Properties and Production of Lightweight Metals

目录

介绍
Properties of Lightweight Metals
铝和铝合金的性能
镁和镁合金的性质
钛和钛合金的特性
铍和铍合金的特性
生产轻质金属
铝和铝合金的生产
镁和镁合金的生产
生产钛和钛合金
生产铍和铍合金
Processing of Lightweight Metals
融化处理
粉末处理
热机械处理
成型
加入和组装
制造商
最近的发展

介绍

轻量级材料在运输制造业中欧洲杯足球竞彩变得越来越重要，包括飞机，汽车，重型卡车，铁路，船舶和国防制造业。

轻质金属和合金具有高强度重量比和低密度，通常由低毒性定义，而不是重金属，除了铍。轻质金属由铝，铍，钛和镁合金组成。

光金属通常用于需要轻巧和改进性能特性的材料和操作。欧洲杯足球竞彩常见应用包括化学过程，海洋，航空航天和医疗应用。

Lighter vehicles that are designed for consumers, as well as the industry and military sectors, consume less fuel and provide a better performance. In addition to carrying larger loads, lighter vehicles can travel the same distances at reduced cost and release less carbon dioxide.

Properties of Lightweight Metals

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铝和铝合金的性能

铝合金和铝合金是轻巧的金属，其特征是优异的强度，延展性和耐腐蚀性。铝是热量和电力的良好导体，也被用作钛/钢合金中的合金元件。铝合金也足智多谋。

铝比钛轻，但不那么强。铝合金具有出色的刚度和柔韧性，随着温度的降低而增加。

低于零温度，大多数铝合金在冲击强度和拉伸强度等性能上显示出略有变化。产量可能会增加，伸长率可能会略有下降。铝合金没有延性到脆性的过渡。

镁和镁合金的性质

与铝和铝合金相似，镁和镁合金是非有产金属，其特征是中等强度，良好的延展性，低密度和出色的耐腐蚀性。材料具有欧洲杯足球竞彩拉伸和其他特性，这些特性依赖于几个因素，例如条件，组成，热处理，制造细节等。

镁没有明确的屈服点，镁合金易受凹口和其他应力射击器的影响，这大大降低了其耐力极限。镁基材料具有低弹性模量，并且具欧洲杯足球竞彩有较高的单位弹性。

与熔融铝不同，熔融镁不会与刀具反应，从而导致更长的死亡寿命。同样，其降低热输入和低侵蚀减少了热疲劳的趋势。

钛和钛合金的特性

Titanium and titanium alloys have high strength-to-weight ratios, good fatigue properties, and excellent corrosion resistance. Titanium is also considered as a refractory metal, which means it is highly resistant to heat and wear. It does not corrode in chlorine or sea water, and it is one of the metals that are resistant to aqua regia.

商业上纯钛和钛合金是非磁性的。对于金属，所有钛合金的热导率都很低。温度极大地影响钛的物理特性。与商业上纯净的等级相比，合金等级主要是高强度材料，可以保留拉伸强度和证明强度至相对较高的温度。欧洲杯足球竞彩

钛合金具有出色的高周期疲劳强度，而不是其拉伸强度。韧性基于相互关联的质地，微结构，强度和组成。

铍和铍合金的特性

铍是有用的合金元素。它的特征是低密度，高刚度，高强度，结构稳定性和反射率。在特定刚性方面，金属在金属中有区别。

与常见的结构轻质金属合金（如镁，铝，钛）相比，该金属的密度是第二低的密度。与其他金属相比，铍具有较高的热导率和特异性热和因此，因此具有极佳的特异性散热。金属具有异常高的扬Young模量。

铍的密度比铝的密度低30％，而其刚度比钢的刚度高50％。金属的特异性刚度大约是复合材料的四倍，是其他合金或金属的刚性。在正常环境条件下和温度升高时，它具有耐腐蚀性。

生产轻质金属

铝和铝合金的生产

铝合金可以通过滚动，铸造，锻造，挤出和绘画来开发；然而，不同的组成比其他过程更容易借助某些过程。铝金属的热挤出非常重要，因为它允许在横截面中生产几乎任何类型的形状。

在此过程中，将预热的坯料安装在压力机容器上，并通过带有RAM的形状钢模具按压。虽然大多数铝合金可以挤出，但6000系列合金构成了大部分商业挤出，提供了最佳的速度和挤压液的最佳组合，并能够形成薄截面和具有良好表面饰面的复杂形状。

尽管挤出过程是多功能的，但它只能提供2D形状。相反，铸造允许生产复杂的3D产品。在过去的几年左右的时间里，挤出过程的开发工作提高了在重大压力应用中使用的铸件的能力。

正在使用沙子，模具铸造和永久性模具方法。该过程的选择取决于所需的铸件数量，财产，质量和财产考虑以及最终使用。早些时候，铸件不用于热处理，但是通过高级方法克服了这种限制。

镁和镁合金的生产

镁可以通过多种技术进行铸造，例如沙子铸造，永久性模具铸造，高压压碎，挤压和半固体铸造。铸造是镁的最普遍的铸造技术。

在此过程中，以较高的生产率产生了薄壁，复杂的组件，每体积熔融金属的低热量含量支持。冷室和热室机用于镁。

为了确保最佳性能，可以将较高的射速用于镁，尤其是用于薄壁的组件。真空表演是表演过程的一种变体之一，与传统的表演过程相比，可以创建具有更好性能和较低孔隙率的零件。

Semi-solid casting methods can also be used to fabricate magnesium, but using magnesium alloy granules instead of liquid magnesium. Semi-solid molding is generally used for smaller components.

在评估镁铸造的不同工艺和合金时，应考虑几项货运，以确保以较低的成本确保高质量的组件。这些因素包括工具成本，铸造后操作和最终用途应用程序。

镁铸造可以实现铝的三到四倍的死亡寿命。镁也是机器中最容易的结构金属，与其他金属的可加工性相比，它是切割工具部门的标准。

生产钛和钛合金

Kroll工艺是用于钛金属的主要生产过程。在此过程中，用氯气的原理用氯气处理，以产生四氯化钛，随后纯化并通过与钠或镁的反应，将其纯化并还原为金属钛海绵。

This titanium sponge is eventually subjected to an alloying and melting process. However, this process is laborious, making it very expensive. A method was later developed to produce high-quality titanium alloy powders, which was effective for processing this metal into commercial products.

将纯化的钛海绵转换为适合结构目的的形式涉及几个步骤。在氩气或真空环境中进行巩固到钛铸锭中。

合金元件，海绵或有时再生废料被机械压实并焊接到延伸的圆柱电极中，后来通过将电通过电力传递到铜坩埚中。该铸锭再次以类似的方式熔化，以确保合金元素的分布。

另一个合并过程是冷觉熔化，该融化是在包含铜坩埚的真空或氩气室内进行的。用氦/氩等离子火炬或多个电子梁实现加热，熔融金属通过炉膛唇过，最后进入水冷铜霉。

冷听过程适合于在炉膛底部收集的高密度污染物分离。然后通过钢设施将固结的锭进行加工成木制产品，例如板，管，杆，电线，坯料等。

生产铍和铍合金

高纯度铍氢氧化物是该元素的重要应用的输入材料，例如铍陶瓷，铜铍合金和纯铍金属制造。为了产生高纯净的铍金属，首先将氢氧化物形式溶解在双氟化铵中，然后加热至900°C，产生熔融的铍氟化物。

将氟化铍铸成霉菌后，将其与坩埚中的熔岩结合在一起，然后加热。这个过程将纯铍与镁矿渣分开，形成铍球。然后，通过在真空炉中进一步处理镁，剩下99.99％的纯铍，从而燃烧了剩余的镁。

铍球通常通过等静力压力更改为粉末，产生可用于生产纯铍金属盾牌或铍铝合金的粉末。

Processing of Lightweight Metals

Lightweight metals are processed in a variety of ways such as melt processing, powder processing, thermo-mechanical processing, forming, coatings, and joining and assembly.

融化处理

金属铸件涉及将熔融金属倒入模具或霉菌，然后冷却以巩固该组件，这是一个古老的过程，即使到了今天，也提供了减少金属结构重量的巨大潜力。有三种先进的熔体处理技术：薄壁铸造，高融合性铸造和不同的金属铸造。

Thin-wall casting is a process where several types of metals, such as aluminum and steel can be cast. However, some complications occur when working with molten metals; such as maintaining proper flow and inhibiting the metal from solidifying prior to filling the mold.

In high-integrity casting, certain products should meet unique standards, without microstructures and porosity that are present throughout the cast part.

在不同的金属铸件中，单个铸件中使用了两种或多种金属，从而提供了相当大的好处。在这里，可以施放产品，以使其部分由一种类型的金属形成，其他零件是由不同金属形成的，并采用了最需要的材料的各种特性。欧洲杯足球竞彩

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粉末处理

In this process, heat, pressure, or both are applied to the powder to create hard products with internal mixtures that confer new, valuable properties to the products. The powder is produced by melting the metal and forcing through a nozzle while subjecting it to a water spray or inert gas. This breaks the metal into small droplets, which are eventually cooled down to form a powder.

接下来，将金属粉末滚动，挤压，喷涂或按下以产生空白以进行额外的塑形或直接成形为几乎成品的组件。

热机械处理

热机械加工（TMP）可改善金属的性能，启用轻型设计和降低制造成本。TMP涉及同时控制和使用热和变形处理，以获取具有改善特性并提供更好性能的组件和材料。欧洲杯足球竞彩

TMP provides controls at each process stage. The shaping time and temperature are simultaneously controlled, together with the amount of deformation at each step of the process in addition to controlling the cooling. This process of controlled heating, forming, and cooling at each step of the process enables engineers to exploit material microstructures in many innovative ways.

TMP可以更好地控制最终产品，从而有可能消除需要额外的再加热和淬火步骤，并使生产过程的成本降低，更高效。TMP可以为铝合金，钛合金和其他金属创建新的改进特性。该过程提高了材料的强度，对断裂的抵抗力以及欧洲杯足球竞彩对疲劳引起的降解的抗性。

成型

形成涉及多种用于将金属转换为可用形式的方法。形成过程包括弯曲，挤压弯曲，制动弯曲，滚动弯曲，按绘图等。

Bending is often used to form magnesium sheet and extrusions, and the bend radius is a major factor in the bending operation.

Rubber pad forming is most conventional forming process, where a rubber pad is used to replace metal dies during metal forming; hydroforming and marforming are a variation of this process.

传统上，冲击挤压也称为挤压/反向挤出，已被用于镁合金上，可用于获取完全对称的管状部分。它可以用来制造其他技术无法制造的组件。

旋转涉及使用旋转工具来生成与守车床中的mandrel或形式块形状一致的组件；此过程是形成仅需要几个部分的产品的最经济的方法。与旋转过程类似，与形式块的形状形成流动形成，而不改变空白材料的截面厚度

所有类型的金属在高温下进行锻造；在此过程中，金属通过用各个方向敲打锤子来锻造金属，直到获得所需的形状

加入和组装

加入轻质材料（主要是金属）的方法在工程应用混合结构的开发欧洲杯足球竞彩中变得越来越重要。需要合适的连接技术来始终加入这些材料。欧洲杯足球竞彩

一些连接方法包括粘合键，机械固定和焊接。这些过程可以单独使用或组合使用单一方法来确保耐用的关节表面。加入方法具有自己的优势和缺点，最佳技术将依赖于应用程序。

粘合剂键合是一种固态连接方法，取决于工件与聚合物粘合剂之间分子间力的形成，以形成关节。机械固定使用额外的夹紧组件，而无需结合关节表面。

传统的焊接工艺，例如气体金属电弧焊接，气钨电弧焊接，淹没的电弧焊接和屏蔽的金属电弧焊接，用于在金属对金属接头中焊接不同的材料。欧洲杯足球竞彩但是，这些过程的高能量输入导致材料冶金不匹配。

新的新兴方法，例如超声波焊接，激光焊接，摩擦搅拌焊接和摩擦点焊接，被认为更可行。超声焊接是一种固态连接方法，其特征在于低能输入。

在这种方法中，通过使用适度的夹紧力施加局部高频振动能来开始合并。激光焊接补充了关节的加工和制造，这些关节很难通过其他焊接技术获得。

摩擦点连接类似于线性摩擦搅拌焊接，但是在摩擦点连接时，工具没有线性运动。该过程包括三个阶段，例如跌落，搅拌和缩回。涂层是处理轻质金属的另一种方法。

最近的发展

最近，加州大学洛杉矶分校的研究人员开发了一种新的轻质金属，其中含有镁含有浓稠的碳化硅纳米颗粒。欧洲杯猜球平台该金属具有用于移动电子，汽车，飞机等的潜力。它们还开发了一种新的可扩展制造技术，可以为超强而高性能的轻质金属铺平道路。

韩国科学家开发了一种新型的钢合金，该合金具有超强，灵活和低成本。它具有与钛的强度重量比。在另一项研究中，研究人员开发了一种轻巧的镁 - 马trix复合材料，该复合材料足够轻，可以漂浮在水上，但像当今使用的其他复合材料一样强。欧洲杯足球竞彩它可以耐受400°C的温度。

一项研究表明，与传统的碱金属和合金相比，新的轻质复合金属泡沫（CMF）在对高温下的绝缘更有效。这种质量使这些CMF成为潜在的候选者，可用于太空探索，存储和运输核材​​料，炸药等。