1、常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備黑色金屬材料及制備黑色金屬材料及制備有色金屬材料及制備有色金屬材料及制備特種用途材料介紹特種用途材料介紹鑄鐵鑄鐵鑄鋼鑄鋼鋁及其合金鋁及其合金鎂及其合金鎂及其合金銅及其合金銅及其合金鈦及其合金鈦及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備圖圖2-1 鐵碳合金雙重相圖鐵碳合金雙重相圖黑色金屬材料黑色金屬材料鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸內燃機汽缸內燃機汽缸常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備黑色金屬材料黑色金屬材料常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l一、鋁及鋁合金性能特點一、鋁及鋁合金性能特點 l密度小密度小(2.7 )，比強度高，比強度高l加工性能良好

2、加工性能良好: 塑性好（退火狀塑性好（退火狀態），能通過冷、熱壓力加工制態），能通過冷、熱壓力加工制成各種型材成各種型材l具有優良的物理、化學性能：具有優良的物理、化學性能：導導電性、導熱性及耐大氣腐蝕性能電性、導熱性及耐大氣腐蝕性能良好，良好，鋁合金制造的機翼鋁合金制造的機翼二、鋁合金的強化二、鋁合金的強化 l固溶處理固溶處理 + 時效強化時效強化l固溶處理固溶處理是指將合金加是指將合金加熱到固溶線以上，保溫熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過飽和的并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。單相固溶體組織的處理。加熱固溶淬火過飽和時效析出l時效時效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫是指將

3、過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。 常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l在室溫下進行的時效稱在室溫下進行的時效稱自然時效自然時效；在加熱條件下進；在加熱條件下進行的時效稱行的時效稱人工時效人工時效。l時效強化效果與加熱溫度和保溫時間有關。時效強化效果與加熱溫度和保溫時間有關。 l溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現峰溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現峰含含4%Cu鋁合金的時效曲線鋁合金的時效曲線 時效時間時效時間/d值，超過峰值時間，值，超過峰值時間，析出相聚集長大，強析出相聚集長大，強度下

4、降，為度下降，為過時效過時效。鋁及其合金鋁及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備l細晶強化細晶強化lA.改善冷卻條件，增大冷卻速度改善冷卻條件，增大冷卻速度lB.變質處理變質處理 二元鋁硅合金不能進行有效的時效強化，固溶二元鋁硅合金不能進行有效的時效強化，固溶強化效果也不好，鑄態組織很粗，合金強度很強化效果也不好，鑄態組織很粗，合金強度很低。若在澆注前向液態合金中加入變質劑，進低。若在澆注前向液態合金中加入變質劑，進行變質處理，則可以細化晶粒，提高力學性能。行變質處理，則可以細化晶粒，提高力學性能。 傳統變質劑是鈉鹽的混合物。傳統變質劑是鈉鹽的混合物。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備

5、鋁及其合金鋁及其合金鋁合金的鋁合金的主要應用領域主要應用領域戰機艦船導彈火箭人造衛星戰車高速列車汽車高層建筑常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金美美F-117隱身戰斗機隱身戰斗機(所用材料大部分是鋁合金所用材料大部分是鋁合金)高比強鋁合金機翼高比強鋁合金機翼鋁及其合金鋁及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備l三、鋁合金的分類三、鋁合金的分類l鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。l可將鋁合金分為可將鋁合金分為變變形鋁合金形鋁合金和和鑄造鋁鑄造鋁合金合金兩大類。兩大類。l變形鋁合金又分為變形鋁合金又分為可熱處理強化可熱處理強化和和不不可熱處

6、理強化可熱處理強化兩類兩類.鋁合金分類鋁合金分類示意示意圖圖常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金鋁合金鋁合金的分類的分類形變鋁合金形變鋁合金鑄造鋁合金鑄造鋁合金防銹鋁防銹鋁 硬鋁硬鋁Al-SiAl-CuAl-MgAl-Zn 超硬鋁超硬鋁 鍛鋁鍛鋁可否熱處理強化？可否熱處理強化？常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金 1、鑄造鋁合金、鑄造鋁合金 包括：包括：lAl- Si系：系： 代號為代號為ZL1+兩位數字順序號兩位數字順序號lAl-Cu系：系：代號為代號為ZL2+兩位數字順序號兩位數字順序號lAl-Mg系：系：代號為代號為ZL3+兩位數字順序號兩位數字順

7、序號lAl-Zn系：系： 代號為代號為ZL4+兩位數字順序號兩位數字順序號l Al-Si系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金 57712.7%l又稱又稱硅鋁明硅鋁明。其中。其中ZL102(ZAlSi12)是含是含12%Si的鋁硅二元合的鋁硅二元合金，稱為金，稱為簡單硅鋁明簡單硅鋁明. 常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金在普通鑄造條件下，在普通鑄造條件下， 組織幾乎全部為共晶體，組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和由粗針狀的硅晶體和 固溶體組成，強度和塑性都較固溶體組成，強度和塑性都較差。生產上通常用鈉鹽變質劑進行變質處理，得到細差。生產上通常用鈉鹽變質劑進行變質處理，得到細小均勻

8、的共晶體加一次小均勻的共晶體加一次 固溶體組織，以提高性能。固溶體組織，以提高性能。未變質處理未變質處理 經變質處理經變質處理 ZL102的鑄態組織的鑄態組織常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l加入其他合金元素的鋁硅鑄加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱造合金稱復雜復雜(或特殊或特殊)硅鋁明硅鋁明。lAl-Si系鑄造鋁合金的系鑄造鋁合金的鑄造性鑄造性能好，具有優良的耐蝕性、能好，具有優良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。耐熱性和焊接性能。 活塞活塞( (裙部為鋁硅合金裙部為鋁硅合金) )l用于制造飛機、儀表、電動機用于制造飛機、儀表、電動機殼體、汽缸體、風機葉片殼體、汽缸體、風機葉

9、片、發動發動機活塞等。機活塞等。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l Al-Cu系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金l這類合金可以時效強化，且強化效果可以保持到較這類合金可以時效強化，且強化效果可以保持到較高溫度，使合金具有高溫度，使合金具有較高熱強性較高熱強性；但由于合金中只；但由于合金中只含少量共晶體，故含少量共晶體，故鑄造性能差鑄造性能差，抗蝕性和比強度低，抗蝕性和比強度低于于Al-Si系合金。系合金。汽缸頭汽缸頭l常用代號有常用代號有ZL201 、ZL203 等。等。主要用于制造在較高溫主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件，如內度下工作的高強零件，如內燃機汽缸頭。燃機汽缸頭

10、。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l Al-Mg系鑄造鋁系鑄造鋁合金合金l這類合金的耐蝕性這類合金的耐蝕性好，強度高，密度好，強度高，密度小；但鑄造性能差。小；但鑄造性能差。鼓風機密封件等鼓風機密封件等(ZL102、301)l常用代號為常用代號為ZL301、 ZL303等等.l主要用于制造外形簡單、在腐蝕性介質下工作的零件，主要用于制造外形簡單、在腐蝕性介質下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。如艦船配件、氨用泵體等。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l Al-Zn系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金l這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強這類合金的鑄造

11、性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。化；但密度大，耐蝕性較差。l常用代號為常用代號為ZL401、ZL402常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l2、常用變形鋁合金、常用變形鋁合金l 防銹鋁合金防銹鋁合金l主要是主要是Al-Mn和和Al-Mg系合金。系合金。lMn和和Mg主要作用是主要作用是衛星天線衛星天線（LF2） 提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用。提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用。l防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。焊接性能好，易于變形加工，但切削

12、性能差。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l不能進行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。不能進行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。 l常用的常用的Al-Mn系合金有系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蝕性，其抗蝕性和強度高于純鋁和強度高于純鋁l常用的常用的Al-Mg系合金有系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比純，其密度比純鋁小，強度比鋁小，強度比Al-Mn合金高。合金高。l主要用于制造各種耐蝕性薄板容器（如油箱）、蒙主要用于制造各種耐蝕性薄板容器（如油箱）、蒙皮及一些受力小的構件。皮及一些受力小的構件。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合

13、金l 硬鋁合金硬鋁合金l主要是主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量系合金，并含少量Mn。l可進行時效強化，也可進行變形強化。可進行時效強化，也可進行變形強化。l強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。l常用硬鋁合金如常用硬鋁合金如LY11 、 LY12 等，等，常常用于制造沖用于制造沖壓件壓件、模鍛件和鉚接件，模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘等如螺旋槳、梁、鉚釘等. 飛機翼梁飛機翼梁(腹板腹板為硬鋁合金為硬鋁合金)常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l 超硬鋁合金超硬鋁合金l屬屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并系合金，并含

14、有少量含有少量Cr和和Mn。l時效強化效果超過硬鋁合金時效強化效果超過硬鋁合金.l耐蝕性差。耐蝕性差。常用合金有常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 )等，主等，主要用于工作溫度不超過要用于工作溫度不超過120-130、受力較大的結構件、受力較大的結構件, 如飛機大梁如飛機大梁、起落架等起落架等.飛機主起落架飛機主起落架常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l 鍛鋁合金鍛鋁合金lAl-Cu-Mg-Si系合金系合金 元素種類很多，但含量少，元素種類很多，但含量少，通常要進行時效強化。通常要進行時效強化。l具有良好的熱塑性，可鍛性好，力學性能高，具有良好的熱塑性

15、，可鍛性好，力學性能高，l常用于制造形狀復雜的大型鍛件，如噴氣發動機壓常用于制造形狀復雜的大型鍛件，如噴氣發動機壓氣機葉輪、導風輪等氣機葉輪、導風輪等.常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l配料計算l爐料處理l熔煉設備選用l熔煉工具處理l熔煉工藝過程控制加料順序熔煉溫度和時間控制凈化處理變質處理細化處理爐前檢測成分符合要求均勻熔液純凈變質細化效果好常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金鋁合金鋁合金的熔煉的熔煉ZL101合金的典型熔煉工藝合金的典型熔煉工藝熔煉前準備工作熔煉前準備工作：A清爐和洗爐（電阻

16、爐或中頻感應爐）；清爐和洗爐（電阻爐或中頻感應爐）；B預熱熔爐及熔煉工具到預熱熔爐及熔煉工具到200-300，然后噴涂料；，然后噴涂料；C清清理和預熱爐料；理和預熱爐料；D準備熔劑和變質劑；準備熔劑和變質劑；配料計算（演示）配料計算（演示）裝料次序及裝料：裝料次序及裝料：A回爐料；回爐料；B鋁硅中間合金或鋁硅中間合金或ZL102合金；合金；C鋁錠；鋁錠；精煉及熔化：精煉及熔化：裝完料后升溫熔化爐料，等爐料全部熔化后，裝完料后升溫熔化爐料，等爐料全部熔化后，除凈熔渣，加入熔劑，當溫度升到除凈熔渣，加入熔劑，當溫度升到680時，將預熱到時，將預熱到200-300的金屬鎂塊或的金屬鎂塊或Al-Mg中

17、間合金塊壓入熔池，時間為中間合金塊壓入熔池，時間為3-5min升溫到升溫到730-740，用占爐料總重量的，用占爐料總重量的0.7-0.5%的的常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金 六氯乙烷分六氯乙烷分2-3次用鐘罩壓入合金液中精煉合金液，總時間次用鐘罩壓入合金液中精煉合金液，總時間為為10-15min。待精煉劑反應完后，靜置。待精煉劑反應完后，靜置1-2min，取試樣做爐，取試樣做爐前分析。如爐前分析發現合金成分不合格，則應馬上進行調前分析。如爐前分析發現合金成分不合格，則應馬上進行調整成分的補加或沖淡工作。整成分的補加或沖淡工作。變質處理：變質處理：當合金液的溫度達到當

18、合金液的溫度達到730-750時，用爐料總重時，用爐料總重量的量的1.5-2.5%的三元變質劑作變質處理，總時間為的三元變質劑作變質處理，總時間為15-18min。澆注：澆注：當溫度達到當溫度達到760時，扒渣出爐，用坩鍋或手抬式澆時，扒渣出爐，用坩鍋或手抬式澆包盛取合金液，將合金液澆入鑄型中，同時澆注化學成分、包盛取合金液，將合金液澆入鑄型中，同時澆注化學成分、力學性能等試樣。力學性能等試樣。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金鋁合金配料練習題鋁合金配料練習題為了獲得以下成分鑄造鋁合金為了獲得以下成分鑄造鋁合金1Kg

19、，熔煉時應如何配料？，熔煉時應如何配料？8.0wt%Si，2.8wt%Cu，0.5wt%Mg，0.15wt%Ti，其余為，其余為Al；注：注：1）可供選擇的原材料包括：純鋁，）可供選擇的原材料包括：純鋁，Al-30wt%Si中間合金，中間合金，Al-25wt%Cu中間合金，中間合金，Al-30wt%Mg中間合金和中間合金和Al-10wt%Ti中間合金；中間合金；2）不考慮鋁、硅和銅元素的燒損；）不考慮鋁、硅和銅元素的燒損；3）鎂元素的燒）鎂元素的燒損率為損率為15wt%，鈦元素的燒損率為，鈦元素的燒損率為5wt%。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金l1000g8.0%=X

20、Al-30Si30% XAl-30Si =266.7gl1000g2.8%=XAl-25Cu25% XAl-25Cu =112gl1000g0.5%= XAl-30Mg30%(1-15%) XAl-30Mg =19.6gl1000g0.15%=XAl-10Ti10%(1-5%) XAl-10Ti=15.8gl1000(1-0.08-0.028-0.005-0.0015) = XAl +266.7 (1-0.3) + 112(1-0.25) + 19.6(1-0.3) + 15.8(1-0.1) XAl = 586.9g 常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鋁及其合金鋁及其合金70ppmSr10

21、0ppmSr500ppmSr319 alloyl一、一、 鎂及其合金的性能特點鎂及其合金的性能特點l鎂的密度小（鎂的密度小（1.74g/cm3），比強度和比剛度高），比強度和比剛度高l目前工業應用中最輕的工程材料，比強度和比剛度目前工業應用中最輕的工程材料，比強度和比剛度均優于鋼和鋁合金，可滿足航空、航天、汽車及電均優于鋼和鋁合金，可滿足航空、航天、汽車及電子產品輕量化和環保的要求。子產品輕量化和環保的要求。l鑄造性能優良、阻尼減震性好、導電導熱性好、電鑄造性能優良、阻尼減震性好、導電導熱性好、電磁屏蔽性好磁屏蔽性好l鎂及鎂合金耐蝕性較差，具有極高的化學和電化學鎂及鎂合金耐蝕性較差，具有極高的

22、化學和電化學活性。活性。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金l電化學腐蝕過程主要以析氫為主，以點蝕或全面腐電化學腐蝕過程主要以析氫為主，以點蝕或全面腐蝕形勢迅速溶解直至粉化。鎂合金在酸性、中性和蝕形勢迅速溶解直至粉化。鎂合金在酸性、中性和弱堿性溶液中都不耐蝕。在弱堿性溶液中都不耐蝕。在pH值大于值大于11的堿性溶的堿性溶液中，由于生成穩定的鈍化膜，鎂合金是耐蝕的。液中，由于生成穩定的鈍化膜，鎂合金是耐蝕的。如果堿性溶液中存在如果堿性溶液中存在Cl-，使鎂表面鈍態破壞，鎂，使鎂表面鈍態破壞，鎂合金也會腐蝕。在合金也會腐蝕。在NaCl溶液中，鎂在所有結構金溶液中，鎂在所有結構金

23、屬中具有最低電位。故其抗蝕能力很低，這嚴重制屬中具有最低電位。故其抗蝕能力很低，這嚴重制約了鎂合金的應用。約了鎂合金的應用。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金Body, Powertrain and Chassis 常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金Parts of Mg alloys developed in China and applied in automobile常用金屬材料

24、及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金Parts of Mg alloys compontents developed in China and applied in motorcyles常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金全鎂合金手機、筆記本電腦等3C產品常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金單兵綜合作戰系統搶托體單兵點面武器鎂合金零件5.8mm折疊托自動步槍上下機匣常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金 根據生產工藝不同，鎂合金可分為根據生產工藝不同，鎂合金可分為鑄造鑄造（

25、包括壓鑄和砂型鑄（包括壓鑄和砂型鑄造）造）鎂合金和變形鎂合金鎂合金和變形鎂合金。許多鎂合金既可做鑄造鎂合金，。許多鎂合金既可做鑄造鎂合金，又可做變形鎂合金。經鍛造和擠壓后，變形鎂合金比相同成又可做變形鎂合金。經鍛造和擠壓后，變形鎂合金比相同成分的鑄造鎂合金有更高的強度，可以加工成形狀更復雜的零分的鑄造鎂合金有更高的強度，可以加工成形狀更復雜的零件。我國的鎂合金牌號中，件。我國的鎂合金牌號中，MB表示變形鎂合金，表示變形鎂合金，ZM表示鑄表示鑄造鎂合金造鎂合金，后面標以序號。，后面標以序號。 根據化學成分的不同，鎂合金可分為根據化學成分的不同，鎂合金可分為Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE、Mg

26、-Li系鎂合金系鎂合金。Mg-Al系鎂合金是應用最廣泛的耐熱系鎂合金是應用最廣泛的耐熱鎂合金，壓鑄鎂合金主要是鎂合金，壓鑄鎂合金主要是Mg-Al系合金。以系合金。以Mg-Al系合金系合金為基礎，添加一系列其它合金元素形成了新的為基礎，添加一系列其它合金元素形成了新的AZ（Mg-Al-Zn）、）、AM（Mg-Al-Mn）、）、AS（Mg-Al-Si）、）、AE（Mg-Al-RE）系列鎂合金。）系列鎂合金。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金 金屬鎂化學性質活潑，溫度

27、在金屬鎂化學性質活潑，溫度在723K以上時氧化開始以上時氧化開始加劇。熔融狀態下，鎂液極易和空氣中的氧、氮、加劇。熔融狀態下，鎂液極易和空氣中的氧、氮、水氣發生化學反應，在接近水氣發生化學反應，在接近1073K溫度時會很快氧化溫度時會很快氧化燃燒。因此，鎂合金熔鑄過程中需要進行保護。燃燒。因此，鎂合金熔鑄過程中需要進行保護。l鎂合金阻燃抗氧化方法鎂合金阻燃抗氧化方法熔劑保護阻燃法熔劑保護阻燃法。在整個熔煉過程中，使鎂合金在。在整個熔煉過程中，使鎂合金在熔劑保護下隔絕大氣進行熔煉。鎂合金采用熔劑保熔劑保護下隔絕大氣進行熔煉。鎂合金采用熔劑保護防燃使用最早也最廣泛，具有工業應用價值護防燃使用最早也

28、最廣泛，具有工業應用價值;常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金氣體保護阻燃法氣體保護阻燃法。常用氣體為。常用氣體為SF6、CO2和和SO2。其中其中SF6為無色無味無毒氣體，是最常用的鎂合金為無色無味無毒氣體，是最常用的鎂合金保護氣氛。保護氣氛。 但但SF6、CO2等氣體具有強烈的等氣體具有強烈的“溫室溫室效應效應”，由于它們對環境的污染需要找到一種合適，由于它們對環境的污染需要找到一種合適的替代氣體的替代氣體;添加合金元素阻燃法添加合金元素阻燃法。 在鎂合金中只需加入少量的在鎂合金中只需加入少量的Be、Ca，可制備出燃點很高的阻燃鎂合金。，可制備出燃點很高的阻燃鎂合金。B

29、e與與O2生成生成BeO膜致密，也有明顯的阻燃作用，但膜致密，也有明顯的阻燃作用，但Be、Ca的加入量需要嚴格控制，否則會強烈惡化組織，的加入量需要嚴格控制，否則會強烈惡化組織，造成晶粒長大和熱裂傾向加大。造成晶粒長大和熱裂傾向加大。 常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金Grain Refinement of AZ31-Mg Alloys Containing Minor Sr AZ31 alloy treated with Al-10Sr alloy AZ31 alloy treated with Mg-10Sr a

30、lloy 0%Sr 0.01%Sr 0.05%Sr 0.1%Sr 0%Sr 0.01%Sr 0.05%Sr 0.1%Sr 常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金AZ91AZ91合金熔煉工藝熔劑法合金熔煉工藝熔劑法 將坩鍋預熱至暗紅色將坩鍋預熱至暗紅色(400-500)，在坩鍋內壁及底部均勻撒上一層粉狀，在坩鍋內壁及底部均勻撒上一層粉狀RJ-2(或或RJ-1)熔劑。爐料預熱至熔劑。爐料預熱至150以上，依次加入回爐料、鎂錠、鋁以上，依次加入回爐料、鎂錠、鋁錠，并在爐料上撤一層錠，并在爐料上撤一層RJ-2熔劑，裝料時熔劑用量約占爐料重量的熔劑，裝料時熔劑用量約占爐料重量的1-2。

31、升溫熔煉，當熔液溫度達。升溫熔煉，當熔液溫度達700-720時，加入中間合金及鋅錠。爐料時，加入中間合金及鋅錠。爐料全部熔化后，猛烈攪動全部熔化后，猛烈攪動58min，以使成分均勻。將熔液升溫至，以使成分均勻。將熔液升溫至730，除去熔渣，并撒上一層除去熔渣，并撒上一層RJ-2熔劑保溫，進行變質處理。如采用熔劑保溫，進行變質處理。如采用C2Cl6變質變質處理，加入量為爐料總重量的處理，加入量為爐料總重量的0.50.8，處理溫度為，處理溫度為740760。 變質處理后，除去表面熔渣，撒以新的變質處理后，除去表面熔渣，撒以新的RJ-2熔劑。調整溫度至熔劑。調整溫度至7l0-730，進行精煉。攪拌熔

32、液進行精煉。攪拌熔液10-30min，使熔液自下而上翻滾，不得飛濺，并不斷，使熔液自下而上翻滾，不得飛濺，并不斷在熔液的波峰上撒以精煉劑。精煉劑的用量視熔液中氧化夾雜含量的多少在熔液的波峰上撒以精煉劑。精煉劑的用量視熔液中氧化夾雜含量的多少而定，一般約為爐料重量的而定，一般約為爐料重量的1.5-2.0。精煉結束后，清除合金液表面、。精煉結束后，清除合金液表面、坩鍋壁、澆嘴及擋板上的熔渣，然后撒上坩鍋壁、澆嘴及擋板上的熔渣，然后撒上RJ-2熔劑。熔劑。 將熔液升溫至將熔液升溫至755770，保溫靜置，保溫靜置2060min出爐澆注。出爐澆注。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合

33、金AZ91AZ91合金熔煉工藝氣體保護法合金熔煉工藝氣體保護法 氣體保護法的原材料及熔煉工具準備基本上與熔劑熔煉時相同，不同之處氣體保護法的原材料及熔煉工具準備基本上與熔劑熔煉時相同，不同之處在于：使用在于：使用SF6、CO2等保護氣體，等保護氣體，C2Cl6變質精煉，氬氣補充吹洗；變質精煉，氬氣補充吹洗； 首先將熔煉坩鍋預熱至暗紅，約首先將熔煉坩鍋預熱至暗紅，約500600，裝滿經預熱的爐料，裝料順，裝滿經預熱的爐料，裝料順序為：合金錠、鎂錠、鋁錠、回爐料、中間合金和鋅等（如無法一次裝完，序為：合金錠、鎂錠、鋁錠、回爐料、中間合金和鋅等（如無法一次裝完，可留部分錠料或小塊回爐料待合金熔化后分

34、批加入），蓋上防護罩，通入可留部分錠料或小塊回爐料待合金熔化后分批加入），蓋上防護罩，通入防護氣體，升溫熔化（第一次送入防護氣體，升溫熔化（第一次送入SF6氣體時間可取氣體時間可取46min）。當熔液）。當熔液升溫至升溫至700720時，攪拌時，攪拌25min，以使成分均勻，之后清除爐渣，澆，以使成分均勻，之后清除爐渣，澆注光譜試樣。當成分不合格時進行調整，直至合格。升溫至注光譜試樣。當成分不合格時進行調整，直至合格。升溫至730750并并保溫，用質量分數為保溫，用質量分數為0.1的的C2Cl6進行變質精煉處理；進行變質精煉處理； 精煉變質處理后除渣，并在精煉變質處理后除渣，并在730750用

35、流量為用流量為12L/min的氬氣補充精的氬氣補充精煉煉24min。吃氬氣結束后，扒除液面熔渣，升溫至。吃氬氣結束后，扒除液面熔渣，升溫至760780，保溫靜，保溫靜置置1020min，熔液調至澆注溫度進行澆注，熔液調至澆注溫度進行澆注常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金鎂鎂合金配料練習題合金配料練習題 為了獲得以下成分的鑄造鎂合金為了獲得以下成分的鑄造鎂合金1Kg： 熔煉時應如何配料？熔煉時應如何配料？ 8.5wt%Al，1.2wt%Zn，1.20wt%Si，0.25wt%Mn，0.15wt%Sr，其余為，其余為Mg 注：注：1）可供選擇的原材料包括：純鎂，純鋁，純鋅，）

36、可供選擇的原材料包括：純鎂，純鋁，純鋅，Al-30wt%Si中間合金，中間合金，Mg-2wt%Mn中間合金，中間合金，Mg-10wt%Sr中間合金；中間合金；2）不考慮鎂、鋁、鋅、硅和錳元素的燒損；）不考慮鎂、鋁、鋅、硅和錳元素的燒損；3）Sr元素的燒損率為元素的燒損率為15wt%。 常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鎂及其合金鎂及其合金l一、銅及銅合金性能特點一、銅及銅合金性能特點l純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，具有面心立方晶格，無同素異具有面心立方晶格，無同素異構轉變，無磁性。構轉變，無磁性。 l純銅具有優良的導電性和導熱純銅具有優良的導電性和導熱性，在大氣、淡水和

37、冷凝水中性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。有良好的耐蝕性。塑性好。 熱軋銅合金熱軋銅合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金二、銅合金的強化二、銅合金的強化 純銅的強度不高，不宜直接作為結構材料。銅中純銅的強度不高，不宜直接作為結構材料。銅中加入適量合金元素以后，可獲得強度較高的銅合加入適量合金元素以后，可獲得強度較高的銅合金，同時還保存純銅的一些優良性能。金，同時還保存純銅的一些優良性能。l銅合金的強化機制主要有以下三種：銅合金的強化機制主要有以下三種：lA固溶強化固溶強化 合金元素與銅形成固溶體后，產生合金元素與銅形成固溶體后，產生晶格畸變，增大了位錯運

38、動的阻力，使強度提高。晶格畸變，增大了位錯運動的阻力，使強度提高。用于固溶強化的元素主要有鋅、鋁、錫、鎳等，用于固溶強化的元素主要有鋅、鋁、錫、鎳等，它們在銅中的最大溶解度均大于它們在銅中的最大溶解度均大于9.4%。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金lB時效強化時效強化 鈹、鈦、鋯、鉻等合金元素在固態鈹、鈦、鋯、鉻等合金元素在固態銅中的溶解度隨溫度降低而劇烈減少，因而具有銅中的溶解度隨溫度降低而劇烈減少，因而具有時效強化效果。最突出的是時效強化效果。最突出的是Cu-Be合金，經固溶合金，經固溶時效處理后，最高強度可達時效處理后，最高強度可達1400MPa。lC過剩相強化過

39、剩相強化 銅中加入的元素含量超過最大溶銅中加入的元素含量超過最大溶解度以后，會出現少量的過剩相。過剩相多為硬解度以后，會出現少量的過剩相。過剩相多為硬而脆的金屬化合物，可使銅合金的強度提高。而脆的金屬化合物，可使銅合金的強度提高。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金l三、銅合金的分類三、銅合金的分類l依據加入合金元素的不同，銅合金可分為黃銅和青依據加入合金元素的不同，銅合金可分為黃銅和青銅兩大類。銅兩大類。l1）、黃銅）、黃銅l以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。l黃銅按化學成分可分為黃銅按化學成分可分為普通黃銅普通黃銅和和特殊黃銅特殊黃

40、銅。l按工藝可分為按工藝可分為加工黃銅加工黃銅和和鑄造黃銅鑄造黃銅。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金l 普通黃銅普通黃銅l銅與鋅的二元合金銅與鋅的二元合金稱為普通黃銅。稱為普通黃銅。l從銅鋅合金相圖可從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有以看出黃銅有 和和 + 兩種組織兩種組織,分分別稱別稱單相黃銅單相黃銅和和兩兩相黃銅相黃銅。銅及其合金銅及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備單相黃銅單相黃銅 兩相黃銅兩相黃銅 常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金l單相黃銅單相黃銅塑性好。塑性好。l常用牌號有常用牌號有H80、 H68 、l適于制造冷變形零件，如適于制造

41、冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。彈殼、冷凝器管等。l兩相黃銅兩相黃銅熱塑性好熱塑性好, 強度高強度高.l常用牌號有常用牌號有H59、H62。l適于制造受力件，如墊圈適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導管、散熱器等彈簧、導管、散熱器等。冷凝器管冷凝器管汽車機油泵襯套汽車機油泵襯套常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金l 特殊黃銅特殊黃銅l在普通黃銅的基礎上加在普通黃銅的基礎上加入入Al、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni等元素形成等元素形成特殊黃銅。特殊黃銅。 l特殊黃銅強度、耐蝕性特殊黃銅強度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性比普通黃銅好，鑄造性能改善。能改善。 黃銅制品黃銅制品常

42、用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金l常用牌號有常用牌號有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1(海軍黃海軍黃銅銅) 、HPb59-1（易切削黃銅）（易切削黃銅） ZCuZn16Si4等。等。l主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋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。槳、軸承、襯套及閥體等。 常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金l2）、青銅）、青銅l以除鋅和鎳以外的其它元素作以除鋅和鎳以外的其它元素作為主要合金元素的銅合金為主要合金元素的銅合金l按所含

43、合金元素的種類青銅可按所含合金元素的種類青銅可分為分為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。硅青銅、鉛青銅等。l按生產方法的不同，青銅又可按生產方法的不同，青銅又可分為分為壓力加工青銅和鑄造青銅壓力加工青銅和鑄造青銅 青銅制品青銅制品常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金l 錫青銅錫青銅l是以錫為主加元素的銅合金，錫含是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為量一般為314%。 l錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小中最小 。l錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海水錫

44、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銅和及無機鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。的耐蝕性較差。 錫青銅錠錫青銅錠Cu-Sn相圖相圖常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金l常用牌號常用牌號有有QSn4-3、QSn6.5-0.4等。等。l主要用于耐蝕承載件主要用于耐蝕承載件,如彈簧、軸承、齒輪如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。軸、蝸輪、墊圈等。 錫青銅管錫青銅管船用青銅軟船用青銅軟管快速接頭管快速接頭閥閥( (錫青銅錫青銅閥體、閥蓋閥體、閥蓋) )常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及

45、其合金l2、鋁青銅、鋁青銅l以鋁為主加元素以鋁為主加元素的銅合金。的銅合金。l強度、硬度、耐強度、硬度、耐大型水力發電設備中的抗磨環大型水力發電設備中的抗磨環 磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性能差。能好，但焊接性能差。 l常用牌號有常用牌號有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。等。l主要用于制造船舶、飛機及儀器中的高強、耐磨、主要用于制造船舶、飛機及儀器中的高強、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及

46、其合金l3、鈹青銅、鈹青銅l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%。l具有高的強度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的具有高的強度、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，但價格較貴導電性、導熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價格較貴.鈹青銅制品鈹青銅制品l用于重要的彈性件、耐磨用于重要的彈性件、耐磨件件，如精密彈簧、膜片，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機件具、航海羅盤等重要機件.常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及

47、其合金常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備銅及其合金銅及其合金l一、工業純鈦一、工業純鈦 l純鈦密度純鈦密度小，小，熔點高。熔點高。882.5發生同素異構轉發生同素異構轉變變 -Ti -Ti, 由體心立由體心立方方 -Ti轉變為密排六方轉變為密排六方 -Ti.l純鈦比強度高，塑性、純鈦比強度高，塑性、低溫韌性好，鈍化能力低溫韌性好，鈍化能力強，耐蝕性極高。強，耐蝕性極高。美美F-22戰機約戰機約36%重量的零重量的零件用鈦合金制造件用鈦合金制造常用金屬材料及制備常用金屬材料及制備鈦及其合金鈦及其合金l純鈦主要用于純鈦主要用于 350以下工作、強度要求以下工作、強度要求不高的零件，如石油不高的零件，如石油化工用熱交換器、反化工用熱交換器、反應器，海水凈化裝置應器，海水凈化裝置及艦船零部件。及艦