第八章 非鐵金屬材料

1、第一節(jié)、鋁及鋁合金第一節(jié)、鋁及鋁合金一、純鋁一、純鋁 純鋁的特性純鋁的特性 密度：密度：2.7g/cm3 熔點(diǎn)：熔點(diǎn)：660C 良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性 在大氣條件下其表面很容易生成在大氣條件下其表面很容易生成Al2O3薄膜薄膜 屬面心立方結(jié)構(gòu)（屬面心立方結(jié)構(gòu)（FCC），塑性很好：），塑性很好： d d3540 硬度、強(qiáng)度低：硬度、強(qiáng)度低： HB2530， s sb80100MPa易拉罐的制備過程易拉罐的制備過程第一節(jié)、鋁及鋁合金第一節(jié)、鋁及鋁合金 鋁中的雜質(zhì)鋁中的雜質(zhì) 鋁中常見的雜質(zhì)：鋁中常見的雜質(zhì)：Fe、Si、Cu、Zn、Mg，尤其以，尤其以Fe和和Si常見。常見。 工業(yè)純

2、鋁的分類、牌號(hào)及應(yīng)用工業(yè)純鋁的分類、牌號(hào)及應(yīng)用 純鋁純鋁： 99%99.85% 制作鋁鉑、導(dǎo)線、電纜以及導(dǎo)熱和日用器皿制作鋁鉑、導(dǎo)線、電纜以及導(dǎo)熱和日用器皿 高純鋁高純鋁： 99.85% 科學(xué)研究、化學(xué)工業(yè)及一些特殊場(chǎng)合科學(xué)研究、化學(xué)工業(yè)及一些特殊場(chǎng)合 鑄造純鋁鑄造純鋁(未經(jīng)加工未經(jīng)加工)： ZAl 99.5 表示含鋁表示含鋁99.5%的鑄造純鋁的鑄造純鋁 變形純鋁變形純鋁(經(jīng)加工變形經(jīng)加工變形)： 1，2，3， 第一位數(shù)字表示鋁或合金的組別，第一位數(shù)字表示鋁或合金的組別，1表示純鋁，表示純鋁，27分別表示以分別表示以Cu、Mn、Si、Mg、Zn為主要合金元素的鋁合金。為主要合金元素的鋁合金。

3、 第二位是字母，第二位是字母，A表示原始純鋁或鋁合金，表示原始純鋁或鋁合金，B表示改型純鋁或鋁合金表示改型純鋁或鋁合金 后兩位數(shù)字，對(duì)于純鋁表示后兩位數(shù)字，對(duì)于純鋁表示鋁的含量小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)字鋁的含量小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)字。 1A30： 含含99.30%的變形原始純鋁的變形原始純鋁 第一節(jié)、鋁及鋁合金第一節(jié)、鋁及鋁合金 鋁合金強(qiáng)化的基本原理鋁合金強(qiáng)化的基本原理 在鋁中加入合金元素，配制成各種成分的鋁合金是提高鋁強(qiáng)度的有效途徑，在鋁中加入合金元素，配制成各種成分的鋁合金是提高鋁強(qiáng)度的有效途徑，鋁合金主要靠固溶強(qiáng)化來提高其強(qiáng)度。鋁合金主要靠固溶強(qiáng)化來提高其強(qiáng)度。二、合金鋁二、合金鋁Al鑄造鋁合金變形鋁合

4、金可熱處理強(qiáng)化不可熱處理強(qiáng)化DLF第一節(jié)、鋁及鋁合金第一節(jié)、鋁及鋁合金 鋁合金強(qiáng)化的基本原理鋁合金強(qiáng)化的基本原理合金AlZnAlMgAlCuAlMnAlSiD點(diǎn)合金含量,wt%3.1614.905.651.951.65D點(diǎn)溫度，C275451548659577F點(diǎn)合金含量,wt%60.340.200.050.05鋁中加入不同合金元素對(duì)相圖鋁中加入不同合金元素對(duì)相圖D及及F點(diǎn)成分的影響點(diǎn)成分的影響第一節(jié)、鋁及鋁合金第一節(jié)、鋁及鋁合金 鋁合金的熱處理鋁合金的熱處理1、退火：、退火： 變形鋁合金的退火：變形鋁合金的退火：1）目的是使其成分均勻化，提高其塑性。）目的是使其成分均勻化，提高其塑性。 通常

5、稱通常稱均勻化退火均勻化退火 退火工藝：退火工藝：低于固相線低于固相線2040C，保溫幾幾十小時(shí)，保溫幾幾十小時(shí) 2）對(duì)于經(jīng)過加工變形的鋁合金，退火的目的主要目的）對(duì)于經(jīng)過加工變形的鋁合金，退火的目的主要目的是消除加工硬化，有利于后續(xù)加工則成為中間退火或是消除加工硬化，有利于后續(xù)加工則成為中間退火或再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火。 退火工藝退火工藝：再結(jié)晶溫度以上保溫：再結(jié)晶溫度以上保溫14小時(shí)。小時(shí)。 鑄造鋁合金的退火：鑄造鋁合金的退火： 主要是消除鑄鋁合金的成分不均勻性和內(nèi)應(yīng)力。主要是消除鑄鋁合金的成分不均勻性和內(nèi)應(yīng)力。第一節(jié)、鋁及鋁合金第一節(jié)、鋁及鋁合金 鋁合金的熱處理鋁合金的熱處理2、時(shí)效強(qiáng)化

6、處理、時(shí)效強(qiáng)化處理： 時(shí)效強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化：將合金加熱到一定溫度，經(jīng)過一段時(shí)間的保溫，使其內(nèi)部析出：將合金加熱到一定溫度，經(jīng)過一段時(shí)間的保溫，使其內(nèi)部析出顆粒細(xì)小的第二相，從而使合金的強(qiáng)度硬度得到提高的現(xiàn)象。顆粒細(xì)小的第二相，從而使合金的強(qiáng)度硬度得到提高的現(xiàn)象。一般將室溫下進(jìn)行的時(shí)效處理稱為一般將室溫下進(jìn)行的時(shí)效處理稱為自然時(shí)效處理自然時(shí)效處理，而在加熱條，而在加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效稱為件下進(jìn)行的時(shí)效稱為人工時(shí)效處理人工時(shí)效處理。 時(shí)效強(qiáng)化機(jī)理時(shí)效強(qiáng)化機(jī)理：在時(shí)效處理過程中，形成了與基體形成共格或半共格的第：在時(shí)效處理過程中，形成了與基體形成共格或半共格的第二相，并且它們彌散地分布于基體中，從而阻止

7、了位錯(cuò)的滑移二相，并且它們彌散地分布于基體中，從而阻止了位錯(cuò)的滑移與運(yùn)動(dòng)。因此使材料的強(qiáng)度提高。與運(yùn)動(dòng)。因此使材料的強(qiáng)度提高。第一節(jié)、鋁及鋁合金第一節(jié)、鋁及鋁合金 鋁合金的牌號(hào)及應(yīng)用鋁合金的牌號(hào)及應(yīng)用1、變形鋁合金、變形鋁合金： 防銹鋁合金：防銹鋁合金： LF21，L代表鋁，代表鋁，F(xiàn)代表防銹，數(shù)字表示序號(hào)代表防銹，數(shù)字表示序號(hào)； 硬鋁合金：硬鋁合金： LY1、LY11。 L代表鋁，代表鋁，Y代表硬，數(shù)字為序號(hào)；代表硬，數(shù)字為序號(hào)； 超硬鋁：超硬鋁： LC4、LC6。L表鋁，表鋁，C表超硬，數(shù)字表序號(hào)，主要是表超硬，數(shù)字表序號(hào)，主要是Al-Cu-Mg-Zn 系合金系合金 鍛鋁合金：鍛鋁合金：

8、LD5。L表鋁，表鋁，D表鍛造，數(shù)字表序號(hào)，主要是表鍛造，數(shù)字表序號(hào)，主要是Al-Cu-Mg-Si系合金。具有良好的熱塑性，易于鍛造。系合金。具有良好的熱塑性，易于鍛造。2、鑄造鋁合金：、鑄造鋁合金： ZL101，Z代表鑄造，代表鑄造，L代表鋁合金，第一位數(shù)字表示系列（代表鋁合金，第一位數(shù)字表示系列（1表示表示AlSi系，系，2表示表示AlCu系，系，3表示表示AlMg系，系，4為為AlZn系），后兩位表示合金順序號(hào)（表系），后兩位表示合金順序號(hào)（表85）。）。 Al Si Al Cu Al Mg Al Zn ZL 101 ZL 201 ZL 301 ZL 401 ZL 102 ZL 202

9、ZL 302 ZL 402 ZL 103 ZL 203 ZL 303 ZL 403 第二節(jié)、銅及銅合金第二節(jié)、銅及銅合金一、純銅一、純銅1、純銅的特性、純銅的特性： 純銅表面氧化后呈紫紅色，故又稱為紫銅。純銅表面氧化后呈紫紅色，故又稱為紫銅。 當(dāng)銅暴露在大氣中時(shí)，能在其表面生成綠色的保護(hù)膜（當(dāng)銅暴露在大氣中時(shí)，能在其表面生成綠色的保護(hù)膜（CuCO32Cu(OH)2,）；）； 又稱銅綠。又稱銅綠。 銅為銅為FCC結(jié)構(gòu)，無同素已構(gòu)轉(zhuǎn)變，塑性很好。結(jié)構(gòu)，無同素已構(gòu)轉(zhuǎn)變，塑性很好。2、純銅中的雜質(zhì)：、純銅中的雜質(zhì)： Pb、Bi、O、S、P等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)不僅降低了銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，還會(huì)形等雜質(zhì)，這些

10、雜質(zhì)不僅降低了銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，還會(huì)形成低熔點(diǎn)的（成低熔點(diǎn)的（400C）的共晶體，從而破壞晶粒間的結(jié)合，造成脆性斷裂，即為）的共晶體，從而破壞晶粒間的結(jié)合，造成脆性斷裂，即為“熱脆熱脆”。3、純銅性能及用途、純銅性能及用途性能：導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，塑性好，耐蝕性好。性能：導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，塑性好，耐蝕性好。用途：導(dǎo)電、導(dǎo)熱器材，耐蝕器皿，用途：導(dǎo)電、導(dǎo)熱器材，耐蝕器皿， 配制銅合金。配制銅合金。 第二節(jié)、銅及銅合金第二節(jié)、銅及銅合金1、工業(yè)純銅的代號(hào)、熱處理及應(yīng)用、工業(yè)純銅的代號(hào)、熱處理及應(yīng)用： 純銅表面氧化后呈紫紅色，故又稱為紫銅。純銅表面氧化后呈紫紅色，故又稱為紫銅。工工業(yè)業(yè)純純銅銅銅錠銅錠電

11、解銅電解銅無氧銅無氧銅未加工產(chǎn)品未加工產(chǎn)品加工產(chǎn)品加工產(chǎn)品代號(hào)：代號(hào)：Cu1、Cu2 兩種兩種代號(hào)：代號(hào)：TU1、TU2 兩種兩種工業(yè)純銅加工產(chǎn)品的代號(hào)、成分及用途工業(yè)純銅加工產(chǎn)品的代號(hào)、成分及用途代號(hào)WCu,%主要雜質(zhì) ， 用途舉例BiPbO2雜質(zhì)總量T199.950.0020.0050.020.05電線、電纜、導(dǎo)電螺釘、雷管、化工用蒸發(fā)器、儲(chǔ)藏器和各種管道T299.900.0020.0050.060.10T399.700.0020.0100.100.30電氣開關(guān)、墊圈、管道第二節(jié)、銅及銅合金第二節(jié)、銅及銅合金二、銅合金二、銅合金1、黃銅、黃銅以以Zn為主作為合金元素加入的銅合金稱為黃銅。為

12、主作為合金元素加入的銅合金稱為黃銅。普通黃銅普通黃銅：CuZn二元合金二元合金 。 用用“H數(shù)字?jǐn)?shù)字”表示，表示，H90特殊黃銅特殊黃銅：加入：加入Si、Al、Sn、Pb、Mn、Fe、Ni，“H主加元主加元素符號(hào)含銅量主加元素含量素符號(hào)含銅量主加元素含量”表示，表示， 如如HPb591 Cu Zn 合金中再加少量其它元素，如：合金中再加少量其它元素，如： HPb 74 3, Wcu = 74%, WPb = 3%, 其余為其余為Zn。 HAl 77 3, Wcu = 77%, WAl = 3%, 其余為其余為Zn。第二節(jié)、銅及銅合金第二節(jié)、銅及銅合金二、銅合金二、銅合金1、青銅、青銅人類早期使

13、用的青銅為錫青銅，表面呈青灰色，主要是人類早期使用的青銅為錫青銅，表面呈青灰色，主要是Cu-Sn合金。合金。近代工業(yè)還將銅鋁、銅鈹、銅鉛、銅硅等銅合金皆稱為青銅或特殊青銅。近代工業(yè)還將銅鋁、銅鈹、銅鉛、銅硅等銅合金皆稱為青銅或特殊青銅。錫青銅：錫青銅：Sn：314Cu鋁青銅：鋁青銅：Al：12Cu鈹青銅：鈹青銅：Be: 1.22.5%Cu如如: QSn 4 3 , 主加主加Sn，4%，其它，其它 3%（Zn），其），其余為余為Cu。 QAl 9 4 , 主加主加 Al，9%，其它，其它 4%（Fe），其），其余為余為Cu。第三節(jié)、鈦及鈦合金第三節(jié)、鈦及鈦合金一、純鈦一、純鈦1、純鈦的特性、純鈦

14、的特性顏色：顏色： 銀白色銀白色熔點(diǎn)：熔點(diǎn)： 1668C，密度：密度： 4.5g/cm3, 高于高于Al，是，是Fe的一半的一半線膨脹系數(shù)：線膨脹系數(shù)： 小小 導(dǎo)熱性：差導(dǎo)熱性：差同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：882.5時(shí)，時(shí)，-Ti （hcp) -Ti(bcc)。 牌號(hào)：牌號(hào)： TA1, TA2, TA3, 數(shù)字越大，純度越低。數(shù)字越大，純度越低。耐腐蝕性：高于大多數(shù)不銹鋼（因?yàn)槠浔砻嬉仔纬赡透g性：高于大多數(shù)不銹鋼（因?yàn)槠浔砻嬉仔纬蒚iO2惰性保護(hù)膜）惰性保護(hù)膜）TA1：TA2： 數(shù)字越大，雜質(zhì)越多，強(qiáng)度越高，塑性越低。數(shù)字越大，雜質(zhì)越多，強(qiáng)度越高，塑性越低。TA32、純鈦的編號(hào)、純鈦的編號(hào)

15、第三節(jié)、鈦及鈦合金第三節(jié)、鈦及鈦合金二、鈦合金：二、鈦合金： 主要是主要是TiAl合金合金鈦鈦合合金金a a鈦合金：鈦合金：b b鈦合金：鈦合金：(a a + b b) 鈦合金鈦合金2。 鈦合金特性鈦合金特性 比強(qiáng)度高，比強(qiáng)度高，b可達(dá)可達(dá) 1500 MPa, 而而 d=4.5。 熱強(qiáng)度高，熱強(qiáng)度高，工作溫度可達(dá)工作溫度可達(dá)550 。 低溫韌性好低溫韌性好 ， -250 仍具有良好韌性仍具有良好韌性。 耐蝕性能好，耐蝕性能好，在大氣、海水及酸里的耐腐蝕在大氣、海水及酸里的耐腐蝕 性高于不銹鋼。性高于不銹鋼。 工藝性能差，工藝性能差，鍛造性能、切削性能不好鍛造性能、切削性能不好。牌號(hào)：牌號(hào)： 型鈦合金型鈦合金：組織為單相：組織為單相 。不可熱處理強(qiáng)化不可熱處理強(qiáng)化， 但高溫強(qiáng)度高。但高溫強(qiáng)度高。 TA + 順序號(hào)（順序號(hào)大于順序號(hào)（順序號(hào)大于4） 如：如：TA 4, TA5, TA