金屬材料工程的案例
【工程材料】一看全懂！機械工程師必知的24種常用金屬材料及其特性
5、35——各種標準件、緊固件的常用材料
主要特征: 強度適當，塑性較好，冷塑性高，焊接性尚可。冷態下可局部鐓粗和拉絲。淬透性低，正火或調質后使用應用舉例: 適于制造小截面零件，可承受較大載荷的零件：如曲軸、杠桿、連桿、鉤環等，各種標準件、緊固件。
6、65Mn——常用的彈簧鋼
應用舉例:小尺寸各種扁、圓彈簧、座墊彈簧、彈簧發條，也可制做彈簧環、氣門簧、離合器簧 片、剎車彈簧、冷卷螺旋彈簧，卡簧等。
7、0Cr18Ni9——最常用的不銹鋼（美國鋼號304，日本鋼號SUS304）
特性和應用: 作為不銹耐熱鋼使用最廣泛，如食品用設備，一般化工設備，原子能工業用設備。
8、Cr12——常用的冷作模具鋼（美國鋼號D3，日本鋼號SKD1)
特性和應用: Cr12鋼是一種應用廣泛的冷作模具鋼，屬高碳高鉻類型的萊氏體鋼。該鋼具有較好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12鋼碳含量高達2.3%，所以沖擊韌度較差、易脆裂，而且容易形成不均勻的共晶碳化物；Cr12鋼由于具有良好的耐磨性，多用于制造受沖擊負荷較小的要求高耐磨的冷沖模、沖頭、下料模、冷鐓模、冷擠壓模的沖頭和凹模、鉆套、量規、拉絲模、壓印模、搓絲板、拉深模以及粉末冶金用冷壓模等。
9、DC53——常用的日本進口冷作模具鋼
特性和應用: 高強韌性冷作模具鋼，日本大同特殊鋼（株）廠家鋼號。高溫回火后具有高硬度、高韌性，線切割性良好。
展開 具有合理表面工程的分級中空-微球金屬-硒化物@碳復合材料用于高級鈉儲存
【引言】
由于鈉離子半徑較大(102 pm)的限制，傳統的電極材料在鈉離子電池(SIBs)中表現出緩慢的動力學特性。提高動力學，包括快速離子穿梭和高離子存儲能力，是進一步推進實際應用的迫切要求。從根本上說，探索合適的電極是一種重要的方法。與插入型材料的低Na存儲容量和合金型材料的大體積膨脹相比，轉換型材料顯示出了作為SIBs負極的潛力。過渡金屬二硫族化合物作為以轉化反應為基礎的主要成分，引發了大量的活性。屬于VI族的硒化物具有較高的動力學（1×10-5 Sm-1）和較弱的電負性（2.4）。結構工程和碳引入被認為是增加活性位點和減輕體積變化的經典操作方法。此外，碳的摻入被用作另一種有效的方式，這可以促進體積變化的適應，副產物的捕獲等。
【成果簡介】
近日，在中南大學紀效波教授團隊（通訊作者）帶領下，與河南工業大學合作，利用柯爾克達爾效應的熱硒化，成功地從Ni-Pr/PPy的自組裝中獲得了由碳約束的NiSe2微球。衍生的分層中空結構增加了鈉存儲的活性缺陷，而現有的雙N摻雜碳層明顯減輕了體積膨脹。結果，它顯示了超快的倍率性能，即使在10.0 A g-1下3000次循環后也能提供374 mAh g-1的穩定容量。這些顯著的結果可歸因于NiSe2和碳膜界面上的Ni-O-C鍵，這導致離子的更快轉移，聚硒化物的有效捕獲和高度可逆的轉化反應。循環伏安法（CV）動力學分析表明，電化學過程主要由贗電容行為決定。在電化學阻抗譜（EIS）的支持下，證實固體電解質界面膜在循環期間可逆地形成/分解。
展開 材料創新從20年縮短到2年？材料基因組工程揭秘
云南有豐富的錫、銦、鍺、鎵、鈦、銻、鉍等稀有金屬資源，金、銀和鉑族金屬(鉑、鈀、銠、釕、鋨、銥)也有較大儲量。基于云南省資源稟賦和產業基礎，云南決定實施稀貴金屬材料基因工程，該工程將建設貴金屬、液態金屬、錫三個數據庫，開展系統研究；并將開展鈦、銦、鍺、鋁、銻、鉍等應用研究，為企業現實研發需求服務。
材料基因工程的競爭已經遠遠超越了科學研究。材料科學具有與制造業緊密融合的特點，材料科學研究的提速，成為各國戰略布局、搶占高端制造業技術核心的底蘊所在。與此同時，它可能帶來的影響，或許也將從材料科學研究領域“溢出”，化為引領更多研究領域的方法論和創新文化。其中意義，難以估量。
南方科技大學材料基因組研究院（Material-X）
據南方科技大學材料科學與工程系主任程鑫教授介紹，人類已知的材料種類中，有機物約三千萬種，無機物約幾百萬種；根據結構相圖審編機構的統計，可以用于材料合成的83個元素可形成的二元合金為3403個，三元合金為91881個，四元合金達213萬個，卻分別有高達30%未知、97%未知、100%未知！由此可見，人類已知的材料僅占自然界中可能存在的材料總數的極小一部分，而絕大部分材料仍然是人類未知的，潛在巨大的材料寶庫。
隨著科學技術的飛速發展，以多元素組分為特征的關鍵材料已成為多項高科技產業發展的瓶頸；傳統材料研究方法效率極為低下，導致材料產品開發周期長；世界強國近年爭相開展的“材料基因組計劃”旨在利用高通量實驗及理論計算技術快速獲取數據，結合人工智能數據分析技術開發材料相關產品，從而縮短材料從研發到應用的周期和降低材料研發成本。
展開 常見的金屬材料金屬材料成型方法
常見金屬材料主要有黑色金屬鐵及其合金，壓鑄模具以及有色金屬及其合金。有色金屬又叫非鐵材料。
鐵的合金主要為鋼和鑄鐵。工業用鋼分結構鋼，零件鋼，工具鋼和特殊性能鋼。常用鑄鐵分灰鑄鐵，可鍛鑄鐵，球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。
常用有色金屬：鋁及鋁合金，鈦及鈦合金，銅及銅合金和軸承合金（錫基，鉛基，鋁基軸承合金）。
常用成型方法
冷加工：車，銑，刨，磨，鉆，拉（機加工）；冷軋、冷拔、冷鍛、沖壓、冷擠壓。
熱加工：鑄造，熱扎，鍛造，熱處理，焊接，熱切割，熱噴涂
8種常見金屬材料，及金屬表面處理工藝介紹
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的。以這種形態存在于礦物中的鋁也是我們地球上出量最豐富的金屬元素之一。
當鋁這種金屬最早出現的時候，它并沒有被立刻應用到人們的生活當中。后來，針對其獨特功能和特性的一批新產品逐漸問世，這種高科技材料也逐漸擁有越來越寬闊的市場。雖然鋁的應用歷史相對較短，但現在市面上鋁產品的產量已經遠遠超過了其他有色金屬產品的總和。
材料特性：柔韌可塑、易于制成合金、高強度-重量比、出色的防腐蝕性、易導電導熱、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。鋁也經常被用以加固一些大型建筑結構，比如倫敦皮卡迪利廣場上的愛神雕像，以及紐約克萊斯勒汽車大廈的頂部等，都曾用鋁質加固材料。
5鎂合金——超薄美學設計
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成高強度的合金，鎂合金具有比重輕、比強度和比剛度高、導熱導電性好、兼有良好的阻尼減震和電磁屏蔽性能、易于加工成型、容易回收等優點。但長期以來，由于受價格昂貴和技術方面的限制，鎂及鎂合金只少量應用于航空、航天及軍事工業，因而被稱為“貴族金屬”。現今鎂是繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被廣泛地應用于航空航天、汽車、電子、移動通訊、冶金等領域。可以預計，由于其它結構金屬生產成本的增加，金屬鎂在未來的重要性變得更大。
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產品外殼、建筑材料等。大多數超薄筆記本電腦和手機外殼采用鎂合金做外殼。自上世紀起，人類對金屬質感、光澤仍有不可抹減的愛戀，塑料產品雖然可以形成類金屬的外觀，但其光澤感、硬度、溫度、質感仍與金屬有差距。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。
展開 你真的得能講清楚什么是金屬材料的微觀組織結構嗎？（ 金屬材料科學與技術）
花粉的微觀組織結構
你知道金屬材料的微觀組織結構是怎么形成的嗎？你了解鑄造、冷加工、熱處理分別如何影響金屬材料的微觀組織結構嗎？
3相(Phase)/組分(Component)/缺陷(Component)
相，通常被認為是材料中具有不同的晶體結構和/或不同化學成分的部分，金屬材料中不同的相之間是通過不同的界面分離開的。一種具有特定化學成分的純物質通常被認為是由一個化學組分構成。一些材料的化學成分可以在兩個或多個極端之間連續變化。這些材料通常必須含有兩個或更多的組分。注意一種多組分材料可以以單相的形式存在，前提是不同組分的原子可以在固相狀態(Solid state)緊密混合，這種混合體(Mixtures)被稱為固溶體(Solid solution)。
孿晶界形貌
缺陷，通常被定義為晶體結構周期性的任何中斷(Disruption)。點缺陷，如空位(Vacancies)和間隙(Interstitials)。面缺陷(Planar defects)，如表面(Surfaces)、孿晶界(Twin boundaries)和晶界(Grain boundaries)以及位錯(Dislocation)等。
??空位缺陷示意圖
4微觀組織結構的形成 ？
微觀組織結構是在不同工藝條件下產生的。微觀組織結構通常是通過溫度或/和壓力的變化帶來的相變產生的。材料的變形或加工(滾壓(Rolling)、鍛造(Pressing)、焊接(Welding))也可以帶來微觀組織結構的變化。最后，微觀組織結構還可以通過人工將不同材料組合到一起形成復合材料(Composite material)的方式創造出來，如纖維增強復合材料。
展開 一文搞懂：金屬材料的拉伸試驗 附《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》下載
4、相關計算
對于屈服現象明顯的材料：
上屈服強度ReH= FeH/S0 （S0表示原始橫截面面積、FeH表示上屈服點對應的軸向力）
下屈服強度ReL = FeL/S0 （S0表示原始橫截面面積、FeL表示下屈服點對應的軸向力）
抗拉強度Rm=Fmax/ S0 （Fmax是指最大軸向力）
對于屈服現象不明顯的材料，規定以產生0.2%殘余變形的應力值為其屈服極限，稱為條件屈服極限或屈服強度。大于此極限的外力作用，將會使零件永久失效，無法恢復。
下載地址：GB／T228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》
展開 金屬材料與非金屬成型比較
培養具備金屬、塑料等材料的產品、工藝與模具方面的知識，能運用計算機技術進行產品、工藝與模具的設計、運用數控加工技術進行成型模具的制造，能從事產品及模具的試驗研究、生產管理、經營銷售等方面的高級工程技術人才。
主要課程：金屬成形工藝及模具、五金模具塑料成型工藝及模具、塑料制品裝潢與設計、模具材料及熱處理、模具制造技術、數控加工、產品造型設計、模具計算機輔助設計（CAD）、模具計算機輔助制造（CAM）、成型過程計算機輔助分析（CAE）、成型設備及計算機控制、創新設計、模具市場營銷、模具生產管理等。
就業方向：可在各行業從事與材料加工工程有關的金屬與塑料產品、工藝、模具的計算機輔助設計，計算機輔助制造、數控加工，試驗開發、質檢分析、管理營銷、教育科研等工作。
展開 【材料知識】常用金屬材料的特性及用途
關鍵時刻保命，讓國產飛機更安全
常用金屬材料的特性及用途
1、鑄鐵：
材料特性：優秀的流動性、低成本、良好的耐磨性、低凝固收縮率、很脆、高壓縮強度、良好的機械加工性。
典型用途：鑄鐵已經具有幾百年的應用歷史，涉及建筑、橋梁、工程部件、家居、以及廚房用具等領域，比如下水道蓋子、設備底座、支架等。
2、不銹鋼：
不銹鋼分為四大主要類型：奧氏體、鐵素體、鐵素體-奧氏體（復合式）、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：衛生保健、防腐蝕、可進行精細表面處理、剛性高、可通過各種加工工藝成型、較難進行冷加工。
光纖應變傳感器用于測量金屬和非金屬復合材料應力應變
管道、儲罐等結構材料在遭受風載荷、地震、滑坡、泥石流等地質災害下會發生大變形或者斷裂破壞，需要借助數值有限單元法對破壞過程進行三維建模、情景還原以及溯源分析，此時要獲取準確有效的結果，金屬材料全程的真應力-真應變是最為基礎和重要的輸入數據。下面工采網小編和大家一起看看如何測量金屬和非金屬復合材料應力應變。
金屬材料測量裝置主要用于各種金屬、非金屬及復合材料進行力學性能指標的測試，精密的自動控制和數據采集系統，實現了數據采集和控制過程的全數字化調整，在拉伸試驗中，檢測材料的最大承載拉力、抗拉強度、伸長變形、延伸率等技術指標；一般在對金屬材料進行應力應變性能測量的過程中，在夾持時金屬材料受力頂部兩側不平衡，使得夾持效果不好，在測量過程中容易移動，導致測量的準確性較差。為了測量的準確性工采網推薦加拿大FISO 光纖應變傳感器 - FOS-N用于金屬和非金屬復合材料應力應變測量。
基于公認的Fabry-Perot干涉技術，FISO的光纖應變傳感器是進行高性能應變測量的好的選擇。FOS-N所基于的產品技術和配套的兼容監控系統，使用戶能在長距離且不影響讀數可靠性的前提下測量應變。它是復合材料工程研究和工業應用，如建筑物、橋梁、隧道襯砌、支承結構、船舶和電源變壓器等結構健康監控的理想產品。具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點。
此外FOS-N應變傳感器對任何即將使用的纖維的拉伸和處理都不敏感，若將傳感器嵌入復合材料中，則上述特點可以成為非常有利的優點。可在惡劣的化學環境下正常工作，同時它的結構堅固，使用靈活性高，能夠滿足當前高性能復合材料研究和土建結構監控的要求。
展開 【科普系列】金屬與陶瓷“強強聯合”---金屬陶瓷層狀復合材料
金屬材料、陶瓷材料與有機高分子材料被稱為現代社會三大固體工程材料。其中金屬材料因其擁有優異的韌性、良好的導電傳熱性，而被廣泛應用在工程機械的關鍵零部件和結構件中，但耐腐性能差、易氧化、高溫強度較低等缺點限制了金屬材料的發展。陶瓷材料的高硬度、高強度及其擁有的極佳的耐磨損、耐腐蝕、耐高溫等特性使其在金屬冶煉、石油化工、航空航天及新能源等領域擁有著極其廣闊的應用前景；但陶瓷材料本身所固有的脆性，導致了陶瓷材料作為結構件在使用時面臨著可靠性差、抗破壞能力差等一系列致命傷，極大地限制了陶瓷材料的應用和進一步的發展。
材料的層狀結構是一種仿生學設計，自然界中貝殼的珍珠層正是一種層狀復合結構的產物。如圖1所示，貝殼中的珍珠層，是由一層層超薄的碳酸鈣通過幾十納米厚的有機蛋白基連接在一起。在其體積中約有95%是碳酸鈣，而有機蛋白僅僅占據了5%，可恰恰是這5%的有機蛋白的存在，引起了貝殼力學性能的巨大改變。碳酸鈣是一種很脆且易碎的物質，但是有機蛋白基連接而成的層狀碳酸鈣組成的貝殼珍珠層卻具有很強的韌性。這種結構啟發人們在高強度低塑性或者低耐蝕性材料外附加一層具有良好塑性或良好耐蝕性的包覆層，以提高材料整體的物理化學性能。因此，將現有的金屬陶瓷復合材料與金屬材料制備成擁有層狀結構的復合材料，通過復合強韌化的方式提高材料的性能，使材料的綜合性能顯著提升。
展開 
金屬3D打印粉末材料新勢力盤星新金屬亮相TCT
南極熊在G44展位上看到了國內金屬3D打印粉末材料新勢力——盤星新金屬。
盤星新型合金材料(常州)有限公司（簡稱盤星新金屬）位于江蘇省常州市，是一家以研發為導向，精密制造為核心，面向增材制造、新材料應用等先進制造領域的國家高新技術企業。現有生產廠區40000㎡、研發車間3600㎡、行政及測試中心2500㎡。
盤星增材事業部聚焦鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金粉末的批量生產和銷售，目前已是國內一流增材粉末供應商，參與及編制多項國家增材用金屬粉末標準。2021年將完成10條粉末生產線建設，年產合金粉末超700噸，成為國內增材粉末行業領軍企業。
盤星面向國內外增材市場，采用改進的無坩堝電極感應熔煉及真空感應熔煉惰性氣霧化技術，優選名廠定制原材料，全流程監控，穩定生產高球形度、低氧含量、高流動性的鈦及鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金粉末。
展開 【專業知識】金屬材料知識大全，收藏可做查詢材料寶典！
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所謂使用性能是指機械零件在使用條件下，金屬材料表現出來的性能，它包括力學性能、物理性能、化學性能等。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。在機械制造業中，一般機械零件都是在常溫、常壓和非常強烈腐蝕性介質中使用的，且在使用過程中各機械零件都將承受不同載荷的作用。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能，稱為力學性能（過去也稱為機械性能）。金屬材料的力學性能是零件的設計和選材時的主要依據。外加載荷性質不同（例如拉伸、壓縮、扭轉、沖擊、循環載荷等），對金屬材料要求的力學性能也將不同。常用的力學性能包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等。
金屬材料特質
1.疲勞
許多機械零件和工程構件，是承受交變載荷工作的。在交變載荷的作用下，雖然應力水平低于材料的屈服極限，但經過長時間的應力反復循環作用以后，也會發生突然脆性斷裂，這種現象叫做金屬材料的疲勞。金屬材料疲勞斷裂的特點是：
1）載荷應力是交變的；
2）載荷的作用時間較長；
3）斷裂是瞬時發生的；
4）無論是塑性材料還是脆性材料，在疲勞斷裂區都是脆性的。所以，疲勞斷裂是工程上最常見、最危險的斷裂形式。
金屬材料的疲勞現象，按條件不同可分為下列幾種：
1）高周疲勞：指在低應力（工作應力低于材料的屈服極限，甚至低于彈性極限）條件下，應力循環周數在100000以上的疲勞。它是最常見的一種疲勞破壞。高周疲勞一般簡稱為疲勞。
2）低周疲勞：指在高應力（工作應力接近材料的屈服極限）或高應變條件下，應力循環周數在10000~100000以下的疲勞。由于交變的塑性應變在這種疲勞破壞中起主要作用，因而，也稱為塑性疲勞或應變疲勞。
展開 具備粘結劑噴射技術成型潛力的金屬和非金屬材料超過40種
金屬粘結劑噴射技術對材料、粘結劑以及打印工藝（包括粘結劑的噴射量、粉末中的壓力分布、沉積時間等）、燒結制度、零件設計等有著重要的依賴關系，對用于粘結劑噴射3D打印的新材料進行認定是一項復雜的工作，它涉及上述多種因素的相互匹配。本期，3D打印技術參考主要介紹該領域的材料情況，文章歸屬《粘結劑噴射金屬3D打印專題二》。
至目前，可用于粘結劑噴射成型的金屬材料遠遠不及其他金屬3D打印技術，但前者基于在低成本、批量化制造方面的巨大優勢，獲得了極大關注。HP和Desktop Metal等公司在前幾年備受關注，但截至目前，這兩家公司最初宣傳的高量產解決方案都還未上市，Desktop Metal則是在去年推出了一款中量產的中間版本。
Desktop Metal Shop System
在該技術領域，目前已商業化的打印機品牌還屬Exone以及Digital Metal，前者當屬該領域的領導者。Exone金屬打印機既可成型金屬材料，也可成型陶瓷和復合材料。此前，該公司推出的官方認證材料僅有6種，在過去幾個月中Exone對其客戶打印的材料進行了嚴格評估，新認定14種可打印材料，包括6種金屬合金、6種陶瓷和2種陶瓷-金屬復合材料。加之該公司同期開發的M2工具鋼達到最高合格狀態，其可成型材料總量達到21種。
目前已確定的可用于粘結劑噴射技術的金屬材料種類較少，主要是因為嚴格的企業標準。而實際上用戶所打印的材料要遠多于官方給出的材料種類。在應用終端，只要材料性能達到客戶要求即可稱之為合格，它適用于特定的應用，但可能并不滿足廣泛的商業要求。
展開 【材料知識】不同的金屬材料，切削起來有什么不同？
在金屬切削加工中，會有不同的工件材料，不同的材料其切削形成與去除特性各不相同，我們怎么來掌握不同材料的特性呢？ISO標準金屬材料分為6種不同的類型組，每種類型在可加工性方面都具有獨特的特性，本文將分別對它們進行總結。
金屬材料分為6大類：
1）P-鋼
2）M-不銹鋼
3）K-鑄鐵
4）N-有色金屬
5）S-耐熱合金
6）H-淬硬鋼
不同材料的切削特性
01-P鋼
什么是鋼？
- 鋼是金屬切削領域中最大的材料組。
- 鋼可以是非淬硬鋼或調質鋼 (硬度達400HB)。
- 鋼是一種以鐵 (Fe) 元素為主要成分的合金。它通過熔煉過程制造而成。
- 非合金鋼的碳含量低于0.8%，只有Fe而沒有其他合金元素。
- 合金鋼的碳含量低于1.7%，加入了合金元素，如Ni、Cr、Mo、V、W等。
在金屬切削范圍內，P組是最大的材料組，因為它涵蓋了幾個不同的工業領域。
材料通常為長切屑材料，能夠形成連續、相對均勻的切屑。具體的切屑形式通常取決于碳含量。
– 含碳量低 = 堅韌的粘性材料。
– 含碳量高 = 脆性材料。
加工特性：
- 長切屑材料。
- 切屑控制相對容易、平穩。
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