第8章有色金属及其合金案例.ppt

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第9章 有色金属及其合金 * 有色金属:除Fe、Cr、Mn之外的其它所有金属。共83种,可分为: ①重金属:相对密度大于3.5,如Cu、Ni、Co、Pb、Zn等; ②轻金属:相对密度小于3.5,如Al、Mg、Na、K等; ③贵金属: 贵重或可制造货币用的金属,如Au、Ag、Pt、Pd、Rh等; ④半金属: 物理性质介于金属与非金属之间,如Si、Te、Ge、B等: ⑤稀有金属: 指相对较为稀缺或产量很少的金属,分为: 稀有轻金属:如Ti、Be、Li等; 稀有难熔金属:如W、Mo、Nb、Zr、V等; 稀有重金属: 如Ga、In、Tl等; 稀土金属:如Y、La等: 稀有放射性金属:如Ra、U、Th、Ac等. 有色金属有许多优良特性,具有广泛应用。如飞机制造中用相对密度小的铝、镁、钛等合金;汽车发动机活塞常用铝合金制造;银、铜、铝等是电气、仪表工业不可缺少的导电和导热材料;钨、钼,钽,铌及其合金是制造高温零件及真空元件的理想材料;此外,在空间技术、原子能、计算机、电子等新型工业部门,有色金属材料也占有极重要的地位。 我国有色金属资源丰富,钨、锡、钼、锑、汞,铅、锌和稀土金属储量居世界前列。本章主要介绍工业生产中常用的铝及其合金、铜及其合金以及钛及其合金,重点讨论它们的合金化原理、组织、性能和用途。 第1节 铝及其合金 工业生产用量仅次于钢铁,居有色金属首位。 特点:质轻,比强度和比刚度高,导电导热性好,耐腐蚀。 应用:宇航、航空等工业的主要原材料,建筑、运输、电力等各个领域。 1.纯铝 纯铝的特性: ●纯铝呈银白色,密度2.7g·cm-3,熔点660℃,面心立方,无同素异构转变; ●导电、导热性能好; ●化学性质活泼,大气中生成致密氧化膜,防止继续氧化,大气中耐蚀性好; ● 碱、盐和大多数酸性溶液(如硫酸、盐酸等)中,易被腐蚀。 ●易于加工制成各种制品。 ●铝中常含许多杂质(主要是铁、硅,还有铜、锌、镁、锰、镍和钛等),随 杂质含量↑,纯铝强度↑,导电性、耐蚀性和塑性↓。 纯铝的牌号及用途: 牌号: 纯铝不能热处理强化,唯一手段是冷加工硬化,强度低。 高纯Al:原LG5-1,LG5纯度最高,新1A99~1A85 工业纯Al:L1-6, L6纯度最低,新如1070、1030等 用途: 主要用作导电、导热材料,制备铝合金和用于化学工业。 2. 铝的合金化 纯铝强度、硬度都很低,难以用作工程结构材料。铝中适量加入某些合金元素,再经冷变形或热处理,可大幅度↑其力学性能(主要是强度、硬度)。 固态铝无同素异构转变,不能像钢一样借助于热处理相变强化。合金元素的强化作用主要为固溶强化、沉淀强化、过剩相强化和细化组织强化。 固溶强化 : 合金元素加入纯Al中,形成铝基固溶体,使晶格发生畸变,↑位错运动阻力,↑强度。 合金元素的固溶强化能力与其本身性质及固溶度有关,总体讲固溶强化效果不高,因此铝的强化不能只依靠固溶强化。 沉淀强化 : 主要强化手段,基体中造成较强烈应变场,↑位错运动阻力。 通过热处理(固溶时效)析出沉淀相实现强化,也称时效强化。 条件:①合金元素在铝中有较高的极限溶解度和明显的温度关系; ②沉淀过程中形成性能好、均匀、弥散的共格或半共格过渡强化相。 Cu、Mg、Zn、Si、Li等主加元素在铝中均有较高溶解度,并随温度↓而急剧↓,但除铜外,与铝形成的沉淀相或因共格界面错配度低使应变场较弱,或因预沉淀阶段短,很快与基体丧失共格关系而形成非共格平衡相,难以充分满足上述沉淀强化条件。因此通常在二元铝合金中加入第三或第四组元,如Al-Cu-Mg、A1-Mg-Si、A1-Zn-Mg、Al-Li-Cu、A1-Cu-Mg-Zn、A1-Cu-Mg-Si、A1-Li-Cu-Mg等,形成好的沉淀强化相。 过剩相强化: 过剩相:铝中合金元素含量超过其极限溶解度时,淬火加热时一部分不能溶入固溶体而形成的第二相。 过剩相多为硬而脆的金属间化合物,起阻碍位错滑移和运动的作用,合金强度、硬度↑ ,塑性、韧性↓。过剩相在一定限度内,数量越多强化效果越好,但超过该限度时,合金由于过脆反而使强度急剧↓。 过剩相强化是二元铝硅合金的主要强化手段,过剩相为硅晶体。随硅含量↑,硅晶体数量↑,合金强度、硬度相应↑;当硅含量超过共晶成分时,由于过剩相数量的过多以及多角形的板块初晶的出现,导致合金的强度和塑性急剧↓,因此二元铝硅合金中的含硅量一般不宜超过其共晶成分太多。 细化组织强化: 包括细化基

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