3.有色金属.ppt

1、材料概论 第3章 有色金属及其合金,材料科学与工程学院,材料科学与工程学院,材料概论-有色金属及其合金,有色金属是指元素周期表中除铁元素以外的所有金属元素。西方国家习惯上称为非铁金属(Non-ferrous Metals)，我国和前苏联则习惯称为有色金属。 有色金属一般又可分为 轻有色金属、重有色金属、稀有金属、稀土金属、贵金属、放射性金属和半金属。,材料科学与工程学院,材料概论-有色金属及其合金,1质轻，其合金的密度仅为铁的三分之一左右。 2在大气中极易生成一层致密而且牢固的氧化膜，能防止铝继续氧化。 3高反射性，银白色表面，具有很好的装饰特性。 4合金的强度可以等于甚至超过普通碳素结构钢。

2、 5高弹性，其韧性在低温下减少不明显。 6易加工成形(f.c.c晶格)，例如可以轧制成极薄的箔片(厚度小于百分之一毫米)。低熔点(Tm=660oC)，铸造性能好。 7导热和导电性与铜相近。,3.1铝及铝合金,电解铝技术,材料科学与工程学院,3.1 铝及铝合金,材料科学与工程学院,3.1 铝及铝合金,材料科学与工程学院,3.1 铝及铝合金,材料科学与工程学院,3.1 铝及铝合金,Airbus A340,约有70%的飞机结构用有色金属制造，主要是铝合金,Boeing sonic cruiser Mach.95,Airbus A380 950 seats,材料科学与工程学院,3.1 铝及铝合金,3.

3、1.2 铝合金的分类及牌号,材料科学与工程学院,3.1 铝及铝合金,3.1.3 变形铝合金,变形方式,半成品,生产,用户,板材、棒材、管材、线材、型材、箔材、锻件,防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝,合金特性,材料科学与工程学院,3.1 铝及铝合金,1、防锈铝,特点：,不能热处理强化,切削加工工艺性较差,抗腐蚀性能好，易于加工成形和焊接，良好的光制和低温性能。,合金的强度较低,适于制造焊接油箱、管道、容器铆钉及其他冷变形零件,A1-Mn和A1-Mg系,（2）铝镁合金,（1）铝锰系合金,材料科学与工程学院,3.1 铝及铝合金,2、硬铝,铝-铜-镁系合金,时效处理,高的硬度、强度,优良的加工工艺性能,（1

4、）高强度硬铝LYl2合金,w(Cu) 3.34.9%，w (Mg) 1.21.8，w (Mn) 0.30.9,抗拉强度约180MPa，时效 480MPa。 应力硬化+时效 500MPa以上,（2）低强度硬铝,（3）耐热硬铝LY2,概念,某 些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。热处理温度一般为550-650度。,时效处理,时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形变，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550650进行去应力退火，它比

5、自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底。“两种材料以不同的方式获得强度,”Menzemer说,“6061铝合金通过热处理获得强度,有时称为人工时效 。,材料科学与工程学院,3.1 铝及铝合金,3、超硬铝,铝锌镁铜系合金 LC4、LC6,强度可达600700MPa,铝锌镁系合金是可焊的热处理强化合金,加入铜,合金的强度,抗应力腐蚀性能,焊接性能,难以熔焊,热影响区引起热裂纹,机械性能,铆接和粘接,抗应力腐蚀性能,X7050,0.12%Zr,强度 韧性 疲劳性能,厚板、挤压件和锻件（大截面）,腐蚀抗力,材料科学与工程学院,3.1 铝及铝合金,4、锻铝,铝镁硅铜系和铝铜镁铁镍系 锻件,LD2,中等强

6、度、高塑性和抗腐蚀性的机械零件、建筑材料，室温下工作、形状复杂的锻件及模锻件,LD5、LD6,中等强度的各种形状复杂的锻件和模段件，如压气机轮、风扇叶轮、各种接头、支杆等受力件,高负荷的锻件和模段件，如框架、接头等，代替LYl2制成板材和挤压型材,LD10,材料科学与工程学院,3.1 铝及铝合金,3.1.2 铸造铝合金,铸造性能好，可进行各种成型铸造，生产形状复杂的零件。,1、铝硅系铸造铝合金,有极好的流动性，高的腐蚀抗力和良好的焊接性,硅铝明,铝硅ZL102,铝硅镁ZLl04,铝硅镁铜ZL105,变质处理！,材料科学与工程学院,3.2 铜及铜合金,材料概论-有色金属及其合金,铜及铜合金是人类

7、历史上使用最早的金属材料之一。由于具有优良的性能及美丽的色彩而被广泛用于电缆、电器和电子设备的导电材料、各种热交换器的传热材料、建筑材料、装饰品等。随着科学技术的发展，使用范围不断扩大，目前，在尖端技术中铜及其合金也是不可缺少的材料，如在半导休、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路、超导电线、超导电磁体、磁力悬浮铁路、核聚变装置、形状记忆合金等方面都有应用。,航天技术,电子元件,材料科学与工程学院,3.2 铜及铜合金,3.2.1 纯铜的性能及分类,紫色，故又称为紫铜,1）优良的导电性，仅次于银而居第二位。 2）无磁性。 3）导热性非常好，仅次于银。 4）面心立方晶格，良好的塑性，易加工成

8、材。 5）极低温度下也不产生脆性。 6）良好的抗腐蚀性能。在氨或氨盐及氧化性的硝酸和浓硫酸介质中，铜的抗蚀性很差，在海水中的腐蚀速度也很快。 7）具有良好的电镀和钎焊性能。 8）铜的机械性能与它的状态有关，可加工硬化。,材料科学与工程学院,3.2 铜及铜合金,3.2.2 铜合金分类,（1）黄铜：以锌为主要合金元素的铜合金，H80,（2）青铜：除黄铜、白铜以外的铜基合金。锡青铜、铝 青铜、铍青铜、硅青铜、铬青铜等。 QSn7 ，QSn6.5-0.4,（3）白铜：以镍为主要合金元素的铜基合金。,B30，BMn3-12,材料科学与工程学院,3.2 铜及铜合金,3.2.3 铜合金的性能、常用的铜合金及

9、用途,1、黄铜,（1）普通黄铜,H96、H90、H80为低锌黄铜，色泽美观呈金黄色，有足够的强度、良好的延展性、深冲性及抗腐蚀性。H96适用于制造热交换器或冷凝器管、波导管等；H80用于造纸工业和石油化工用金属网；H90可用于生产热轧双金属板、双金属带和温差双金属等。,H70、H68的性能相近，常称之为三七黄铜。,H59属于高锌黄铜，它的强度高，并具有良好的热变形能力。,黄铜,材料科学与工程学院,3.2 铜及铜合金,（2）特殊黄铜,锡黄铜,铁黄铜,硅黄铜,锰黄铜,铝黄铜,铅黄铜,镍黄铜,锡黄铜：黄铜加入少量的锡(0.5 1.5)，可提高合金的强度和硬度，提高合金在海水中的耐蚀件。锡黄铜主要以管

10、材、棒材、板材大量用于舰艇制造工业如冷凝管、船舶零件、船舶焊接件的焊条等，故有海军黄铜之称。锡虽然提高了黄铜的耐腐蚀性能，但不能从根本上消除应力腐蚀破裂敏感性，可采用低温退火440、470提高应力腐蚀抗力。通过添加微量的As(0.02 0.06)，也可抑制锡黄铜的脱锌腐蚀。,材料科学与工程学院,3.2 铜及铜合金,2、青铜,锡青铜,镁青铜,硅青铜,铍青铜,铝青铜,镉青铜,钛青铜,铬青铜,镐青铜,锡青铜：铜与锡的合金。 w(Sn)314%。w(Sn)小于8%为变形锡青铜；w(Sn)大于10，铸造锡青铜。合金元素Zn、P、Pb等改善锡青铜的性能。,耐蚀、高强、耐磨,司母戊方鼎,司母戊鼎是商代后期（

11、约前14至前11世纪）由王室所铸，1939年3月19日在河南省安阳市郊出土，因鼎身内部铸有“司母戊”三字而得名，是商朝青铜器代表作，现藏中国国家历史博物馆。,马踏飞燕,马踏飞燕又名“马超龙雀”、“铜奔马”，为东汉青铜器，1969年出土于甘肃省武威雷台墓。东汉时期镇守张掖的军事长官张某及其妻合葬墓中出土，现藏甘肃省博物馆。奔马身高34.5厘米，身长45厘米，宽13厘米。,材料科学与工程学院,3.2 铜及铜合金,3、白铜,以镍为主要元素的铜基合金。,结构白铜(B19、B30、BZnl5-20) 电工白铜(BMn40-1.5、BMn3-12等)。,加入M n、Fe、Zn、A1等元素，形成锰白铜、铁白

12、铜、锌白铜、铝白铜,Ni能提高铜的强度和抗蚀性，还能强烈地提高合金的电阻、热电势和降低电阻温度系数。,白铜,材料科学与工程学院,3.3 钛合金概述,材料概论-有色金属及其合金,-Ti,-Ti,钛及其合金由于密度低(4.54.8g/cm3，比钢约轻40%)、比强度高和耐蚀性好而成为一种优良的结构材料，在航空、航天、海洋及化工机械领域非常引人注目，在国防科技领域占有重要地位。 钛由于具有某些特殊功能(如储氢特性、形状记忆、超弹性)和无毒、生理相容性好等特性而成为新型功能材料和重要的生物医学材料。,钛的基本特性,钛具有两种同素异构体及。低温-Ti在882以下稳定，具有密排六方结构(HCP)，而高温-

13、Ti稳定于882熔点1678，为体心立方结构(bcc)。钛合金转变点随成份而变。 钛体积质量小（4.51g/cm3)，但比强度高，在-253600范围内，钛的比强度是最高的；塑性好，熔点高，但由于同素异性转变和高温下吸气、氧化倾向的影响，它的耐热性为中等，介于铝与镍之间。 具有优良的耐蚀性，在室温下能很快生成一层具极好保护性的钝化层（TiO2)。在许多介质中，其耐蚀性极高；但在还原性介质中稍差。 钛的低温性能很好，在液氮温度下仍有良好的机械性能，强度高而仍保持有良好的塑性和韧性。,钛合金的分类,按其成分和室温下的组织分为三类： -钛合金 ：显微组织是相，含有相稳定元素及一些中性强化元素。主要元

14、素是铝、锆、锡等。典型合金有Ti-8Al-1Mo-1V。 +钛合金 ：显微组织是+相，含有较多的相稳定元素和相稳定元素。 钛合金和近钛合金 ：含有大量的相稳定元素，多数还含有铝、锆、锡等。 室温强度可达到+钛合金水平，但具有更佳的工艺性能，高温强度比不上+合金。 近钛合金的显微组织是+相，强化相分布在相基体上。,材料科学与工程学院,3.4 镁合金概述,材料概论-有色金属及其合金,物理性质：银白色，密度1.74克/厘米3，熔点648.9，沸点1090。具有延展性，无磁性，且有良好的热消散性。 晶体结构：密排六方结构。 来源：镁存在于菱镁矿、白云石、光卤石中。每立方英里海水含有约120亿磅镁。镁是

15、在自然界中分布最广的十个元素之一。 用途：置换钛、锆、铀、铍等金属。用于制造轻合金、烟火、闪光粉、镁盐等。结构性能类似于铝，用于飞机、导弹中。镁在汽油燃点可燃。,镁合金的合金元素,Mg合金的合金强化机制与Al合金大致相同，固溶强化和时效硬化是主要强化手段，只是没有Al合金那样明显。因此，凡是能在Mg中大量固溶的元素，都是强化Mg合金的有效合金元素。 合金元素主要有：Al、Zn、RE、Li、Ag、Zr、Th、Mn、Ni等，在镁合金中有固溶强化、沉淀强化、细晶强化等作用。 Ag(15.5)，Al (12.7%)，Zn（8.4），Li（5.7），Th（4.5）是高强度镁合金的主要合金元素，如Mg-Al-Zn、Mg-Zn-Zr和Mg-Nd-Ag系合金。 这类元素形成的Mg4Al3（Mg17Al12）、MgZn2、Mg23Th6和Mg12Nd2Ag等在Mg中有明显的溶