常见合金的组成及应用
常见合金的组成及应用
第一单元应用广泛的金属材料
第二节常见的合金的组成及应用
铝合金和铝锂合金
金属材料分为黑色金属和有色金属两大类，除了铁、锰、铬之外，周期表中其他金属都归于有色金属。有色金属又可分为轻金属如Li，Be，Mg，Al，Ti；重金属如Cu，Zn，Cd，Hg，Pb；高熔点金属或难熔金属如W，Mo，Zr，V；稀土金属如La，Ce，Pr，Nd等；稀散金属如Ga，In，Ge；贵金属如Au，Ag，Pt，Pd等。但作为结构材料的有色金属，主要有铝合金、镁合金、铜合金、钛合金、镍合金和锌合金等。我们主要介绍铝合金。
铝是自然界含量最多的金属元素，在地壳中以复硅酸盐形式存在。主要的矿石有铝土矿（Al2O3?nH2O）、粘土H2Al2（SiO4）2H2O]、长石（KAlSi3O8）、云母H2KAl3（SiO4）3]、冰晶石（Na3AlF6）等。
制备金属铝常用电解法。在矿石中铝和氧结合形成Al2O3，它是非常稳定的化合物。在高温下对熔融的氧化铝进行电解，氧化铝被还原为金属铝并在阴极上析出，其反应如下：
熔融的金属铝冷却后成为铝锭。
铝是银白色金属，熔点为659.8℃，沸点为2270℃，密度为2.702g?cm-3，仅为铁的三分之一。铝的导电、导热性好，可代替铜做导线。在大气中金属铝表面与氧作用形成一层致密的氧化膜保护层，所以有很好的
抗蚀性。金属铝中铝原子是面心立方堆积，层与层之间可以滑动，因此铝有优良的延展性，可拉伸抽成丝，也可捶打成铝箔。铝的主要用途是做铝合金，大量用于航空工业、汽车工业及建筑业。
铝合金金属铝的强度和弹性模量较低，硬度和耐磨性较差，不适宜制造承受大载荷及强烈磨损的构件。为了提高铝的强度，常加入一些其他元素，如镁、铜、锌、锰、硅等。这些元素与铝形成铝合金后，不但提高了强度，而且还具有良好的塑性和压力加工性能，如铝镁合金、铝锰合金。常见的铝铜镁合金称为硬铝，铝锌镁铜合金称为超硬铝。铝合金强度高、相对密度小、易成型，广泛用于飞机制造业。
铝锂合金若把锂掺入铝中，就可生成铝锂合金。由于锂的密度比铝还低（0.535g?cm-3），如果加入1%锂，可使合金密度下降3%，弹性模量提高6%。
近年来发展了一种铝锂合金，含锂2%～3%，这种铝锂合金比一般铝合金强度提高20%～24%，刚度提高19%～30%，相对密度降低到2.5～2.6。因此用铝锂合金制造飞机，可使飞机质量减轻15%～20%，并能降低油耗和提高飞机性能。铝锂合金是很有发展前途的合金
变形高温合金的特性、分类及用途
科技名词定义 塑性变形 科技名词定义 中文名称：塑性变形 英文名称：plastic deformation 定义：岩体、土体受力产生的、力卸除后不能恢复的那部分变形。 应用学科：水利科技（一级学科）；岩石力学、土力学、岩土工程（二级学科）；土力学（水利）（三级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 塑性变形（Plastic Deformation），的定义是物质-包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。
目录 介绍 机理 影响 介绍 机理 影响 展开 编辑本段介绍 材料在外力作用下产生而在外力去除后不能恢复的那部分变形 塑性变形 。材料在外力作用下产生应力和应变（即变形）。当应力未超过材料的弹性极限时，产生的变形在外力去除后全部消除，材料恢复原状，这种变形是可逆的弹性变形。当应力超过材料的弹性极限，则产生的变形在外力去除后不能全部恢复，而残留一部分变形，材料不能恢复到原来的形状，这种残留的变形是不可逆的塑性变形。在锻压、轧制、拔制等加工过程中，产生的弹性变形比塑性变形要小得多，通常忽略不计。这类利用塑性变形而使材料成形的加工方法，统称为塑性加工。 编辑本段机理 固态金属是由大量晶粒组成的多晶体，晶粒内的原子按照体心立方、面心立方或紧密六方等方式排列成有规则的空间结构。由于多种原因，晶粒内的原子结构会存在各种缺陷。原
塑性变形 子排列的线性参差称为位错。由于位错的存在,晶体在受力后原子容易沿位错线运动,降低晶体的变形抗力。通过位错运动的传递，原子的排列发生滑移和孪晶（图1）。滑移是一部分晶粒沿原子排列最紧密的平面和方向滑动，很多原子平面的滑移形成滑移带，很多滑移带集合起来就成为可见的变形。孪晶是晶粒一部分相对于一定的晶面沿一定方向相对移动，这个晶面称为孪晶面。原子移动的距离和孪晶面的距离成正比。两个孪晶面之间的原子排列方向改变，形成孪晶带。滑移和孪晶是低温时晶粒内塑性变形的两种基本方式。多晶体的晶粒边界是相邻晶粒原子结构的过渡区。晶粒越细，单位体积中的晶界面积越大，有利于晶间的移动和转动。某些金属在特定的细晶结构条件下，通过晶粒边界变形可以发生高达300～3000％的延伸率而不破裂。 编辑本段影响 金属在室温下的塑性变形，对金属的组织和性能影响很大，常会出现加工硬化、内应力和各向异性等现象。 加工硬化 塑性变形引起位错增殖，位错密度增加，不同方向的位错发 塑性变形力学原理 生交割，位错的运动受到阻碍，使金属产生加工硬化。加工硬化能提高金属的硬度、强度和变形抗力，同时降低塑性，使以后的冷态变形困难。
工程材料及其应用(第二版)复习资料
1、原子结合键的类型。答：金属键共价键离子键分子键（范德瓦尔键）。 2、材料的性能的分类包括。答：使用性能：力学性能物理性能化学性能工艺性能：铸造性可锻造性焊接性切削加工性力学性能的指标:弹性强度塑性硬度冲击韧度疲劳特性耐磨性 3、纯金属常见的晶体结构体心立方晶胞（b.c.c）N=2面心立方晶胞（f.c.c）N=4密排六方晶胞（c.p.h）N=6 4、晶胞中的缺陷答1.点缺陷是指在三维空间各方向的尺寸都很小、不超过几个原子直径的缺陷。 （1）空位（2）间隙原子（3）置换原子无论是哪一种点缺陷，都会使晶体中的原子平衡状态受到破坏，造成晶格的歪扭（称晶格的畸变），从而使金属的性能发生变化。如随着点缺陷的增加，电子在传导时的散射增加，导致金属的电阻率增大；当点缺陷与位错发生交互作用时，会使强度提高，塑性下降。 2.线缺陷又称一维缺陷，这种缺陷在三维空间一个方向上的尺寸很大，另外两个方向上的尺寸很小，其具体形式就是晶格中的位错。位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。金属晶体中不含位错或含有大量位错都会使强度提高， 3.面缺陷面缺陷又称二维缺陷，这种缺陷在三维空间两个方向上的尺寸较大。另一个方向上的尺寸较小。 面缺陷的具体形式是晶界、亚晶界及相界。缺陷使得金属塑性、硬度以及抗拉压力显著降低等等 5、什么是过冷度？答：液体材料的理论结晶温度T0与其实际温度Tn之差。因为只有过冷，才具备G固 硬质合金 由于切削速度不断提高，不少刀具的刃部工作温度已超过700℃，这时一般高速钢已不再适应，就要采用硬质合金了。 硬质合金是将一种或多种难熔金属的碳化物和粘接剂金属，用粉末冶金方法制成的金属材料。即将难熔的高硬度的WC，TiC，TaC（碳化钽）和钴、镍等金属（粘接剂）粉末经混合、压制成形，再在高温下烧结制成。 一、硬质合金的性能特点 1.硬度高、热硬性高、耐磨性好。硬质合金在室温下的硬度可达86HRA～ 93HRA，在900～1000℃温度下仍然有较高的硬度，故硬质合金刀具在 使用时，其切削速度、耐磨性及寿命均比高速钢显著提高。 2.抗压强度比高速钢高，但抗弯强度只有高速钢的1/3～1/2左右，韧性差 （约为淬火钢的30%～50%） 二、常用的硬质合金 按成分与性能特点不同，常用的硬质合金有三类： 1.钨钴类硬质合金 它的主要成分为碳化钨及钴。其代号用“硬”“钴”两字的汉语拼音字母字头“YG”加数字表示，数字表示钴的百分数。例如YG8，表示钨钴类硬质合金，含钴量为8%。 2.钨钴钛类硬质合金 它的主要成分为碳化钨、碳化钛及钴。其代号用“硬”“钛”两字的汉语拼音字母字头“YT”加数字表示，数字表示碳化钛的百分数。例如YT5，表示钨钴钛类硬质合金，含碳化钛5%。 硬质合金中，碳化物含量越多，钴含量越少，则合金的硬度、热硬性及耐磨性越高，合金的强度和韧性越低。含钴量相同时，YT类硬质合金由于碳化钛的加入，合金具有较高的硬度及耐磨性，同时，合金的表面会形成一层氧化薄膜，切削不易粘刀，具有较高的热硬性；但其强度和韧性比YG类硬质合金低。因此YG类硬质合金刀具挞合加工脆性材料（如铸铁），而YT类硬质合金刀具适合加工塑性材料（如钢等）。 3.通用硬质合金 它是以碳化钽或碳化铌取代YT类硬质合金中的一部分碳化钛钛制成的。由于加入碳化钽（碳化铌），显著提高了合金的热硬性，常用来加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料。所以也称其为“万能硬质合金”。 万能硬质合金代号用“硬”“万”两字汉语拼音字母字头“YW”加顺序号表示。如YW1，YW2等。 上述硬质合金，硬度高，脆性大，除除磨削外，不能进行切削加工，一般不能制成形状复杂的整体刀具，故一般将硬质合金制成一定规格的刀片，使用前将其紧固（用焊接、粘接或机械紧固）在刀体或模具上。 近年来，又开发了一种钢结硬质合金，它与上述硬质合金的不同点在于其粘接剂为合金粉末（不锈钢或高速钢），从而使其与钢一样可以进行锻造、切削、热处理及焊接，可以制成各种形状复杂的刀具、模具及耐磨零件等。例如高速钢结硬质合金可以制成滚刀、圆锯片等刀具。 常见合金的组成及应用 第一单元应用广泛的金属材料 第二节常见的合金的组成及应用 铝合金和铝锂合金 金属材料分为黑色金属和有色金属两大类，除了铁、锰、铬之外，周期表中其他金属都归于有色金属。有色金属又可分为轻金属如Li，Be，Mg，Al，Ti；重金属如Cu，Zn，Cd，Hg，Pb；高熔点金属或难熔金属如W，Mo，Zr，V；稀土金属如La，Ce，Pr，Nd等；稀散金属如Ga，In，Ge；贵金属如Au，Ag，Pt，Pd等。但作为结构材料的有色金属，主要有铝合金、镁合金、铜合金、钛合金、镍合金和锌合金等。我们主要介绍铝合金。 铝是自然界含量最多的金属元素，在地壳中以复硅酸盐形式存在。主要的矿石有铝土矿（Al2O3?nH2O）、粘土H2Al2（SiO4）2H2O]、长石（KAlSi3O8）、云母H2KAl3（SiO4）3]、冰晶石（Na3AlF6）等。 制备金属铝常用电解法。在矿石中铝和氧结合形成Al2O3，它是非常稳定的化合物。在高温下对熔融的氧化铝进行电解，氧化铝被还原为金属铝并在阴极上析出，其反应如下： 熔融的金属铝冷却后成为铝锭。 铝是银白色金属，熔点为659.8℃，沸点为2270℃，密度为2.702g?cm-3，仅为铁的三分之一。铝的导电、导热性好，可代替铜做导线。在大气中金属铝表面与氧作用形成一层致密的氧化膜保护层，所以有很好的 抗蚀性。金属铝中铝原子是面心立方堆积，层与层之间可以滑动，因此铝有优良的延展性，可拉伸抽成丝，也可捶打成铝箔。铝的主要用途是做铝合金，大量用于航空工业、汽车工业及建筑业。 铝合金金属铝的强度和弹性模量较低，硬度和耐磨性较差，不适宜制造承受大载荷及强烈磨损的构件。为了提高铝的强度，常加入一些其他元素，如镁、铜、锌、锰、硅等。这些元素与铝形成铝合金后，不但提高了强度，而且还具有良好的塑性和压力加工性能，如铝镁合金、铝锰合金。常见的铝铜镁合金称为硬铝，铝锌镁铜合金称为超硬铝。铝合金强度高、相对密度小、易成型，广泛用于飞机制造业。 铝锂合金若把锂掺入铝中，就可生成铝锂合金。由于锂的密度比铝还低（0.535g?cm-3），如果加入1%锂，可使合金密度下降3%，弹性模量提高6%。 近年来发展了一种铝锂合金，含锂2%～3%，这种铝锂合金比一般铝合金强度提高20%～24%，刚度提高19%～30%，相对密度降低到2.5～2.6。因此用铝锂合金制造飞机，可使飞机质量减轻15%～20%，并能降低油耗和提高飞机性能。铝锂合金是很有发展前途的合金 WC硬质合金的属性 常用的硬质合金以WC为主要成分，根据是否加入其它碳化物而分为以下几类： 1、钨钴类（WC+Co）硬质合金（YG） 它由WC和Co组成，具有较高的抗弯强度的韧性，导热性好，但耐热性和耐磨性较差，主要用于加工铸铁和有色金属。细晶粒的YG类硬质合金（如YG3X、YG6X），在含钴量相同时，其硬度耐磨性比YG3、YG6高，强度和韧性稍差，适用于加工硬铸铁、奥氏体不锈钢、耐热合金、硬青铜等。 2、钨钛钴类（WC+TiC+Co）硬质合金（YT） 由于TiC的硬度和熔点均比WC高，所以和YG相比，其硬度、耐磨性、红硬性增大，粘结温度高，抗氧化能力强，而且在高温下会生成TiO 2,可减少粘结。但导热性能较差，抗弯强度低，所以它适用于加工钢材等韧性材料。 3、钨钽钴类（WC+TaC+Co）硬质合金（YA） 在YG类硬质合金的基础上添加TaC(NbC),提高了常温、高温硬度与强度、抗热冲击性和耐磨性，可用于加工铸铁和不锈钢。 4、钨钛钽钴类（WC+TiC+TaC+Co）)硬质合金(YW) 在YT类硬质合金的基础上添加TaC(NbC),提高了抗弯强度、冲击韧性、高温硬度、抗氧能力和耐磨性。既可以加工钢，又可加工铸铁及有色金属。因此常称为通用硬质合金（又称为万能硬质合金）。目前主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。 5、WC: 分子量195.86; Tungsten carbide 性质：化学式WC。黑色六方结晶。密度15.63g/cm3(18℃)。熔点(2870±50)℃。沸点6000℃。莫氏硬度约9。不溶于水，溶于硝酸和氢氟酸的混合液和王水。耐酸性强。硬度高。弹性模量大。导电度为金属的40％。化学性质稳定。低于400℃时不与氯气作用。用炭黑与钨粉加热至1400～1500℃制得。大量用作高速切削车刀、窑炉结构材料、喷气发动机部件、金属陶瓷材料、电阻发热元件等制得。 6、TiC: 分子式：TiC 沸点：4820℃ 中文名称：碳化钛 英文名称：Titanium carbide；titanium carbide 性质：灰黑色结晶。熔点约3200℃。不与盐酸作用。可由骨炭与二氧化钛在电炉中加热制得。TiC的热膨胀系数(7.4×10-6℃-1), TiC晶粒有五个滑移系，且在800℃以上呈延性; 是硬质合金的重要成分。用作金属陶瓷，具有高硬度、耐腐蚀、热稳定性好的特点。还可用来制造切削工具。在炼钢工业中用作脱氧剂。 《应用广泛的金属材料》教案 教学目标 知识与技能： 1．了解常见金属制品的金属性质，认识金属材料在生产生活中的广泛应用。 2．知道铝及其化合物的性质。 3．了解常见合金的组成，知道合金的组成，知道生铁和钢等重要合金的性能，了解形状记忆合金在高科技领域的重要应用。 4．知道金属腐蚀的危害，认识防止金属腐蚀的重要性。 5．知道各种防止金属腐蚀的方法及其原理。 过程与方法： 1、通过对铝的性质实验探究，学习探究的基本方法。 2、通过学习常见合金的组成以及它们的应用，金属防腐方法的效果和价格，使学生会运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工，思考解决问题的办法。 情感态度价值观： 1．通过了解使用铝炊具的注意事项，使学生认识到化学知识的应用价值。 2．通过了解合金和新型金属材料在改变人们的生活方式，使学生体验到材料科学发展的日新月异，从而激发学生的求知欲。 教学重点：铝及其化合物的性质；金属防腐的方法。 教学难点：铝及其氧化物的两性；金属腐蚀的原因。 课时安排：3课时 第一课时§3.1.1 金属的性质及其应用 教学过程： 第二课时§3.1.2 常见合金的组成及应用 教学目标： 1.使学生初步了解合金。 2．认识金属与合金在性能上的主要差异。 3．知道生活中常见合金的组成，了解新型合金的用途。了解易拉罐的主要成分。教学重点：认识金属与合金在性能上的主要差异。 教学方法：调查或实验、查阅资料。 教学过程： 【思考与交流】 1、什么是合金？你日常生活中的金属制品那些是合金？ 2、为什么我们使用的金属材料主要是合金？而不是纯金属？ 3、阅读P86表3-3，了解生活中常见的合金种类的主要组成元素和具体应用。 硬质合金牌号、性能及用途【完整版】 硬质合金是以一种或几种难熔碳化物（碳化钨、碳化钛等）的粉末为主要成分，加入作为粘接剂的金属粉末（钴、镍等），经粉末冶金法而制得的合金。它主要用于制造高速切削刃具和硬、韧材料切削刃具，以及制作冷作模具、量具和不受冲击、振动的高耐磨零件。 硬质合金的特点 （1）硬度、耐磨性和红硬性高 硬质合金常温下硬度可达86~93HRA，相当于69~81HRC。在900~1000℃能保持高硬度，并有优良的耐磨性。与高速工具钢相比，切削速度可高4~7倍，寿命长5~80倍，可切削硬度高达50HRC的硬质材料。 （2）强度、弹性模量高 硬质合金的抗压强度高达6000MPa，弹性模量为（4~7）×105MPa，都高于高速钢。但其抗弯强度较低，一般为1000~3000MPa。 （3）耐蚀性、抗氧化性好 一般能很好地抗大气、酸、碱等腐蚀，不易氧化。 （4）线膨胀系数小 工作时，形状尺寸稳定。 （5）成形制品不再加工、重磨 由于硬质合金硬度高并有脆性，所以粉末冶金成形烧结后不再进行切削加工或重磨，特需再加工时，只能采用电火花、线切割、电解磨削等电加工或专门的砂轮磨削。通常由硬质合金制成的一定规格的制品，采用钎焊、粘接或机械装夹在刀体或模具体上使用。 常用硬质合金 常用硬质合金按成分和性能特点分为三类：钨钴类、钨钛钴类、钨钛钽（铌）类。生产中应用最广泛的是钨钴类和钨钛钴类硬质合金。 （1）钨钴类硬质合金 主要成分是碳化钨（WC）和钴，牌号用代号YG（“硬”、“钴”两字汉语拼音字首），后加钴含量的百分数值表示。如YG6表示钴含量为6%的钨钴类硬质合金，碳化钨含量为94%。 （2）钨钛钴类硬质合金 主要成分是碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）及钴，牌号用代号YT（“硬”、“钛”两字汉语拼音字首），后加碳化钛含量的百分数值表示。如YT15表示碳化钛含量15%的钨钛钴类硬质合金。 （3）钨钛钽（铌）类硬质合金 这类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金，主要成分是碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）和钴组成。牌号用代号YW（“硬”、“万”两字汉语拼音字首）后加序数表示。 表①常用硬质合金的牌号及化学成分 1铝的基本特性与应用范围 铝是元素周期表中第三周期主族元素，原子序数为13，原子量为26.9815。 铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性，如密度小，仅为2.7 g / cm3，约为铜或钢的1/3；良好的耐蚀性和耐候性；良好的塑性和加工性能；良好的导热性和导电性；良好的耐低温性能，对光热电波的反射率高、表面性能好；无磁性；基本无毒；有吸音性；耐酸性好；抗核辐射性能好；弹性系数小；良好的力学性能；优良的铸造性能和焊接性能；良好的抗撞击性。此外，铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性以及表面处理性能等也比较好。因此，铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、能源动力、冶金化工、农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得了十分广泛的应用，下表列出了铝的基本特性及主要应用领域。 铝的基本特性及主要应用领域 3 变形铝合金分类、牌号和状态表示法 3. 1变形铝合金的分类 变形铝合金的分类方法很多，目前，世界上绝大部分国家通常按以下三种方法进行分类。 ⑴按合金状态图及热处理特点分为可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金两大类。不可热处理强化铝合金（如：纯铝、Al-Mn、Al-Mg、Al-Si系合金）和可热处理强化铝合金（如：Al-Mg-Si、Al-Cu、Al-Zn-Mg 系合金）。 ⑵按合金性能和用途可分为：工业纯铝、光辉铝合金、切削铝合金、耐热铝合金、低强度铝合金、中强度铝合金、高强度铝合金（硬铝）、超高强度铝合金（超硬铝）、锻造铝合金及特殊铝合金等。 ⑶按合金中所含主要元素成分可分为：工业纯铝（1×××系），Al-Cu合金（2×××系），Al-Mn合金（3×××系），Al-Si合金（4×××系），AL-Mg合金（5×××系），Al-Mg-Si合金（6×××系），Al-Zn-Mg合金（7×××系），Al-其它元素合金（8×××系）及备用合金组（9×××系）。 这三种分类方法各有特点，有时相互交叉，相互补充。在工业生产中，大多数国家按第三种方法，即按合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。这种分类方法能较本质的反映合金的基本性能，也便于编码、记忆和计算机管理。我国目前也采用4位数码法分类。 3. 2中国变形铝合金的牌号表示法 根据GB/T16474 —1996“变形铝及铝合金牌号表示方法”，凡化学成分与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织（简称国际牌号注册组织）命名的合金相同的所有合金，其牌号直接采用国际四位数字体系牌号， 1H411011常用金属材料的类型及应用 金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。机电工程常用的金属材料主要是制造各种大型金属构件的用钢，如建筑、机电、冶金、石化、电力以及锅炉压力容器、压力管道等工程的用钢。本条主要知识点是：黑色金属材料的类型及应用；有色金属材料的类型及应用。 一、黑色金属材料的类型及应用 (一）碳素结构钢 1. 碳素结构钢的分级。碳素结构钢又称为普碳钢，在国家标准《碳素结构钢》GB/T700-2006中，按照碳素结构钢屈服强度的下限值将其分为四个级别，其钢号对 应为Q195、Q215、Q235和Q275,其中Q代表屈服强度，数字为屈服强度的下限值，数字后面标注的字母A、B、C、D表示钢材质量等级，即硫、磷质量分数不同，A级钢中硫、磷含量最高，D级钢中硫、磷含量最低。 2. 碳素结构钢的特性及用途 (1) Q195、Q215、Q235A和Q235B塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等；Q235C、Q235D可用于重要的焊接件；Q235和Q275强度较高，通常轧制成型钢、钢板作构件用。 (2) 碳素结构钢具有良好的塑性和韧性，易于成型和焊接，常以热轧态供货，一般不再进行热处理，能够满足一般工程构件 的要求，所以使用极为广泛。 例如，Q235含碳量适中，具有良好的塑性、韧性、焊接性能、冷加工性能，大量生产钢板、型钢、钢筋，用以建造高压输电铁塔、桥梁、厂房屋架等，其中C、D级钢含硫、磷量低，相当于优质碳素钢，适用于制造对可焊性及韧性要求较高的工程结构机械零部件，如机座、支架、受力不大的拉杆、连杆、轴等。 (二）低合金结构钢 1. 低合金结构钢的分级 低合金结构钢也称为低合金高强度钢，按照国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008,根据屈服强度划分，其共 部分高温合金牌号及成分 部分特种合金牌号及成分Monel 400 相近牌号 UNS Trademark W.Nr N04400Monel400 2.4360 Monel 400 的化学成分: Monel 400 的物理性能: 在常温下合金的机械性能的最小值: Monel 400 Monel 400特性： Monel400是一种用量最大、用途最广、综合性能极佳的耐蚀合金。此合金在氢氟酸和氟气介质中具有优异的耐蚀性，对热浓碱液也有优良的耐蚀性。同时还耐中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等的腐蚀。该合金的一个重要特征是一般不产生应力腐蚀裂纹，切削性能良好。 Monel 400 的金相结构: Monel400合金的组织为高强度的单相固溶体。 Monel 400 的耐腐蚀性: Monel400合金在氟气、盐酸、硫酸、氢氟酸以及它们的派生物中有极优秀的耐蚀性。同时在海水中比铜基合金更具耐蚀性。酸介质：Monel400在浓度小于85%的硫酸中都是耐蚀的。Monel400是可耐氢氟酸中为数极少的重要材料之一。水腐蚀：Monel400合金在多数水腐蚀情况下，不仅耐蚀性极佳，而且孔蚀、应力腐蚀等也很少发现，腐蚀速度小于0.025mm/a。高温腐蚀：Monel400在空气中连续工作的最高温度一般在600℃左右，在高温蒸汽中，腐蚀速度小于0.026mm/a。氨：由于Monel400合金镍含量高，故可耐585℃以下无水氨和氨化条件下的腐蚀。 Monel 400 应用领域： Monel400合金是一种多用途的材料，在许多工业领域都能应用： 1.动力工厂中的无缝输水管、蒸汽管 2.海水交换器和蒸发器 3.硫酸和盐酸环境 4.原油蒸馏 5.在海水使用设备的泵轴和螺旋桨 6.核工业用于制造铀提炼和同位素分离的设备 7.制造生产盐酸设备使用的泵和阀 Monel K500 相近牌号 UNS Trademark N05500MonelK500 Monel K500 的化学成分: 常州市天志金属材料有限公司 一、GH4169 概述 GH4169合金是以体心四方的γ"和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金，在-253～700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位,并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业中，在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。 该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程，就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、圆饼、环件、板、带、丝、管等。可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。 1.1 GH4169 材料牌号 GH4169(GH169) 1.2 GH4169 相近牌号 Inconel 718(美国),NC19FeNb(法国) 1.3 GH4169 材料的技术标准 GJB 2612-1996 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 HB 6702-1993 《WZ8系列用GH4169合金棒材》 GJB 3165 《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》 GJB 1952 《航空用高温合金冷轧薄板规范》 GJB 1953《航空发动机转动件用高温合金热轧棒材规范》 GJB 2612 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3317《航空用高温合金热轧板材规范》 GJB 2297 《航空用高温合金冷拔（轧）无缝管规范》 GJB 3020 《航空用高温合金环坯规范》 GJB 3167 《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3318 《航空用高温合金冷轧带材规范》 GJB 2611《航空用高温合金冷拉棒材规范》 YB/T5247 《焊接用高温合金冷拉丝》 YB/T5249 《冷镦用高温合金冷拉丝》 YB/T5245 《普通承力件用高温合金热轧和锻制棒材》 GB/T14993《转动部件用高温合金热轧棒材》 GB/T14994 《高温合金冷拉棒材》 GB/T14995 《高温合金热轧板》 GB/T14996 《高温合金冷轧薄板》 GB/T14997 《高温合金锻制圆饼》 GB/T14998 《高温合金坯件毛坏》 GB/T14992 《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》 HB 5199《航空用高温合金冷轧薄板》 HB 5198 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 5189 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 6072 《WZ8系列用GH4169合金棒材》 第二节金属材料第1课时常见的合金及应用学案 [核心素养发展目标] 1.能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能，培养宏观辨识与微观探析的能力。 2.能列举常见合金的组成和性能，能科学、合理的选择和使用金属材料，培养学生的科学态度和社会责任感。 知识梳理 一、铁合金 1．合金 2. 铁合金 不锈钢是一种重要的合金钢，合金元素主要是铬和镍，在大气中比较稳定，不易生锈，抗腐蚀能力强，常用于制造医疗器材、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。 (1)合金一定是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物() (2)生铁的熔点比纯铁低，但机械强度和硬度比纯铁高() (3)青铜比纯铜的硬度低() (4)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同() (5)地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金() 答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√ 1．改进合金性能的常用措施有哪些？ 提示合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。 2．合金比成分金属的硬度大，原因是什么？ 提示纯金属所有原子的大小和形状相同，原子排列十分规整；加入或大或小的其他元素的原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金硬度变大。 3．已知铜的熔点为1 083 ℃，钠的沸点为883 ℃，试问铜与钠能否形成合金？ 提示不能。当铜开始熔化时，钠已经气化，所以二者不能形成合金。 二、铝和铝合金 1．铝、氧化铝的性质 (1)铝、氧化铝与稀盐酸反应 铝片逐渐溶解，有无色气泡冒出，将点燃的木条放在试管口有爆鸣(2)铝、氧化铝与NaOH溶液反应 试管①中一开始无气泡产生，一段时间后，铝片溶解，有无色气泡冒 (3)实验结论： ①铝既能与稀盐酸反应又能与NaOH溶液反应，都生成盐和氢气。 ②氧化铝既能与稀盐酸反应又能与NaOH溶液反应，都生成盐和水。 (4)两性氧化物、两性氢氧化物的概念 ①两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，如Al2O3。 江苏省技工学校教案首页 课题：第八章有色金属及硬质合金 教学目的、要求：了解铜铝及其合金的编号、性能及用途。了解轴承合金的编号、性能及主要用途。 掌握常用硬质合金的编号、性能及主要用途。 教学重点、难点：常用硬质合金的编号、性能及主要用途 授课方法：讲授法 教学参考及教具（含电教设备）：教参、教具 授课执行情况及分析：2课时 结合实际生产应用来讲解，效果较好 板书设计或授课提纲 第八章有色金属及硬质合金 §8一l铜及其合金 §8—2铝及铝合金 §8—3轴承合金 §8—4硬质合金 【导入】 复习1．铸铁的分类。 2．铸铁的石墨化。 【新授】 第八章有色金属及硬质合金 常用的有色金属有铜及其合金、铝及其合金、钛及其合金和轴承合金等。 §8一l铜及其合金 一、铜 纯铜呈紫红色，故又称为紫铜。 铜加工产品按化学成分不同可分为纯铜材和无氧铜两类，表9-1为铜加工产品的牌号、化学成分和用途。 二、铜合金 工业上广泛采用的是铜合金。常用的铜合金可分为黄铜、青铜和白铜三类。 1．黄铜 黄铜是以锌为主加元素的铜合金。按照化学成分的不同黄铜可分为普通黄铜和 特殊黄铜。 (1)普通黄铜普通黄铜又分为单相黄铜和双相黄铜两类： (2)单相黄铜塑性很好，适于冷、热变形加工。双相黄铜强度高，热状态下塑性良好， 故适 于热变形加工。 普通黄铜的牌号用“H”+数字表示。其中“H”表示普通黄铜的“黄”字汉语拼音字母的字头。数字表示平均含铜量的百分数。表9-2给出了常用黄铜的牌号、化学成分、力学性能和用途。 铸造黄铜的代号表示方法由“ZCu+主加元素的元素符号＋主加元素的含量＋其他加人元素的元素符号及含量组成。例如ZCuZn38，ZCuZn40Mn2等。 (2)特殊黄铜在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的合金，称为特殊黄铜。 2．青铜 除了黄铜和白铜(铜和镍的合金)外，所有的铜基合金都称为青铜。按主加元素种类的不同，青铜可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。 青铜的代号由“Q”+主加元素的元素符号及含量+其他加入元素的含量组成，其中“Q”表示青铜的“青”字汉语拼音字母的字头。例如QSn4—3表示含锡4％，含锌3％，其余为铜的锡青铜。QAl7表示含铝7％，其余为铜的铝青铜。铸造青铜的牌号表示方法和铸造黄铜的牌号表示方法相同。 (1)锡青铜锡能溶于铜形成口固溶体，但比锌在铜中的溶解度小得多(小于14％)。由于锡青铜在生产条件下不易得到平衡状态。 (2)铝青铜通常铝青铜的含铝量为5％～12％。铝青铜比黄铜和锡青铜具有更好的耐蚀性、耐磨性和耐热性，并具有更好的力学性能，还可以进行淬火和回火以进一步强化其性能．常用来铸造承受萤载、耐蚀和耐磨的零件。 (3)镀青铜常用铍青铜的含铍量为1．7％～2．5％。铍在铜中的溶解度随温度的增加而 课题1金属材料常用合金相关知识 (1)钢铁 钢铁是铁与C、Si、Mn、P、S以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 按含碳量不同，铁碳合金分为钢与生铁两大类，钢是含碳量为 0.03％～2％的铁碳合金。碳钢是最常用的普通钢，冶炼方便、加工容易、价格低廉，而且在多数情况下能满足使用要求，所以应用十分普遍。按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随含碳量升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。合金钢又叫特种钢，在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素，使钢的组织结构和性能发生变化，从而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性，等等。经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。我国合金钢的资源相当丰富，除Cr、Co不足，Mn品位较低外，W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。21世纪初，合金钢在钢的总产量中的比例将有大幅度增长。 含碳量2％～4.3％的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆，但耐压耐磨。根据生铁中碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白C形态分布，断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加口铁中碳以Fe 3 工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁，断口呈银灰色，易切削，易铸，耐磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁，如加入Cr，耐磨性可大幅度提高，在特种条件下有十分重要的应用。 (2)铝合金 铝是分布较广的元素，在地壳中含量仅次于氧和硅，是金属中含量最高的。纯铝密度较低，为2.7g/cm3，有良好的导热、导电性(仅次于Au、Ag、Cu)，延展性好、塑性高，可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼，在空气中迅速氧化形成一层致密、牢固的氧化膜，因而具有良好的耐蚀性。但纯铝的强度低，只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。 铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg形成的Al －Mn、Al－Mg合金具有很好的耐蚀性，良好的塑性和较高的强度，称为防锈铝合金，用于制造油箱、容器、管道、铆钉等。硬铝合金的强度较防锈铝合金高，但防蚀性能有所下降，这类合金有Al－Cu－Mg系和Al －Cu－Mg－Zn系。新近开发的高强度硬铝，强度进一步提高，而密度比普通硬铝减小15％，且能挤压成型，可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al－Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。 目前高强度铝合金广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等，可增加它们的载重量以及提高运行速度，并具有抗海水侵蚀，避磁性等特点。 (3)铜合金 纯铜呈紫红色，故又称紫铜，有极好的导热、导电性，其导电性仅次于银而居金属的第二位。铜具有优良的化学稳定性和耐蚀性能，是优良的电工用金属材料。 工业中广泛使用的铜合金有黄铜、青铜和白铜等。 Cu与Zu的合金称黄铜，其中Cu占60％～90％、Zn 占40％～10％，有优良的导热性和耐腐蚀性，可用作各种仪器零件。再如在黄铜中加入少量Sn，称为海军黄铜，具有很好的抗海水腐蚀的能力。在黄铜中加入少量的有润滑作用的Pb，可用作滑动轴承材料。 青铜是人类使用历史最久的金属材料，它是Cu－Sn合金。锡的加入明显地提高了铜的强度，并使其塑性得到改善，抗腐蚀性增强，因此锡青铜常用于制造齿轮等耐磨零部件和耐蚀配件。Sn较贵，目前已大量用 中、美常用铝合金牌号对照表 中国 CHINA 美国 THE UNITED STATES L1-L6 、 L5-1 1070 、1060 、 1050 、 1030 、 1100 LY11 、 LY12 、 LY1 2017 、 2024 、 2117 LD10 、 LD5 2014 、 2214 LD7 2618 LD9 、 LD8 2018 、 2218 LY16 、 LY17 2219 、 2021 LF21 3003 LF2 、 LF3 、 LF4 5052 、 5154 、 5083 LF5 、 LF11 、 LF6 、 LF5-1 5456 、 5056 LD2 、 LD2-1 、 LD2-2 、 LD30 、 LD316165 、 6061 、 6055 、 6063 LC6 、 LC4 、 LC9 7001 、 7178 、 7075 LC5 、 LC10 7076 、 7175 、 7079 LD11 4032 中国铝合金新旧牌号对照表（GB/T3190-1996） 新牌号 旧牌号 新牌号旧牌号新牌号旧牌号 1A99 原LG5 2B12 原LY9 3003 － 1A97 原LG4 2A13 原LY13 3103 － 1A95 － 2A14 原LD10 3004 － 1A93 原LG3 2A16 原LY16 3005 － 1A90 原LG2 2B16 曾用Ly16-1 3105 － 1A85 原LG1 2A17 原LY17 4A01 原LT1 1080 － 2A20 曾用LY20 4A11 原LD11 1080A － 2A21 曾用214 4A13 原LT13 1070 － 2A25 曾用225 4A17 原LT17 1070A 代L1 2A49 曾用149 4004 － 1370 － 2A50 原LD5 4032 － 1060 代L2 2B50 原LD6 4043 － 1050 － 2A70 原LD7 4043A － 1050A 代L3 2B70 曾用LD7－1 4047 － 1A50 原LB2 2A80 原LD8 4047A － 1350 － 2A90 原LD9 5A01 曾用2101、LF15 1145 － 2004 － 5A02 原LF2 合金概述 合金，是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。但合金可能只含有一种金属元素，如钢。（钢，是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.00%之间的铁合金的统称） 合金的性能： 1、硬度较大 合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难。受外力挤压，打击时，不容易变形。因此，在一般情况下，合金比纯金属硬度大。 2、熔点一般比各成分金属低 在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整。而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比各成分金属低。 3、一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，合金具有良好的物理，化学的性能。 合金的导电性和导热性低于任一组分金属。利用合金的这一特性，可以制造高电阻和高热阻材料。还可制造有特殊性能的材料。有的抗腐蚀能力强(如不锈钢)如在铁中掺入15%铬和9%镍得到一种耐腐蚀的不锈钢，适用于化学工业。 4、合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。 合金的生成常会改善元素单质的性质，例如，钢的强度大于其主要组成元素铁。合金的物理性质，例如密度、反应性、杨氏模量、导电性和导热性可能与合金的组成元素尚有类似之处，但是合金的抗拉强度和抗剪强度却通常与组成元素的性质有很大不同。这是由于合金与单质中的原子排列有很大差异。 合金类型 根据合金中含量较大的主要金属的名称而分类称作某某合金,如铜含量高的为铜合金,其性能主要保持铜的性能。 （1）混合物合金（共熔混合物）当液态合金凝固时，构成合金的各组分分别结晶而成的合金，如焊锡、铋镉合金等； （2）固熔体合金，当液态合金凝固时形成固溶体的合金，如金银合金等； （3）金属互化物合金，各组分相互形成化合物的合金，如铜、锌组成的黄铜（β-黄铜、γ-黄铜和ε-黄铜）等； 常见合金：不锈钢（铁+铬、镍）、黄铜（铜+锌）、青铜（铜+锡）、白铜、焊锡、 硬铝、18K黄金、18K白金，钢（铁+碳或铁+碳及其他金属）、铝合金（铝+镁、铜、锰、硅）、铜合金、锌合金、铅锡合金等 特种合金： 耐蚀合金 金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，称金属的耐蚀性。纯金属中耐 常用的硬质合金 ① 钨钴类硬质合金（YG）它由碳化钨和钴构成。其硬度为89～91.5HRA，耐热性为800～900 ℃，主要用于加工铸铁、有色金属及其合金，以及非金属材料和含钛的不锈钢等工件材料。常用的牌号有 YG3、YG6、YG8等，G后面的数字为 Co 的百分含量。硬质合金中含钴量越多，韧性越好，适合于粗加工，含钴量少者用于精加工。 ② 钨钛钴类硬质合金（YT）它是由碳化钨、碳化钛和钴构成，其硬度为89.5～92.5HRA，耐热性为900～1000 ℃。常用的牌号有 YT5、YT14、YT15、YT30，T后面的数字为 TiC 的百分含量。当TiC的含量较多、Co的含量较少时，硬度和耐磨性提高，但抗弯强度有所下降。主要用于加工塑性材料，(如A3钢、20号钢、45号钢等)但它不适合加工含Ti 元素的不锈钢，因为两者的Ti元素亲和作用较强，会发生严重的粘结，使刀具磨损加剧。 ③ 钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）它是由碳化钨、碳化钽（碳化铌）和钴构成，有较高的常温硬度和耐磨性，同时能细化晶粒，也可提高高温硬度、高温强度和抗氧化能力。常用的牌号有 YA6，适合于对冷硬铸铁、有色金属及其合金进行半精加工，也可对高锰钢、淬火钢等材料进行精加工和半精加工。 ④ 钨钛钽（铌）钴类硬质合金YW）它是由碳化钨、碳化钛、钴以及加入少量碳化钽或碳化铌构成。其抗弯强度、韧性、抗氧化能力、耐热性和高温硬度都有很大的提高。是一种既能加工钢材，又能加工铸铁、有色金属及其合金，通用性能好的刀具材料，常用的牌号有 YW1、YW2。 ⑤ 碳化钛基硬质合金（YN）它是由碳化钛、镍和钼构成。它的硬度高（ 92.5HRA），具有较高的抗氧化能力、较高的耐磨性、耐热性（1100 ℃ ～1300 ℃）和抗月牙洼磨损能力。主要用于碳钢、合金钢、工具钢、淬火钢等连续切削的精加工，常用的牌号有YN10。 3）其它刀具材料 ① 陶瓷陶瓷刀具材料是以人造的化合物为原料，在高压下成形和在高温下烧结而成的，硬度为91～95HRA，耐热性高达1200 ℃以上，化学稳定性好，与金属的亲和力小，与硬质合金相比切削速度可提高 3～5倍。但其最大的弱点是抗弯强度低，冲击韧性差，因此主要用于钢、铸铁、有色金属等材料的精加工和半精加工。常用的陶瓷刀具材料有：高纯氧化铝陶瓷、复合氧化铝陶瓷和复合氮化硅陶瓷等。 ② 金刚石金刚石分天然和人造两种，都是碳的同素异形体。天然金刚石由于价格昂贵用得很少。人造金刚石是在高温高压条件下，由石墨转化而成。是目前已知的最硬质合金
常见合金的组成及应用
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《应用广泛的金属材料》教案3
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1H411011常用金属材料的类型及应用
部分高温合金牌号及成分
高温合金GH4169
第二节 金属材料第1课时 常见的合金及应用学案
第八章有色金属及硬质合金
常用合金相关知识
铝合金牌号对照表
合金概述
常用的硬质合金