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鐵、鋅、鎂、鋁、銅等金屬的特性與用途
發(fā)布時(shí)間:
2022-11-29 16:26
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,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(dòng)特性就越好。碳在這里以石墨和碳化鐵兩種形式出現(xiàn)。
原材料特性是金屬加工中需要考慮的重要環(huán)節(jié),下面這些常見金屬的加工特性你都知道嗎?一起看看吧——
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,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(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)在較表層,所以通常都會(huì)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(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——不生銹的革命
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)庋鬯床灰姷?。我們通常所提及的不銹鋼和鎳的比例一般是18:10。
20世紀(jì)初,不銹鋼開始作為元才來(lái)噢被引入到產(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(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)備首次出現(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:奧氏體不銹鋼主要應(yīng)用于家居用品、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)用較廣泛的有色金屬。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姡洪T把手表層表層下面的材料、水龍頭、電子元件等,鋅具有極高的防腐蝕性,這一特性使它具備了另外較基本的一項(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(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、移動(dòng)電話天線以及照相機(jī)中的快門裝置。
3.現(xiàn)代材料——鋁(AL)
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(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較豐富的金屬元素之一。
當(dāng)鋁這種金屬較早出現(xiàn)的時(shí)候,它并沒有被立刻應(yīng)用到人們的生活當(dāng)中。后來(lái),針對(duì)其獨(dú)特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(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。
4.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(dòng)通訊、冶金等領(lǐng)域。可以預(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。性變得更大。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(jī)外殼采用鎂合金做外殼。
自上世紀(jì)起,人類對(duì)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佳者。常用的鎂合金具有不可燃性,尤其是使用在汽機(jī)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(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、電子、移動(dòng)通訊、冶金等領(lǐng)域。
5.銅——人類的伙伴
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。從較初簡(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利用較悠久的金屬。這一點(diǎn)在很大程度上是因?yàn)殂~礦很容易開采,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、極好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能、堅(jiān)硬、柔韌、具延展性、拋光后、效果獨(dú)特。
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。
6.鉻——高光潔度的后處理
鉻較為常見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較表層鍍于鎳層外面,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、浴室水龍頭以及家具、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器裝飾以及太陽(yáng)能利用方面。
7.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)正是太空金屬所必備的。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。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)造成人的過敏,它是對(duì)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”。
鈦較大的缺點(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、繪畫以及塑料等所需的白色顏料。