工學(xué)金屬學(xué)與熱處理課件 - 有色金屬及其合金

金屬學(xué)與熱處理——有色金屬及其合金金屬的定義和特性定義金屬是具有光澤、延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的物質(zhì)，通常由金屬元素組成。特性金屬具有良好的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，易于加工成各種形狀，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和生活中。分類金屬可分為黑色金屬和有色金屬，其中黑色金屬主要指鐵、錳、鉻等，而有色金屬則包括銅、鋁、鎂等。金屬元素的特點高電導(dǎo)率金屬元素具有良好的電導(dǎo)率，這使其成為電線和電路板的理想材料。高熱導(dǎo)率金屬元素也具有良好的熱導(dǎo)率，使其成為散熱器和鍋具的理想材料。延展性金屬元素可以拉伸成細線或壓成薄片，使其成為制造各種產(chǎn)品的理想材料。韌性金屬元素可以承受沖擊和彎曲，使其成為結(jié)構(gòu)材料的理想材料。金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬原子以規(guī)則的排列方式構(gòu)成晶格，形成晶體結(jié)構(gòu)，決定了金屬的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)包括體心立方(BCC)、面心立方(FCC)和密排六方(HCP)。BCC結(jié)構(gòu)：鐵、鉻、鎢等FCC結(jié)構(gòu)：鋁、銅、金等HCP結(jié)構(gòu)：鎂、鋅、鈦等金屬的相變和狀態(tài)圖相變是指金屬在一定的溫度和壓力下，其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的過程。狀態(tài)圖則是在特定條件下，描述金屬相變過程的圖表。狀態(tài)圖可以幫助我們了解不同溫度和壓力下金屬的相組成、相變過程、相變溫度等重要信息，為金屬材料的制備和應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。金屬的強化機制固溶強化通過添加合金元素，改變金屬的晶格結(jié)構(gòu)，提高其強度和硬度。形變強化通過塑性變形，在金屬內(nèi)部產(chǎn)生位錯，阻礙位錯運動，提高其強度和硬度。彌散強化在金屬基體中均勻分布第二相顆粒，阻礙位錯運動，提高其強度和硬度。晶粒細化通過熱處理或其他工藝，細化金屬的晶粒尺寸，提高其強度和硬度。銅及其合金優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性良好的延展性和可加工性耐腐蝕性，特別是在海水環(huán)境中鋁及其合金輕量級鋁密度低，常用于制造飛機和汽車等交通工具耐腐蝕性鋁具有良好的耐腐蝕性能，適用于建筑和工業(yè)應(yīng)用導(dǎo)熱性鋁的導(dǎo)熱性良好，常用于制造炊具和散熱器鎂及其合金輕量化鎂合金的密度低，約為鋁合金的三分之二，因此具有顯著的重量優(yōu)勢。高強度鎂合金具有良好的強度和剛度，可以滿足多種結(jié)構(gòu)和機械應(yīng)用的需求。優(yōu)異的減震性能鎂合金的阻尼性能出色，能有效吸收振動，在汽車和航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。鈦及其合金耐腐蝕性鈦具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，在各種介質(zhì)中都能保持穩(wěn)定。高強度鈦合金具有較高的強度和韌性，能夠承受高負荷和沖擊。輕質(zhì)鈦合金的密度較低，在相同強度下比鋼材更輕，更適合航空航天領(lǐng)域應(yīng)用。鎳及其合金耐腐蝕性鎳在許多腐蝕性環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性。它能夠抵抗酸性溶液、堿性溶液和許多氧化劑的腐蝕。高強度和硬度鎳合金通常具有高強度和硬度，這使其成為各種工程應(yīng)用的理想材料。耐高溫鎳合金能夠在高溫下保持其強度和穩(wěn)定性，使其適用于航空航天和電力等行業(yè)。鈷及其合金高強度和耐磨性鈷合金以其極高的強度、耐磨性和耐高溫性而聞名。廣泛的應(yīng)用鈷合金應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、工具制造等領(lǐng)域。磁性材料鈷合金是重要的磁性材料，用于制造永磁體和磁記錄介質(zhì)。鋅及其合金電鍍鋅是電鍍中最常用的金屬，用于保護鋼材免受腐蝕。合金鋅合金用于制造各種產(chǎn)品，例如汽車部件，電子產(chǎn)品和建筑材料。鑄造鋅的低熔點使其適合于鑄造，生產(chǎn)各種形狀的部件。錫及其合金低熔點錫的熔點較低，易于熔化和鑄造。良好的可塑性錫具有良好的延展性和可塑性，可加工成各種形狀?？垢g性錫具有良好的耐腐蝕性，尤其是在酸性環(huán)境中。鉛及其合金特性鉛是一種柔軟、易熔的重金屬，具有良好的耐腐蝕性。鉛合金通常用于提高強度、硬度和抗疲勞性。應(yīng)用鉛合金廣泛應(yīng)用于電池、管道、焊接材料、彈藥和鉛酸電池等領(lǐng)域。金及其合金貴金屬金是一種貴金屬，具有優(yōu)異的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性。導(dǎo)電性金具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在電子工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。裝飾金的美麗外觀和高貴氣質(zhì)，使其成為重要的裝飾材料。銀及其合金純銀純銀是一種柔軟、易延展的金屬，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。它常用于珠寶、餐具和電子元件。銀合金銀合金通常添加銅、鎳或其他金屬以提高其硬度、強度和耐磨性，使其更適合各種應(yīng)用。鉑族金屬及其合金鉑鉑金是一種稀有且貴重的金屬，具有高熔點、優(yōu)異的耐腐蝕性、良好的延展性和導(dǎo)電性等特性，廣泛應(yīng)用于珠寶、電子、化工、汽車等行業(yè)。鈀鈀金也是一種稀有金屬，具有良好的催化活性、耐腐蝕性、抗氧化性等特點，在汽車尾氣凈化、電子元件、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。銠銠是一種高熔點、耐高溫、耐腐蝕的金屬，廣泛應(yīng)用于汽車尾氣凈化、航空航天、電鍍、玻璃等領(lǐng)域。有色金屬的應(yīng)用領(lǐng)域航空航天鈦合金和鋁合金的輕量化特性使其成為飛機、火箭和衛(wèi)星的關(guān)鍵材料。電子設(shè)備銅和金等金屬在電子元件、連接器和電路板中至關(guān)重要，以確保高效的導(dǎo)電性和耐用性。建筑和結(jié)構(gòu)鋁合金因其耐腐蝕性和強度而廣泛應(yīng)用于建筑材料、門窗和幕墻等方面。醫(yī)療保健鈦和鈷合金具有生物相容性，廣泛用于植入物、醫(yī)療器械和假肢。有色金屬的生產(chǎn)與加工工藝1冶煉從礦石中提取金屬2鑄造將熔融金屬澆注成型3熱加工在高溫下進行塑性變形4冷加工在常溫下進行塑性變形5表面處理提高金屬表面性能熱處理的目的和分類提高機械性能通過熱處理改變金屬的組織結(jié)構(gòu)，提高其強度、硬度、韌性、耐磨性等機械性能。改善加工性能熱處理可以使金屬更易于切削、塑性加工或焊接，提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。穩(wěn)定材料性能熱處理可以消除金屬內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定其尺寸和形狀，防止變形或開裂。銅合金的熱處理1退火降低硬度，提高延展性2固溶處理提高強度和硬度3時效處理增強合金的強度和硬度銅合金熱處理主要用于改善其力學(xué)性能、提高強度、硬度和延展性，以及調(diào)整其物理性能和化學(xué)性能，以滿足不同應(yīng)用的需求。鋁合金的熱處理1固溶處理在高溫下將合金加熱到單相固溶體狀態(tài)，然后快速冷卻，使固溶體保持在常溫下。2時效處理將固溶處理后的合金在低溫下保溫一段時間，使過飽和的固溶體析出第二相，提高合金的強度和硬度。3退火處理將合金加熱到一定的溫度，保溫一段時間，然后緩慢冷卻，以消除合金的內(nèi)應(yīng)力，改善其加工性能。鎂合金的熱處理固溶處理提高鎂合金的強度和塑性時效處理通過析出強化相來提高鎂合金的強度和硬度退火處理減輕鎂合金的內(nèi)部應(yīng)力，改善其加工性能鈦合金的熱處理1固溶處理提高鈦合金的強度和韌性2時效處理增加鈦合金的硬度和強度3表面處理改善鈦合金的耐腐蝕性和耐磨性鎳基合金的熱處理固溶處理提高合金的強度和韌性。時效處理在固溶處理后，將合金在較低溫度下保溫一段時間，以析出第二相，進一步提高強度。退火處理消除加工硬化，改善塑性，提高加工性能。有色金屬合金的熱處理原理相變熱處理利用溫度變化誘導(dǎo)合金的相變，改變其組織結(jié)構(gòu)。固溶強化在固溶狀態(tài)下，溶質(zhì)原子溶解在基體金屬中，增強合金的強度和硬度。析出強化通過熱處理控制析出相的尺寸、數(shù)量和分布，進一步提升合金的強度和硬度。晶粒細化熱處理可細化合金的晶粒尺寸，提高合金的強度和韌性。有色金屬合金的熱處理工藝1預(yù)熱將工件均勻加熱至預(yù)定溫度，以消除內(nèi)應(yīng)力，并為后續(xù)熱處理步驟做好準備。2保溫將工件在預(yù)定溫度下保溫一定時間，使合金的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，達到預(yù)期的性能要求。3冷卻將工件按照規(guī)定的速度和方式冷卻，以固定合金的組織結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)熱處理的目的。有色金屬及其合金的性能與應(yīng)用強度輕質(zhì)高強度是許多有色金屬合金的主要優(yōu)勢。例如，鋁合金在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。耐腐蝕性許多有色金屬如鈦和鎳具有優(yōu)異的耐腐蝕性，適用于苛刻環(huán)境下的應(yīng)用。導(dǎo)電性銅和鋁等金屬具有良好的導(dǎo)電性，廣泛應(yīng)用于電力和電子行業(yè)。結(jié)論和未來發(fā)展趨勢有色金屬及其合金在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其性能和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展。隨著科技的進步和人們對材料性能