第八章 有色金属材料PPT.ppt

1 《机械工程材料》 主讲教师：吴宜勇 电话2 主要内容 绪论 第一章 材料的内部结构 第二章 结晶与显微组织 第三章 工程材料的力学性能 第四章 工程材料的物理、化学性能 第五章 工程材料的强化理论 第六章 钢的热处理与马氏体相变强化 第七章 钢铁材料 第八章 有色金属及其合金 3 第八章 有色金属及其合金 有色金属定义：除铁、铬、锰及其合金以外的所有金属材料成有色金属 有色金属分类： 轻金属：铝、镁、钛、铍---低密度、高比强度 贵金属：金、银、铜---导电导热耐腐蚀 其他金属 高熔点合金Ni, W, Ta, Mo 稀土金属、原子能材料等 有色金属应用：航空航天、电子、真空、原子能等高科技领域或特殊环境和要求下应用 4 8.1.1 工业纯铝 8.1 铝及铝合金 纯铝的结构特点：FCC结构；无同素异构转变 纯铝的性能特点： 资源丰富，地壳总量8.2% 物理性能 银白光泽 密度2.72g.cm-3, 熔点660°C 导电导热性好，仅次于Cu, Ag 化学性能：优异的化学稳定性 力学性能 强度较低，室温~50MPa；极好的塑性和韧性, 无冷脆 纯铝应用：合金组元，化工原料，包覆材料，电力电子，电磁屏蔽，科学实验 5 8.1.2 铝合金及其分类 8.1 铝及铝合金 铝的合金化及其特点 铝合金结构材料合金化主要目的 改善材料的工艺和使用性能 最高强度可达400 ~ 700 MPa，耐热性达300°C 合金化元素（见相图） 主要元素：Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Li 其它元素：Ni, B, Zr, Cr, Ti, RE 力学性能 主要合金化元素：固溶强化作用，同时通过时效强化效应起到第二相强化效果 其它合金化元素第二相强化效应 6 铝合金相图及合金分类：变形铝合金及铸造铝合金 8.1.2 铝合金及其分类 8.1 铝及铝合金 8 热处理目的：提高综合性能，稳定合金组织 热处理方法：退火、淬火（固溶处理）、时效 退火 低温退火（去应力退火） 再结晶退火 均匀化退火 淬火（固溶处理） 时效 人工时效、自然失效 单级时效、多级时效 问题：说明各种热处理方法的温度、对组织结构的影响和相应工艺过程的作用 8.1.3 铝合金的热处理 8.1 铝及铝合金 9 铝合金的时效处理与强化 铝无同素异构转变，不能利用马氏体相变强化 时效：冷却方式的影响很重要 缓慢冷却：第二相主要沿基体相的晶界析出，且易于长大粗化—强化效果不好，甚至会脆化 固溶并快速冷却（淬火），获得过饱和固溶体 过饱和固溶体在室温下停留或在较低的温度下保温 时效温度下，过饱和固溶体不稳定，会逐渐在基体内部脱溶析出第二相，且由于析出温度低，第二相极为细小且均匀弥散地分布于基体中，具有显著的强化效果—这就是时效强化 8.1.3 铝合金的热处理 8.1 铝及铝合金 10 铸造铝合金 分类：按主要合金元素分为Al-Si, Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn 性能特点及应用 Al-Si系：铝硅明、变质处理、铸造性能好；牌号ZL10X Al-Cu系：高温性能、耐蚀性差; 牌号ZL20X Al-Mg系：抗冲击、耐腐蚀，但耐热性差; 牌号ZL30X Al-Zn系：尺寸稳定、便宜，但力学性能和耐蚀性一般; ；牌号ZL40X 8.1.4 常用铝合金及其应用 8.1 铝及铝合金 11 12 8.1.4 常用铝合金及其应用 8.1 铝及铝合金 13 8.1.4 常用铝合金及其应用 8.1 铝及铝合金 变形铝合金 分类：以性能和使用特点分为防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝（可热处理强化） 性能特点及应用 防锈铝：Al-Mn、Al-Mg合金；牌号LF 硬铝：Al-Cu-Mg,强度可达420MPa; 牌号LYxx 超硬铝：Al-Cu-Mg-Zn,强度可达680MPa; 牌号LCYxx 锻铝：Al-Mg-Si-Zn，合金元素多、含量低，强度与硬铝类似；牌号LDxx 问题：时效铝合金的耐腐蚀性一般较差，说明原因 14 8.2 镁及镁合金   Al 合金 Mg 合金 密度 2.72 1.74 资源 占地壳8.2% 2.5% 结构 FCC HCP 熔点 660°C 650°C 强度 合金可达450MPa 合金350MPa 弹性模量 较大 较小(抗冲击振动性好) 塑性、韧性 好 差 耐蚀性(常规条件) 好 差 导电、导热性 好 差 主要合金化元素 Cu Mg Si Mn Zn Li Al Zn Mn Zr 合金分类 铸造类、变形类 铸造类、变形类 强化与热处理 五种 与铝类似 15 8.3.1 工业纯铜及其应用 8.3 铜及铜合金 纯铜的结构特点：FCC结构；无同素异构转变 纯铜的性能特点： 物理性能 紫红色（紫铜）；密度8.9g.cm-2, 熔点1083°C 导电