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(yè)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(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)合金成分、組織、熱處理、牌號(hào)、性能、應(yīng)用基本要求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。共二十九頁(yè)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(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.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(jìn)汽車中占的重量百分比共二十九頁(yè)第一節(jié)鋁及鋁合金

一、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(dàqì)腐蝕；在Cl-、OH-易腐蝕。牌號(hào)：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(yè)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(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(yè)

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(qiáng)化和不可熱處理強(qiáng)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(yè)形變(xíngbiàn)鋁合金鑄造(zhùzào)鋁合金鋁合金不能HT強(qiáng)化—防銹鋁

能HT強(qiáng)化硬鋁超硬鋁鍛鋁共二十九頁(yè)三、鋁合金的熱處理

時(shí)效是指將過(guò)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(qiáng)化相。

鋁合金的熱處理方法：固溶處理(chǔlǐ)

+時(shí)效。

固溶處理---得到單相過(guò)飽和固溶體.加熱固溶淬火過(guò)飽和時(shí)效析出共二十九頁(yè)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(jiārè)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(biànhuà)，時(shí)效過(guò)程分為:欠時(shí)效、峰時(shí)效和過(guò)時(shí)效。含4%Cu鋁合金的時(shí)效曲線

時(shí)效時(shí)間/d共二十九頁(yè)時(shí)效時(shí)間屈服強(qiáng)度時(shí)效峰過(guò)時(shí)效亞時(shí)效鋁合金的熱處理共二十九頁(yè)

時(shí)效(shíxiào)硬化原理（時(shí)效(shíxiào)過(guò)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(cuò)運(yùn)動(dòng)，使強(qiáng)度硬度。第二階段：

G.PⅠ擴(kuò)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(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用↑→強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步↑[G.PⅡ末期，強(qiáng)度達(dá)到最高值]。共二十九頁(yè)第三階段：

成分(chéngfèn)逐漸達(dá)到CuAl2,形成過(guò)渡相θ′（與母相α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θ相(CuAl2)。晶格(jīnɡɡé)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(guò)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α在析出第二相的過(guò)程中形成GP區(qū)造成基體相α晶格畸變阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果共二十九頁(yè)四、鋁合金的牌號(hào)(páihào)、性能及用途

1、變形鋁合金⑴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(zhíjiē)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)。共二十九頁(yè)GB3190-82中的舊牌號(hào)(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(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：LD+序號(hào)

Al-Mg-Si-Cu系、Al-Cu-Mg-Ni-Fe系共二十九頁(yè)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(qiáng)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(jìn)行熱處理強(qiáng)化，常利用加工硬化提高其強(qiáng)度。

共二十九頁(yè)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_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(qiáng)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(yè)②硬鋁合金主要(zhǔyào)是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M(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(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(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)共二十九頁(yè)

③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(qiánghuà)效果超過(guò)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)主起落架共二十九頁(yè)

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(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等。壓氣機(jī)葉片

Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金常用(chánɡyònɡ)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。共二十九頁(yè)美F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)

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

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(jiǎn)單硅鋁明。

共二十九頁(yè)共二十九頁(yè)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(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(yè)

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(jī)、儀表(yíbiǎo)、電動(dòng)機(jī)殼體、汽缸體、風(fēng)機(jī)葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞等。共二十九頁(yè)五、鋁合金的選用(xuǎnyòng)：1、不宜(bùyí)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。共二十九頁(yè)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(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(xíngbiàn)鋁合金共二十九頁(yè)2、船用鑄造鋁合金

Al-Si系合金代表(dàibiǎo)牌號(hào)是ZL104、ZL109

用途：內(nèi)燃機(jī)殼體及氣缸等

Al-Mg系合金代表牌號(hào)是ZL301

用途：門窗、管路、帶纜樁等共二十九頁(yè)小結(jié)

鋁合金的分類：形變鋁合金、鑄造鋁合金；鋁合金的時(shí)效(shíxiào)原理及時(shí)效(shíxiào)強(qiáng)化；形變鋁合金及鑄造鋁合金的種類、牌號(hào)、性能及用途。作業(yè)：P2192、3、5、7共二十九頁(yè)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