Klasyfikacja materiałów – materiały metalowe

Według tradycyjnej klasyfikacji materiały można podzielić na materiały metaliczne, materiały nieorganiczne niemetaliczne (materiały ceramiczne), materiały polimerowe i materiały kompozytowe. Stal, złoto i srebro są materiałami metalowymi. Do nieorganicznych materiałów niemetalicznych, w tym ceramiki i szkła, zaliczają się tlenki, sole nieorganiczne itp. pod względem składu skupień. Materiały polimerowe składają się z makrocząsteczek organicznych, takich jak włókna, guma, żywice i tworzywa sztuczne. Materiały kompozytowe składają się z dwóch lub więcej materiałów w określony sposób i dzieli się je na wiele kategorii. Według matrycy można je podzielić na osnowę metalową, osnowę ceramiczną, osnowę żywiczną itp. lub według wzmocnienia można je podzielić na materiały kompozytowe wzmocnione włóknem, wzmocnione cząstkami itp., istnieje wiele rodzajów.

Zrozumienie materiałów metalowych i trendów rozwojowych. Materiały metalowe odnoszą się do materiałów o właściwościach metalicznych, które składają się z elementów metalowych lub składają się głównie z elementów metalowych. Obejmuje czyste metale, stopy, związki międzymetaliczne i specjalne materiały metalowe.

Nasze zrozumienie materiałów metalowych powinno zacząć się od następujących aspektów:

1. Klasyfikacja: Materiały metalowe dzieli się zwykle na metale żelazne, metale nieżelazne i specjalne materiały metalowe.

① Metale żelazne nazywane są również materiałami stalowymi, w tym czystym żelazem przemysłowym zawierającym ponad 90% żelaza, żeliwem zawierającym od 2% do 4% węgla, stalą węglową zawierającą mniej niż 2% węgla oraz stalą konstrukcyjną, stalą nierdzewną i żaroodporną stal do różnych celów. Stal, stop wysokotemperaturowy, stop precyzyjny itp. Do ogólnych metali żelaznych zalicza się także chrom, mangan i ich stopy.

② Metale nieżelazne odnoszą się do wszystkich metali i ich stopów z wyjątkiem żelaza, chromu i manganu, które zwykle dzielą się na metale lekkie, metale ciężkie, metale szlachetne, półmetale, metale rzadkie i metale ziem rzadkich. Wytrzymałość i twardość stopów metali nieżelaznych jest na ogół wyższa niż czystych metali, mają one większą odporność i mniejszy współczynnik temperaturowy oporu.

③Specjalne materiały metalowe obejmują konstrukcyjne materiały metalowe i funkcjonalne materiały metalowe do różnych zastosowań. Należą do nich amorficzne materiały metalowe otrzymywane w procesach szybkiej kondensacji, a także materiały metaliczne quasikrystaliczne, mikrokrystaliczne, nanokrystaliczne itp.; istnieją również specjalne stopy funkcjonalne, takie jak niewidzialność, odporność na wodór, nadprzewodnictwo, pamięć kształtu, odporność na zużycie, redukcja i tłumienie drgań itp. oraz materiały kompozytowe z osnową metalową itp.

Materiały metalowe dzielą się na metale odlewane, metale odkształcone, metale formowane wtryskowo i materiały metalurgii proszków, zgodnie z procesem produkcji i formowania. W procesie odlewania powstaje odlew, obejmujący głównie staliwo, żeliwo oraz odlewy z metali nieżelaznych i stopów.

Odkształcony metal powstaje w wyniku obróbki ciśnieniowej, takiej jak kucie, walcowanie, tłoczenie itp., A jego skład chemiczny różni się nieco od odpowiedniego odlewu metalu. Metal formowany wtryskowo jest wytwarzany w częściach i półwyrobach o określonych kształtach i właściwościach strukturalnych w procesie formowania wtryskowego.

Wydajność materiałów metalowych można podzielić na dwa typy: wydajność procesu i wydajność użytkowania.

2. Wydajność:  

Aby bardziej racjonalnie wykorzystywać materiały metalowe i w pełni spełniać ich rolę, konieczne jest opanowanie parametrów użytkowych, jakie powinny posiadać części i komponenty wykonane z różnych materiałów metalowych w normalnych warunkach pracy oraz podczas ich stosowania podczas obróbki na gorąco i na zimno . Wydajność, którą należy posiadać (wydajność procesu). Właściwości materiałów obejmują właściwości fizyczne (takie jak ciężar właściwy, temperatura topnienia, przewodność elektryczna, przewodność cieplna, rozszerzalność cieplna, magnetyzm itp.), właściwości chemiczne (trwałość, odporność na korozję, odporność na utlenianie) i właściwości mechaniczne. Wydajność procesu materiałów odnosi się do zdolności materiału do przystosowania się do metod przetwarzania na zimno i na gorąco.

3. Proces produkcji: 

Przy produkcji materiałów metalowych metal jest zazwyczaj najpierw ekstrahowany i wytapiany. Niektóre metale wymagają dalszej rafinacji i dostosowania do odpowiedniego składu, zanim zostaną przetworzone na produkty o różnych specyfikacjach i właściwościach. Aby wydobyć metale, stal zwykle wykorzystuje procesy pirometalurgiczne, to znaczy konwertery, piece martenowskie, elektryczne piece łukowe, piece indukcyjne, żeliwiaki (produkcja żelaza) itp. Do wytapiania i wytapiania; metale nieżelazne wykorzystują zarówno procesy pirometalurgiczne, jak i hydrometalurgiczne; metale o wysokiej czystości Oprócz metali wymagających specjalnych właściwości stosuje się również procesy wytapiania strefowego, wytapiania próżniowego i metalurgii proszków. Po przetopieniu materiału metalowego i dostosowaniu jego składu jest on odlewany i kształtowany lub przetwarzany na wlewki i kęsy w procesach odlewania i metalurgii proszków, a następnie przetwarzany plastycznie na produkty o różnych kształtach i specyfikacjach.

4. Trend rozwoju:

W rozwoju materiałów metalowych odeszło się od czystych metali i czystych stopów. Wraz z postępem w projektowaniu materiałów, technologii procesów i testowaniu wydajności, tradycyjne materiały metalowe rozwijają się szybko i stale opracowywane są nowe, wysokowydajne materiały metalowe. Struktury wysokotemperaturowe, takie jak szybko kondensujące materiały amorficzne i mikrokrystaliczne, stopy aluminiowo-litowe o dużej wytrzymałości właściwej i wysokim modu właściwym, uporządkowane związki międzymetaliczne i stopy stopowe mechaniczne, stopy wzmocnione dyspersją tlenków, kierunkowo zestalone kryształy kolumnowe i stopy monokrystaliczne Materiały, metal matrycowe materiały kompozytowe oraz nowe funkcjonalne materiały metalowe, takie jak stopy z pamięcią kształtu, stopy z magnesami trwałymi neodymowo-żelazowo-borowe i stopy magazynujące wodór, znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach, takich jak lotnictwo, energetyka i elektromechanika.