常用金属材料及表面处理

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冶金金相及钢的热处理
炼铁是将铁还原出来 3CO+Fe2O3==高温==3CO2+2Fe
炼铁高炉
冶金金相及钢的热处理
炼钢是将生铁中的过量碳和杂质除去 氧化顺序是：Si、Mn、C、P、Fe
Fe+1/2｛O2｝=FeO Si+2(FeO)=2[Fe]+SiO2+Q Mn+2(FeO)=2[Fe]+MnO2+Q C+FeO=Fe+CO+Q 2[P]+ 5(FeO)+ 4(CaO)＝5[Fe]+ (4 CaO. P2O5)+Q [FeS]+(CaO)=(FeO)+(CaS)-Q
AI-Mg-Si合金
6061 6063 6009
AI-Zn-Mg合金
7075 7050 7039
以其它元素主要合金的铝合金产品 如AI-Li
第一位数表示分类号 第二位数：钝铝表示受控杂质的个数，铝合金表示对原合金的改进次数
N: 表示系日本独创合金 第三、四位数：纯铝表示 Al 含量百分小数点后的最低含量，铝合金表示编号
钛合金
钛合金
• 海绵钛, 碘法钛: 化学纯钛，强度硬度低，用于制造工业纯钛和钛合金
• 工业纯钛: 实质是低含量钛合金，力学性能和化学性能与不锈钢相似 用于受力不大但要求塑性高的场合,350度以下。
• 钛合金 α 型钛合金: 单一态，不能热处理, 只能靠固溶强化, 中等强度应用，高温应用。 β 型钛合金: 性能不够稳定，熔炼工艺复杂,使用不广。 α+β 型钛合金: 优越的综合力学性能，韧性好，使用极广，TC4占钛合金一半。
体心立方晶体结构
面心立方晶体结构
小 α-Fe ：温度在912℃以下的纯铁，晶格类型是体心立方 知 识 γ-Fe： 温度在912℃～1394℃的纯铁，晶格类型是面心立方
继续升高温度，γ-Fe转变为 δ-Fe，它的结构与α-Fe一样，是体心立方结构。
冶金金相及钢的热处理
图中的特性点
A点：纯铁的熔点 1538℃
17－4PH不锈钢
17－4PH不锈钢
铝及其合金
• 认识铝
化学符号Al 原子序数13 白色的轻金属，较软 密度2.7g/cm3 熔点660.4℃ 沸点2467℃ 包装
铝及其合金
• 铝材牌号
纯铝和工业纯铝 硬铝（高强度铝） 防锈铝薄板 锻铝（模板） 防锈铝材（板棒） 锻铝（挤压 刑棒） 超硬铝（航空铝） 基它铝合金 备用组合金
钨基合金
钨基合金
钨基合金
钛合金
认识钛
钛 (Titanium) ——元素符号Ti 原子序数: 22 相对原子质量： 47.87 密度： 4.51克/每立方厘米 熔点： 1668±4℃ 沸点： 3260±20℃ 强度位于金属之首
钛，一种金属元素，灰色，原子序数22，相对原子质量47.867。能在氮气 中燃烧，熔点高。钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航 天工业和航海工业。
其中要特别注意A1线、A3线和Acm线。它们常常和退火及其它热处理工艺有密切关系。
冶金金相及钢的热处理
铁碳合金的成份组织性能关系
冶金金相及钢的热处理
退火、正火、淬火、回火,备俗称“四把火”
钢的热处理
是将金属在固态下通 过加热、保温和冷却 过程，改变其内部组 织，从而获得所需性 能的一种工艺方法。
美国 301 302 303 304 304L 316 316L
常用不锈钢
17－4PH不锈钢
17－4PH 即为美国ASTM 630 俗称: 马氏体沉淀硬化不锈钢 PH: precipitation-hardening 沉淀硬化 热处理工艺:固溶 + 时效
马氏体沉淀硬化不锈钢固溶处理的硬度在30HRC左右，进行机加没有问题，机加成型后 进行最终的时效处理提高硬度在40HRC左右。建议时效在真空炉进行时效处理，表面有 浅黄色的氧化色可以使用。
铝及其合金
• 铝材加工及应用
铜与铜合金
铜与铜合金
认识铜
合金类 红铜 黄铜 青铜 白铜
元素符号Cu，(Cuprum ) 原子量63.54, 比重8.92g/cm3， 熔点1083 ℃ 纯铜呈浅玫瑰色或淡红色
COPPER BRASS BRONZE coppernickel alloy
合金成分 纯铜合金 铜锌合金 铜锡合金? 铜钴镍合金
析氢腐蚀
阳极：Fe=Fe2++2e阴极：2H++2e-=H2↑ 总反应：2H++Fe=Fe2++H2↑
常用不锈钢
• 关键词：铬: 提高阳极活性 镍: 提高热力学稳定性
• 标准电极电势 Fe2+/Fe 的标准电极电势为-0.48V Cr3+/Cr 的标准电极电势为-0.74V Ni2+/Ni 的标准电极电势为-0.24V
C点：共晶点 1148℃ D点：渗碳体的熔点 1227℃
Q
S点：共析点 727℃
G点：纯铁的同素异晶转变点 912℃
E点：C在γ-Fe中最大溶解度 1148℃
P点：C在α-Fe中最大溶解度 727 ℃
Q点：室温时C在α-Fe中最大溶解度
图中的特性线
ACD：液相线 AECF：固相线 GS：AF的转变线，又称A3线。 ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。 ECF：共晶线，含C量2.11 % --6.69%的铁碳合金至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物---莱氏体Ld。 PSK：共析线，含C量在0.0218 % --6.69%的铁碳合金至此反生共析反应，产生珠光体P ，又称A1线。
固溶处理后高温时效
铝及其合金
• 铝材加工及应用
铝材类型 1××× 2×××
3×××
4×××
5×××
6××× 7××× 铸铝
主要用途
不受力装饰铝件 铝牌 装饰条 常用1050 1060 1080 状态 避免使用1100 高强度结构件 航空航天 常用2024 2011 2017最高可含铜10%不建议阳极氧化 但化学氧化有需求
铜和铜合金
• 铜和铜合金状态代号及名称
代号
名称
代号
名称
代号
名称
F பைடு நூலகம்轧状态
1/8H 1/8 硬状态 EH 特硬状态
O 软状态
1/2H 1/2 硬状态 SH 抗拉强度最大的加工制
OL 在“ O ”状态基础上稍加工（仅 3/4H 3/4 硬状态 SR 品
1/4H 管材）
H 硬状态
消除应力状态
1/4 硬状态
各种工业铝型材和建筑型材 常用6463 6063 6061适合阳极氧化 高强度铝用于航空航天 常用7075 7072 7005 7050 硬质氧化选用但普通氧化不选用 铝硅系最常用 高强度铸件选用铝硅铜系 常用ZL101 ZL204 AC4D ADC1 ADC6 ADC10 ADC12 A380 A360 阳极选用铝镁系铸铝ADC6 ZL301 AC7B）
课程内容
•常用金属材料
• 金相及热处理简介 • 常用不锈钢 • 常用有色金属
1.铝及其合金 2.铜及其合金 3.钛及其合金 4.钨及其合金
• 常用金属零件表面处理 1.阳极氧化 2.电镀 3.金属钝化 4.零件表面电解抛光 5.静电粉末喷涂
冶金金相及钢的热处理
钢材生产流程图
电炉、转炉炼钢
高炉炼铁
回火 Tempering • 淬火-回火；低于下临界温度 • ①提高组织稳定性-消除内应力 • ②改善切削加工性能-降低硬度。 • ③调整力学性能-提高韧性。
常用不锈钢
钢铁为什么会生锈
•铁: 稳定状态Fe2O3和Fe3O4 •化学腐蚀 •电化学腐蚀
吸氧腐蚀 阳极：Fe=Fe2++2e阴极：O2+2H20+4e-=4OH总反应：2Fe+2H20+O2=2Fe(OH)2
特性 导体 易加工 坚硬 贵
镍黄铜? 锡青铜? 锰白铜?
牌号举例 T1,TU1 H65, HNi65-5 QSn4-3 B30, BMn3-12
铜与铜合金
Free-Cutting Brass, UNS C36000
对应国内牌号：HPb63-3
第一位数为分类代码 1 ——纯铜和高铜合金； 2 ——铜锌合金， 3 ——铜锌铅合金， 4 ——锡锌锡合金， 5 ——铜锡、铜锡铅合金， 6 ——铜铝、铜硅、特殊铜锌合金， 7 ——铜镍、铜镍锌合金； 8 和 9— 铸造铜及铜合金。 第二、三位数代表习惯称呼的合金编号； 第四、五位数为 00 ；
性能类似纯铝延展好 用于包装易拉罐 常用3003 3004 不合适超过5um的阳极氧化 一般用胶印
最高含硅12%焊接性好 热膨胀小耐磨 用于活塞和焊条 常用4004 4043 4032阳极氧 化一般不选用
最高含镁15%用于要求强度的各种铝件包括外壳装饰用5052 5005 5083 5050 5252 5657 非常适合阳极氧化
铝及其合金
• 铝和铝合金热处理状态代号及名称
名称 代 号
F 加工状态 O 退火状态 H 冷加工状态 H1 半冷加工状态 4 固溶处理后在自然时效状 W 态中 T 固溶处理后时效 T2 退火状态（用于铸件） T3 固溶处理后冷加工再自然 T4 时效时稳定状态
固溶处理后自然时效
代
名称
号
T5 人工时效（不固溶处理，在 F 状态下人工 T6 时效，适于铸件及型材） T7 固溶处理后人工时效 T8 固溶处理后在高温下人工时效 T9 固溶处理后冷加工再人工时效 T10 固溶处理后人工时效再冷加工 T41 热加工冷却后人工时效，再时行冷加工 T42 固溶处理后沸水淬火 T62 固溶处理后自然淬火
常见的热处理工艺
退火 annealing • Ac3/Ac1以上的某一温度 • 炉中冷却 •改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力
正火 normalizing • 类似退火 • 从炉中取出在空气中冷却 • 效率高，低能耗
淬火 quenching • 加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时 间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms 附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。
钛合金
钛合金
α+β 型钛合金: TC4 (6Al-4V)
• 解放：铬 Fe、Mn、Cr、Mo、V、Zr、Ti 的亲碳排列顺序增加
常用不锈钢
常用不锈钢
不锈钢也会生锈 案例
常用不锈钢
300系列不锈钢
中国 1Cr17Ni7 1Cr18Ni9 Y1Cr18Ni9 0Cr18Ni9 00Cr19Ni10 0Cr17Ni12Mo2 00Cr17Ni14Mo2
日本 SUS301 SUS302 SUS303 SUS304 SUS304L SUS316 SUS316L
炼钢转炉
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冶金金相及钢的热处理
轧制
热轧-hot-rolling
冷轧-cold-rolling
冶金金相及钢的热处理
Fe-C 合金金相图
冶金金相及钢的热处理
铁素体: (Ferrite) 是c溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体,具有体心立方晶体结构, 用字母F或者α表示.
奥氏体: (Austentte) 是c溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体．具有面心立方晶体结构， 用字母A或者γ表示．
1××× 2××× 3××× 4××× 5××× 6××× 7××× 8××× 9×××
铝含量>99%
1100 1050 1060
AI-Cu 合金
2024 2025 2026
AI-Mn合金
3003 3004 3105
AI-Si合金
4043 4032 4A11
AI-Mg合金
5052 5182 5056
马氏体: (Martensite)碳在α-Fe中的过饱和固溶体, 用M表示 珠光体 : (Pearlite)是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。
用符号P表示，含碳量为ωc=0.77% 渗碳体: (Cementite) Fe3C型碳化物 莱氏体: (ledeburite)莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶 体，其含碳量为ωc＝4.3％。当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld 表示。在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏体。
铜与铜合金
Nickel silver 752R-1/2H 对应国内牌号: (HNi65-18)
钨基合金
认识钨
钨 (Tungsten; Wolfram) ——元素符号W 原子序数: 74 相对原子质量： 183.85 密度： 19.35克/每立方厘米 熔点： 3410±20℃ 沸点： 5927℃
钨，一种金属元素。原子序数74，原子量183.85。灰色或银白色， 硬度高，熔点高，常温下不受空气侵蚀；主要用途为制造灯丝和高 速切削合金钢、超硬模具,也用于光学仪器，化学仪器。中国是世界 上最大的钨储藏国。