华中科技大学工程材料学课件第08章 非铁金属材料.ppt

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1、工程材料学工程材料学第八章第八章非铁金属材料非铁金属材料铝及铝合金铝及铝合金铜及铜合金铜及铜合金钛及钛合金钛及钛合金（有色金属）（有色金属）工程材料学工程材料学引引言言 非非铁铁金属材料是指钢铁材料以外的各种金属材金属材料是指钢铁材料以外的各种金属材料，又称为料，又称为有色金属有色金属，而把钢铁材料称为，而把钢铁材料称为黑色金属黑色金属材料。这些金属及其合金具有许多特殊的性能，例材料。这些金属及其合金具有许多特殊的性能，例如比强度高、导电性或导热性好、耐腐蚀性及耐热如比强度高、导电性或导热性好、耐腐蚀性及耐热性高等。因为他们有着钢铁材料无法替代的性能，性高等。因为他们有着钢铁材料无法替代的性能

2、，所以在机电、仪表、特别是航海、航空、航天等工所以在机电、仪表、特别是航海、航空、航天等工业中具有重要的作用。生产中常用的有铝、铜、钛、业中具有重要的作用。生产中常用的有铝、铜、钛、镁、锌等金属及其合金，以下仅介绍几种工程材料镁、锌等金属及其合金，以下仅介绍几种工程材料中最常用的非铁金属的性能特点及使用状况。中最常用的非铁金属的性能特点及使用状况。工程材料学工程材料学第一节第一节铝铝及铝合金及铝合金一、纯铝一、纯铝 1 1性能特点性能特点 比重小比重小、比比强强度高度高 铝铝的的密度密度(比重比重)为为2.7g/cm2.7g/cm3 3，仅仅为钢为钢的的三分之一，三分之一，铝铝合金合金经处经处

3、理后，理后，单单位位质质量材料能承受的量材料能承受的载载荷荷远远大于高大于高强强度度钢钢。优优良的物理、化学性能良的物理、化学性能 铝铝的的导电导电性和性和导热导热性性仅仅次于次于AgAg、CuCu、AuAu，但但单单位重量的位重量的导电导电能力却是能力却是铜铜的的200200。铝铝表面可生成表面可生成致密的氧化膜，可以有效的抵抗大气腐致密的氧化膜，可以有效的抵抗大气腐蚀蚀，但不耐酸、碱、，但不耐酸、碱、盐盐液腐液腐蚀蚀。铝为铝为非非铁铁磁性材料。磁性材料。良好的加工性能良好的加工性能 强强度不高度不高(b b8080100MPa)100MPa)，塑性很好塑性很好(35354040 8080)

4、,),熔点低熔点低(Tm=660)(Tm=660)。冷冷变变形、切削、形、切削、铸铸造、造、焊焊接都比接都比较较容易。容易。工程材料学工程材料学第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金工业纯铝分为纯铝和高纯铝。工业纯铝分为纯铝和高纯铝。高纯铝：高纯铝：纯度大于纯度大于99.85%99.85%，编号越大纯度越高。主要用来制作铝，编号越大纯度越高。主要用来制作铝箔、电容器、科研材料。箔、电容器、科研材料。纯铝：纯铝：纯度从纯度从99%99%99.8599.85，编号越大纯度越低。主要用来制作，编号越大纯度越低。主要用来制作电线、电缆、器皿等。电线、电缆、器皿等。纯铝又分为铸造纯铝及变形铝纯铝又分为铸造纯

5、铝及变形铝铸造纯铝铸造纯铝，如，如ZAl99.5，Z铸，数字表示铝含量的百分数。铸，数字表示铝含量的百分数。变形纯铝变形纯铝,，如如1A93，1纯铝，纯铝，27表示以表示以Cu、Mn、Si、Mg、Zn为主要合金元素的铝合金；为主要合金元素的铝合金；字母字母A原始纯铝或铝原始纯铝或铝合金，其它字母（如合金，其它字母（如B）表示原始纯铝或铝合金的改型；后面）表示原始纯铝或铝合金的改型；后面两位数字，对于纯铝，表示铝含量的百分数两位数字，对于纯铝，表示铝含量的百分数99.93中小数点中小数点后的数字；对于铝合金，则作为顺序号，如后的数字；对于铝合金，则作为顺序号，如2A01，2A11。2 2工业工业

6、纯铝纯铝的牌号和用途的牌号和用途 工程材料学工程材料学二、铝合金二、铝合金第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金铝铝合合金金分分类类 根根据据成成分分及及工工艺艺特特点点，铝铝合合金金分分变变形形铝铝合合金和铸造铝合金两类。金和铸造铝合金两类。变变形形铝铝合合金金 成成分分低低于于D D的的合合金金，加加热热时时能能形形成成单单相相固固溶溶体体组组织织，塑塑性性较较好好，适适于于变变形形加加工工，称称为为变变形形铝铝合合金金。变变形形铝铝合合金金中中成成分分低低于于F F的的合合金金，因因不不能能进进行行热热处处理理强强化化，称称为为不不可可热热处处理理强强化化的的铝铝合合金金;成成分分位位于于F

7、-F-D D之之间间的的合合金金,可可进进行行固固溶溶时时效效强强化化,称称为为可可热热处处理理强强化的铝合金化的铝合金。铸造铝合金铸造铝合金成分高于成分高于D的合金的合金,由于冷却时有共晶由于冷却时有共晶反应发生反应发生,流动性较好流动性较好,适于铸造生产适于铸造生产,称为可铸造铝称为可铸造铝合金。合金。工程材料学工程材料学二、铝合金二、铝合金第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金 变变形形铝铝合合金金 ：包包括括不不可可热热处处理理强强化化的的铝铝合合金金；和和可可热热处处理理强化的铝合金强化的铝合金 铸造铝合金铸造铝合金F工程材料学工程材料学三、铝合金的强化原理三、铝合金的强化原理 第一节第

8、一节 铝铝及铝合金及铝合金纯铝固态无同素异晶转变，无法象钢那样进行相变热处理来纯铝固态无同素异晶转变，无法象钢那样进行相变热处理来强化，用冷加工强化，断裂强度强化，用冷加工强化，断裂强度b可以达到可以达到150250MPa，但塑性的牺牲较大。在铝中加入但塑性的牺牲较大。在铝中加入Cu、Mg、Mn、Si等元素，可等元素，可以采用热处理方法以采用热处理方法时效时效来强化。来强化。铝合金时效强化铝合金时效强化(1)(1)固溶处理固溶处理 将成分位于相图中将成分位于相图中D D-F F之间之间的合金加热到的合金加热到 相区相区,经保温获得单相经保温获得单相 固溶体后固溶体后迅速水冷，可在室温得到过饱迅

9、速水冷，可在室温得到过饱和的和的 固溶体固溶体,这种处理方这种处理方式称式称固溶处理固溶处理。工程材料学工程材料学三、铝合金的强化原理三、铝合金的强化原理 第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金(2)(2)时效时效 固固溶溶处处理理后后得得到到的的组组织织是是不不稳稳定定的的，有有分分解解出出强强化化相相过过渡渡到到稳稳定定状状态态的的倾倾向向。在在室室温温下下放放置置或或低低温温加加热热时时，强强度度和和硬硬度度会会明明显显升升高高。这这种种现现象象称称为为时时效效或或时时效效硬硬化化。在在室室温温下下进进行行的的称称自自然然时时效效；在在加加热热条条件件下下进行的称进行的称人工时效人工时效。如

10、：4%Cu的的Al-Cu合金，加热到合金，加热到550并保温并保温,在水中快冷时在水中快冷时,相相(CuAl2)来不及析出来不及析出,合金获得过合金获得过饱和的饱和的固溶体组织固溶体组织,其强度为其强度为b250MPa若在室温下放置若在室温下放置,随着时间的延续随着时间的延续,强度将逐渐强度将逐渐提高提高,经经45天后天后,b可达可达400MPa。工程材料学工程材料学三、铝合金的强化原理三、铝合金的强化原理第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金 时效温度越高，达到最高硬度所用时间越短，能达到的最时效温度越高，达到最高硬度所用时间越短，能达到的最高硬度值也越低，常用人工时效工艺为高硬度值也越低，常用

11、人工时效工艺为130130约约1010小小时时。工程材料学工程材料学三、铝合金的强化原理三、铝合金的强化原理 第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金(3)(3)回归回归 自自然然时时效效后后的的铝铝合合金金,在在200200250250短短时时间间(几几秒秒至至几几分分钟钟)加加热热后后,快快速速水水冷冷至至室室温温时时,可可以以重重新新变变软软。如如再再在在室室温温下下放放置置,则则又又能能发发生生正正常常的的自自然然时时效效。这这种种现现象象称称为为回回归归。一一切切能能时时效效硬硬化化的的合合金金都都有有回回归归现现象象。自自然然时时效效后后的的铝铝合合金金在在反反复复回回归归处处理理和和再

12、再时时效效时时强强度度有有所所降降低低。时时效效后后的的铝铝合合金金可可在在回回归归处处理理后后的的软软化化状状态态进进行行各各种种冷冷变变形形。利利用用这这种种现现象象，可可随随时进行飞机的铆接和修理等零件。时进行飞机的铆接和修理等零件。工程材料学工程材料学四、铝合金的牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金1.1.变形铝合金变形铝合金 由冶金厂进行处理并加工成各种型材，包括铝板、铝带、由冶金厂进行处理并加工成各种型材，包括铝板、铝带、铝棒、线材、管材、角铝和各种异型材等，通常使用厂家不必铝棒、线材、管材、角铝和各种异型材等，通常使用厂家不必在进行材质处理。由于在合

13、金中加入的合金元素不同，性能特在进行材质处理。由于在合金中加入的合金元素不同，性能特点也各不相同。常见的变形铝合金有：点也各不相同。常见的变形铝合金有：(1)防锈铝防锈铝牌号牌号LFxx主要在于进一步主要在于进一步提高对大气的腐蚀提高对大气的腐蚀，常用，常用来制造航空油箱、油管、以及器皿、日用品、门窗装饰品等。来制造航空油箱、油管、以及器皿、日用品、门窗装饰品等。防锈铝合金时效硬化效果不好，只能冷加工硬化。防锈铝合金时效硬化效果不好，只能冷加工硬化。GB/T16475GB/T16475-1996-1996GB3190-GB3190-8282抗拉强度抗拉强度3A213A21LF21LF21 Al

14、-Al-MnMn190MPa190MPa5A025A02LF2LF2Al-MgAl-Mg230MPa230MPa5A065A06LF6LF6Al-MgAl-Mg320MPa320MPa防锈铝中主要合金元素防锈铝中主要合金元素是锰和镁。锰提高抗蚀是锰和镁。锰提高抗蚀能力，并起固溶强化作能力，并起固溶强化作用。镁固溶强化，同时用。镁固溶强化，同时降低比重。降低比重。工程材料学工程材料学四、铝合金的牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金2.2.变形铝合金变形铝合金(2)(2)硬铝硬铝 牌号牌号LYxxLYxx 主要主要是是Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系合金。系合金。C

15、uCu、MgMg在在AlAl中可形成固溶体起固溶中可形成固溶体起固溶强化作用；时效过程中可以强化作用；时效过程中可以形成强化相形成强化相CuAlCuAl2 2、CuMgAlCuMgAl2 2，进行时效强化。进行时效强化。属于可热处属于可热处理强化的铝合金理强化的铝合金。GB/T16475GB/T16475-1996-1996GB3190-GB3190-8282抗拉强度抗拉强度2A012A01LY1LY1Al-Cu-MgAl-Cu-Mg2A112A11LY11LY11420MPa420MPa2A122A12LY12LY12475MPa475MPa硬铝的耐蚀性不高，通常需进行阳极化处理，使其表面形

16、成硬铝的耐蚀性不高，通常需进行阳极化处理，使其表面形成（包覆）一层纯铝（称为包铝）。（包覆）一层纯铝（称为包铝）。可轧制成板材、管材，制造较高载荷下的铆接和焊接零件，可轧制成板材、管材，制造较高载荷下的铆接和焊接零件，如飞机构架、螺旋浆叶片及铆钉等。如飞机构架、螺旋浆叶片及铆钉等。工程材料学工程材料学四、铝合金的牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金2.2.变形铝合金变形铝合金(3)超硬铝超硬铝牌号牌号LCxx为为Al-Cu-Mg-Zn系合金。锌、铜、系合金。锌、铜、镁与铝形成固溶体和多种复镁与铝形成固溶体和多种复杂的第二相杂的第二相(例如例如MgZn2、Al2Cu

17、Mg、AlMgZnCu等等)。GB/T16475-1996GB3190-82抗拉强度抗拉强度7A04LC4Al-Cu-Mg-Zn600MPa7A09LC9660MPa 合合金金经经固固溶溶处处理理和和人人工工时时效效后后，可可获获得得很很高高的的强强度度和和硬硬度度，高高于于优优质质碳碳素素结结构构钢钢，是是强强度度最最高高的的一一类类铝铝合合金金。但但这这类类合合金金的抗蚀性较差，高温下软化快。用包铝法可提高抗蚀性。的抗蚀性较差，高温下软化快。用包铝法可提高抗蚀性。超硬铝合金多用于制造受力大的重要构件，如飞机大梁、超硬铝合金多用于制造受力大的重要构件，如飞机大梁、起落架等。起落架等。工程材料

18、学工程材料学四、铝合金的牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金2.2.变形铝合金变形铝合金(4)锻铝锻铝牌号牌号LDxx通常通常为为Al-Cu-Mg-Si合金。强化方式仍是固合金。强化方式仍是固溶处理和人工时效。它的强度溶处理和人工时效。它的强度b400500MPa，塑性较好，塑性较好，可以锻造成型，用来制造一些复杂的结构零件，如直升机的桨可以锻造成型，用来制造一些复杂的结构零件，如直升机的桨叶、航空发动机活塞等。叶、航空发动机活塞等。GB/T16475GB/T16475-1996-1996GB3190-GB3190-8282抗拉强度抗拉强度2A502A50LD5L

19、D5Al-Cu-Al-Cu-Mg-Mg-SiSi420MPa420MPa2B502B50LD6LD6340MPa340MPa2A142A14LD10LD10480MPa480MPa变形铝合金的具体成分和性能指标参数参看教材附表（变形铝合金的具体成分和性能指标参数参看教材附表（P213表表8-3、P214表表8-4）。）。工程材料学工程材料学四、铝合金的牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节铝铝及铝合金及铝合金3.铸造铝合金铸造铝合金牌号牌号：ZLxxx表示，表示，ZL为铸铝，后为三位数字，第一个数字为铸铝，后为三位数字，第一个数字表示合金类型，即主合金元素表示合金类型，即主合金元素(1S

20、i2Cu3Mg4Zn等等)，后两位表示合金顺序号，对应不同的化学成分。各自，后两位表示合金顺序号，对应不同的化学成分。各自的成分和性能特点查相关手册。的成分和性能特点查相关手册。主要用途主要用途：铸造铝合金用于制造形状复杂的零件，例如仪表、：铸造铝合金用于制造形状复杂的零件，例如仪表、内燃机活塞、飞机等壳体零件。主要利用质轻、比强度高内燃机活塞、飞机等壳体零件。主要利用质轻、比强度高的特点。的特点。处理特点处理特点：铸造中采用钠盐变质处理来细化晶粒。事后进行均：铸造中采用钠盐变质处理来细化晶粒。事后进行均匀化、时效强化等处理。匀化、时效强化等处理。工程材料学工程材料学四、铝合金的牌号及应用四、

21、铝合金的牌号及应用第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金3.3.铸造铝合金铸造铝合金 (1)Al-Si系系合合金金，简简单单硅硅铝铝明明(Silumin)ZL102(含含1013%Si)铸铸造造后后几几乎乎全全部部得得到到共共晶晶体体组组织织(+Si),具具有有优优良良的的铸铸造造性性能能(熔熔点点低低、流动性好、收缩小流动性好、收缩小)。在在一一般般情情况况下下，ZL102的的共共晶晶体体由由粗粗针针状状硅硅晶晶体体和和 固固溶溶体体构构成成,强强度度和和塑塑性都较差。性都较差。工程材料学工程材料学四、铝合金的牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节 铝铝及铝合金及铝合金3.3.铸造铝合金铸

22、造铝合金 变质处理变质处理 浇铸前向合金液中加入占合金重量浇铸前向合金液中加入占合金重量2 23%3%的变质剂的变质剂(常用钠盐混合物常用钠盐混合物:2/3NaF+1/3NaCl):2/3NaF+1/3NaCl)以细化合金组织以细化合金组织,显显著提高合金的强度及塑性。著提高合金的强度及塑性。经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生固溶体固溶体,获获得得亚共晶组织亚共晶组织。这是由于加入钠盐后，铸造冷却较快时共。这是由于加入钠盐后，铸造冷却较快时共晶点右移的缘故。晶点右移的缘故。(a)未变质处理未变质处理(b)变质处理后变质处理后工程材料学工程材料学

23、第一节第一节铝铝及铝合金及铝合金3.铸造铝合金铸造铝合金ZL102铸造性能很好，焊接性能也好，比重小，并有相当好的铸造性能很好，焊接性能也好，比重小，并有相当好的抗蚀性和耐热性，但不能时效强化，强度较低，经变质处抗蚀性和耐热性，但不能时效强化，强度较低，经变质处理后理后,b最高不超过最高不超过180MPa。该合金仅适于制造形状复杂该合金仅适于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，例如仪表、水泵壳体以及一些承但强度要求不高的铸件，例如仪表、水泵壳体以及一些承受低载荷的零件。受低载荷的零件。在简单硅铝明基础上加入在简单硅铝明基础上加入Cu、Mg等合金元素，构成等合金元素，构成复杂硅铝复杂硅铝明明，如，

24、如ZL105等，形成强化相等，形成强化相CuAl2、Mg2Si、Al2CuMg，在变质处理和时效硬化的综合作用下，可使强度提高到在变质处理和时效硬化的综合作用下，可使强度提高到200230MPa。用途用途制造低强度的、形状复杂的铸件，例如电动机壳体、气制造低强度的、形状复杂的铸件，例如电动机壳体、气缸体以及一些承受低载荷的零件等。缸体以及一些承受低载荷的零件等。(2)其他铸造铝合金其他铸造铝合金Al-Cu；Al-Mg；Al-Zn；Al-Li工程材料学工程材料学第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金纯铜的比重纯铜的比重8.9g/cm3，熔点熔点1083，为为面心立方晶格，面心立方晶格，无同素异晶无同素

25、异晶转变转变。铜铜是人是人类类用得最早的金属材料用得最早的金属材料。1 1铜及其合金的性能特点铜及其合金的性能特点1)优异的导电性和导热性；优异的导电性和导热性；2)对大气、水有良好的耐腐蚀性；对大气、水有良好的耐腐蚀性；3)良好的加工性能，可以冷、热变形成型，可以铸造成良好的加工性能，可以冷、热变形成型，可以铸造成型，便于切削加工；型，便于切削加工；4)强度不高强度不高(b=200250MPa)，硬度低硬度低(HB=4050)，塑性很好塑性很好(4550)；但构成的一些合金有好的但构成的一些合金有好的减摩性、耐磨性，有些有高的弹性极限和疲劳极限；减摩性、耐磨性，有些有高的弹性极限和疲劳极限；

26、5)外表色泽美观。外表色泽美观。工程材料学工程材料学一、工业纯铜一、工业纯铜第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金成分：成分：以铜的含量为主体，其他为杂质，其以铜的含量为主体，其他为杂质，其中常见元素有中常见元素有Pb、Bi、O、S、P、等，它等，它们降低了材料的导电、导热性能们降低了材料的导电、导热性能,特别是特别是高温或低温下明显降低了材料的塑性。高温或低温下明显降低了材料的塑性。牌号：牌号：T1T4其铜的含量为其铜的含量为99.9599.5。纯铜有玫瑰红色，。纯铜有玫瑰红色，表面形成氧化膜后呈紫色，故一般称为表面形成氧化膜后呈紫色，故一般称为紫铜紫铜。T199.95%T299.90%T399.

27、70%T499.5%用途：用途：用于电工导体材料，制作电线、电缆、电气开关、导电垫用于电工导体材料，制作电线、电缆、电气开关、导电垫圈、螺杆等。圈、螺杆等。T3、T4为一般用铜材，制作油管、油嘴等。为一般用铜材，制作油管、油嘴等。用于真空电气元件的纯铜，还需要经过还原气氛保护熔炼得用于真空电气元件的纯铜，还需要经过还原气氛保护熔炼得到的无氧铜，以及用到的无氧铜，以及用P或或Mn进行脱氧铜。进行脱氧铜。工程材料学工程材料学二、黄铜二、黄铜（铜锌合金（铜锌合金)第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金Zn对黄铜性能的影响：对黄铜性能的影响：Zn加入到加入到铜铜中，能明中，能明显显的改善其力学性能，并且随的

28、改善其力学性能，并且随Zn含量的含量的增加，增加，强强度和塑性同度和塑性同时时提高，提高，这这在金属材料中是在金属材料中是难难得的。当得的。当Zn含量增加到含量增加到3032时时，延伸率，延伸率达到最大达到最大值值(10)；当；当Zn含量增加到含量增加到45时时，强强度度b达到最大达到最大值值(约约650MPa)，所所以工以工业业用黄用黄铜铜中中Zn的含量一般在的含量一般在45以下。以下。具有良好的具有良好的铸铸造性能，特造性能，特别别是是Zn含量含量10和和38时时，铸铸造的造的缩缩孔集中，孔集中，铸铸件的致密件的致密度度高。高。具有良好的耐腐具有良好的耐腐蚀蚀行，特行，特别别是在大气、海水

29、中。是在大气、海水中。Cu对对Zn在很大的范在很大的范围围内可以溶解，同内可以溶解，同时时Zn入到入到Cu中形成的中形成的合金称为黄铜，这时材料呈颜色淡黄色，故称为合金称为黄铜，这时材料呈颜色淡黄色，故称为黄铜黄铜。工程材料学工程材料学二、黄铜二、黄铜（铜锌合金（铜锌合金)第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金工程材料学工程材料学第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金常用黄铜：常用黄铜：1单相黄铜单相黄铜组织为单一的组织为单一的相相(WZn32%)牌号有牌号有H96、H90、H85、H80、H75、H70、H68。其中的其中的数字为数字为Cu的含量，其余为的含量，其余为Zn。具有极好的冷塑性变形能力，具有

30、极好的冷塑性变形能力，用来制作散热器的管道、叶片，装饰品，深冲压类零件等。用来制作散热器的管道、叶片，装饰品，深冲压类零件等。2双相黄铜双相黄铜组织为组织为两相两相其中其中是以是以电电子化合物子化合物CuZn为为基的固溶体，具有体心立方晶基的固溶体，具有体心立方晶格，高温下有好的塑性，温度低于格，高温下有好的塑性，温度低于456时转变为时转变为有序化有序化转变转变成成，塑性明塑性明显显下降。下降。两相黄两相黄铜铜的牌号有的牌号有H62、H59，其其强强度高于度高于单单相黄相黄铜铜，但塑，但塑性低于性低于单单相黄相黄铜铜，使用状，使用状态为态为生生产产厂的厂的铸铸件或冶金厂高温件或冶金厂高温轧轧

31、制制的邦、板等型材。常用来制造的邦、板等型材。常用来制造铆钉铆钉、螺帽、螺帽、垫垫圈等圈等电电气零件。气零件。黄铜不仅有很好的冷热加工性能，还有很好的铸造性能，并黄铜不仅有很好的冷热加工性能，还有很好的铸造性能，并且对于大气、海水具有相当的耐蚀能力。且对于大气、海水具有相当的耐蚀能力。工程材料学工程材料学二、黄铜二、黄铜（铜锌合金（铜锌合金)第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金常用黄铜：常用黄铜：3 3特殊黄特殊黄铜铜 在在CuCuZnZn黄黄铜铜的基的基础础上加入上加入SnSn、PbPb、ALAL、SiSi、MnMn等元素，改等元素，改变变相相应应的性能。的性能。牌号：牌号：为为H H元素符号元

32、素符号xxxxx x，元素符号元素符号为为ZnZn以外的主元素，第一以外的主元素，第一部分数字部分数字为为含含铜铜量，第二部分数字量，第二部分数字为为ZnZn外的主元素量，余量外的主元素量，余量为为ZnZn。例如：例如：H HPbPb64-264-2表示含铜量为表示含铜量为64%64%，含铅，含铅2%2%，其余为，其余为锌的黄铜。锌的黄铜。用途：用途：品种繁多，例如品种繁多，例如铅铅黄黄铜铜H HPbPb64-264-2可用来制作可用来制作钟钟表或汽表或汽车车用用一般零件；一般零件；铝铝黄黄铜铜HAl77-2HAl77-2可用来制作可用来制作齿轮齿轮、涡轮涡轮、衬衬套、螺旋套、螺旋桨桨的耐腐的

33、耐腐蚀蚀零件等等。零件等等。工程材料学工程材料学三、白铜三、白铜第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金 白铜是白铜是CuCuNiNi系合金，以及系合金，以及Cu-Ni-ZnCu-Ni-Zn、Cu-Ni-Cu-Ni-MnMn系合金的系合金的通称。通称。这类铜合金具不仅有较好的强度和优良的这类铜合金具不仅有较好的强度和优良的塑性塑性，可以进，可以进行冷、热变形加工，而且耐腐蚀性很好。主要用来制造蒸气行冷、热变形加工，而且耐腐蚀性很好。主要用来制造蒸气和海水环境中工作的精密仪器、仪表零件、化工机械零件及和海水环境中工作的精密仪器、仪表零件、化工机械零件及医疗器械等。含锰量较高的白铜可用来制作热电偶丝及变阻

34、医疗器械等。含锰量较高的白铜可用来制作热电偶丝及变阻器，另一典型用途就是镶牙和制作奖牌。器，另一典型用途就是镶牙和制作奖牌。工程材料学工程材料学四、青铜四、青铜第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金1 1锡青铜锡青铜 除黄铜除黄铜(Cu(CuZn)Zn)、白铜白铜(Cu(CuNi)Ni)外其余的铜合金的总称。外其余的铜合金的总称。牌号为牌号为 Q Q元素符号元素符号xxxxx x，其中其中 Q Q表示青铜，元素符号为主元素，表示青铜，元素符号为主元素，第一部分数字为主合金元素的含量，第二部分数字为其它合金第一部分数字为主合金元素的含量，第二部分数字为其它合金元素的含量。对铸造青铜在前面加字母元素的含

35、量。对铸造青铜在前面加字母Z Z。人类最早使用的金属材料，古代的剑、镜、鼎都是用锡青铜人类最早使用的金属材料，古代的剑、镜、鼎都是用锡青铜铸造成。工业青铜含锡在铸造成。工业青铜含锡在314之间。铸造收缩率很小，之间。铸造收缩率很小，能铸造形状复杂，截面厚薄相差较大的制品。能铸造形状复杂，截面厚薄相差较大的制品。锡青铜表面易形成锡青铜表面易形成CuCu2 2O O及及CuCOCuCO3 3*Cu(OH)*Cu(OH)2 2构成的致密薄膜，对构成的致密薄膜，对大气、海水、碱性溶液有由于黄铜的耐腐蚀能力，强度、硬度大气、海水、碱性溶液有由于黄铜的耐腐蚀能力，强度、硬度也比黄铜高，但易被氨水和酸性介质

36、浸蚀。也比黄铜高，但易被氨水和酸性介质浸蚀。工程材料学工程材料学四、青铜四、青铜第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金2 2铝青铜铝青铜 含铝含铝10左右的合金具有强度高（左右的合金具有强度高（400500MPa），），结晶温结晶温度范围小，铸件致密，具有高的耐大气、海水、碳酸腐蚀能力，度范围小，铸件致密，具有高的耐大气、海水、碳酸腐蚀能力，同时具有耐磨损、耐寒冷、冲击时无火花等特点。例如同时具有耐磨损、耐寒冷、冲击时无火花等特点。例如QAl94(9%Al-4%Fe-Cu)用来制作用来制作齿轮齿轮、涡轮涡轮、衬衬套、螺旋套、螺旋桨桨的耐腐的耐腐蚀蚀零件等。零件等。3.3.铍铍青青铜铜 QBe2(2%

37、Be-0.4%Ni-Cu),含含铍铍青青铜热处铜热处理后，可以理后，可以获获得很高的得很高的力学性能力学性能,(b1200-1400MPa，2-4，HB330-400)，铍铍青青铜铜不不仅仅强强度、硬度、度、硬度、弹弹性、耐磨性高，而且抗性、耐磨性高，而且抗蚀蚀性、性、导热导热性、性、导导电电性、耐寒性也非常好，并且无磁性、冲性、耐寒性也非常好，并且无磁性、冲击击无火花。无火花。铍铍青青铜铜主主要用于制作重要要用于制作重要弹弹簧，簧，弹弹性元件、性元件、钟钟表、表、仪仪器零件和防爆工具器零件和防爆工具等等，但是价格太等等，但是价格太贵贵妨碍其在工妨碍其在工业业中的大量中的大量应应用。用。工程材

38、料学工程材料学第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金一、性能特点一、性能特点1)密度小密度小(4.5g/cm(4.5g/cm3 3)、熔点高熔点高(1668(1668)，强度相当于优质钢，强度相当于优质钢，所以比强度高，是好的热强合金材料。所以比强度高，是好的热强合金材料。2)热膨胀系数小，加热时热应力小。热膨胀系数小，加热时热应力小。3)导热性差、摩擦系数大，切削加工困难。导热性差、摩擦系数大，切削加工困难。4)对大气、高温气体、氧化性海水具有极高的耐腐蚀性，对对大气、高温气体、氧化性海水具有极高的耐腐蚀性，对硝酸、铬酸、碱液、有机酸也具有良好的耐蚀性，但不耐硝酸、铬酸、碱液、有机酸也具有良好的耐

39、蚀性，但不耐氢氟酸腐蚀。氢氟酸腐蚀。钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀以钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点，同时资源丰富，所以有着广泛应及良好低温韧性等优点，同时资源丰富，所以有着广泛应用前景。但目前钛及钛合金的加工条件复杂，成本较昂贵。用前景。但目前钛及钛合金的加工条件复杂，成本较昂贵。工程材料学工程材料学二、工业纯钛二、工业纯钛第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金晶晶体体结结构构 钛钛在在固固态态有有两两种种结结构构882.5882.5以以下下为为密密排排六六方方晶晶格格,称称-Ti-Ti;882.5882.5以以上上直直到到熔熔点点为为体体心心立

40、立方方晶格晶格,称称-Ti-Ti。在在882.5882.5时发生同素异构转变时发生同素异构转变 :-Ti-Ti-Ti-Ti-Ti-Ti塑塑性性好好，-Ti-Ti虽虽是是密密排排六六方方，单单滑滑移移系系多多，塑塑性性也好。也好。工程材料学工程材料学二、工业纯钛二、工业纯钛第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金 高纯高纯TiTi的强度并不高，仅的强度并不高，仅250250290MPa290MPa。随着杂质含量的增加，钛的强度增加，而塑性下随着杂质含量的增加，钛的强度增加，而塑性下降。含有少量杂质的工业纯钛的抗拉强度达降。含有少量杂质的工业纯钛的抗拉强度达550550700MPa700MPa。牌号牌号

41、TA1TA1、TA2TA2、TA3TA3 编号越大杂质越多编号越大杂质越多,用用途途 可可制制作作在在500500以以下下工工作作的的、强强度度要要求求不不高高的的零零件。件。工程材料学工程材料学三、钛合金三、钛合金 第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金 合金元素溶入合金元素溶入-Ti-Ti中中,形成形成固溶体固溶体,溶入溶入-Ti-Ti中形成中形成 固溶体。固溶体。稳稳定化元素定化元素:Al:Al、C C、N N、O O、P P等使同素异构等使同素异构转变转变温温度升高。度升高。稳稳定化元素定化元素:Fe:Fe、MoMo、MgMg、CrCr、MnMn、V V等使同素异构等使同素异构转变转变温度下

42、降。温度下降。根据使用状态的组织，钛合金可分为三类：根据使用状态的组织，钛合金可分为三类：钛合钛合金金、钛合金钛合金和和（）钛合金钛合金。牌号分别以。牌号分别以TATA、TBTB、TCTC加上编号来表示。加上编号来表示。工程材料学工程材料学三、钛合金三、钛合金 第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金1 1钛钛合金合金钛中加入铝、硼等钛中加入铝、硼等稳定化元素获得稳定化元素获得 钛合金。钛合金。钛合金钛合金的室温强度低于的室温强度低于 钛合金和（钛合金和（）钛合金，但高温钛合金，但高温(500(500600600)强度比它们的高，并且组织稳定，抗氧化性和抗蠕变性强度比它们的高，并且组织稳定，抗氧化性和

43、抗蠕变性好，焊接性能也很好。好，焊接性能也很好。钛合金不能淬火强化，主要依靠固溶钛合金不能淬火强化，主要依靠固溶强化，热处理只进行退火强化，热处理只进行退火(变形后的消除应力退火或消除加工硬变形后的消除应力退火或消除加工硬化的再结晶退火化的再结晶退火)。工工业业用用钛钛合金牌号合金牌号为为TA4TA4TA8TA8，其数其数值值高的表示高的表示强强度升度升高，高，强强度可达度可达1000MPa1000MPa，使用温度相使用温度相应应可提高，塑性可提高，塑性递递减。减。典型牌号典型牌号 TA7,TA7,成分为成分为Ti-5Al-2.5SnTi-5Al-2.5Sn。其使用温度不超过其使用温度不超过5

44、00500，主要用于制造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣等。，主要用于制造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣等。工程材料学工程材料学三、钛合金三、钛合金 第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金2 2钛钛合金合金 钛中加入钛中加入CrCr、MoMo、V V等等稳定化元素得到稳定化元素得到钛合金。钛合金。钛合金有较高的强度、优良的冲压性能，并可通过淬钛合金有较高的强度、优良的冲压性能，并可通过淬火和时效进行强化。在时效状态下，合金的组织为火和时效进行强化。在时效状态下，合金的组织为 相和弥散分布的细小相和弥散分布的细小 相粒子。相粒子。典型牌号典型牌号 TB1TB1,成分为成分为Ti-3Al-13V-

45、11Cr,Ti-3Al-13V-11Cr,一般在一般在350350以下使用以下使用,适于制造压气机叶片、轴、轮适于制造压气机叶片、轴、轮盘等重载的回转件，以及飞机构件等。盘等重载的回转件，以及飞机构件等。但但这这种合金种合金耐耐蚀性差，熔炼工艺复杂，故应用不广泛。蚀性差，熔炼工艺复杂，故应用不广泛。工程材料学工程材料学三、钛合金三、钛合金 第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金3 3钛钛合金合金 同同时时加入了加入了稳稳定元素和定元素和稳稳定元素，定元素，可得到可得到钛钛合金合金，两个相都得到两个相都得到强强化化，兼有两类钛合金的优点，兼有两类钛合金的优点。材料具有良好的。材料具有良好的综综合力学性

46、能，即合力学性能，即强强度度较较高，塑性良好。高，塑性良好。焊焊接性能不及接性能不及钛钛合金，合金，然而两相混合的然而两相混合的钛钛合金的生合金的生产产工工艺较为简单艺较为简单，可以用，可以用热处热处理来理来调调整两相的比例来改整两相的比例来改变变性能。性能。牌号有牌号有TC1TC10，b6001050MPa，数字高的数字高的强强度高，度高，塑性相差不大塑性相差不大，9%。典型牌号典型牌号TC4成分为成分为Ti-6Al-4V。它强度高，塑性好，在它强度高，塑性好，在400时组织稳定，蠕变强度较高，低温时有良好的韧性，并有时组织稳定，蠕变强度较高，低温时有良好的韧性，并有良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀的能力，适于制造在良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀的能力，适于制造在400以下长期工作的零件，要求一定高温强度的发动机零件，以下长期工作的零件，要求一定高温强度的发动机零件，以及在低温下使用的火箭、导弹的液氢燃料箱部件等。以及在低温下使用的火箭、导弹的液氢燃料箱部件等。工程材料学工程材料学作业作业P143：5-4,5-7,5-10P160：6-4,6-8,6-10P205：7-8,7-9