金属材料分类与性能全解析：铁/钢/有色金属选用指南
金属分类三大维度
- 含铁量：铁基=黑色金属（磁性、易腐蚀）；非铁基=有色金属（无磁、耐蚀性好）。
- 原子结构/周期表族：碱金属、碱土金属、过渡金属等，同族化学性质相似。
- 磁性：铁磁性（强吸引）、顺磁性（弱吸引）、抗磁性（弱排斥）。
选材关键考量因素
- 熔点、加工成本与难度、空间限位、安全系数、温度系数、密度、导热/导电性能
典型金属材料体系
铁
地壳含量 5%，文明基石。纯铁不稳定易氧化，高密度（7.87 g/cm³）致结构笨重，耐蚀差。通过加碳（≤2.11%）转化为碳钢，大幅提升强度、硬度、加工性，成本可控。黑色金属占金属产量 90%+。
钢铁分类
高强重比、优延展性、耐久，是最佳结构材料。按含碳量分：
| 类别 | 含碳量 | 典型性能 | 典型用途 |
|---|---|---|---|
| 低碳钢/软钢 | ≤0.25% | 塑韧性好、易焊接成形 | 建筑钢筋、工字钢、船体板、中低压管 |
| 中碳钢 | 0.25%-0.6% | 高强度、良好延展性 | 齿轮、轴类、车轮、轨道、梁柱 |
| 高碳钢 | >0.6% | 高硬度、高耐磨、脆性大 | 凿子、刀具、钻头、模具、弹簧 |
合金化改性：加 Cr 提升耐蚀、加 Mn 提高淬透性与强度等。
合金钢
多元素添加（Mn、Cu、Si、Ti、Ni、Al 等），淬透性、耐蚀、焊接、成形、韧性全面提升。用于轴承、发热体、电机、弹簧、管线、齿轮等。
- 不锈钢：高 Cr（≥10.5%），耐蚀性比软钢高 200 倍，表面自带光洁度，免镀层。餐具、管道、医疗器械首选。
- 工具钢：含 Mo、V、Co、W，极高硬度耐磨，制造切削/钻削刀具。
有色金属
| 金属 | 关键特性 | 典型应用 |
|---|---|---|
| 铝 | 轻（2.7）、强、耐蚀、导电、无磁、易加工、易成合金 | 航空航天、交通、建筑、包装、电子散热 |
| 铜 | 导电率仅次银、导热优、易成形 | 电线电缆、电器元件、换热器、厨具 |
| 铅 | 耐蚀、软、易加工、高密度、屏蔽射线 | 蓄电池、辐射防护、电缆护套、配重、防爆环境 |
| 黄铜 | Cu-Zn 合金，低摩擦、无火花、美观、易加工 | 管件、乐器、轴承、锁具、仪表、装饰、易燃环境工具 |
| 钛 | 高比强度、耐高温（480°C）、耐蚀、生物相容 | 航空航天、军工、医疗植入体、化工、运动器材 |
| 青铜 | Cu-Sn 合金，硬、脆、耐疲劳、导电导热、耐海水腐蚀 | 船用件、电连接器、镜面反射镜、耐磨衬套 |
| 锌 | 低电化学势、牺牲阳极保护钢铁 | 镀锌防腐、压铸件（汽车/五金/电气）、船舶阴极保护 |
制造工艺