金属元素

具有金属通性的元素

金属元素，是指具有金属通性的元素，其价层电子数较少，在化学反应中易丢失电子。迄今为止，自然界存在及人工合成的金属元素已达90多种，位于元素周期表的左方及左下方，包括s区（s-blockelement）（除H外），d区（d-blockelement），ds区（ds-blockelement）和f区（f-blockelement）的所有元素及p区（p-blockelement）左下角的10种元素。

基本信息

金属元素是具有金属通性的元素。

除Sn（锡）、Sb（锑）、Bi（铋）等少数几种金属的原子最外层电子数大于或等于4以外，绝大多数金属原子的最外层电子数均小于4，所以其原子容易失去电子而本身常以阳离子形态存在于化合物中。它们的化合物和氢氧化物一般呈碱性。

原子结构特征

除Sn、Sb、Bi等少数几种金属的原子最外层电子数大于或等于4以外，绝大多数金属原子的最外层电子数均小于4，主族金属原子的外围电子排布为ns1或ns2或np（1-4），过渡金属的外围电子排布可表示为ns（1-2）（n-1）d（1-10）。主族金属元素的原子半径均比同周期非金属元素（稀有气体除外）的原子半径大。

金属元素在元素周期表里的排布：

第一主族（除H）为碱金属元素，第二主族为碱土金属元素。第三副族到第二副族为过渡金属，过渡金属一般密度较大，熔沸点较高，有较好的导电、导热、延展性和耐腐蚀性。过渡金属的化合物及其溶液大多带有颜色。

分类

按冶金工业

黑色金属：铁、铬、锰。

有色金属：除铁、铬、锰以外的金属。

按密度

轻金属：密度小于4.5克/立方厘米。

重金属：密度大于4.5克/立方厘米。

按储量

常见金属：铁、铝等。

稀有金属：锆、钒、钼。

在钢中作用

锰（Mn）

1、在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性。

2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。

3、稍稍改善钢的低温韧性。

4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素。

5、锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。

6、锰对钢的高温瞬时强度有所提高。

锰钢的主要缺点是：①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服；③当锰的质量分数超过1%时，会使钢的焊接性能变坏；④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。

铬（Cr）

1、铬可提高钢的强度和硬度。

2、铬可提高钢的高温机械性能。

3、使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。

4、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。

5、阻止石墨化缺点：①铬是显著提高钢的脆性转变温度；②铬能促进钢的回火脆性。

镍（Ni）

1、可提高钢的强度而不显著降低其韧性。

2、镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。

3、改善钢的加工性和可焊性。

4、镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。

钼（Mo）

1、钼对铁素体有固溶强化作用，提高钢的强度和硬度。

2、提高钢的耐热性和高温强度。

3、抗氢侵蚀的作用。

4、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。

缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。

钨（W）

1、提高强度。

2、提高钢的高温强度。

3、提高钢的抗氢性能。

4、是使钢具有热硬性。

因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。

钒（V）

1、改善热强性。

2、钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。

钛（Ti）

1、钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度。

2、能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上，在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。

铌（Nb）

1、铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。

2、有极好的抗氢性能。

3、铌能提高钢的热强性。

铝（Al）

1、用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度；

2、提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研究：4%AI即可改变氧化皮的结构，加入6%Al可使钢在980C以下具有抗氧化性。当铝和铬配合并用时，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含铁50%一55%、铬30%-35%、铝10%-15%的合金，在1400C高温时，仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用，近年来，常把铝作为合金元素加入耐热钢中。

3、此外，铝还能提高对硫化氢和V2O5的抗腐蚀性。

缺点：①脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向；②当含铝较高时．其高温强度和韧性较低。

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