工程材料--有色金屬及其合金

1、第第 十十 章章 有色金屬及其合金有色金屬及其合金 在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把鐵及其合金稱為黑色金屬，把其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1、鋁和鋁合金2、銅和銅合金3、鈦和鈦合金4、滑動(dòng)軸承合金成分、組織、熱處理、牌號(hào)、性能、應(yīng)用基本要求基本要求1、熟悉時(shí)效強(qiáng)化的方法、機(jī)理；2、了解有色金屬合金的分類、性能、 牌號(hào)、應(yīng)用。 有許多優(yōu)良的特性，如特殊的電、磁、熱性能，耐蝕性能及高的比強(qiáng)度(強(qiáng)度與密度之比)等，已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料.AlFe各種材料在先進(jìn)汽車中占的重量百分比各種材料在先進(jìn)汽車中占的重量百分比第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金 一、鋁及鋁合金性能特點(diǎn)一

2、、鋁及鋁合金性能特點(diǎn) 物理性能：純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小(2.72 )，熔點(diǎn)低(660.4)；面心立方晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)磁性；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。 機(jī)械性能：純鋁強(qiáng)度較低100MPa，塑性高，易于加工成形 化學(xué)性能：耐大氣腐蝕；在Cl-、OH-易腐蝕。 牌號(hào)： 高純鋁(99.0399.996%)-L01、L02、L03、L04 工業(yè)純鋁(99.798%)-L1L7提高強(qiáng)度的方法： 1）冷加工強(qiáng)化 2) 合金化 常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr 等輔加元素。 可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。 變形鋁合金又分為可熱處理強(qiáng)化和不

3、可熱處理強(qiáng)化兩類. 二、鋁合金的分類二、鋁合金的分類 鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。形變鋁合金鑄造鋁合金鋁合金不能 HT 強(qiáng)化防銹鋁 能 HT 強(qiáng)化硬鋁超硬鋁鍛鋁三、鋁合金的熱處理三、鋁合金的熱處理 時(shí)效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相。 鋁合金的熱處理方法：固溶處理固溶處理 + + 時(shí)效。時(shí)效。 固溶處理-得到單相過飽和固溶體.加熱固溶淬火過飽和時(shí)效析出時(shí)效方式: 在室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱自然時(shí)效； 在加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效稱人工時(shí)效。時(shí)效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。 隨著時(shí)效溫度和時(shí)間變化，時(shí)效過程分為:欠時(shí)效、峰時(shí)效和過時(shí)效。含含4%Cu鋁合金的時(shí)效曲

4、線鋁合金的時(shí)效曲線 時(shí)效時(shí)間時(shí)效時(shí)間/d時(shí)效時(shí)間時(shí)效時(shí)間屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度時(shí)效峰時(shí)效峰過時(shí)效過時(shí)效亞亞時(shí)效時(shí)效鋁合金的熱處理鋁合金的熱處理 時(shí)效硬化原理時(shí)效硬化原理 （時(shí)效過程四階段）：（時(shí)效過程四階段）：第一階段： 溶質(zhì)原子偏聚形成富集區(qū)(G.P)造成基體晶格嚴(yán)重畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使強(qiáng)度硬度 。第二階段： G.P擴(kuò)大，呈規(guī)則排列，有序化，成分接近CuAl2，稱為G.P區(qū) 晶格畸變程度對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用 強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步 G.P末期，強(qiáng)度達(dá)到最高值 。第三階段： 成分逐漸達(dá)到CuAl2 , 形成過渡相（與母相半共格，晶格畸變降低，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力減小，合金軟化。第四階段： 形成穩(wěn)定相(CuAl2

5、)。晶格畸變大為降低，強(qiáng)度、硬度明顯下降。時(shí)效強(qiáng)化的本質(zhì)： 不是過飽和固溶強(qiáng)化，也不是強(qiáng)化相析出的第二相強(qiáng)化，而是在析出第二相的過程中形成 GP區(qū)造成基體相晶格畸變阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果四、鋁合金的牌號(hào)、性能及用途四、鋁合金的牌號(hào)、性能及用途 1、變形鋁合金、變形鋁合金 變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示方法 根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定 ，變形鋁及鋁合金可直接引用國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)或采用國(guó)標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號(hào)。 GB 3190-82中的舊牌號(hào)仍可繼續(xù)使用，表示方法為:防銹鋁合金： LF+序號(hào) Al-Mn、Al-Mg系硬鋁合金： LY +序號(hào) Al-Cu-Mg系超硬鋁合金：LC +序號(hào) Al-Mg-Zn-Cu系鍛鋁合金：

6、LD +序號(hào) Al-Mg-Si-Cu系、Al-Cu-Mg-Ni-Fe系 常用變形鋁合金 防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。衛(wèi)星天線衛(wèi)星天線（LF2） Mn和Mg主要作用是： 提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強(qiáng)化作用。 防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。 不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，常利用加工硬化提高其強(qiáng)度。 常用的Al-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蝕性和強(qiáng)度高于純鋁，用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比純鋁小，強(qiáng)度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得

7、到廣泛應(yīng)用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。 硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，也可進(jìn)行變形強(qiáng)化。強(qiáng)度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。 常用硬鋁合金如LY11、 LY12 等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)取?飛機(jī)翼梁飛機(jī)翼梁(腹板為硬腹板為硬鋁合金鋁合金) 超硬鋁合金 屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。 時(shí)效強(qiáng)化效果超過硬鋁合金。 熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有 LC4 、LC9 等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件, 如飛機(jī)大梁、起落架等。飛機(jī)主起落架飛機(jī)主起落架 鍛鋁合金 Al-Cu

8、-Mg-Si系合金 可鍛性好，力學(xué)性能高，用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等。 Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金 常用牌號(hào)有LD7 、LD8、LD9等 。用于制造150 225下工作的零件，如壓氣機(jī)葉片、超音速飛機(jī)蒙皮等。美美F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)隱身戰(zhàn)斗機(jī)(所用材料大部分是鋁合金所用材料大部分是鋁合金)高高比強(qiáng)鋁合金機(jī)翼比強(qiáng)鋁合金機(jī)翼2 2、鑄造鋁合金、鑄造鋁合金 包括：Al- Si系：代號(hào)為ZL1+兩位數(shù)字順序號(hào)Al- Cu系：代號(hào)為ZL2+兩位數(shù)字順序號(hào)Al- Mg系：代號(hào)為ZL3+兩位數(shù)字順序號(hào)Al- Zn系：代號(hào)為ZL4+兩位數(shù)字順序號(hào) Al-Si系

9、鑄造鋁合金 又稱硅鋁明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡(jiǎn)單硅鋁明。 在普通鑄造條件下， ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和固溶體組成，強(qiáng)度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，得到細(xì)小均勻的共晶體加一次固溶體組織，以提高性能。未變質(zhì)處理未變質(zhì)處理 經(jīng)變質(zhì)處理經(jīng)變質(zhì)處理 ZL102的鑄態(tài)組織的鑄態(tài)組織 加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復(fù)雜(或特殊)硅鋁明。 Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。 活塞活塞( (裙部為鋁硅合金裙部為鋁硅合金) ) 用于制造飛機(jī)、儀表、電動(dòng)機(jī)殼體、汽缸體、風(fēng)機(jī)葉片、發(fā)動(dòng)

10、機(jī)活塞等。五、鋁合金的選用：五、鋁合金的選用：1、不宜作受力大、強(qiáng)磨損的零件； 2、適宜用作比強(qiáng)度高、重量輕、運(yùn)動(dòng)慣性要求小的零件； 3、耐大氣腐蝕，不耐海水腐蝕。六、鋁合金在造船工業(yè)中的應(yīng)用六、鋁合金在造船工業(yè)中的應(yīng)用類別結(jié)構(gòu)部位及名稱連接方式選用鋁合金的牌號(hào)1快艇殼體焊接或鉚接鉚 接LYF6或特殊要求的牌號(hào)LY10、LY112救生艇殼體、上層建筑外圍壁及其他結(jié)構(gòu)焊接或鉚接鉚 接LF6、LF11LY10、LY123船體主要受力構(gòu)件，如肋骨、框架、支柱、主艙壁等焊接或鉚接鉚 接LF6、LF11LY10、LC44一般受力結(jié)構(gòu)，如圍壁、吊艇桿、桅桿、舷梯等焊接或鉚接鉚 接LF5、LF11、LF2LY125不計(jì)強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，如輕圍壁、煙囪殼體、通風(fēng)管等焊接或鉚接鉚 接LF3、LF21LY11、LY1、LY96鉚釘LF10、LF2、LF21、LY1、LC3等1、形變鋁合金