有色金属及合金.ppt

第八章 有色金属及其合金 有色金属：除铁、铬、锰及其合金以外的所有金 属材料成有色金属 有色 金属 轻金属 铝、镁、钛、铍 贵金属 铜、银、金 其他金属 密度小 比强度高 导电、导热、 耐蚀性优秀 高熔点材料镍、 钨、钽、钼等 稀土金属、原 子能材料 例 航空航天 、电子、 真空、原 子能等高 科技领域 或特殊环 境和要求 下应用 8.1 铝及铝合金 8.1.1工业纯铝 优异的化学稳定性 银白光泽 密度2.72g.cm-2, 熔点660c 导电导热性好，仅次于cu,ag 强度较低，室温50mpa 极好的塑性和韧性, 无冷脆 纯铝主要 性能与特点 fcc结构 无同素异构 资源丰富，地壳总量8.2% 物理性能 化学性能 力学性能 应用：合金组元，化工原料，包覆材料， 电力电子，电磁屏蔽，科学实验 8.1.2 铝合金及其分类 1. 铝的合金化及其特点 铝合金结构 材料合金化 主要目的： 合金化元素 改善材料的工艺和使用性能 例：最高强度可达400 700 mpa，耐热性达300c 主要元素：cu, mg, si, mn, zn, li 其它元素：ni, b, zr, cr, ti, re 铝合金相图及分类 2. 铝合金的强化方式 铝合金的主要强化 方式有五种： 固溶强化 时效（沉淀）强 化 过剩（第二相） 强化 形变强化 细化组织强化 问题：试说明 如何实现上述 五种强化过程 8.1.3 铝合金的热处理 热处理目的：提高综合性能，稳定合金组织 热处理方法：退火、淬火（固溶处理）、时效 1.退火 2.淬火 （固溶处理） 3.时效 问题：说明 各种热处理 方法的温度 、对组织结 构的影响和 相应工艺过 程的作用 低温退火 再结晶退火 均匀化退火 人工时效，自然时效 单级时效，多级时效 铝合金的时效处理与强化 无同素异构转变，不能利用马氏体相变强化 根据相图，利用合金原子在铝中的溶解度随温度下 降而明显降低的现象。在单相固溶区降温时，不同 冷却条件下第二相脱溶的形核长大过程、大小和分 布不同，强化效果不同 缓慢冷却：第二相主要沿基体相的晶界析出，且易于 长大粗化强化效果不好，甚至会脆化 固溶并快速冷却（淬火），获得过饱和固溶体 过饱和固溶体在室温下停留或在较低的温度下保温， 称为时效。时效时，由于过饱和固溶体的不稳定性，会逐渐在 基体内部脱溶析出第二相，且由于析出温度低（过冷度低）， 第二相极为细小且均匀弥散地分布于基体中，具有显著的强化 效果这就是时效强化 8.1.4 常用铝合金及其应用 1. 铸造铝合金 分类：以主要 合金元素分 al-cu, al-si, al-mg, al-zn (fig.8- 2) 性能特点及应用(fig.8-2) val-si系：铝硅明 val-cu系： val-mg系： val-zn系： 变质处理铸造性能好 高温性能耐蚀性差 抗冲击、耐腐蚀耐热性差 尺寸稳定、便宜性能一般 2. 变形铝合金 分类：以性能 和使用特点分 性能特点及应用(fig.8-2相图 ) v防锈铝al-mn合金al-mg合金 v硬铝al-cu-mg系强度可达420mpa 防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝 可热处理强化 v超硬铝al-cu-mg-zn系强度可达680mpa v锻铝al-mg-si-cu系合金元素多、量少 强度与硬铝类似 问题：时效铝合金的耐腐蚀性一般较差，说明原因 8.2 镁及其合金 al 合金mg 合金 密度272174 资源占地壳8.2%2.5% 结构fcchcp 熔点660650 强度合金可达450mpa合金350mpa 模量较大较小(抗冲击振动性好) 塑性、韧性好差 耐蚀性(常规条件)好差 导电、导热性好差 主要合金化元素cu mg si mn zn lial zn mn zr 合金分类铸造类、变形类铸造类、变形类 强化与热处理五种与铝类似 8.3铜及铜合金 8.3.1工业纯铜及应用 纯铜主要 性能与特点 fcc结构 无同素异构 物理性能 化学性能 力学性能 应用：电力电子（电缆、电刷、电线） ，防磁机械，换热管，深冷设备 紫红色，紫铜 密度8.9g.cm-2, 熔点1083c 导电导热性好，仅次于ag 无磁性，碰撞无火花 常规条件耐蚀 海水,铵盐,碳酸盐,氧化酸不耐蚀 强度较高，室温200mpa 极好的塑性和韧性, 无冷脆 8.3.2铜的合金化及分类 1.铜的合金化：与al、mg合金化类似 固溶强化元素：zn, sn, al, mn, ni (固溶度9.4%) 显著沉淀元素：be, ti, zr, cr 问题：指出铜合金的强化方法？ 2.铜合金分类：与al、mg合金化类似 成型方法：铸造铜合金、变形铜合金 v铸造合金主要指含高锡、高锰、高铅铜合金 v其他铜合金均为变形铜合金 化学成分：黄铜、青铜和白铜 v黄铜：以锌为主要合金元素 v白铜：以镍为主要合金元素 v青铜：除锌、镍以外的其它元素为主要合金化元素 8.3.3常用铜合金及其特点 1.黄铜的特性及应用 以锌为主要合金化元素，包括普通黄铜和特殊黄铜 v普通黄铜：cu-zn二元合金 v普通黄铜牌号：h62, h90 v普通黄铜主要特点： 色彩美丽 单相黄铜机械性能好，易 于冷成形加工 对大气、海水很耐蚀 可用于防护层、冷凝器、 弹壳 v普通黄铜的热处理 单相黄铜不能进行热处理强化，但低温形变后必须进 行去应力退火（260280c） 双相黄铜一般也不进行热处理，可进行热加工。加工 后也必须去应力退火 v使用注意事项：脱锌腐蚀和应力腐蚀 加砷或镁抑制脱锌腐蚀 去应力退火、表面喷丸或表面改性防止应力腐蚀 特殊黄铜：除锌外，还加入al、sn、mn、ni 等元素的黄铜。有锰黄铜、铅黄铜、铝黄铜等 v其他合金元素作用：提高硬度、耐磨性、抗蚀性 al、sn、mn、ni提高抗蚀性和耐磨性 mn提高耐热性 pb改善切削性能和润滑性 v主要应用：螺旋桨、压紧螺帽、重要耐蚀件 v特殊黄铜牌号：hmn58-2, hpb59-1 2.白铜 白铜：以ni为主加元素。包括简单白铜和特殊白 铜。从用途分为耐蚀白铜和电工白铜 v耐蚀白铜 主要为简单白铜，b5, b19, b30 性能：高化学稳定性，冷热加工性好，抗腐蚀疲劳性好 应用：海水及蒸汽环境中的精密仪表零件，高温高压管道 v电工白铜： 主要性能：高电阻、高热电势、极小的电阻温度系数 应用：电阻器、热电偶及其补偿线，加热器等 常用材料：b16, bmn3-12(锰铜)，bmn40-1.5(康铜)， v白铜牌号：b30(简单白铜，含ni30%)； bfe5-1(特殊白铜，含ni5%, fe1%) 3.主要青铜合金及应用 青铜成分：以除zn、ni以外的元素为主要合金化元素 青铜牌号：qbe2, qsn10-2, qal19-4 锡青铜 sn含量决定其性能 sn(57%)，塑性好，适于冷热加工，做耐蚀件 sn(10%)，塑性差，铸造流动性差，但线收缩很小。适于 铸造形状复杂但对外形尺寸要求高的工艺品 铝青铜、铍青铜： 成分：al12%; be1.72.5% 强化：时效强化效果显著 性能特点：力学性能优秀、其他特殊性能 应用：高强度、高耐磨耐蚀和弹性零件 8.4钛及其合金 8.4.1纯钛的性质及应用 纯钛主要 性能与特点 hcp-bcc 可相变强化 物理性能 化学性能 力学性能 应用：航空航天航海、化工等领域结构材料 银白色 密度4.54g.cm-2, 熔点1680c 导热性差，线膨胀小 高温耐蚀性差 大气, 海水,中性及氧化性介质耐蚀 活泼，可与c, h, o, n反应 强度较高，室温260mpa 弹性模量低，抗冲击 塑性韧性好，高低温性能好 8.4.2 钛的合金化及分类 与, 相完全固溶。zr、hf等 相稳定元素，扩大相区。al, ni, sn, o, c 相稳定元素，扩大相区。nd, mo, v, w 共析型相图，ag, cu, fe, cr, mn, si 按退火状态，钛合金分为型 (ta48), 型(tb12), +型(tc110) 合金化特 点与相图 有关 8.4.3钛合金的热处理 退火：去应力退火(450650c)，再结晶退 火(750800 c) 淬火及时效： 淬火：从相快速冷却，有无扩散的马氏体相 变过程发生。 (bcc)(hcp) v马氏体为 稳定元素在钛中的过饱和置换 式固溶体 时效温度(450650c)。 v强化主要靠亚稳相和由过饱和相分解析 出高度弥散的固溶体相来实现 8.4.4钛合金的性能特点和应用 型钛合金： 不能热处理强化 室温强度较低，耐蚀成形焊接性好 热强性和蠕变强度最高 制作飞机构件、发动机叶片，超低温容器等 型合金