常見金屬材料基礎知識整理

• 概述
  介紹工程材料的分類（金屬材料、有機非金屬材料、復合材料等），金屬的基本概念（如合金、相、固溶體等），以及金屬材料的性能（包括物理、化學、力學等使用性能和鑄造、焊接等工藝性能）。
• 金屬材料
  分為黑色金屬和有色金屬。黑色金屬部分涵蓋鐵及其分類（生鐵、鑄鐵）、鋼的多種分類方式（按品質、化學成分、成形方法等）、中國鋼號表示方法，以及板材、型材、管材、不銹鋼的具體知識；有色金屬部分包括分類、牌號表示方法，以及銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、鎳及合金等的特性與應用。
• 金屬腐蝕基礎
  闡述金屬腐蝕的分類（按形態、作用原理等）、腐蝕形態（全面腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕等），并分別介紹黑色金屬和有色金屬及其合金的耐蝕性。

整體內容系統全面，為理解金屬材料的基礎特性、分類及腐蝕相關知識提供了詳細參考。

第一章概述

1.金屬材料分類

• 黑色金屬：鐵、碳鋼、合金鋼等（鐵基合金）

• 有色金屬：輕金屬（Al、Mg）、重金屬（Cu、Pb、Zn）、稀有金屬（Ti、W）、貴金屬（Au、Ag）等

• 非金屬材料：合成塑料/橡膠/纖維、陶瓷、玻璃、復合材料等

2.金屬組織關鍵概念

3.金屬材料性能

• 機械性能：

• 強度（抗變形/斷裂）、屈服點（σ?）、抗拉強度（σ_b）、延伸率（δ）、硬度（HB/HRC）

• 沖擊韌性（A_k）：抗沖擊載荷能力（單位：J/cm2）

• 工藝性能：

• 鑄造性（流動性、收縮性）、焊接性、冷彎性（彎曲角度/彎心直徑比）、沖壓性

• 化學性能：

• 耐腐蝕性（抗介質侵蝕）、抗氧化性（高溫抗氧化）

第二章金屬材料

第一講：黑色金屬

1.鐵及其分類

• 生鐵（C=2.11~6.67%）：

• 煉鋼生鐵（L04-L10）：硬脆，斷口白色，用作煉鋼原料。

• 鑄造生鐵（Z14-Z34）：石墨態碳，軟易加工，用于鑄件（如機床床身）。

• 特種生鐵：球墨生鐵（Q10-Q16）、含釩生鐵（F02-F05）。

• 鑄鐵（C>2.11%，重熔加工）：

  類型	特性	應用
  灰口鑄鐵（HT）	片狀石墨，良好鑄造/切削性	結構復雜件、耐磨件
  球墨鑄鐵（QT）	球狀石墨，高強韌性	曲軸、連桿、齒輪
  可鍛鑄鐵（KT）	團絮狀石墨，高塑性	汽車零件、閥門
  白口鑄鐵	滲碳體結構，極高硬度	耐磨件（球磨機鐵球）

2.鋼及其分類（C<2.11%）

• 按品質：

• 普通鋼（P≤0.045%，S≤0.055%）

• 優質鋼（P,S≤0.035%）

• 高級優質鋼（P≤0.035%，S≤0.030%）

• 按成分：

• 碳素鋼：低碳（C≤0.25%）、中碳（0.25~0.60%）、高碳（C>0.60%）

• 合金鋼：低合金（合金總量≤5%）、中合金（>5~10%）、高合金（>10%）

• 按用途：

• 結構鋼（建筑/機械）、工具鋼（碳素/合金/高速鋼）、特殊性能鋼（不銹鋼/耐熱鋼）

• 按金相組織：

• 正火態：珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼

• 退火態：亞共析鋼（F+P）、過共析鋼（P+Fe?C）

3.中國鋼號表示方法

• 碳素結構鋼：Q+屈服點值（MPa）+質量等級（A-D）+脫氧方法（F/Z）例：Q235-AF（A級沸騰鋼）

• 優質碳素鋼：平均含碳量萬分比（如45鋼=0.45%C）

• 合金結構鋼：含碳量萬分比+主合金元素符號+含量（>1.5%標數字）例：40Cr（0.4%C，Cr<1.5%）

• 不銹鋼：含碳量千分比（0Cr18Ni9=超低碳，Cr18%，Ni9%）

第二講：有色金屬

1.銅及銅合金

• 純銅：導電/導熱性優異（T1-T3），用于電線、儀表。

• 銅合金：

  類型	成分	特性	牌號例
  黃銅	Cu-Zn（+Sn/Pb等）	良好切削性、耐海水腐蝕	H62、HPb59-1
  青銅	Cu-Sn/Al/Si等	高耐磨/耐蝕性	QSn4-3、QA19-4
  白銅	Cu-Ni（+Mn/Zn等）	高電阻/耐蝕性	B19、BFe30-1-1

2.鋁及鋁合金

• 純鋁：輕質（ρ=2.7g/cm3）、耐大氣腐蝕（L1-L6）。

• 鋁合金：

• 變形鋁合金：防銹鋁（LF21）、硬鋁（LY12）、超硬鋁（LC4）

• 鑄造鋁合金：鋁硅系（ZL101）、鋁銅系（ZL201）等

• 鈦及鈦合金：高比強度、耐海水腐蝕（純鈦）、耐高溫（Ti-6Al-4V）。

第三章金屬腐蝕基礎

1.腐蝕分類與形態

• 均勻腐蝕：整個表面均勻減?。ㄈ缣间撛诖髿庵猩P）。

• 局部腐蝕（危害更大）：

  類型	發生條件	案例
  孔蝕	含Cl?介質中不銹鋼表面鈍化膜破裂	海水管道穿孔
  晶間腐蝕	晶界貧鉻（不銹鋼敏化區）	焊接接頭脆化
  應力腐蝕破裂	拉應力+特定介質（Cl?/OH?）	奧氏體不銹鋼設備開裂
  氫脆	高強鋼吸氫導致脆化	酸洗后零件斷裂

2.耐蝕性關鍵點

• 碳鋼/鑄鐵：耐堿液/濃硫酸，不耐中性/酸性介質。

• 不銹鋼：

• Cr13型：基本耐蝕（閥門/軸承），不耐非氧化性酸。

• Cr18Ni9型（304）：通用奧氏體不銹鋼，耐硝酸/有機酸。

• Cr18Ni12Mo型（316）：加Mo提升耐Cl?腐蝕性，用于化工設備。

• 有色金屬：

• 銅合金：耐海水/大氣（黃銅HSn62-1稱“海軍黃銅”）。

• 鈦合金：耐氯化物/氧化性酸（“耐海水腐蝕之王”）。

• 鎳合金：耐堿/高溫腐蝕（哈氏合金抗鹽酸）。

關鍵知識點總結

1. 鋼鐵分界：含碳量2.11%是生鐵與鋼的分界線。

2. 不銹鋼核心：Cr≥12%形成鈍化膜；加Mo提升抗點蝕能力。

3. 局部腐蝕防控：

• 避免縫隙設計（防縫隙腐蝕）

• 低碳/加Ti/Nb（防晶間腐蝕）

• 控制應力/介質（防應力腐蝕）

4. 材料選型原則：

• 耐酸選含Mo不銹鋼（316）或鎳基合金

• 耐海水選鈦合金或銅鎳合金

• 高溫氧化選高鉻鋼（如310S）