有色金屬及其合金

有色金屬及其合金有色金屬及其合金鉻、錳以外的全部金屬。但習(xí)慣上，人們經(jīng)常把除鐵和鋼以外的金屬及其合金稱作為有色金屬。有色金屬具有很多優(yōu)良的性能，如密度小、比強度大、比模量高、耐熱、耐腐蝕以及良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。同時很多有色金屬又是制造各種優(yōu)質(zhì)合金鋼和耐熱鋼所必需的合金元素，因此有色金屬在金屬材料中占有重要韻地位，是現(xiàn)代航天、航空、原子能、計算機、電子、汽車、船舶、石油化工等工業(yè)必不行少的材料。例如，鋁、鎂、鈦等金屬及其合金，以密度小、比強度與比模量高的特性而在運載火箭、衛(wèi)星、飛機、汽車、船舶上獲得廣泛應(yīng)用，是制造其中很多構(gòu)造件和零、部件的主要材料；再如，銀、銅、鋁等有色金屬，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性優(yōu)良，是電力、電器工業(yè)和儀表工業(yè)不行缺少的材料；又如，銅和鈦具有良好的抗蝕性，是石油化工和航海工業(yè)所必需的優(yōu)良耐蝕材料。本章主要介紹目前工程上應(yīng)用廣泛的鋁、鎂、銅、鈦及其合金和鎳基合金，重點爭辯這些材料的合金化和熱處理原理，以及典型金屬和合金的成分、組織、性能及相互關(guān)系、工藝特性與實際應(yīng)用，并簡潔介紹這些有色金屬材料的近進展。鋁及鋁合金鋁是地殼中隱蔽量最多的金屬元素，其總儲量約占地殼重量的7．45％。鋁及鋁合金的產(chǎn)量在金屬材料中僅次于鋼鐵材料而居其次位。純鋁純鋁性能和優(yōu)點：鋁很輕，它的比重為2.7。鋁經(jīng)常作為各種輕質(zhì)構(gòu)造材料。導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較好，僅次于銀、銅和金，居第四位。塑性好(Ψ=80%)可通過冷或熱的壓力加工制成各種型材；如絲、線、箔，片、棒等這種特性與鍋具有面心立方品德構(gòu)造有關(guān)?？勾髿飧g性能好，由于在鋁的麥面能生成一層極致密的氧化鋁薄膜，隔絕鋁和氧的接觸，而阻擋鋁外表的進一步氧化。強度很低，45MPa，冷變形加工硬化后強度可提高到100Mpa。純鋁編號L+挨次號組成。我國工業(yè)純鋁的牌號是依其雜質(zhì)的限量來編制的，如L1、L2、L3等，數(shù)字越小純度越高。高純鋁用L0，L00表示，其后所附挨次數(shù)字愈大，其純度愈高，如L04的含鋁量不小于99.996%。純鋁用途電線，容器，日用炊具，鋁基合金。鋁的合金化純鋁強度低，最常參與合金元素有Cu：固溶強化和沉淀強化。Mg：固溶強化，抗腐蝕。含量大沉淀強化。Si：過剩相強化。Mn：抗腐蝕。Zn：固溶強化，抗腐蝕。Li：降低合金元素密度，提高彈性模量。微量合金元素：Ti,Zr,Cr,V：組織細(xì)化強化。鋁合金分類依據(jù)合金成分和生產(chǎn)工藝，將工業(yè)用鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金：鋁合金鑄錠經(jīng)熱變形或冷變形加工后再使用，有良好的成形性能。鑄造鋁合金：直接澆鑄成形，有良好的鑄造性能。D’D是兩類合金的分界限。溶質(zhì)成分低于D點合金，加熱至固溶線以上溫度可以得到均勻的單相a固溶體，塑性好，D’右的合金，有共晶組織，適于作鑄造鋁合金。變形鋁合金又分為可熱處理強化和不行熱處理強化，溶質(zhì)成分位于F點以左的合金，其固溶體成分不隨溫度而變化，不能借助于時效處理強化，稱為不行熱處理強化的鋁合金。溶質(zhì)成分位于FD之間的合金，其固溶體成分隨溫度發(fā)生變化，可進展時效沉淀強化處理，稱為可熱處理強化的鋁合金。鋁合金的熱處理鋁合金在使用前一般需經(jīng)熱處理，主要工藝方法有退火，淬火和時效。時效與時效時間外，還受到時效溫度，淬火溫度，淬火冷卻速度和淬火轉(zhuǎn)移時間以及合金中空位、位錯等晶體缺陷的影響。強化相：θ相CuAl2β相Mg2SiS相Al2CuMgW相Al2CuMgSiT相Mg3Zn3Al2ηMg2Zn時效強化過程：第1階段：形成溶質(zhì)原子(銅)的富集區(qū)——GP[I]區(qū)。隨著GP[I]區(qū)的形成，將引起以鋁為基α固溶體的嚴(yán)懲畸變，使位錯運動受到阻礙，提高了例金的強度。第2階段：GP區(qū)有序化——GP[II](銅)連續(xù)向GP[I]區(qū)集中富集并有序化而形成GP[II]區(qū)。GP[II]區(qū)的化學(xué)d成分接近CuAl2具有正方晶格，常用θ””表示。與形成GP[I]區(qū)相比，形成GP[II]區(qū)，將引起以鋁為基的α固溶體的更嚴(yán)峻的畸變，使位錯運動受到更大的阻礙，從而進一步提高了例合金的強度。第3階段：溶質(zhì)原子(銅)θ”相的形成。隨著時間的連續(xù)，銅原子連續(xù)富集，2θ””CuAl2α固溶體的晶格脫——θ”。隨著θ”相的形成，α固溶體的晶格畸變將減輕，對位錯的阻礙亦將削減，于是合金向軟化。4θθθ相與母相α相固溶體的晶格完全脫離聯(lián)系，使α固溶體的晶畸變大為減輕，時效所產(chǎn)生的強化效果便顯著減弱，合金發(fā)生軟化，這種現(xiàn)象稱為“過時效”。變形鋁合金的熱處理特點變形鋁合金中除防銹鋁外，硬鋁、超硬鋁和鍛鋁均可進展時效強化熱處理，依據(jù)強化相不同，最正確的強化效果工藝條件也不同。鑄造鋁合金的熱處理特點鑄造鋁合金熱處理的目的是改善鑄件的組織和穩(wěn)定尺寸，同時改善切削性能。與變形鋁合金相比，其熱處理有兩個特點：固溶處理和時效處理保溫時間長；淬火液的溫度要求較高，以避開開裂。變形鋁合金LFAl-Mn系，Al-Mg系硬鋁LY與防銹鋁相比，多了Cu，強化，腐蝕性變差LCT相強化作用LD熱塑性好鋁鋰合金質(zhì)輕鑄鋁ZL鑄造性好，可鑄出簡潔外形，抗腐蝕性好，切削加工性好。鋁硅系鑄鋁合金鋁銅系鑄鋁合金鋁鎂系鑄鋁合金鋁稀土系鑄鋁合金鋁鋅系鑄鋁合金鎂及鎂合金3的金屬元素。純鎂1.74g/cm3抗腐蝕性差：在空氣中易氧化強度低：不作構(gòu)造材料塑性差：延長率僅為10%左右2.2.鎂合金強化途徑：固溶強化，時效強化，細(xì)晶強化和過剩相強化。參與合金元素：Al,Zn,Mn,Zr及稀土元素。鎂合金分為變形鎂合金和鑄造鎂合金。變形鎂合金：MB1，MB2-MB8，MB15。Mg-Zn系，Mg-Al-Zn系，Mg-Zn-Zr系。鑄造鎂合金：ZM。高強度鑄造鎂合金和耐熱鑄造鎂合金。熱處理特點：組織粗大，淬火加熱溫度低合金元素在鎂中集中速度慢，淬火加熱時間長易產(chǎn)生不平衡組織，淬火加熱速度不宜過快。人工時效，析出沉淀相速度快。鎂氧化傾向大，爐內(nèi)要有保護氣氛。銅及銅合金純銅()(1)導(dǎo)電導(dǎo)熱性好(2)抗腐蝕性強度低，塑性好。優(yōu)良加工性和焊接性能。(5)牌號：T1(>99.95%)，T2，T3，T4銅合金強化途徑：固溶強化，時效強化和過剩相強化。主要參與合金元素：Zn,Al,Sn,Mn,Ni。依據(jù)化學(xué)成分分三類：黃銅：鋅為主要元素。黃銅性能有三個特點：強度和延長率與其中的含鋅量有親熱關(guān)系。圖黃銅的鑄造性能好。黃銅的抗蝕性好。青銅：除鋅和鎳的其它元素為主要合金元素。白銅：鎳為主要元素4.4.鈦及鈦合金含量居第4位，因熔點高，化學(xué)性質(zhì)活潑，冶煉困難，未能作為構(gòu)造材料使用