第九章有色金属及合金

锰 Mn
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各类钢铁材料牌号的表示方法
2、低合金结构钢 Q345 C Q—— 牌号一律用“Q”，代表屈服点 345——表述屈服点数值（单位为MPa) C—— 表示质量等级（A、B、C、D四等）
四、优质碳素结构钢 锅炉用优质碳素结构钢 20g 20——表示含碳量在0.020% g—— 表示为锅炉用钢
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有色金属材料简介
（三）有色金属分类
1、有色纯金属分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀 有金属五类。
2、有色金属按化学成分分类：铝和铝合金材、铜和铜合金 材、铅和铅合金材、镍和镍合金材。钛和钛合金材。按形 状分类时可分为：板、条、带、箔、管、棒、线、型等品 种。
3、在有色金属中，还有各种各样的分类方法 A、按照比重来分，铝、镁、锂、钠、钾等的比重小于5， 叫做“轻金属”（ 密度小（0.53～4.5g/cm3），化学 性质活泼，如铝、镁等. B、铜、锌、镍、汞、锡、铅等的比重大于5，叫做“重金 属”。（ 一般密度在4.5g/cm3以上，如铜、铅、锌等 ；）
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各类钢铁材料牌号的表示方法
2. 16MnR化学成分 16MnR钢的化学成分（熔炼分析，%）应符合下列规定
C(含碳）≤0.20 %, Si（硅含量）:0.20-0.55 %, Mn（锰含量）:1.2-1.6 %, P（磷含量） ≤ 0.035 %, S（硫含量） ≤ 0.030 %
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各类钢铁材料牌号的表示方法
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各类钢铁材料牌号的表示方法
（3）Q235B化学成分 碳 C ：0.17～0.22%硅 Si：≤0.35%
：0.3～0.7% 硫 S ：≤0.045% 磷 P ：≤0.045% 铬 Cr：允许残余含量≤0.030% 镍 Ni：允许残余含量≤0.030% 铜 Cu：允许残余含量≤0.030 %

有色金属的种类及应用人类已发现蕴藏在自然界的103种天然元素中，凡具有良好导电、导热和可煅性的天然元素称金属，如铁、铜、铝、钛、镁等。

通常把金属分为黑色金属和有色金属两大类。

黑色金属包括铁、铬、锰和它们的合金。

除铁、铬、锰以外的83种金属（包括13种人造超铀元素）都叫有色金属。

有色金属non-ferrous metal，狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。

广义的有色金属还包括有色合金。

有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。

有色金属是指铁、铬、锰三种金属以外所有的金属。

中国在1958年，将铁、铬、锰列入黑色金属；并将铁、铬、锰以外的64种金属列入有色金属。

为了研究方便，根据有色金属的性质、矿石特性、用途和使用时间早晚的不同分为5大类。

一、轻有色金属包括铝（Al）、镁（Mg）、钠（Na）、钾（K）、钙(Ca)、锶（Sr）、和钡（Ba）7种。

这类金属的共同特点是：密度小（0.53-4.5），化学活性大，与氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。

二、重有色金属包括铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)、锑（Sb）、汞（Hg）镉(Cd)、铋(Bi)10种。

其特点是密度大，如铅为11.34.每一种重有色金属根据其特性，在国民经济各部门中都具有其特殊的应用范围和用途。

例如，铜是军工及电气设备的基本材料；铅在化工方面制耐酸管道、蓄电池等有着广泛应用；镀锌的钢材广泛应用于工业和生活方面；而镍和钴则是制定高温合金与不锈钢的重要合金元素。

三、贵金属金（Au）、银（Ag）和铂族元素[铂（Pt）、铑（Rh）、钯（Pd）、锇（Os）、铱（lr）、钌（Ru）]称为贵金属。

这类金属由于对氧及其他试剂的稳定性，且在地壳中含量少，开采和提取比较困难，故价格比一般金属贵。

这类金属除金银铂有单独的矿物，可以从矿石中生产一部分外，大部分要从铜、铅、锌、镍等冶炼厂的副产品（阳极泥）中回收。

性能
§9.2材料的抗磁性与顺磁性
第二节 材料的抗磁性与顺磁性
一、材料抗磁性与顺磁性的物理本质
M 顺磁
0
抗磁
H
材料性能
第九章材料的磁学性能
§9.2材料的抗磁性与顺磁性
1.抗磁性
材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反的称为抗磁 性，χ<0。 材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生 的抗磁矩。 电子循轨运动所产生的轨道磁矩为 ml=0.5eωr2。 式中：e为电子电荷；ω为电子循轨运动的角速度；r为轨道半 径。 电子循轨运动的受力状态如图。
材料性能
第九章材料的磁学性能
§9.1材料的基本磁学性能
3.磁感应强度
任何物质被磁化时，由于内部原子磁矩的有序排列，除了外磁场外 还要产生一个附加磁场。在物质内部，外磁场H和附加磁场H’ 的和乘以
μ0 称为磁感应强度B，单位为韦伯/米2（Wb/m2）。
亦即，通过物质内部磁场中某点，垂直于磁场方向单位面积的磁力 线数。它与磁场强度H 的关系是 B=μ0(H+H’) 或 B=μ0(H+M) B=μ0(1+χ)H=μ0μrH=μH 式中μr为相对磁导率；μ为磁导率或导磁系数，它反应了磁感应强度B 随外磁场H变化的比率（或速率）。
χ＝C’/(T+Δ)
式中C’是常数，Δ对某一种物质也是常数，其值可大于0和小于0。 铁磁性物质在居里点以上是顺磁性的，其磁化率大致服从居里—外斯 定律，这时的Δ为-θ，θ表示居里温度。
材料性能
第九章材料的磁学性能
§9.2材料的抗磁性与顺磁性
3.相变及组织转变的影响
材料发生同素异构转变，由于晶格类型及原子间距发 生了变化，会影响电子运动状态而导致磁化率的变化。例 如， 正方晶格的白锡转变为金刚石结构的灰锡时，磁化率 明显变化。但影响的规律比较复杂。 加工硬化使金属的原子间距增大而密度减小，从而使 材料的抗磁性减弱。例如，当高度加工硬化时，铜可以由 抗磁变为顺磁。退火与加工硬化的作用相反，能使铜的抗 磁性重新得到恢复。 材料性能 第九章材料的磁学性能

2、半固态金属的组织特性、形成机理与力学行为
(1) 非枝晶的形成与演化
图7 Al-20Cu合金未搅拌和机械搅拌(流变铸造)状态的凝固组织
液体金属在凝固过程中搅拌且激冷，其结晶造成固体颗粒的初始形貌 呈树枝状，然后在剪切力作用下，枝晶会破碎，形成小的球形晶，图7 未常规铸造和半固态铸造的组织对比，可见利用流变铸造方法生产的半 固态金属具有独特的非枝晶、近似球形的显微结构。球形组织的形成过 程？
(2) 半固态金属的力学行为
下表为用不同加工方法获得的A356铝合金的力学性能，从表中可以看出， 半固态金属加工技术的优越性。如触变成形并在T6状态下的性能较金属型 铸造所获得的合金有更好的力学性能，并与锻件的性能相近。
注：SSM为半固态加工；PM为金属型铸造；CDF为闭模锻造
几种铸造方法铸件性能比较
图2 半固态金属的内部结构： (a) 高固相分数， (b) 低固相分数
半固态金属的金属学和力学 主要有以下几个特点：
• 由于固液共存，在两者界面不断 发生熔化、凝固，产生活跃的扩 散现象，因此，溶质元素的局部 浓度不断变化；
• 由于晶粒间或固相粒子间夹有液 相成分，固相粒子间几乎没有结 合力，因此，其宏观流动变形抗 力很低；
根据所研究的材料，可分为有色金属及其合 金的低熔点材料半固态加工和钢铁材料等料半固态成形研究
铝、镁、铅、铜 研究重点在成形工艺的开发
铝合金半固态加工技术（触变成形）已经成熟并进入 规模生产，主要应用于汽车、电器、航空航天领域。
②高熔点黑色金属的半固态成形研究
图8 球形微粒固态金属加工两种方法(流变成形和触变成形)的工艺流程图
半固态浆料搅动时的组织演变受很多因素影响，半固态浆料的 温度、固相分数和剪切速率是三个基本因素。