金屬材料
關注創建者：梵音靜思 創建時間：2015-10-15
金屬材料的視頻教程
金屬材料的實例教程
金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構成的具有金屬特性的材料的統稱。包括純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料等。（注：金屬氧化物（如氧化鋁）不屬于金屬材料）
1.意義
人類文明的發展和社會的進步同金屬材料關系十分密切。繼石器時代之后出現的銅器時代、鐵器時代，均以金屬材料的應用為其時代的顯著標志。現代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發展的重要物質基礎。
2.種類
金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。
1）黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵90%以上的工業純鐵，含碳2%～4%的鑄鐵，含碳小于 2%的碳鋼，以及各種用途的結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、不銹鋼、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。
2）有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。有色合金的強度和硬度一般比純金屬高，并且電阻大、電阻溫度系數小。
3）特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態金屬材料，以及準晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金以及金屬基復合材料等。
3.性能
一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機械零件在加工制造過程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中加工成形的適應能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。
展開 金屬材料高通量制備技術介紹
材料高通量制備技術可以在短時間內制備大量不同成分的新型材料，可以加速新型材料的研發與應用，被列為材料基因組技術的三大技術要素之一。其中金屬材料的高通量制備有多種制備方法，但傳統的金屬材料高通量制備方法制備周期長，制備樣品尺寸較小，能源消耗較高。
隨著增材制造技術的不斷發展，采用增材制造技術開展金屬材料的高通量制備也得到了迅速的發展，且增材制造高通量制備相較于傳統高通量制備技術呈現出了明顯的優勢：
1. 可以快速成型多種材料試樣；
2. 可以制備毫米級以上的塊狀樣品；
3. 研究過程中原材料消耗較少，更經濟。
圖1 金屬材料高通量制備方法總覽
安世亞太科技股份有限公司攜手鋼鐵研究總院，基于激光選區熔化技術開發了具有國際領先水平的DLM-120HT金屬材料高通量增材制備設備。
圖2 DLM-120HT金屬材料高通量制備平臺
DLM-120HT是基于異質粉末3D打印的新金屬材料開發高通量制備平臺。直接利用元素粉末或合金粉末進行激光選區熔化成型，一次打印過程可實現4種粉末、160種材料成分配比的力學性能樣件制備，適用于鋼鐵材料、鋁合金、鈦合金、 鎳基高溫合金、高熵合金等金屬新材料的成分篩選、性能研究以及梯度材料的研究。
圖3 DLM-120HT金屬材料高通量制備平臺技術路線
在最近結束的2021第四屆增材制造全球創新應用大賽中，DLM-120HT高通量增材制備平臺獲得了特別貢獻獎。
展開 Vol.2
種類
金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。
（1）黑色金屬，又稱鋼鐵材料，包括含鐵90%以上的工業純鐵，含碳2%-4%的鑄鐵，含碳小于2%的碳鋼，以及各種用途的結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、不銹鋼、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。
（2）有色金屬，是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。有色合金的強度和硬度一般比純金屬高，并且電阻大、電阻溫度系數小。
（3）特種金屬材料，包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態金屬材料，以及準晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金以及金屬基復合材料等。
展開 金屬材料的機械性能
金屬零件受一定外力作用時，對金屬材料有一定的破壞作用。因此要求金屬材料具有抵抗外力的作用而不被破壞的性能，這種性能稱為機械性能。金屬材料的機械性能主要包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。它們的具體數值是在專門的試驗機上測定出來的。
1、金屬材料的變形和應力
金屬材料受外力作用時引起的形狀改變稱為變形。變形分為彈性變形（當外力取消后，變形消失并恢復到原來形狀）和塑性變形（當外力除去后，不能恢復到原來形狀，保留一部分殘余形變）。
當金屬材料受外力作用時，其內部還將產生一個與外力相對抗的內力，它的大小與外力相等，方向相反。單位截面上的內力稱為應力。在拉伸和壓縮時應力用符號σ表示。
σ=P/F
式中： σ — 應力，MPa;
P — 拉伸外力，N；
F — 試樣的橫截面積，mm2。
2、強度
強度是金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。強度可通過拉力試驗來測定。將圖（a）所示標準樣安裝在拉力試驗機上，對其施加一個平穩而無沖擊逐漸遞增的軸向拉力，隨著拉力的增加試樣產生形變如圖（B）直到斷裂如圖（C）。
以試樣的受拉力P為縱坐標，伸長值⊿L為橫坐標，給制出拉伸曲線。
OE段：負荷與伸長成線性關系，是材料的彈性變形階段。
金屬材料由彈性變形過渡到塑性變形時的應力稱為彈性極限，用σe表示。
式中： σe — 彈性極限，MPa；
Pe — 材料開始塑性變形時的負荷，N；
Fo — 試樣原橫截面積，㎜2 。
當負荷超過E點，試樣開始產生塑性變形，這一段曲線幾乎呈水平，表明試樣在拉伸過程中，負荷不增加甚至有降低，試樣繼續塑性形變，材料喪失了抵抗變形的能力。這種現象稱為屈服。產生現象時的應力稱為屈服點，用σs表示。
展開 其中金屬材料的高通量制備有多種制備方法，但傳統的金屬材料高通量制備方法制備周期長，制備樣品尺寸較小，能源消耗較高。隨著增材制造技術的不斷發展，采用增材制造技術開展金屬材料的高通量制備也得到了迅速的發展，且增材制造高通量制備相較于傳統高通量制備技術呈現出了
明顯的優勢：
可以快速成型多種材料試樣；
可以制備毫米級以上的塊狀樣品；
研究過程中原材料消耗較少，更經濟。
圖3 金屬材料高通量制備方法總覽
基于此，安世亞太科技股份有限公司攜手鋼鐵研究總院，基于激光選區熔化技術開發了具有國際領先水平的DLM-120HT金屬材料高通量增材制備設備。
圖4 DLM-120HT金屬材料高通量制備平臺
DLM-120HT是基于異質粉末3D打印的新金屬材料開發高通量制備平臺。直接利用元素粉末或合金粉末進行激光選區熔化成型，一次打印過程可實現
4種
粉末、
160種
材料成分配比的力學性能樣件制備，適用于鋼鐵材料、鋁合金、鈦合金、 鎳基高溫合金、高熵合金等金屬新材料的成分篩選、性能研究以及梯度材料的研究。
圖5 DLM-120HT金屬材料高通量制備平臺技術路線
DLM-120HT金屬材料高通量制備平臺具有以下特色：
1、混構打印
能實現不同金屬粉末的混構打印，可自由設計成分過渡，加速新材料研發過程且可制備對不同部位有不同要求的梯度材料金屬構件，提高構件性能、延長使用壽命。
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數據顯示，經過鈍化處理后的金屬，其腐蝕電流密度可降低3-6個數量級，相當于腐蝕速率減慢上千倍甚至上百萬倍，顯著延長金屬材料的使用壽命。
類似地，在材料合成領域，某些金屬材料在厭氧環境下與氫氣發生反應，氫氣傳感器能實時反饋反應進程，幫助科研人員精準控制條件，提升制備成功率。
三、厭氧培養箱中氫氣傳感器推薦
厭氧培養箱內部環境特殊，對氫氣傳感器性能提出了嚴苛要求：普通的電化學氫氣傳感器依賴氧氣參與反應，在無氧環境中無法正常工作，甚至會出現數據漂移; 催化燃燒型氫氣傳感器需要氧氣作為助燃劑，同樣不適用于厭氧場景。
光源/Mini/Micro LED、封裝測試、設計開發、生產設備等；</p>
<p style="margin-top: 20px; margin-bottom: 20px; border: 0px;"><span style="font-weight: 700; margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">8、 汽車輕量化技術及汽車材料：</span>金屬材料
Johnson-CooK （簡稱 JC）模型主要用于解決金屬材料在強沖擊、高應變率、劇烈溫度變化下的復雜響應問題。在國防穿甲爆破、航空航天器外殼受撞擊、汽車高速碰撞以及工業上的金屬切削加工等極端工況下，金屬材料在極短時間內會發生巨大的變形，并且伴隨著由于劇烈摩擦和變形產生的局部高溫。
原始文獻：《A multiscale simulation framework of the accumulative roll bonding process accounting for texture evolution》
DOI：10.1016/j.msea.2015.02.005
在金屬材料研究領域，粘塑性自洽模型（Visco-Plastic Self-Consistent, VPSC
但實際金屬材料并不是“均勻黑箱”：晶粒取向、滑移系激活、織構演化都會影響局部塑性變形，尤其在薄壁管壓潰這類大變形、強局部化問題中，微觀結構可能對吸能行為產生重要影響。
在金屬材料、陶瓷及復合材料的微觀力學研究中，構建一個符合統計學特征的多晶代表性體積單元（RVE）往往是科研工作的第一步。
然而，傳統的建模方法往往面臨重重困難：使用商業軟件手動分割效率低下；利用專業建模軟件（如 Neper）雖然強大，但命令行操作和復雜的參數配置讓許多初學者望而卻步；而自編程序生成 Voronoi 鑲嵌模型，又難以精準控制晶粒尺寸分布和形狀統計特征。
金屬材料通常為210000 MPa或20600 MPa，塑料材料約為2350 MPa。這一參數直接決定了結構在彈性階段的剛度表現。
圖1 帶引伸計拉伸測試
泊松比是材料在單向受拉或受壓時，橫向正應變與軸向正應變的比值，用于反映材料的橫向變形特性。金屬材料泊松比通常取0.34，塑料材料約為0.39。
、金屬/非金屬/復合材料、機身、連接件、操作系統與開發平臺等；
其他展區
初創機器人企業、科研機構、投融資機構、高校、教育、科研、培訓等。
3.1 汽車功率半導體技術：IGBT/MOSFET、功率IC等、第三代半導體材料（SiC/GaN）及器件、車用LED芯片/光源/Mini/Micro LED、封裝測試、設計開發、生產設備等；
4、 汽車輕量化技術及汽車材料：金屬材料、塑料、發泡材料、復合材料、輕量化零部件、車身連接技術等；
4.1 汽車用鋼專題展示區: 先進高強鋼、超高強鋼、高錳鋼、汽車板材、不銹鋼及全套解決方案
