《工程材料--有色金属及其合金最新解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料--有色金属及其合金最新解析（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 2 铜及其合金 3 钛及其合金 4 轴承合金 5 其它非铁合金 第九章 非铁金属及其合金 绪论 除铁之外的其它金属称为非铁金属： 轻金属4.5g/cm3如Al、Mg、K、Na、Ca等。 重金属4.5g/cm3如Cu、Zn、Ni、Sn、Pb、Co等。 贵金属 Au、Ag、Pt、Rh（铑）、Cd（镉）等。 稀有金属相对稀少或产量较少Ti、W、V、Nb、Mo等。 放射性金属如镭（Ra）、铀（U）、钍（Th）等。 半金属介于金属与非金属之间的元素，如硅、锗、硼 非铁金属具有许多优良特性 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 一、纯铝 具有银白色金属光泽，密
2、度 2.72g/cm3，熔点660.4，具有良好 的导电和导热性，其导电性仅次于银 和铜。纯铝在空气中易氧化，表面形 成一层能阻止内层金属继续被氧化的 致密的氧化膜，因此具有良好的抗大 气腐蚀性能。 一、工业纯铝（物理性能） 铝合金制造的机翼 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 一、工业纯铝（工艺性能） 面心立方结构，无同素异构转变，无磁性。 塑性极好、强度较低(纯度99.99%时， b45MPa，50%)，良好的低温性能(-235塑 性和冲击韧度也不降低)，冷变形加工可提高其 强度，但塑性降低。 铸、压力加工、焊和切削加工性能具佳。 铁、硅杂质，影响导电性、抗蚀性及塑性。 第九章 非铁
3、金属及其合金 1 铝及其合金 一、工业纯铝（分类） 按纯度高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝 高纯铝：有L05L01五种，数字越大，纯度越高； 工业高纯铝：有LG1LG5，数字越大，纯度越高； 工业纯铝：有L1L7七种，数字越小，纯度越高。 用途：工业纯铝主要配制铝合金，高纯铝主要用于科学 试验和化学工业。纯铝还可用来制造导线、包覆材料、 耐蚀和生活器皿等。 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 二、铝合金的分类 二、铝合金 铝中加入适量Si、Cu、Mg、Zn、Mn等主加 元素和Cr、Ti、B、Zr、Ca、Ni等辅加元素，组 成铝合金，可提高强度并保持纯铝的特性。 根据成分和生产工艺分两大类：
4、1) 变形铝合金 2) 铸造铝合金 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 二、铝合金的分类 变形铝合金: D点以左的合金，加热至固溶 线DF以上温度得到均匀的单相 固溶体，塑性好，适于进行锻造 、轧制等。 铸造铝合金: D点以右的合金，塑性较差， 不宜压力加工，但流动性好，适 宜铸造。 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 二、铝合金的分类(变形铝合金) 变形铝合金中： 小于F点的合金，固溶体成 分不随温度而变化，不能通过 热处理方法强化，称为热处理 不可强化的铝合金； 成分在F-D之间的合金，固 溶体成分随温度变化，可通过 热处理方法强化，称为可热处 理强化的铝合金。 第九章 非铁金
5、属及其合金 1 铝及其合金 三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效) 1退火 (1) 再结晶退火加热到再结晶温度以上保温后空冷 ，以消除加工硬化，改善合金的塑性。完全退火 (2) 低温退火-消除内应力，适当增加塑性，通常 在180300保温后空冷。不完全退火 (3) 均匀化退火-消除铸锭或铸件的成分偏析及内应 力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效) 2淬火（固溶处理） 将铝合金加热到固溶线以 上保温后快冷，使第二相来 不及析出，得到过饱和、不 稳定的单一固溶体。淬火 后铝合金的强度和硬度不高 ，具有很好的塑性。
6、 加热固 溶 淬火过饱和 时效析 出 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效) 3. 时效 时 效：将淬火后的铝合金，在室温或低温加 热下保温一段时间，随时间延长其强度、硬度显著升 高而塑性降低的现象。 自然时效：室温下合金自发强化的过程； 人工时效：在某一加热温度下进行的时效。 时效实质：第二相从过饱和、不稳定的单一固 溶体中析出和长大，由于第二相与母相（相）的共 格程度不同，使母相产生晶格畸变而强化。 第九章 非铁金属及其合金 时效强化效果与加热温度和 保温时间有关。 温度一定时，随时效时间延长，时 效曲线上出现峰值，超过峰值时 间，析出相聚集长大，
7、强度下降， 为过时效。随时效温度提高，峰值 强度下降，出现峰值的时间提前。 三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效) 1 铝及其合金 含4%Cu铝合金的时效曲线 时效时间/d 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效) 3. 时效曲线【Al-4%Cu合金】 自然时效 人工时效 第九章 非铁金属及其合金 以Al-4%Cu合金为例：该合金的时效基本过程可以概括 为：合金淬火-过饱和固溶体 -形成铜原子富集区 (GP区) -铜原子富集区有序化(GP区、“) -形成过渡相-形成稳定的相(CuAl2) + 平衡的固溶体。 v细化组织强化 在铝合金中添加微量元素细化组织
8、提高铝合金力学性 能(既提高强度又改善塑性)。 v冷变形强化 对合金进行冷变形，能增加其内部的位错密度，阻碍 位错运动，提高合金强度。这对不能进行热处理强化的铝 合金提供了强化的途径和方法。 三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效) 1 铝及其合金 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 四、变形铝合金 变形铝及铝合金牌号表示方法 根据GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分 可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的 四位字符牌号。 全世界铝的用量 百万吨 一次生产量二次回收量总用量 第九章 非铁金属及其合金 GB 3190-82GB 3190-82中的旧牌号仍中的旧牌号仍 可继
9、续使用，可继续使用，表示方法为表示方法为: : 防锈铝合金-LF+序号 硬铝合金-LY+序号 超硬铝合金-LC+序号 锻造铝合金-LD+序号 LF为不可热处理强化铝合金， 其它为可热处理强化铝合金。 1 铝及其合金 四、变形铝合金 铝合金波纹管铝合金波纹管 铝合金制品 铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 四、变形铝合金(防锈铝合金LF) 系列： Al-Mn系、Al-Mg系 性能： 具有很高的塑性、较 低或中等的强度、优良的 耐蚀性能和良好的焊接性能。 使用： 防锈铝只能用冷变形来强化，一般在退火 态或冷作硬化态使用。 卫星天线 （LF2） 第
10、九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 四、变形铝合金(防锈铝合金LF) 常用Al-Mn系： LF21（3A21），抗腐蚀性较好，常用来制造需弯曲、 冷拉或冲压的零件，如管道、容器、油箱等。 常用Al-Mg系： LF2（5A02)、LF3(5A03)、LF5(5A05)、LF6(5A06)等 ，有较高的疲劳性能和抗振性，强度高于Al-Mn系合金 ，但耐热性较差，广泛用于航空航天工业中，如制造油 箱、管道、铆钉、飞机行李架等。 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 四、变形铝合金(硬铝合金LY) 硬铝 ：“杜拉铝明” Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mn系两类 常用Al-Cu-Mg系分为：
11、低强度硬铝(铆钉硬铝)，如LY1(2A01)、LY3 、LY10(2A10)等，强度较低，但有很高的塑性 ； 中强度硬铝（标准硬铝），如LY11(2A11)； 高强度硬铝，如LY12(2A12)。 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 四、变形铝合金(硬铝合金LY) Al-Cu-Mg系硬铝的性能： 焊接性和耐蚀性较差，对于板材可包覆一层 高纯铝，通常还要进行阳极氧化处理和表面涂装 ，为提高其耐蚀性一般采用自然时效。部分Al- Cu-Mg系硬铝具有较高的耐热性，如LY11(2A11) 、LY12(2A12)，可在较高温度使用。 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 四、变形铝合金(硬铝合
12、金LY) Al-Cu-Mn系硬铝： 为超耐热硬铝合金，具有较好的塑性和工 艺性能，常用代号有LY16(2A16)、LY17(2A17) 。 硬铝合金的用途： 常制成板材和管材，主要用于飞机构件、 蒙皮、螺旋桨、叶片等。 飞机翼梁(腹板 为硬铝合金) 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 四、变形铝合金(超硬铝合金LC) Al-Cu-Mg-Zn系合金： 强度最高，常用LC4(7A04)、 LC9(7A09)等；具有良好的热塑性，但疲 劳性能较差，耐热性和耐蚀性也不高； 表面通常包覆wZn=1%的铝锌合金，零构 件也要进行阳极化防腐蚀处理；一般采 用淬火加人工时效的热处理强化工艺； 用于工作温
13、度较低、受力较大的结构件 ，如飞机蒙皮、壁板、大梁、起落架部 件等。 飞机主起落架 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 四、变形铝合金(锻造铝合金LD) 分类： Al-Mg-Si-Cu系和Al-Cu-Mg-Fe-Ni系两类； Al -Cu-Mg-Si系： 热塑性好，可用锻压方法来制造形状较复杂的 零件；一般在淬火加人工时效后使用；常用 LD2(6A02)、LD5(2A50)、LD6(2B50)、LD10(2A14) 等；主要制造要求中等强度、高塑性和耐热性的锻 件、模锻件，如各种叶轮、导风轮、接头、框架等 。 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 四、变形铝合金(锻铝合金LD) Al
14、-Cu-Mg-Fe-Ni系： 常用代号有LD7(2A70) 、LD8(2A80)、LD9(2A90) 等，此类合金耐热性较好 ，主要用于250温度下 工作的零件，如叶片、超 音速飞机蒙皮等。 压气机叶片压气机叶片 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 四、变形铝合金(牌号) 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 四、变形铝合金(牌号) 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 五、铸造铝合金 铸造铝合金： Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系、Al-RE系 代 号： ZL1、ZL2、ZL3、ZL4、 ZL5 加两位数字的顺序号表示；若为铸锭，则在ZL后加D； 若为优质
15、，则在代号后加A；需表示状态时，在合金代 号后用短横线连接状态代号；铸造方法代号不写入合金 代号中。 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 五、铸造铝合金(1.Al-Si系) Al-Si(11-13%)系铸造铝合金俗称硅铝明： 性能：铸造性能好，密度小，具有优良的耐蚀性 、耐热性和焊接性； 用途：制造形状复杂但强度要求不高的铸件，如 飞机、仪表壳体等；制造低、中强度的形状复杂 的铸件，如电机壳体、气缸体、风机叶片、发动 机活塞等。 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 五、铸造铝合金(1.Al-Si系相图) 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 五、铸造铝合金(1.Al-Si系)
16、ZL102变质前：b 140 MPa 3 后：s 180 MPa 8 未变质处理 经变质处理 ZL102的铸态组织 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 五、铸造铝合金(2.Al-Cu系) Al-Cu系铸造铝合金： 性能： 有较高的强度、耐热性， 但密度大、耐蚀性差，铸造 性能不好，常用代号有ZL201、 ZL202、ZL203等，主要用于制造较高温度下工 作、要求高强度的零件，如内燃机气缸头、增 压器导风叶轮等。 汽缸头 第九章 非铁金属及其合金 1 铝及其合金 五、铸造铝合金(3.Al-Mg系) Al-Mg系铸造铝合金： 耐蚀性好，强度高，密度 小，但铸造性能差，耐热 性低。常用代号有ZL
