《工程材料》配套PPT

《工程材料》配套PPT,工程材料,工程,材料,配套,PPT 2022/10/11工程材料學工程材料學曹志強教授曹志強教授電話：電話：84706169手機：手機：13941191184E-mail:大連理工大學材料科學與工程學院大連理工大學材料科學與工程學院2022/10/11參考書參考書金屬材料學金屬材料學戴起勛主編，化學工業(yè)出版社戴起勛主編，化學工業(yè)出版社2011年年金屬材料學金屬材料學文九巴主編，機械工業(yè)出版社文九巴主編，機械工業(yè)出版社2011年年金屬材料學金屬材料學 吳承建吳承建 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社 2001年年 金屬材料學金屬材料學 王笑天王笑天 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社 1987年年 合金鋼合金鋼 章守華章守華 冶金工業(yè)出版社冶金工業(yè)出版社 1981年年William F.Smith.Structure and Properties of Engineering Alloys 2nd edition.McGraw-Hill Education,1993.Schweitzer,Philip A.，Metallic Materials.New York：Marcel Dekker,Inc，20032022/10/11本課的特點本課的特點核心課程核心課程專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中占很重要位專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中占很重要位置，是學生走上工作崗位使用知識最多最直置，是學生走上工作崗位使用知識最多最直接的課程接的課程課程具有綜合性、應用性和經(jīng)驗性的特點。課程具有綜合性、應用性和經(jīng)驗性的特點。2022/10/11本課的特點本課的特點綜合性綜合性是內(nèi)容涉及知識面比較廣，涉及所是內(nèi)容涉及知識面比較廣，涉及所有以前學過的專業(yè)知識；有以前學過的專業(yè)知識；應用性應用性是指課程的內(nèi)容是生產(chǎn)或科研中正是指課程的內(nèi)容是生產(chǎn)或科研中正在廣泛使用的材料和技術(shù)；在廣泛使用的材料和技術(shù)；經(jīng)驗性經(jīng)驗性是指某些內(nèi)容是長期的經(jīng)驗總結(jié)，是指某些內(nèi)容是長期的經(jīng)驗總結(jié)，在實際應用中可變性還比較大。在實際應用中可變性還比較大。2022/10/11本課的目的本課的目的掌握金屬掌握金屬合金化的原理合金化的原理，合金元素對鋼相，合金元素對鋼相變、組織、性能影響的一般規(guī)律；變、組織、性能影響的一般規(guī)律；理解各類金屬材料的化學成分、熱處理特點、理解各類金屬材料的化學成分、熱處理特點、組織形貌和力學性能組織形貌和力學性能、化學性能和物理性能、化學性能和物理性能之間的關(guān)系；之間的關(guān)系；經(jīng)過對常用鋼鐵材料以及有色金屬材料的較全面經(jīng)過對常用鋼鐵材料以及有色金屬材料的較全面和系統(tǒng)的學習，使學生了解如何依據(jù)服役條件合和系統(tǒng)的學習，使學生了解如何依據(jù)服役條件合理理選用材料選用材料，引導學生運用比較成熟的基礎理論，引導學生運用比較成熟的基礎理論知識來解決金屬材料使用過程中的實際問題。知識來解決金屬材料使用過程中的實際問題。2022/10/11 本課的內(nèi)容:緒論（緒論（2學時）學時）鋼鐵材料（鋼鐵材料（34學時）學時）（包括工程構(gòu)件用鋼、機器零件用鋼、工模（包括工程構(gòu)件用鋼、機器零件用鋼、工模具用鋼、不銹鋼、耐熱鋼、超高強度鋼）具用鋼、不銹鋼、耐熱鋼、超高強度鋼）鑄鐵（鑄鐵（4學時）學時）（灰口鑄鐵、白口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄（灰口鑄鐵、白口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵）鐵、可鍛鑄鐵）有色金屬及合金有色金屬及合金(8學時學時)（鋁合金、銅合金、鈦合金）（鋁合金、銅合金、鈦合金）2022/10/110金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來0.1金屬材料發(fā)展簡史金屬材料發(fā)展簡史 0.2現(xiàn)代金屬材料現(xiàn)代金屬材料 0.3金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢2022/10/1101金屬材料發(fā)展簡史金屬材料發(fā)展簡史0.1.1第一階段第一階段原始金屬材料的生產(chǎn)原始金屬材料的生產(chǎn)0.1.2第二階段第二階段金屬材料學科的基礎金屬材料學科的基礎0.1.3第三階段第三階段微觀理論大發(fā)展微觀理論大發(fā)展0.1.4第四階段第四階段微觀理論的深入研究微觀理論的深入研究2022/10/11世界上最早使用鐵是小亞細亞的赫梯人在公元前世界上最早使用鐵是小亞細亞的赫梯人在公元前世界上最早使用鐵是小亞細亞的赫梯人在公元前世界上最早使用鐵是小亞細亞的赫梯人在公元前14001400年左右。年左右。年左右。年左右。古希臘和古羅馬開始普遍使用在公元前古希臘和古羅馬開始普遍使用在公元前古希臘和古羅馬開始普遍使用在公元前古希臘和古羅馬開始普遍使用在公元前10001000年。年。年。年。中國最早在春秋戰(zhàn)國晉國（大致公元前中國最早在春秋戰(zhàn)國晉國（大致公元前中國最早在春秋戰(zhàn)國晉國（大致公元前中國最早在春秋戰(zhàn)國晉國（大致公元前700700年）年）年）年）。0.1.1第一階段第一階段原始金屬材料的生產(chǎn)原始金屬材料的生產(chǎn)2022/10/11 鐵器的廣泛使用，使人類的工具制造進入了一個鐵器的廣泛使用，使人類的工具制造進入了一個全新的領(lǐng)域，生產(chǎn)力得到極大的提高。全新的領(lǐng)域，生產(chǎn)力得到極大的提高。鐵器的使用，導致了世界上一些民族從原始社會鐵器的使用，導致了世界上一些民族從原始社會發(fā)展到奴隸社會，也推動了一些民族脫離了奴隸發(fā)展到奴隸社會，也推動了一些民族脫離了奴隸制的枷鎖而進入了封建社會。制的枷鎖而進入了封建社會。東漢時期出現(xiàn)東漢時期出現(xiàn)鍛打鍛打原始形變熱處理，原始形變熱處理，“浴浴以五牲之溺，淬以五牲之脂以五牲之溺，淬以五牲之脂”水淬和油淬水淬和油淬2022/10/11我國從春秋戰(zhàn)國時期便開始大量使用鐵器，明朝科學家宋應星我國從春秋戰(zhàn)國時期便開始大量使用鐵器，明朝科學家宋應星在在天工開物天工開物一書中就記載了古代的一書中就記載了古代的煉鋼和熱處理煉鋼和熱處理等工藝。等工藝。這說明早在歐洲工業(yè)革命之前，我國在煉鋼和熱處理方面就已這說明早在歐洲工業(yè)革命之前，我國在煉鋼和熱處理方面就已經(jīng)有了較高的成就。經(jīng)有了較高的成就。宋應星宋應星高爐鐵水流入煉鋼爐高爐鐵水流入煉鋼爐（方塘），人急速攪動，（方塘），人急速攪動，利用空氣氧化鐵水中的利用空氣氧化鐵水中的碳，用潮濕泥灰做氧化碳，用潮濕泥灰做氧化劑加速脫碳（低碳鋼，劑加速脫碳（低碳鋼，高碳鋼）高碳鋼）2022/10/11 0.1.2第二階段第二階段金屬材料學科的基礎金屬材料學科的基礎 1803年年原子學說原子學說 1830年年-32種晶體類型種晶體類型 1839年年-Miller指數(shù)指數(shù) 1861年年-鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度 1864年年-金相照片金相照片 1888年年-滲碳體滲碳體 1891年年-點陣理論點陣理論 十九世紀末十九世紀末相律、固溶體、平衡相圖相律、固溶體、平衡相圖2022/10/111863年，光學顯微鏡首次應用于年，光學顯微鏡首次應用于金屬研究，誕生了金相學，使人金屬研究，誕生了金相學，使人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微觀們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微觀組織聯(lián)系起來。組織聯(lián)系起來?；诣T鐵的顯微組織灰鑄鐵的顯微組織光學顯微鏡光學顯微鏡Pb-Sn共晶組織共晶組織人類對材料的認識是逐步深入的。人類對材料的認識是逐步深入的。2022/10/111912年發(fā)現(xiàn)了年發(fā)現(xiàn)了X-射線對晶體的作用并在隨后被用于晶體衍射分析，射線對晶體的作用并在隨后被用于晶體衍射分析，使人們對固體材料微觀結(jié)構(gòu)的認識從最初的假想到科學的現(xiàn)實。使人們對固體材料微觀結(jié)構(gòu)的認識從最初的假想到科學的現(xiàn)實。Si表面的重構(gòu)圖象表面的重構(gòu)圖象X-射線衍射儀射線衍射儀2022/10/11 0.1.30.1.3第三階段第三階段微觀理論大發(fā)展微觀理論大發(fā)展 19001940年年Tammann建立相圖，建立相圖，Von laue 發(fā)發(fā) 現(xiàn)現(xiàn)X射線，射線，Bragg證實證實、相的存在，相的存在，Wever發(fā)現(xiàn)擴大縮小奧氏體區(qū)元素，發(fā)現(xiàn)擴大縮小奧氏體區(qū)元素，Laves發(fā)現(xiàn)金發(fā)現(xiàn)金 屬間化合物。屬間化合物。Strauss發(fā)現(xiàn)了不銹鋼，發(fā)現(xiàn)了不銹鋼，Brinell布氏布氏 硬度計，硬度計，Griffith斷裂理論等。斷裂理論等。AusteniteAusteniteBainiteBainiteSorbiteSorbiteMartensiteMartensiteTroostiteTroostiteLedeburiteLedeburite英英美美英英德德法法德德2022/10/110.1.4第四階段第四階段微觀理論的深入研究微觀理論的深入研究1938年發(fā)明了電子顯微鏡，把人們帶到了微觀世年發(fā)明了電子顯微鏡，把人們帶到了微觀世界的更深層次（界的更深層次（10-7m）透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡 2022/10/111934年位錯理論的提年位錯理論的提出，解決了晶體理論出，解決了晶體理論計算強度與實驗測得計算強度與實驗測得的實際強度之間存在的實際強度之間存在的巨大差別的矛盾，的巨大差別的矛盾，對于人們認識材料的對于人們認識材料的力學性能及設計高強力學性能及設計高強度材料具有劃時代的度材料具有劃時代的意義。意義。金屬鈦中的位錯金屬鈦中的位錯2022/10/111938年，提出TTT曲線、擴散、位錯滑移、第二相沉淀析出理論，Cottrell氣團。發(fā)明了TEM、SEM、STM（掃描隧道顯微鏡）、AFM（原子力顯微鏡）、EPMA等。2022/10/11緒論緒論金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來 0.1金屬材料發(fā)展簡史金屬材料發(fā)展簡史 0.2現(xiàn)代金屬材料現(xiàn)代金屬材料 0.3金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢2022/10/11哥哥哥哥倫倫倫倫比比比比亞亞亞亞號號號號航航航航天天天天飛飛飛飛機機機機材料是指人類用以制造材料是指人類用以制造各種有用器件的物質(zhì)。各種有用器件的物質(zhì)。0.2.1 材料材料2022/10/11材料是人類生產(chǎn)和生活材料是人類生產(chǎn)和生活所必須的物質(zhì)基礎。所必須的物質(zhì)基礎。手手錘錘銼刀銼刀“神舟神舟神舟神舟”四號飛船成功返四號飛船成功返四號飛船成功返四號飛船成功返回回回回國產(chǎn)渦噴國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機2022/10/11前蘇聯(lián)在前蘇聯(lián)在1957年把年把第一顆人造衛(wèi)星第一顆人造衛(wèi)星送入太空，送入太空，令美國人震驚不已，認識到在導彈火箭技術(shù)令美國人震驚不已，認識到在導彈火箭技術(shù)上落后了。上落后了。因此在其后的十年里，在十多所大學中陸續(xù)因此在其后的十年里，在十多所大學中陸續(xù)建立了材料科學研究中心，并把約建立了材料科學研究中心，并把約2/3大學的大學的冶金系或礦冶系改建成了冶金系或礦冶系改建成了冶金材料科學系或冶金材料科學系或材料科學與工程系材料科學與工程系。其涉及的材料由金屬擴展到了陶瓷和高分子其涉及的材料由金屬擴展到了陶瓷和高分子聚合物材料。聚合物材料。前前蘇蘇聯(lián)聯(lián)第第一一顆顆人人造造衛(wèi)衛(wèi)星星及及其其運運載載火火箭箭2022/10/11材料是人類社會發(fā)展的基礎和先導材料是人類社會發(fā)展的基礎和先導，是人，是人類社會進步的里程碑和劃時代的標志。材類社會進步的里程碑和劃時代的標志。材料和能源、信息被稱為人類社會的料和能源、信息被稱為人類社會的“三大三大支柱支柱”。第一次工業(yè)革命（第一次工業(yè)革命（18世紀）：世紀）：制鋼工業(yè)制鋼工業(yè)的的發(fā)展為蒸汽機的發(fā)明和應用奠定了物質(zhì)基發(fā)展為蒸汽機的發(fā)明和應用奠定了物質(zhì)基礎。礎。第二次工業(yè)革命（第二次工業(yè)革命（20世紀中頁以來）：世紀中頁以來）：單單晶硅材料晶硅材料對電子技術(shù)的發(fā)明和應用起了核對電子技術(shù)的發(fā)明和應用起了核心作用。心作用。2022/10/11材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進步的標志。材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進步的標志。龍芯龍芯聯(lián)想計算機聯(lián)想計算機沒有沒有沒有沒有半導體材料半導體材料半導體材料半導體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算機技術(shù)。機技術(shù)。機技術(shù)。機技術(shù)。2022/10/11沒有沒有高溫高強度的結(jié)構(gòu)材料高溫高強度的結(jié)構(gòu)材料，就不可能有今天的航空工業(yè)和宇，就不可能有今天的航空工業(yè)和宇航工業(yè)。航工業(yè)。飛機發(fā)動機葉片飛機發(fā)動機葉片波音客機波音客機在航天飛機表面裝陶瓷防護瓦片在航天飛機表面裝陶瓷防護瓦片2022/10/110.2.2.材料科學材料科學主要是研究材料的材料科學主要是研究材料的組分、結(jié)構(gòu)與組分、結(jié)構(gòu)與性能性能之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律的科學。之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律的科學。材料科學是一門介于基礎科學和應用科學材料科學是一門介于基礎科學和應用科學之間的應用基礎科學。之間的應用基礎科學。2022/10/11使用性能使用性能成分與結(jié)構(gòu)成分與結(jié)構(gòu)性質(zhì)性質(zhì)合成與加工合成與加工MSEMSE四要素四要素使用性能使用性能材料的性質(zhì)材料的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與成分結(jié)構(gòu)與成分合成與加工合成與加工2022/10/110.2.40.2.4現(xiàn)代金屬材料現(xiàn)代金屬材料傳統(tǒng)金屬材料傳統(tǒng)金屬材料:Fe、Cu、Al、Ni、Mg、Ti。金屬間化合物金屬間化合物:NiAl、AlNi3、AlFe3、AlFe、Al3Ti、AlTi、AlTi3等。等?，F(xiàn)代金屬材料現(xiàn)代金屬材料:（1）先進結(jié)構(gòu)材料）先進結(jié)構(gòu)材料（2）高溫合金材料）高溫合金材料（3）新型工具鋼）新型工具鋼（4）金屬功能材料）金屬功能材料2022/10/11（1）先進結(jié)構(gòu)材料）先進結(jié)構(gòu)材料我國鋼鐵世界第一，但我國鋼鐵世界第一，但27依賴進口，依賴進口，8不能生不能生產(chǎn)。能耗高，污染環(huán)境。產(chǎn)。能耗高，污染環(huán)境。需要高比強度、比剛度、耐磨、耐蝕、抗疲勞、需要高比強度、比剛度、耐磨、耐蝕、抗疲勞、抗老化的鋼，超細鋼、純、均、抗老化的鋼，超細鋼、純、均、細組織。細組織。低合金高強度鋼、耐磨鋼、耐蝕鋼、抗氧化鋼、低合金高強度鋼、耐磨鋼、耐蝕鋼、抗氧化鋼、不銹鋼、硬質(zhì)合金。不銹鋼、硬質(zhì)合金。9.11之后耐熱耐候鋼引起關(guān)注。之后耐熱耐候鋼引起關(guān)注。2022/10/11(2)高溫合金材料高溫合金材料耐熱鋼和鐵基耐熱合金在較高載荷下使用溫度只能達到750-850，對于更高溫度下使用的部件，一般采用Ni基、Co基及其他難熔金屬為基體的合金航空發(fā)動機渦輪盤航空發(fā)動機渦輪盤 2022/10/11（3）新型工具鋼）新型工具鋼 HIP（熱等靜壓），（熱等靜壓），CPM（坩堝粉末冶金（坩堝粉末冶金法），法），CVD、PVD、離子滲入法涂覆、離子滲入法涂覆TiC、TiN、TiCN、Al2O3等高速鋼。等高速鋼。（4）金屬功能材料）金屬功能材料 光學材料、磁性材料、超導材料、聲學材光學材料、磁性材料、超導材料、聲學材料、生物醫(yī)用材料、儲氫材料、電性材料、料、生物醫(yī)用材料、儲氫材料、電性材料、智能材料等。智能材料等。2022/10/11緒論緒論金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來 0.1金屬材料發(fā)展簡史金屬材料發(fā)展簡史 0.2現(xiàn)代金屬材料現(xiàn)代金屬材料0.3金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢2022/10/110.3金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢0.3.1 結(jié)構(gòu)材料的高性能化結(jié)構(gòu)材料的高性能化(超級鋼)日本1997 年出臺了超級鋼研究工程(STX-21)項目。其目的是開發(fā)對社會和經(jīng)濟影響最大的新型結(jié)構(gòu)材料,減輕環(huán)境負擔和通過將超級鋼的強度和壽命提高1 倍來降低超級鋼的總成本。1998 年10 月我國在“九七三”項目中批準了“新一代鋼鐵材料的重大基礎研究”項目,并作為我國第一批“九七三”啟動的項目之一。2022/10/111998 年3 月,在國際鋼鐵協(xié)會(IISI)主持下,由歐洲和北美35 家鋼廠和汽車廠聯(lián)合的“超輕鋼車身”項目出籠(ultralight steel body project,ULSAB),它要求車身強度提高80%,車重減輕25%,車重可由平均1 300kg/輛降至900 kg/輛,達到百公里燃耗可降0.17L/輛,這項計劃預計2003 年底結(jié)束,實際鋼材面板屈服強度提高1 倍。2022/10/11中國超級鋼的研究中國超級鋼的研究 國家973項目“新一代鋼鐵材料”重大基礎研究首席科學家翁宇慶教授。項目由國家冶金工業(yè)局統(tǒng)一組織，參加此項目的有五個大專院校（北京科技大學、清華大學、東北大學等），四個研究院所（鋼鐵研究總院、中科院沈陽金屬所等），九個鋼鐵企業(yè)（寶鋼、首鋼、鞍鋼、武鋼、攀鋼、唐鋼、淮鋼、珠江鋼廠、大連鋼廠），三個汽車廠。涉及品種有：螺紋鋼、薄板、中厚板、薄板坯、特殊鋼等。2022/10/11鋼類鋼類組織組織現(xiàn)有強度現(xiàn)有強度（MPa）目標強度目標強度（MPa）超細晶尺寸超細晶尺寸（m mm）低碳鋼低碳鋼鐵素體珠光體鐵素體珠光體200400(a a)5低（微）低（微）合金鋼合金鋼低碳貝氏體或針低碳貝氏體或針狀鐵素體狀鐵素體400800(a a)1-2合金結(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)鋼回火馬氏體或貝回火馬氏體或貝/馬復相鋼馬復相鋼8001500(g g)5研究目標研究目標0.3.2我國材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢我國材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢 鋼鐵工業(yè)，在發(fā)達國家已進入衰退階段，原因就是有許多新鋼鐵工業(yè)，在發(fā)達國家已進入衰退階段，原因就是有許多新材料來代替鋼鐵，并且鋼鐵生產(chǎn)污染環(huán)境，他們往往把這些企材料來代替鋼鐵，并且鋼鐵生產(chǎn)污染環(huán)境，他們往往把這些企業(yè)放在第三世界國家。業(yè)放在第三世界國家。而鋼鐵在我國還在成熟階段，而鋼鐵在我國還在成熟階段，2012年年我國的粗鋼產(chǎn)量已經(jīng)突破我國的粗鋼產(chǎn)量已經(jīng)突破7億噸，在全世界總產(chǎn)量中所占的比億噸，在全世界總產(chǎn)量中所占的比例由例由2004年的年的26.3%上升到上升到2012年的年的48.7%。萬元萬元GDP能耗能耗20.5t標準煤，是西方的標準煤，是西方的10倍。倍。2003年中國年中國 消耗全球消耗全球30%原材料和能源，原材料和能源，GDP占世界占世界4。我國連鑄坯產(chǎn)量發(fā)展趨勢我國連鑄坯產(chǎn)量發(fā)展趨勢世界連鑄坯產(chǎn)量發(fā)展趨勢世界連鑄坯產(chǎn)量發(fā)展趨勢2022/10/112022/10/11我們?nèi)匀幻媾R諸多問題，最明顯的有三個一，每年我們需要進口優(yōu)質(zhì)鋼一，每年我們需要進口優(yōu)質(zhì)鋼20002000萬噸以上。萬噸以上。二、每年鐵礦石價格定價上，中二、每年鐵礦石價格定價上，中國缺乏發(fā)言權(quán)。國缺乏發(fā)言權(quán)。三、資源消耗使得環(huán)境壓力增大三、資源消耗使得環(huán)境壓力增大。我國每萬元的工業(yè)增加值中取水量是90立方，是發(fā)達國家的37倍；工業(yè)用水重復利用率為52，比發(fā)達國家低35，單位GDP的廢水、固體廢棄物的排放大大高于發(fā)達國家水平（2003年CO2 世界第二；有機污水全球第一）每百萬美元每百萬美元GDP的能耗的能耗2022/10/11（1）開發(fā)高質(zhì)量、高附加值、高技術(shù)難度、高使用要求的鋼材，如轎車用面板、家電外用板、彩電電子儀器用板、不銹鋼光亮板、石化用板、國防軍工用板、橋梁用板、耐候鋼板、海洋與石油用板。0.3.3我國材料的發(fā)展對策我國材料的發(fā)展對策2022/10/11(2)盡量采用地球儲量豐富或?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境影響小的元素。(3)盡量降低強韌化元素的含量或減少合金元素種類，盡量采用同類元素，作為強韌化的元素。(4)開發(fā)通用型、簡單型及節(jié)約型合金鋼。微合金調(diào)質(zhì)鋼。(5)空間金屬Ti合金比強度高、高低溫強度高、耐蝕性高。TiAl、Ti3Al金屬間化合物代替Ni、Nb基高溫合金。2022/10/11作業(yè)：1.現(xiàn)代材料科學與工程由材料的（）、（）、（）和（）四個基本要素組成。2.金屬材料學課程具有（）、（）和（）的特點。10 銅及銅合金copper alloyn銅是人類最早使用的，也是目前應用最廣的金屬材料之一。n應用：廣泛用于電纜、電器廣泛用于電纜、電器核電子設備的導電材料、核電子設備的導電材料、各種熱交換器的傳熱材各種熱交換器的傳熱材料、建筑材料以及裝飾料、建筑材料以及裝飾品等。品等。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，使用范圍不斷擴大，如大規(guī)模集成隨著科學技術(shù)的發(fā)展，使用范圍不斷擴大，如大規(guī)模集成電路、超導電線、超導電磁體、磁力懸浮鐵路、核聚變裝電路、超導電線、超導電磁體、磁力懸浮鐵路、核聚變裝置以及形狀記憶合金等方面都有應用。置以及形狀記憶合金等方面都有應用。Cu-Cr-Zr棒坯棒坯 20mm(a)20mm未施加電磁場時鑄坯的表面和凝固組織未施加電磁場時鑄坯的表面和凝固組織 施加電磁場后鑄坯的表面和凝固組織施加電磁場后鑄坯的表面和凝固組織 一、純一、純 銅銅密度密度8.94,熔點熔點1083,無晶形轉(zhuǎn)變無晶形轉(zhuǎn)變 導電、導熱性好，僅次于銀導電、導熱性好，僅次于銀 化學穩(wěn)定性好，耐蝕化學穩(wěn)定性好，耐蝕 成形加工性優(yōu)良，可焊，無磁成形加工性優(yōu)良，可焊，無磁熱脆：熱脆：Bi/Pb在晶界處形成低熔點組織；在晶界處形成低熔點組織；冷脆：冷脆：S/O Cu2O、CuS，硬脆，硬脆二、雜質(zhì)對純銅性能的影響二、雜質(zhì)對純銅性能的影響n工業(yè)純銅中通常有工業(yè)純銅中通常有0.1-0.5雜質(zhì)（雜質(zhì)（Pb，Bi，O，S，P等）等），它們對銅的力學性能和物理性能及工藝性能有很大影，它們對銅的力學性能和物理性能及工藝性能有很大影響響1.導電性：使銅的導電性能下降導電性：使銅的導電性能下降2.熱脆：熱脆：Pb，Bi等雜質(zhì)能與銅形成低熔點的共晶體（等雜質(zhì)能與銅形成低熔點的共晶體（CuPb）、（）、（CuBi），銅在加熱時，這些共晶體發(fā)生熔，銅在加熱時，這些共晶體發(fā)生熔化，形成熱脆化，形成熱脆3.冷脆，冷脆，P，S，O與銅形成與銅形成CuCu3P，Cu CuS，CuCu2O共晶體，屬脆性化合物，冷加工時易產(chǎn)生裂紋共晶體，屬脆性化合物，冷加工時易產(chǎn)生裂紋n氫病氫病，O含量過高，易引起氫病含量過高，易引起氫病。指含氧銅在氫氣或還。指含氧銅在氫氣或還原性氣氛（原性氣氛（CO、CH4）中退火時發(fā)生自動變脆或開裂的）中退火時發(fā)生自動變脆或開裂的現(xiàn)象。其本質(zhì)：現(xiàn)象。其本質(zhì)：H2O=H2 O COO=CO2n三、工業(yè)純銅的牌號及應用三、工業(yè)純銅的牌號及應用n工業(yè)純銅工業(yè)純銅(T1-T3)，數(shù)字越大純度越低。，數(shù)字越大純度越低。wO約約0.020.1，導電導熱性好（作太陽能熱，導電導熱性好（作太陽能熱水器），耐蝕性好（作電線）。水器），耐蝕性好（作電線）。n脫氧銅脫氧銅(TP1-TP2)，wO小于小于0.01。耐熱，導。耐熱，導電性好，（作真空儀表）電性好，（作真空儀表）n無氧銅無氧銅(TU0-TU2)，wO極低（極低（1,縮小縮小相區(qū)；相區(qū)；K1,擴大擴大相區(qū)。相區(qū)。n常用牌號有常用牌號有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4 等。等。n主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。軸承、襯套及閥體等。錫黃銅在普通黃銅中錫黃銅在普通黃銅中+0.51.5%Sn，強強度和硬度及耐蝕性，改善切削加工性。度和硬度及耐蝕性，改善切削加工性。錫黃銅主要以管、棒、板材大量用于艦艇制錫黃銅主要以管、棒、板材大量用于艦艇制造工業(yè)造工業(yè)，如冷凝管、船舶零件、船艦焊接件的如冷凝管、船舶零件、船艦焊接件的焊條等，故有焊條等，故有海軍黃銅海軍黃銅之稱。之稱。H62-1 海軍黃銅鑄造組織(化染)鋁黃銅鋁黃銅 黃銅中加入少量鋁（黃銅中加入少量鋁（0.73.5%）可在表面形）可在表面形成致密和牢固的成致密和牢固的Al2O3膜，膜，耐蝕性。鋁能細化耐蝕性。鋁能細化晶粒，晶粒，硬度和強度。但硬度和強度。但2%Al時塑韌性時塑韌性。含含2%Al、20%Zn的鋁黃銅具有最高熱塑性，的鋁黃銅具有最高熱塑性，所以所以HAl77-2合金得到廣泛應用。合金得到廣泛應用。含鋁特殊黃銅焊接比較困難，且有高的應力含鋁特殊黃銅焊接比較困難，且有高的應力腐蝕傾向，必須進行充分低溫退火加以消除。腐蝕傾向，必須進行充分低溫退火加以消除。鎳黃銅鎳黃銅 添加鎳可擴大添加鎳可擴大相區(qū)，故雙相黃銅添加適相區(qū)，故雙相黃銅添加適當?shù)逆嚳赊D(zhuǎn)變?yōu)閱蜗帱S銅。鎳能當?shù)逆嚳赊D(zhuǎn)變?yōu)閱蜗帱S銅。鎳能強度、韌強度、韌性、耐蝕性及耐磨性。鎳黃銅適合于冷、熱性、耐蝕性及耐磨性。鎳黃銅適合于冷、熱加工。鎳黃銅具有小的應力腐蝕破裂傾向，加工。鎳黃銅具有小的應力腐蝕破裂傾向，可用來制造海船工業(yè)的壓力表及冷凝管等，可用來制造海船工業(yè)的壓力表及冷凝管等，還可作錫磷青銅的代用品還可作錫磷青銅的代用品。硅黃銅硅黃銅 加入加入1.54.0%Si，能，能黃銅在海黃銅在海水中的耐蝕性以及抗應力腐蝕能力，改善鑄水中的耐蝕性以及抗應力腐蝕能力，改善鑄造性和焊接性。造性和焊接性。HSi80-3硅黃銅顯微組織為硅黃銅顯微組織為+，主要用于艦船制造和其它工業(yè)中的耐，主要用于艦船制造和其它工業(yè)中的耐蝕零件和接觸蒸汽的配件等。蝕零件和接觸蒸汽的配件等。硅黃銅硅黃銅 硅黃銅鑄造組織(化染)50鉛黃銅鉛黃銅 HPb74-3是單相是單相鉛黃銅，鉛呈細小質(zhì)點分鉛黃銅，鉛呈細小質(zhì)點分布在晶界；布在晶界；HPb59-1是雙相（是雙相（+）鉛黃銅。）鉛黃銅。因為因為HPb59-1切削性特別好，稱為切削性特別好，稱為易切黃銅易切黃銅，有足夠高的強度、耐磨性和耐蝕性。廣泛用作有足夠高的強度、耐磨性和耐蝕性。廣泛用作鐘表機芯的基礎部件和汽車、拖拉機等機械零鐘表機芯的基礎部件和汽車、拖拉機等機械零件如襯套、螺釘、電器插座等。件如襯套、螺釘、電器插座等。鉛黃銅鑄造組織(化染)70擠壓態(tài)擠壓態(tài)n除黃銅和白銅外的其他銅合除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅。金統(tǒng)稱為青銅。青銅制品青銅制品 10.2青銅青銅bronze10.2.1青銅的牌號及表示方法青銅的牌號及表示方法牌牌號號表表示示 “Q”加上第一個主加元素化學符號及加上第一個主加元素化學符號及含量再加上其它合金元素含量。含量再加上其它合金元素含量。如如QSn4-3為含為含4%Sn，3%Zn錫青銅；錫青銅；鑄造青銅：鑄造青銅：“Z”表示鑄造，表示鑄造，“Cu”表示表示銅基體。如銅基體。如ZCuPb30表示鑄造鉛青銅，表示鑄造鉛青銅，鉛的平均質(zhì)量分數(shù)為鉛的平均質(zhì)量分數(shù)為30%10.2.2、錫青銅、錫青銅n是以錫為主加元素的銅合金，錫是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為含量一般為314%。n是最古老的銅合金，我國應用已是最古老的銅合金，我國應用已有有2000年歷史，年歷史，如古代的鼎、鐘、如古代的鼎、鐘、武器、銅鏡等。武器、銅鏡等。n錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率在有低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小色金屬中最小。n錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海水及無機鹽溶液中的耐蝕性比純水及無機鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。氨水中的耐蝕性較差。錫青銅錠錫青銅錠東漢晚期的青銅奔馬（馬踏飛燕）東漢晚期的青銅奔馬（馬踏飛燕）香港大嶼山天壇大佛香港大嶼山天壇大佛(高高26.4m)20世紀世紀90年代初竣工錫青銅年代初竣工錫青銅n586 共析：共析：n-Cu5Sn -CuSnn n520520共析：共析：共析：共析：n n-CuSnCuSn -CuCu3131 SnSn8 8 n350共析：共析：n-Cu3Snn當當w Sn在在730時，鑄造時，鑄造錫青銅得到錫青銅得到（）組織，組織，n而非而非+（）組織。）組織。一、錫青銅中的組織圖10.6Cu-Sn 二元相圖組組織織是是Sn固溶于固溶于Cu固溶體，固溶體，F(xiàn)CC結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；是是電子化合物電子化合物Cu5Sn為基的固溶體；為基的固溶體；是是CuSn化合物為基的固溶體；化合物為基的固溶體；是電子化合物是電子化合物Cu31Sn8；是電子化合物是電子化合物Cu3Sn。錫青銅的顯微組織與錫含量和合金狀錫青銅的顯微組織與錫含量和合金狀態(tài)有關(guān)。態(tài)有關(guān)。性性能能 較高強度、硬度和耐磨性較高強度、硬度和耐磨性。Sn,強度強度，當，當Sn6%后，后，伸伸長率長率;Sn20%，出現(xiàn)大量，出現(xiàn)大量相，合金變相，合金變脆，強度脆，強度。因此，工業(yè)用。因此，工業(yè)用Sn青銅的青銅的Sn含量均在含量均在314%之間。之間。Sn 78%的合金，有高的塑性和強的合金，有高的塑性和強度，適用于塑性加工；度，適用于塑性加工；含含Sn10%的合金，因塑性低，只適的合金，因塑性低，只適用于鑄造用。用于鑄造用。塑性在塑性在7處最佳，強度在處最佳，強度在27處最高。處最高。圖圖10.8ZQSn-10鑄態(tài)鑄態(tài) +（+）共析組織）共析組織圖10.7圖圖10.11含鉛青銅鑄態(tài)組織含鉛青銅鑄態(tài)組織圖圖10.9含磷錫青銅鑄態(tài)組織含磷錫青銅鑄態(tài)組織l主要用于耐蝕承載件主要用于耐蝕承載件,如如彈簧、軸承、齒輪軸、彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。蝸輪、墊圈等。錫青銅管錫青銅管船用青銅船用青銅軟管快速軟管快速接頭閥接頭閥(錫錫青銅閥體、青銅閥體、閥蓋閥蓋)n二、常用錫青銅用途二、常用錫青銅用途特特點點 強度和耐蝕最好，應用廣泛。是錫青銅強度和耐蝕最好，應用廣泛。是錫青銅的重要代用品，但鑄造性和焊接性較差。的重要代用品，但鑄造性和焊接性較差。鋁鋁作作用用 Al，強度和硬度，強度和硬度，塑性，塑性。當。當Al1011%時，時，強度強度、塑性均塑性均。由于由于出現(xiàn)了硬脆出現(xiàn)了硬脆2相所致。相所致。12%Al。壓力加工用鋁青銅壓力加工用鋁青銅Al 57%.應應用用 鋁青銅應用較廣泛。用于制造耐磨、耐鋁青銅應用較廣泛。用于制造耐磨、耐蝕和彈性零件，如齒輪、軸套、彈簧以及蝕和彈性零件，如齒輪、軸套、彈簧以及船舶制造中的特殊設備等船舶制造中的特殊設備等10.2.3.鋁青銅鋁青銅Al9.4%:565 共析：共析：共析：共析：+2-Cu9Al4 （層片狀）（層片狀）QAl-10-4-4（含Al10，F(xiàn)e4，Ni4）組織為組織為、2。鋁青銅的組織與相變鋁青銅的組織與相變圖10.9QAL10 鑄態(tài)鑄態(tài) (白色白色)+(+2)共析共析(黑色黑色)QAL10 固溶處理固溶處理930淬火淬火 (相當于相當于M)10.2.4.鈹青銅鈹青銅n以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.72.5%。n具有高的強度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導電具有高的強度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導電性、導熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價格較貴。性、導熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價格較貴?！皬椥詮椥灾踔酢狈Q號。稱號。l常用牌號有常用牌號有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等等。l用于重要的彈性件、耐磨件，用于重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機件等重要機件。鈹青銅帶材性性能能特特點點 淬火狀態(tài)塑性淬火狀態(tài)塑性好好，可冷加工成管、棒、帶材等，可冷加工成管、棒、帶材等各種型材。若經(jīng)過固溶處理及冷變形后，不僅能各種型材。若經(jīng)過固溶處理及冷變形后，不僅能提高強度（提高強度（b可可1200MPa），而且能），而且能 p，特別適用于特別適用于儀表彈簧儀表彈簧處處理理特特點點 固溶處理和快冷是為了獲得過飽和固溶體，固溶處理和快冷是為了獲得過飽和固溶體，時效強化。鈹青銅淬火時時效強化。鈹青銅淬火時必須嚴格控制加熱溫必須嚴格控制加熱溫度度。否則會產(chǎn)生過熱和過燒。加熱溫度過低，富。否則會產(chǎn)生過熱和過燒。加熱溫度過低，富鈹相不能充分溶解，鈹相不能充分溶解，沉淀硬化能力沉淀硬化能力 Cu-Be合金的時效過程也是合金的時效過程也是過飽和固溶體的脫溶沉淀過程，過飽和固溶體的脫溶沉淀過程，其時效序列：其時效序列：過飽和固溶體過飽和固溶體G.P.區(qū)（或區(qū)（或）（共格）（共格）（半（半共格）共格）2 淬火溫度淬火溫度780800，時，時效溫度為效溫度為300350，淬，淬火介質(zhì)為水。火介質(zhì)為水。圖10.10黃黃銅銅普通普通黃銅黃銅特殊特殊黃銅黃銅金色金色黃銅黃銅：H96;彈殼彈殼:H70;商業(yè)商業(yè)：H6232%Zn,+海軍黃銅：海軍黃銅：HSn70-1 耐腐蝕性好耐腐蝕性好易切黃銅：易切黃銅：HPb59-1 可切削性好可切削性好商業(yè)黃銅：商業(yè)黃銅：HAl77-2 熱塑性好熱塑性好青青銅銅錫錫青銅青銅鋁鋁青銅青銅鈹鈹青銅青銅 67%Sn，壓力加工；，壓力加工；1014%Sn，鑄造，鑄造.鑄造性比黃銅差，耐蝕性比黃銅好鑄造性比黃銅差，耐蝕性比黃銅好.+P、Zn、Ni等元素，為多元等元素，為多元錫青銅錫青銅.如如QSn4-3:Sn-4%左右左右,Zn-3%左右左右大大部部分分多多元元：Cu、Al+Mn、Fe、Ni等等.如如Q Al9-2，+2%左右左右Mn比比黃黃銅銅錫錫青青銅銅有有更更高高強強度度和和硬硬度度，更更好好的的耐耐磨磨性和耐蝕性，塑性較差。性和耐蝕性，塑性較差。如如QBe2.具具有有高高b bp p ,耐耐磨磨，抗抗蝕蝕，受受沖沖擊擊無無火花。經(jīng)淬火時效后，火花。經(jīng)淬火時效后，b b可達可達1200MPa測驗題1.下列是什么材料？下列是什么材料？(1)ZL108(2)KTH370-12(3)B30(4)QAl5(5)QT90022下列是什么材料？數(shù)字字母含義？下列是什么材料？數(shù)字字母含義？(1)H68(2)HT300(3)QBe1.9(4)KTB45007(5)ZCuZn38作業(yè)n 1.防繡鋁合金（）；硬鋁合金（）；超硬鋁合金（）；鑄造鋁合金（）；普通黃銅()；鑄造黃銅（）；錫青銅（）；鈹青銅（）；n (a)HPb59-1 (b)3A21 (c)ZCuZn38 (d)7A75 (e)QBe2 (f)ZAlSi12 (g)H68 (h)2024 (i)QSn4-3 (j)2A24 (k)7075n2.淬火加時效處理是（）合金強化的主要途經(jīng)。n A形變鋁合金；B鑄造鋁合金；C黃銅；D青銅n3 HMn58-2 是 _ 的代號，它表示含 _ 量為 58%，而含 _ 量為 2。a.普通黃銅 b.特殊黃銅 c.無錫青銅d.Mn e.Cu f.Znn4在青銅中，常用淬火時效方法進行強化的銅合金是 _。na 鈹青銅 b 鋁青銅 c 錫青銅n5.HSn70-1是 合金，其含錫量為 。n6.QA17是 合金，其組成元素是 型的 合金。n7.普通黃銅當wZn39%時，稱為 黃銅，由于其塑性好，適宜 加工；當wZn在39%45%范圍時，稱為 黃銅，其強度高，熱狀態(tài)下塑性較好，適宜 加工。n8.按化學成分銅合金分為哪幾類？按化學成分黃銅分為哪幾類？按金相組織黃銅分為哪幾類？青銅分為哪幾類？n9.牌號H62、B5、QSn4-3、QAl7、HMn58-2、ZCuZn38、ZCuSn10Zn4、ZCuNi10Fe1屬于哪類銅合金？n10.什么叫黃銅的“自裂”？其自裂的原因是什么n11.什么叫“彈殼黃銅”、“金色黃銅”、“易切黃銅”、“海軍黃銅”？寫出其主要牌號及用途。n12.說出下列材料常用的強化方法：H70；2024；ZL102。n13.什么是銅的氫病？如何避免？n14.為什么含鋅量較多的黃銅，經(jīng)冷加工后不適宜于在潮濕的大氣、海水及含有氨的環(huán)境下使用？2022/10/1111.1概述 鈦及其合金是上世紀40年代發(fā)展起來的一類新型結(jié)構(gòu)材料oTi的物理性能 純Ti熔點1668。強度高，強度高，是是Al的的6倍，塑性好，便于冷倍，塑性好，便于冷熱加工。熱加工。還具有超導、記憶、儲氫等特殊性能。o熱處理熱處理 純純Ti不能熱處理強化，只能進不能熱處理強化，只能進行冷變形強化，行冷變形強化，型鈦合金可熱處理。美美F-22戰(zhàn)機約戰(zhàn)機約36%重量的零重量的零件用鈦合金制造件用鈦合金制造11鈦合金titaniumalloy2022/10/11o純鈦主要用于純鈦主要用于 350以以下工作、強度要求不高下工作、強度要求不高的零件，如石油化工用的零件，如石油化工用熱交換器、反應器，海熱交換器、反應器，海水凈化裝置及艦船零部水凈化裝置及艦船零部件。件。鈦鋼復合反應釜鈦鋼復合反應釜鈦管換熱器鈦管換熱器鈦制蒸餾塔鈦制蒸餾塔2022/10/1111.1.1鈦的基本性質(zhì)與合金化鈦的基本性質(zhì)與合金化有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。，bcc|882|，hcp 比強度高。比強度高。=4.51g/cm3，可保持到，可保持到550600耐蝕性好。形成保護膜耐蝕性好。形成保護膜,耐海水腐蝕性是最好的耐海水腐蝕性是最好的低溫性能好。在低溫性能好。在77K下仍有良好的力學性能下仍有良好的力學性能導熱系數(shù)低。比鐵低導熱系數(shù)低。比鐵低4.5倍，易產(chǎn)生熱應力倍，易產(chǎn)生熱應力主要合金元素有主要合金元素有A1、Zr、V、Mo、Mn、Cr等等2022/10/11一、鈦的合金化及分類（一）合金元素與鈦的作用o1）穩(wěn)定型相圖，擴大相區(qū)的元素有Al、Sn、O、N、C等。o2）穩(wěn)定型相圖，擴大相區(qū)的元素有V、Mo 等。o3）+共析型相圖，使共析的元素有Mn、Fe、Cr、Cu、Si、Ni、Ag等。o4）和全溶型相圖，如Zr、Ha等。圖11.1鈦與合金元素的典型二元線圖a）穩(wěn)定型,Al、Sn；b)穩(wěn)定型V、Mo,c)+共析型,Mn、Cr；d)和全溶型，Ha、ZrTi-Sn相圖2022/10/11穩(wěn)定型(包析)穩(wěn)定型（共析）和全溶型共析型2022/10/11o（二）鈦合金的分類（GB/T362194）o在退火狀態(tài)下，按組織分型鈦合金、型鈦合金和型鈦合金，以TA、TB、TC表示。符號后面的數(shù)字表示順序號。符號后面的數(shù)字表示順序號。oTA7：Ti-5Al-2.5SnoTB2：Ti-3Al-8Cr-5Mo-5VoTC4：Ti-6Al-4V2022/10/11各各類類合合金金特特點點 鈦合金鈦合金高溫性能好高溫性能好，組織穩(wěn)定，焊接性好，組織穩(wěn)定，焊接性好，是常用耐熱鈦合金，但常溫強度低，塑性不高是常用耐熱鈦合金，但常溫強度低，塑性不高 +鈦合金鈦合金可熱處理強化可熱處理強化，常溫強度高，中溫，常溫強度高，中溫的耐熱性也不錯，但組織不夠穩(wěn)定，焊接性差的耐熱性也不錯，但組織不夠穩(wěn)定，焊接性差 合金塑性加工性好，合金濃度適當時，通過合金塑性加工性好，合金濃度適當時，通過熱處理可獲得高的常溫力學性能，是發(fā)展熱處理可獲得高的常溫力學性能，是發(fā)展高強度高強度鈦鈦合金的基礎，但組織不夠穩(wěn)定，冶煉工藝復雜合金的基礎，但組織不夠穩(wěn)定，冶煉工藝復雜 應用程度應用程度:+合金合金 合金合金 鈦合金鈦合金二、鈦合金特點2022/10/11 1 1、鈦合金鈦合金(Al/Sn)(Al/Sn)主要主要Me是是Al和和Sn，固溶強化，固溶強化:+1%Me，強度，強度3570MPaAl作作用用特特點點 A1在在相中固溶度很大相中固溶度很大,耐熱性耐熱性(500)但但Al6后后與與共格有序相共格有序相2（Ti3Al）2是硬而脆中間相，對合金塑韌性不利。是硬而脆中間相，對合金塑韌性不利。Al大于大于25%后，則出現(xiàn)后，則出現(xiàn)相（相（TiAl）應應用用特特點點 一般工業(yè)用鈦合金一般工業(yè)用鈦合金Al含量很少超過含量很少超過6。鈦合金使用溫度鈦合金使用溫度500。鈦合金不能熱處理強化，退火或熱軋態(tài)鈦合金不能熱處理強化，退火或熱軋態(tài)下使用。下使用。TA7是應用最多的一種。是應用最多的一種。TA4TA6是是Ti-Al系二元合金系二元合金2022/10/112 2、+鈦合金鈦合金(Al/V、Mo)合合金金化化特特點點 含含46%的的穩(wěn)定元素穩(wěn)定元素和和同時強化。同時強化。+合金性能主要由合金性能主要由相元素來決定。相元素來決定。相元素主要是鋁相元素主要是鋁，67%以免生成以免生成2而而韌性。另補加少量中性元素韌性。另補加少量中性元素錫和鋯錫和鋯。元素選擇較復雜。元素選擇較復雜。+Mo和和V等，再適當?shù)?，再適當+少少量量Mn和和Cr或微量或微量Si。性性能能特特點點 +鈦合金力學性能變化范圍較寬，可適鈦合金力學性能變化范圍較寬，可適應各種用途，約占航空工業(yè)使用的鈦合金應各種用途，約占航空工業(yè)使用的鈦合金70以上。目前國內(nèi)外應用最廣泛的以上。目前國內(nèi)外應用最廣泛的+鈦合金鈦合金是是Ti-A1-V系的系的Ti-6A1-4V，即，即TC4合金。合金。2022/10/113 3、鈦合金鈦合金(Mo(Mo、V/Cr)V/Cr)鈦合金是發(fā)展高強度鈦合金潛力最大的合金。鈦合金是發(fā)展高強度鈦合金潛力最大的合金。熱處理熱處理特點特點 合金化特點：加入大量合金化特點：加入大量穩(wěn)定元素。穩(wěn)定元素。熱處理特點熱處理特點:室溫為單相室溫為單相組織，經(jīng)時效可組織，經(jīng)時效可強度。淬火態(tài)下能冷成型強度。淬火態(tài)下能冷成型進行時效處理。進行時效處理。性能性能特點特點與應與應用用 強韌性優(yōu)于強韌性優(yōu)于+合金，具有良好的焊接性和合金，具有良好的焊接性和壓力加工性。缺點是壓力加工性。缺點是元素濃度高，密度元素濃度高，密度，易，易偏析，性能波動大。偏析，性能波動大。相元素多是稀有金屬，價相元素多是稀有金屬，價格格，200使用，應用受限制使用，應用受限制.目前應用的加工鈦僅目前應用的加工鈦僅TB2，主要用于制造各種主要用于制造各種整體熱處理的沖壓件和焊接件；如輪盤、軸類整體熱處理的沖壓件和焊接件；如輪盤、軸類等重載荷旋轉(zhuǎn)件，以及飛機的構(gòu)件等等重載荷旋轉(zhuǎn)件，以及飛機的構(gòu)件等2022/10/1111.1.2鈦合金的相變C0tk2022/10/11基基本本概概念念 相相(bcc)六方馬氏體六方馬氏體(hcp)；斜方馬氏體。斜方馬氏體。tk ：當：當t淬淬到一定溫度，到一定溫度，相濃度相濃度到到Ck時，時，淬火到室溫淬火到室溫相也不發(fā)生相也不發(fā)生M轉(zhuǎn)變的臨界淬火溫度。轉(zhuǎn)變的臨界淬火溫度。Ck和和tk是非常重要的兩個參數(shù)。是非常重要的兩個參數(shù)。Ck：Ms相不發(fā)生相不發(fā)生M轉(zhuǎn)變的合金濃度轉(zhuǎn)變的合金濃度鈦合金鈦合金M是置換型過飽和固溶體，與鋼間隙式是置換型過飽和固溶體，與鋼間隙式M不同不同1、馬氏體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變 2022/10/112 2、相的形成相的形成 穩(wěn)定型鈦合金的成分位于臨界濃度穩(wěn)定型鈦合金的成分位于臨界濃度Ck附近時，淬火時附近時，淬火時除形成除形成或或r外，還能形成淬火外，還能形成淬火相，用相，用q表示。表示。特特點點性性質(zhì)質(zhì) 是六方晶格，與是六方晶格，與相有共格關(guān)系。相有共格關(guān)系。相形相形狀與狀與Me原子半徑原子半徑r有關(guān)，有關(guān)，r與鈦相差較小的合金，與鈦相差較小的合金，相是橢圓形，相是橢圓形，r相差較大時為立方體形相差較大時為立方體形 相硬而脆，雖相硬而脆，雖強度、硬度和彈性模量，強度、硬度和彈性模量，但塑性急劇但塑性急劇。一般情況下。一般情況下,相是有害組織，在相是有害組織，在熱處理時都要避開它的形成區(qū)間。加熱處理時都要避開它的形成區(qū)間。加A1能抑制能抑制相的形成相的形成 大多數(shù)工業(yè)用鈦合金都含有大多數(shù)工業(yè)用鈦合金都含有A12022/10/113、過冷過冷(殘余）殘余）r 的形成的形成o合金元素濃度較高，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度低于室溫，合金元素濃度較高，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度低于室溫，被被凍結(jié)，形成凍結(jié)，形成r，成為，成為鈦合金。鈦合金。o為體心立方，具有較好的塑性，冷加工性能與純鈦相為體心立方，具有較好的塑性，冷加工性能與純鈦相近。近。o鈦合金的合金元素量較大，固溶強化效果大；加工硬鈦合金的合金元素量較大，固溶強化效果大；加工硬化性高；時效強化（析出化性高；時效強化（析出相強化）高相強化）高。o鈦合金固溶后強度：鈦合金固溶后強度：750-950MPa，時效后強度，時效后強度1000-1700MPa。o 相中原子擴散系數(shù)大，加熱溫度超過相中原子擴散系數(shù)大，加熱溫度超過相變點時，出現(xiàn)粗大相變點時，出現(xiàn)粗大晶粒，產(chǎn)生晶粒，產(chǎn)生“脆性脆性”2022/10/114 4、亞穩(wěn)定相的分解、亞穩(wěn)定相的分解 淬火形成的淬火形成的、和和r相都是不穩(wěn)定的相都是不穩(wěn)定的最終產(chǎn)物最終產(chǎn)物都是平衡都是平衡+相相 共析共析型的型的 分解產(chǎn)物是分解產(chǎn)物是+TixMy（）化合物）化合物各種亞各種亞穩(wěn)相分穩(wěn)相分解過程解過程（1）過冷）過冷r相分解相分解;（2）馬氏體分解，鈦合金）馬氏體分解，鈦合金、在在300 400發(fā)生快速分解，在發(fā)生快速分解，在400500回火時回火時彌散度高的彌散度高的+相混合物，彌散強化。相混合物，彌散強化。（3）相的分解。相的分解。2022/10/1111.2.1.型鈦合金型鈦合金o主加元素為鋁，還有錫、硼等。主加元素為鋁，還有錫、硼等。o不能熱處理強化，通常在退火不能熱處理強化，通常在退火狀態(tài)下使用，組織為單相狀態(tài)下使用，組織為單相 固固溶體。溶體。o強度低于另兩類鈦合金，但高強度低于另兩類鈦合金，但高溫強度、低溫韌性及耐蝕性優(yōu)溫強度、低溫韌性及耐蝕性優(yōu)越。越。o0.2Pd的加入引起陽極鈍化，使腐蝕抗力提高1000倍。鈦合金氫泵鈦合金氫泵誘導輪誘導輪鈦合金氫泵殼體鈦合金氫泵殼體11.2常用鈦合金常用鈦合金2022/10/11o 型鈦合金型鈦合金屬于密排六方結(jié)構(gòu)，較高的強度和良好的韌性，對高溫氧污染有較強的抗力，但成形性能較差。o常用牌號有常用牌號有TA5、TA7等。等。典型的鈦合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn），市場占有20，組織穩(wěn)定、焊接性好，比強度是鋁和鋼的兩倍，用作飛機蒙皮和模鍛件。oAl、Sn可使再結(jié)晶溫度和同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度升高。鈦合金泵鈦合金泵圖11.4Ti-Al二元合金相圖鈦端2022/10/11o 型鈦合金型鈦合金主要用于制造主要用于制造500以以下工作的零件，如飛機壓氣機葉片、下工作的零件，如飛機壓氣機葉片、導彈的燃料罐、超音速飛機的蝸輪導彈的燃料罐、超音速飛機的蝸輪機匣及飛船上的高壓低溫容器等。機匣及飛船上的高壓低溫容器等。鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金液下泵鈦合金液下泵-Ti合金組織合金組織2022/10/1111.2.2.+型鈦合金型鈦合金o加入的合金元素有鋁、釩、加入的合金元素有鋁、釩、鉬鉬、鉻等。、鉻等。o可進行熱處理強化，強度高，塑性好，具有良好的熱強性、可進行熱處理強化，強度高，塑性好，具有良好的熱強性、耐蝕性和低溫韌性。耐蝕性和低溫韌性。鈦鈦合合金金列列管管式式換換熱熱器器2022/10/11o+型鈦合金共有九個牌型鈦合金共有九個牌號，其中以號，其中以TC4(Ti6Al4V)應用最廣、應用最廣、用量最大，用量最大，占市場55。其經(jīng)過淬火加時效處理后，其經(jīng)過淬火加時效處理后，組織為組織為+時效析出的時效析出的針狀針狀。2022/10/11o+型鈦合金型鈦合金主要用于主要用于制造制造400196o以下工作的飛機壓氣機葉以下工作的飛機壓氣機葉片、火箭發(fā)動機外殼、片、火箭發(fā)動機外殼、火箭和導彈的液氫燃料火箭和導彈的液氫燃料箱部件及艦船耐壓殼體箱部件及艦船耐壓殼體等。等。生物醫(yī)生物醫(yī)用材料用材料飛飛機機壓壓氣氣機機葉葉片片2022/10/11o11.2.3.型鈦合金型鈦合金o加入的合金元素有鉬、加入的合金元素有鉬、鉻、釩等。鉻、釩等。o經(jīng)淬火加時效處理后，經(jīng)淬火加時效處理后，組織為組織為 相基體上分布相基體上分布著細小的著細小的 相粒子。相粒子。o這類合金強度高，但這類合金強度高，但冶煉工藝復雜，難于冶煉工藝復雜，難于焊接，應用受到限制。焊接，應用受到限制。鈦合金管鈦合金管鈦合金管應用鈦合金管應用2022/10/11o 型鈦合金有型鈦合金有TB2、TB3、TB4三個牌三個牌號。號。o主要用于主要用于350以以下工作的結(jié)構(gòu)件和下工作的結(jié)構(gòu)件和緊固件，如飛機壓緊固件，如飛機壓氣機葉片、軸、彈氣機葉片、軸、彈簧、輪盤等?；伞⑤啽P等。鈦合金棒鈦合金棒鈦合金眼鏡架鈦合金眼鏡架鈦離心泵鈦離心泵2022/10/1111.3 鈦及鈦合金的發(fā)展與應用鈦及鈦合金的發(fā)展與應用 o 1、鈦合金生產(chǎn)工藝、鈦合金生產(chǎn)工藝 o 冶煉技術(shù)：電子束重熔技術(shù)，真空冶煉等冶煉技術(shù)：電子束重熔技術(shù)，真空冶煉等 o 2、鈦合金的新發(fā)展、鈦合金的新發(fā)展 o 宇航工業(yè)宇航工業(yè)：AlloyC是一個新型高溫鈦合金，使用溫度是一個新型高溫鈦合金，使用溫度o 高達高達650，用于制造發(fā)動機的排氣管；，用于制造發(fā)動機的排氣管；o 船舶工業(yè)船舶工業(yè)：深海潛水調(diào)查船的耐壓殼體。近：深海潛水調(diào)查船的耐壓殼體。近鈦合金鈦合金o Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo和和+鈦合金鈦合金TC4；o 民品工業(yè)民品工業(yè):電磁烹調(diào)器具電磁烹調(diào)器具、網(wǎng)球球拍、高爾夫球頭、網(wǎng)球球拍、高爾夫球頭；o 汽車工業(yè)汽車工業(yè):進、排氣閥，目前僅用于賽車和運動汽車；進、排氣閥，目前僅用于賽車和運動汽車；o 化學工業(yè)化學工業(yè):反應器、熱交換器、吸收塔、冷卻器等；反應器、熱交換器、吸收塔、冷卻器等；o 醫(yī)療領(lǐng)域醫(yī)療領(lǐng)域:骨骼整補等嵌入材料骨骼整補等嵌入材料。2022/10/11 鈦合金是鈦合金是20世紀出現(xiàn)的一種新型結(jié)構(gòu)材料。它具有密度世紀出現(xiàn)的一種新型結(jié)構(gòu)材料。它具有密度小、強度高、耐高溫和耐腐蝕等特點，且資源豐富，已成小、強度高、耐高溫和耐腐蝕等特點，且資源豐富，已成為航天、化工等部門廣泛應用的材料為航天、化工等部門廣泛應用的材料 鈦合金塑性差，且不能熱處理強化鈦合金塑性差，且不能熱處理強化.鈦合金主加元素是鈦合金主加元素是Cr、Mo、V等元素及少量鋁。主等元素及少量鋁。主要是時效硬化，因其明顯的缺點，應用受到一定的限制要是時效硬化，因其明顯的缺點，應用受到一定的限制 +鈦合金是目前最重要的鈦合金。同時加入鈦合金是目前最重要的鈦合金。同時加入穩(wěn)定穩(wěn)定元素和元素和穩(wěn)定元素，使穩(wěn)定元素，使和和同時得到強化。力學性能變同時得到強化。力學性能變化范圍較寬，可以適應各種用途，約占航空工業(yè)使用的鈦化范圍較寬，可以適應各種用途，約占航空工業(yè)使用的鈦合金合金70以上。以上。小小 結(jié)結(jié)2022/10/11o1 對于+兩相鈦合金，可采用下述熱處理方法強化 _。oa 再結(jié)晶退火 b 淬火回火oc 淬火時效 d 上述方法都不能強化o2.根據(jù)退火組織，鈦合金分為哪三類？o3.Ti6Al4V屬于哪一類鈦合金？合金中Al和V對組織各有何作用？o4.為什么在幾乎所有的鈦合金中，均有一定含量的合金元素鋁？為什么鋁的加入量都控制在6-7%以下？o5.為什么國內(nèi)外目前應用最廣泛的鈦合金是Ti-Al-V系的Ti-6Al-4V即TC4合金？o6.簡述鋁和錫在鈦合金中的作用。穩(wěn)定型合金是鈦與哪些元素形成的合金？2022/10/11o7.說明下列符號的物理意義說明下列符號的物理意義oTA7；TC4；TB2；o8.根據(jù)鈦合金在退火狀態(tài)的相組成可分為 ，型鈦合金，分別以 o ,表示。o9.鈦合金淬火時會得到 ，組織。o10.鈦合金是發(fā)展高強鈦合金潛力最大的合金。2022/10/11測試題o1下列是什么鋼種？使用狀態(tài)組織？下列是什么鋼種？使用狀態(tài)組織？o20Cro1Cr25Tio40CrMoo14MnVTiReoW18Cr4Vo4Cr13o1Cr18Ni12Mo2Tio12Cr1MoVo9Mn2V o65Mno2.說明下列鋼號括號內(nèi)合金元素的主要作用。說明下列鋼號括號內(nèi)合金元素的主要作用。o低碳珠光體鋼低碳珠光體鋼12Cr1MoV(Cr)o調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼40CrNiMo(Mo)o鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼1Cr25(Cr)o奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti(Ti)o熱作模具鋼熱作模具鋼3Cr2W8V(V)o彈簧鋼彈簧鋼60Si2Mn(Mn)o馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼9Cr18(Cr)o低合金工具鋼低合金工具鋼9SiCr(Si、Cr)o滲碳鋼滲碳鋼 20CrMn(Mn)o普低鋼普低鋼 10MnPNbRe（Re）