其它有色金属课件

1、特殊有色金属和合金概述钛及钛合金锆及锆合金钽钨镁及镁合金1、概述除了钢、铝、铜和镍材料之外，还有一组金属(特殊金属)，具有特殊的特性，它们在不同的应用领域中有特殊的意义。属于此类的，就是钛(Ti)、锆(Zr)、钼(Mo)、镁(Mg)、钽(Ta)和钨(Wo)。从焊接技术工艺方面来看，由于对大气行明显地吸收倾向，而决定了焊接方法以及焊接工艺操作过程。因此，W1G、WP、EB、Lb，爆炸复合和电阻焊都受到了特别地应用。2、钛及钛合金概况焊接特点1）概况（1）如密度小(约为钢的60)，强度高(工业纯钛b=350450MPa、 钛合金b= 800900MPa)（2）优良的高温和低温性能(可在253500

2、使用)（3）优异的耐腐蚀性(超过0Crl9Nil3M03奥氏体不锈钢，可耐海水、大多数酸、碱和盐等介质的腐蚀)（4）无磁性（5）用途用它制成的设备可用于制酸工业(硝酸、硫酸、盐酸磷酸、醋酸等)制碱工业(纯碱、氨联碱、氯碱等)、化肥工业(尿素、硝铵、磷酸铵等)、石油化工业(乙醛、聚氯乙烯等)、海洋工程、航空航天等各行业它可加工成铸件、锻件、管材、板材等各种形状，切削加工性能良好国内已提出“开发钛技术，推广应用钛设备”的呼吁(1)稳定剂(A1、Sn) 提高的转变温度，大量溶于 ，略溶于。(2)同晶的稳定剂(Mo、Ni、V、Ta) 降低转变温度，无限溶于中，略溶于 。(3)形成共析体的稳定剂(Fe、

3、Cr、Mn、Cu、Ni、W) 降低的转变温度。在中比在中溶解度大，在一定浓度和温度下与Ti形成金属化合物。(4)中性强化剂(Zr、H) 对相变温度影响小，无限溶于或中。 在工业用钛合金中，大量使用的合金元素是A1、Sn、V、Mo、Mn、Cr、Fe和Zr，而Fe、Si、C、N、H、O则作为杂质元素。8）Ti与Ti合金的热处理2）焊接特点钛及钛合金的焊接性与其物理化学性能密切相关，关键的问题是：高温时钛的高活性易受空气污染，加热时晶粒长大倾向严重，焊接接头冷却时可能形成脆性相。 1)钛的熔点高达166810 ，比焊接钢需要更多的能量。 2)钛的化学性活泼，与和O和H的作用比钢大的多，在600以上就

4、急剧化合。1000就大量吸收H和C，溶H能力比钢大几万倍，进而生成氢化钛，使韧性急剧下降。气体杂质增大了冷裂纹和延迟裂纹的倾向，增大缺口敏感性。因此焊接用氩气纯度应不低于99.99，湿度0.039，焊丝0.0023)Tl的传热系数是钢的二分之一，使HAZ极易过热，在882发生的转变，温度再高，晶粒则急剧跳跃式长大，性能明显恶化，所以要严格控制温度，特别要控制焊接循环中的高温停留时间。 因此钛焊缝中规定杂质限量(质量分数，)为：0.12-0.1502、0.03-0.04N2和0.01-0.015H2。 4）焊接钛时没有热裂纹及晶间裂纹问题，但存在气孔问题，尤其是+合金。增加层焊中焊道量或增加热输

5、入都使气孔量增加。 5）选择焊接方法主要看焊接区和接头冷却时保护措施的可靠程度。一般焊接钛合金要保证焊缝金属高温停留时间最短和冷却速度最大。但焊接高强度钛合金时，为避免近缝区脆性。最好采用缓慢冷却的焊接工艺。已经使用过的熔焊方法有钨极氩弧焊、熔化极氩埋弧焊、电渣焊、电子束焊和等离子焊。就氩弧焊而言，气体保护比焊钢时的要求高得多主要在氩的纯度、流量和增加保护拖罩上。设备特点：电阻压力焊机：单相焊机电子束焊机：工作仓真空压力510-4HPa钨极惰性气体保护焊机6）钛焊缝质量的判别 钛焊缝的质量在很大程度上与保护有关，而钛焊缝表面的颜色又提供了保护好坏的依据(见下表)。因此除了按技术条件规定的检验方

6、法外，通过钛焊缝表面的颜色可以作出焊缝质量的判别。3、锆及锆合金概述特征焊接特点2）特征成分和性能晶体结构（1）成分和性能在元素周期表中锆与钛同属族副族金属，它的密度为6.55103Kgm3，比钢略轻；熔点185515；线膨胀系数较低，仅为6.8 10-6/ ；。 锆及锆合金在400以下加热时，开始吸收空气中的氧、氮、氢等气体，从而引起锆的脆化和耐高温、高压水腐蚀性能的降低。在碱液中锆的耐蚀性胜于钛及不锈钢，因此可用作化工装置中的衬里设备。除氢氟酸、浓硫酸、热浓磷酸以外的多数酸液对锆均不受浸蚀，由稳定的氧化膜保护锆内部金属免受氧化，但当温度超过850，氧化膜迅速被分解。 锆及锆合金置于400的

7、CO或C02气体介质中，就会与其发生反应，温度升至800，反应急剧增强。锆中加入锡、铁、铬等元素，耐蚀稳定性提高。锡提高的转变温度；而铁、镍、铬与之相反，降低转变温度。锆合金不存在随着温度的下降而产生从塑性到脆性变化的临界温度。 锆锡合金，在862以下。晶格是很稳定的。含锡质量分数为1.21.7的ZrSn1.40.1合金对耐高温水的腐蚀性能比纯锆优良。经40冷加工的锆板，抗拉强度可以从343MPa增至539MPa。3)焊接特点锆及锆合金的化学活性很强，它们很易与空气中的氧、氮等气体发生反应。焊缝金属中的含氧量增至05时，即生成脆性的化合物，焊接接头的塑性显著降低，强度增高，并使耐高温、高压水的

8、腐蚀性能下降，以致影响到整个焊接结构的服役期限基于锆在高温下易氧化的特点，必须采用能量集中的焊接热源，以提高焊接接头的加热及冷却速度，有利于缩短过热区金属在高温下的停留时间在焊件冷却过程中热影响区金属有可能析出复杂的金属间化合物，如Zr(Fe、Cr)2和Zr2Fe氧化物、氮化物等，这些脆性析出物将导致焊缝及热影响区金属的强化，而塑性显著降低，为此在焊接：工艺上应采取一些措施，使焊缝金属避免受到污染。 为防止锆焊接接头的脆化及改善其耐蚀性，在焊丝中往往加入锡、铁、镍、铬、铌等合金元素。焊缝金属中存在一定量的氮，将降低锆焊接接头在水和蒸汽中的腐蚀稳定性，但对该接头施以焊后退火(570)处理，则耐蚀

9、性有所改善。若在焊缝、热影响区出现淬硬组织，则会影响到接头的耐蚀性。由于焊缝金属晶界上弥散析出的小颗粒第二相沉淀物是不连续的，所以焊缝的腐蚀速度比热影响区要小。 热影响区组织是片状的晶粒，腐蚀介质往往会沿着热影响区的原晶界和，片间侵入，使连续分布在晶界和片间的ZrFe(Cr)沉淀物优先发生腐蚀，并导致锆晶粒的剥落现象。锆基体金属中的含碳量大于01时，便形成锆的碳化物，在该碳化物微区优先发生局部腐蚀，并进一步扩大，促使整个锆合金焊接接头发生快速腐蚀。所以，焊前应将坡口及其两侧表面上的油脂等污物清除干净，防止任何有机物浸入焊缝。 随着焊缝金属中碳含量的增加，气孔缺陷的形成机率增大。4、钽1）化学性

10、质：钽对大多数无机酸、无机盐、碱溶液和有机试剂的耐蚀性能良好。但在氢氟酸与硝酸的混合液中能迅速溶解。金属钽能吸收个别气体，如氧、氢、氮、含痰气体、含卤气体、三氧化硫等气体，并形成相应的固容体或化合物。2）钽的应用电子工业硬质合金 化学工业 高温材料 （1）电子工业钽电容具有体积小，可靠性高、工作温度范围大、绝缘电阻大抗震性能好、使用寿命长等优点。钽也用于制作电子管，如用作电子管阳极、栅极和阴极材料。在800下，一个体积的钽可以吸收740个体积的气体，所以钽也可以做真空仪器和真空管的吸气材料。 （2）硬质合金硬质合金对钽的需求量一般占市场用钽总量的20%左右。一般切削工具在快速切削金属时温度剧升

11、，一致金属削片熔焊在刀具上，使刀具边缘脱落、折断，而用以碳化钽为基的硬质合金制成的刀具就可以避免以上不足。（3）化学工业钽在150以下耐化学腐蚀的能力很强。钽主要用于化工设备的内衬材料。钽还用于喷丝头生产塑料纤维，这种喷头要求坚固、耐磨、耐腐蚀，而且小孔在用过程中完全不变。 （4）高温材料钽及其合金具有耐高温，强度高，化学稳定和加工性能好等特点，如 T a-10W用于高速飞机燃烧室。在高温技术方面，钽被用于制造高温真空炉的支撑附件、热屏蔽、加热片等，在这方面钽比钨、钼更稳定，易于加工。3）焊接特性5、钨（1）化学性质：钨在冷的、稀的或浓的硝酸中稳定：在稀或浓的盐酸、硫酸轻度侵蚀，在氢氟酸中稳定

12、。与王水冷时不作用，热时被迅速侵蚀。苛性钠水溶液稳定；在熔融的苛性钠能将钨氧化成钨酸盐。 2）应用领域在冶金工业中，碳化钨硬质合金，是一种新型超硬工具材料，被广泛用于制作切削刀具、 模具、量具、地质钻探和矿山采掘工具以及耐磨零件等。钨还应用于合金钢，是合金钢和高速工具钢的主要合金元素。有色金属和稀有金属合金中，触点合金和防辐射合金，如W-Cu、W-Ag合金兼有铜、银良好导电导热和钨耐磨的优点。 在电子和电工材料中，钨是照明和各种电子管的重要材料，在电子工业中钨有广泛的用途。金属钨加工品的主要用途，照明用的钨丝、钨杆、电子管用的发射灯丝，X射线管旋阳极、半导体装置超级支撑材料；测定装置的热电偶，

13、电阻炉用的发热体等3）焊接特性（物理特性）4）焊接方法 电子束焊 激光焊 扩散焊特种焊：高能束流焊接及扩散焊6、镁及镁合金概述性能焊接性1）概述 镁是最轻的工程结构材料之一，它的密度只有1.74Kgm3， 且镁的比强度较高(约15)镁合金具有极好的切削加工和良好的铸造性能。绝大多数镁合金可以用气焊、氩弧焊、电阻焊、钎焊等方法焊接， 目前通常采用氩弧焊方法焊接氩弧焊适用于一切镁合金的焊接，它都能得到较高的焊缝强度系数，焊接变形比气焊小，而且可不用气剂。铸件可用氩弧焊修补并能获得满意的焊接质量。镁合金在汽油、煤油、酚、醇类(甲醇除外)和其他矿物油中较为安定，在稀碱液以及氟盐的中，陛和碱性溶液，二氧

14、化硫气体和水溶液，液态和气态胺中无腐蚀倾向。若镁合金经氧化处理后涂漆，则可在长期大气条件下使用而不腐蚀。国内外飞机、导弹用的油箱、燃料箱型材，付翼、弹翼舵面、仪表舱、隔板、构架等零件已广泛采用镁合金制造。某海防型号导弹镁合金零件(MB3、MB8、ZM5等)经氧化并涂漆处理后在海洋气候条件下存放十年，经分析检查其所用的镁合金零件均未发现被腐蚀。由于有了可靠的金属防护方法， 解决了镁合金在大气中的腐蚀问题，因而显著地扩大了镁合金的使用范围。 目前国外在汽车，家庭用品、车辆部件制造中应用日趋广泛。2）性能纯镁的强度（Rm=190MPa）受力结构镁合金由于焊接结构。镁合金的镁的一般物理性能、成分和力性

15、见下表镁的一般物理性能成分和力性3）焊接特点镁及镁合金焊接时所出现的问题和铝有些类似，只是因镁比铝更易氧化，在保护上要求更加严格。粗晶问题氧化和蒸发热应力裂纹气孔(1)粗晶问题 镁的熔点低(651)，另外因镁导热快，焊接时要用大功率热源，所以焊缝及近缝区金属易产生过热和晶粒长大，这是镁合金焊接时的显著特点之一。(2)氧化和蒸发 镁的氧化性极强，在焊接高温下，易形成氧化镁(MgO)，MgO熔点高(1500)，密度大(3.2gcm3)，在熔池中易形成细小片状的固态夹渣，降低焊缝的性能，在高温下，镁还容易和空气中的氮化合生成镁的氮化物，使接头性能变坏。镁的沸点不高(1100)，因此在电弧高温下镁很易蒸发。(3)热应力 镁及镁合金热膨胀系数较大，约为钢的2倍，铝的1.2倍，所以在焊接过程中易引起较大的热应力，这会加剧裂纹的产生和引起焊件变形。 (4)裂纹 镁容易与一些合金元素(如Cu、Al、Ni等)形成低熔点共晶体(如Mg-Cu）共晶熔点为480，Mg-AI共晶熔点为430，Mg-Ni共晶熔点为508)，所以脆性温度区间较宽，易形成热裂纹。(5)气孔与焊铝一样，焊镁时易产生氢气孔，氢在镁中的溶解度也是随温度的降低而急剧减少，当氢的来源较多时，出现气孔的倾向是较大的。此外