工程材料8有色金属及其合金(ppt)
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《有色金属材料》课件
建筑行业领域
在建筑行业领域，有色金属材料如铜 合金、不锈钢和铝制品等被广泛应用 于建筑装饰、屋面和门窗等。这些有 色金属材料具有美观、耐久和易于维 护的特点，能够提高建筑物的品质和 价值。
VS
例如，铜合金在建筑装饰中具有高贵 典雅的外观和耐腐蚀的特点，常用于 制造门把手、窗框和楼梯扶手等部件 。不锈钢具有高强度和良好的耐腐蚀 性能，常用于制造建筑结构件和栏杆 等。铝制品轻便美观，具有良好的加 工性能和耐候性能，常用于制造门窗 和幕墙等。
通过测量金属材料的重量和体积，计算其密度，以评 估其质量。
热膨胀系数测试
在加热或冷却过程中，测量金属材料的长度变化，以 评估其热稳定性。
电导率测试
测量金属材料在单位温度和单位长度下的电阻值，以 评估其导电性能。
化学性能测试
耐腐蚀性测试
01
通过暴露金属材料在不同的环境条件下，观察其表面腐蚀程度
，以评估其耐腐蚀性能。
高端装备制造领域
有色金属材料在高端装备制造领域的应用不断拓展，如航空航天、高 速铁路等。
现了铁和钢。
近代
随着工业革命的兴起，铝、铜、 镍等有色金属材料得到了广泛应
用。
现代
随着科技的不断进步，有色金属 材料的应用领域不断扩大，如钛 合金、镁合金等新型有色金属材 料在航空航天、汽车等领域得到
了广泛应用。
PART 02
有色金属材料的生产工艺
冶炼工艺
01
02
03
熔炼
将矿石、废金属和添加剂 在高温下熔化成液态，通 过化学反应去除杂质，形 成纯净的有色金属溶液。
抗氧化性测试
02
在高温条件下，观察金属材料表面氧化程度，以评估其抗氧化
性能。
机械工程材料ppt课件
1,纯铁(重要特性是结晶过程具有同素
目 录 异构转变 );
2, 铁素体 :是碳溶于α-Fe中形成的固
上一页 溶体，常用符号“α”或“F”表示。
下一页
3,奥氏体 :奥氏体是碳溶于γ-Fe中形
成的固溶体，用“γ”或“A”表示。
4,渗碳体:是铁与碳的稳定化合物Fe3C，
退出
其碳的质量分数为6.69％。 渗碳体在高温下可以分解形成石墨态的自
第3章 合金的相结构与二元合金相图
目录
上一页 下一页 退出
• 3.1 合金的相结构 • 3.2 匀晶相图 • 3.3 共晶相图 • 3.4 合金的性能与相图的关系
2020/11/4
7
常见心律失常心电图诊断的误区诺如 病毒感 染的防 控知识 介绍责 任那些 事浅谈 用人单 位承担 的社会 保险法 律责任 和案例 分析现 代农业 示范工 程设施 红地球 葡萄栽 培培训 材料
4.3 铁碳合金的平衡结晶过程及组织
目
录
•
铁碳合金按其碳的质量分数及室温平衡组织 分为三大类，即工业纯铁、钢和铸铁。
• 4.3.1 工业纯铁: (Wc<0．0218％)室温平衡组织
上一页 为铁素体加少量Fe3CⅢ;
下一页 • 4.3.2 共析钢 :室温平衡组织为珠光体 ; • 4.3.3 亚共析钢 :在室温下的组织由先共析铁素
再结晶 • 第3章 合金的相结构与二
元合金相图 • 第4章 铁碳合金 • 第5章 钢的热处理 • 第6章 合金钢 • 第7章 铸铁
• 第8章 有色金属及其合金 • 第9章 非金属材料 • 第10章 纳米材料与功能材料 • 第11章 铸造 • 第12章 金属压力加工 • 第13章 焊接 • 第14章 机械零件的选材及工
机械工程基础课件单元八非铁金属及硬质合金
单元八 非铁金属及硬质合金
特殊黄铜
在普通黄铜的基础上加入硅、锡、铝、 锰、镍、铁、铅等元素形成特殊黄铜。
5 b
黄铜的牌号、化学成分、力学性能及用途
类别 牌号 化学成分（质量分数，%） Cu H96 黄铜 H62 95~97 其他 Zn余量 Zn余量 Pb0.8~0.9 Zn余量 TL 力学性能 状态 /MP 240 450 60.5~63.5 TL 330 600 57~60 TL 420 550 （%） 50 2 49 3 45 5 HBW 45 120 56 164 75 149 冷凝管、散热器管及导 电零件 铆钉、螺母、垫圈、散 热器零件 用于热冲压和切削加工 的各种零件 用途
单元八 非铁金属及硬质合金
有色金属材料
所有的非铁金属及其合金
铜及铜合金 铝及铝合金 钛及钛合金
单元八 非铁金属及硬质合金
8.1 铜及铜合金
8.1.1.纯铜 ① 纯铜呈紫红色，固称紫铜，其密度为8.9，熔点为 1083℃； ② 具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性； ③ 具有良好的导电性和导热性；在大气、淡水和冷凝水 中有良好的耐蚀性。 ④ 纯铜的强度不高，硬度较低，塑性好。 ⑤ 纯铜主要用于配制铜合金，制作导电、导热材料及耐蚀 器件等。
单元八 非铁金属及硬质合金
3.白 铜
以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜
常用的牌号有B5、B19等，主要用于制造在蒸汽和海 水环境下工作的精密机械仪表中零件几冷凝器、热交换 器等。
单元八 非铁金属及硬质合金
8.2 铝及铝合金
纯铝的基本性质 ① 具有银白色金属光泽； ② 密度小(2.72)，熔点低(660.4℃)；
HPb59-1
特殊黄铜
HMn58-1
工程材料课件 (Engineering Materials)
– 应变 (strain)：单位长度的伸长量，用试样的伸长量 除以试样的原始标距表示。
拉伸试验机
拉伸试验的颈缩现象
应力
应变
低碳钢的应力－应变曲线
弹性和刚度
– 弹性 (Elasticity)：金属材料受外力作用时产生变形, 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。
– 弹性变形：随载荷撤除而消失的变形。
– 抗拉强度 b(Breaking strength)：试样在断裂前所能承受的最
大应力。
– 屈服强度和抗拉强度是零件设计的重要依据，也是评定金属 强度的重要指标之一。
塑性 (Plasticity)
– 在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
– 伸长率δ：是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。 – 断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积
高分子材料
– 又称聚合物，包括天然高分子材料（木材、棉、麻 等）和合成高分子材料（塑料，合成橡胶等）。其 主要组分高分子化合物是有许多结构相同的结构单 元相互连接而成。它具有较高的强度、良好的塑性、 较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。高 分子材料发明虽晚，但异军突起，因其物美价廉， 在工程材料中应用越来越广。
本课程的研究内容
– 主要研究机械工程上所用的结构材料，主要偏重于 金属材料。
– 研究金属材料的组织、结构及其与机械性能和工艺 性能之间的关系。
第一章 材料的性能(properties)
材料的力学性能(mechanical properties)
– 定义：指材料在不同环境（温度、介质）下，承受 各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、 交变应力等）时所表现出的力学特征。
多晶体示意图
多晶体示意图
拉伸试验机
拉伸试验的颈缩现象
应力
应变
低碳钢的应力－应变曲线
弹性和刚度
– 弹性 (Elasticity)：金属材料受外力作用时产生变形, 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。
– 弹性变形：随载荷撤除而消失的变形。
– 抗拉强度 b(Breaking strength)：试样在断裂前所能承受的最
大应力。
– 屈服强度和抗拉强度是零件设计的重要依据，也是评定金属 强度的重要指标之一。
塑性 (Plasticity)
– 在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
– 伸长率δ：是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。 – 断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积
高分子材料
– 又称聚合物，包括天然高分子材料（木材、棉、麻 等）和合成高分子材料（塑料，合成橡胶等）。其 主要组分高分子化合物是有许多结构相同的结构单 元相互连接而成。它具有较高的强度、良好的塑性、 较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。高 分子材料发明虽晚，但异军突起，因其物美价廉， 在工程材料中应用越来越广。
本课程的研究内容
– 主要研究机械工程上所用的结构材料，主要偏重于 金属材料。
– 研究金属材料的组织、结构及其与机械性能和工艺 性能之间的关系。
第一章 材料的性能(properties)
材料的力学性能(mechanical properties)
– 定义：指材料在不同环境（温度、介质）下，承受 各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、 交变应力等）时所表现出的力学特征。
多晶体示意图
多晶体示意图
航空材料-8.有色金属
铝锌 合金
ZAlZn11Si7
ZL401
铸造铝合金在飞机发动机上的应用
有色金属——8.1 铝及铝合金
铝合金铸件
知识链接——轻金属在航空航天器上的应用 通常把密度小于5g/cm3的金 属材料称为轻金属。铝合金、镁 合金和钛合金都是轻金属。它们 之所以成为重要的航空航天材料， 是由于都有较高的比强度。 所谓比强度，是指材料的强 度σb与密度ρ的比值。材料的比 强度高，意味着用它可以制成轻 质高强的零件，这对于减轻飞行 器的重量，提高飞行器的性能有 着十分重要的意义。
有色金属——8.1 铝及铝合金
（2）固溶处理与#43;时效的方法来强化。
固溶处理（淬火） 固溶处理是将铝合金加热到一定温度保温后， 放入水中快速冷却的热处理工艺。固溶处理的作用是使合金元素充分 溶入铝合金中的固溶体，为时效强化作准备。固溶不能直接使铝合金 的强度大幅度上升，铝合金在固溶处理后，强度仅比退火略有提高， 而塑性却很好。
有色金属——8.2 镁及镁合金
有色金属——8.3 钛及钛合金
8.3 钛及钛合金
8.3.1 纯钛 物理性质： 银白色，密度为4.5g/cm3，熔点1667℃。具有同素异晶现 象，在882℃以下为密排六方晶格，称为α-Ti；在882℃以上为体心立 方晶格，称为β-Ti。 力学性能： 强度与普通结构钢相当，σb=400～700MPa；塑性和韧性 也比较好。是唯一可以用来制造结构零件的纯金属。 工业纯钛的牌号： TA1、TA2、TA3，序号数字越大，纯度越低。 8.3.2 钛合金 钛合金中加入铝、铬、钼、锡、锰、钒等合金元素，强度进一步提高。 其种类和牌号如图所示：
5A02
防锈铝
LF2 LF11
LF21 LY1 LY11 LY12 LD5 LD5
有色金属及其合金
主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋 桨、轴承、衬套及阀体等。
三、青铜
除黄铜和白铜外的其他铜合金 统称为青铜。
加工青铜的牌号为：Q +主加 元素符号及其平均百分含量+ 其他元素平均百分含量
如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn). 常用青铜有锡青铜、铝青铜、
铍青铜、硅青铜、铅青铜等。
在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进 行的时效称人工时效。
时效强化效果与加热温度和保温时间有关。
温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰
值，超过峰值时间，
析出相聚集长大，强
度下降，为过时效。
随时效温度提高，峰
值强度下降，出现峰
值的时间提前。
含4%Cu铝合金的时效曲线 时效时间/d
ZL102的铸态组织
未变质处理 经变质处理
加入其他合金元素的铝硅铸造 合金称复杂(或特殊)硅铝明。
Al-Si系铸造铝合金的铸造性能 好，具有优良的耐蚀性、耐热 性和焊接性能。
活塞(裙部为铝硅合金)
用于制造飞机、仪 表、电动机壳体、 汽缸体、风机叶片、 发动机活塞等。
⑵ Al-Cu系铸造铝合金
常用牌号有QBe2、QBe1.7、 QBe1.9等 。
铍青铜制品
用于重要的弹性件、耐磨 件，如精密弹簧、膜片，
高速、高压轴承及防爆工
具、航海罗盘等重要机件.
四、白铜
以镍为主要合金元素的铜 合金称白铜。分普通白铜 和特殊白铜。
白铜件
普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗 腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。
美F-117隐身战斗机
(所用材料大部分是铝合金)
高比强铝合金机翼
三、青铜
除黄铜和白铜外的其他铜合金 统称为青铜。
加工青铜的牌号为：Q +主加 元素符号及其平均百分含量+ 其他元素平均百分含量
如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn). 常用青铜有锡青铜、铝青铜、
铍青铜、硅青铜、铅青铜等。
在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进 行的时效称人工时效。
时效强化效果与加热温度和保温时间有关。
温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰
值，超过峰值时间，
析出相聚集长大，强
度下降，为过时效。
随时效温度提高，峰
值强度下降，出现峰
值的时间提前。
含4%Cu铝合金的时效曲线 时效时间/d
ZL102的铸态组织
未变质处理 经变质处理
加入其他合金元素的铝硅铸造 合金称复杂(或特殊)硅铝明。
Al-Si系铸造铝合金的铸造性能 好，具有优良的耐蚀性、耐热 性和焊接性能。
活塞(裙部为铝硅合金)
用于制造飞机、仪 表、电动机壳体、 汽缸体、风机叶片、 发动机活塞等。
⑵ Al-Cu系铸造铝合金
常用牌号有QBe2、QBe1.7、 QBe1.9等 。
铍青铜制品
用于重要的弹性件、耐磨 件，如精密弹簧、膜片，
高速、高压轴承及防爆工
具、航海罗盘等重要机件.
四、白铜
以镍为主要合金元素的铜 合金称白铜。分普通白铜 和特殊白铜。
白铜件
普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗 腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。
美F-117隐身战斗机
(所用材料大部分是铝合金)
高比强铝合金机翼
有色金属及其合金
有色金属及其合金newmaker金属一般分为两大类：一类为黑色金属，包括铁、铬、锰；另一类为有色金属，包括除铁、铬、锰以外的所有金属。
但习惯上，人们常常把除铁和钢以外的金属及其合金称作为有色金属。
有色金属具有许多优良的性能，如密度小、比强度大、比模量高、耐热、耐腐蚀以及良好的导电性和导热性。
同时许多有色金属又是制造各种优质合金钢和耐热钢所必需的合金元素，因此有色金属在金属材料中占有重要韵地位，是现代航天、航空、原子能、计算机、电子、汽车、船舶、石油化工等工业必不可少的材料。
例如，铝、镁、钛等金属及其合金，以密度小、比强度与比模量高的特性而在运载火箭、卫星、飞机、汽车、船舶上获得广泛应用，是制造其中许多结构件和零、部件的主要材料；再如，银、铜、铝等有色金属，导电性和导热性优良，是电力、电器工业和仪表工业不可缺少的材料；又如，铜和钛具有良好的抗蚀性，是石油化工和航海工业所必需的优良耐蚀材料。
本章主要介绍目前工程上应用广泛的铝、镁、铜、钛及其合金和镍基合金，重点讨论这些材料的合金化和热处理原理，以及典型金属和合金的成分、组织、性能及相互关系、工艺特性与实际应用，并简单介绍这些有色金属材料的新近发展。
1. 铝及铝合金铝是地壳中蕴藏量最多的金属元素，其总储量约占地壳重量的7．45％。
铝及铝合金的产量在金属材料中仅次于钢铁材料而居第二位。
1.1.纯铝1.1.1. 纯铝性能和优点：(1) 铝很轻，它的比重为2.7。
铝经常作为各种轻质结构材料。
(2) 导电性和导热性较好，仅次于银、铜和金，居第四位。
(3) 塑性好(Ψ=80%)可通过冷或热的压力加工制成各种型材；如丝、线、箔，片、棒等这种特性与锅具有面心立方品格结构有关。
(4) 抗大气腐蚀性能好，因为在铝的麦面能生成一层极致密的氧化铝薄膜，隔绝铝和氧的接触，而阻止铝表面的进一步氧化。
(5) 强度很低，45MPa，冷变形加工硬化后强度可提高到100Mpa。
1.1.2. 纯铝编号L+顺序号组成。
第八章 有色金属及其合金
8.2.2
黄铜
• 以Zn为主要合金元素的铜合金称为“黄 铜”. • 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄 铜；按加工方法可分为加工黄铜和铸造黄 铜。 • 常用黄铜的牌号、化学成分、力学性能及 用途列于表8－4。
8.2.2
黄铜
8.2.2
黄铜
• 1.普通黄铜 • 铜与锌的二元合金称为“普通黄铜”。 • 加工普通黄铜的牌号 为H＋表示铜平均百 分含量的数字，如H68。 • 铜锌合金相图如图8－4所示。
8.2.1
铜及铜合金的性能特点
• 铜合金是在纯铜中加入合金元素制成的， 常用合金元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、 Fe、Be、Ti、Zr、Cr等。 • 由于合金元素的固溶强化及第二相强化作 用，使得铜合金既提高了强度，又保证了 纯铜的特性。因而在机械工业中得到了广 泛的应用。 • 根据化学成分，铜合金分为黄铜、青铜、 白铜三大类。
8.1.3
铝合合金，其热处 理方法为固溶处理加时效。 • 固溶处理是指:降变形铝合金加热到固溶温 度（DF线）以上，保温，然后快冷，获得 过饱和的单相α固溶体组织的处理方法。 • 时效是指:将过饱和固溶体在固溶线以下保 温，以析出弥散强化相的热处理方法。 • 室温下进行的称为“自然时效”，加热状 态下进行的称为“人工时效”。
8.1.4
铝合金的牌号、性能及用途
• 硬铝合金的强度高、硬度高加工性能良好， 但耐蚀性能低于防锈铝合金。 • 常用的硬铝合金如2A11（LY11）、2A12 （LY12）等用于制造冲压件、模锻件和铆 接件，如螺旋桨、铆钉等。
8.1.4
铝合金的牌号、性能及用途
• ③超硬铝合金 属Al－Zn－Mg－Cu系合 金,并含有少量的Cr和Mn。 • 其强化相除CuAl2 (θ相)和CuMgAl2(S相) 外还有MgZn2(η相)和MgAl2(T相)等。 • 时效强化效果超过硬铝合金，是时效后强 度最高的一种铝合金。
08有色金属及其合金
2013年8月14日星期三
32
第九章 非铁金属及其合金
§2 铜及其合金
一、纯铜（2）
σb=200~250MPa，HB:40~50HBS，塑性δ45%~50%；
冷变形后，其强度可达400~500MPa，硬度提高到 100~200HBS，但伸长率下降到5%以下； 退火处理可消除铜的加工硬化；纯铜还具有优良的 焊接性能；
高强度硬铝，如LY12。
2013年8月14日星期三
16
第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
四、变形铝合金(硬铝合金LY)
硬铝包括： Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mn系两类 Al-Cu-Mg系硬铝的性能： 焊接性和耐蚀性较差，对于板材可包覆一 层高纯铝，通常还要进行阳极氧化处理和表面 涂装，为提高其耐蚀性一般采用自然时效。部 分Al-Cu-Mg系硬铝具有较高的耐热性，如 LY11 、LY12，可在较高温度使用。
§1 铝及其合金
二、铝合金的分类(变形铝合金)
变形铝合金中： 小于F点的合金，固溶体成 分不随温度而变化，不能通过 热处理方法强化，称为不可热 处理强化的铝合金； 成分在F-D之间的合金，固 溶体成分随温度变化，可通过 热处理方法强化，称为可热处 理强化的铝合金。
2013年8月14日星期三
8
第九章 非铁金属及其合金
第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金 §2 铜及其合金
§3 钛及其合金
§4 轴承合金 §5 其它非铁合金
2013年8月14日星期三
1
第九章 非铁金属及其合金
绪论
除铁之外的其它金属称为非铁金属：
轻金属ρ＜4.5g/cm3如Al、Mg、K、Na、Ca等。
重金属ρ＞4.5g/cm3如Cu、Zn、Ni、Sn、Pb、Co等。