铝合金型材课件

有色金属合金南京航空航天大学南京航空航天大学材料科学与技术学院材料科学与技术学院缪强缪强有色金属合金南京航空航天大学1绪绪绪绪 论论论论绪 论2回顾回顾发展史与现状发展史与现状作用与地位作用与地位问题与趋势问题与趋势发展战略发展战略未来未来展望展望绪绪 论论回顾发展史与现状展望绪 论3第一节第一节 金属的分类金属的分类第一节 金属的分类4铝合金型材课件5 已知的元素已知的元素109种，种，22种非金属，种非金属，87种为金种为金属属。在。在22种非金属中，有种非金属中，有5种准金属（种准金属（B、Si、As、Se、Te）在金属中）在金属中Ge、Sb、Po也是准金也是准金属，严格说，金属有属，严格说，金属有84种。种。周期表的右侧，周期表的右侧，B向右下方画线延伸到砹向右下方画线延伸到砹（At）的斜线，将元素分为金属和非金属两部）的斜线，将元素分为金属和非金属两部分，斜线的右上方大部分是非金属，斜线左下分，斜线的右上方大部分是非金属，斜线左下方为金属，斜线附近为准金属。方为金属，斜线附近为准金属。第一节第一节 金属的分类金属的分类 已知的元素109种，22种非金属，87种为金6黑色金属（黑色金属（铁铁、铬铬、锰锰）有色金属有色金属(除黑色金属外除黑色金属外的金属的金属）轻金属轻金属重金属重金属稀有金属稀有金属贵金属贵金属非铁金属非铁金属Non-ferrous Metals 具有独特的性能和功能，如半导体功能、形状记具有独特的性能和功能，如半导体功能、形状记忆功能、介电功能、光，磁、热、化学和核功能等。忆功能、介电功能、光，磁、热、化学和核功能等。金属金属第一节第一节 金属的分类金属的分类黑色金属（铁、铬、锰）有色金属(除黑色金属外的金属）轻金属71.轻有色金属轻有色金属 指指密度密度 4.5g/cm3 的有色金属的有色金属p包括：包括：K、Na、Ca、Mg、Al、Sr、Ba。p特点：密度小，特点：密度小，0.534.5g/cm3,化学性质活泼，与化学性质活泼，与氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。第一节第一节 金属的分类金属的分类 指密度4.5g/cm3 的有色金属的有色金属p包括：包括：Cu、Ni、Sn、Pb、Cd、Hg、Co、Bi等。等。p特点：大多数易形成配合物。特点：大多数易形成配合物。第一节第一节 金属的分类金属的分类 指密度4.5g/cm3 的有色金属第一节 金属的93.贵金属贵金属p包括：包括：金、银和铂族金、银和铂族锇、铱、锇、铱、铂、钌、铑、钯。铂、钌、铑、钯。p特点：特点：（1）化学性质稳定；）化学性质稳定；（2）密度大：）密度大：10.4 22.4 g/cm3（3）熔点高：）熔点高：1200 3300Kp由于它们在地壳中含量少，开采由于它们在地壳中含量少，开采和提取比较困难，价格贵，称为和提取比较困难，价格贵，称为贵金属。贵金属。第一节第一节 金属的分类金属的分类包括：金、银和铂族锇、铱、铂、钌、铑、钯。第一节 金属的104.准金属准金属 指性质介于金属与非金属间的元素。指性质介于金属与非金属间的元素。p包括：包括：B、Si、Se、Te(碲碲)、As、Ge、Sb、Po。p它们在周期表中它们在周期表中B At（砹）这条斜线附近，常（砹）这条斜线附近，常称为称为对角线对角线。第一节第一节 金属的分类金属的分类 指性质介于金属与非金属间的元素。第一节 金属的分类115.稀有金属稀有金属p在自然界含量少或分布稀散、发现晚，难提取或在自然界含量少或分布稀散、发现晚，难提取或制备应用较晚的金属。制备应用较晚的金属。p包括：锂、铷、铯、铍、钨、钼；钒、铌；钛、包括：锂、铷、铯、铍、钨、钼；钒、铌；钛、铪；镓、铟、铊、锗和稀土元素（即周期表中第铪；镓、铟、铊、锗和稀土元素（即周期表中第三副族中的钪、钇和镧系元素共三副族中的钪、钇和镧系元素共17种）以及人造种）以及人造超铀元素等。超铀元素等。第一节第一节 金属的分类金属的分类5.稀有金属第一节 金属的分类12第二节第二节 历史与现状历史与现状第二节 历史与现状13材料的发展史，就是人类社会的发展史。材料的发展史，就是人类社会的发展史。石器时代石器时代陶器时代陶器时代青铜器时代青铜器时代铁器时代。铁器时代。信息信息技术技术生物生物工程工程现代社会现代社会三大技术三大技术支柱支柱新材料新材料第二节第二节 历史与现状历史与现状材料的发展史，就是人类社会的发展史。石器时代陶器时代青铜14石器时代石器时代石器时代石器时代青铜时代青铜时代青铜时代青铜时代铁器铁器铁器铁器时代时代时代时代多多多多元元元元材材材材料料料料时时时时代代代代第二节第二节 历史与现状历史与现状石器时代青铜时代铁器时代多元材料时代第二节 历史与现状15四羊方尊四羊方尊 青铜敦青铜敦三星三星堆纵堆纵目人目人面像面像吴吴王王夫夫差差矛矛越越王王勾勾践践剑剑第二节第二节 历史与现状历史与现状一、辉煌的华夏青铜文明一、辉煌的华夏青铜文明四羊方尊 青铜敦三星堆纵目人面像吴王夫差矛越王勾践剑第二节 16 湖湖北北擂擂鼓鼓墩墩二二号号墓墓出出土土战战国国编编钟钟一一套套，其其件件数数和和规规模模仅仅次次于于曾曾侯侯乙乙编编钟钟.音音律律准准确确，音音色色优优美美，基基本本与与C大大调调七七声声音音阶阶结结构构相相同同，总总音音域域达达5个个8度度以以上上，五五人人合合作作演演出出，众众声声齐齐发发，交交响响叠叠鸣鸣。无无愧愧为为古代音乐之绝响。古代音乐之绝响。第二节第二节 历史与现状历史与现状 湖北擂鼓墩二号墓出土战国编钟一套，其件数和规17二、有色金属在现代社会中的作用和地位二、有色金属在现代社会中的作用和地位 材料是国民经济、社会进步和国家安全的物质材料是国民经济、社会进步和国家安全的物质基础与先导。基础与先导。先先进进有有色色金金属属材材料料具具有有强强烈烈的的基基础础性性、支支撑撑性性、技术经济价值和迫切战略需求。技术经济价值和迫切战略需求。第二节第二节 历史与现状历史与现状二、有色金属在现代社会中的作用和地位 材料是国民经济、社会181 1、国防支撑材料国防支撑材料国防支撑材料国防支撑材料p铝铝材是飞机的主要结构材料，占重量比的材是飞机的主要结构材料，占重量比的5080，民用，民用飞机铝材料用量在飞机铝材料用量在70以上。以上。钛钛及其合金在新型飞机上用及其合金在新型飞机上用作结构材料，飞机越先进，钛用量就越大。作结构材料，飞机越先进，钛用量就越大。p导弹与火箭的构件基本上采用导弹与火箭的构件基本上采用铝合金铝合金、钛钛合金、合金、镍镍基高温基高温合金、合金、镁镁合金和部分合金和部分难熔金属难熔金属合金。合金。p钛钛、铝铝及其合金成为舰船耐压壳体、核动力系统、武备系及其合金成为舰船耐压壳体、核动力系统、武备系统、声纳系统等的主要材料。统、声纳系统等的主要材料。第二节第二节 历史与现状历史与现状1、国防支撑材料铝材是飞机的主要结构材料，占重量比的5019航空航天的物质基础航空航天的物质基础 卫卫星星发发射射，节节省省1公公斤斤重重量量将将降降低低费费用用$20000。一一次次发射节约费用发射节约费用20%。鍛铝鍛铝鍛铝鍛铝20142014（LD10LD10）的力学性能）的力学性能）的力学性能）的力学性能 铝的理论强度铝的理论强度4700MPa，当今高，当今高强铝合金强度没超强铝合金强度没超过过1000MPa。第二节第二节 历史与现状历史与现状航空航天的物质基础鍛铝2014（LD10）的力学性能 20B-3B-3高超音速轰炸机概念设计图高超音速轰炸机概念设计图高超音速轰炸机概念设计图高超音速轰炸机概念设计图X-45 X-45 无人作战飞机无人作战飞机无人作战飞机无人作战飞机F/A-22F/A-22猛禽（四代机典型代表）猛禽（四代机典型代表）猛禽（四代机典型代表）猛禽（四代机典型代表）B-2B-2幽灵幽灵幽灵幽灵 战略轰炸飞战略轰炸飞战略轰炸飞战略轰炸飞第二节第二节 历史与现状历史与现状B-3高超音速轰炸机概念设计图X-45 无人作战飞机F/A-21F119发动机（发动机（F/A-22用）用）自从自从1907年年12月月17日莱特兄弟将第一双人类翅膀送上天日莱特兄弟将第一双人类翅膀送上天空后，各种飞机不断快速发展，对制造飞机零部件的材料的空后，各种飞机不断快速发展，对制造飞机零部件的材料的要求越来越高，主要是比强度高、耐高温、耐疲劳等。要求越来越高，主要是比强度高、耐高温、耐疲劳等。第二节第二节 历史与现状历史与现状F119发动机（F/A-22用）自22 美国正研制美国正研制美国正研制美国正研制6 6倍音速的太空战机，倍音速的太空战机，倍音速的太空战机，倍音速的太空战机，从太空上攻击地球目标。从太空上攻击地球目标。从太空上攻击地球目标。从太空上攻击地球目标。美国太空武器想象图美国太空武器想象图美国太空武器想象图美国太空武器想象图 美国美国美国美国ABLABL机载激光武器系统机载激光武器系统机载激光武器系统机载激光武器系统第二节第二节 历史与现状历史与现状 美国正研制6倍音速的太空战机，从太空上攻击地球目标。23 世界上第一架载人世界上第一架载人世界上第一架载人世界上第一架载人太空飞船太空飞船太空飞船太空飞船 世界上第一位太空人世界上第一位太空人世界上第一位太空人世界上第一位太空人第二节第二节 历史与现状历史与现状 世界上第一架载人太空飞船 世界上第一位太空人第24p“原子时代第一金属原子时代第一金属”的的锆锆，是核动力潜艇不可替代材料，是核动力潜艇不可替代材料，80的锆材用作核动力堆的燃料包壳、容器管、压力管、的锆材用作核动力堆的燃料包壳、容器管、压力管、格架、端塞和其它堆芯结构材料。格架、端塞和其它堆芯结构材料。p“核时代金属核时代金属”铍铍，在核武器中对增大爆炸威力起关键作，在核武器中对增大爆炸威力起关键作用。铍的比刚度大，在导航系统中用作制造精密陀螺仪，用。铍的比刚度大，在导航系统中用作制造精密陀螺仪，对增加射程、提高命中精度起关键作用。对增加射程、提高命中精度起关键作用。p铀、铍、钽、钨、铂族金属、锗铀、铍、钽、钨、铂族金属、锗，被许多国家储存作为，被许多国家储存作为战略物资。美国对钨以钨精矿形式，钽和铍以纯金属形式战略物资。美国对钨以钨精矿形式，钽和铍以纯金属形式进行储备，铂和钯被列为特殊战略金属。进行储备，铂和钯被列为特殊战略金属。第二节第二节 历史与现状历史与现状“原子时代第一金属”的锆，是核动力潜艇不可替代材料，80的252 2、高技术关键材料、高技术关键材料、高技术关键材料、高技术关键材料p铌铌、钛钛、锡锡、铋铋、钇钇等等都都是是制制取取超超导导材材料料的的基基本本组组元元，NbTi、Nb3Sn实用低温超导材料已商品化。实用低温超导材料已商品化。p表面工程和技术，有相当部分是稀有金属薄膜、半导体材表面工程和技术，有相当部分是稀有金属薄膜、半导体材料薄膜和贵金属薄膜。料薄膜和贵金属薄膜。p21世纪中叶聚变能和太阳能将成为主要能源，可控核聚变世纪中叶聚变能和太阳能将成为主要能源，可控核聚变反应堆工程需要大量锂、钼、锆、钛等。反应堆工程需要大量锂、钼、锆、钛等。第二节第二节 历史与现状历史与现状2、高技术关键材料铌、钛、锡、铋、钇等都是制取超导材料的基本26p稀土元素的特殊电子层结构使其在光、电、磁、化学上表稀土元素的特殊电子层结构使其在光、电、磁、化学上表现出奇异性能，已出现的一大批功能材料，如稀土磁性材现出奇异性能，已出现的一大批功能材料，如稀土磁性材料、稀土发光材料、稀土尾气净化材料、稀土储氢性材料、料、稀土发光材料、稀土尾气净化材料、稀土储氢性材料、高温超导材料等，高温超导材料等，2l世纪稀土将在功能材料中处于主体地世纪稀土将在功能材料中处于主体地位。位。p美国公布的美国公布的22种金属高科技材料中，稀土金属被列为第三种金属高科技材料中，稀土金属被列为第三位。位。第二节第二节 历史与现状历史与现状中东有石油，中国有稀土。中东有石油，中国有稀土。稀土元素的特殊电子层结构使其在光、电、磁、化学上表现出奇异性273 3、国民经济的基础材料、国民经济的基础材料、国民经济的基础材料、国民经济的基础材料p电线、电缆占铜材总消耗量的电线、电缆占铜材总消耗量的50，铝材总消耗量的量的，铝材总消耗量的量的33,没有材料可替代。没有材料可替代。p“蓄电池金属蓄电池金属”铅的铅的6070消费在蓄电池中。镍是制消费在蓄电池中。镍是制造镍氢电池、镍镉电池的原材料。造镍氢电池、镍镉电池的原材料。p车辆中以铝代钢，减重车辆中以铝代钢，减重50，增加运载量，增加运载量10，节能，节能9.612.5，日常检修工时减少，日常检修工时减少45。第二节第二节 历史与现状历史与现状3、国民经济的基础材料电线、电缆占铜材总消耗量的50，铝材28 金属材料的发展使汽车、金属材料的发展使汽车、金属材料的发展使汽车、金属材料的发展使汽车、飞机的性能发生了突变飞机的性能发生了突变飞机的性能发生了突变飞机的性能发生了突变“协和协和协和协和”超音速客机超音速客机超音速客机超音速客机水陆两用汽车水陆两用汽车水陆两用汽车水陆两用汽车磁悬浮列车磁悬浮列车磁悬浮列车磁悬浮列车第二节第二节 历史与现状历史与现状 金属材料的发展使汽车、飞机的性能发生了突变“协和”29p钛的极好耐蚀性在化工、海洋工程、冶金、能源等部门的钛的极好耐蚀性在化工、海洋工程、冶金、能源等部门的得以广泛应用，我国氯碱行业在得以广泛应用，我国氯碱行业在5 000多台电解槽上使用钛多台电解槽上使用钛阳极代替石墨阳极，年节电阳极代替石墨阳极，年节电4亿多度。亿多度。p钽的高纯化使钽电容器向轻、薄、小型化、可靠化方向发钽的高纯化使钽电容器向轻、薄、小型化、可靠化方向发展。展。p稀有金属的碳化物、氮化物广泛用于制造切削刀具、钻头、稀有金属的碳化物、氮化物广泛用于制造切削刀具、钻头、耐磨工件、模具和耐磨涂层。耐磨工件、模具和耐磨涂层。第二节第二节 历史与现状历史与现状钛的极好耐蚀性在化工、海洋工程、冶金、能源等部门的得以广泛应30p电冰箱、电视机、录相机、洗衣机等对有色金属提出了更电冰箱、电视机、录相机、洗衣机等对有色金属提出了更高要求。铝材已进入建筑行业，约占铝耗量的高要求。铝材已进入建筑行业，约占铝耗量的20以上，以上，在我国占在我国占30以上。以上。p铝用于制造刚性、柔性包装、复合材料容器和密封片盖等，铝用于制造刚性、柔性包装、复合材料容器和密封片盖等，美国包装用铝约占铝消耗总量的美国包装用铝约占铝消耗总量的20，我国占我国占，我国占我国占812。第二节第二节 历史与现状历史与现状电冰箱、电视机、录相机、洗衣机等对有色金属提出了更高要求。铝31 纽约世贸大厦基本上是用铝合金纽约世贸大厦基本上是用铝合金纽约世贸大厦基本上是用铝合金纽约世贸大厦基本上是用铝合金贴面，在贴面，在贴面，在贴面，在9.119.11事件中虽毁于一旦，但事件中虽毁于一旦，但事件中虽毁于一旦，但事件中虽毁于一旦，但它作为大量使用铝合金贴面的雄伟建它作为大量使用铝合金贴面的雄伟建它作为大量使用铝合金贴面的雄伟建它作为大量使用铝合金贴面的雄伟建筑已载入史册。筑已载入史册。筑已载入史册。筑已载入史册。第二节第二节 历史与现状历史与现状 纽约世贸大厦基本上是用铝合金贴面，32p在世界金和铂的需求量中，在世界金和铂的需求量中，90以上的金和以上的金和3639的铂消费在饰品方面，我国是世界铂的铂消费在饰品方面，我国是世界铂首饰第二大消费国。首饰第二大消费国。p铝合金管是农业喷灌地面、地下管网的材料，铝合金管是农业喷灌地面、地下管网的材料，铝制粮仓与钢筋混凝土粮仓相比，建设劳动强铝制粮仓与钢筋混凝土粮仓相比，建设劳动强度下降度下降90左右，基建投资减少左右，基建投资减少5060。第二节第二节 历史与现状历史与现状在世界金和铂的需求量中，90以上的金和3639的铂消费33第三节第三节 问题与展望问题与展望第三节 问题与展望344 4 4 4、新世纪对材料提出新的要求、新世纪对材料提出新的要求、新世纪对材料提出新的要求、新世纪对材料提出新的要求第三节第三节 问题与展望问题与展望第三节 问题与展望35未未未未来来来来对对对对材材材材料料料料和和和和技技技技术术术术的的的的要要要要求求求求环境和能源因素环境和能源因素环境和能源因素环境和能源因素放在很重要的位置放在很重要的位置放在很重要的位置放在很重要的位置第三节第三节 问题与展望问题与展望环境和能源因素第三节 问题与展望3620042004年提出了循年提出了循年提出了循年提出了循环型社会的材料环型社会的材料环型社会的材料环型社会的材料产业产业产业产业材料产材料产材料产材料产业的可持续发展业的可持续发展业的可持续发展业的可持续发展第三节第三节 问题与展望问题与展望2004年提出了循环型社会的材料产业材料产业的可持续发展37循环材料产业循环材料产业p适应时代需要，把生态环境意识贯穿到产品设计、适应时代需要，把生态环境意识贯穿到产品设计、生产工艺的中，提高材料的利用率，降低生产和生产工艺的中，提高材料的利用率，降低生产和使用过程的环境负担。形成资源使用过程的环境负担。形成资源材料材料环境良环境良性循环的产业。性循环的产业。第三节第三节 问题与展望问题与展望循环材料产业适应时代需要，把生态环境意识贯穿到产品设计、生产38p动力机械工作温度愈高，比强度和比刚度愈高，效率愈高。动力机械工作温度愈高，比强度和比刚度愈高，效率愈高。p飞飞机机及及航航空空发发动动机机性性能能的的改改进进，分分别别为为23和和12靠靠材材料料性能提高。性能提高。p卫星和飞船能减重卫星和飞船能减重1公斤就能带来极高的效益。公斤就能带来极高的效益。p汽汽车车节节油油有有37靠靠材材料料的的轻轻量量化化，40靠靠发发动动机机的的改改进进，而绝热发动机（不需水冷）主要靠材料性能的提高。而绝热发动机（不需水冷）主要靠材料性能的提高。第三节第三节 问题与展望问题与展望动力机械工作温度愈高，比强度和比刚度愈高，效率愈高。第三节 39p金金属属在在结结构构材材料料中中仍仍占占主主要要位位置置，钢钢铁铁在在今今后后几几十十年年内内的的产量不会下降产量不会下降,目前全世界产量目前全世界产量78亿吨。亿吨。p铜铜、铅铅、锌锌的的资资源源接接近近枯枯竭竭，代代用用品品成成为为当当务务之之急急，加加速速开发低品位矿的提炼方法。开发低品位矿的提炼方法。p镁和钛将得到更广泛的应用。镁和钛将得到更广泛的应用。不同类型材料的发展前景不同类型材料的发展前景不同类型材料的发展前景不同类型材料的发展前景第三节第三节 问题与展望问题与展望金属在结构材料中仍占主要位置，钢铁在今后几十年内的产量不会下401.为纪念世界第一位宇航员为纪念世界第一位宇航员加加林，莫斯科列宁大街一加加林，莫斯科列宁大街一尊尊40米高的雕像，选用的材米高的雕像，选用的材料为钛合金，其含义是什么料为钛合金，其含义是什么？思考题思考题1.为纪念世界第一位宇航员加加林，莫斯科列宁大街一尊40412.金子从古至今都是流通的货币，为什金子从古至今都是流通的货币，为什么？铜是人类最早认识和使用的金属，么？铜是人类最早认识和使用的金属，为什么？为什么？思考题思考题俄罗斯博物馆：俄罗斯博物馆：俄罗斯博物馆：俄罗斯博物馆：世界上最大的世界上最大的世界上最大的世界上最大的天然金块天然金块天然金块天然金块“金骆驼金骆驼金骆驼金骆驼”，重，重，重，重36kg36kg2.金子从古至今都是流通的货币，为什思考题俄罗斯博物馆：世42