材料化学第6章金属材料.pptVIP

第6章 金属材料;本章内容;学习目的;学习参考书目;金属可分为黑色金属和有色金属。 黑色金属: 铁、铬、锰及其合金，并以铁金属、铁合金为主。 有色金属: 铁、铬、锰以外的金属。 有色金属又可进一步分为: 轻有色金属: 密度小于4.5g/cm3,如钾、钠、钙、镁、铝、锶、钡等，化学活性高； 重有色金属: 密度大于4.5g/cm3,铜、镍、锡、铅、镉、汞、钴、铋等； 贵金属: 铂、金、银、铑、铱、钌、锇、钯等，地壳含量稀少、开采提炼困难而昂贵，密度高(10.4~22.4g/cm3)、熔点高(1200~3300K)、惰性； 稀有金属: 如锂、铷、铯、铍、钨、钼、钒、铌、钛、铪、镓、铟、铊、锗和稀土元素(镧系和锕系)以及人造超铀元素(自然界含量少或分布稀散、发现晚、难提取或制备应用较晚)； 准金属:介于金属与非金属之间，如硼、硅、硒、碲、砷、锗、锑、钋； 放射性金属: 镭、铀、钍、钋等。;6.1 金属材料结构与性能;6.1.2 合金基本结构与性能;6.1.3 铁系合金的组织结构;Date; ; ;奥氏体和马氏体; ; ; ; ;Date;相图分析; ;6.1.4 金属材料热处理;6.2.1 超耐热合金定义 一般的金属材料都只能在500～600oC下长期工作。 在700～1200oC高温下仍能长时间保持所需力学性能，具抗氧化、抗腐蚀能力，且能满意工作的金属材料通称超耐热合金。 对高温材料的要求 在高温下有优良的抗腐蚀性 在高温下有较高的强度和韧性;Example;Metals with high melting point ;Periodic table;铁基超耐热合金 基于奥氏体不锈钢 中温（600～800℃）条件下使用 镍基超耐热合金 镍含量一般50% 在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力 钴基超耐热合金 含钴量40～65％的奥氏体高温合金 在730～1100℃下 ，具有一定的高温强度、良好的抗热腐蚀和抗氧化能力。;;(1);奥氏体和马氏体;(2);6.3.1 超低温对材料的特殊要求;防止低温脆性 铁素体钢呈体心立方结构，在温度达到-200oC左右，就会出现韧性-脆性转变。 添加13％的镍，可以使其过渡温度下降至液氦温度，即在液氦温度以上不会出现低温脆性。 另一种方法是采用面心立方结构的金属，例如铝合金、奥氏体系不锈钢等。;需要具备低温下的热性能 低温合金膨胀系数尽可能小 低膨胀合金：铁镍合金、钛合金等 必须是非磁性合金 超低温技术多在磁场下利用 带有磁性的合金，在构件中就会由于产生电磁力的作用而造成对磁场的不良影响;6.3.2 超低温合金的研究;6.4 超塑性合金 Superplastic Alloy 6.4.1 超塑性合金现象 金属在某一小的应力状态下，可以延伸十倍甚至是上百倍，既不出现缩颈，也不发生断裂，呈现一种异常的延伸现象。 在1920年，德国人罗森汉(N.Rosenhaim)对冷轧后的Zn-4Cu-7A1三元共晶合金的铝板弯曲时，出现了塑性异常高的现象(180o)。 ;Date;4.3.1 超塑性现象;6.4.2 超塑性合金类别;1. 高变形能力的应用 真空成型或气压成型 可以在密封模具内挤压或锻造，可以得到相当高的加工精度，并能大幅度降低加工压力、减少加工工序 尤其适于极薄板和极薄管的制造，也非常适用于加工具有极微小凹凸表面的制品。 缺点是加工速度慢，效率低;超塑成型;2. 固相粘结能力的应用 晶粒的超细化，即晶界体积比的增加使得低压下的固相结合易于进行。 超塑性合金与另一金属压合时，其微细晶粒可以顺利地填充满微小凸起的空间，使两种材料间的粘结能力大大提高。 利用这一点可轧合多层材料、包复材料和制造各种复合材料，获得多种优良性能的材料。这些性能包括结构强度和刚度、减振能力、共振点移动、韧脆转变温度、耐蚀及耐热性等。;3.减振能力的应用 合金在超塑性温度下具有使振动迅速衰减的性质，因此可将超塑性合金直接制成零件以满足不同温度下的减振需要。 4.其它 利用动态超塑性可将铸铁等难加工的材料进行弯曲变形； 对于铸铁等焊接后易开裂的材料，在焊后于超塑性温度保温，可消除内应力，防止开裂； 高温苛刻条件下使用的机械、结构件的设计、生产及材料的研制。;6.5 形状记忆合金（SMA） Shape Memory Alloy;6.5.1 形状记忆合金特征;单程、双程及全程记忆效应示意图;6.5.2 形状记忆效应机理; ;孪晶（twinning）——指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为孪晶， ;马氏体与母相的平衡温度;6.5.3 形状记忆合金材料;4.4.3 SMA materials;6.5.4 形状记忆合