材料概论教学PPT有色金属及其合金

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1、1材料概论材料概论第第3 3章章 有色金属及其合金有色金属及其合金2材料概论材料概论-有色金属及其合金有色金属及其合金 有色金属是指元素周期表中除有色金属是指元素周期表中除铁元素铁元素以外的所以外的所有金属元素。西方国家习惯上称为非铁金属有金属元素。西方国家习惯上称为非铁金属(Non-ferrous Metals)，我国和前苏联则习惯称为有色金，我国和前苏联则习惯称为有色金属。属。 有色金属一般又可分为有色金属一般又可分为轻有色金属、重有色金属、稀有金属、稀土金属、轻有色金属、重有色金属、稀有金属、稀土金属、贵金属、放射性金属和半金属。贵金属、放射性金属和半金属。 3材料概论材料概论-有色金属

2、及其合金有色金属及其合金4材料概论材料概论-有色金属及其合金有色金属及其合金3.1铝及铝合金铝及铝合金 3.1.13.1.1工业纯铝工业纯铝 1 1质轻，其合金的密度仅为钢铁的三分之一左右。质轻，其合金的密度仅为钢铁的三分之一左右。 2 2在大气中极易生成一层致密而且牢固的在大气中极易生成一层致密而且牢固的氧化膜氧化膜，能防，能防止铝继续氧化。止铝继续氧化。3 3高反射性，银白色表面，具有很好的装饰特性。高反射性，银白色表面，具有很好的装饰特性。4 4合金的强度可以等于甚至超过普通碳素结构钢。合金的强度可以等于甚至超过普通碳素结构钢。5 5高弹性，其韧性在低温下减少不明显。高弹性，其韧性在低温

3、下减少不明显。6 6易加工成形易加工成形(f.c.c(f.c.c晶格晶格) )，例如可轧制成极薄的箔片，例如可轧制成极薄的箔片( (厚度小于百分之一毫米厚度小于百分之一毫米) )。低熔点。低熔点(Tm=660oC)，铸造性能好，铸造性能好。7 7导热和导电性与导热和导电性与铜铜相近。相近。 53.1 铝及铝合金铝及铝合金63.1 铝及铝合金铝及铝合金73.1 铝及铝合金铝及铝合金83.1 铝及铝合金铝及铝合金Airbus A340约有约有70%70%的飞机结构用有色金属制造，主要是铝合金的飞机结构用有色金属制造，主要是铝合金Boeing sonic cruiser Mach.95Airbus

4、A380 950 seats93.1 铝及铝合金铝及铝合金3.1.2 3.1.2 铝合金的分类及牌号铝合金的分类及牌号 类别类别名称名称合金系合金系特性特性编号举例编号举例变变形形铝铝合合金金防锈铝防锈铝Al-MnAl-Mg抗蚀性好，强度低，压力抗蚀性好，强度低，压力加工和焊接性好加工和焊接性好LF21，LF3，LF6硬铝硬铝Al-Cu-Mg力学性能好（室温、高温）力学性能好（室温、高温）LY12超硬铝超硬铝Al-Cu-Mg-Zn室温强度高室温强度高LC4锻铝锻铝Al-Mg-Si-CuAl-Cu-Mg-Ni-Fe锻造性能好，耐热性高锻造性能好，耐热性高LD5，LD10LD8，LD7铸铸造造铝铝

5、合合金金简单铝硅合金简单铝硅合金Al-Si铸造性能好，强度低铸造性能好，强度低ZL102复杂铝硅合金复杂铝硅合金Al-Si-MgAl-Si-Mg-Cu兼有良好铸造、力学性能兼有良好铸造、力学性能ZL101，ZL105铝铜合金铝铜合金Al-Cu耐热性好，铸造性差耐热性好，铸造性差ZL201，ZL203铝镁合金铝镁合金Al-Mg力学性能高，抗蚀性好力学性能高，抗蚀性好ZL301，ZL303铝稀土合金铝稀土合金Ai-Re耐热性好耐热性好ZL401铝锌合金铝锌合金Al-Zn能自动淬火，宜于压铸能自动淬火，宜于压铸ZL501103.1 铝及铝合金铝及铝合金3.1.3 3.1.3 变形铝合金变形铝合金 变

6、形变形方式方式半成品半成品生产生产用户用户板材、棒材、管材、线材、型材、箔材、锻件板材、棒材、管材、线材、型材、箔材、锻件防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝合金特性合金特性113.1 铝及铝合金铝及铝合金1 1、防锈铝、防锈铝 特点：特点：不能热处理强化不能热处理强化切削加工工艺性较差切削加工工艺性较差抗腐蚀性能好，易于加工成形和焊接，良好的光抗腐蚀性能好，易于加工成形和焊接，良好的光泽和低温性能。泽和低温性能。合金的强度较低合金的强度较低焊接油箱、管道、容器铆钉及其他冷变形零件焊接油箱、管道、容器铆钉及其他冷变形零件 A1-Mn和和A1-Mg系系 （2 2）铝镁合金）铝镁合

7、金 （1 1）铝锰系合金）铝锰系合金 123.1 铝及铝合金铝及铝合金2 2、硬铝、硬铝 铝铝-铜铜-镁系合金镁系合金 时效处理时效处理高的硬度、强度高的硬度、强度 优良的加工工艺性能优良的加工工艺性能 （1 1）高强度硬铝）高强度硬铝LYl2LYl2合金合金 w(Cu) 3.34.9%，w (Mg) 1.21.8，w (Mn) 0.30.9 抗拉强度约抗拉强度约180MPa，时效，时效 480MPa。应力硬化应力硬化+时效时效 500MPa以上以上 （2 2）低强度硬铝低强度硬铝 （3 3）耐热硬铝）耐热硬铝LY2 LY2 ？133.1 铝及铝合金铝及铝合金3 3、超硬铝、超硬铝 铝锌镁铜系

8、合金铝锌镁铜系合金 LC4、LC6强度可达强度可达600700MPa 铝锌镁系合金是可焊的热处理强化合金铝锌镁系合金是可焊的热处理强化合金 加入铜加入铜合金的强度合金的强度抗应力腐蚀性能抗应力腐蚀性能焊接性能焊接性能难以熔焊难以熔焊热影响区引起热裂纹热影响区引起热裂纹铆接和粘接铆接和粘接X7050 强度强度 韧性韧性 疲劳性能疲劳性能 厚板、挤压件和锻件（大截面）厚板、挤压件和锻件（大截面） 腐蚀抗力腐蚀抗力 143.1 铝及铝合金铝及铝合金4 4、锻铝、锻铝 铝镁硅铜系和铝铜镁铁镍系铝镁硅铜系和铝铜镁铁镍系 锻锻件件 LD2中等强度中等强度、高塑性和抗腐蚀性的机械零件、建筑、高塑性和抗腐蚀性

9、的机械零件、建筑材料，材料，室温下室温下工作、形状复杂的锻件及模锻件工作、形状复杂的锻件及模锻件 LD5、LD6中等强度的各种形状复杂的锻件和模中等强度的各种形状复杂的锻件和模段件，如压气机轮、风扇叶轮、各种段件，如压气机轮、风扇叶轮、各种接头、支杆等受力件接头、支杆等受力件 高负荷的锻件和模段件，如框架、接头等，高负荷的锻件和模段件，如框架、接头等，代替代替LYl2LYl2制成板材和挤压型材制成板材和挤压型材 LD10153.1 铝及铝合金铝及铝合金3.1.2 3.1.2 铸造铝合金铸造铝合金 铸造性能好，可进行各种成型铸造，生产铸造性能好，可进行各种成型铸造，生产形状复杂的零件。形状复杂的

10、零件。 1 1、铝硅系铸造铝合金、铝硅系铸造铝合金 有极好的流动性，高的腐蚀抗力和良好的焊接性有极好的流动性，高的腐蚀抗力和良好的焊接性 硅铝明硅铝明 铝硅铝硅ZL102 ZL102 铝硅镁铝硅镁ZLl04 ZLl04 铝硅镁铜铝硅镁铜ZL105 ZL105 发动机专用铝硅合金缸发动机专用铝硅合金缸 163.2 铜及铜合金铜及铜合金 材料概论材料概论-有色金属及其合金有色金属及其合金 铜及铜合金是人类历史上使用铜及铜合金是人类历史上使用最早最早的金属材的金属材料之一。由于具有料之一。由于具有优良的性能优良的性能及及美丽的色彩美丽的色彩而被而被广泛用于电缆、电器和电子设备的导电材料、各广泛用于电

11、缆、电器和电子设备的导电材料、各种热交换器的传热材料、建筑材料、装饰品等。种热交换器的传热材料、建筑材料、装饰品等。随着科学技术的发展，使用范围不断扩大，目前，随着科学技术的发展，使用范围不断扩大，目前，在尖端技术中铜及其合金也是不可缺少的材料，在尖端技术中铜及其合金也是不可缺少的材料，如在半导休、集成电路、大规模集成电路、形状如在半导休、集成电路、大规模集成电路、形状记忆合金等方面都有应用。记忆合金等方面都有应用。 173.2 铜及铜合金铜及铜合金3.2.1 3.2.1 纯铜的性能及分类纯铜的性能及分类 紫色，故又称为紫铜紫色，故又称为紫铜 1）优良的导电性，仅次于银而居第二位。导热性非常好

12、）优良的导电性，仅次于银而居第二位。导热性非常好，仅次于银。，仅次于银。2）面心立方晶格，良好的塑性，延展性，易加工成材。）面心立方晶格，良好的塑性，延展性，易加工成材。3）极低温度下也不产生脆性。）极低温度下也不产生脆性。4）良好的抗腐蚀性。但在氨或氨盐及硝酸和浓硫酸介质）良好的抗腐蚀性。但在氨或氨盐及硝酸和浓硫酸介质中，铜的抗蚀性很差，在海水中的腐蚀速度也很快。中，铜的抗蚀性很差，在海水中的腐蚀速度也很快。5）具有良好的电镀和钎焊性能。）具有良好的电镀和钎焊性能。 6）铜的机械性能与它的状态有关，）铜的机械性能与它的状态有关，可加工硬化。可加工硬化。？183.2 铜及铜合金铜及铜合金3.2

13、.2 3.2.2 铜合金分类铜合金分类 （1）黄铜：以锌为主要合金元素的铜合金，）黄铜：以锌为主要合金元素的铜合金，H80 （2）青铜：除黄铜、白铜以外的铜基合金。锡青铜、铝）青铜：除黄铜、白铜以外的铜基合金。锡青铜、铝 青铜、铍青铜、硅青铜、铬青铜等。青铜、铍青铜、硅青铜、铬青铜等。 QSn7 ，QSn6.5-0.4 （3）白铜：以镍为主要合金元素的铜基合金。）白铜：以镍为主要合金元素的铜基合金。 B30，BMn3-12 193.2 铜及铜合金铜及铜合金3.2.3 3.2.3 铜合金的性能、常用的铜合金及用途铜合金的性能、常用的铜合金及用途 1、黄铜、黄铜 （1 1）普通黄铜）普通黄铜 色泽

14、美观呈金黄色，有足够的色泽美观呈金黄色，有足够的强度、良好的延展性、深冲性强度、良好的延展性、深冲性及抗腐蚀性。及抗腐蚀性。用于制造热交换器或冷凝器管；用于制造热交换器或冷凝器管；造纸工业和石油化工用金属网；造纸工业和石油化工用金属网；热轧双金属板、双金属带和温热轧双金属板、双金属带和温差双金属等。差双金属等。 203.2 铜及铜合金铜及铜合金（2 2）特殊黄铜）特殊黄铜 锡黄铜锡黄铜 铁黄铜铁黄铜 硅黄铜硅黄铜 锰黄铜锰黄铜 铝黄铜铝黄铜 铅黄铜铅黄铜 镍黄铜镍黄铜 锡黄铜锡黄铜：黄铜加入少量的锡：黄铜加入少量的锡(0.5(0.5 1.51.5) )，可提，可提高合金的强度和硬度，提高合金在

15、海水中的耐蚀高合金的强度和硬度，提高合金在海水中的耐蚀件。锡黄铜主要以管材、棒材、板材大量用于舰件。锡黄铜主要以管材、棒材、板材大量用于舰艇制造工业如冷凝管、船舶零件、船舶焊接件的艇制造工业如冷凝管、船舶零件、船舶焊接件的焊条等，故有海军黄铜之称。焊条等，故有海军黄铜之称。采用低温退火采用低温退火440440、470470可提高可提高锡黄铜锡黄铜应力腐蚀应力腐蚀抗力。抗力。 213.2 铜及铜合金铜及铜合金2、青铜、青铜 锡青铜锡青铜 镁青铜镁青铜 硅青铜硅青铜 铍青铜铍青铜 铝青铜铝青铜 镉青铜镉青铜 钛青铜钛青铜 铬青铜铬青铜 镐青铜镐青铜 锡青铜锡青铜：铜与锡的合金。：铜与锡的合金。 w

16、(Sn)314%。w(Sn)小于小于8%为为变形变形锡青铜；锡青铜；w(Sn)大于大于10，铸造铸造锡锡青铜。合金元素青铜。合金元素Zn、P、Pb等等改善锡青铜的性改善锡青铜的性能。能。耐蚀、高强、耐磨耐蚀、高强、耐磨 223.2 铜及铜合金铜及铜合金233.2 铜及铜合金铜及铜合金3、白铜、白铜 以镍为主要元素的铜基合金。以镍为主要元素的铜基合金。结构白铜结构白铜(B19、B30、BZnl5-20)电工白铜电工白铜(BMn40-1.5、BMn3-12） 加入加入M n、Fe、Zn、A1等元素，形成锰白铜、等元素，形成锰白铜、铁白铜、锌白铜、铝白铜铁白铜、锌白铜、铝白铜 Ni Ni能提高铜的强

17、度和抗蚀性，还能强烈地提能提高铜的强度和抗蚀性，还能强烈地提高合金的电阻、热电势和降低电阻温度系数。高合金的电阻、热电势和降低电阻温度系数。 24 钛作为化学元素在钛作为化学元素在17911791年已被英国的一位牧年已被英国的一位牧师，矿物学家师，矿物学家William McgregorWilliam Mcgregor 发现。但由于发现。但由于钛与氧、氮、碳、氢等元素有极强的亲和力，从钛与氧、氮、碳、氢等元素有极强的亲和力，从而使金属钛的提取工艺非常复杂和困难。因此，而使金属钛的提取工艺非常复杂和困难。因此，历经历经100100多年的努力，才于多年的努力，才于2020世纪上半叶先后发世纪上半叶

18、先后发明了生产金属钛的钠热法，碘化法及镁热法。明了生产金属钛的钠热法，碘化法及镁热法。3.3 钛合金概述钛合金概述材料概论材料概论-有色金属及其合金有色金属及其合金？25 -Ti -Ti高比强度和高耐蚀性，良好的耐热性和低温性能，实用性强，应用面广。强度与合金钢相当，而远超过铝合金及铜合金，但它的密度只及钢的60 。航空、航天，军械、蒸汽透平机的叶片、超速离心机转头和医疗、体育器械等 3.3 钛合金概述钛合金概述263.3 钛合金概述钛合金概述TC10TC10属高强钛合金，属高强钛合金，Ti-6A1-6V-2Sn-0.5Fe-0.5CuTi-6A1-6V-2Sn-0.5Fe-0.5Cu 钛合金分类钛合金分类1 1、 型钛合金型钛合金2 2、 型钛合金型钛合金3 3、 型钛合金型钛合金273.3 钛合金概述钛合金概述