工程材料-第七章-有色金属.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第七章,有色金属,第七章 有色金属,1.,定义,：除黑色金属（钢、铁）以外的所有金属。,2.,性能特点,：具有独特的性能。,3.,分类,金属（密度,4.5g/cm,3,）；,Cu,、,Ni,等。,轻金属（密度,4.5g/cm,3,）；,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。,9.1,铝及铝合金,9.2,镁及镁合金,9.3,钛及钛合金,7.1,铝及铝合金,1,纯铝,第七章 有色金属,密度小，,2.7g/cm,3,，为铁的,1/3,。,良好的导电性,(,仅次于,Ag,、,Cu),和导热性。,在大气中具有良好的抗蚀性。,弹性模量小，为钢的,1/3,。,硬度低，强度低，塑性好。,熔点低,660,。,面心立方结构，无同素异构转变。,特,点,高纯铝,：,纯度为,99.93,99.99,，,L01,、,L02,、,L03,、,L04,、,L05,（编号越大纯度越高）,电容器,工业高纯铝,：,纯度为,98.85,99.9,，,L0,、,L00,铝箔、包铝及冶炼铝合金原料,工业纯铝,：,纯度为,98.0,99.0,，,L1,、,L2,、,L3,、,L7,（编号越大纯度越低）,电线、电缆、器皿及配制合金,第七章 有色金属,分,类,1,纯铝,2,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,常用的添加合金元素有,：,Cu,、,Mn,、,Zn,、,Mg,、,Si,合金元素的作用：,通过,固溶强化,和,时效强化,提高铝合金的硬度与强度,。,第七章 有色金属,第七章 有色金属,(2),铝合金的分类与编号,按成分及工艺特点分：,变形,Al,合金：,成分低于,B,点，加热形成单相固溶体，塑性好；,铸造,Al,合金：,成分高于,B,点，冷却时发生共晶反应，适于铸造生产。,2,铝合金,变形,Al,合金,铸造,Al,合金,LF,防锈,Al,（,Mn,、,Mg,）,LY,硬铝（,Al-Cu-Mg,，少量,Mn,）,LC,超硬,Al,（,Al-Mg-Zn-Cu,，少量,Cr,、,Mn,）,LD,锻,Al,（,Al-Mg-Si-Cu,或,Al-Cu-Mg-Ni-Fe,）,(,后面的数字为顺序号,),ZL102,Al-Si,ZL101,Al-Si-Mg,ZL107,Al-Si-Cu,ZL105/110,Al-Si-Mg-Cu,ZL109,Al-Si-Mg,Cu-Ni,ZL201,Al-Cu,2,铝合金,(2),铝合金的分类与编号,第七章 有色金属,（,1,）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,作准备。,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：,(,固溶体,),粒状金属间化合物,3.,铝合金的热处理,第七章 有色金属,(3),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,(,GP,区,),形成过渡相,。,形成过渡相,形成稳定的,相,(CuAl,2,),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。,铝合金时效强化示意图,（,a,）铜在铝中的均匀固溶体,（,b,）铜原子聚集形成,GP,区,第七章 有色金属,3.,铝合金的热处理,含,4,Cu,的铝合金在不同温度下的人工时效曲线,第七章 有色金属,（,4,）回归,定义：,将自然时效后的,Al,合金，在,200,250,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,。,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,3.,铝合金的热处理,第七章 有色金属,第七章 有色金属,（,1,）不能热处理强化的变形铝合金,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。,用途：,航空油箱、油路导管,4.,变形铝合金,第七章 有色金属,（,2,）可热处理强化的变形铝合金,硬铝,(Al-Cu-Mg,系,),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,CuAl,2,(,相,),、和,MgAl,2,(,s,相,),，进行强化。,4.,变形铝合金,第七章 有色金属,硬铝,(Al-Cu-Mg,系,),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。,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：,淬火时效。加热温度,500,左右。,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,。,性能优点：,1,、比强度高；,2,、热强度高；,3,、抗蚀性高。,牌号：,T,A,1,TA3,7.3,钛及钛合金,1.,纯钛,退火组织为,单相固溶体,第七章 有色金属,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。,2,钛合金,(a)(b)(c)(d),（,a,）为添加,Zr,的,完全固溶型,相图；,（,b,）为添加铝、氮、氧、锡、碳、镓等的,相稳定型,相图；,（,c,）为添加铌、钽、钼、钒等的,相稳定型,相图；,（,d,）为添加银、铜、钴、铬、铁、氢、锰、镍、钨、铋、硅等的,共析型,相图。,第七章 有色金属,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,(+),固溶体,，牌号为,TC,。,2,钛合金,第七章 有色金属,（,1,）,型钛合金,退火组织：,单相,固溶体，室温下为六方晶格。,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,。,加工特点：,压力加工性较差，多采用热压加工成形。,2,钛合金,第七章 有色金属,（,2,）,型钛合金,组织：,单相,固溶体，室温、高温均为体心立方晶格。,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。,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。,2,钛合金,第七章 有色金属,（,3,）,+,型钛合金,组织：,+,固溶体,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：,高的室温强度和高温强度；,塑性较好；,应用最广泛。,（,TC4-Ti6Al4V,）,2,钛合金,3,钛合金的热处理,（,1,）淬火,型钛合金,一般不进行淬火，多在退火状态下使用。,型钛合金,（,成分位于,C,稍右的合金）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。,（,+,）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,稳定元素的钛合金相图,含有,稳定元素的钛合金相图,第七章 有色金属,3,钛合金的热处理,（,2,）时效,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：,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 有色金属,第七章 有色金属,（,3,）退火,再结晶退火,目的：,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“,”,相变温度（,型钛合金除外），以避免晶粒长大。,去应力退火,目的：,消除机械加工或焊接过程中所形成的,内应力,。加热温度一般都低于,再结晶温度。,稳定化退火,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,使,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,合金的热稳定性降低，需进行稳定化退火。,稳定化退火,多采用双重退火法（或称分级退火法）,.,第七章 有色金属,（,4,）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。,3,钛合金的热处理,4,钛合金的应用,（,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,）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,）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 有色金属,4,钛合金的应用,F-22,猛禽结构用钛,36t,，,2,台发动机用钛,5t,第七章 有色金属,4,钛合金的应用,俄罗斯的钛合金潜艇,第七章 有色金属,4,钛合金的应用,头颅模型及颅骨缺损的钛合金修复体,第七章 有色金属,第七章 有色金属,1,、纯铜,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,CO,和,SO,2,等气体，形成气孔。,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,。,7.4,铜及铜合金,第七章 有色金属,2,、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,）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 有色金属,2,、铜合金,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,第七章 有色金属,2,、铜合金,特殊黄铜,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。,特殊黄铜的牌号：,H,主要元素符号铜含量主加元素含量,如,HPb59-1,表示含,Cu-59%,，含,Pb-1%,余为,Zn,的铅黄铜。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 有色金属,(3),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。,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,。,3,、青铜,越王勾践剑的含,铜量约为,80%-83%,、含锡量约为,16%-17%,，,另外还有少量的铅和,铁。,剑的表面有一层,10,微米厚的铬盐化合物,。铬盐氧化处理方法，只是近代才出现的先进工艺，德国在,1937,年，美国在,1950,年先后发明并申请了,专利。,第七章 有色金属,第七章 有色金属,3,、青铜,第七章 有色金属,3,、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,、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 小 结,铝合金的分类，热处理特点（退火、淬火、时效、回归）,镁合金的分类、编号及应用,钛合金的热处理特点（淬火、时效、退火、强化热处理）,铜合金的分类及应用,