工程材料07第七章 有色金属.ppt

第七章有色金属第七章第七章 有色金属有色金属1.1.定义定义：除黑色金属（钢、铁）以外的所有金属。：除黑色金属（钢、铁）以外的所有金属。2.2.性能特点性能特点：具有独特的性能。：具有独特的性能。3.3.分类分类 重金属（密度3.5g/cm3）；Cu、Ni等。轻金属（密度3.5g/cm3）；Al、Mg等。贵重金属；Au、Ag、Pt等。稀有金属；W、Ti、Ra、Nb等。半金属；Si、Te、B等。等。本章主要内容：本章主要内容：9.1 铝及铝合金铝及铝合金 9.2 镁及镁合金镁及镁合金 9.3 钛及钛合金钛及钛合金 第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金 1纯铝纯铝 特点特点：密度小，2.7g/cm2.7g/cm3 3，为铁的1/31/3。良好的导电性(仅次于AgAg、CuCu)和导热性。在大气中具有良好的抗蚀性。弹性模量小，为钢的1/31/3。硬度低，强度低，塑性好。熔点低,660660。面心立方结构，无同素异构转变。第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金1纯铝纯铝分类：高纯铝高纯铝：纯度为纯度为99.9399.99，L01、L02、L03、L04、L05（编号越大纯度越高）电容器电容器电容器电容器 工业高纯铝工业高纯铝：纯度为纯度为98.8599.9，L0、L00 铝箔、包铝及冶炼铝合金原料铝箔、包铝及冶炼铝合金原料铝箔、包铝及冶炼铝合金原料铝箔、包铝及冶炼铝合金原料 工业纯铝工业纯铝：纯度为纯度为98.099.0，L1、L2、L3、L7（编号越大纯度越低）电线、电缆、器皿及配制合金电线、电缆、器皿及配制合金电线、电缆、器皿及配制合金电线、电缆、器皿及配制合金 第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金2 2铝合金铝合金为提高铝材料的强度、硬度，在铝中加入一定的合金元素使之合金化，则可得到一系列性能各异的铝合金。(1)合金元素合金元素n常用的添加合金元素有：Cu、Mn、Zn、Mg、Sin合金元素的作用：通过固溶强化固溶强化和时效强化时效强化提高铝合金的硬度与强度。(2)(2)铝合金的分类与编号n按成分及工艺特点分：按成分及工艺特点分：变形变形变形变形AlAlAlAl合金合金合金合金：成分低于B B点，加热形成单相固溶体，塑性好；铸造铸造铸造铸造AlAlAlAl合金合金合金合金：成分高于B B点，冷却时发生共晶反应，适于铸造生产。第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金 2铝合金铝合金变形变形Al合金合金铸造铸造Al合金合金LF防锈防锈Al（Mn、Mg）LY硬铝（硬铝（Al-Cu-Mg，少量，少量Mn）LC超硬超硬Al（Al-Mg-Zn-Cu，少量，少量Cr、Mn）LD锻锻Al（Al-Mg-Si-Cu或或Al-Cu-Mg-Ni-Fe）(后面的数字为顺序号后面的数字为顺序号)ZL102Al-SiZL101 Al-Si-MgZL107 Al-Si-CuZL105/110 Al-Si-Mg-CuZL109 Al-Si-Mg Cu-NiZL201 Al-Cu 第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金 2铝合金铝合金 (2)铝合金的分类与编号（1 1）退火）退火 完全退火：完全退火：完全退火：完全退火：消除加工硬化，获得最大的成型性，为成型工序成型工序成型工序成型工序作准备。不完全退火：不完全退火：不完全退火：不完全退火：部分消除加工硬化效应，为随后小变形成型工序作准备。显微组织：显微组织：显微组织：显微组织：(固溶体)粒状金属间化合物 第七章第七章 有色金属有色金属 7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金 3.铝合金的热处理铝合金的热处理（2 2）淬火）淬火n实质实质：固溶处理固溶处理，固溶处理过程中无相变发生。n目的：目的：获得过饱和的、不稳定的固溶体，为随后的时效处理作准备。n以Al4%Cu合金为例：加热温度：550左右 保温时间：随零件尺寸与形状而定。冷却：在40水中淬火。则可获得过饱和的 -固溶体固溶体。第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金 3.铝合金的热处理铝合金的热处理(3)(3)时效时效 过饱和的-固溶体不稳定，有自发分解的趋势，自发分解的过程称为时效时效。人工时效人工时效（在加热条件下进行的时效）自然时效自然时效（室温下进行的时效）第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金 3.铝合金的热处理铝合金的热处理4%Cu的铝合金自然时效曲线的铝合金自然时效曲线(3)时效时效n 人工时效人工时效形成Cu原子富集区(GP区)Cu原子富集区有序化(GPGP 区),形成过渡相。形成过渡相形成稳定的 相相相相(CuAl(CuAl2 2)n 自然时效自然时效在室温下进行，Cu原子不容易扩散、偏聚，故强化速度很慢，以形成GP区为主，不形成 相，合金的最大强度值也较高。第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金 3.铝合金的热处理铝合金的热处理铝合金时效强化示意图铝合金时效强化示意图（a）铜在铝中的均匀固溶体）铜在铝中的均匀固溶体（b）铜原子聚集形成）铜原子聚集形成GP区区 第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金 3.铝合金的热处理铝合金的热处理含含4Cu的铝合金在不同温度下的人工时效曲线的铝合金在不同温度下的人工时效曲线（4 4）回归）回归n定义：定义：将自然时效后的Al合金，在200250作短时间加热几分 钟，然后快冷到室温，就可软化并重新获得自然时效前的 能力，这种现象称为回归，而这种热处理方法则称为回归 处理。n用途：经自然时效强化的Al合金件，如在使用过程中发生变形，可 在修复前先进行回归处理，减小加工变形的困难。只有自然时效的合金，才可进行回归处理 第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金 3.铝合金的铝合金的热热处理处理（1 1）不能热处理强化的变形铝合金）不能热处理强化的变形铝合金n定义：定义：这类合金主要有Al-Mn、Al-Mg系合金两种。具有 很高的抗蚀性，可用加工硬化提高强度。n用途：用途：航空油箱、油路导管 第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金4.4.变形铝合金变形铝合金变形铝合金变形铝合金（2 2）可热处理强化的变形铝合金 硬铝(Al-Cu-Mg系)n n合金成分合金成分合金成分合金成分 Al-Cu-Mg系中，Cu、Mg在铝中可形成固溶体，起固溶强化作用。此外，还可形成强化相CuAl2(相)、和MgAl2(s相)，进行强化。第七章第七章 有色金属有色金属7.1 7.1 铝及铝合金铝及铝合金4.变形铝合金变形铝合金 硬铝(Al-Cu-Mg系)合金特性合金特性合金特性合金特性 一般用自然时效，时间为4昼夜。如使用温度在150以上，则用人工时效。人工时效。人工时效。人工时效。表面处理：表面处理：硬铝抗蚀性不高，通常用阳极氧化处理。热处理方法：热处理方法：淬火时效。加热温度500左右。冷却介质：冷却介质：882.5时，为体心立方，称为-Ti；当温度882.5时，为密排六方，称为-Ti。n性能优点：性能优点：1、比强度高；2、热强度高；3、抗蚀性高。n牌号：牌号：TA1TA3 第七章第七章 有色金属有色金属7.3 7.3 钛及钛合金钛及钛合金 1.1.1.1.纯钛纯钛纯钛纯钛退火组织为退火组织为单相固溶体单相固溶体n合金元素溶于-Ti中形成固溶体，溶于-Ti中形成固溶体，因溶解度的变化，都可提高其强度。第七章第七章 有色金属有色金属7.3 7.3 钛及钛合金钛及钛合金 2 2钛合金钛合金钛合金钛合金 (a)(b)(c)(d)（a）为添加）为添加Zr的的完全固溶型完全固溶型相图；相图；（b）为添加铝、氮、氧、锡、碳、镓等的）为添加铝、氮、氧、锡、碳、镓等的相稳定型相稳定型相图；相图；（c）为添加铌、钽、钼、钒等的）为添加铌、钽、钼、钒等的相稳定型相稳定型相图；相图；（d）为添加银、铜、钴、铬、铁、氢、锰、镍、钨、铋、硅等的）为添加银、铜、钴、铬、铁、氢、锰、镍、钨、铋、硅等的共析型共析型相图。相图。n按钛合金热处理组织可分为：按钛合金热处理组织可分为：型钛合金：组织为固溶体，牌号为TA；型钛合金：组织为固溶体，牌号为TB；（+）型钛合金：组织为(+)两相固溶体，牌号为 TC。第七章第七章 有色金属有色金属7.3 7.3 钛及钛合金钛及钛合金 2钛合金钛合金（1 1）型钛合金型钛合金型钛合金型钛合金 n退火组织：退火组织：单相固溶体，室温下为六方晶格。n特点：特点：不能进行热处理强化，只进行退火处理，室温强 度不高。耐热性高于合金化程度相同的其它钛合金。n加工特点：加工特点：压力加工性较差，多采用热压加工成形。第七章第七章 有色金属有色金属7.3 7.3 钛及钛合金钛及钛合金 2钛合金钛合金（2）型钛合金型钛合金 n组织：单相固溶体，室温、高温均为体心立方晶格。n特点：可用热处理强化（淬火时效）性能：室温强度较高。耐热性不高。350以下使用。以下使用。热稳定性较差。压力加工性能较好，熔炼工艺较复杂，目前应用较少 第七章第七章 有色金属有色金属7.3 7.3 钛及钛合金钛及钛合金 2钛合金钛合金（3 3）+型钛合金型钛合金型钛合金型钛合金n组织：组织：+固溶体 n特点：特点：即可以在退火状态下使用，又可在淬火、时效状态下使用；通过淬火时效进行强化；性能：性能：高的室温强度和高温强度；塑性较好；应用最广泛。（TC4-Ti6Al4VTC4-Ti6Al4V）第七章第七章 有色金属有色金属7.3 7.3 钛及钛合金钛及钛合金 2钛合金钛合金 第七章第七章 有色金属有色金属7.3 钛及钛合金钛及钛合金 3 3钛合金的热处理钛合金的热处理钛合金的热处理钛合金的热处理（1）淬火）淬火n型钛合金型钛合金 一般不进行淬火，多在退火状态下使用。n型钛合金型钛合金（成分位于C稍左的合金）的淬火温度应选在A C线附近，淬火后得到亚稳的相。加热到这个温度时，晶粒不会过分长大，因而不降低合金的力学性能。n（+）钛合金）钛合金淬火加热温度一般选在（+）两相区的上部范围，这样可以获得较多数量的亚稳相，而且晶粒也不会过分长大。含有含有稳定元素的钛合金相图稳定元素的钛合金相图 含有含有稳定元素的钛合金相图稳定元素的钛合金相图 （2）时效）时效 实质：实质：依靠相在时效过程中分解析出高弥散的 +组织，使合金强化。时效温度：时效温度：500左右 时效温度过高，析出的相粗大，强化效果差；时效温度过低，保温时间需要很长。第七章第七章 有色金属有色金属 7.3 钛及钛合金钛及钛合金 3钛合金的热处理钛合金的热处理 （3 3 3 3）退火）退火）退火）退火 再结晶退火再结晶退火再结晶退火再结晶退火 目的：目的：消除加工硬化，恢复塑性，并获得比较稳定的组织。消除加工硬化，恢复塑性，并获得比较稳定的组织。加热温度通常高于再结晶温度，但低于加热温度通常高于再结晶温度，但低于“”相变温度（相变温度（型钛合金除外），以避免晶粒长大。型钛合金除外），以避免晶粒长大。去应力退火去应力退火去应力退火去应力退火 目的：目的：消除机械加工或焊接过程中所形成的消除机械加工或焊接过程中所形成的内应力内应力。加热温度一般都低于。加热温度一般都低于 再结晶温度。再结晶温度。稳定化退火稳定化退火稳定化退火稳定化退火 目的：目的：对于一些含有铁、锰、铬等成分，并在高温长期工作的钛合金，为对于一些含有铁、锰、铬等成分，并在高温长期工作的钛合金，为 使使合金组织尽可能接近平衡状态合金组织尽可能接近平衡状态，以免在使用过程中发生分解，使，以免在使用过程中发生分解，使 合金的热稳定性降低，需进行稳定化退火。合金的热稳定性降低，需进行稳定化退火。稳定化退火稳定化退火稳定化退火稳定化退火多采用双重退火法（或称分级退火法）多采用双重退火法（或称分级退火法）.第七章第七章 有色金属有色金属7.3 钛及钛合金钛及钛合金 3钛合金的热处理钛合金的热处理（4 4 4 4）强化热处理）强化热处理）强化热处理）强化热处理 目的：消除晶界相，粗大的片群体和单独粗大的相。经过强化热处理后，合金的显微组织发生了较大的变化，晶界相消失，片状群体变薄、变短，相互间呈编织状，合金的力学性能获得了较大的改善。主要方法：-固溶处理（ABST）；固溶处理（BST），破碎组织处理（BUS）；GTEC处理；热化学处理（TCT）；成分固溶处理（CST）；高温渗氢处理（HTH）等。第七章第七章 有色金属有色金属7.3 钛及钛合金钛及钛合金 3钛合金的热处理钛合金的热处理 第七章第七章 有色金属有色金属7.3 钛及钛合金钛及钛合金 4 4钛合金的应用钛合金的应用（1 1）发动机业：Ti5Al2.5Sn高强钛合金齿轮套、发动机外壳、叶片罩Ti8Al1Mo1V高温钛合金发动机叶片、陀螺仪导向罩、内蒙皮Ti6Al4V（抗拉强度895MPa）热处理强化钛合金核心机叶片及叶轮（2 2）航空业：Ti6Al2Sn强化钛合金紧固件、导向装置、重要结构Ti4AlMo1V钛合金飞机骨架TiSn5Zr1Mo钛合金起落架、飞机承重架、紧固件（3 3 3 3）航天业钛合金1M1315火箭机盘、导弹基座构件钛合金1M1550导弹动力叶片套钛合金T-A6V飞船主用材料 第七章第七章 有色金属有色金属7.3 钛及钛合金钛及钛合金 4钛合金的应用钛合金的应用（4 4）陆军业陆军业我国已经研制成功了83-1型和83-2型两种迫击炮。83-1型82迫击炮广泛采用了钛合金，把全炮重量降低到18.1公斤，极其方便班、排这样的小单位的袭扰战的开展。钛A7D新型装甲车辆力学分析锻件钛A6Z5W反坦克火箭（导弹），地空导弹罩等抗蠕变性要求高的部件钛1M1551某装甲车辆火力高速旋转部件（5 5）海军业海军业LT41钛合金舰船大面积蒙皮3.7114钛合金可焊性优良，成型性好适合各种水密隔层钛V13CA钛合金蜂窝状舰身，承重框架 第七章第七章 有色金属有色金属7.3 钛及钛合金钛及钛合金 4钛合金的应用钛合金的应用（6）国际钛协会2002年10月在美国奥兰多举办的年会上公布了下列飞机用钛新数据：1.第一架超大型客机空客A380A380，用钛量为45-65t/架；2.波音波音客机，用钛量占其总重的15%-17%（净重）；3.F15战斗机，结构用钛5.75t，2台喷气发动机用钛5t；4.F22战斗机，结构用钛36t，2台发动机用钛5t；5.联合开发的F35战斗机，结构用钛10t，单台发动机用钛5t；6.F18舰载战斗机，用钛量占其总重的12%-13%（净重）；7.C-17大型运输机，用钛量占其总重的10%（净重）；8.欧洲EF2000，将减少用钛量，改为复合材料减少用钛量，改为复合材料。第七章第七章 有色金属有色金属7.3 钛及钛合金钛及钛合金 4钛合金的应用钛合金的应用F-22猛禽结构用钛猛禽结构用钛36t，2台发动机用钛台发动机用钛5t 第七章第七章 有色金属有色金属7.3 钛及钛合金钛及钛合金 4钛合金的应用钛合金的应用 俄罗斯的钛合金潜艇俄罗斯的钛合金潜艇俄罗斯的钛合金潜艇俄罗斯的钛合金潜艇 第七章第七章 有色金属有色金属7.3 钛及钛合金钛及钛合金 4 4钛合金的应用钛合金的应用头头颅模型及颅骨缺损的钛合金修复体第七章第七章 有色金属有色金属7.4 铜及铜合金铜及铜合金1 1 1 1、纯铜、纯铜、纯铜、纯铜n力学和工艺性能：极好的塑性，可碾压成极薄的板，拉成极细的铜线；较低的抗拉强度，不宜作结构材料；铸造性能差，熔化时易吸收一氧化碳和二氧化硫等气体，形成气孔。n工业纯铜按含杂质的量可分为四种：T1、T2、T3、T4。“T”是铜的汉语拼音字首，数字为编号，数字愈大则纯度愈低。第七章第七章 有色金属有色金属7.4 铜及铜合金铜及铜合金2 2、铜合金、铜合金 在纯铜中加入合金元素制成铜合金。按照化学成分的不同，可分为黄铜、青铜和白铜。（1 1）黄铜）黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。按照化学成分，黄铜分普通黄铜和特殊黄铜两类。第七章第七章 有色金属有色金属7.4 7.4 铜及铜合金铜及铜合金2 2、铜合金、铜合金 普通黄铜普通黄铜 铜和锌的二元合金，具有相当好的抗腐蚀性，加工性能很好。牌号：用“H”加数字表示。“H”是“黄”字汉语拼音字首，数字表示平均含铜量，余量为Zn。黄铜含锌量与机械性能的关系黄铜含锌量与机械性能的关系第七章第七章 有色金属有色金属7.4 7.4 铜及铜合金铜及铜合金2 2、铜合金、铜合金 特殊黄铜n为了改善黄铜的某些性能，向其中加入少量其它元素，如Al、Mn、Sn、Si、Pb等，形成固溶体，提高合金强度及改善耐腐蚀性，这种黄铜称为特殊黄铜。根据主要添加元素命名为锰黄铜、铅黄铜、锡黄铜等。n特殊黄铜的牌号：H主要元素符号铜含量主加元素含量n 如HPb59-1表示含Cu59%，含Pb1%余为Zn的铅黄铜。它具有良好的切削加工性，适用热冲压和切削方法制作的零件。第七章第七章 有色金属有色金属7.4 铜及铜合金(3)(3)(3)(3)青铜青铜青铜青铜 普通青铜普通青铜普通青铜普通青铜普通青铜是铜和锡的二元合金，也叫锡青铜。特点：有良好的耐磨性，具有很高的耐蚀性能(但耐酸性差)，具有足够的抗拉强度和一定的塑性，致密程度较低。n牌号：Q主要合金符号主加元素含量 如QSn6.5-0.4表示含Sn为6.5%含其它元素(P)0.4%，余为Cu的锡青铜。第七章第七章 有色金属有色金属7.4 铜及铜合金3、青铜 越越王王勾勾践践剑剑的的含含铜铜量量约约为为80%-83%、含含锡锡量量约约为为16%-17%，另另外外还还有有少少量量的的铅铅和和铁铁。剑剑的的表表面面有有一一层层10微微米米厚厚的的铬铬盐盐化化合合物物。铬铬盐盐氧氧化化处处理理方方法法，只只是是近近代代才才出出现现的的先先进进工工艺艺，德德国国在在1937年年，美美国国在在1950年年先先后后发发明明并并申申请了专利请了专利。第七章第七章 有色金属有色金属7.4 铜及铜合金3、青铜第七章第七章 有色金属有色金属7.4铜及铜合金3、青铜 特殊青铜特殊青铜特殊青铜特殊青铜用Al、Pb、Mn等代替价格昂贵而稀缺的Sn，把此类青铜称为无锡青铜。如铝青铜、铅青铜、锰青铜等。加入的合金元素可以改善合金的机械性能、耐腐蚀性、耐磨性以及热强性等。其牌号表示方法与锡青铜类似。4 4、白铜、白铜、白铜、白铜以镍为主要添加元素的铜基合金称为白铜。主要用在精密机械、医疗器材、电工器材方面。第七章第七章 小小 结结n铝合金的分类，热处理特点（退火、淬火、时效、铝合金的分类，热处理特点（退火、淬火、时效、回归）回归）n镁合金的分类、编号及应用镁合金的分类、编号及应用n钛合金的热处理特点（淬火、时效、退火、强化钛合金的热处理特点（淬火、时效、退火、强化热处理）热处理）n铜合金的分类及应用铜合金的分类及应用