3.有色金屬.ppt

1、材料概論 第3章 有色金屬及其合金,材料科學與工程學院,材料科學與工程學院,材料概論-有色金屬及其合金,有色金屬是指元素周期表中除鐵元素以外的所有金屬元素。西方國家習慣上稱為非鐵金屬(Non-ferrous Metals)，我國和前蘇聯(lián)則習慣稱為有色金屬。 有色金屬一般又可分為 輕有色金屬、重有色金屬、稀有金屬、稀土金屬、貴金屬、放射性金屬和半金屬。,材料科學與工程學院,材料概論-有色金屬及其合金,1質(zhì)輕，其合金的密度僅為鐵的三分之一左右。 2在大氣中極易生成一層致密而且牢固的氧化膜，能防止鋁繼續(xù)氧化。 3高反射性，銀白色表面，具有很好的裝飾特性。 4合金的強度可以等于甚至超過普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。

2、 5高彈性，其韌性在低溫下減少不明顯。 6易加工成形(f.c.c晶格)，例如可以軋制成極薄的箔片(厚度小于百分之一毫米)。低熔點(Tm=660oC)，鑄造性能好。 7導熱和導電性與銅相近。,3.1鋁及鋁合金,電解鋁技術(shù),材料科學與工程學院,3.1 鋁及鋁合金,材料科學與工程學院,3.1 鋁及鋁合金,材料科學與工程學院,3.1 鋁及鋁合金,材料科學與工程學院,3.1 鋁及鋁合金,Airbus A340,約有70%的飛機結(jié)構(gòu)用有色金屬制造，主要是鋁合金,Boeing sonic cruiser Mach.95,Airbus A380 950 seats,材料科學與工程學院,3.1 鋁及鋁合金,3.

3、1.2 鋁合金的分類及牌號,材料科學與工程學院,3.1 鋁及鋁合金,3.1.3 變形鋁合金,變形方式,半成品,生產(chǎn),用戶,板材、棒材、管材、線材、型材、箔材、鍛件,防銹鋁、硬鋁、超硬鋁和鍛鋁,合金特性,材料科學與工程學院,3.1 鋁及鋁合金,1、防銹鋁,特點：,不能熱處理強化,切削加工工藝性較差,抗腐蝕性能好，易于加工成形和焊接，良好的光制和低溫性能。,合金的強度較低,適于制造焊接油箱、管道、容器鉚釘及其他冷變形零件,A1-Mn和A1-Mg系,（2）鋁鎂合金,（1）鋁錳系合金,材料科學與工程學院,3.1 鋁及鋁合金,2、硬鋁,鋁-銅-鎂系合金,時效處理,高的硬度、強度,優(yōu)良的加工工藝性能,（1

4、）高強度硬鋁LYl2合金,w(Cu) 3.34.9%，w (Mg) 1.21.8，w (Mn) 0.30.9,抗拉強度約180MPa，時效 480MPa。 應力硬化+時效 500MPa以上,（2）低強度硬鋁,（3）耐熱硬鋁LY2,概念,某 些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。熱處理溫度一般為550-650度。,時效處理,時效處理可分為自然時效和人工時效兩種自然時效是將鑄件置于露天場地半年以上，便其緩緩地發(fā)生形變，從而使殘余應力消除或減少，人工時效是將鑄件加熱到550650進行去應力退火，它比

5、自然時效節(jié)省時間，殘余應力去除較為徹底?！皟煞N材料以不同的方式獲得強度,”Menzemer說,“6061鋁合金通過熱處理獲得強度,有時稱為人工時效 。,材料科學與工程學院,3.1 鋁及鋁合金,3、超硬鋁,鋁鋅鎂銅系合金 LC4、LC6,強度可達600700MPa,鋁鋅鎂系合金是可焊的熱處理強化合金,加入銅,合金的強度,抗應力腐蝕性能,焊接性能,難以熔焊,熱影響區(qū)引起熱裂紋,機械性能,鉚接和粘接,抗應力腐蝕性能,X7050,0.12%Zr,強度 韌性 疲勞性能,厚板、擠壓件和鍛件（大截面）,腐蝕抗力,材料科學與工程學院,3.1 鋁及鋁合金,4、鍛鋁,鋁鎂硅銅系和鋁銅鎂鐵鎳系 鍛件,LD2,中等強

6、度、高塑性和抗腐蝕性的機械零件、建筑材料，室溫下工作、形狀復雜的鍛件及模鍛件,LD5、LD6,中等強度的各種形狀復雜的鍛件和模段件，如壓氣機輪、風扇葉輪、各種接頭、支桿等受力件,高負荷的鍛件和模段件，如框架、接頭等，代替LYl2制成板材和擠壓型材,LD10,材料科學與工程學院,3.1 鋁及鋁合金,3.1.2 鑄造鋁合金,鑄造性能好，可進行各種成型鑄造，生產(chǎn)形狀復雜的零件。,1、鋁硅系鑄造鋁合金,有極好的流動性，高的腐蝕抗力和良好的焊接性,硅鋁明,鋁硅ZL102,鋁硅鎂ZLl04,鋁硅鎂銅ZL105,變質(zhì)處理！,材料科學與工程學院,3.2 銅及銅合金,材料概論-有色金屬及其合金,銅及銅合金是人類

7、歷史上使用最早的金屬材料之一。由于具有優(yōu)良的性能及美麗的色彩而被廣泛用于電纜、電器和電子設(shè)備的導電材料、各種熱交換器的傳熱材料、建筑材料、裝飾品等。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，使用范圍不斷擴大，目前，在尖端技術(shù)中銅及其合金也是不可缺少的材料，如在半導休、集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、超導電線、超導電磁體、磁力懸浮鐵路、核聚變裝置、形狀記憶合金等方面都有應用。,航天技術(shù),電子元件,材料科學與工程學院,3.2 銅及銅合金,3.2.1 純銅的性能及分類,紫色，故又稱為紫銅,1）優(yōu)良的導電性，僅次于銀而居第二位。 2）無磁性。 3）導熱性非常好，僅次于銀。 4）面心立方晶格，良好的塑性，易加工成

8、材。 5）極低溫度下也不產(chǎn)生脆性。 6）良好的抗腐蝕性能。在氨或氨鹽及氧化性的硝酸和濃硫酸介質(zhì)中，銅的抗蝕性很差，在海水中的腐蝕速度也很快。 7）具有良好的電鍍和釬焊性能。 8）銅的機械性能與它的狀態(tài)有關(guān)，可加工硬化。,材料科學與工程學院,3.2 銅及銅合金,3.2.2 銅合金分類,（1）黃銅：以鋅為主要合金元素的銅合金，H80,（2）青銅：除黃銅、白銅以外的銅基合金。錫青銅、鋁 青銅、鈹青銅、硅青銅、鉻青銅等。 QSn7 ，QSn6.5-0.4,（3）白銅：以鎳為主要合金元素的銅基合金。,B30，BMn3-12,材料科學與工程學院,3.2 銅及銅合金,3.2.3 銅合金的性能、常用的銅合金及

9、用途,1、黃銅,（1）普通黃銅,H96、H90、H80為低鋅黃銅，色澤美觀呈金黃色，有足夠的強度、良好的延展性、深沖性及抗腐蝕性。H96適用于制造熱交換器或冷凝器管、波導管等；H80用于造紙工業(yè)和石油化工用金屬網(wǎng)；H90可用于生產(chǎn)熱軋雙金屬板、雙金屬帶和溫差雙金屬等。,H70、H68的性能相近，常稱之為三七黃銅。,H59屬于高鋅黃銅，它的強度高，并具有良好的熱變形能力。,黃銅,材料科學與工程學院,3.2 銅及銅合金,（2）特殊黃銅,錫黃銅,鐵黃銅,硅黃銅,錳黃銅,鋁黃銅,鉛黃銅,鎳黃銅,錫黃銅：黃銅加入少量的錫(0.5 1.5)，可提高合金的強度和硬度，提高合金在海水中的耐蝕件。錫黃銅主要以管

10、材、棒材、板材大量用于艦艇制造工業(yè)如冷凝管、船舶零件、船舶焊接件的焊條等，故有海軍黃銅之稱。錫雖然提高了黃銅的耐腐蝕性能，但不能從根本上消除應力腐蝕破裂敏感性，可采用低溫退火440、470提高應力腐蝕抗力。通過添加微量的As(0.02 0.06)，也可抑制錫黃銅的脫鋅腐蝕。,材料科學與工程學院,3.2 銅及銅合金,2、青銅,錫青銅,鎂青銅,硅青銅,鈹青銅,鋁青銅,鎘青銅,鈦青銅,鉻青銅,鎬青銅,錫青銅：銅與錫的合金。 w(Sn)314%。w(Sn)小于8%為變形錫青銅；w(Sn)大于10，鑄造錫青銅。合金元素Zn、P、Pb等改善錫青銅的性能。,耐蝕、高強、耐磨,司母戊方鼎,司母戊鼎是商代后期（

11、約前14至前11世紀）由王室所鑄，1939年3月19日在河南省安陽市郊出土，因鼎身內(nèi)部鑄有“司母戊”三字而得名，是商朝青銅器代表作，現(xiàn)藏中國國家歷史博物館。,馬踏飛燕,馬踏飛燕又名“馬超龍雀”、“銅奔馬”，為東漢青銅器，1969年出土于甘肅省武威雷臺墓。東漢時期鎮(zhèn)守張掖的軍事長官張某及其妻合葬墓中出土，現(xiàn)藏甘肅省博物館。奔馬身高34.5厘米，身長45厘米，寬13厘米。,材料科學與工程學院,3.2 銅及銅合金,3、白銅,以鎳為主要元素的銅基合金。,結(jié)構(gòu)白銅(B19、B30、BZnl5-20) 電工白銅(BMn40-1.5、BMn3-12等)。,加入M n、Fe、Zn、A1等元素，形成錳白銅、鐵白

12、銅、鋅白銅、鋁白銅,Ni能提高銅的強度和抗蝕性，還能強烈地提高合金的電阻、熱電勢和降低電阻溫度系數(shù)。,白銅,材料科學與工程學院,3.3 鈦合金概述,材料概論-有色金屬及其合金,-Ti,-Ti,鈦及其合金由于密度低(4.54.8g/cm3，比鋼約輕40%)、比強度高和耐蝕性好而成為一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、海洋及化工機械領(lǐng)域非常引人注目，在國防科技領(lǐng)域占有重要地位。 鈦由于具有某些特殊功能(如儲氫特性、形狀記憶、超彈性)和無毒、生理相容性好等特性而成為新型功能材料和重要的生物醫(yī)學材料。,鈦的基本特性,鈦具有兩種同素異構(gòu)體及。低溫-Ti在882以下穩(wěn)定，具有密排六方結(jié)構(gòu)(HCP)，而高溫-

13、Ti穩(wěn)定于882熔點1678，為體心立方結(jié)構(gòu)(bcc)。鈦合金轉(zhuǎn)變點隨成份而變。 鈦體積質(zhì)量?。?.51g/cm3)，但比強度高，在-253600范圍內(nèi)，鈦的比強度是最高的；塑性好，熔點高，但由于同素異性轉(zhuǎn)變和高溫下吸氣、氧化傾向的影響，它的耐熱性為中等，介于鋁與鎳之間。 具有優(yōu)良的耐蝕性，在室溫下能很快生成一層具極好保護性的鈍化層（TiO2)。在許多介質(zhì)中，其耐蝕性極高；但在還原性介質(zhì)中稍差。 鈦的低溫性能很好，在液氮溫度下仍有良好的機械性能，強度高而仍保持有良好的塑性和韌性。,鈦合金的分類,按其成分和室溫下的組織分為三類： -鈦合金 ：顯微組織是相，含有相穩(wěn)定元素及一些中性強化元素。主要元

14、素是鋁、鋯、錫等。典型合金有Ti-8Al-1Mo-1V。 +鈦合金 ：顯微組織是+相，含有較多的相穩(wěn)定元素和相穩(wěn)定元素。 鈦合金和近鈦合金 ：含有大量的相穩(wěn)定元素，多數(shù)還含有鋁、鋯、錫等。 室溫強度可達到+鈦合金水平，但具有更佳的工藝性能，高溫強度比不上+合金。 近鈦合金的顯微組織是+相，強化相分布在相基體上。,材料科學與工程學院,3.4 鎂合金概述,材料概論-有色金屬及其合金,物理性質(zhì)：銀白色，密度1.74克/厘米3，熔點648.9，沸點1090。具有延展性，無磁性，且有良好的熱消散性。 晶體結(jié)構(gòu)：密排六方結(jié)構(gòu)。 來源：鎂存在于菱鎂礦、白云石、光鹵石中。每立方英里海水含有約120億磅鎂。鎂是

15、在自然界中分布最廣的十個元素之一。 用途：置換鈦、鋯、鈾、鈹?shù)冉饘佟Ｓ糜谥圃燧p合金、煙火、閃光粉、鎂鹽等。結(jié)構(gòu)性能類似于鋁，用于飛機、導彈中。鎂在汽油燃點可燃。,鎂合金的合金元素,Mg合金的合金強化機制與Al合金大致相同，固溶強化和時效硬化是主要強化手段，只是沒有Al合金那樣明顯。因此，凡是能在Mg中大量固溶的元素，都是強化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，在鎂合金中有固溶強化、沉淀強化、細晶強化等作用。 Ag(15.5)，Al (12.7%)，Zn（8.4），Li（5.7），Th（4.5）是高強度鎂合金的主要合金元素，如Mg-Al-Zn、Mg-Zn-Zr和Mg-Nd-Ag系合金。 這類元素形成的Mg4Al3（Mg17Al12）、MgZn2、Mg23Th6和Mg12Nd2Ag等在Mg中有明顯的溶