一些重要的金属和合金教案.ppt

一些重要的有色金属及合金 Non-ferrous metals and alloys 绪论 1、有色金属的重要地位 1）在先进工业和尖端技术上的应用 宇航、航空、航海、汽车、石油化工、电子、原子能等近代工业的发展，要求发展： 高强度； 高韧型； 新型发动机用材料 — 主要是Ti合金与Ni、Al合金和钢 形状记忆合金(TiNi) 20℃时的原始状态 形状记忆合金(TiNi) 20℃时的被拉长状态 形状记忆合金(TiNi) 高于50℃时正在收缩中 形状记忆合金(TiNi) 基本恢复到原始状态 2) 地壳中的含量 Al(8.8%); Mg(2.1%); Ti(0.6%); Fe(5.1%); W、Sn、Mo、Sb、Hg、Pb、Zn（在世界位前列）； Cu、Al、Mn（占有重要地位） 钛和稀土位世界第一。 因此, 中国发展 有色金属 和合金，大有可为。 3) 内容主要包括： 铝以及铝合金； 钛及钛合金 第一节 铝及其合金 一、工业纯铝 1、工业纯铝的独特性能和优点 1）铝很轻，d = 2.7g/cm3(d Fe=7.8g/cm3; dCu=8.1g/cm3)，它是各种轻质结构材料的基本单元； 2）导电性、导热性优良 Ag Cu Al(以体积计，依次减弱） 如果以重量计，比Cu还好。 3）塑性好；这与面心立方结构有关，它能实施冷或热 压力加工制成各种型材； 抗大气腐蚀性能好。在表面能形成极致密的氧化铝薄膜； 强度很低(σb=80MPa—100MPa),冷变形加工后σb=150MPa—250MPa; 2、应用 电线、电缆以及导热和抗大气腐蚀对强度不高的用品与器皿。 3、杂质与分类 （1）杂质：工业纯铝，与化学纯铝不同，含有杂 铝中有极低杂质元素铁，就会析出化合物 铝中有杂质元素硅，就会共晶硅析出 质，最常见的Fe与Si，Fe与Si含量影响它的导电、导热性；对塑性极为不利。 (2)工业纯铝的牌号依其杂质的限量来编制的 L1、L2、L3（ 数字越大，纯度越高） 二、铝合金的热处理原理 铝合金的基本热处理形式是退火与淬火时效； 退火属软化处理，目的是获得稳定的组织或优良的工艺塑性； 淬火时效为强化处理，借助时效强化以提高合金的强度性能。 1、Al-4Cu 合金组织性能的一般变化 1）如下图为 Al-Cu相图； 2）在548℃进行共晶转变：L→α+θ(CuAl2) 3)铜在α相中的极限溶解度为5.65%，随着温度的下 部分铝-铜系相图 降，固溶度急剧减小，室温下为0.05%； θ组成为CuAl2，按化学式计算， θ相中铜的含量为54.08%,但实际为52.5—53.9%; Al-4Cu合金在缓冷时获得的组织为（α+θ）两相； 铸造组织的抗拉强度为150MPa。 4）如果将该合金加热到固溶度曲线以上，并迅速淬入干冰（-78℃），形成过饱和固溶体（含4%Cu)；抗拉强度为200MPa;若长期在干冰内保存，机械性能没有明显变化； 5）但若从干冰中取出于室温下放置，则两小时后，开始出现硬化现象，硬度与强度增高，并随时间的增加， 而加剧，八天后达最大值，以后不再变化； 刚淬火后，HB=72 2天，HB=102 8天，HB=101 50℃ 15℃ 硬度 时间（天） 6）如将同一合金置于稍高的温度环境内，例如50℃，经两天后硬度就可以达到最高值，但其变化规律仍与室温相同； 7）自然时效和人工时效 自然时效：将淬火得到的过饱和固溶体置于室温或低于100℃的温度环境下，由于停留时间的增加，硬度和强度增高的现象。 人工时效：将合金置于100℃以上的环境中，硬度变化要复杂一些。这种在100℃以上所造成的时效硬化现象。 过时效：超过硬度峰值的时效。 Al-4Cu合金人工时效硬度的变化 2、过饱和固溶体的性质 合金时效处理前，先要通过固溶处理以获得过饱和固溶体； 固溶体不仅对溶质原子是过饱和的，而且对空位这种晶体缺陷也是过饱和的，即处于双重饱和； 沉淀析出过程是一种原子扩散过程，而空位的存在是原子扩散所必须具备的条件，因此，固溶体中的空位浓度及其溶质原子间的交互作用性质，必然对沉淀动力学过程产生影响； 纯铝和铝合金淬火得到的过饱和空位是极不稳定的，容易向晶界或其它缺陷地带迁移，或形成位错。 但对于Al-Cu合金，铜原子与空位间存在一定的结合能，即铜原子与空位结合在一起，使空位能够比较稳定地处于固溶体中，不容易向缺陷地带迁移和消失。这种携带空位的铜原子在形成新相时的扩散过程，要比没有空位时容易得多。 3、时效过程中的组织变化 时效过程是第二相从过饱和固溶体中沉淀的过程，是固态相变的一种，通过新相的