工学金属学与热处理课件 - 有色金属及其合金

金属学与热处理——有色金属及其合金金属的定义和特性定义金属是具有光泽、延展性、导电性和导热性的物质，通常由金属元素组成。特性金属具有良好的延展性、导电性和导热性，易于加工成各种形状，广泛应用于工业和生活中。分类金属可分为黑色金属和有色金属，其中黑色金属主要指铁、锰、铬等，而有色金属则包括铜、铝、镁等。金属元素的特点高电导率金属元素具有良好的电导率，这使其成为电线和电路板的理想材料。高热导率金属元素也具有良好的热导率，使其成为散热器和锅具的理想材料。延展性金属元素可以拉伸成细线或压成薄片，使其成为制造各种产品的理想材料。韧性金属元素可以承受冲击和弯曲，使其成为结构材料的理想材料。金属的晶体结构金属原子以规则的排列方式构成晶格，形成晶体结构，决定了金属的力学性能、物理性能和化学性能。常见的金属晶体结构包括体心立方(BCC)、面心立方(FCC)和密排六方(HCP)。BCC结构：铁、铬、钨等FCC结构：铝、铜、金等HCP结构：镁、锌、钛等金属的相变和状态图相变是指金属在一定的温度和压力下，其晶体结构发生改变的过程。状态图则是在特定条件下，描述金属相变过程的图表。状态图可以帮助我们了解不同温度和压力下金属的相组成、相变过程、相变温度等重要信息，为金属材料的制备和应用提供理论指导。金属的强化机制固溶强化通过添加合金元素，改变金属的晶格结构，提高其强度和硬度。形变强化通过塑性变形，在金属内部产生位错，阻碍位错运动，提高其强度和硬度。弥散强化在金属基体中均匀分布第二相颗粒，阻碍位错运动，提高其强度和硬度。晶粒细化通过热处理或其他工艺，细化金属的晶粒尺寸，提高其强度和硬度。铜及其合金优异的导电性和导热性良好的延展性和可加工性耐腐蚀性，特别是在海水环境中铝及其合金轻量级铝密度低，常用于制造飞机和汽车等交通工具耐腐蚀性铝具有良好的耐腐蚀性能，适用于建筑和工业应用导热性铝的导热性良好，常用于制造炊具和散热器镁及其合金轻量化镁合金的密度低，约为铝合金的三分之二，因此具有显著的重量优势。高强度镁合金具有良好的强度和刚度，可以满足多种结构和机械应用的需求。优异的减震性能镁合金的阻尼性能出色，能有效吸收振动，在汽车和航空航天领域具有广泛的应用。钛及其合金耐腐蚀性钛具有优异的耐腐蚀性能，在各种介质中都能保持稳定。高强度钛合金具有较高的强度和韧性，能够承受高负荷和冲击。轻质钛合金的密度较低，在相同强度下比钢材更轻，更适合航空航天领域应用。镍及其合金耐腐蚀性镍在许多腐蚀性环境中表现出优异的耐腐蚀性。它能够抵抗酸性溶液、碱性溶液和许多氧化剂的腐蚀。高强度和硬度镍合金通常具有高强度和硬度，这使其成为各种工程应用的理想材料。耐高温镍合金能够在高温下保持其强度和稳定性，使其适用于航空航天和电力等行业。钴及其合金高强度和耐磨性钴合金以其极高的强度、耐磨性和耐高温性而闻名。广泛的应用钴合金应用于航空航天、医疗、工具制造等领域。磁性材料钴合金是重要的磁性材料，用于制造永磁体和磁记录介质。锌及其合金电镀锌是电镀中最常用的金属，用于保护钢材免受腐蚀。合金锌合金用于制造各种产品，例如汽车部件，电子产品和建筑材料。铸造锌的低熔点使其适合于铸造，生产各种形状的部件。锡及其合金低熔点锡的熔点较低，易于熔化和铸造。良好的可塑性锡具有良好的延展性和可塑性，可加工成各种形状。抗腐蚀性锡具有良好的耐腐蚀性，尤其是在酸性环境中。铅及其合金特性铅是一种柔软、易熔的重金属，具有良好的耐腐蚀性。铅合金通常用于提高强度、硬度和抗疲劳性。应用铅合金广泛应用于电池、管道、焊接材料、弹药和铅酸电池等领域。金及其合金贵金属金是一种贵金属，具有优异的耐腐蚀性和化学稳定性。导电性金具有良好的导电性和导热性，在电子工业中得到广泛应用。装饰金的美丽外观和高贵气质，使其成为重要的装饰材料。银及其合金纯银纯银是一种柔软、易延展的金属，具有优异的导电性和导热性。它常用于珠宝、餐具和电子元件。银合金银合金通常添加铜、镍或其他金属以提高其硬度、强度和耐磨性，使其更适合各种应用。铂族金属及其合金铂铂金是一种稀有且贵重的金属，具有高熔点、优异的耐腐蚀性、良好的延展性和导电性等特性，广泛应用于珠宝、电子、化工、汽车等行业。钯钯金也是一种稀有金属，具有良好的催化活性、耐腐蚀性、抗氧化性等特点，在汽车尾气净化、电子元件、医药等领域得到广泛应用。铑铑是一种高熔点、耐高温、耐腐蚀的金属，广泛应用于汽车尾气净化、航空航天、电镀、玻璃等领域。有色金属的应用领域航空航天钛合金和铝合金的轻量化特性使其成为飞机、火箭和卫星的关键材料。电子设备铜和金等金属在电子元件、连接器和电路板中至关重要，以确保高效的导电性和耐用性。建筑和结构铝合金因其耐腐蚀性和强度而广泛应用于建筑材料、门窗和幕墙等方面。医疗保健钛和钴合金具有生物相容性，广泛用于植入物、医疗器械和假肢。有色金属的生产与加工工艺1冶炼从矿石中提取金属2铸造将熔融金属浇注成型3热加工在高温下进行塑性变形4冷加工在常温下进行塑性变形5表面处理提高金属表面性能热处理的目的和分类提高机械性能通过热处理改变金属的组织结构，提高其强度、硬度、韧性、耐磨性等机械性能。改善加工性能热处理可以使金属更易于切削、塑性加工或焊接，提高加工效率和产品质量。稳定材料性能热处理可以消除金属内部的内应力，稳定其尺寸和形状，防止变形或开裂。铜合金的热处理1退火降低硬度，提高延展性2固溶处理提高强度和硬度3时效处理增强合金的强度和硬度铜合金热处理主要用于改善其力学性能、提高强度、硬度和延展性，以及调整其物理性能和化学性能，以满足不同应用的需求。铝合金的热处理1固溶处理在高温下将合金加热到单相固溶体状态，然后快速冷却，使固溶体保持在常温下。2时效处理将固溶处理后的合金在低温下保温一段时间，使过饱和的固溶体析出第二相，提高合金的强度和硬度。3退火处理将合金加热到一定的温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，以消除合金的内应力，改善其加工性能。镁合金的热处理固溶处理提高镁合金的强度和塑性时效处理通过析出强化相来提高镁合金的强度和硬度退火处理减轻镁合金的内部应力，改善其加工性能钛合金的热处理1固溶处理提高钛合金的强度和韧性2时效处理增加钛合金的硬度和强度3表面处理改善钛合金的耐腐蚀性和耐磨性镍基合金的热处理固溶处理提高合金的强度和韧性。时效处理在固溶处理后，将合金在较低温度下保温一段时间，以析出第二相，进一步提高强度。退火处理消除加工硬化，改善塑性，提高加工性能。有色金属合金的热处理原理相变热处理利用温度变化诱导合金的相变，改变其组织结构。固溶强化在固溶状态下，溶质原子溶解在基体金属中，增强合金的强度和硬度。析出强化通过热处理控制析出相的尺寸、数量和分布，进一步提升合金的强度和硬度。晶粒细化热处理可细化合金的晶粒尺寸，提高合金的强度和韧性。有色金属合金的热处理工艺1预热将工件均匀加热至预定温度，以消除内应力，并为后续热处理步骤做好准备。2保温将工件在预定温度下保温一定时间，使合金的组织结构发生变化，达到预期的性能要求。3冷却将工件按照规定的速度和方式冷却，以固定合金的组织结构，实现热处理的目的。有色金属及其合金的性能与应用强度轻质高强度是许多有色金属合金的主要优势。例如，铝合金在航空航天领域得到广泛应用。耐腐蚀性许多有色金属如钛和镍具有优异的耐腐蚀性，适用于苛刻环境下的应用。导电性铜和铝等金属具有良好的导电性，广泛应用于电力和电子行业。结论和未来发展趋势有色金属及其合金在现代工业中发挥着至关重要的作用，其性能和应用领域不断扩展。随着科技的进步和人们对材料性能