丰富多彩的有色金属课件

第八章第八章:材材 料料 家家 族族 之之 二二 丰富多彩的有色金属丰富多彩的有色金属第一节：第一节：上天用得最多的材料上天用得最多的材料 铝合金铝合金 第二节：第二节：又轻又强的材料又轻又强的材料钛合金钛合金 第三节：第三节：最早应用的金属最早应用的金属铜及铜合金铜及铜合金 第四节：第四节：耐热又耐蚀的材料耐热又耐蚀的材料镍合金镍合金第五节：第五节：多功能多用途的材料多功能多用途的材料稀有金属稀有金属 第六节：第六节：材料开发的魔水材料开发的魔水神奇的稀土元素神奇的稀土元素前前 言言第八章第八章:材材 料料 家家 族族 之之 l在工业生产中，通在工业生产中，通常把铁及其合金称常把铁及其合金称为为黑色金属黑色金属，把其，把其他非铁金属及其合他非铁金属及其合金称为金称为有色金属有色金属。在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及有色金属的产量和用量有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由不如黑色金属多，但由于其具于其具有许多优良的特有许多优良的特性，性，如特殊的电、磁、如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能热性能，耐蚀性能及高的比强度及高的比强度(强度强度与密度之比与密度之比)等，等，已已成为现代工业中不成为现代工业中不可缺少的金属材料可缺少的金属材料.材料材料材料材料占汽车净重比占汽车净重比占汽车净重比占汽车净重比AlFe塑料塑料塑料塑料其它其它其它其它橡胶橡胶橡胶橡胶磁材料磁材料磁材料磁材料玻璃玻璃玻璃玻璃聚碳酸酯聚碳酸酯聚碳酸酯聚碳酸酯TiTi碳纤维碳纤维碳纤维碳纤维各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比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丰丰 富富 多多 彩彩 的的 有有 色色 金金 属属 有色金属的种类很多，根据他们的蕴藏状况和物理有色金属的种类很多，根据他们的蕴藏状况和物理特性基本可分为以下特性基本可分为以下四类：四类：（1 1）有色重金属）有色重金属 铜、镍、锡、铅、锑、钴、汞等，铜、镍、锡、铅、锑、钴、汞等，他们的密度较大，约为他们的密度较大，约为7 711g/cm11g/cm3 3。（2 2）有色轻金属）有色轻金属 铝、镁、钙、钾、钠、钡等，他们的铝、镁、钙、钾、钠、钡等，他们的密度小于密度小于5g/cm5g/cm3 3。（3 3）贵金属）贵金属 金、银及铂族金属（铂、铑、钯、铱、金、银及铂族金属（铂、铑、钯、铱、锇、钌）等，因其价值比一般金属贵得多而得名，这锇、钌）等，因其价值比一般金属贵得多而得名，这些金属在空气中不会被氧化。些金属在空气中不会被氧化。（4 4）稀有金属）稀有金属 在在8080余种有色金属元素中，其中大余种有色金属元素中，其中大约约5050种被认为是稀有金属。种被认为是稀有金属。丰丰 富富 多多 彩彩 的的 有有 色色 金金 属属 有色金属的有色金属的n一、铝及铝合金性能特点一、铝及铝合金性能特点 n纯铝具有银白色金属光泽，密纯铝具有银白色金属光泽，密度小度小(2.72)，熔点低，熔点低(660.4),导电、导热性能优良。导电、导热性能优良。n耐大气腐蚀，易于加工成形耐大气腐蚀，易于加工成形。n具有面心立方晶格，无同素异具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。构转变，无磁性。铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼第一节第一节:上上 天天 用用 得得 最最 多多 的的 材材 料料 铝合金铝合金一、铝及铝合金性能特点一、铝及铝合金性能特点 铝合金制造的机翼第一节铝合金制造的机翼第一节:上上 天天 n铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。n铝合金常加入的元素主要有铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。等辅加元素。铝合金型材铝合金型材铝铸件铝铸件铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金型材铝铸件。铝合金型材铝铸件n可将铝合金分可将铝合金分为为变形铝合金变形铝合金和和铸造铝合金铸造铝合金两大类。两大类。n变形铝合金又变形铝合金又分为分为可热处理可热处理强化强化和和不可热不可热处理强化处理强化两类两类.铝合金分类示意图铝合金分类示意图l二、铝合金的分类二、铝合金的分类l铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。铝合金分类示意图可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。铝合金分类示意图铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金制铝合金制品品铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属铝合金波纹管铝合金制品铝是可以回收利用的金属铝合金波纹管铝合金制品铝是可以回收利用的金属汽化汽化汽化汽化器器器器(热热热热交换交换交换交换管为管为管为管为LF21LF21)n常用的常用的Al-Mn系合金有系合金有 LF21（3A21），其抗蚀性），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。钉等需要弯曲、冲压加工的零件。n常用的常用的Al-Mg系合金有系合金有 LF5（5A05），），其密度比其密度比纯纯 铝铝小小，强强度度比比Al-Mn合合金金高高，在在航航空空工工业业中中得得到到广广泛泛应应用用，如如制制造造管管道道、容容器器、铆铆钉钉及及承承受受中中等等载载荷荷的的零件。零件。汽化器汽化器(热交换管为热交换管为LF21)常用的常用的Al-Mn系合金有系合金有 LF2n 硬铝合金硬铝合金n主要是主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量系合金，并含少量Mn。n可进行时效强化，也可进行变形强化。可进行时效强化，也可进行变形强化。n强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。l常用硬铝合金如常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造等，用于制造冲压件冲压件、模锻件和铆模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、接件，如螺旋桨、梁、铆钉等铆钉等.飞机翼梁飞机翼梁(腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金)硬铝合金常用硬铝合金如硬铝合金常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12n 超硬铝合金超硬铝合金n属属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并系合金，并含有少量含有少量Cr和和Mn。n时效强化效果超过硬铝合金时效强化效果超过硬铝合金.n热态塑性好，但耐蚀性差。热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金常用合金有有 LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工等，主要用于工作温度较低、受力较大的结作温度较低、受力较大的结构件构件,如飞机大梁如飞机大梁、起落架等起落架等.飞机主起落架飞机主起落架 超硬铝合金飞机主起落架超硬铝合金飞机主起落架n 锻铝合金锻铝合金nAl-Cu-Mg-Si系合金系合金 可可锻性好，力学性能高，锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等压气机叶轮、导风轮等.压气机叶片压气机叶片压气机叶片压气机叶片lAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金系耐热锻铝合金 常用牌号有常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等等。用于制造。用于制造150 225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。蒙皮等。锻铝合金压气机叶片锻铝合金压气机叶片Al-Cu-Mg-Fe-Ni 系耐热锻铝系耐热锻铝美美F-117隐身战斗机隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼高比强铝合金机翼美美F-117隐身战斗机隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金)高比强铝合高比强铝合nAl-Si系铸造铝合金的铸造性能系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。性和焊接性能。ZL102(ZAlSi12)l用于制造飞机、仪用于制造飞机、仪表、电动机壳体、表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。发动机活塞等。Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性n一、工业纯钛一、工业纯钛 n纯钛密度小，熔点高。纯钛密度小，熔点高。882.5发生同素异构转变发生同素异构转变-Ti-Ti,由体心立方由体心立方-Ti转转变为密排六方变为密排六方-Ti.n纯钛比强度高，塑性、低温韧性和纯钛比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。耐蚀性好。美美F-22战机约战机约36%重量的零重量的零件用钛合金制造件用钛合金制造第第 二二 节节 ：又：又 轻轻 又又 强强 的的 材材 料料钛合金钛合金一、工业纯钛一、工业纯钛 美美F-22战机约战机约36%重量的零件用钛合金制造第重量的零件用钛合金制造第一、钛及钛合金的特性一、钛及钛合金的特性 钛钛是一种银白色的金属，是一种银白色的金属，比重为比重为4.54.5，钛的钛的熔点为熔点为16681668，热胀系数小，其制成的钛合金抗，热胀系数小，其制成的钛合金抗拉强度可达拉强度可达1500MPa1500MPa，钛合金可，钛合金可在在550550以下工作以下工作，钛，钛和钛合金的低温韧性很好，和钛合金的低温韧性很好，在在-253-253（液氮温度）时（液氮温度）时仍有良好韧性。仍有良好韧性。钛与氮、碳结合生成的钛与氮、碳结合生成的氮化钛、碳化钛氮化钛、碳化钛也是非常耐热及坚硬的物质，是制作高耐热高耐磨工也是非常耐热及坚硬的物质，是制作高耐热高耐磨工具的材料。具的材料。一、钛及钛合金的特性一、钛及钛合金的特性 钛是一种银白色钛是一种银白色n纯钛主要用于纯钛主要用于 350以下工作、强度要求以下工作、强度要求不高的零件，如石油不高的零件，如石油化工用热交换器、反化工用热交换器、反应器，海水净化装置应器，海水净化装置及舰船零部件。及舰船零部件。钛钢复合反应釜钛钢复合反应釜钛管换热器钛管换热器钛制蒸馏塔钛制蒸馏塔纯钛主要用于纯钛主要用于 350以下工作、强度要求不高的零件，如石油化以下工作、强度要求不高的零件，如石油化n二、钛合金二、钛合金n纯钛加入合金元素形成钛合金。纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有钛合金几乎都含有铝铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度.l按退火组织，钛合金可分为按退火组织，钛合金可分为 型钛合金型钛合金、型钛合型钛合金和金和+型钛合金三类型钛合金三类，它们的牌号分别用，它们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示加顺序号表示。如。如TA5、TB2、TC4等。等。其中其中TA0TA3为工业纯钛。为工业纯钛。二、钛合金按退火组织，钛合金可分为二、钛合金按退火组织，钛合金可分为型钛合金、型钛合金、型钛合金和型钛合金和n+型钛合金型钛合金主要主要用于制造用于制造400以下以下工作的飞机压气机工作的飞机压气机叶片、火箭发动机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等及舰船耐压壳体等.生物医生物医用材料用材料飞机压气机叶片飞机压气机叶片+型钛合金主要用于制造型钛合金主要用于制造400以下工作的飞机压气机叶片、以下工作的飞机压气机叶片、二、钛合金的种类及应用二、钛合金的种类及应用（1）型钛合金（型钛合金（TA型型）：）：此类合金退火组织为单相此类合金退火组织为单相固溶体（为密排六方晶格）固溶体（为密排六方晶格），不可热处理强化，强度较低，但高温强度、低温韧性及耐蚀，不可热处理强化，强度较低，但高温强度、低温韧性及耐蚀性优于其他钛合金。如导弹燃料罐、飞机压气机叶片。性优于其他钛合金。如导弹燃料罐、飞机压气机叶片。（2）型钛合金（型钛合金（TB型）型）该类合金（体心立方晶格）塑性好，易冷成形。其主要该类合金（体心立方晶格）塑性好，易冷成形。其主要用于飞机上使用温度不高但要求高强度的零部件，如弹簧、紧用于飞机上使用温度不高但要求高强度的零部件，如弹簧、紧固件、轴等。固件、轴等。二、钛合金的种类及应用（二、钛合金的种类及应用（1）型钛合金（型钛合金（TA型型）：）：（3 3）+型钛合金（型钛合金（TCTC型）型）该合金室温为该合金室温为+两相混合组织，兼有两相混合组织，兼有上述上述型和型和型钛合金的特点：强度高、塑性好，具有型钛合金的特点：强度高、塑性好，具有良好的耐热、耐蚀及低温韧性，综合性能突出，应用最良好的耐热、耐蚀及低温韧性，综合性能突出，应用最广。主要用于广。主要用于400400以下工作的飞机压气机叶片、火箭以下工作的飞机压气机叶片、火箭外壳、火箭液氢燃料箱、耐海水腐蚀的受力零件及化工外壳、火箭液氢燃料箱、耐海水腐蚀的受力零件及化工耐蚀零件；耐蚀零件；（3）+型钛合金（型钛合金（TC型）型）该该第第 三三 节节 :最最 早早 应应 用用 的的 金金 属属 铜及铜合金铜及铜合金 一、纯铜一、纯铜 纯铜密度为纯铜密度为8.9g/cm38.9g/cm3，属重金属，熔点为，属重金属，熔点为10831083；其为面心立方晶格，强度；其为面心立方晶格，强度低（但比纯铝高），塑性好，使其低（但比纯铝高），塑性好，使其易于加工；其导电性、导热性仅次易于加工；其导电性、导热性仅次于银，居第二位，使其广泛用于电于银，居第二位，使其广泛用于电器及热交换产品场合器及热交换产品场合 热轧铜合金热轧铜合金第第 三三 节节:最最 早早 应应 用用 的的 金金 属属 n青铜，古称金或吉金，是红铜与其它化学元素（锡、镍、铅、磷等）的合金。n史学上所称的“青铜时代”是指大量使用青铜工具及青铜礼器的时期。保守的估计，这一时期主要从夏商周直至秦汉，时间跨度约为两千年左右，这也是青铜器从发展、成熟乃至鼎盛的辉煌期。n到春秋戰國時期，齊國工匠總結科技經驗寫成的考工考工記記一書中，提出了金有六齊，這是世界科技史上最早的冶銅經驗總結。青铜：第一种合金青铜：第一种合金夏钺夏钺戈戈 绪绪 论论 青铜，古称金或吉金，是红铜与其它化学元素（锡、镍、铅、磷等）青铜，古称金或吉金，是红铜与其它化学元素（锡、镍、铅、磷等）青铜文化青铜文化商代青铜商代青铜bronze文化文化仰韶文化的后期，即大约在公元前仰韶文化的后期，即大约在公元前仰韶文化的后期，即大约在公元前仰韶文化的后期，即大约在公元前35003500年以后的一年以后的一年以后的一年以后的一个时期，我们的祖先已经知道了铜，并且已会制造个时期，我们的祖先已经知道了铜，并且已会制造个时期，我们的祖先已经知道了铜，并且已会制造个时期，我们的祖先已经知道了铜，并且已会制造简单的小件铜器。现已知道的最早的青铜器物，是简单的小件铜器。现已知道的最早的青铜器物，是简单的小件铜器。现已知道的最早的青铜器物，是简单的小件铜器。现已知道的最早的青铜器物，是19751975年在甘肃东乡县林家的甘肃仰韶文化马家窑类年在甘肃东乡县林家的甘肃仰韶文化马家窑类年在甘肃东乡县林家的甘肃仰韶文化马家窑类年在甘肃东乡县林家的甘肃仰韶文化马家窑类型遗址中出土的一件公元前型遗址中出土的一件公元前型遗址中出土的一件公元前型遗址中出土的一件公元前30003000年左右青铜刀。年左右青铜刀。年左右青铜刀。年左右青铜刀。到了商代，青铜器冶铸工艺高度发展，商代晚期即到了商代，青铜器冶铸工艺高度发展，商代晚期即到了商代，青铜器冶铸工艺高度发展，商代晚期即到了商代，青铜器冶铸工艺高度发展，商代晚期即殷墟时期，已经出现特别巨大或精细的器物，技术殷墟时期，已经出现特别巨大或精细的器物，技术殷墟时期，已经出现特别巨大或精细的器物，技术殷墟时期，已经出现特别巨大或精细的器物，技术水平和艺术水平都很高。西周晚期，事实上是青铜水平和艺术水平都很高。西周晚期，事实上是青铜水平和艺术水平都很高。西周晚期，事实上是青铜水平和艺术水平都很高。西周晚期，事实上是青铜器走向衰落的时期。器走向衰落的时期。器走向衰落的时期。器走向衰落的时期。青铜文化商代青铜青铜文化商代青铜bronze文化仰韶文化的后期，即大约在公元文化仰韶文化的后期，即大约在公元青铜文化青铜文化四羊四羊方尊方尊虎食人卣虎食人卣青铜文化四羊方尊虎食人卣青铜文化四羊方尊虎食人卣n铜钟通高6.75米，钟壁厚度不等，最厚处185毫米，最薄处94毫米，重w约46吨。钟体内外遍铸经文，共22.7万字。铜钟合金成分为：铜80.54、锡16.40、铝1.12，为泥范铸造。永乐大钟永乐大钟铜钟通高铜钟通高6.75米，钟壁厚度不等，最厚处米，钟壁厚度不等，最厚处185毫米，最薄处毫米，最薄处9中国古铜镜中国古铜镜Copper mirrors27中国古铜镜中国古铜镜Copper mirrors27含锡量含锡量1/6 韧性好韧性好 制造钟鼎制造钟鼎含锡量含锡量2/5 硬度高硬度高 制造刀制造刀斧斧Cu Sn Pb Zn第一个合金材料第一个合金材料：铜锡合金（青铜）：铜锡合金（青铜）结构与性能的关系结构与性能的关系Alloy28含锡量含锡量1/6 韧性好韧性好 制造钟鼎含锡量制造钟鼎含锡量2/5 铜及铜合金铜及铜合金n铜及铜合金性能特点铜及铜合金性能特点n纯铜呈紫红色，故又称紫铜，纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。构转变，无磁性。n纯铜具有优良的导电性和导热纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。有良好的耐蚀性。塑性好。热轧铜合金热轧铜合金 铜及铜合金铜及铜合金 铜及铜合金性能特点热轧铜合金铜及铜合金性能特点热轧铜合金n铜合金常加元素为铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜等，既提高了强度，又保持了纯铜特性特性.n铜合金分为铜合金分为黄铜、青铜、白铜黄铜、青铜、白铜三大类。三大类。铜管铜管铜与黄铜带铜与黄铜带铜合金常加元素为铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、T二、铜合金及其应用二、铜合金及其应用2.2.青铜青铜 除黄铜、白铜之外的除黄铜、白铜之外的铜合金铜合金。锡青铜是以锡为主加元素的铜合锡青铜是以锡为主加元素的铜合金金;铝青铜是以铝为主加合金元素的铜合金铝青铜是以铝为主加合金元素的铜合金;铍青铜是以铍为主加元素的铜合金。铍青铜是以铍为主加元素的铜合金。此此 外，还有硅青铜、钛青铜、铅青铜等。外，还有硅青铜、钛青铜、铅青铜等。1 1黄铜黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金以锌为主要合金元素的铜合金3 3白铜白铜 白铜是以白铜是以NiNi为主加元素的铜合金。为主加元素的铜合金。二、铜合金及其应用二、铜合金及其应用2.青铜青铜 除黄铜、白铜之外的铜合金除黄铜、白铜之外的铜合金n黄铜黄铜n以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。n黄铜按化学成分可分为黄铜按化学成分可分为普通黄铜普通黄铜和和特殊黄铜特殊黄铜。n按工艺可分为按工艺可分为加工黄铜加工黄铜和和铸造黄铜铸造黄铜。黄铜铸件黄铜铸件黄铜铸件黄铜铸件黄铜棒黄铜棒黄铜黄铜铸件黄铜棒黄铜黄铜铸件黄铜棒黄铜制品黄铜制品黄铜棒黄铜棒黄铜棒黄铜棒黄铜制品黄铜棒黄铜制品黄铜棒n常用牌号有常用牌号有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、齿轮、螺旋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。桨、轴承、衬套及阀体等。常用牌号有常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1n青铜青铜n除黄铜和白铜外的其他铜合金除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为统称为青铜青铜。n加工青铜的牌号为：加工青铜的牌号为：Q+主加主加元素符号及其平均百分含量元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量其他元素平均百分含量n如如QSn4-3(含含4%Sn、3%Zn).n常用青铜有锡青铜、铝青铜、常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。铍青铜、硅青铜、铅青铜等。青铜制品青铜制品青铜青铜制品青铜青铜制品n常用牌号有常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。等。l主要用于耐蚀承载件主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。轴、蜗轮、垫圈等。锡青铜管锡青铜管船用青铜软船用青铜软管快速接头管快速接头阀阀(锡青铜阀锡青铜阀体、阀盖体、阀盖)常用牌号有常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10n3铍青铜铍青铜n以铍为主加元素的铜合金，铍含量为以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.72.5%。n具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵.铍青铜制品铍青铜制品l常用牌号有常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等等。l用于重要的弹性件、耐磨用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件具、航海罗盘等重要机件.3铍青铜铍青铜制品常用牌号有铍青铜铍青铜制品常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1n普通白铜普通白铜是是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性二元合金，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。和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。n普通白铜牌号：普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量，如镍的平均百分含量，如B5,B5、B19等等。用于在蒸汽和海水环境下工。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械作的精密机械,仪表零件及冷凝器仪表零件及冷凝器,蒸馏器蒸馏器,热交换热交换器等器等.l白铜白铜l以镍为主要合金元素的铜合金称白铜。以镍为主要合金元素的铜合金称白铜。康铜热偶康铜热偶白铜型材白铜型材普通白铜是普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性第第 四四 节节 ：耐耐 热热 又又 耐耐 蚀蚀 的的 材材 料料 镍合金镍合金一、纯镍的基本性能一、纯镍的基本性能 镍是银白色的金属，密度为镍是银白色的金属，密度为8.9g/cm38.9g/cm3，熔点为，熔点为14551455，具有面心立方晶格，强度较高，塑性较好，导热性差，具有面心立方晶格，强度较高，塑性较好，导热性差，电阻较大。在空气、水、海水、许多盐溶液、有机介质特别是电阻较大。在空气、水、海水、许多盐溶液、有机介质特别是各种碱液中因镍表面的钝化膜保护而有极强的耐蚀性，各种碱液中因镍表面的钝化膜保护而有极强的耐蚀性，其耐海其耐海水及热碱腐蚀的能力在金属中表现突出水及热碱腐蚀的能力在金属中表现突出.。二、镍合金及其应用二、镍合金及其应用 镍合金是在镍中加入铜、铬、钼、钨、钛、铝镍合金是在镍中加入铜、铬、钼、钨、钛、铝等而形成的，用于等而形成的，用于高温、耐蚀高温、耐蚀场合。场合。第第 四四 节节：耐耐 热热 又又 耐耐 蚀蚀 的的 材材 料料 超耐热合金定义超耐热合金定义n能在能在7001200高温下仍能长时间保持高温下仍能长时间保持所需力学性能，具抗氧化、抗腐蚀能力，且所需力学性能，具抗氧化、抗腐蚀能力，且能满意工作的金属材料通称超耐热合金。能满意工作的金属材料通称超耐热合金。n对对高温材料的要求高温材料的要求q在高温下有优良的抗腐蚀性在高温下有优良的抗腐蚀性q在高温下有较高的强度和韧性在高温下有较高的强度和韧性40 超耐热合金超耐热合金定义超耐热合金定义40 超耐热合金超耐热合金41Example航空燃起轮机中使用的高温合金示意图航空燃起轮机中使用的高温合金示意图1 1压气机叶片压气机叶片2 2燃烧室燃烧室3 3涡轮盘涡轮盘4 4涡轮叶片涡轮叶片主要部件占发动机重量主要部件占发动机重量7070由超耐热合金构成由超耐热合金构成燃烧室、涡轮盘和涡轮叶片用耐高温的燃烧室、涡轮盘和涡轮叶片用耐高温的Ni-CoNi-Co基合金制基合金制造造高压氧涡轮泵和高压氢涡轮泵上的叶片，都是高高压氧涡轮泵和高压氢涡轮泵上的叶片，都是高Cr-Cr-Co-WCo-W基耐高温合金，通过定向凝固精密铸造制成基耐高温合金，通过定向凝固精密铸造制成 41Example航空燃起轮机中使用的高温合金示意图航空燃起轮机中使用的高温合金示意图1压压Metals with high melting point n原子中未成对的价电子数很多原子中未成对的价电子数很多强化学键；强化学键；n原子半径较小原子半径较小晶格结点上粒子间的距离短，晶格结点上粒子间的距离短，相互作用力大。相互作用力大。42耐热合金耐热合金副族元素副族元素和第和第族元素形成的合金族元素形成的合金高熔点金属高熔点金属第第副族、第副族、第副族、第副族、第副族副族Metals with high melting pointn铁基超耐热合金铁基超耐热合金q基于奥氏体不锈钢基于奥氏体不锈钢q中温（中温（600800）条件下使用）条件下使用n镍基超耐热合金镍基超耐热合金q镍含量一般镍含量一般50%q在在6501000范围内具有较高的强度和良好的范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力抗氧化、抗燃气腐蚀能力n钴基超耐热合金钴基超耐热合金q含钴量含钴量4065的奥氏体高温合金的奥氏体高温合金q在在7301100下下，具有一定的高温，具有一定的高温 强度、良强度、良好的抗热腐蚀和抗氧化能力。好的抗热腐蚀和抗氧化能力。43超耐热合金的分类Chapter6 Metallic Materials铁基超耐热合金铁基超耐热合金43超耐热合金的分类超耐热合金的分类Chapter6 Meta44改变合金的组织结构改变合金的组织结构采用特种工艺技术采用特种工艺技术提高超耐热合金性能的途径44改变合金的组织结构采用特种工艺技术提高超耐热合金性能的途改变合金的组织结构采用特种工艺技术提高超耐热合金性能的途45(1)在钢中加入对氧的亲和力比铁强的在钢中加入对氧的亲和力比铁强的Cr、Si、Al等，可以优先形成稳定、致密的等，可以优先形成稳定、致密的Cr2O3、Al2O3或或SiO2等氧化物保护膜，成为提高耐热钢高温抗腐蚀的等氧化物保护膜，成为提高耐热钢高温抗腐蚀的主要措施。主要措施。合金结构合金结构 为了增强金属材料的耐高温蠕变性能，可以加为了增强金属材料的耐高温蠕变性能，可以加入一些旨在提高其再结晶温度的合金元素，例如高入一些旨在提高其再结晶温度的合金元素，例如高熔点的合金元素熔点的合金元素W、Mo、V等。等。钢的组织状态对其抗热性也有影响，奥氏体组钢的组织状态对其抗热性也有影响，奥氏体组织的钢比铁素体组织的钢耐热性高。织的钢比铁素体组织的钢耐热性高。Ni、Mn、N的的加入能扩大和稳定奥氏体面心立方结构加入能扩大和稳定奥氏体面心立方结构45(1)在钢中加入对氧的亲和力比铁强的在钢中加入对氧的亲和力比铁强的Cr46(2)工艺技术工艺技术定向凝固定向凝固叶片旋转时，所受的拉力和热应力，平行叶片旋转时，所受的拉力和热应力，平行于叶片纵轴，定向凝固工艺形成沿纵轴方向的于叶片纵轴，定向凝固工艺形成沿纵轴方向的柱状晶粒，消除垂直于应力方向的晶界，从而柱状晶粒，消除垂直于应力方向的晶界，从而可以使得热疲劳寿命提高可以使得热疲劳寿命提高1010倍以上。倍以上。粉末冶金粉末冶金采用粒度数十至数百微米的合金粉末，经过采用粒度数十至数百微米的合金粉末，经过压制、烧结、成型工序制成零件，可以消除偏析压制、烧结、成型工序制成零件，可以消除偏析现象，组织成分均匀并可以大大节省材料现象，组织成分均匀并可以大大节省材料 46(2)工艺技术定向凝固粉末冶金工艺技术定向凝固粉末冶金第五节第五节 ：多功能多用途的材料：多功能多用途的材料 稀有金属稀有金属1、稀有金属在国民经济中的地位、稀有金属在国民经济中的地位 在能源方面在能源方面，稀有金属钍、铀是重要的核燃料。，稀有金属钍、铀是重要的核燃料。在化学工业在化学工业中，由于稀有金属钛材、钽材、铌中，由于稀有金属钛材、钽材、铌材都同时具有高强度、耐高温、耐腐蚀等一系列优良性质，因材都同时具有高强度、耐高温、耐腐蚀等一系列优良性质，因此广泛用于制造在高温、高压、强腐蚀性条件下工作的化工设此广泛用于制造在高温、高压、强腐蚀性条件下工作的化工设备备 在电子工业在电子工业中，高纯度稀有金属锗是最主要的中，高纯度稀有金属锗是最主要的半导体材料之一半导体材料之一 在钢铁工业在钢铁工业中，稀土金属及稀有高熔点金属都中，稀土金属及稀有高熔点金属都是冶炼优质钢的重要添加剂是冶炼优质钢的重要添加剂 第五节第五节：多功能多用途的材料：多功能多用途的材料 二、几种典型稀有金属二、几种典型稀有金属1 1锂及其应用锂及其应用 锂其密度仅为锂其密度仅为0.54g/cm30.54g/cm3左右，熔点低，左右，熔点低，约约180180，化学性活泼。，化学性活泼。锂可用在制造微晶玻璃（可用于制造耐锂可用在制造微晶玻璃（可用于制造耐热炊具）、黑白电视显像管、绝缘泡沫玻璃等方面。热炊具）、黑白电视显像管、绝缘泡沫玻璃等方面。锂基润滑脂具有独特的润滑性能，工作锂基润滑脂具有独特的润滑性能，工作温度范围宽（温度范围宽（-60-60200200），安定性和抗水性好，使），安定性和抗水性好，使用寿命长，应用广泛。用寿命长，应用广泛。二、几种典型稀有金属二、几种典型稀有金属1锂及其应用锂及其应用 2 2钨及其应用钨及其应用 钨是熔点最高（钨是熔点最高（34003400）的纯金属，）的纯金属，故钨合金可作为高温结构材料，如制造喷气发动机喷故钨合金可作为高温结构材料，如制造喷气发动机喷咀、进出口套管及飞船发动机推进器等咀、进出口套管及飞船发动机推进器等 3 3钼及其应用钼及其应用 钼的性质同钨较接近，其熔点约钼的性质同钨较接近，其熔点约26202620，在高温下具有较高的高温强度。在，在高温下具有较高的高温强度。在10001000以上，钼以上，钼的比强度是最高的，因此他是极有用的高温结构材料的比强度是最高的，因此他是极有用的高温结构材料 2钨及其应用钨及其应用 钨是熔点最高（钨是熔点最高（34 4锆和铍锆和铍 锆是类似于钛一样易钝化的高熔点金属锆是类似于钛一样易钝化的高熔点金属（熔点达（熔点达18001800），具有类似于钛的耐蚀性，并且具），具有类似于钛的耐蚀性，并且具有很低的慢中子吸收截面，是原子能工业中的重要结有很低的慢中子吸收截面，是原子能工业中的重要结构材料，具有比钢高得多的比强度和比刚度，并在高构材料，具有比钢高得多的比强度和比刚度，并在高温下也能保持较高的强度和刚度，已用于卫星结构件温下也能保持较高的强度和刚度，已用于卫星结构件 。4锆和铍锆和铍 锆是类似于钛一样易钝化的锆是类似于钛一样易钝化的第第 六六 节：节：材材 料料 开开 发发 的的 魔魔 水水神神奇的稀土元素奇的稀土元素1、在冶金行业的应用、在冶金行业的应用 稀土作为添加剂，可以净化钢液，改变稀土作为添加剂，可以净化钢液，改变钢中夹杂物的形态和分布；细化晶粒，改善钢的组织，钢中夹杂物的形态和分布；细化晶粒，改善钢的组织，从而改进合金的力学、物理和加工性能，提高合金的从而改进合金的力学、物理和加工性能，提高合金的热稳定性和耐腐蚀性。热稳定性和耐腐蚀性。稀土在铸铁中除有除气净化作用之外，稀土在铸铁中除有除气净化作用之外，还可使石墨形态球化，细化晶粒，从而提高铸铁的强还可使石墨形态球化，细化晶粒，从而提高铸铁的强度、耐磨性以及铸造性能等度、耐磨性以及铸造性能等 第第 六六 节：节：材材 料料 开开 发发 的的 魔魔 水水 二、在玻璃陶瓷行业的应用二、在玻璃陶瓷行业的应用 稀土可使玻璃着色，如铈钛氧化物能使玻璃变稀土可使玻璃着色，如铈钛氧化物能使玻璃变黄，添加氧化钕的玻璃呈鲜红色，高品位的氧化镨可黄，添加氧化钕的玻璃呈鲜红色，高品位的氧化镨可使玻璃变成绿色。以氧化钇、氧化镝为主再配以其他使玻璃变成绿色。以氧化钇、氧化镝为主再配以其他稀土而制得的高温透明陶瓷及红色、绿黄色玻璃。稀土而制得的高温透明陶瓷及红色、绿黄色玻璃。三、在石油化工上的应用三、在石油化工上的应用 他们的催化活性优于不含稀土的分子筛催他们的催化活性优于不含稀土的分子筛催化剂。用于炼油业作石油裂解的催化裂化剂，可以提化剂。用于炼油业作石油裂解的催化裂化剂，可以提高汽油等轻质油的产出率约高汽油等轻质油的产出率约5%5%，提高裂解装置能力约，提高裂解装置能力约20%20%30%30%。二、在玻璃陶瓷行业的应用二、在玻璃陶瓷行业的应用 稀土可使玻璃着稀土可使玻璃着四、稀土在生物方面的应用四、稀土在生物方面的应用 稀土可对生物体内激素或酶的形成或激活起催稀土可对生物体内激素或酶的形成或激活起催化作用，被称之为化作用，被称之为“超级激素超级激素”。稀土还是一种生理激活剂，饲料中添加少量稀稀土还是一种生理激活剂，饲料中添加少量稀土可以激活动物体内的生长因子，促进酶的转化，提土可以激活动物体内的生长因子，促进酶的转化，提高饲料转化率，促进动物生长发育，增强动物的免疫高饲料转化率，促进动物生长发育，增强动物的免疫功能功能。五、在轻工印染行业上的应用五、在轻工印染行业上的应用 稀土催干剂广泛用于油漆行业，代替钴稀土催干剂广泛用于油漆行业，代替钴及其他传统的有色金属催干剂，具有无铅、低毒等优及其他传统的有色金属催干剂，具有无铅、低毒等优点，点，在印染工业上使用稀土作为助染剂。在印染工业上使用稀土作为助染剂。四、稀土在生物方面的应用四、稀土在生物方面的应用 稀土可对稀土可对六、稀土磁性材料六、稀土磁性材料 稀土磁性材料包括稀土永磁材料、磁致伸稀土磁性材料包括稀土永磁材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存贮材料及稀土巨磁阻材料缩材料、磁致冷材料、磁光存贮材料及稀土巨磁阻材料等。等。七、稀土荧光、发光材料七、稀土荧光、发光材料 稀土荧光、发光材料包括灯用稀土荧光稀土荧光、发光材料包括灯用稀土荧光材料、显示用发光材料、稀土卤化物灯用发光材料、材料、显示用发光材料、稀土卤化物灯用发光材料、稀土激光材料等稀土激光材料等 。八、稀土贮氢材料八、稀土贮氢材料 一般为含有稀土金属元素的合金或金属一般为含有稀土金属元素的合金或金属间化合物，如间化合物，如LaNi5 LaNi5。六、稀土磁性材料六、稀土磁性材料 稀土磁性材料包括稀土稀土磁性材料包括稀土九、汽车尾气净化用催化剂材料九、汽车尾气净化用催化剂材料 由于稀土尾气催化剂独特的优点，不仅可以节由于稀土尾气催化剂独特的优点，不仅可以节约稀少的贵金属资源，又能显著降低催化剂的成本。约稀少的贵金属资源，又能显著降低催化剂的成本。十、其它十、其它 用稀土铈可代替有严重放射性的钍制作用稀土铈可代替有严重放射性的钍制作的电极材料；的电极材料；钐、铕、钆的热中子俘获截面在材钐、铕、钆的热中子俘获截面在材料中名列前茅，可用于原子能反应堆中的结构料中名列前茅，可用于原子能反应堆中的结构材料及控制棒。材料及控制棒。九、汽车尾气净化用催化剂材料九、汽车尾气净化用催化剂材料 由于稀土尾由于稀土尾