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660°C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Ø资源丰富，地壳总量8.2%Ø物理性能Ø化学性能Ø力学性能Ø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Ø铝合金结构材料合金化主要目的：Ø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300°C主要元素：Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Li其它元素：Ni, B, Zr, Cr, Ti, REØ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：Ø固溶强化Ø时效（沉淀）强化时效（沉淀）强化Ø过剩（第二相）强化Ø形变强化Ø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Ø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Ø固溶并快速冷却（淬火），获得过饱和固溶体ü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Ø分类：以主要合金元素分Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Zn (Fig.8-2)Ø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Ø分类：以性能和使用特点分Ø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680MPav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2．721．74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Ø物理性能Ø化学性能Ø力学性能Ø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1083°C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：与与AlAl、、MgMg合金化类似合金化类似Ø固溶强化元素：Zn, Sn, Al, Mn, Ni (固溶度>9.4%)Ø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：与与AlAl、、MgMg合金化类似合金化类似Ø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Ø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Ø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, H90v普通黄铜主要特点：ü色彩美丽ü单相黄铜机械性能好，易于冷成形加工ü对大气、海水很耐蚀ü可用于防护层、冷凝器、弹壳v普通黄铜的热处理ü单相黄铜不能进行热处理强化，但低温形变后必须进行去必须进行去应力退火应力退火（260~280°C）ü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去应力退火v使用注意事项：脱锌腐蚀和应力腐蚀ü加砷或镁抑制脱锌腐蚀ü去应力退火、表面喷丸或表面改性防止应力腐蚀Ø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üAl、Sn、Mn、Ni提高抗蚀性和耐磨性üMn提高耐热性üPb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Ø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ü主要为简单白铜，B5, B19, B30ü性能：高化学稳定性，冷热加工性好，抗腐蚀疲劳性好ü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：ü主要性能：高电阻、高热电势、极小的电阻温度系数ü应用：电阻器、热电偶及其补偿线，加热器等ü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, QAl19-4Ø锡青铜üSn含量决定其性能üSn(5~7%)，塑性好，适于冷热加工，做耐蚀件üSn(>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Ø铝青铜、铍青铜：ü成分：Al~12%; Be1.7~2.5%ü强化：时效强化效果显著ü性能特点：力学性能优秀、其他特殊性能ü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Ø物理性能Ø化学性能Ø力学性能Ø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1680°C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a.与, 相完全固溶Zr、Hf等b.相稳定元素，扩大相区Al, Ni, Sn, O, Cc.相稳定元素，扩大相区Nd, Mo, V, Wd.共析型相图，Ag, Cu, Fe, Cr, Mn, Siü按退火状态，钛合金分为型(TA4~8), 型(TB1~2), +型(TC1~10)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(450~650°C)，再结晶退火(750~800 °C)•淬火及时效：Ø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Ø时效温度(450~650°C)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1.型钛合金：Ø不能热处理强化Ø室温强度较低，耐蚀成形焊接性好Ø热强性和蠕变强度最高Ø制作飞机构件、发动机叶片，超低温容器等2.Ø型合金元素Mn、Cr、Mo、V, 可淬火时效强化Ø室温强度可达b1300MPa, 为5%Ø塑性韧性好，耐热性差不常应用，一般作紧固件3.+Ø兼有和型钛合金的优点Ø综合机械性能好耐热、耐寒、耐蚀，强度高第八章 总结•了解铝、铜合金的分类，熟悉相应牌号•比较钢材与铝合金强化方式异同，并说明原因•熟悉一些新的概念：时效、人工时效、时效强化、黄铜、应力腐蚀、变质处理、固溶处理。