什么是冶金-定义|材料性能欧宝体育客户端

冶金学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。冶金学研究的是金属的化学、物理、原子性质和结构，以及金属结合成合金的原理。冶金学是用来把金属从矿石中分离出来的。

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。冶金学研究的是金属的化学、物理、原子性质和结构，以及金属结合成合金的原理。冶金学是用来把金属从矿石中分离出来的。

冶金学又细分为黑色冶金(铁及其合金的冶金学，也称为黑色冶金学)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

Fe-Fe3C相图 — 图中为铁-铁碳化物(Fe-Fe3C)相图。碳的含量和温度决定了铁碳合金的相，从而决定了它的物理特性和机械性能。碳的百分比决定了亚铁合金的类型:铁、钢或铸铁。来源:wikipedia.org Läpple, Volker - Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen。许可:CC BY-SA 4.0

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原子间隙固溶体。

铁基合金在美国，以铁为主要成分的产品包括钢和生铁(含碳量只有百分之几)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，尽管它们通常具有较低的导电性和导热性。最简单的亚铁合金被称为钢，它们由铁(Fe)和碳(C)合金组成(约0.1%至1%，取决于类型)。在铁中加入少量的非金属碳，就可以用铁的韧性换取强度。由于它非常高的强度钢虽然具有很高的韧性，但仍能通过热处理大大改变，因此钢是现代应用中最有用和最常见的黑色合金之一。

金属加工

从历史上看,金属加工是材料科学的重要领域之一。材料科学是最古老的工程和应用科学形式之一，特定时代的材料选择通常是一个定义点(例如石器时代，青铜时代，铁器时代)。金属的加工涉及合金生产,塑造,热处理和表面处理产物的。使用洛氏、维氏和布氏硬度标尺来确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实现材料性能之间的平衡，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。要实现这一目标，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腐蚀得很快。暴露在寒冷或低温条件下的金属可能会承受高温延展性到脆性的转变失去韧性，变得更脆，更容易开裂。金属在持续循环载荷作用下会产生金属疲劳。金属在高温下受到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，原料以大锭或钢坯的形式被热加工，通常是通过轧制、锻造或挤压，加工成更小的形状和尺寸。这些过程发生在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。这是很重要的，因为再结晶使材料应变硬化，最终保持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，可以连续重复，因为金属保持柔软和延展性。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。冷加工是在再结晶温度以下进行的一种金属加工工艺。因为塑性变形是由运动引起的混乱在美国，金属可以通过防止这种运动而得到强化。当金属发生塑性变形时，位错移动并产生额外的位错。位错可以移动，如果周围的一个平面上的原子断开了它们的键，并与末端边缘的原子重新结合。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，它们就越会相互作用并被钉住或纠缠在一起。这将导致位错的流动性下降和材料的强化。这个过程被称为冷加工，因为塑性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变硬变强的过程。冷成形技术通常分为四大类:
- 挤压
- 弯曲
- 画
- 剪切

金属热加工

金属是否可以通过热处理来改变性能强度，延性，韧性，硬度或耐腐蚀。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。当使用适当的热处理或热工艺时，这些可以有效地改变机械特性。事实上，对商业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。退火一词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，金属消除了应力，使晶粒结构变大，边缘变软，因此当金属受到撞击或受到压力时，它会发生凹痕或弯曲，而不是断裂;它也更容易打磨、研磨或切割退火金属。
淬火。淬火一词是指材料在水、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学中，通过引入马氏体来淬火钢是最常用的方法。任何钢的硬度和韧性都是平衡的;钢的硬度越高，韧性或抗冲击性就越差，抗冲击性越强，硬度就越低。
回火。回火一词是指用于增加铁基合金韧性的热处理。回火通常在硬化后进行，以减少一些多余的硬度，并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。回火使金属硬度降低，同时使其能够更好地承受冲击而不断裂。回火将导致溶解的合金元素析出，或在淬火钢的情况下，提高冲击强度和延展性。
老化。时效硬化，又称沉淀硬化或颗粒硬化，是一种基于在原始相基体内形成极小、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，已知会引起屈服强度异常，从而提供优异的高温强度。

引用:

材料科学:

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美国能源、材料科学部。能源部基础手册，第2卷和第2卷。1993年1月。
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