工程材料-有色金屬及其合金

第十章有色金屬(yǒusèjīnshǔ)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(qítā)非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。

共二十九頁主要(zhǔyào)內(nèi)容：1、鋁和鋁合金2、銅和銅合金3、鈦和鈦合金4、滑動軸承(huádònɡzhóuchénɡ)合金成分、組織、熱處理、牌號、性能、應(yīng)用基本要求1、熟悉時效強化的方法、機理；2、了解有色金屬合金的分類、性能、牌號、應(yīng)用。共二十九頁有許多優(yōu)良的特性(tèxìng)，如特殊的電、磁、熱性能，耐蝕性能及高的比強度(強度與密度之比)等，已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料.材料占汽車凈重比AlFe塑料其它橡膠磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纖維各種材料在先進汽車中占的重量百分比共二十九頁第一節(jié)鋁及鋁合金

一、鋁及鋁合金性能特點

物理性能：純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小(2.72)，熔點低(660.4℃)；面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。機械性能：純鋁強度較低~100MPa，塑性高，易于加工成形

化學(xué)性能：耐大氣(dàqì)腐蝕；在Cl-、OH-易腐蝕。牌號：高純鋁(99.03~99.996%)---L01、L02、L03、L04工業(yè)純鋁(99.7~98%)---L1~L7共二十九頁提高強度的方法：

1）冷加工強化

2)合金化常加入的元素主要(zhǔyào)有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。

共二十九頁

可將鋁合金分為變形(biànxíng)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化和不可熱處理強化兩類.

二、鋁合金的分類(fēnlèi)鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。共二十九頁形變(xíngbiàn)鋁合金鑄造(zhùzào)鋁合金鋁合金不能HT強化—防銹鋁

能HT強化硬鋁超硬鋁鍛鋁共二十九頁三、鋁合金的熱處理

時效是指將過飽和的固溶體加熱(jiārè)到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相。

鋁合金的熱處理方法：固溶處理(chǔlǐ)

+時效。

固溶處理---得到單相過飽和固溶體.加熱固溶淬火過飽和時效析出共二十九頁時效方式:在室溫下進行的時效稱自然時效；在加熱(jiārè)條件下進行的時效稱人工時效。時效強化效果與加熱溫度和保溫時間有關(guān)。隨著時效溫度和時間變化(biànhuà)，時效過程分為:欠時效、峰時效和過時效。含4%Cu鋁合金的時效曲線

時效時間/d共二十九頁時效時間屈服強度時效峰過時效亞時效鋁合金的熱處理共二十九頁

時效(shíxiào)硬化原理（時效(shíxiào)過程四階段）：第一階段：

溶質(zhì)原子偏聚形成富集區(qū)(G.PⅠ)造成基體晶格嚴(yán)重畸變(jībiàn)，阻礙位錯運動，使強度硬度。第二階段：

G.PⅠ擴大，呈規(guī)則排列，有序化，成分接近CuAl2，稱為G.PⅡ區(qū)↑→晶格畸變程度↑→對位錯運動的阻礙作用↑→強度、硬度進一步↑[G.PⅡ末期，強度達到最高值]。共二十九頁第三階段：

成分(chéngfèn)逐漸達到CuAl2,形成過渡相θ′（與母相α半共格，晶格畸變降低，位錯運動阻力減小，合金軟化。第四階段：

形成穩(wěn)定θ相(CuAl2)。晶格(jīnɡɡé)畸變大為降低，強度、硬度明顯下降。時效強化的本質(zhì)：

不是過飽和固溶強化，也不是強化相析出的第二相強化，而是α在析出第二相的過程中形成GP區(qū)造成基體相α晶格畸變阻礙位錯運動的結(jié)果共二十九頁四、鋁合金的牌號(páihào)、性能及用途

1、變形鋁合金⑴變形鋁及鋁合金牌號表示方法根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，變形鋁及鋁合金可直接(zhíjiē)引用國際四位數(shù)字體系牌號或采用國標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號。共二十九頁GB3190-82中的舊牌號(páihào)仍可繼續(xù)使用，表示方法為:鋁是可以回收利用(lìyòng)的金屬防銹鋁合金：LF+序號

Al-Mn、Al-Mg系硬鋁合金：LY+序號

Al-Cu-Mg系超硬鋁合金：LC+序號

Al-Mg-Zn-Cu系鍛鋁合金：LD+序號

Al-Mg-Si-Cu系、Al-Cu-Mg-Ni-Fe系共二十九頁⑵常用變形(biànxíng)鋁合金①防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。衛(wèi)星天線（LF2）

Mn和Mg主要作用是：

提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化(qiánghuà)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。不能進行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。

共二十九頁常用的Al-Mn系合金有LF21（3A21），其抗蝕性和強度高于純鋁，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(mìdù)比純鋁小，強度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。

共二十九頁②硬鋁合金主要(zhǔyào)是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M行時效強化，也可進行變形強化。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。

常用(chánɡyònɡ)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?/p>

飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)共二十九頁

③超硬鋁合金

屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時效強化(qiánghuà)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,如飛機大梁、起落架等。飛機主起落架共二十九頁

④鍛鋁合金

Al-Cu-Mg-Si系合金可鍛性好，力學(xué)性能高，用于形狀(xíngzhuàn)復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動機壓氣機葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等。壓氣機葉片

Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金常用(chánɡyònɡ)牌號有LD7、LD8、LD9等。用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機葉片、超音速飛機蒙皮等。共二十九頁美F-117隱身戰(zhàn)斗機

(所用材料大部分是鋁合金)高比強鋁合金機翼共二十九頁2、鑄造(zhùzào)鋁合金

包括：Al-Si系：代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號Al-Zn系：代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號

⑴Al-Si系鑄造(zhùzào)鋁合金

又稱硅鋁明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明。

共二十九頁共二十九頁在普通鑄造條件下，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，強度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理，得到(dédào)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

經(jīng)變質(zhì)處理

ZL102的鑄態(tài)組織共二十九頁

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(yōuliáng)的耐蝕性、耐熱性和焊接性能?；钊?裙部為鋁硅合金)

用于制造飛機、儀表(yíbiǎo)、電動機殼體、汽缸體、風(fēng)機葉片、發(fā)動機活塞等。共二十九頁五、鋁合金的選用(xuǎnyòng)：1、不宜(bùyí)作受力大、強磨損的零件；

2、適宜用作比強度高、重量輕、運動慣性要求小的零件；

3、耐大氣腐蝕，不耐海水腐蝕。共二十九頁六、鋁合金在造船工業(yè)中的應(yīng)用(yìngyòng)類別結(jié)構(gòu)部位及名稱連接方式選用鋁合金的牌號1快艇殼體焊接或鉚接鉚接LYF6或特殊要求的牌號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不計強度的結(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(xíngbiàn)鋁合金共二十九頁2、船用鑄造鋁合金

Al-Si系合金代表(dàibiǎo)牌號是ZL104、ZL109

用途：內(nèi)燃機殼體及氣缸等

Al-Mg系合金代表牌號是ZL301

用途：門窗、管路、帶纜樁等共二十九頁小結(jié)

鋁合金的分類：形變鋁合金、鑄造鋁合金；鋁合金的時效(shíxiào)原理及時效(shíxiào)強化；形變鋁合金及鑄造鋁合金的種類、牌號、性能及用途。作業(yè)：P2192、3、5、7共二十九頁內(nèi)容(nèiróng)總結(jié)第十章有色金屬及其合金。工業(yè)純鋁(99.7~98%)---L1~L7