有色金属材料ppt课件.ppt

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1、1第八章 有色金属及其合金有色金属定义：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分类：轻金属：铝、镁、钛、铍-低密度、高比强度贵金属：金、银、铜-导电导热耐腐蚀其他金属高熔点合金高熔点合金Ni,W,Ta,MoNi,W,Ta,Mo稀土金属、原子能材料等稀土金属、原子能材料等有色金属应用：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28.1.1 工业纯铝8.1 铝及铝合金纯铝的结构特点：FCC结构；无同素异构转变纯铝的性能特点：资源丰富，地壳总量8.2%物理性能银白光泽密度2.72g.cm-3,熔点660C导电导热性好，仅次于Cu,Ag化学性能：优异的化学稳定性力

2、学性能强度较低，室温50MPa；极好的塑性和韧性,无冷脆纯铝应用：合金组元，化工原料，包覆材料，电力电子，电磁屏蔽，科学实验38.1.2 铝合金及其分类8.1 铝及铝合金1.铝的合金化及其特点铝合金结构材料合金化主要目的改善材料的工艺和使用性能最高强度可达400 700 MPa，耐热性达300C合金化元素（见相图）主要元素：Cu,Mg,Si,Mn,Zn,Li其它元素：Ni,B,Zr,Cr,Ti,RE力学性能主要合金化元素：固溶强化作用，同时通过时效强化效应起到第二相强化效果其它合金化元素第二相强化效应4铝合金相图及合金分类：变形铝合金及铸造铝合金8.1.2 铝合金及其分类8.1 铝及铝合金52

3、.铝合金的强化方式强化方式主要有五种：固溶强化时效（沉淀）强化过剩（第二相）强化形变强化细化组织强化问题：试说明如何实现上述五种强化过程8.1.2 铝合金及其分类8.1 铝及铝合金6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）、时效退火低温退火（去应力退火）再结晶退火均匀化退火淬火（固溶处理）时效人工时效、自然失效单级时效、多级时效问题：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8.1.3 铝合金的热处理8.1 铝及铝合金7铝合金的时效处理与强化铝无同素异构转变，不能利用马氏体相变强化时效：冷却方式的影响很重要缓慢冷却：第二相主要沿基体相的晶界析

4、出，且易于长大粗化强化效果不好，甚至会脆化固溶并快速冷却（淬火），获得过饱和固溶体过饱和固溶体在室温下停留或在较低的温度下保温时效温度下，过饱和固溶体不稳定，会逐渐在基体内部脱溶析出第二相，且由于析出温度低，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8.1.3 铝合金的热处理8.1 铝及铝合金81.铸造铝合金分类：按主要合金元素分为Al-Si,Al-Cu,Al-Mg,Al-Zn 性能特点及应用Al-Si系：铝硅明、变质处理、变质处理、铸造性能好；牌号ZL10XAl-Cu系：高温性能、耐蚀性差;牌号ZL20XAl-Mg系：抗冲击、耐腐蚀，但耐热性差;牌号ZL30XA

5、l-Zn系：尺寸稳定、便宜，但力学性能和耐蚀性一般;；牌号ZL40X8.1.4 常用铝合金及其应用8.1 铝及铝合金9108.1.4 常用铝合金及其应用8.1 铝及铝合金118.1.4 常用铝合金及其应用8.1 铝及铝合金2.变形铝合金分类：以性能和使用特点分为防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝（可热处理强化）性能特点及应用防锈铝：Al-Mn、Al-Mg合金；牌号LF硬铝：Al-Cu-Mg,强度可达420MPa;牌号LYxx超硬铝：Al-Cu-Mg-Zn,强度可达680MPa;牌号LCYxx锻铝：Al-Mg-Si-Zn，合金元素多、含量低，强度与硬铝类似；牌号LDxx问题：时效铝合金的耐腐蚀性一般较差

6、，说明原因128.2 镁及镁合金Al合金合金Mg合金合金密度密度2.721.74资源资源占地壳占地壳8.2%2.5%结构结构FCCHCP熔点熔点660C650C强度强度合金可达合金可达450MPa合金合金350MPa弹性模量弹性模量较大较大较小较小(抗冲击振动性好抗冲击振动性好)塑性、韧性塑性、韧性好好差差耐蚀性耐蚀性(常规条件常规条件)好好差差导电、导热性导电、导热性好好差差主要合金化元素主要合金化元素CuMgSiMnZnLiAlZnMnZr合金分类合金分类铸造类、变形类铸造类、变形类铸造类、变形类铸造类、变形类强化与热处理强化与热处理五种五种与铝类似与铝类似138.3.1 工业纯铜及其应用

7、8.3 铜及铜合金纯铜的结构特点：FCC结构；无同素异构转变纯铜的性能特点：物理性能紫红色（紫铜）；密度8.9g.cm-2,熔点1083C导电导热性好，仅次于Ag无磁性，碰撞无火花化学性能：常规条件化学性质稳定；在海水,铵盐,碳酸盐,氧化酸环境下不耐蚀力学性能强度较高，室温200MPa；极好的塑性和韧性,无冷脆纯铜应用：电力电子（电缆、电刷、电线），防磁机械，换热管，深冷设备等148.3.2 铜的合金化及分类8.3 铜及铜合金1.铜的合金化：与与AlAl、MgMg合金化类似合金化类似固溶强化元素：Zn,Sn,Al,Mn,Ni(固溶度9.4%)显著沉淀元素：Be,Ti,Zr,Cr问题：指出铜合金

8、的强化方法？2.2.铜合金分类：铜合金分类：与与AlAl、MgMg合金类似合金类似成型方法：铸造铜合金、变形铜合金铸造合金主要指含高锡、高锰、高铅铜合金其他铜合金均为变形铜合金化学成分：黄铜、青铜和白铜黄铜：以锌为主要合金元素白铜：以镍为主要合金元素青铜：除锌、镍以外的其它元素为主要合金化元素158.3.3 常用铜合金及特点8.3 铜及铜合金1.黄铜的特性及其应用以锌为主要合金化元素，包括普通黄铜和特殊黄铜普通黄铜:Cu-Zn二元合金,普通黄铜牌号-H62,H90普通黄铜主要特点：色彩美丽单相黄铜机械性能好，易于冷成形加工对大气、海水很耐蚀可用于防护层、冷凝器、弹壳168.3.3 常用铜合金及

9、特点8.3 铜及铜合金普通黄铜的热处理单相黄铜不能进行热处理强化，但低温形变后必须进行去应必须进行去应力退火力退火（260280C）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使用注意事项：脱锌腐蚀和应力腐蚀加砷或镁抑制脱锌腐蚀去应力退火、表面喷丸或表面改性防止应力腐蚀178.3.3 常用铜合金及特点8.3 铜及铜合金特殊黄铜:除锌外，还加入Al、Sn、Mn、Ni等元素的黄铜。有锰黄铜、铅黄铜、铝黄铜等特殊黄铜牌号：HMn58-2,HPb59-1其他合金元素作用：提高硬度、耐磨性、抗蚀性Al、Sn、Mn、Ni提高抗蚀性和耐磨性Mn提高耐热性Pb改善切削性能和润滑性

10、黄铜的主要应用：普通黄铜主要应用：弹壳、耐蚀件、装饰特殊黄铜主要应用：螺旋桨、压紧螺帽、重要耐蚀件188.3.3 常用铜合金及特点8.3 铜及铜合金2.白铜的特性及其应用以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白铜牌号：B30(简单白铜，含Ni30%)；BFe5-1(特殊白铜，含Ni5%,Fe1%)耐蚀白铜：主要为简单白铜，B5,B19,B30性能：高化学稳定性,冷热加工性好,抗腐蚀疲劳性好应用：海水及蒸汽环境中精密仪表零件,高温高压管道电工白铜：主要性能：高电阻、高热电势、极小的电阻温度系数应用：电阻器、热电偶及其补偿线，加热器等常用材料：B16,BMn3-12

11、(锰铜)，BMn40-1.5(康铜)198.3.3 常用铜合金及特点8.3 铜及铜合金3.青铜合金及其应用青铜成分：以除Zn、Ni以外的元素为主要合金化元素 青铜牌号：QBe2,QSn10-2,QAl19-4锡青铜Sn含量决定其性能Sn(57%)，塑性好，适于冷热加工，做耐蚀件Sn(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铝青铜、铍青铜：成分：Al12%；Be1.72.5%强化：时效强化效果显著性能特点：力学性能优秀、其他特殊电磁、耐腐蚀性能应用：高强度、高耐磨耐蚀和弹性零件208.4.1 纯钛的性质及应用8.4 钛及钛合金纯钛结构特点：HCP(

12、)-BCC()同素异构转变纯钛的性能特点：物理性能银白色；密度4.54g.cm-2,熔点1680C导热性差，线膨胀小化学性能：活泼，可与C,H,O,N反应;高温耐蚀性差大气,海水,中性及氧化性介质耐蚀力学性能强度较高，室温260MPa；可相变强化弹性模量低，抗冲击；塑性韧性好，高低温性能好纯铜应用：航空航天航海、化工等领域结构材料218.4.2 钛的合金化及分类8.4 钛及钛合金合金化特点与相图有关与,相完全固溶元素，如Zr、Hf等相稳定元素，扩大相区。如Al,Ni,Sn,O,C相稳定元素，扩大相区。如Nd,Mo,V,W产生共析型相图元素。如Ag,Cu,Fe,Cr,Mn,Si按退火状态，钛合金

13、分为型(TA48),型(TB12),+型(TC110)228.4.2 钛的合金化及分类8.4 钛及钛合金23退火：去应力退火(450650C)，再结晶退火(750800 C)淬火及时效：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；强化效果不如钢的M体相变强化时效温度(450650C)。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8.4.3 钛合金的热处理8.4 钛及钛合金241.型钛合金：不能热处理强化室温强度较低，耐蚀成形焊接性好热强性和蠕变强度最高制作飞机构件、发动机叶片，超低温容器等2.型钛合金型

14、合金元素Mn、Cr、Mo、V,可淬火时效强化室温强度可达b1300MPa,为5%塑性韧性好，耐热性差。不常应用，一般作紧固件3.(+)型钛合金兼有和型钛合金的优点综合机械性能好。耐热、耐寒、耐蚀，强度高8.4.4 钛合金的性能特点和应用8.4 钛及钛合金258.5.1 轴承合金滚动轴承滑动轴承比较滚动轴承与滑动轴承服役条件、选材性能特点的异同26轴承合金：指用与制造滑动轴承轴瓦及其内衬的合金滑动轴承合金的工作条件：轴高速旋转时，承受轴颈周期性负荷保证轴的准确定位轴与轴瓦间强烈摩擦磨损效应（边界润滑）启动、停车及重载时一定的冲击作用8.5.1 轴承合金27 轴承合金性能要求足够的抗压强度和疲劳强

15、度良好的减摩性（耐磨）、磨合性，抗冷焊性一定的塑性和韧性良好的导热性和小的膨胀系数轴承合金的组织结构特征合金组成：采用对钢铁互溶性小的元素组成，Sn,Pb,Al,Cu,Zn等，对钢的粘着性和擦伤性小组织特点：软基体上均匀分布硬质点或硬基体上均匀的软质点-硬相承载、软相润滑（或间接润滑）含有适量低熔点元素：展平、润滑8.5.1 轴承合金28 常用轴承合金锡基轴承合金(锡基巴氏合金)：Sn-Sb基合金，软基体硬质点类材料牌号：ZchSnSb11-6，Sn11%，辅加元素Cu6%性能特点：摩擦系数小、线膨胀小、导热性耐蚀性好、工艺性好，抗疲劳性较差，使用温度110C用途：汽轮机、涡轮机、内燃机、压气

16、机高速轴瓦铅基轴承合金(铅基巴氏合金)：Pb-Sb基合金，软基体硬质点类材料牌号：ZchPbSn16-16-2，Sn16%，Sb16%，Cu2%，余量为Pb性能特点：性能较锡基合金低、但成本较低用途：中低载荷轴瓦，汽车拖拉机曲轴轴承8.5.1 轴承合金29 常用轴承合金铝基轴承合金：Al-Sn,Al-Sb,Al-石墨基合金性能特点：比重小、导热性耐蚀性好、疲劳强度高用途：高速重载轴承其他轴承：Cu基粉末冶金轴承材料、Zn基轴承材料、非金属材料轴承（水基润滑）8.5.1 轴承合金30现代高效率加工工具材料需求：硬质合金高速切削高效加工成型高速钢不能满足要求极高耐磨性 HRC6981高红硬性 90

17、01000 C高使用寿命硬质合金：用粉末冶金方法制成原料粉末充分均匀混合加压成形加热烧结极细金属或金属与非金属粉末低于材料熔点以下某温度8.5.2 硬质合金31硬质合金作用与分类：用于难熔难冶炼材料的生产加工包括金属陶瓷硬质合金及钢结硬质合金8.5.2 硬质合金钢结硬质合金:将极细的高熔点金属碳化物粉末(TiC,WC等)与合金钢粉末混合加压成形，再高温烧结而成钢结硬质合金特点基本保持金属陶瓷硬质合金的特点退火后可进行切削加工可进行淬火回火处理可以锻造焊接32金属陶瓷硬质合金：将高熔点金属碳化物粉末(TiC,WC等)与粘结剂(Co,Ni)混合加压成形并高温烧结而成特点：硬度高(HRC69-81)

18、;热硬性好(9001000C)与高速钢刀具相比,切削速度提高47倍,寿命提高580倍金属陶瓷硬质合金分类：钨钴类:YG3,YG6,YG8,其中数字表示钴的百分含量钨钴钛类:YT5,YT15,YT30,其中数字表示TiC的百分含量。与YG类比,耐磨性好,耐热性更高,但强韧性低YW类:该类硬质合金含有TaC,热硬性更高,主要用于制造切削耐热钢、不锈钢、高锰钢和高速钢等切削性能差的钢材8.5.2 硬质合金33第八章 总结熟悉铝、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，并说明原因了解Mg合金、Ti合金、轴承合金、硬质合金的基本常识(结构特点、性能特点、应用领域等)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