色金属，具有密排六方晶格，熔点651℃，密度为 1.74103kg/m3，相当铝的2/3，是最轻的工程金属。
镁的电极电位很低，所以抗蚀性很差。在潮湿大气、 淡水、海水及绝大多数酸、盐溶液中易受腐蚀。镁在空气 中虽然也能形成氧化膜，但这种氧化膜疏松多孔，不像铝 合金表面的氧化膜那样致密，对镁基体无明显保护作用。
2. 镁合金的特点 1) 性能特点 ① 比强度高：镁合金的强度虽然比铝合金低，但由于相对密度小，所以其 比强度却比铝合金高。如以镁合金代替铝合金，则可减轻电动机、发动机、仪 表及各种附件的质量。 ② 减振性好：由于镁合金弹性模量小，当受外力作用时，弹性变形功较大 ，即吸收能量较多，所以能承受较大的冲击或振动载荷。飞机起落架轮毂多采 用镁合金制造，就是发挥镁合金减振性好这一特性。 ③ 切削加工性好：镁合金具有优良的切削加工性能，可采用高速切削，也 易于进行研磨和抛光。 ④ 抗蚀性差：使用时要采取防护措施，如氧化处理、涂漆保护等。镁合金 零件与其他高电位零件(如钢铁零件、铜质零件)组装时，在接触面上应采取绝缘 措施(如垫以浸油纸)，以防彼此因电极电位相差悬殊而产生严重的电化学腐蚀。
当晶体受到外力作用时，它首先发生弹性变形；这种变形在外 力卸去后能恢复到原来形状。这就象当拉伸一根螺旋弹簧时它 就伸长，而当载荷卸去后它又恢复到原来的形状。然而，当外 力足够大时，晶体就发生塑性变形（或叫永久变形）；这种变 形在外力卸去后不能恢复到原来形状。
• 在玻璃陶瓷方面 • 稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿，可作为抛光粉广 泛用于光学玻璃、眼镜片、显象管、示波管、平板玻璃、 塑料及金属餐具的抛光；在熔制玻璃过程中，可利用二氧 化铈对铁有很强的氧化作用，降低玻璃中的铁含量，以达 到脱除玻璃中绿色的目的；添加稀土氧化物可以制得不同 用途的光学玻璃和特种玻璃，其中包括能通过红外线、吸 收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X-射线的玻璃等； 在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以减轻釉的碎裂性，并能使 制品呈现不同的颜色和光泽，被广泛用于陶瓷工业。
• 在节能环保、航空航天、电池、冶金、机 械、化工、纺织、玻璃陶瓷、医药、农业 等许多领域有广泛的应用。
• 孔隙度达到90%以上，具有一定强度和刚 度的多孔金属。 • 泡沫金属在石油化工、航空航天、环保中 用于制造净化、过滤、催化支架、电极等 装置。
• 已实用的泡沫金属有铝、镍及其合金。 • 泡沫铝及其合金质轻，具有吸音、隔热、减振、 吸收冲击能和电磁波等特性，适用于导弹、飞行 器和其回收部件的冲击保护层，汽车缓冲器，电 子机械减振装置，脉冲电源电磁波屏蔽罩等。 • 泡沫镍由于有连通的气孔结构和高的气孔率，因 此具有高通气性、高比表面积和毛细力，多作为 功能材料，用于制作流体过滤器、雾化器、催化 器、电池电极板和热交换器等。
工业纯铜的牌号及应用 纯铜含铜 99.90-99.99%，加工铜国家标准有9个牌号：3个 纯铜牌号、3个无氧铜牌号、2个磷脱氧铜牌号、1个银铜牌号； 高纯铜纯度可达 99.99%—99.9999% ，又称为4N、5N、6N铜。 工业纯铜的牌号用字母T加上序号表示，如T1，T2，T3等， 数字增加表示纯度降低。 无氧铜用 “T”和“U”加上序号表示，如TUl、TU2。 用磷和锰脱氧的无氧铜，在TU后面加脱氧剂化学元素符号 表示，如TUP、TUMn。
铜存在于地壳和海洋中。铜在地壳中的含量约为 0.01％，在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3－5 ％。 自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物存在。 铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石，开采出来的铜矿 石，经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。
（1）硫化矿，如黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4) 和辉铜矿(Cu2S)等。 （2）氧化矿，如赤铜矿(Cu2O)、孔雀石 [CuCO3Cu(OH)2]、蓝铜矿[2CuCO3Cu(OH)2]、硅孔雀 石(CuSiO32H2O)等。 （3）自然铜。铜矿石中铜的含量1％左右（0.5 ％～3％）便有开采价值，因为采用浮选法可以把矿 石中一部分脉石等杂质除去，而得到含铜量较高（8 ％～35％）的精矿砂。
引起单晶体中滑移所需的切应力直接与图中 的b/a比值成正比，这里a是原子面（滑移面） 间距，b与滑移面上原子密度成反比。b/a降低 时，产生滑移所需的切应力降低。因此，我 们可以说，晶体中的滑移沿原子密度最大的 原子面进行，或者说沿着密排面和密排方向 进行。
因为在晶体中不同的方向上b/a的值不同，单晶体在不同的方 向上就有不同的性能。也就是说晶体是各向异性的。各向异性 的一个常见的例子是针织布，当沿不同方向拉伸时其延伸不同， 另一个例子是层合板（如三合板、五合板等），它在板面方向 强度比厚度方向高得多（事实上，沿其厚度方向很容易分层）。
位错：晶体某处一列或若干列原 子发生有规律的搓牌现象。这是 解释实际晶体强度与理论强度差 的最重要的一类晶体缺陷。
刃型位错在切应力作用下滑移扫过晶格 位错可以解释为什么实际晶体强度要比理论强度低。
• 超塑性是指材料在一定的内部条件和外部 条件下，呈现出异常低的流变抗力、异常 高的流变性能的现象。超塑性的特点有大 延伸率，无缩颈，小应力， 易成形。最近 超塑性成形工艺将在航天、汽车、车厢制 造等部门中广泛采用，所用的超塑性合金 包括铝、镁、钛、碳钢、不锈钢和高温合 金等。
晶体是指原子（离子、分子和原子团） 在三维空间作有规则的周期性重复排列的物质。
• 锂化物早先的重要用途之一是用于陶瓷制品中， 特别是用于搪瓷制品中，锂化合物的主要作用是 作助熔剂。 • 对紫外线有极高的透明度，用它制造的玻璃可以 洞察隐蔽在银河系最深处的奥秘。锂玻璃可用来 制造电视机显像管。 • 二战期间，美国飞行员备有轻便应急的氢气源— 氢化锂丸。当飞机失事坠落在水面时，只要一碰 到水，氢化锂就立即溶解释放出大量的氢气，使 救生设备充气膨胀.
1825年由丹麦化学家奥斯德发现。1827年德国化学家 武勒重复了奥斯德的实验，并不断改进制取铝的方法。 1854年德国化学家德维尔用钠代替钾还原氯化铝，制 得铝锭。
本章内容 • • • • • 简介 晶体学基础与结构 晶体缺陷部分 材料的变形与断裂 金属的回复与再结晶
• 金属材料是现代工业、农业、交通、建筑和国防等 部门用材的主体。据统计、各种车辆、飞机、轮船、 武器等所用的材料中，金属材料约占90%以上。金 属材料之所以得到广泛地应用，是由于它具有优良 的工艺成型性能和使用性能，而这些性能与其内部 的微观结构、材料的制备方法及材料成型技术有着 密切的关系。
• 一种新型合金，一定条件下能吸收氢气， 一定条件能放出氢气：循环寿命生能优异， 并可被用于大型电池，尤其是电动车辆、 混合动力电动车辆、高功率应用等
• 别看储氢合金的金属原子之间缝隙不大，但储氢 本领却比氢气瓶的本领可大多了，因为它能像海 绵吸水一样把钢瓶内的氢气全部吸尽。具体来说， 相当于储氢钢瓶重量1/3的储氢合金，其体积不到 钢瓶体积的1/10，但储氢量却是相同温度和压力 条件下气态氢的1000倍，由此可见，储氢合金不 愧是一种极其简便易行的理想储氢方法。采用储 氢合金来储氢，不仅具有储氢量大、能耗低，工 作压力低、使用方便的特点，而且可免去庞大的 钢制容器，从而使存储和运输方便而且安全。
同种金属具有多于一种晶体结构的现象叫同素异构，或同素异形，意为有多种 式。由于金属的性能与行为在很大程度上取决于晶体结构，同素异构现象对于 属的热处理、压力加工和焊接工艺有重要意义。
原子排列的方式决定了特定金属的性能。 我们可以通过添加一种或几种其他金属的 原子来改变这种排列。这就叫合金化，它 能带来金属性能的改善。
• 现在超塑性合金已有一个长长的清单，最 常用的铝、镍、铜、铁、合金均有10～15 个牌号，它们的延伸率在200～2000％之间。 如铝锌共晶合金为1000％，铝铜共晶合金 为1150％，纯铝高达6000％，碳和不锈钢 在150～800％之间，钛合金在450～1000 ％之间。
• 超塑性的铝合金已经商品化，铝板可在 300～600℃时利用超塑性成型为复杂形状， 所用模具费用降低至普通压力加工模具费 用的十分之一，因此它具有和薄钢板、铝 压铸件及塑料模压件相竞争的能力。 • 据推测，最近超塑性成形工艺将在航天、 汽车、车厢制造等部门中广泛采用，所用 的超塑性合金包括铝、镁、钛、碳钢、不 锈钢和高温合金等
• 第一个实用的钛合金是1954年美国研制成 功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强 度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀 性和生物相容性均较好，而成为钛合金工 业中的王牌合金，该合金使用量已占全部 钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都 可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。
各向异性对材料的机械性能和物理性能都有影响。例如， 电力变压器铁芯用钢板生产过程中，通过控制加工变形造
1. 纯钛的性能 钛是银白色金属，熔点1667℃，比铁的熔点(1539℃)还 要高；密度为4.5103kg/m3，只相当于铁密度的一半。钛 的化学活性很强，在高温状态极易与氢、氧、氮、碳等元素 发生作用，使钛的表层污染。因此，钛的熔炼以及其他一些 热加工工艺过程，应在真空或惰性气体中进行。 钛在常温下表面极易形成氧化物和氮化物组成的致密的 钝化膜，因此使钛在许多介质中具有优良的抗蚀性。 钛具有同素异构转变，低于882℃为密排六方晶格，称 为 β -Ti，高于882℃为体心立方晶格，称为 α -Ti。
• 铜合金（copper alloy ）以纯铜为基体加入 一种或几种其他元素所构成的合金。 常用的铜合金分为黄铜﹑青铜﹑白铜3大类。
黄铜 以锌作主要添加元素的铜合金﹐具 有美观的黄色﹐统称黄铜。铜锌二元合金 称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄 铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。
• 敲击时不像青铜、钢材那样发出洪亮的金 属音，而是像橡胶那样只发出微弱的哑声， 然而又像钢材那样能承受较高的工作温度、 具有高强度的承载能力，这样的金属材料 称为减振合金。
• 镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。比 刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高 于工程塑料。 • 在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸 收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良 好的抗震减噪性能。
• 镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性 能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件 相当，一般可达250MPa，最高可达600多 Mpa。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不 大。 • 镁合金还个有良好的耐腐蚀性能，电 磁屏蔽性能，防辐射性能，可做到100%
氧化铁与生铁中的 碳、硅、锰、磷等元素 发生反应，将它们氧化， 从而使铁被还原
• αβ钛合金是双相合金，具有良好的综合性能，组 织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性 能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时 效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提 高50％～100％；高温强度高，可在400℃～ 500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合 金。
工业纯钛的力学性能与低碳钢近似，具有较高的强度和 较好的韧性。钛在常温虽为密排六方晶格，但由于其滑移系 较多，并且还容易进行孪生变形，塑性比其他具有六方晶格 的金属要高得多。钛的屈强比较高，一般在0.7～0.95之间， 因此钛材压力加工成形时，变形抗力较大，不易变形。 钛的力学性能与其纯度有很大关系。微量的杂质即能使 钛的塑性、韧性急剧降低。氢、氧、氟对钛都是有害的杂质 元素。工业纯钛和一般纯金属不同，它具有相当高的强度， 因此可以直接用于航空产品，常用来制造350℃以下工作的 飞机构件，如超音速飞机的蒙皮、构架等。 国产工业纯钛的牌号、性能见表9-7。
• 在石油化工方面 • 用稀土制成的分子筛催化剂，具有活性高、 选择性好、抗重金属中毒能力强的优点，因而取 代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程；在合 成氨生产过程中，用少量的硝酸稀土为助催化剂， 其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍；在合成顺丁橡 胶和异戊橡胶过程中，采用环烷酸稀土-三异丁基 铝型催化剂，所获得的产品性能优良，具有设备 挂胶少，运转稳定，后处理工序短等优点；复合 稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂， 环烷酸铈还可用作油漆催干剂等。
大多数金属的原子排列可以归纳为三种基本的晶 体结构：(a) 体心立方(bcc)，(b) 面心立方(fcc)， (c) 密排六方(hcp)。这几种结构见图。图中的每一 个球代表一个原子。这几种晶体结构中原子距离 的数量级约为0.1nm（10-10m）。这种原子结构模 型叫作刚球模型，可以把它想象成网球在一个箱 子中排列成各种形状。
铸 造 铝合金 铝硅系 合 金 铝铜系 合 金 铝镁系 合 金 铝锌系 合 金
强度、塑性高 ，耐腐蚀，铸 造时易氧化 高温强度高（耐 热），易腐蚀 强度高，易 腐蚀，价格 低
加入其他合金元素的铝硅铸造 合金称复杂(或特殊)硅铝明。 Al-Si系铸造铝合金的铸造性 能好，具有优良的耐蚀性、耐 热性和焊接性能。
6005 挤压型材与管材，用于要求强度较高的结构件，如梯子、电视天线 用于一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构件，如卡车、塔式建 筑、船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材 6063 建筑型材，灌溉管材以及供车辆、台架、家具、栏栅等用的挤压材料 6066 锻件及焊接结构件的挤压材料 6070 重载焊接结构与汽车工业用的挤压材料与管材 6101 公共汽车用高强度棒材、电导体与散热器材等 6201 高强度导电棒材与线 厚板、踏板与耐高冲击的挤压件 6262 要求抗蚀性优于2011和2017合金的有螺纹的高应力零件 6351 车辆的挤压结构件，水、石油等的输送管道 6463 建筑与各种器具型材，以及经阳极氧化处理后有明亮表面的汽车装饰件 6A02 飞机发动机零件，形状复杂的锻件与模锻件
前苏联制造的“台风号”核潜艇，就是钛壳核潜艇。用钛板制艇壳，除抗 蚀性强之外，还具有无磁性、质量小等优点。图9.8所示为钛合金制成的舰艇 螺旋桨推进器。
• 锂具有高的比热和电导率，它的密度是 0.53克/厘米3，是自然界中最轻的金属元素。 • 纯铝太软,当在铝中加入少量的Li、Mg、Be 等金属熔成合金，既轻便，又特别坚硬， 用这种合金来制造飞机，能使飞机减轻2/3 的重量，一架锂飞机两个人就可以抬走 。
• B5、B19等 。用于在蒸汽和海水环境下工作的 精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换
• BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。用于 制造精密机械、仪表零件及医疗器械等。
• 青铜原指铜锡合金﹐后除黄铜﹑白铜以外 的铜合金均称青铜﹐并常在青铜名字前冠 以第一主要添加元素的名。锡青铜的铸造 性能﹑减摩性能好和机械性能好﹐适合於 制造轴承﹑蜗轮﹑齿轮等。
我们已经讲过，室温变形造成晶粒和晶界的变形 、强度的增加和塑性的降低，并产生各向异性行为。 通过在适当的温度范围内保温，可以将上述这些效应
• 锂能改善造血功能，提高人体免疫机能。 锂对中枢神经活动有调节作用，能镇静、 安神，控制神经紊乱。锂可置换替代钠， 防治心血管疾病。人体每日需摄入锂0.1mg 左右。 • 氢化锂丸在第二次世界大战是美国飞行员 的必备之物，1千克氢化锂遇水可产生2800 千克氢气，用以逃生。
⑵ Al-Cu系铸造铝合金 这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造 性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。 常用代号有ZL201
(ZAlCu4)等。主要用于 制造在较高温度下工作 的高强零件，如内燃机 汽缸头、汽车活塞等。
• 它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在 一般温度下还是在较高的实际应用温度下， 均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗 氧化能力强。在500℃～600℃的温度下， 仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行 热处理强化，室温强度不高。
• 它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即 具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进 一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa； 但热稳定性较差，不宜在高温下使用。
钢与生铁的主要差别是含碳量不同，钢中碳 的质量分数小于2.11%，生铁碳的质量分数一 般在3.5%-4.5%。
任何一种炼钢方法，其原理就是将生铁中多余的碳和各种杂质 元素通过有选择的氧化、形成气体或者炉渣等方式降低其含量。 因此炼钢是一个氧化过程
工业用钢分类与牌号 结构钢（structural steel） 滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢 铸铁（cast iron）
镁在地壳中的储藏量极为丰富，其蕴藏量约为 2.1%，仅次于铝和铁而占第三位。镁的发现几乎 与铝同时，但由于镁的化学性质很活泼，给纯镁的 冶炼技术带来很大的困难，所以镁及合金在工业上 的应用比较晚。
晶体中原子的这种排列叫作晶体结构。 晶体结构就象建筑工地上堆放的金属材料：钢管和钢柱在水平和垂直方向上均匀 地重复堆放。
把晶体中的原子想象成几何结点，并把用直线将其中心连接起来而构成的空间 各自称为“晶格”
能反映某种特定金属的晶格结构特征的最小原子群叫作单位晶胞。它是晶体的最 基本构造单元，一个单晶体含有数目巨大的单位晶胞。如果把墙上的砖比作单位 晶胞，则墙就具有晶体结构，它由规则排列的砖组成。这面墙就象一个单晶，由 许多单位晶胞组成。
就象需要一定的力来使扑克牌之间产生滑动一样，晶体也需 要一定的切应力（临界切应力）来使其生产永久变形。切应 力是作用于单位剪切截面的切向力。因此，要产生塑性变形 ，就必须在晶体上施加足够大的切应力。
• 氢气分离、回收和净化材料。 • 制冷或采暖设备材料。 • 镍氢充电电池。
• 一种金属元素。原子序数74。钢灰色或银 白色，硬度高，熔点高，常温下不受空气 侵蚀；主要用途是制造灯丝和高速切削合 金钢、超硬模具,也用于光学仪器，化学仪 器方面
• 从铜矿中开采出来的铜矿石，经过选矿成为含铜品位较 高的铜精矿或者说是铜矿砂，铜精矿需要经过冶炼提成, 才能成为精铜及铜制品.
1.湿法炼铜，古书记载“曾青得铁则化为铜”， “曾青”即硫酸铜溶液，向其中加入铁，由于铁的 金属活泼性强于铜，所以可将铜元素置换，得到单 质铜，这就是湿法炼铜。 化学式： FeCuSO4=CuFeSO4
熔融金属凝固过程不同阶段的示意图。每个小方块表示一个单位晶胞。（a）在融融 金属中随机位置晶粒型核，注意各个晶核的晶体学取向是不同的；（b）和（c）随 着凝固的进行，晶粒长大；（d）凝固完成后的晶粒和晶界。注意相邻晶粒相遇时的 不同交角。 《材料科学与工程概论》AG真人 AG平台AG真人 AG平台AG平台真人 真人AG 平台官网AG平台真人 真人AG 平台官网