有色金屬材料

有色金屬材料1第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五主要內(nèi)容緒論第一章材料的內(nèi)部結構第二章結晶與顯微組織第三章工程材料的力學性能第四章工程材料的物理、化學性能第五章工程材料的強化理論第六章鋼的熱處理與馬氏體相變強化第七章鋼鐵材料第八章有色金屬及其合金2第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五第八章有色金屬及其合金有色金屬定義：除鐵、鉻、錳及其合金以外的所有金屬材料成有色金屬有色金屬分類：輕金屬：鋁、鎂、鈦、鈹---低密度、高比強度貴金屬：金、銀、銅---導電導熱耐腐蝕其他金屬高熔點合金Ni,W,Ta,Mo稀土金屬、原子能材料等有色金屬應用：航空航天、電子、真空、原子能等高科技領域或特殊環(huán)境和要求下應用3第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.1.1工業(yè)純鋁8.1鋁及鋁合金純鋁的結構特點：FCC結構；無同素異構轉變純鋁的性能特點：資源豐富，地殼總量8.2%物理性能銀白光澤密度2.72g.cm-3,熔點660°C導電導熱性好，僅次于Cu,Ag化學性能：優(yōu)異的化學穩(wěn)定性力學性能強度較低，室溫~50MPa；極好的塑性和韌性,無冷脆純鋁應用：合金組元，化工原料，包覆材料，電力電子，電磁屏蔽，科學實驗4第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.1.2鋁合金及其分類8.1鋁及鋁合金鋁的合金化及其特點鋁合金結構材料合金化主要目的改善材料的工藝和使用性能最高強度可達400~700MPa，耐熱性達300°C合金化元素（見相圖）主要元素：Cu,Mg,Si,Mn,Zn,Li其它元素：Ni,B,Zr,Cr,Ti,RE力學性能主要合金化元素：固溶強化作用，同時通過時效強化效應起到第二相強化效果其它合金化元素第二相強化效應5第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五鋁合金相圖及合金分類：變形鋁合金及鑄造鋁合金8.1.2鋁合金及其分類8.1鋁及鋁合金6第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五鋁合金的強化方式強化方式主要有五種：固溶強化時效（沉淀）強化過剩（第二相）強化形變強化細化組織強化問題：試說明如何實現(xiàn)上述五種強化過程8.1.2鋁合金及其分類8.1鋁及鋁合金7第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五熱處理目的：提高綜合性能，穩(wěn)定合金組織熱處理方法：退火、淬火（固溶處理）、時效退火低溫退火（去應力退火）再結晶退火均勻化退火淬火（固溶處理）時效人工時效、自然失效單級時效、多級時效問題：說明各種熱處理方法的溫度、對組織結構的影響和相應工藝過程的作用8.1.3鋁合金的熱處理8.1鋁及鋁合金8第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五鋁合金的時效處理與強化鋁無同素異構轉變，不能利用馬氏體相變強化時效：冷卻方式的影響很重要緩慢冷卻：第二相主要沿基體相的晶界析出，且易于長大粗化—強化效果不好，甚至會脆化固溶并快速冷卻（淬火），獲得過飽和固溶體過飽和固溶體在室溫下停留或在較低的溫度下保溫時效溫度下，過飽和固溶體不穩(wěn)定，會逐漸在基體內(nèi)部脫溶析出第二相，且由于析出溫度低，第二相極為細小且均勻彌散地分布于基體中，具有顯著的強化效果—這就是時效強化8.1.3鋁合金的熱處理8.1鋁及鋁合金9第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五鑄造鋁合金分類：按主要合金元素分為Al-Si,Al-Cu,Al-Mg,Al-Zn性能特點及應用Al-Si系：鋁硅明、變質(zhì)處理、鑄造性能好；牌號ZL10XAl-Cu系：高溫性能、耐蝕性差;牌號ZL20XAl-Mg系：抗沖擊、耐腐蝕，但耐熱性差;牌號ZL30XAl-Zn系：尺寸穩(wěn)定、便宜，但力學性能和耐蝕性一般;；牌號ZL40X8.1.4常用鋁合金及其應用8.1鋁及鋁合金10第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五11第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.1.4常用鋁合金及其應用8.1鋁及鋁合金12第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.1.4常用鋁合金及其應用8.1鋁及鋁合金變形鋁合金分類：以性能和使用特點分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、鍛鋁（可熱處理強化）性能特點及應用防銹鋁：Al-Mn、Al-Mg合金；牌號LF硬鋁：Al-Cu-Mg,強度可達420MPa;牌號LYxx超硬鋁：Al-Cu-Mg-Zn,強度可達680MPa;牌號LCYxx鍛鋁：Al-Mg-Si-Zn，合金元素多、含量低，強度與硬鋁類似；牌號LDxx問題：時效鋁合金的耐腐蝕性一般較差，說明原因13第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.2鎂及鎂合金

Al合金Mg合金密度2.721.74資源占地殼8.2%2.5%結構FCCHCP熔點660°C650°C強度合金可達450MPa合金350MPa彈性模量較大較小(抗沖擊振動性好)塑性、韌性好差耐蝕性(常規(guī)條件)好差導電、導熱性好差主要合金化元素CuMgSiMnZnLiAlZnMnZr合金分類鑄造類、變形類鑄造類、變形類強化與熱處理五種與鋁類似14第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.3.1工業(yè)純銅及其應用8.3銅及銅合金純銅的結構特點：FCC結構；無同素異構轉變純銅的性能特點：物理性能紫紅色（紫銅）；密度8.9g.cm-2,熔點1083°C導電導熱性好，僅次于Ag無磁性，碰撞無火花化學性能：常規(guī)條件化學性質(zhì)穩(wěn)定；在海水,銨鹽,碳酸鹽,氧化酸環(huán)境下不耐蝕力學性能強度較高，室溫~200MPa；極好的塑性和韌性,無冷脆純銅應用：電力電子（電纜、電刷、電線），防磁機械，換熱管，深冷設備等15第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.3.2銅的合金化及分類8.3銅及銅合金銅的合金化：與Al、Mg合金化類似固溶強化元素：Zn,Sn,Al,Mn,Ni(固溶度>9.4%)顯著沉淀元素：Be,Ti,Zr,Cr問題：指出銅合金的強化方法？銅合金分類：與Al、Mg合金類似成型方法：鑄造銅合金、變形銅合金鑄造合金主要指含高錫、高錳、高鉛銅合金其他銅合金均為變形銅合金化學成分：黃銅、青銅和白銅黃銅：以鋅為主要合金元素白銅：以鎳為主要合金元素青銅：除鋅、鎳以外的其它元素為主要合金化元素16第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.3.3常用銅合金及特點8.3銅及銅合金黃銅的特性及其應用以鋅為主要合金化元素，包括普通黃銅和特殊黃銅普通黃銅:Cu-Zn二元合金,普通黃銅牌號---H62,H90普通黃銅主要特點：色彩美麗單相黃銅機械性能好，易于冷成形加工對大氣、海水很耐蝕可用于防護層、冷凝器、彈殼17第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.3.3常用銅合金及特點8.3銅及銅合金普通黃銅的熱處理單相黃銅不能進行熱處理強化，但低溫形變后必須進行去應力退火（260~280°C）雙相黃銅一般也不進行熱處理，可進行熱加工。加工后也必須去應力退火使用注意事項：脫鋅腐蝕和應力腐蝕加砷或鎂抑制脫鋅腐蝕去應力退火、表面噴丸或表面改性防止應力腐蝕18第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.3.3常用銅合金及特點8.3銅及銅合金特殊黃銅:除鋅外，還加入Al、Sn、Mn、Ni等元素的黃銅。有錳黃銅、鉛黃銅、鋁黃銅等特殊黃銅牌號：HMn58-2,HPb59-1其他合金元素作用：提高硬度、耐磨性、抗蝕性Al、Sn、Mn、Ni提高抗蝕性和耐磨性Mn提高耐熱性Pb改善切削性能和潤滑性黃銅的主要應用：普通黃銅主要應用：彈殼、耐蝕件、裝飾特殊黃銅主要應用：螺旋槳、壓緊螺帽、重要耐蝕件19第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.3.3常用銅合金及特點8.3銅及銅合金白銅的特性及其應用以Ni為主加元素。包括簡單白銅和特殊白銅。從用途分為耐蝕白銅和電工白銅白銅牌號：B30(簡單白銅，含Ni30%)；BFe5-1(特殊白銅，含Ni5%,Fe1%)耐蝕白銅：主要為簡單白銅，B5,B19,B30性能：高化學穩(wěn)定性,冷熱加工性好,抗腐蝕疲勞性好應用：海水及蒸汽環(huán)境中精密儀表零件,高溫高壓管道電工白銅：主要性能：高電阻、高熱電勢、極小的電阻溫度系數(shù)應用：電阻器、熱電偶及其補償線，加熱器等常用材料：B16,BMn3-12(錳銅)，BMn40-1.5(康銅)20第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.3.3常用銅合金及特點8.3銅及銅合金青銅合金及其應用青銅成分：以除Zn、Ni以外的元素為主要合金化元素青銅牌號：QBe2,QSn10-2,QAl19-4錫青銅Sn含量決定其性能Sn(5~7%)，塑性好，適于冷熱加工，做耐蝕件Sn(>10%)，塑性差，鑄造流動性差，但線收縮很??；適于鑄造形狀復雜但對外形尺寸要求高的工藝品鋁青銅、鈹青銅：成分：Al~12%；Be1.7~2.5%強化：時效強化效果顯著性能特點：力學性能優(yōu)秀、其他特殊電磁、耐腐蝕性能應用：高強度、高耐磨耐蝕和彈性零件21第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.4.1純鈦的性質(zhì)及應用8.4鈦及鈦合金純鈦結構特點：HCP()--BCC()同素異構轉變純鈦的性能特點：物理性能銀白色；密度4.54g.cm-2,熔點1680°C導熱性差，線膨脹小化學性能：活潑，可與C,H,O,N反應;高溫耐蝕性差大氣,海水,中性及氧化性介質(zhì)耐蝕力學性能強度較高，室溫~260MPa；可相變強化彈性模量低，抗沖擊；塑性韌性好，高低溫性能好純銅應用：航空航天航海、化工等領域結構材料22第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.4.2鈦的合金化及分類8.4鈦及鈦合金合金化特點與相圖有關與,相完全固溶元素，如Zr、Hf等相穩(wěn)定元素，擴大相區(qū)。如Al,Ni,Sn,O,C相穩(wěn)定元素，擴大相區(qū)。如Nd,Mo,V,W產(chǎn)生共析型相圖元素。如Ag,Cu,Fe,Cr,Mn,Si按退火狀態(tài)，鈦合金分為型(TA4~8),型(TB1~2),+型(TC1~10)23第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.4.2鈦的合金化及分類8.4鈦及鈦合金24第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五退火：去應力退火(450~650°C)，再結晶退火(750~800°C)淬火及時效：淬火：從相快速冷卻，有無擴散的馬氏體相變過程發(fā)生。(BCC)’(HCP)馬氏體為穩(wěn)定元素在鈦中的過飽和置換式固溶體；強化效果不如鋼的M體相變強化時效溫度(450~650°C)。強化主要靠亞穩(wěn)相和由過飽和’相分解析出高度彌散的固溶體相來實現(xiàn)8.4.3鈦合金的熱處理8.4鈦及鈦合金25第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五型鈦合金：不能熱處理強化室溫強度較低，耐蝕成形焊接性好熱強性和蠕變強度最高制作飛機構件、發(fā)動機葉片，超低溫容器等型鈦合金型合金元素Mn、Cr、Mo、V,可淬火時效強化室溫強度可達b1300MPa,為5%塑性韌性好，耐熱性差。不常應用，一般作緊固件(+)型鈦合金兼有和型鈦合金的優(yōu)點綜合機械性能好。耐熱、耐寒、耐蝕，強度高8.4.4鈦合金的性能特點和應用8.4鈦及鈦合金26第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五8.5.1軸承合金滾動軸承滑動軸承比較滾動軸承與滑動軸承服役條件、選材性能特點的異同27第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五軸承合金：指用與制造滑動軸承軸瓦及其內(nèi)襯的合金滑動軸承合金的工作條件：軸高速旋轉時，承受軸頸周期性負荷保證軸的準確定位軸與軸瓦間強烈摩擦磨損效應（邊界潤滑）啟動、停車及重載時一定的沖擊作用8.5.1軸承合金28第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

軸承合金性能要求足夠的抗壓強度和疲勞強度良好的減摩性（耐磨）、磨合性，抗冷焊性一定的塑性和韌性良好的導熱性和小的膨脹系數(shù)軸承合金的組織結構特征合金組成：采用對鋼鐵互溶性小的元素組成，Sn,Pb,Al,Cu,Zn等，對鋼的粘著性和擦傷性小組織特點：軟基體上均勻分布硬質(zhì)點或硬基體上均勻的軟質(zhì)點---硬相承載、軟相潤滑（或間接潤滑）含有適量低熔點元素：展平、潤滑8.5.1軸承合金29第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

常用軸承合金錫基軸承合金(錫基巴氏合金)