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第五章有色金属及其合金

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冶金精品文档有色金属及其合金

冶金精品文档有色金属及其合金
质轻 、熔点低，无同素异构转变，导电、导热性好，抗大气腐蚀。 （2）力学性能
强度低； 塑性、韧性好。 但可冷作硬化。
（3）主要用途 做导线及各种Al合金轻工产品。
（4）牌号 L1、L2、L3、……， 序号越大，杂质含量越多。 LG1、LG2、……， 表示＞99.7%的高纯铝。 数字越大纯度越高。 主目录
有色金属及其合金
一、Al及Al合金 1、工业纯Al
2、Al合金的分类、牌号及用途
二、Cu及Cu合金
1、纯Cu
2、Cu合金ຫໍສະໝຸດ 三、轴承合金 1、对轴承合金的性能要求 3、轴承合金的种类
2、轴承合金的组织
四、粉末冶金与硬质合金
1、粉末冶金
2、硬质合金
有色金属及其合金
一、Al及Al合金 1、工业纯Al （1）物理化学性能
耐磨性好，具有良好的抗冲击和耐疲劳性能， 导热性好， 工作温度达250-320℃。 用途： 高速、高载的滑动轴承，如航空发动机、高速柴油机等。
ZCuSn10P1：以α固溶体为软基体 + 金属化合物β相、 Cu3P硬质点， 强度高，耐磨性好，也可用于高速柴油机轴承。
（4）Al基轴承合金 成分： Al基体 + Sb、Sn、Cu等 特点：承载高， 导热性、耐蚀性、疲劳强度高。但磨合能力差，且热膨胀系数高，
有色金属及其合金
③超硬Al合金（LC） 属于Al-Cu-Mg-Zn系Al合金， 时效时产生多种第二相，强化效果明显。 编号：LC××， 其中××为顺序号。 性能：σb、HR高， 抗蚀性差。 用途：做飞机的主要受力部件，如大梁桁架、加强框、起落架等。
④锻铝合金（LD） 属于Al-Cu-Mg-Si系、Al-Cu-Mg-Ni-Fe系Al合金。 前者为普通锻铝，后者为耐热锻铝。

机械加工工艺规程设计

机械加工工艺规程设计

第五章机械加工工艺规程设计典型案例在机械加工中，常会遇到诸如轴类、套类、盘类、杆类、箱体类等各种各样零件。

虽然它们形状各异，但在考虑它们的加工工艺时却存在许多共性。

如图5-1所示套类零件，当安排其加工工艺时，必然要考虑这样一些问题，如该零件的主要技术要求有哪些? 哪些表面是零件的主要加工表面？这些表面用什么方法加工、分几次加工？各表面的加工顺序如何？每个工序（工步）的加工余量多大？如何确定各道工序的工序尺寸及其公差？另外还要考虑零件的材料、毛坯形式、工件如何定位和夹紧等问题。

上述这些问题均要在本章中进行讨论。

图5-1 轴套零件5.1 概述一、机械加工工艺规程及其作用将产品或零部件的制造工艺过程的所有内容用图、表、文字的形式规定下来的工艺文件汇编称为工艺规程。

机械加工工艺规程的作用可概括为：⑴组织、管理和指导生产。

生产的计划、调度，工人的操作，质量的检查等都是以机械加工工艺规程为依据，一切生产人员都不得随意违反机械加工工艺规程，工艺规程是产品质量保证的根本所在。

⑵机械加工工艺规程是各项生产准备工作的技术依据。

在产品投入大批量生产以前，需要做大量的生产准备和技术准备工作，例如：厂房的改造或规划建设；设备的改造或新设备的购置和订做；关键技术的分析与研究；工装的设计制造或选购等。

这些工作都必须根据机械加工工艺规程来展开。

⑶技术的储备和交流。

工艺规程体现了一个企业的工艺技术水平，它是一个企业技术得以不断发展的基石，也是先进技术得以推广、交流的技术文件，所有的机械加工工艺规程几乎都要经过不断的修改与补充才能不断吸收先进经验，以适应技术的发展。

二、工艺规程的设计原则⑴必须可靠的保证零件图纸上所有技术要求的实现。

在设计机械加工工艺规程时，如果发现图纸某一技术要求规定的不适当，只能向有关部门提出建议，不得擅自修改图纸或不按图纸要求去做。

⑵在规定的生产纲领和生产批量下，一般要求工艺成本最低。

⑶充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。

有色金属及其合金

有色金属及其合金

铝合金的分类和牌号
组别
纯铝 (铝含量不小于99.00%) 以铜为主要合金元素的铝合金 以锰为主要合金元素的铝合金 以硅为主要合金元素的铝合金 以镁为主要合金元素的铝合金
牌号序列
1XXX 2XXX 3XXX 4XXX 5XXX
以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金 以锌为主要合金元素的铝合金
黄铜
黄铜以锌作主要添加元素的铜合金﹐具有美观的黄色﹐统称黄铜。 铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜称特殊 黄铜或称复杂黄铜。含锌低於36%的黄铜合金由固溶体组成﹐具 有良好的冷加工性能﹐如含锌30%的黄铜常用来制作弹壳﹐俗称 弹壳黄铜或七三黄铜。含锌在36～42%之间的黄铜合金由和固溶 体组成﹐其中最常用的是含锌40%的六四黄铜。为了改善普通黄 铜的性能﹐常添加其他元素﹐如铝﹑镍﹑锰﹑锡﹑硅﹑铅等。铝 能提高黄铜的强度﹑硬度和耐蚀性﹐但使塑性降低﹐适合作海轮 冷凝管及其他耐蚀零件。锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性 ﹐故称海军黄铜﹐用作船舶热工设备和螺旋桨等。铅能改善黄铜 的切削性能﹔这种易切削黄铜常用作钟表零件。黄铜铸件常用来 制作阀门和管道配件等。 船舶常用的消防栓防爆月牙扳手，就是 黄铜加铝铸造而成。
镁合金概述
镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点 是：密度小（1.8g/cm3镁合金左右），比强度高，弹 性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比 铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元 素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使 用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。 主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。 在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的 2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属，高 强度、高刚性。

过程装备成套技术05章

过程装备成套技术05章
10
传质设备（塔设备） 5.1.2.2 传质设备（塔设备）的类型及设计
塔设备按内件结构可分为板式塔和填料塔。 塔设备按内件结构可分为板式塔和填料塔。 板式塔和填料塔
(1)板式塔与填料塔的比较 板式塔与填料塔的比较
(2) 塔设备的工艺计算
11
(1) 板式塔与填料塔的比较
12
对于具有腐蚀性的物料，宜选择填料塔， 对于具有腐蚀性的物料，宜选择填料塔，因为填料可 选用陶瓷或其它耐蚀材料； 选用陶瓷或其它耐蚀材料； 易起泡的物料宜选填料塔，因为填料不易形成泡沫； 易起泡的物料宜选填料塔，因为填料不易形成泡沫； 具有热敏性的物料宜减压操作，以防过热， 具有热敏性的物料宜减压操作，以防过热，故应选用 压降小的填料塔； 压降小的填料塔； 有悬浮物或易结垢的物料以板式塔为宜，因为填料塔 有悬浮物或易结垢的物料以板式塔为宜， 多数容易堵塞； 多数容易堵塞； 若物系在传质过程中伴有热效应，需引出热量， 若物系在传质过程中伴有热效应，需引出热量，以板 式塔为宜。 式塔为宜。
流 体 流 动 方 向 流 体 流 动 方 向
排列
排列
9
(2) 管壳式换热器的工艺计算步骤 换热器的工艺计算采用试差法,其步骤为： 换热器的工艺计算采用试差法,其步骤为：
计算传热量及平均温差， ① 计算传热量及平均温差，并根据经验或文献资料初选总传 热系数，据此估算传热面积； 热系数，据此估算传热面积； 遵照我国有关部门的换热器标准，初步决定管径、管长、 ② 遵照我国有关部门的换热器标准，初步决定管径、管长、 管数、管距、壳体直径、管程数、折流板型式及数目等； 管数、管距、壳体直径、管程数、折流板型式及数目等； 然后根据初步确定的换热器主要尺寸， ③ 然后根据初步确定的换热器主要尺寸，并选择管程流体和 壳程流体； 壳程流体； 再分别计算管、壳程传热膜系数，确定污垢热阻， ④ 再分别计算管、壳程传热膜系数，确定污垢热阻，求出总 传热系数，重新计算传热面积； 传热系数，重新计算传热面积；若重新计算的传热面积与前 述估算的传热面积大致相等，则可认为试算过程前后相符， 述估算的传热面积大致相等， 则可认为试算过程前后相符， 否则应重新估算。 否则应重新估算。 同时要计算管程、壳程的压力降， ⑤ 同时要计算管程、壳程的压力降，使压力损失限制在允许 范围内。 范围内。

有色金属及合金

有色金属及合金

铍青铜
以铍为基本合金元素的铜基合金称为铍青铜。其含铍量 约为1.7％～2.5％。铜里添加少量铍，就会使合金性能发生 很大的变化。铍青铜不仅强度、硬度、弹性和耐磨性很高， 而且抗蚀性、导热性、导电性、耐寒性也非常好，此外，还 有无磁性、受冲击时不产生火花等特性。在工艺性方面，它 承受冷、热压力加工的能力很强，铸造性能也好。铍青铜主 要用于制作各种重要用途的弹簧、弹性元件、钟表齿轮和航 海罗盘仪器中的零件、防爆工具和电焊机电极等。其主要缺 点是价格太贵，妨碍了它在工业中的大量应用。铍青铜的编 号方法是：“Q”＋“铍”＋铍元素的含量。
在有色金属中，还有各种各样的分类方法。比如， 按照比重来分，铝、镁、锂、钠、钾等的比重小于 4.5，叫做“轻金属”，而铜、锌、镍、汞、锡、 铅等的比重大于4.5，叫做“重金属”。像金、银、 铂、锇、铱等比较贵，叫做“贵金属”，镭、铀、 钍、钋、锝等具有放射性，叫做“放射性金属”， 还有像铌、钽、锆、镥、金、镭、铪、铀等因为地 壳中含量较少，或者比较分散，人们又称之为“稀 有金属”
铜的合金化
纯铜的强度不高，用加工硬化方法虽可提高铜的强度， 但却使塑性大大下降，因此常用合金化的方法来获得强 度较高的铜合金作为结构材料。加入合金元素使铜的强 度提高，最常用的固溶强化元素是锌、锡、铝、镍等。 鎵、铟、钯、铂等元素在铜中的溶解度虽大，但比较稀 少，故不常用；镁、硅等元素在铜中的溶解度随温度的 降低而降低，因此，它们加入铜后，可使合金具有时效 强化的性能；当铜中加入元素超过最大溶解度以后，便 会出现过剩相，它们多为硬而脆的金属化合物，数量少 时，可使强度提高，塑性降低；数量多时，会使强度和 塑性同时大大降低。
硅青铜
硅在铜中的最大溶解度为人4.6%，室温时下降到3％。硅 青铜具有比锡青铜高的机械性能和低的价格，而且铸造性能 和冷、热压力加工性能都很好。向硅青铜中加入镍，可形成 金属间化合物Ni2Si，使硅青铜能够通过淬火时效进一步提高 合金的机械性能。含镍硅青铜还具有很高的导电性、抗蚀性 和耐热性，因而广泛用于航空工业(作导向衬筒等重要零件)和 长距离架空的电话线和送电线。向硅青铜、尤其是含镍的硅 青铜中加入1.0％～1.5％锰可以显著提高合金的强度和耐磨 性，向硅青铜加入适当数量的铅可以大大提高合金的耐磨性， 能代替磷青铜与铅青铜制作高级轴瓦。硅青铜的编号方法采 用“Q”＋“硅”＋硅元素的含量。

有色金属及其合金

有色金属及其合金

其他合金
01
不锈钢
不锈钢是一种具有高度耐腐蚀性的合金，广泛用于建筑、医疗等领域。
02
镍合金
镍合金具有良好的耐腐蚀性和高温性能，常用于制造化学反应器等设备。
03
镁合金
镁合金具有轻质、高强度的特点，广泛应用于汽车、航空等领域。
05
有色金属的冶炼和加工
冶炼方法
火法冶炼
通过高温熔炼将矿石中的有价成分提取出来，主要包括焙烧、熔炼、精炼等工序。
有色金属的应用
航空航天
航空航天领域对材料性能要求极高，有色金属及 其合金因其具有高强度、轻量化、耐高温等特性 而被广泛应用于航空航天器的制造，如飞机机身 、发动机部件等。
钛合金也是一种广泛应用于航空航天领域的有色 金属材料，其具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特 性，常用于制造飞机起落架、发动机部件等关键 部位。
过渡金属
铜
具有良好的导电性和导热性，广泛用于电线电缆、管道、散热器 等领域。
铁
用于制造各种钢材，如建筑用钢、汽车用钢等。
镍
具有良好的耐腐蚀性和磁性，用于制造不锈钢和电池等。
稀土金属
镧
01
用于制造荧光粉、陶瓷和玻璃等。
铈
02
用于催化剂、抛光剂和陶瓷等。
钕
03
用于制造磁铁和荧光粉等。
贵金属
01
02
高强度
铜合金具有较高的强度和耐磨性，可用于制造各种管道、 阀门等。
耐腐蚀
铜合金对多种酸、碱等腐蚀介质具有较好的耐受能力。
钛合金
高强度
钛合金具有高强度和低 密度的特点，广泛应用 于航空、航天、医疗等 领域。
良好的耐腐蚀性
钛合金对多种酸、碱等 腐蚀介质具有极好的耐 受能力，不易生锈。

第五章第1节 金属材料与金属矿物(共68张PPT)

第五章第1节 金属材料与金属矿物(共68张PPT)

知识点二
金属矿物的开发利用
1.金属在自然界中的存在形式 游离 金、铂等化学性质不活泼的金属，在自然界以 态存在；化学性质较活泼的金属在自然界 化合 中以 态存在。 2．金属冶炼的一般步骤 (1)富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的 还原剂 含量。 还原 (2)冶炼：利用氧化还原反应，用 把金 属矿石中的金属离子 成金属单质。 (3)精炼：提纯金属。
低碳钢 → 根据含碳量高低 中碳钢 → 根据化学成分→碳素钢 钢 → 高碳钢 →合金钢
(2)有色金属材料——铜和铝 ①铜合金 青铜 ，常见的铜合金还有 我国使用最早的合金是 黄铜 和 白铜 。 ②铝合金
常见种类：硅铝合金、镁铝合金、硬铝 小 、强度 高 、塑性 好 、易于加工、成本低 密度 性质特抗腐蚀能力 建筑业 主要用途 容器和包装业 交通运输及电子行业
熟记5个化学方程式 2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3(铜锈)， 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O， Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O， △ Cu＋2H2SO4(浓)=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O， △ Cu(OH)2=====CuO＋H2O。
[特别提醒] (1)金属活动性顺序中，金属的位 置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位 置越靠前，其阳离子越难被还原。一般来说在 金属活动顺序表中，排在Cu以后的用分解法或 直接提纯，排在Al以后和Cu以前用还原法，排 在Al以前的用电解法冶炼。 (2)冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解MgO(熔点 太高)。 (3)冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价 化合物，熔融时不导电)。 (4)用热还原法得到的铜还要经过电解精炼才能 得到精铜。

有色金属及其合金

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

有色金属及其合金

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。

有色金属及合金

有色金属及合金


硬铝合金 硬铝合金为Al-Cu-Mg系合金，还含有少量的Mn。各种硬铝合金都 可以进行时效强化，属于可以热处理强化的铝合金，亦可进行变形强化。 其牌号用“LY”表示，“LY”是“铝硬”二字的汉语拼音字首。 硬铝主要分为三种：低合金硬铝，合金中Mg、Cu含量低；标准硬 铝，合金元素含量中等；高合金硬铝，合金元素含量较多。

超硬铝合金 超硬铝合金为Al-Mg-Zn-Cu系合金，并含有少量的Cr和Mn。牌号 有LC4、LC6等。Zn、Cu、Mg与Al可以形成固溶体和多种复杂的第二相。 其牌号用”LC“表示，”LC“是”铝超“二字的拼音字首。 所以经过固溶处理和人工时效后，可获得很高的强度和硬度。它是 强度最高的一种铝合金。但这种合金的抗蚀性较差，高温下软化快。可 以用包铝法提高抗蚀性。超硬铝合金多用来制造受力大的重要构件，如 飞机大梁、起落架等。

Al-Zn铸造铝合金
Al-Zn合金（ZL401、ZL402）价格便宜，铸造性能优良，经变质处 理和时效处理后强度较高，但抗蚀性差，热裂倾向大。常用于制造汽车、 拖拉机的发动机零件及形状复杂的仪器零件，也可用于制造日用品。 铸造铝合金的铸件，由于形状较复杂，组织粗糙，化合物粗大，并 有严重的偏析，因此它的热处理与变形铝合金相比，淬火温度应高一些， 加热保温时间要长一些，以使粗大析出物完全溶解并使固溶体成分均匀 化。淬火一般用水冷却，并多采用人工时效。

铸造铝合金 铸造铝合金按照主要合金元素的不同，可分为四类：Al-Si铸造铝合 金，如ZL101、ZL105等；Al-Cu铸造铝合金，如ZL201、ZL203等；AlMg铸造铝合金，如ZL301、ZL302等；Al-Zn铸造铝合金，如ZL401、 ZL402等。 Al-Si铸造铝合金 Al-Si铸造铝合金通常称为铝硅明，铝硅明包括简单铝硅明（Al-Si二 元合金）和复杂铝硅明（Al-Si-Mg-Cu等多元合金）。其牌号为ZL10～ 系列，含11～13%Si的简单铝硅明（ZL102）铸造后几乎全部是共晶组 织。 内燃机中的活塞，是在高速、高温、高压、变负荷下工作的，所以 要求制造活塞的材料必须比重小、高耐磨、高的耐蚀性、耐热性，还要 求活塞材料的线膨胀系数接近汽缸体的线膨胀系数。复杂铝硅明基本上 能满足这一要求，它是制造活塞的理想材料。

汽车材料-金属材料的力学性能培训课件PPT(共 30张)

汽车材料-金属材料的力学性能培训课件PPT(共 30张)
(1)静载荷：大小不变或变动很慢的载荷，例如:床头箱对机 床床身的压力。
(2)冲击载荷：突然增加或消失的载荷，例如：空气锤锤头 下落时锤杆所承受的载荷。
(3)疲劳载荷：周期性的动载荷，例如：机床主轴就是在变 载荷作用下工作的。
常见的变形方式有：拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切等。
力学性能概念：
塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形 （永久变形）而不破坏的能力。
一、拉伸试验 拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉
伸，测量拉伸力和相应的伸长，并测其力学性能 的试验。
拉伸试验机
拉伸试样
二、力 — 伸长曲线
三、 强度指标
金属材料抵抗拉伸力的强度指标有屈服点、规定残余伸长应力、抗 拉强度。
1、屈服点和规定残余伸长应力
式中： FS—试样屈服时的拉伸力， 即拉伸曲线中S点所对应的外力（N） S0—试样的原始截面积（mm2）
三、 强度指标
2、抗拉强度 抗拉强度是金属材料断裂前所承受的最大应力，故又
称强度极限。常用σb来表示。
屈服强度和抗拉强度在机械设计和选择、评定金属材 料下时工有作重，要否意则义会，引因起为机金件属的材塑料性不变能形在；超金过属其材料σ 也S的不条能件 超金造过属机其材械料零σ 的件b的时σ条，r件0.常2下也以工难σ作测b，作得否为，则选所会材以导和在致设使机计用件的脆的依性破据金坏。属。材脆料性制
一、 布氏硬度
一、 布氏硬度
布氏硬度的标注方法：符号HBS或HBW之前为硬度值，符 号后面按以下顺序用数值表示试验条件：球体直径/试验力/ 试验力保持时间(10～15s不标注)。
例如：125HBSl0/1000/30表示用直径10mm的淬火钢球在 1000kgf(9.807kN)试验力作用下保持30s测得的布氏硬度值为 125；

大学化学│-第五周-第五章金属材料

大学化学│-第五周-第五章金属材料
第五章 金属材料
1
2
金属的分类
工程技术上分： 黑色金属：Fe、Mn、Cr 有色金属，又分：“重、轻、贵、稀、放” 化学性质上分： 活泼金属、中等活泼金属、不活泼金属。
3
金属的分类
4
金属的性质
1 物理性质： 光泽、密度、熔点、导电、导热、延展性、磁性、 热胀冷缩(但Sb、Bi相反)……
2 化学性质： “金属性”是指：M- ze- → MZ+
LaNi5 是贮氢材料； Y-Ba-Cu-O 是超导材料；
此外，稀土在核工业、环保方面皆有应用。
36
超导材料
37
38
超导材料
⑷ 其他 目前最高的超导 临界温度记录是 约164K，也就是109℃，而人类生 活的环境（室温） 一 般 在 300K 左 右 ， 即0~40℃。
39
记忆合金
形状记忆合金被称为金属中的“魔术师”，因为它 有一种神奇的特性：它能像人有记忆力一样“记住” 自己的形状。
21
过渡金属元素
②Cr的密度、硬度、熔点都比Mg高；
Cr的外层电子构型为3d54s1，价电子多，金属键强， 所以密度、硬度、熔点高；
③K+、Ca2+等都无色，而Fe、Mn、Ti的离子却都有 色。
Fe、Mn、Ti原子的外层电子构型中都有未成对d电 子，而K+、Ca2+的原子的外层电子构型中则没有未 成对d电子，因而无色。
2CrO42- +2H+
HCrO4-
Cr2O72-+H2O
Cr6+的化合物皆有毒，而Cr3+的化合物毒性较小。
重铬酸钾洗液
重铬酸钾 150g 蒸馏水 300mL 浓硫酸 3000mL

焊接的定义

焊接的定义

1.焊接的定义通过加热或加压（或者两者并用），填充或不填充材料，使工件产生原子间结合的一种连接方法。

? 永久性连接2.焊接的分类熔焊：气焊、电弧焊、电渣焊。

压焊：电阻焊、超声波焊、摩擦焊。

钎焊：火焰钎焊、感应钎焊、盐浴钎焊。

? 热源软钎焊、硬钎焊、高温钎焊? 钎料熔点按照工艺特点：3. 焊接电弧的本质：强烈且持久的放电现象4. 电弧的构造及温度、热量分布（参考P151 图4-1）阴极区：2400K，36%弧柱区：5000~8000K（电弧中心），21%阳极区：2600K，43%5. 电弧的极性直流电源正接；直流电源反接思考：a.为什么存在两种不同的接线方法？b.两者的不同，在生产中应用的区别？（参考P151 图4-2）c.交流电源是否存在这种现象？6. 引弧电压、电弧电压思考：两者的区别与关系比较？7.焊接接头金属组织与性能焊接接头组成：焊缝区、焊接热影响区思考：a.焊缝区：组成、作用、组织？b.焊接热影响区：组成（熔合区、过热区、正火区、部分相变区）、各组成部分组织、温度范围、性能特点？（参考P152 图4-4）8.减小和消除焊接热影响区的方法：1）采用先进的焊接方法：等离子、激光焊接；2）焊接工艺：焊前预热、焊后热处理（正火）；小电流、快速焊接。

9.焊接变形的基本形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形（参考P155 图4-7）10. 焊接应力的防止及消除措施1）设计时避免焊缝密集交叉，截面和长度也应尽可能小；2）合理选择焊接顺序；（参考P155 图4-6）注意：多种焊缝先焊收缩量大的，拼板交错焊缝；先焊短焊缝后焊长焊缝。

3）锤击或碾压焊缝；4）采用小能量、多层焊；5）焊前预热（150 ℃ ~350 ℃）；6）焊后热处理[去应力退火]，可消除应力80%左右11. 焊接变形的防止及矫正措施防止措施：1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小；2）合理选择焊接顺序；（参考P156 图4-10、4-11）3）反变形法；（参考P156 图4-8、4-9）4）焊前采用刚性固定法；5）采用合理的焊接规范；矫正措施：机械、火焰（参考P156 图4-12、4-13）12. SMAW特点1）设备简单、操作方便；注意：不适宜用来焊接易氧化金属，如：铝及铝合金。

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② 硬铝合金 主要是Al-Cu-Mg系合金，并 含少量锰。这类合金可进行时效强化，也可 进行变形强化。合金中铜和镁的作用是形成 强化相CuAl2（相）和CuMgAl2（S相），产 生时效硬化；锰的作用是提高抗蚀性，并 起一定的固溶强化作用。硬铝合金的强度、 硬度高，加工性能良好，但耐蚀性低于防锈 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。
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纯铝的强度、硬度低，不适于制作受力的机 械零件。向铝中加入适量的合金元素制成铝 合金，可改变其组织结构，提高性能。常加 入的元素主要有铜、锰、硅、镁、锌等，此 外还有铬、镍、钛、锆等辅加元素。由于这 些合金元素的强化作用，使得铝合金既具有 高强度又保持纯铝的优良特性，因此铝合金 可用于制造承受较大载荷的机械零件或构件， 成为工业中广泛使用的有色金属材料，由于 铝合金具有高的比强度，所以又成为飞机的 主要结构材料。
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常用的Al-Mn系合金有3A21（LF21）， 其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油 罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲 压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有 5A05（LF5），其密度比纯铝小，强度 比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广 泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承 受中等载荷的零件。
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常用变形铝合金的牌号、化学成分、力 学性能及用途列于表1-2。 表1-2 常用变形铝合金的牌号、化学 成分、力学性能及用途（摘自GB/T 3190-1996）
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2、铸造铝合金 铸造铝合金主要有Al-Si系、Al-Cu系、 Al-Mg系和Al-Zn系四种，其代号分别用 ZL1、ZL2、ZL3和ZL4加两位数字的顺序 号表示（ZL表示“铸铝”）。表1-3为 常用铸造铝合金的牌号、化学成分、力 学性能及用途。 表1-3 常用铸造铝合金的牌号、化学 成分、力学性能及用途（摘自GB/T 1173-1995）
第五章有色金属及其合金
金属材料为黑色和有色金属两大类。金属材料
主要指钢铁；有色金属或非铁合金为铝、镁、铜、
铅、锌等及其合金。 与黑色金属比，具有密度小，比强度 高的特点，在空间技术、原子能、计算机等领域得 到广泛应用。
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在工业生产中，通常把铁及其合金称为 黑色金属（ferrous metals） ，把其 他非铁金属及其合金称为色金属(non ferrous metals)。有色金属的产量和 用量不如黑色金属多，但由于其具有许 多优良的特性，如特殊的电、磁、热性 能，耐蚀性能及高的比强度（强度与密 度之比）等，已成为现代工业中不可缺 少的金属材料。
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③ 超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系合 金，并含有少量铬和锰。其强化相除 相和S相外，还有MgZn2（相）和 Al2Mg3Zn3（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。超硬铝合金的热态塑性好， 但耐蚀性差。常用合金有7A04（LC4）、 7A09（LC9）等，主要用于工作温度较 低、受力较大的结构件，如飞机的大 梁、起落架等。
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的合金，其固溶体成分不随温度变化， 不能通过热处理强化，为不可热处理 强化的铝合金；成分在F、D 两点之间 的合金，其固溶体成分随温度变化， 可通过热处理强化，为可热处理强化 的铝合金。
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图1-1 铝合金分类示意图
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三、铝合金的热处理 对于可热处理强化的变形铝合金，其热处理 方法为固溶处理加时效(solid solution plus ageing)。固溶处理是指将图1-1中F、D 两点之间的合金加热到DF线以上，保温并淬 火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线DF 以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处 理。在室温下进行的时效称自然时效 (natural ageing)；在加热条件下进行的时 效称人工时效(artificial ageing)。
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二、铝合金的分类 铝合金一般具有如图1- 1所示的有限固 溶型共晶相图。根据相图，以D点成分 为界可将铝合金分为变形铝合金和铸造 铝合金两大类。D点以左的合金为变形 铝合金，其特点是加热到固溶线D F以 上时为单相 固溶体组织，塑性好，适 于压力加工；D点以右的合金为铸造铝 合金，其组织中存在共晶体，适于铸造。 在变形铝合金中，成分在F点以左
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⑵ Al-Cu系铸造铝合金 这类合金的 耐热性好，强度较高；但密度大，铸 造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si 系合金。常用代号有ZL201、ZL203等， 主要用于制造在较高温度下工作的高 强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞 等。
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⑶ Al-Mg系铸造铝合金 这类合金的耐 蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能 差，耐热性低。常用代号为ZL301、 ZL303等，主要用于制造外形简单、承 受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零 件，如舰船配件、氨用泵体等。
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(a) 未变质处理
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(b)经变质处理 图1-3 ZL102合金的铸态组织 200×
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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。简单硅铝明强度较 低，不能热处理强化，用于制造形状复 杂但强度要求不高的铸件，如飞机、仪 表壳体等。复杂硅铝明可热处理强化， 常用的代号有ZL101、ZL104、ZL105、 ZL109等，用于制造低、中强度形状复 杂的铸件，如电动机壳体、汽缸体、风 机叶片、发动机活塞等。
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目前，变形有色金属及其合金的牌号表示方 法还不统一，但铸造有色金属及其合金的牌 号表示方法根据国标GB/T 8063-94的规定已 统一如下： ①铸造有色纯金属的牌号为Z（“铸”字汉 语拼音字首）+ 该金属元素符号 + 纯度百 分含量数字（或用一短横加顺序号），如 ZAl99.5和ZTi-1； ②铸造有色合金的牌号为Z（“铸”字汉语 拼音字首）+ 基体金属元素符号 + 主要合 金元素符号及其名义百分含量数字 + 其他 合金元素符号及其名义百分含量数字。混合 稀土元素符号用RE表示。优质合金在其牌号 后标注大写字母“A”。
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表1-1 变形铝及铝合金的编号方法 （GB/T 16474-1996）
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根据GB/T 3190-1996的说明，GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，其 牌号用LF（防锈铝合金）、LY（硬铝 合金）、LC（超硬铝合金）、LD（锻 铝合金）加顺序号表示。
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第一节
铝及铝合金
一、铝及铝合金的性能特点 纯铝具有银白色金属光泽，密度小（2.72 g/cm3），熔点低（660.4℃），导电、导热 性能优良；具有面心立方晶格，无同素异构 转变，无磁性；纯铝在空气中易氧化，在表 面形成一层致密牢固的氧化膜，因而抗大气 腐蚀性能好；具有极好的塑性和低的强度 （纯度为99.99%时，b=45MPa，=50%），易 于加工成形；还具有良好的低温塑性，直到253℃时其塑性和韧性也不降低。纯铝的主要 用途是配制铝合金，还可用来制造导线、包 覆材料及耐蚀器具等。
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④ 锻铝合金 有两类，一类是Al-Cu-Mg-Si 系合金，镁和硅的作用是形成强化相Mg2Si。 常用牌号有6A02（LD2）、2A50（LD5）、 2B50（LD6）、2A14（LD10）等。这类合金 可锻性好，力学性能高，主要用于制造形状 复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机的压气 机叶轮、导风轮及飞机上的接头、框架、支 杆等。另一类是Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金，铁 和镍可形成耐热强化相Al9FeNi，为耐热锻 铝合金。常用牌号有2A70（LD7）、2A80 （LD8）、2A90（LD9）等。这类合金耐热性 较好，主要用于制造150-225℃下工作的零 件，如压气机叶片、超音速飞机的蒙皮等。
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⑴ Al-Si系铸造铝合金 又称硅铝明。 其中ZL102是含硅为12%的铝硅二元合金， 称为简单硅铝明，在普通铸造条件下， 其组织几乎全部为共晶体，由粗针状的 硅晶体和固溶体组成（如图1-3(a)所 示），强度和塑性都较差。生产上通常 用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小 均匀的共晶体加一次固溶体组织（如 图1-3(b)所示），以提高性能。
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⑵ 常用形变铝合金 ① 防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg 系合金。锰和镁的主要作用是提高抗 蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。 防锈铝合金锻造退火后为单相固溶体 组织，抗蚀性好，塑性高，易于变形 加工，焊接性能好，但切削性能差。 这类合金不能进行热处理强化，常利 用加工硬化来提高其强度。
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铜合金是在纯铜中加入合金元素后制 成的，常用合金元素为锌、锡、铝、 锰、镍、铁、铍、钛、锆、铬等。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 保持了纯铜的特性，因而在机械工业 中得到了广泛应用。 根据化学成分，可将铜合金分为黄铜、 青铜、白铜三大类。