有色金属及其合金(1).ppt

有色金属及其合金 土木七班 张恒 有色金属分类 轻金属 密度小于4500千克 立方米 如铝 镁 钾 钠 钙 锶 钡等 重金属 密度大于4500千克 米3 如铜 镍 钴 铅 锌 锡 锑 铋 镉 汞等 贵金属 价格比一般常用金属昂贵 地壳丰度低 提纯困难 如金 银及铂族金属 半金属 性质价于金属和非金属之间 如硅 硒 碲 砷 硼等 稀有金属 包括稀有轻金属 如锂 铷 铯等 稀有难熔金属 如钛 锆 钼 钨等 稀有分散金属 如镓 铟 锗 铊等 稀土金属 如钪 钇 镧系金属 放射性金属 如镭 钫 钋及阿系元素中的铀 钍等 铝及铝合金 一 银的性质银白色轻金属 有延性和展性 商品常制成棒状 片状 箔状 粉状 带状和丝状 在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜 铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧 并发出眩目的白色火焰 易溶于稀硫酸 硝酸 盐酸 氢氧化钠和氢氧化钾溶液 不溶于水 相对密度2 70 熔点660 沸点2327 铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅 居第三位 是地壳中含量最丰富的金属元素 航空 建筑 汽车三大重要工业的发展 要求材料特性具有铝及其合金的独特性质 这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用 应用极为广泛 铝的特点 1 密度小纯铝的密度2 7KG M3 约为铁的35 2 可强化纯铝通过冷加工可以使其强度提高1倍以上 而且通过添加镁 锌 铜 锰 硅 锂 钪等元素合金 可以经过热处理进一步强化 其强度可以与合金钢相比 3 易加工 铝可以用任何一种铸造方法铸造 他的塑性好 大多数机床可以达到最大速度进行车 铣 镗 刨等机械加工 4 耐腐蚀铝及其合金的表面 易生成一层致密 牢固的AL2O3保护膜 这层保护膜只有在卤素离子或碱离子的刺激作用下才会造到破坏 所以 铝有很好的耐大气 包括工业性大气 和海洋大气 腐蚀和水腐蚀的能力 5 无低温脆性铝在零度以下 随着温度的降低 强度和塑性不公平不会降低 反而提高 6 导电 导热性好铝的导电 导热性能仅次于银 铜和金 7 反射性强铝的抛光表面对白色反射率达到80 以上 纯度越高 反射率越高 同时 铝对红外线 紫外线 电磁波 热辐射等都有良好的反射性能 8 无磁性 冲击不生火花 9 有吸音性10 耐核辐射11 美观他的反射能力强 表面呈银白色光泽 经机加工后可以达到很高的光洁度和光亮度 经阳极氧化和着色 可以获得五颜六色 光彩夺目的制品 铝合金的分类和牌号 纯铝的牌号命名法 铝含量不低于99 00 时为纯铝 其牌号用1XXX系列表示 牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量 当最低铝百分含量精确到0 01 时 牌号的最后两位数字就是最低铝百分含量中小数点后面的两位 牌号第二位的字母表示原始纯铝的改型情况 如果第二位的字母为A 则表示为原始纯铝 如果是B Y的其他字母 按国际规定用字母表的次序选用 则表示为原始纯铝的改型 与原始纯铝相比 其元素含量略有改变 铝合金的牌号命名法 铝合金的牌号用2XXX 8XXX系列表示 牌号的最后两位数字没有特殊意义 仅用来区分同一组中不同的铝合金 牌号第二位的字母表示原始合金的改型情况 如果牌号第二位的字母是A 则表示为原始合金 如果是B Y的其他字母 按国际规定用字母表的次序选用 则表示为原始合金的改型合金 铝合金的分类和牌号 铝的用途 1 铝的密度很小 仅为2 7g cm 虽然它比较软 但可制成各种铝合金 如硬铝 超硬铝 防锈铝 铸铝等 这些铝合金广泛应用于飞机 汽车 火车 船舶等制造工业 此外 宇宙火箭 航天飞机 人造卫星也使用大量的铝及其铝合金 例如 一架超音速飞机约由70 的铝及其铝合金构成 船舶建造中也大量使用铝 一艘大型客船的用铝量常达几千吨 2 铝的导电性仅次于银 铜 虽然它的导电率只有铜的2 3 但密度只有铜的1 3 所以输送同量的电 铝线的质量只有铜线的一半 铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力 而且有一定的绝缘性 所以铝在电器制造工业 电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途 3 铝是热的良导体 它的导热能力比铁大3倍 工业上可用铝制造各种热交换器 散热材料和炊具等 4 铝有较好的延展性 它的延展性仅次于金和银 在100 150 时可制成薄于0 01mm的铝箔 这些铝箔广泛用于包装香烟 糖果等 还可制成铝丝 铝条 并能轧制各种铝制品 5 铝的表面因有致密的氧化物保护膜 不易受到腐蚀 常被用来制造化学反应器 医疗器械 冷冻装置 石油精炼装置 石油和天然气管道等 6 铝粉具有银白色光泽 一般金属在粉末状时的颜色多为黑色 常用来做涂料 俗称银粉 银漆 以保护铁制品不被腐蚀 而且美观 7 铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光 常用于制造爆炸混合物 如铵铝炸药 由硝酸铵 木炭粉 铝粉 烟黑及其他可燃性有机物混合而成 燃烧混合物 如用铝热剂做的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克 大炮等 和照明混合物 如含硝酸钡68 铝粉28 虫胶4 8 铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等 铝还用做炼钢过程中的脱氧剂 铝粉和石墨 二氧化钛 或其他高熔点金属的氧化物 按一定比率均匀混合后 涂在金属上 经高温煅烧而制成耐高温的金属陶瓷 它在火箭及导弹技术上有重要应用 9 铝板对光的反射性能也很好 反射紫外线比银强 铝越纯 其反射能力越好 因此常用来制造高质量的反射镜 如太阳灶反射镜等 10 铝具有吸音性能 音响效果也较好 所以广播室 现代化大型建筑室内的天花板等也采用铝 11 耐低温 铝在温度低时 它的强度反而增加而无脆性 因此它是理想的用于低温装置材料 如冷藏库 冷冻库 南极雪上车辆 氧化氢的生产装置 12 是两性氧化物 铜及铜合金 铜是一种化学元素 它的化学符号是Cu 拉丁语 Cuprum 它的原子序数是29 是一种过渡金属 铜呈紫红色光泽的金属 密度8 92克 立方厘米 熔点1083 4 0 2 沸点2567 常见化合价 1和 2 电离能7 726电子伏特 铜是人类发现最早的金属之一 也是最好的纯金属之一 稍硬 极坚韧 耐磨损 还有很好的延展性 导热和导电性能较好 铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力 在干燥的空气里很稳定 但在潮湿的空气里在其表面可以生成一层绿色的碱式碳酸铜Cu2 OH 2CO3 这叫铜绿 可溶于硝酸和热浓硫酸 略溶于盐酸 容易被碱侵蚀 铜合金 copperalloy 以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金 纯铜呈紫红色 又称紫铜 纯铜密度为8 96 熔点为1083 具有优良的导电性 导热性 延展性和耐蚀性 主要用于制作发电机 母线 电缆 开关装置 变压器等电工器材和热交换器 管道 太阳能加热装置的平板集热器等导热器材 常用的铜合金分为黄铜 青铜 白铜3大类 黄铜 黄铜以锌作主要添加元素的铜合金 具有美观的黄色 统称黄铜 铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜 三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜 含锌低於36 的黄铜合金由固溶体组成 具有良好的冷加工性能 如含锌30 的黄铜常用来制作弹壳 俗称弹壳黄铜或七三黄铜 含锌在36 42 之间的黄铜合金由和固溶体组成 其中最常用的是含锌40 的六四黄铜 为了改善普通黄铜的性能 常添加其他元素 如铝 镍 锰 锡 硅 铅等 铝能提高黄铜的强度 硬度和耐蚀性 但使塑性降低 适合作海轮冷凝管及其他耐蚀零件 锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性 故称海军黄铜 用作船舶热工设备和螺旋桨等 铅能改善黄铜的切削性能 这种易切削黄铜常用作钟表零件 黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等 船舶常用的消防栓防爆月牙扳手 就是黄铜加铝铸造而成 白铜 以镍为主要添加元素的铜合金 铜镍二元合金称普通白铜 加有锰 铁 锌 铝等元素的白铜合金称复杂白铜 工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类 结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好 色泽美观 这种白铜广泛用於制造精密机械 化工机械和船舶构件 电工白铜一般有良好的热电性能 锰铜 康铜 考铜是含锰量不同的锰白铜 是制造精密电工仪器 变阻器 精密电阻 应变片 热电偶等用的材料 纯铜 高品质红铜纯度高 组织细密 含氧量极低 无气孔 沙眼 疏松 导电性能极佳 适合电蚀刻模具 经热处理工艺 电极无方向性 适合精打 细打 参考参数 Cu 99 95 O 003电导率 57ms m硬度 85 2HV 青铜 青铜原指铜锡合金 后除黄铜 白铜以外的铜合金均称青铜 并常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名 锡青铜的铸造性能 减摩性能好和机械性能好 适合於制造轴承 蜗轮 齿轮等 铅青铜铜合金消防栓扳手是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料 铝青铜强度高 耐磨性和耐蚀性好 用於铸造高载荷的齿轮 轴套 船用螺旋桨等 和磷青铜的弹性极限高 导电性好 适於制造精密弹簧和电接触元件 铍青铜还用来制造煤矿 油库等使用的无火花工具 铍铜是一种过饱和固溶体铜基合金 是机械性能 物理性能 化学性能及抗蚀性能良好 粉末冶金制作针对钨钢 高碳钢 耐高温超硬合金制作的模具需电蚀时 因普通电极损耗大 速度慢 钨铜是比较理想材料 抗弯强度 667Mpa 铜的用途 黄铜以锌作主要添加元素的铜合金 具有美观的黄色 统称黄铜 铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜 三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜 含锌低於36 的黄铜合金由固溶体组成 具有良好的冷加工性能 如含锌30 的黄铜常用来制作弹壳 俗称弹壳黄铜或七三黄铜 含锌在36 42 之间的黄铜合金由和固溶体组成 其中最常用的是含锌40 的六四黄铜 为了改善普通黄铜的性能 常添加其他元素 如铝 镍 锰 锡 硅 铅等 铝能提高黄铜的强度 硬度和耐蚀性 但使塑性降低 适合作海轮冷凝管及其他耐蚀零件 锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性 故称海军黄铜 用作船舶热工设备和螺旋桨等 铅能改善黄铜的切削性能 这种易切削黄铜常用作钟表零件 黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等 青铜原指铜锡合金 后除黄铜 白铜以外的铜合金均称青铜 并常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名 锡青铜的铸造性能 减摩性能好和机械性能好 适合於制造轴承 蜗轮 齿轮等 铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料 铝青铜强度高 耐磨性和耐蚀性好 用於铸造高载荷的齿轮 轴套 船用螺旋桨等 铍青铜和磷青铜的弹性极限高 导电性好 适於制造精密弹簧和电接触元件 铍青铜还用来制造煤矿 油库等使用的无火花工具 白铜以镍为主要添加元素的铜合金 铜镍二元合金称普通白铜 加有锰 铁 锌 铝等元素的白铜合金称复杂白铜 工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类 结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好 色泽美观 这种白铜广泛用於制造精密机械 化工机械和船舶构件 电工白铜一般有良好的热电性能 锰铜 康铜 考铜是含锰量不同的锰白铜 是制造精密电工仪器 变阻器 精密电阻 应变片 热电偶等用的材料 镁合金概述 镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金 其特点是 密度小 1 8g cm3镁合金左右 比强度高 弹性模量大 散热好 消震性好 承受冲击载荷能力比铝合金大 耐有机物和碱的腐蚀性能好 主要合金元素有铝 锌 锰 铈 钍以及少量锆或镉等 目前使用最广的是镁铝合金 其次是镁锰合金和镁锌锆合金 主要用于航空 航天 运输 化工 火箭等工业部门 在实用金属中是最轻的金属 镁的比重大约是铝的2 3 是铁的1 4 它是实用金属中的最轻的金属 高强度 高刚性 镁的特点 其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点 质量轻 刚性好 具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性 抗冲击 耐磨 衰减性能好及易于回收 另外还有高的导热和导电性能 无磁性 屏蔽性好和无毒的特点 应用范围 镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中 达到轻量化的目的镁合金铸件 镁合金的比重虽然比塑料重 但是 单位重量的强度和弹性率比塑料高 所以 在同样的强度零部件的情况下 镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻 另外 由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高 因此 在不减少零部件的强度下 可减轻铝或铁的零部件的重量 镁合金相对比强度 强度与质量之比 最高 比刚度 刚度与质量之比 接近铝合金和钢 远高于工程塑料 在弹性范围内 镁合金受到冲击载荷时 吸收的能量比铝合金件大一半 所以镁合金具有良好的抗震减噪性能 镁合金熔点比铝合金熔点低 压铸成型性能好 镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当 一般可达250MPA 最高可达600多Mpa 屈服强度 延伸率与铝合金也相差不大 镁合金还个有良好的耐腐蚀性能 电磁屏蔽性能 防辐射性能 可做到100 镁合金铸件回收再利用 镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高 可进行高精度机械加工 镁合金具有良好的压铸成型性能 压铸件壁厚最小可达0 5mm 适应制造汽车各类压铸件 镁的应用 镁合金板材是航空 航天工业不可缺少的材料 航空材料减重带来的经济效益和性能改善十分显著 商用飞机与汽车减重相同质量带来燃油费用节省 前者是后者的近100倍 而战斗机的燃油费节省又是商用飞机的近10倍 更重要的是其机动性能改善可以极大提高其战斗力和生存能力 正因为如此 航空工业才会采取各种措施增加镁合金应用 现在飞机所用的铝材料约占飞机总重量的85 高强度 耐腐蚀的镁合金板比铝板性能更好 在飞机上应用更有优势 镁合金是减轻武器装备质量 实现武器装备轻量化 提高武器装备各项战术性能的理想结构材料 军工上应用 如直升机 歼击机都要大量使用 坦克 装甲车 军用吉普车 枪械武器等等 可使单兵综合作战系统降到6 37Kg 用镁板制造子弹壳 炮弹壳 使单兵子弹负载增加一倍 交通工具上应用 如汽车 火车 船舶等 减轻重量 节省能源 减少污染 国家正大力发展 在3C产品上广泛应用 在电源上应用 镁电源类产品都是高能无污染电源 如制造镁锰干电池 镁空气电池 镁海水电池 鱼雷电源以及动力电池 高电位镁合金牺牲阳极板用在金属保护上 民用也很广 如环保建筑装饰板材 体育 医疗器械 工具 高级眼镜架 手表壳高级旅行用品等 钛合金 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属 钛合金因具有强度高 耐蚀性好 耐热性高等特点而被广泛用于各个领域 世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性 相继对其进行研究开发 并得到了实际应用 20世纪50 60年代 主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金 70年代开发出一批耐蚀钛合金 80年代以来 耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展 钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件 其次为火箭 导弹和高速飞机的结构件 钛合金分类 钛合金制品钛是同素异构体 熔点为1668 在低于882 时呈密排六方晶格结构 称为 钛 在882 以上呈体心立方晶格结构 称为 钛 利用钛的上述两种结构的不同特点 添加适当的合金元素 使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到