Tám vật liệu kim loại phổ biến
1 gang - tính lưu động
Nắp cống là một phần không dễ thấy trong môi trường hàng ngày của chúng ta mà ít người chú ý đến chúng. Lý do tại sao gang có phạm vi sử dụng lớn và rộng rãi như vậy chủ yếu là do tính lưu động tuyệt vời của nó và dễ dàng đúc thành các hình dạng phức tạp khác nhau. Gang thực sự là tên được đặt cho hỗn hợp các nguyên tố bao gồm carbon, silicon và sắt. Hàm lượng carbon càng cao thì đặc tính dòng chảy trong quá trình đúc càng tốt. Carbon xảy ra ở đây ở hai dạng, than chì và cacbua sắt.
Sự hiện diện của than chì trong gang giúp nắp cống có khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Rỉ sét thường chỉ xuất hiện ở lớp ngoài cùng nên thường được đánh bóng. Mặc dù vậy, vẫn có những biện pháp đặc biệt để chống gỉ trong quá trình đổ, đó là phủ một lớp nhựa đường lên bề mặt vật đúc, nhựa đường thấm vào các lỗ rỗng trên bề mặt gang để chống gỉ. Quy trình sản xuất vật liệu đúc cát truyền thống hiện được nhiều nhà thiết kế sử dụng trong các lĩnh vực khác mới hơn và thú vị hơn.
Tính chất vật liệu: tính lưu động tuyệt vời, chi phí thấp, khả năng chống mài mòn tốt, độ co ngót hóa rắn thấp, rất giòn, độ bền nén cao, khả năng gia công tốt.
Ứng dụng điển hình: Gang đã được sử dụng hàng trăm năm trong các lĩnh vực như tòa nhà, cầu, linh kiện kỹ thuật, đồ dùng gia đình và nhà bếp.
2 thép không gỉ - tình yêu không gỉ
Thép không gỉ là một hợp kim được tạo ra bằng cách kết hợp crom, niken và một số nguyên tố kim loại khác vào thép. Tính năng không rỉ sét của nó có nguồn gốc từ crom trong hợp kim. Crom tạo thành một màng oxit crom chắc chắn, tự phục hồi trên bề mặt hợp kim mà mắt thường chúng ta không nhìn thấy được. Tỷ lệ thép không gỉ và niken mà chúng ta thường đề cập đến thường là 18:10. Thuật ngữ "thép không gỉ" không chỉ đơn giản đề cập đến một loại thép không gỉ, mà đề cập đến hơn một trăm loại thép không gỉ công nghiệp và mỗi loại thép không gỉ được phát triển đều có hiệu suất tốt trong lĩnh vực ứng dụng cụ thể của nó.
Vào đầu thế kỷ 20, thép không gỉ được đưa vào lĩnh vực thiết kế sản phẩm và các nhà thiết kế đã phát triển nhiều sản phẩm mới xoay quanh đặc tính dẻo dai và chống ăn mòn của nó, liên quan đến nhiều lĩnh vực chưa từng có trước đây. Loạt nỗ lực thiết kế này rất mang tính cách mạng. Ví dụ, lần đầu tiên trong ngành y tế, các thiết bị có thể được tái sử dụng sau khi khử trùng đã xuất hiện.
Thép không gỉ được chia thành bốn loại chính: austenitic, ferritic, ferritic-austenitic (composite), martensitic. Thép không gỉ được sử dụng trong đồ gia dụng về cơ bản là austenit.
Tính chất vật liệu: chăm sóc sức khỏe, chống ăn mòn, xử lý bề mặt tốt, độ cứng cao, có thể được hình thành bằng các kỹ thuật xử lý khác nhau và rất khó xử lý lạnh.
Sử dụng điển hình: Trong số các loại thép không gỉ màu cơ bản thường được sử dụng, thép không gỉ austenit là vật liệu tạo màu phù hợp nhất, có thể đạt được hình dạng và màu sắc ưng ý. Thép không gỉ Austenitic chủ yếu được sử dụng trong vật liệu xây dựng trang trí, sản phẩm gia dụng, đường ống công nghiệp và kết cấu tòa nhà; thép không gỉ martensitic chủ yếu được sử dụng để chế tạo dao và cánh tuabin; thép không gỉ ferit có khả năng chống ăn mòn và chủ yếu được sử dụng trong các bộ phận máy giặt bền và Trong nồi hơi; thép không gỉ composite có khả năng chống ăn mòn mạnh hơn nên thường được sử dụng trong môi trường xâm thực.
3 Kẽm - 730 lbs trong đời
Kẽm, bạc và xám xanh, là kim loại màu được sử dụng rộng rãi thứ ba sau nhôm và đồng. Một thống kê của Cục Mỏ Hoa Kỳ cho thấy trung bình một người tiêu thụ tổng cộng 331 kg kẽm trong đời. Kẽm có nhiệt độ nóng chảy rất thấp nên cũng là vật liệu đúc lý tưởng.
Đúc kẽm rất phổ biến trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta: vật liệu dưới bề mặt tay nắm cửa, vòi nước, linh kiện điện tử, v.v. Kẽm có khả năng chống ăn mòn cực cao nên nó còn có một chức năng cơ bản nhất khác là làm vật liệu phủ bề mặt cho thép. Ngoài các chức năng trên, kẽm còn là vật liệu hợp kim kết hợp với đồng để tạo thành đồng thau. Đặc tính chống ăn mòn của nó không chỉ áp dụng cho lớp phủ bề mặt thép – nó còn giúp tăng cường hệ thống miễn dịch của con người chúng ta.
Tính chất vật liệu: chăm sóc sức khỏe, chống ăn mòn, khả năng đúc tuyệt vời, chống ăn mòn tuyệt vời, độ bền cao, độ cứng cao, nguyên liệu rẻ tiền, điểm nóng chảy thấp, chống rão, dễ tạo hợp kim với các kim loại khác, chăm sóc sức khỏe, dễ vỡ ở nhiệt độ phòng , dẻo ở khoảng 100 độ C.
Sử dụng điển hình: linh kiện sản phẩm điện tử. Kẽm là một trong những vật liệu hợp kim tạo thành đồng. Kẽm cũng có đặc tính vệ sinh và chống ăn mòn. Ngoài ra, kẽm còn được sử dụng trong vật liệu lợp mái, đĩa khắc ảnh, ăng-ten điện thoại di động và thiết bị màn trập trong máy ảnh.
4 Nhôm (Al) - vật liệu hiện đại
So với vàng đã được sử dụng 9,000 năm, nhôm, kim loại có màu trắng hơi xanh này, chỉ có thể được coi là em bé trong số các vật liệu kim loại. Nhôm ra đời và được đặt tên vào đầu thế kỷ 18. Không giống như các nguyên tố kim loại khác, nhôm không tồn tại trong tự nhiên ở dạng nguyên tố kim loại trực tiếp mà được chiết xuất từ bauxite chứa 50% alumin (còn được gọi là bauxite). Nhôm ở dạng khoáng chất này cũng là một trong những nguyên tố kim loại phong phú nhất trên hành tinh của chúng ta.
Khi kim loại nhôm mới xuất hiện, nó chưa được ứng dụng ngay vào đời sống con người. Sau đó, một loạt sản phẩm mới nhắm đến các chức năng và đặc điểm độc đáo của nó dần dần ra đời, và vật liệu công nghệ cao này dần dần có được thị trường ngày càng rộng lớn hơn. Mặc dù lịch sử ứng dụng của nhôm tương đối ngắn, nhưng sản lượng các sản phẩm nhôm trên thị trường đã vượt xa tổng sản phẩm kim loại màu khác.
Tính chất vật liệu: dẻo và dẻo, dễ tạo hợp kim, tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao, chống ăn mòn tuyệt vời, dễ dẫn điện và nhiệt, có thể tái chế.
Ứng dụng điển hình: Khung xe, bộ phận máy bay, dụng cụ nhà bếp, bao bì và đồ nội thất. Nhôm cũng thường được sử dụng để gia cố một số cấu trúc tòa nhà lớn, chẳng hạn như tượng thần Cupid trên Rạp xiếc Piccadilly ở London và đỉnh của Tòa nhà ô tô Chrysler ở New York, tất cả đều được gia cố bằng nhôm.
5 hợp kim magie - thiết kế thẩm mỹ siêu mỏng
Magiê là một kim loại màu cực kỳ quan trọng. Nó nhẹ hơn nhôm và có thể tạo thành hợp kim có độ bền cao với các kim loại khác. Hợp kim magie có khối lượng riêng nhẹ, độ bền riêng và độ cứng riêng cao, dẫn nhiệt tốt, giảm giảm chấn tốt. Hiệu suất che chắn điện từ và sốc, dễ dàng xử lý và tạo khuôn, dễ dàng tái chế và các ưu điểm khác. Nhưng trong một thời gian dài, do giá thành cao và những hạn chế về kỹ thuật, magie và hợp kim magie chỉ được sử dụng với một lượng nhỏ trong ngành hàng không, vũ trụ và quân sự nên được gọi là "kim loại quý". Magiê hiện là vật liệu kỹ thuật kim loại lớn thứ ba sau thép và nhôm, được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, ô tô, điện tử, thông tin di động, luyện kim và các lĩnh vực khác. Có thể dự đoán rằng tầm quan trọng của kim loại magiê sẽ trở nên lớn hơn trong tương lai do chi phí sản xuất của các kim loại kết cấu khác tăng lên.
Tỷ lệ hợp kim magiê là 68% hợp kim nhôm, 27% hợp kim kẽm và 23% thép. Nó thường được sử dụng trong các bộ phận ô tô, vỏ sản phẩm 3C, vật liệu xây dựng, v.v. Hầu hết vỏ máy tính xách tay và điện thoại di động siêu mỏng đều được làm bằng hợp kim magiê.
Khả năng chống ăn mòn của hợp kim magiê gấp 8 lần so với thép carbon, gấp 4 lần so với hợp kim nhôm và hơn 10 lần so với nhựa. Khả năng chống ăn mòn của nó là tốt nhất trong số các hợp kim. Các hợp kim magiê thường được sử dụng không bắt lửa, đặc biệt là khi được sử dụng trong các bộ phận ô tô và xe máy và vật liệu xây dựng, có thể tránh được hiện tượng cháy ngay lập tức. Hầu hết các nguyên liệu thô magiê được khai thác từ nước biển, vì vậy nguồn tài nguyên của nó ổn định và đủ.
Đặc tính vật liệu: kết cấu nhẹ, độ cứng và khả năng chống va đập cao, chống ăn mòn tuyệt vời, dẫn nhiệt và che chắn điện từ tốt, chống cháy tốt, chịu nhiệt kém, dễ tái chế.
Ứng dụng điển hình: Được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, ô tô, điện tử, thông tin di động, luyện kim và các lĩnh vực khác.
6 Đồng - Người Bạn Của Con Người
Đồng là một kim loại cực kỳ linh hoạt có liên quan mật thiết đến cuộc sống của chúng ta. Nhiều công cụ và vũ khí sơ khai của loài người được làm bằng đồng. Tên Latin "cuprum" của nó có nguồn gốc từ một nơi gọi là Síp, một hòn đảo giàu tài nguyên đồng. Người ta dùng cách viết tắt tên đảo Cu để đặt tên cho vật liệu kim loại này nên đồng có tên mã như hiện nay.
Đồng đóng một vai trò rất quan trọng trong xã hội hiện đại: nó được sử dụng rộng rãi trong các công trình kiến trúc, làm chất mang để truyền điện và đã được con người ở nhiều nền văn hóa khác nhau sử dụng hàng ngàn năm như một nguyên liệu thô để trang trí cơ thể. Kim loại màu đỏ cam, dễ uốn này đã phát triển cùng với chúng ta, từ những bước khởi đầu đơn giản trong việc giải mã các đường truyền đến vai trò then chốt của nó trong các ứng dụng truyền thông hiện đại phức tạp. Đồng là một chất dẫn điện tuyệt vời, chỉ đứng sau bạc về độ dẫn điện. Từ góc độ lịch sử thời gian con người sử dụng vật liệu kim loại, đồng là kim loại được con người sử dụng lâu nhất sau vàng. Điều này phần lớn là do đồng dễ khai thác và ngành công nghiệp đồng tương đối dễ tách khỏi đồng.
Tính chất vật liệu: chống ăn mòn rất tốt, dẫn nhiệt tuyệt vời, dẫn điện, cứng, dẻo, dễ uốn, hiệu ứng độc đáo sau khi đánh bóng.
Sử dụng điển hình: dây điện, cuộn dây động cơ, mạch in, vật liệu lợp mái, vật liệu hệ thống ống nước, vật liệu sưởi ấm, đồ trang sức, dụng cụ nấu ăn. Nó cũng là một trong những thành phần hợp kim chính để làm đồng.
7 Chrome - Độ hoàn thiện cao
Dạng phổ biến nhất của crom được sử dụng trong thép không gỉ làm nguyên tố hợp kim để tăng độ cứng của thép không gỉ. Các quy trình mạ crôm thường được chia thành ba loại: mạ trang trí, mạ crôm cứng và mạ crôm đen. Xi mạ crom được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực kỹ thuật. Lớp mạ crom trang trí thường được sử dụng làm lớp ngoài cùng bên ngoài lớp niken. Lớp mạ có hiệu ứng đánh bóng như gương tinh tế và tinh tế. Là một quá trình xử lý sau trang trí, độ dày của lớp mạ crôm chỉ 0.006 mm. Khi lập kế hoạch sử dụng quy trình mạ crom, phải xem xét đầy đủ những nguy hiểm của quy trình này. Xu hướng nước crom trang trí hóa trị sáu được thay thế bằng nước crom hóa trị ba ngày càng trở nên rõ ràng hơn, bởi vì loại trước rất dễ gây ung thư, trong khi loại sau được coi là tương đối ít độc hơn.
Đặc tính vật liệu: độ hoàn thiện rất cao, chống ăn mòn tuyệt vời, cứng và bền, dễ lau chùi, hệ số ma sát thấp.
Công dụng điển hình: Mạ crom trang trí là vật liệu phủ cho nhiều bộ phận ô tô, bao gồm cả tay nắm cửa và cản va. Ngoài ra, crom còn được sử dụng trong các bộ phận xe đạp, vòi trong phòng tắm và đồ nội thất, dụng cụ nhà bếp, bộ đồ ăn, v.v. Mạ crom cứng được sử dụng nhiều hơn trong các lĩnh vực công nghiệp, bao gồm bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên trong khối điều khiển công việc, linh kiện động cơ phản lực, khuôn nhựa, và giảm xóc. Mạ crôm đen chủ yếu được sử dụng để trang trí nhạc cụ và sử dụng năng lượng mặt trời.
8 titan - nhẹ và chắc
Titan là một kim loại rất đặc biệt, có kết cấu rất nhẹ, nhưng rất cứng và chống ăn mòn, đồng thời duy trì màu sắc riêng của nó suốt đời ở nhiệt độ phòng. Điểm nóng chảy của titan tương tự như điểm nóng chảy của bạch kim, vì vậy nó thường được sử dụng trong các bộ phận chính xác của hàng không vũ trụ và quân sự. Sau khi thêm dòng điện và xử lý hóa học, các màu khác nhau sẽ được tạo ra. Titanium có khả năng chống ăn mòn axit và kiềm tuyệt vời. Titan ngâm trong nước cường toan mấy năm vẫn sáng bóng, rạng rỡ. Nếu titan được thêm vào thép không gỉ, thì chỉ thêm khoảng một phần trăm, giúp cải thiện đáng kể khả năng chống gỉ.
Titanium có các đặc tính tuyệt vời như mật độ thấp, khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn. Mật độ của hợp kim titan bằng một nửa so với thép và độ bền gần giống như thép; titan chịu được nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp. Nó có thể duy trì độ bền cao trong phạm vi nhiệt độ rộng -253 độ ~500 độ . Những lợi thế này chính xác là những gì kim loại không gian phải có. Hợp kim titan là vật liệu tốt để chế tạo vỏ động cơ tên lửa, vệ tinh nhân tạo và tàu vũ trụ, và được gọi là "kim loại vũ trụ".
Titan là một kim loại nguyên chất. Do tính "tinh khiết" của kim loại titan nên sẽ không có phản ứng hóa học nào xảy ra khi các chất tiếp xúc với nó. Điều đó có nghĩa là, bởi vì titan có khả năng chống ăn mòn cao và độ ổn định cao, nó sẽ không ảnh hưởng đến bản chất của nó sau khi tiếp xúc lâu dài với con người, vì vậy nó sẽ không gây dị ứng cho con người. Nó là thứ duy nhất không ảnh hưởng đến thần kinh tự trị và vị giác của con người. Kim loại được gọi là "kim loại biophilic".
Nhược điểm lớn nhất của titan là khó tinh luyện. Điều này chủ yếu là do titan có thể kết hợp với oxy, carbon, nitơ và nhiều nguyên tố khác ở nhiệt độ cao.
Đặc tính vật liệu: độ bền rất cao, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời so với tỷ lệ trọng lượng, khó gia công nguội, khả năng hàn tốt, nhẹ hơn thép khoảng 40%, nặng hơn nhôm 60%, độ dẫn điện thấp, tốc độ giãn nở nhiệt thấp, điểm nóng chảy cao.
Sử dụng điển hình: câu lạc bộ chơi gôn, vợt tennis, máy tính xách tay, máy ảnh, hành lý, cấy ghép phẫu thuật, khung máy bay, dụng cụ hóa học và thiết bị hàng hải. Ngoài ra, titan còn được dùng làm bột màu trắng cho giấy, sơn và chất dẻo.
Quy trình xử lý bề mặt kim loại
1. Giới thiệu quy trình xử lý bề mặt
Quá trình sử dụng vật lý, hóa học, luyện kim và xử lý nhiệt hiện đại để thay đổi tình trạng và tính chất của bề mặt bộ phận, để nó có thể được kết hợp tối ưu với vật liệu cốt lõi để đạt được các yêu cầu hiệu suất đã xác định trước, được gọi là quá trình xử lý bề mặt .
Vai trò của xử lý bề mặt:
(1) Cải thiện khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn bề mặt, làm chậm, loại bỏ và sửa chữa những thay đổi và hư hỏng bề mặt vật liệu;
(2) Làm cho vật liệu thông thường thu được bề mặt có chức năng đặc biệt;
(3) Tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí, cải thiện môi trường.
2. Phân loại quy trình xử lý bề mặt kim loại
hình ảnh
Tổng cộng có thể chia thành 4 loại: công nghệ sửa đổi bề mặt, công nghệ hợp kim hóa bề mặt, công nghệ phủ chuyển đổi bề mặt và công nghệ phủ bề mặt.
1. Công nghệ sửa đổi bề mặt
1. Làm nguội bề mặt
Làm nguội bề mặt đề cập đến một phương pháp xử lý nhiệt sử dụng hệ thống sưởi nhanh để austen hóa lớp bề mặt và sau đó làm nguội nó để tăng cường bề mặt của bộ phận mà không làm thay đổi thành phần hóa học và cấu trúc lõi của thép.
Các phương pháp làm nguội bề mặt chính là dập tắt ngọn lửa và gia nhiệt cảm ứng. Các nguồn nhiệt thường được sử dụng là ngọn lửa như oxyacetylene hoặc oxypropane.
2. Tăng cường bề mặt bằng laser
Tăng cường bề mặt bằng laser là sử dụng chùm tia laser hội tụ để bắn lên bề mặt phôi, làm nóng vật liệu cực mỏng trên bề mặt phôi đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuyển pha hoặc điểm nóng chảy trong thời gian rất ngắn và làm nguội nó trong một thời gian rất ngắn để làm cứng bề mặt của phôi tăng cường.
hình ảnh
Tăng cường bề mặt bằng laser có thể được chia thành xử lý tăng cường chuyển đổi pha bằng laser, xử lý hợp kim bề mặt bằng laser và xử lý lớp phủ bằng laser.
hình ảnh
Vùng ảnh hưởng nhiệt của việc tăng cường bề mặt bằng laser nhỏ, biến dạng nhỏ và thao tác thuận tiện. Nó chủ yếu được sử dụng cho các bộ phận được tăng cường tại địa phương, chẳng hạn như khuôn dập, trục khuỷu, cam, trục cam, trục spline, đường ray dẫn hướng dụng cụ chính xác, dụng cụ thép tốc độ cao, bánh răng và động cơ đốt trong. Lót xi lanh, vv
3. Bắn peening
Bắn peening là một công nghệ phun một lượng lớn đạn tốc độ cao lên bề mặt của bộ phận, giống như vô số chiếc búa nhỏ đập vào bề mặt kim loại, để bề mặt và bề mặt dưới của bộ phận trải qua biến dạng dẻo nhất định để đạt được độ bền.
hình ảnh
tác dụng:
(1) Cải thiện độ bền cơ học và khả năng chống mài mòn, chống mỏi và chống ăn mòn của các bộ phận;
(2) Được sử dụng để làm mờ và tẩy cặn bề mặt;
(3) Loại bỏ ứng suất dư của các bộ phận đúc, rèn và hàn, v.v.
4. Lăn
Cán là việc sử dụng con lăn hoặc con lăn cứng để ấn lên bề mặt của phôi đang quay ở nhiệt độ phòng và di chuyển dọc theo hướng của máy phát để làm biến dạng dẻo và làm cứng bề mặt của phôi để có được bề mặt hoặc bề mặt chính xác, nhẵn và chắc. điều trị với các mô hình cụ thể. thủ công.
hình ảnh
Ứng dụng: các chi tiết có hình dạng tương đối đơn giản như mặt trụ, mặt nón, mặt phẳng.
5. Vẽ
Kéo dây có nghĩa là kim loại buộc phải đi qua khuôn dưới tác động của ngoại lực, diện tích mặt cắt ngang của kim loại được nén và thu được diện tích mặt cắt yêu cầu
