什么是金属-定义

金属一种材料(通常是固体)是否包含一种或多种金属元素(例如,铁，铝，铜，铬，钛，黄金，镍)，通常也包括相对少量的非金属元素(如碳、氮、氧)。就其结构而言，金属的独特之处具体来说就是载流子的存在电子．这一特性是大自然赋予的金属结合剂．电气和热导率的金属来自事实是他们的外层电子离域了．

金属结合剂

一个金属结合剂是化学键，其中的原子不要分享或交换电子来成键。相反,许多电子(大约每个原子对应一个电子)或多或少可以在金属中自由移动，因此每个电子都可以与许多固定原子相互作用。

自由电子保护带正电的离子核不受相互排斥的静电力的影响，否则它们会相互施加静电力;因此,金属结合剂是无方向性的。金属结合存在于金属及其合金中。键合电子的自由移动或离域导致经典的金属性能，如光泽(表面光反射率)，电和热导率延展性好，抗拉强度高。

冶金

冶金是材料科学和材料工程的一个领域，研究金属元素及其合金的物理和化学行为。

冶金学涉及金属的化学、物理和原子性质和结构，以及金属结合形成合金的原理。冶金术是用来从矿石中分离金属的。

冶金又细分为黑色冶金(铁及其合金的冶金也称为黑冶金)和有色冶金(铝、铜等的冶金)。黑色冶金涉及以铁为基础的工艺和合金，而有色冶金涉及以其他金属为基础的工艺和合金。

合金

一个合金是两种或两种以上材料的混合物，其中至少有一种是金属。合金微观结构是由什么组成的坚实的解决方案，其中二级原子作为取代物或间质引入晶格．合金也可能是金属相的混合物(两种或两种以上的溶液，在金属内部形成不同晶体的微观结构)。取代合金的例子包括青铜而且黄铜，其中一些铜原子分别被锡原子或锌原子取代。

固溶体具有重要的商业和工业应用，因为这种混合物往往具有优于纯材料的性能。许多金属合金是固体的解决方案。即使是少量的溶质也会影响溶剂的电学和物理性质。

合金是一种常见的做法，因为金属键允许不同类型的金属连接。例如，奥氏体不锈钢，包括304型不锈钢(含18%-20%铬和8%-10.5%镍)，具有面心立方结构的铁原子和碳间隙固溶体．

铁基合金在美国，那些以铁为主要成分的金属包括钢和生铁(碳含量只有百分之几)以及铁与其他金属的合金(如不锈钢)。黑色合金以其强度而闻名。合金通常比纯金属更坚固，尽管它们的导电性和导热性通常较低。最简单的亚铁合金被称为钢，它们由铁(Fe)和碳(C)合金组成(根据类型的不同，约为0.1%到1%)。在铁中加入少量的非金属碳，就可以使铁的延展性更强。由于其非常高的强度钢是现代使用中最有用和最常见的黑色合金之一。

参见:什么是固溶体

处理的金属

从历史上看,处理的金属是材料科学的关键领域之一。材料科学是最古老的工程和应用科学形式之一，一个特定时代的材料选择通常是一个定义点(如石器时代，青铜时代，铁器时代)。金属的加工涉及生产的合金,塑造,热处理和表面处理的产品。使用洛氏、维氏和布氏硬度表来测定金属的硬度是一种常用的做法，有助于更好地了解金属在不同应用和生产过程中的弹性和塑性。材料工程师的任务是在材料的性能，如成本，重量，欧宝体育客户端强度，韧性，硬度耐腐蚀，耐疲劳，以及在极端温度下的性能。为了实现这一目标，必须仔细考虑操作环境。在咸水环境中，黑色金属和一些铝合金很快就会腐蚀。暴露在寒冷或低温条件下的金属可能会受到腐蚀韧性到脆性的转变失去韧性，变得更脆，更容易破裂。金属在持续循环载荷作用下会产生金属疲劳。金属在高温下承受恒定应力会发生蠕变。

金属加工过程

金属的固态加工可分为两个主要阶段:

• 热加工．首先，以大锭或钢坯形式的原材料经过热加工，通常是通过轧制、锻造或挤压，使其形状和尺寸更小。这些过程发生的温度高于再结晶发生的温度。高于再结晶温度允许材料在变形过程中再结晶。这是重要的，因为再结晶使材料应变硬化，这最终保持了屈服强度而且硬度低,延性高。对于热加工操作，大的变形是可能的，可能连续重复，因为金属保持柔软和韧性。一般来说，金属的成型过程包括:
  • 锻造
  • 滚动
  • 挤压
  • 画
  • 铸造
• 冷加工．冷加工是一种金属加工过程，它发生在再结晶温度以下。因为塑性变形是由运动产生的混乱在美国，金属可以通过阻止这种运动来增强强度。当金属发生塑性变形时，位错移动并产生额外的位错。如果来自周围某个平面的原子断开键，并与末端边缘的原子重新结合，位错就会移动。由于位错倍增或新位错的形成，金属中的位错密度随着变形或冷加工而增加。材料中的位错越多，它们就越容易相互作用并被固定或缠绕。这将导致位错流动性的降低和材料的强化。这一过程被称为冷加工，因为塑料变形必须发生在足够低的温度下，以至于原子不能重新排列。它是通过塑性变形使金属更硬更强的过程。冷成型技术通常分为四大类:
  • 挤压
  • 弯曲
  • 画
  • 剪切

金属的热加工

金属是否可以通过热处理来改变强度，延性，韧性，硬度或者耐腐蚀。金属和合金在高温下会发生一些现象。例如，再结晶和奥氏体的分解。当采用适当的热处理或热工艺时，这对改变机械特性是有效的。事实上，对商用合金进行热处理是一种非常普遍的做法。常见的热处理工艺包括退火、沉淀硬化、淬火和回火。

• 退火．术语退火指的是将材料暴露在高温下很长一段时间，然后慢慢冷却的热处理。在这个过程中，金属摆脱了应力，使晶粒结构大而边缘软，因此当金属受到撞击或应力时，它会凹陷或弯曲，而不是折断;它也更容易砂，磨，或切割退火金属。
• 淬火．淬火这个术语是指材料在水、油或空气中迅速冷却以获得某种材料性能，特别是硬度的热处理。欧宝体育客户端在冶金中，淬火最常用的方法是通过引入马氏体来硬化钢。任何钢的硬度和韧性都是平衡的;钢越硬，韧性和抗冲击能力就越差，抗冲击能力越强，硬度就越低。
• 回火．回火这个术语是指一种热处理，用来增加铁基合金的韧性。回火通常在硬化后进行，以减少一些多余的硬度。回火是通过将金属加热到低于临界点的某个温度一段时间，然后让它在静止的空气中冷却来完成的。回火使金属不那么坚硬，同时使它能够更好地承受冲击而不断裂。回火会使溶解的合金元素析出，或在淬火钢的情况下，提高冲击强度和韧性性能。
• 老化．时效硬化，又称沉淀硬化或颗粒硬化，是在原相基体内形成极细小、均匀分散的第二相颗粒，以增强某些金属合金的强度和硬度的一种热处理技术。沉淀硬化用于提高可锻铸材料的屈服强度，包括铝、镁、镍、钛的大多数结构合金，以及一些钢和不锈钢。在高温合金中，它会引起屈服强度异常，提供优异的高温强度。

加入流程

• 焊接．焊接是最常见的连接过程之一，通过使用高温将两个或两个以上的金属部件熔合在一起，并让它们冷却，从而形成一个单独的部件。
• 钎焊．钎焊是一种金属连接过程，在此过程中，填充金属被熔化并拉入由两个或多个工件组装而成的毛细管中。填充金属的熔点比相邻金属低。钎焊与焊接的不同之处在于，它不需要熔化工件，而在类似的过程中使用更高的温度进行焊接，同时也需要比焊接更紧密地装配零件。
• 焊接．一种使用熔化温度低于425°C(800°F)的填充金属合金连接金属的技术。由于这种较低的温度和不同的合金用作填料，填料和工件之间的冶金反应是最小的，导致接头较弱。在电子装配中，含有63%锡和37%铅的共晶合金(或60/40，熔点几乎相同)一直是合金的选择。
• 铆接．铆接是最古老的金属制品连接工艺之一。铆钉本质上是一种双头无螺纹的螺栓，它将其他两个金属块连接在一起。目前，铆接在工业和建筑中仍然保留着重要的用途。实心铆钉用于可靠性和安全性要求高的应用场合。实心铆钉的典型应用可以在飞机的结构部件中找到。组装一架现代飞机的框架要用成千上万颗实心铆钉。

其他金属加工

• 烧结。金属烧结是通过加热或加压将金属粉末压实并形成粉末的过程，而不使其熔化到液化的程度。
• 激光熔覆。在激光熔覆过程中，金属粉末通过可移动激光束(例如安装在数控五轴机床上)被吹散。熔化的金属到达基板形成熔池。通过移动激光头，就可以将轨迹堆叠起来，形成一个三维的物体。
• 3 d打印技术。金属3D打印是基于在三维空间中烧结或熔化非晶态粉末金属，使任何物体成形。在较高的层次上，3D打印过程包括将CAD文件切片成离散层，然后一层一层地构建该部分。

看到上图:
核工程