其它有色金屬課件

1、特殊有色金屬和合金概述鈦及鈦合金鋯及鋯合金鉭鎢鎂及鎂合金1、概述除了鋼、鋁、銅和鎳材料之外，還有一組金屬(特殊金屬)，具有特殊的特性，它們在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中有特殊的意義。屬于此類的，就是鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉬(Mo)、鎂(Mg)、鉭(Ta)和鎢(Wo)。從焊接技術(shù)工藝方面來看，由于對大氣行明顯地吸收傾向，而決定了焊接方法以及焊接工藝操作過程。因此，W1G、WP、EB、Lb，爆炸復(fù)合和電阻焊都受到了特別地應(yīng)用。2、鈦及鈦合金概況焊接特點1）概況（1）如密度小(約為鋼的60)，強度高(工業(yè)純鈦b=350450MPa、 鈦合金b= 800900MPa)（2）優(yōu)良的高溫和低溫性能(可在253500

2、使用)（3）優(yōu)異的耐腐蝕性(超過0Crl9Nil3M03奧氏體不銹鋼，可耐海水、大多數(shù)酸、堿和鹽等介質(zhì)的腐蝕)（4）無磁性（5）用途用它制成的設(shè)備可用于制酸工業(yè)(硝酸、硫酸、鹽酸磷酸、醋酸等)制堿工業(yè)(純堿、氨聯(lián)堿、氯堿等)、化肥工業(yè)(尿素、硝銨、磷酸銨等)、石油化工業(yè)(乙醛、聚氯乙烯等)、海洋工程、航空航天等各行業(yè)它可加工成鑄件、鍛件、管材、板材等各種形狀，切削加工性能良好國內(nèi)已提出“開發(fā)鈦技術(shù)，推廣應(yīng)用鈦設(shè)備”的呼吁(1)穩(wěn)定劑(A1、Sn) 提高的轉(zhuǎn)變溫度，大量溶于 ，略溶于。(2)同晶的穩(wěn)定劑(Mo、Ni、V、Ta) 降低轉(zhuǎn)變溫度，無限溶于中，略溶于 。(3)形成共析體的穩(wěn)定劑(Fe、

3、Cr、Mn、Cu、Ni、W) 降低的轉(zhuǎn)變溫度。在中比在中溶解度大，在一定濃度和溫度下與Ti形成金屬化合物。(4)中性強化劑(Zr、H) 對相變溫度影響小，無限溶于或中。 在工業(yè)用鈦合金中，大量使用的合金元素是A1、Sn、V、Mo、Mn、Cr、Fe和Zr，而Fe、Si、C、N、H、O則作為雜質(zhì)元素。8）Ti與Ti合金的熱處理2）焊接特點鈦及鈦合金的焊接性與其物理化學(xué)性能密切相關(guān)，關(guān)鍵的問題是：高溫時鈦的高活性易受空氣污染，加熱時晶粒長大傾向嚴重，焊接接頭冷卻時可能形成脆性相。 1)鈦的熔點高達166810 ，比焊接鋼需要更多的能量。 2)鈦的化學(xué)性活潑，與和O和H的作用比鋼大的多，在600以上就

4、急劇化合。1000就大量吸收H和C，溶H能力比鋼大幾萬倍，進而生成氫化鈦，使韌性急劇下降。氣體雜質(zhì)增大了冷裂紋和延遲裂紋的傾向，增大缺口敏感性。因此焊接用氬氣純度應(yīng)不低于99.99，濕度0.039，焊絲0.0023)Tl的傳熱系數(shù)是鋼的二分之一，使HAZ極易過熱，在882發(fā)生的轉(zhuǎn)變，溫度再高，晶粒則急劇跳躍式長大，性能明顯惡化，所以要嚴格控制溫度，特別要控制焊接循環(huán)中的高溫停留時間。 因此鈦焊縫中規(guī)定雜質(zhì)限量(質(zhì)量分數(shù)，)為：0.12-0.1502、0.03-0.04N2和0.01-0.015H2。 4）焊接鈦時沒有熱裂紋及晶間裂紋問題，但存在氣孔問題，尤其是+合金。增加層焊中焊道量或增加熱輸

5、入都使氣孔量增加。 5）選擇焊接方法主要看焊接區(qū)和接頭冷卻時保護措施的可靠程度。一般焊接鈦合金要保證焊縫金屬高溫停留時間最短和冷卻速度最大。但焊接高強度鈦合金時，為避免近縫區(qū)脆性。最好采用緩慢冷卻的焊接工藝。已經(jīng)使用過的熔焊方法有鎢極氬弧焊、熔化極氬埋弧焊、電渣焊、電子束焊和等離子焊。就氬弧焊而言，氣體保護比焊鋼時的要求高得多主要在氬的純度、流量和增加保護拖罩上。設(shè)備特點：電阻壓力焊機：單相焊機電子束焊機：工作倉真空壓力510-4HPa鎢極惰性氣體保護焊機6）鈦焊縫質(zhì)量的判別 鈦焊縫的質(zhì)量在很大程度上與保護有關(guān)，而鈦焊縫表面的顏色又提供了保護好壞的依據(jù)(見下表)。因此除了按技術(shù)條件規(guī)定的檢驗方

6、法外，通過鈦焊縫表面的顏色可以作出焊縫質(zhì)量的判別。3、鋯及鋯合金概述特征焊接特點2）特征成分和性能晶體結(jié)構(gòu)（1）成分和性能在元素周期表中鋯與鈦同屬族副族金屬，它的密度為6.55103Kgm3，比鋼略輕；熔點185515；線膨脹系數(shù)較低，僅為6.8 10-6/ ；。 鋯及鋯合金在400以下加熱時，開始吸收空氣中的氧、氮、氫等氣體，從而引起鋯的脆化和耐高溫、高壓水腐蝕性能的降低。在堿液中鋯的耐蝕性勝于鈦及不銹鋼，因此可用作化工裝置中的襯里設(shè)備。除氫氟酸、濃硫酸、熱濃磷酸以外的多數(shù)酸液對鋯均不受浸蝕，由穩(wěn)定的氧化膜保護鋯內(nèi)部金屬免受氧化，但當(dāng)溫度超過850，氧化膜迅速被分解。 鋯及鋯合金置于400的

7、CO或C02氣體介質(zhì)中，就會與其發(fā)生反應(yīng)，溫度升至800，反應(yīng)急劇增強。鋯中加入錫、鐵、鉻等元素，耐蝕穩(wěn)定性提高。錫提高的轉(zhuǎn)變溫度；而鐵、鎳、鉻與之相反，降低轉(zhuǎn)變溫度。鋯合金不存在隨著溫度的下降而產(chǎn)生從塑性到脆性變化的臨界溫度。 鋯錫合金，在862以下。晶格是很穩(wěn)定的。含錫質(zhì)量分數(shù)為1.21.7的ZrSn1.40.1合金對耐高溫水的腐蝕性能比純鋯優(yōu)良。經(jīng)40冷加工的鋯板，抗拉強度可以從343MPa增至539MPa。3)焊接特點鋯及鋯合金的化學(xué)活性很強，它們很易與空氣中的氧、氮等氣體發(fā)生反應(yīng)。焊縫金屬中的含氧量增至05時，即生成脆性的化合物，焊接接頭的塑性顯著降低，強度增高，并使耐高溫、高壓水的

8、腐蝕性能下降，以致影響到整個焊接結(jié)構(gòu)的服役期限基于鋯在高溫下易氧化的特點，必須采用能量集中的焊接熱源，以提高焊接接頭的加熱及冷卻速度，有利于縮短過熱區(qū)金屬在高溫下的停留時間在焊件冷卻過程中熱影響區(qū)金屬有可能析出復(fù)雜的金屬間化合物，如Zr(Fe、Cr)2和Zr2Fe氧化物、氮化物等，這些脆性析出物將導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)金屬的強化，而塑性顯著降低，為此在焊接：工藝上應(yīng)采取一些措施，使焊縫金屬避免受到污染。 為防止鋯焊接接頭的脆化及改善其耐蝕性，在焊絲中往往加入錫、鐵、鎳、鉻、鈮等合金元素。焊縫金屬中存在一定量的氮，將降低鋯焊接接頭在水和蒸汽中的腐蝕穩(wěn)定性，但對該接頭施以焊后退火(570)處理，則耐蝕

9、性有所改善。若在焊縫、熱影響區(qū)出現(xiàn)淬硬組織，則會影響到接頭的耐蝕性。由于焊縫金屬晶界上彌散析出的小顆粒第二相沉淀物是不連續(xù)的，所以焊縫的腐蝕速度比熱影響區(qū)要小。 熱影響區(qū)組織是片狀的晶粒，腐蝕介質(zhì)往往會沿著熱影響區(qū)的原晶界和，片間侵入，使連續(xù)分布在晶界和片間的ZrFe(Cr)沉淀物優(yōu)先發(fā)生腐蝕，并導(dǎo)致鋯晶粒的剝落現(xiàn)象。鋯基體金屬中的含碳量大于01時，便形成鋯的碳化物，在該碳化物微區(qū)優(yōu)先發(fā)生局部腐蝕，并進一步擴大，促使整個鋯合金焊接接頭發(fā)生快速腐蝕。所以，焊前應(yīng)將坡口及其兩側(cè)表面上的油脂等污物清除干凈，防止任何有機物浸入焊縫。 隨著焊縫金屬中碳含量的增加，氣孔缺陷的形成機率增大。4、鉭1）化學(xué)性

10、質(zhì)：鉭對大多數(shù)無機酸、無機鹽、堿溶液和有機試劑的耐蝕性能良好。但在氫氟酸與硝酸的混合液中能迅速溶解。金屬鉭能吸收個別氣體，如氧、氫、氮、含痰氣體、含鹵氣體、三氧化硫等氣體，并形成相應(yīng)的固容體或化合物。2）鉭的應(yīng)用電子工業(yè)硬質(zhì)合金 化學(xué)工業(yè) 高溫材料 （1）電子工業(yè)鉭電容具有體積小，可靠性高、工作溫度范圍大、絕緣電阻大抗震性能好、使用壽命長等優(yōu)點。鉭也用于制作電子管，如用作電子管陽極、柵極和陰極材料。在800下，一個體積的鉭可以吸收740個體積的氣體，所以鉭也可以做真空儀器和真空管的吸氣材料。 （2）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金對鉭的需求量一般占市場用鉭總量的20%左右。一般切削工具在快速切削金屬時溫度劇升

11、，一致金屬削片熔焊在刀具上，使刀具邊緣脫落、折斷，而用以碳化鉭為基的硬質(zhì)合金制成的刀具就可以避免以上不足。（3）化學(xué)工業(yè)鉭在150以下耐化學(xué)腐蝕的能力很強。鉭主要用于化工設(shè)備的內(nèi)襯材料。鉭還用于噴絲頭生產(chǎn)塑料纖維，這種噴頭要求堅固、耐磨、耐腐蝕，而且小孔在用過程中完全不變。 （4）高溫材料鉭及其合金具有耐高溫，強度高，化學(xué)穩(wěn)定和加工性能好等特點，如 T a-10W用于高速飛機燃燒室。在高溫技術(shù)方面，鉭被用于制造高溫真空爐的支撐附件、熱屏蔽、加熱片等，在這方面鉭比鎢、鉬更穩(wěn)定，易于加工。3）焊接特性5、鎢（1）化學(xué)性質(zhì)：鎢在冷的、稀的或濃的硝酸中穩(wěn)定：在稀或濃的鹽酸、硫酸輕度侵蝕，在氫氟酸中穩(wěn)定

12、。與王水冷時不作用，熱時被迅速侵蝕。苛性鈉水溶液穩(wěn)定；在熔融的苛性鈉能將鎢氧化成鎢酸鹽。 2）應(yīng)用領(lǐng)域在冶金工業(yè)中，碳化鎢硬質(zhì)合金，是一種新型超硬工具材料，被廣泛用于制作切削刀具、 模具、量具、地質(zhì)鉆探和礦山采掘工具以及耐磨零件等。鎢還應(yīng)用于合金鋼，是合金鋼和高速工具鋼的主要合金元素。有色金屬和稀有金屬合金中，觸點合金和防輻射合金，如W-Cu、W-Ag合金兼有銅、銀良好導(dǎo)電導(dǎo)熱和鎢耐磨的優(yōu)點。 在電子和電工材料中，鎢是照明和各種電子管的重要材料，在電子工業(yè)中鎢有廣泛的用途。金屬鎢加工品的主要用途，照明用的鎢絲、鎢桿、電子管用的發(fā)射燈絲，X射線管旋陽極、半導(dǎo)體裝置超級支撐材料；測定裝置的熱電偶，

13、電阻爐用的發(fā)熱體等3）焊接特性（物理特性）4）焊接方法 電子束焊 激光焊 擴散焊特種焊：高能束流焊接及擴散焊6、鎂及鎂合金概述性能焊接性1）概述 鎂是最輕的工程結(jié)構(gòu)材料之一，它的密度只有1.74Kgm3， 且鎂的比強度較高(約15)鎂合金具有極好的切削加工和良好的鑄造性能。絕大多數(shù)鎂合金可以用氣焊、氬弧焊、電阻焊、釬焊等方法焊接， 目前通常采用氬弧焊方法焊接氬弧焊適用于一切鎂合金的焊接，它都能得到較高的焊縫強度系數(shù)，焊接變形比氣焊小，而且可不用氣劑。鑄件可用氬弧焊修補并能獲得滿意的焊接質(zhì)量。鎂合金在汽油、煤油、酚、醇類(甲醇除外)和其他礦物油中較為安定，在稀堿液以及氟鹽的中，陛和堿性溶液，二氧

14、化硫氣體和水溶液，液態(tài)和氣態(tài)胺中無腐蝕傾向。若鎂合金經(jīng)氧化處理后涂漆，則可在長期大氣條件下使用而不腐蝕。國內(nèi)外飛機、導(dǎo)彈用的油箱、燃料箱型材，付翼、彈翼舵面、儀表艙、隔板、構(gòu)架等零件已廣泛采用鎂合金制造。某海防型號導(dǎo)彈鎂合金零件(MB3、MB8、ZM5等)經(jīng)氧化并涂漆處理后在海洋氣候條件下存放十年，經(jīng)分析檢查其所用的鎂合金零件均未發(fā)現(xiàn)被腐蝕。由于有了可靠的金屬防護方法， 解決了鎂合金在大氣中的腐蝕問題，因而顯著地擴大了鎂合金的使用范圍。 目前國外在汽車，家庭用品、車輛部件制造中應(yīng)用日趨廣泛。2）性能純鎂的強度（Rm=190MPa）受力結(jié)構(gòu)鎂合金由于焊接結(jié)構(gòu)。鎂合金的鎂的一般物理性能、成分和力性

15、見下表鎂的一般物理性能成分和力性3）焊接特點鎂及鎂合金焊接時所出現(xiàn)的問題和鋁有些類似，只是因鎂比鋁更易氧化，在保護上要求更加嚴格。粗晶問題氧化和蒸發(fā)熱應(yīng)力裂紋氣孔(1)粗晶問題 鎂的熔點低(651)，另外因鎂導(dǎo)熱快，焊接時要用大功率熱源，所以焊縫及近縫區(qū)金屬易產(chǎn)生過熱和晶粒長大，這是鎂合金焊接時的顯著特點之一。(2)氧化和蒸發(fā) 鎂的氧化性極強，在焊接高溫下，易形成氧化鎂(MgO)，MgO熔點高(1500)，密度大(3.2gcm3)，在熔池中易形成細小片狀的固態(tài)夾渣，降低焊縫的性能，在高溫下，鎂還容易和空氣中的氮化合生成鎂的氮化物，使接頭性能變壞。鎂的沸點不高(1100)，因此在電弧高溫下鎂很易蒸發(fā)。(3)熱應(yīng)力 鎂及鎂合金熱膨脹系數(shù)較大，約為鋼的2倍，鋁的1.2倍，所以在焊接過程中易引起較大的熱應(yīng)力，這會加劇裂紋的產(chǎn)生和引起焊件變形。 (4)裂紋 鎂容易與一些合金元素(如Cu、Al、Ni等)形成低熔點共晶體(如Mg-Cu）共晶熔點為480，Mg-AI共晶熔點為430，Mg-Ni共晶熔點為508)，所以脆性溫度區(qū)間較寬，易形成熱裂紋。(5)氣孔與焊鋁一樣，焊鎂時易產(chǎn)生氫氣孔，氫在鎂中的溶解度也是隨溫度的降低而急劇減少，當(dāng)氫的來源較多時，出現(xiàn)氣孔的傾向是較大的。此外