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有色金属及热处理第一章绪论一、材料科学的发展二、金属材料发展的性能需求三、金属的分类四、有色金属及其合金的热处理概论五、选材原则六、铸造合金与变形合金的差别一、材料科学发展哥伦比亚号航天飞机材料是指人类用以制造各种有用器件的物质。材料是人类生产和生活所必须的物质基础。手锤锉刀“神舟”四号飞船成功返回国产涡喷-7涡轮喷气发动机石器铁器象形尊(西周)•石器时代•青铜器时代•铁器时代材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。材料的发展与人类社会简图二、金属材料发展的性能需求•高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀、轻、特殊的物理性能、新的加工工艺。粉末高温合金盘大尺寸高强度砂型铸件三、金属的分类•分为两大类：黑色金属及有色金属•黑色金属:钢铁、铬、锰•有色金属：除黑色金属以外的所有金属，均属有色金属，也称非黑金属。A-100钢热挤压管NdFeB磁性材料合金锭•有色金属的分类a.比重＜3.5称为轻有色金属（铝、镁、铍、锂等）b.比重＞3.5称为重有色金属（钛、铜、铅、锌、镍等）c.钛、钨、钼、钒、锆等称为稀有金属d.金、银、铂等称为贵金属e.天然放射性的镭、铀、钍等称为放射性金属f.如硅、硼、硒、碲、砷称为半金属（半导体）.•有色金属及合金的应用•航空及航天（飞机等）、新能源、国防科技、表面工程业（表面钣锌等）、电气工程业、机械及轻工业（如机械加工中线切割Mo丝）等，应用很广泛。•合金钢的生产离不开有色金属•航空航天工业必不可少的基础材料和重要战略物资例：A380：铝合金（61%）钛合金（10%）波音787：铝合金（20%）钛合金（15%）C-17军用运输机：铝合金（69.3%）钛合金（10.3%）•有色金属及合金的应用钛合金盘储氢合金锭（AB5型稀土镍系）钛合金假肢部件导弹用钛合金铸件四、有色金属及其合金的热处理概论•热处理：材料加热、保温、冷却.•热处理主要作用和目的：（1）改善工艺性能，保证后道工序顺利进行.如退火改善冷热加工性能（2）提高使用性能，充分发挥材料潜力.如LY12、淬火时效处理后，бb196MPa↑490MPa.钛合金真空热处理炉四、有色金属及其合金的热处理概论•常用有退火、固溶处理及时效，形变热处理也有应用，化学热处理应用较少。①退火：工件加热，保温，缓慢速度冷却.•目的：消除残余应力、成分偏析、组织不稳定等，↑工艺和使用性能.•退火分为：去应力退火，再结晶退火，均匀化退火，重结晶退火。去应力退火：工件T再加热，保温后缓冷.消除残余应力，↑组织及力学稳定性.再结晶退火：工件T再以上，保温后缓冷.细化晶粒、充分消除内应力，↓硬度、↑塑性.均匀化退火：加热到接近Tm，保温后缓冷.消除偏析、不平衡共晶体等缺陷，↑强度、硬度及抗蚀性.重结晶退火：加热到状态图固相线以下，保温（相变）后缓冷.铸态金属组织细化、消除内应力、↑塑性.四、有色金属及其合金的热处理概论四、有色金属及其合金的热处理概论去应力退火、再结晶退火和均匀化退火规范②固溶强化（淬火）：加热到第二相最大限度的融入固溶体的T，保温后快冷，防止第二相析出，获得过饱和固溶体.条件：第二相在基本相中的固溶度随T↓而↓↓的合金.目的：高温固溶体组织固定到室温，获得过饱和固溶体，以时效强化.四、有色金属及其合金的热处理概论铝-铁合金铝-硅合金四、有色金属及其合金的热处理概论固溶处理后，塑性和抗蚀性↑，强化变化不一.③时效：淬火后不稳定组织，分解和析出过剩溶质原子（第二相形式）的自发趋势.自然时效：室温下进行的过饱和固溶体的分解.人工时效（回火）：加热到一定的T（远淬火T），使固溶体分解加速.目的：↑强度、硬度，稳定组织等.四、有色金属及其合金的热处理概论时间、温度对合金时效硬化效果的影响不同温度下时效时间与合金硬度的关系④形变热处理：将塑性变形和热作用结合起来的热处理.•塑性变形的变形强化+热处理时的相变强化单一基本热处理或变形的性能.四、有色金属及其合金的热处理概论⑤化学热处理：将热处理作用和化学作用有机的结合起来的热处理.•目的：改善材料的表面性能，如↑表面硬度、耐磨性和耐蚀性等.四、有色金属及其合金的热处理概论•先进热处理技术：氮基保护气氛热处理、齿轮可控气氛渗碳、氮基可控气氛渗碳及计算机仿真控制、真空渗碳、脉冲软氮化、深氮化硬化、真空热处理、真空高压气淬热处理、真空精密磁场热处理技术.四、有色金属及其合金的热处理概论双室真空渗碳炉真空渗碳淬火炉精密多功能气体渗氮炉五、选材原则•满足性能指标，良好的综合力学性能•良好的耐蚀性能•良好的工艺性•经济性•材料资源问题，战略需要六、铸造合金与变形合金的差别铸造合金各种合金变形合金不可热处理强化可热处理强化成分变形→D铸造D→组织固溶体+或少量第二相共晶体为主，组织粗大性能强度、塑性耐热性∨∧强度、塑性耐热性有色金属合金分类示意图