有色金屬材料

有色金屬材料1第一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日主要內(nèi)容緒論第一章材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第二章結(jié)晶與顯微組織第三章工程材料的力學(xué)性能第四章工程材料的物理、化學(xué)性能第五章工程材料的強(qiáng)化理論第六章鋼的熱處理與馬氏體相變強(qiáng)化第七章鋼鐵材料第八章有色金屬及其合金2第二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日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(qiáng)度貴金屬：金、銀、銅---導(dǎo)電導(dǎo)熱耐腐蝕其他金屬高熔點(diǎn)合金Ni,W,Ta,Mo稀土金屬、原子能材料等有色金屬應(yīng)用：航空航天、電子、真空、原子能等高科技領(lǐng)域或特殊環(huán)境和要求下應(yīng)用3第三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.1.1工業(yè)純鋁8.1鋁及鋁合金純鋁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：FCC結(jié)構(gòu)；無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鋁的性能特點(diǎn)：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(diǎn)660°C導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，僅次于Cu,Ag化學(xué)性能：優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性力學(xué)性能強(qiáng)度較低，室溫~50MPa；極好的塑性和韌性,無冷脆純鋁應(yīng)用：合金組元，化工原料，包覆材料，電力電子，電磁屏蔽，科學(xué)實(shí)驗(yàn)4第四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日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(diǎn)鋁合金結(jié)構(gòu)材料合金化主要目的改善材料的工藝和使用性能最高強(qiáng)度可達(dá)400~700MPa，耐熱性達(dá)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(xué)性能主要合金化元素：固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)通過時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)起到第二相強(qiáng)化效果其它合金化元素第二相強(qiáng)化效應(yīng)5第五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日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第六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日鋁合金的強(qiáng)化方式強(qiáng)化方式主要有五種：固溶強(qiáng)化時(shí)效（沉淀）強(qiáng)化過剩（第二相）強(qiáng)化形變強(qiáng)化細(xì)化組織強(qiáng)化問題：試說明如何實(shí)現(xiàn)上述五種強(qiáng)化過程8.1.2鋁合金及其分類8.1鋁及鋁合金7第七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日熱處理目的：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(shí)效退火低溫退火（去應(yīng)力退火）再結(jié)晶退火均勻化退火淬火（固溶處理）時(shí)效人工時(shí)效、自然失效單級(jí)時(shí)效、多級(jí)時(shí)效問題：說明各種熱處理方法的溫度、對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響和相應(yīng)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第八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日鋁合金的時(shí)效處理與強(qiáng)化鋁無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，不能利用馬氏體相變強(qiáng)化時(shí)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(qiáng)化效果不好，甚至?xí)嗷倘懿⒖焖倮鋮s（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(shí)效溫度下，過飽和固溶體不穩(wěn)定，會(huì)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(xì)小且均勻彌散地分布于基體中，具有顯著的強(qiáng)化效果—這就是時(shí)效強(qiáng)化8.1.3鋁合金的熱處理8.1鋁及鋁合金9第九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日鑄造鋁合金分類：按主要合金元素分為Al-Si,Al-Cu,Al-Mg,Al-Zn性能特點(diǎn)及應(yīng)用Al-Si系：鋁硅明、變質(zhì)處理、鑄造性能好；牌號(hào)ZL10XAl-Cu系：高溫性能、耐蝕性差;牌號(hào)ZL20XAl-Mg系：抗沖擊、耐腐蝕，但耐熱性差;牌號(hào)ZL30XAl-Zn系：尺寸穩(wěn)定、便宜，但力學(xué)性能和耐蝕性一般;；牌號(hào)ZL40X8.1.4常用鋁合金及其應(yīng)用8.1鋁及鋁合金10第十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日11第十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.1.4常用鋁合金及其應(yīng)用8.1鋁及鋁合金12第十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.1.4常用鋁合金及其應(yīng)用8.1鋁及鋁合金變形鋁合金分類：以性能和使用特點(diǎn)分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、鍛鋁（可熱處理強(qiáng)化）性能特點(diǎn)及應(yīng)用防銹鋁：Al-Mn、Al-Mg合金；牌號(hào)LF硬鋁：Al-Cu-Mg,強(qiáng)度可達(dá)420MPa;牌號(hào)LYxx超硬鋁：Al-Cu-Mg-Zn,強(qiáng)度可達(dá)680MPa;牌號(hào)LCYxx鍛鋁：Al-Mg-Si-Zn，合金元素多、含量低，強(qiáng)度與硬鋁類似；牌號(hào)LDxx問題：時(shí)效鋁合金的耐腐蝕性一般較差，說明原因13第十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日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(jié)構(gòu)FCCHCP熔點(diǎn)660°C650°C強(qiáng)度合金可達(dá)450MPa合金350MPa彈性模量較大較小(抗沖擊振動(dòng)性好)塑性、韌性好差耐蝕性(常規(guī)條件)好差導(dǎo)電、導(dǎo)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(qiáng)化與熱處理五種與鋁類似14第十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.3.1工業(yè)純銅及其應(yīng)用8.3銅及銅合金純銅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：FCC結(jié)構(gòu)；無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純銅的性能特點(diǎn)：物理性能紫紅色（紫銅）；密度8.9g.cm-2,熔點(diǎn)1083°C導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，僅次于Ag無磁性，碰撞無火花化學(xué)性能：常規(guī)條件化學(xué)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(xué)性能強(qiáng)度較高，室溫~200MPa；極好的塑性和韌性,無冷脆純銅應(yīng)用：電力電子（電纜、電刷、電線），防磁機(jī)械，換熱管，深冷設(shè)備等15第十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日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(qiáng)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(qiáng)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(xué)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第十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.3.3常用銅合金及特點(diǎn)8.3銅及銅合金黃銅的特性及其應(yīng)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(hào)---H62,H90普通黃銅主要特點(diǎn)：色彩美麗單相黃銅機(jī)械性能好，易于冷成形加工對(duì)大氣、海水很耐蝕可用于防護(hù)層、冷凝器、彈殼17第十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.3.3常用銅合金及特點(diǎn)8.3銅及銅合金普通黃銅的熱處理單相黃銅不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，但低溫形變后必須進(jìn)行去應(yīng)力退火（260~280°C）雙相黃銅一般也不進(jìn)行熱處理，可進(jìn)行熱加工。加工后也必須去應(yīng)力退火使用注意事項(xiàng)：脫鋅腐蝕和應(yīng)力腐蝕加砷或鎂抑制脫鋅腐蝕去應(yīng)力退火、表面噴丸或表面改性防止應(yīng)力腐蝕18第十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.3.3常用銅合金及特點(diǎn)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(hào)：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(yīng)用：普通黃銅主要應(yīng)用：彈殼、耐蝕件、裝飾特殊黃銅主要應(yīng)用：螺旋槳、壓緊螺帽、重要耐蝕件19第十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.3.3常用銅合金及特點(diǎn)8.3銅及銅合金白銅的特性及其應(yīng)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(hào)：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(xué)穩(wěn)定性,冷熱加工性好,抗腐蝕疲勞性好應(yīng)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(shì)、極小的電阻溫度系數(shù)應(yīng)用：電阻器、熱電偶及其補(bǔ)償線，加熱器等常用材料：B16,BMn3-12(錳銅)，BMn40-1.5(康銅)20第二十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.3.3常用銅合金及特點(diǎn)8.3銅及銅合金青銅合金及其應(yīng)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(hào)：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(dòng)性差，但線收縮很小；適于鑄造形狀復(fù)雜但對(duì)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(qiáng)化：時(shí)效強(qiáng)化效果顯著性能特點(diǎn)：力學(xué)性能優(yōu)秀、其他特殊電磁、耐腐蝕性能應(yīng)用：高強(qiáng)度、高耐磨耐蝕和彈性零件21第二十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.4.1純鈦的性質(zhì)及應(yīng)用8.4鈦及鈦合金純鈦結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：HCP()--BCC()同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鈦的性能特點(diǎn)：物理性能銀白色；密度4.54g.cm-2,熔點(diǎn)1680°C導(dǎo)熱性差，線膨脹小化學(xué)性能：活潑，可與C,H,O,N反應(yīng);高溫耐蝕性差大氣,海水,中性及氧化性介質(zhì)耐蝕力學(xué)性能強(qiáng)度較高，室溫~260MPa；可相變強(qiáng)化彈性模量低，抗沖擊；塑性韌性好，高低溫性能好純銅應(yīng)用：航空航天航海、化工等領(lǐng)域結(jié)構(gòu)材料22第二十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.4.2鈦的合金化及分類8.4鈦及鈦合金合金化特點(diǎn)與相圖有關(guān)與,相完全固溶元素，如Zr、Hf等相穩(wěn)定元素，擴(kuò)大相區(qū)。如Al,Ni,Sn,O,C相穩(wěn)定元素，擴(kuò)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第二十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.4.2鈦的合金化及分類8.4鈦及鈦合金24第二十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日退火：去應(yīng)力退火(450~650°C)，再結(jié)晶退火(750~800°C)淬火及時(shí)效：淬火：從相快速冷卻，有無擴(kuò)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(qiáng)化效果不如鋼的M體相變強(qiáng)化時(shí)效溫度(450~650°C)。強(qiáng)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(shí)現(xiàn)8.4.3鈦合金的熱處理8.4鈦及鈦合金25第二十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日型鈦合金：不能熱處理強(qiáng)化室溫強(qiáng)度較低，耐蝕成形焊接性好熱強(qiáng)性和蠕變強(qiáng)度最高制作飛機(jī)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)效強(qiáng)化室溫強(qiáng)度可達(dá)b1300MPa,為5%塑性韌性好，耐熱性差。不常應(yīng)用，一般作緊固件(+)型鈦合金兼有和型鈦合金的優(yōu)點(diǎn)綜合機(jī)械性能好。耐熱、耐寒、耐蝕，強(qiáng)度高8.4.4鈦合金的性能特點(diǎn)和應(yīng)用8.4鈦及鈦合金26第二十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日8.5.1軸承合金滾動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承比較滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承服役條件、選材性能特點(diǎn)的異同27第二十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日軸承合金：指用與制造滑動(dòng)軸承軸瓦及其內(nèi)襯的合金滑動(dòng)軸承合金的工作條件：軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，承受軸頸周期性負(fù)荷保證軸的準(zhǔn)確定位軸與軸瓦間強(qiáng)烈摩擦磨損效應(yīng)（邊界潤滑）啟動(dòng)、停車及重載時(shí)一定的沖擊作用8.5.1軸承合金28第二十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日

軸承合金性能要求足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)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(dǎo)熱性和小的膨脹系數(shù)軸承合金的組織結(jié)構(gòu)特征合金組成：采用對(duì)鋼鐵互溶性小的元素組成，Sn,Pb,Al,Cu,Zn等，對(duì)鋼的粘著性和擦傷性小組織特點(diǎn)：軟基體上均勻分布硬質(zhì)點(diǎn)或硬基體上均勻的軟質(zhì)點(diǎn)---硬相承載、軟相潤滑（或間接潤滑）含有適量低熔點(diǎn)元素：展平、潤滑8.5.1軸承合金29第二十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日

常用軸承合金錫基軸承合金(錫基巴氏合金)：