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1、 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 金属熔炼与铸锭 湖南科技大学机电工程学院 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 金属材料广泛应用于航海 航空 航天 汽车 建筑 通讯 家电等领域 在国民经济中占有重要的地位 金属熔炼与铸锭课程简介 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 绝大多数的金属材料 是通过熔炼 铸造 塑性加工的方法获得 铸锭成分及冶金质量是关系产品是否合格的最关键因素 相关技术是我们必备的专业素质 金属熔炼与铸锭课程简介 包装用铝箔 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 教学内容 有色合金的熔炼 铸造过程原理 工艺 设备及新技术 主要包括如下
2、内容 有色金属及合金熔体质量的控制及机理有色金属及合金铸锭冶金质量的控制及机理有色金属及合金的熔铸技术及设备 金属熔炼与铸锭课程简介 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 参考书及教材 1 有色金属及合金的熔炼与铸锭 王文礼 冶金工业出版社 第1版 2009 8 2 有色金属熔炼与铸锭 陈存中 冶金工业出版社 3 金属凝固原理胡汉起 4 其它相关资料 金属熔炼与铸锭课程 第一讲有色金属及合金材料 1 湖南科技大学机电工程学院 提纲 概述铝及铝合金镁及镁合金铜及铜合金钛及钛合金 李会强 合金熔炼与铸锭 第一节概述 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 金属的分类 工业生产中
3、通常把铁 铬 锰及其合金称为黑色金属 如钢与铸铁 把黑色金属以外的其他金属称为有色金属 如铝 镁 钛 铜 铅 镍 锌等金属及合金 Al Mg Ti及其合金密度小 Au Cu Ag及其合金导电性好 Ni Mo Nb Co及其合金耐高温 Ni Ti及合金具有优良的耐蚀性 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 有色金属及其合金的应用越来越多 在国民经济中占越来越重要地位 飞机制造业 空客A380的铝合金用量在66 以上 汽车制造业 奥迪A8采用全铝车身 有色金属的应用 铝及铝合金是目前应用最广泛的有色金属材料 其在金属材料中的应用仅次于钢 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 镁
4、合金在计算机以及电子通讯等领域的应用近年来急剧增长 年递增20 钛及其合金在航天 航空 化工等领域应用越来越多 有色金属的应用 F35战机 李会强 合金熔炼与铸锭 第二节铝及铝合金 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 在地壳中含量 7 73 含量最多的金属元素存在形式 长石 云母 铝硅酸盐矿物 铝土矿 Al2O3 明矾石 铝的特点 基本性质 密度2 70g cm3 约为铁的三分之一 铝合金密度一般为2 5 2 88之间 具有面心立方晶格 延展性好 良好的导热性 良好的导电性 良好的耐核辐射性 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 该部段采用世界先进的第三代铝锂合金材料 有
5、助于提升飞机结构材料性能 减轻飞机整体结构重量 金属锂 锂的密度 0 534g cm3 低密度铝锂合金 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 铝资源的分布世界上铝土矿资源总量约在400 500亿吨 储量在10亿吨以上的国家有几内亚 澳大利亚 巴西 牙买加及印度等 这些国家的铝土矿占世界铝土矿总储量的73 中国铝土矿资源丰度属中等水平 产地310处 分布于19个省 区 总保有储量矿石22 7亿吨 居世界第7位 山西铝资源最多 保有储量占全国储量41 贵州 广西 河南次之 各占17 左右 铝的资源 生产和消费 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 铝工业发展简史 1746年 德
6、国科学家波特用明矾制得氧化铝 1825年丹麦科学家奥斯勒用钾还原氧化铝得到少量金属铝 1854年法国科学家德维尔建厂生产一些铝制品 价格昂贵 等同于黄金 1888年美国匹兹堡建立第一家电解铝厂 铝生产进入一个新阶段 明矾 氧化铝 高纯铝锭 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 趣闻 拿破仑三世 门捷列夫 19世纪初 法国皇帝拿破仑三世为显示自己的富有和尊贵 命令官员给自己打造了一顶铝皇冠 在国宴上 只有他使用一套铝制餐具 而他为客人提供的是金制餐具 1857年 英国皇家学会为表彰门捷列夫对化学的杰出贡献 不惜重金制作了一只铝杯 赠送给门捷列夫 铝工业发展简史 李会强 合金熔炼与铸锭
7、李会强 合金熔炼与铸锭 世界主要生产国2005 2012电解铝产量 万吨 电解铝的产量 目前原铝的生产主要是通过电解法 从氧化铝中还原出金属铝 中国的电解铝产量一直稳居世界首位 比第二位的俄罗斯产量要高出3倍以上 而且目前每年仍以大于10 的速率稳步增长 铝的资源 生产和消费 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 铝合金的发展 Year Truckbodies Wheels EasyOpenCans AudiA8 ElectricalConductor ModelTCastings Buildings Marine AluminumBeginnings HeatExchangers
8、1886 1900 1920 1940 1950 1960 1980 1990 1890 Airplanes HouseholdFoil 2000 Cookware FerrariModena SpaceShuttle AirbusA380 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 纯铝的分类 纯铝 纯铝 高纯铝 工业高纯铝 工业纯铝 纯铝中含有的主要杂质元素为Fe Si Cu Zn等 降低Fe Si杂质含量是铝合金高纯化的重要内容 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 杂质 铝合金中的富铁化合物EDS分析结果 在晶界形成大尺寸的富铁化合物 具有高的熔点 很难再固溶过程中溶入基
9、体 降低合金性能消耗了基体中的铜原子 降低了合金的时效强化效果 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 纯铝的牌号 L04L03L024 高纯铝3 高纯铝2 高纯铝99 996 99 99 99 96 L0L001 工业高纯铝2 工业高纯铝99 90 99 85 L1L2 L71 工业纯铝2 工业纯铝7 工业纯铝99 7 99 5 98 纯铝 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 铝合金 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 与钢铁相比 铝合金具有较高的比强度 比模量 刚度 较低的密度 铝合金 比强度 比刚度 铝合金与钢铁性能比较 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合
10、金熔炼与铸锭 根据合金元素的含量和加工工艺性能特点 把铝合金分为 加工变形铝合金铸造铝合金 1 变形铝合金2 铸造铝合金3 不可热处理强化的铝合金4 可热处理强化的铝合金 铝合金的分类 铝合金典型相图 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 铝合金的分类 3 33 20 6 Al Cu合金相图 0 6 举例说明 质量百分数 Cu含量低于0 6wt 不可热处理强化 适于变形Cu含量介于0 6 6 0wt 之间 可热处理强化 适于变形Cu含量高于6 0wt 可热处理强化 适于铸造 固溶态 时效态 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 铝合金的分类及牌号 李会强 合金熔炼与铸锭 李
11、会强 合金熔炼与铸锭 铸造铝合金的表示方法 ZL 如 ZL102表示第2号铝硅铸造合金ZL405表示第5号铝锌铸造合金 铸造铝合金的牌号 表示合金顺序号 表示主合金元素1 Si2 Cu3 Mg4 Zn 铸造铝合金 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 铸造性能好 可进行各种成型铸造 生产形状复杂的零件 1 铝硅系铸造铝合金 有极好的流动性 高的耐腐蚀抗力和良好的焊接性 铝硅ZL102 铝硅镁ZLl04 铝硅铜镁ZL105 变质处理 铸造铝合金 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 2 Al Cu系铸造铝合金该系合金切削性能优良 由于含Cu 可时效强化 热处理后力学性能较高
12、合金中含有少量共晶组织 凝固温度范围广 容易产生细的缩孔 铸造性能较差 抗蚀性也较低 如 ZL203ZL201 铸造铝合金 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 3 Al Mg系铸造铝合金ZL301ZL302优点 耐蚀性好 强度高 密度小 2 55比纯铝还轻 缺点 铝镁合金容易氧化 熔体流动性不好 铸造性能差 铸造铝合金 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 4 Al Zn系铸造铝合金ZL401优点 铸造性能好 强度高 铸造冷却时自行淬火 经时效后就有较高的强度 价格低 缺点 抗蚀性差 热裂倾向大 铸造铝合金 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 变形铝合金 李会
13、强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 防锈铝LF 顺序号 LF5 硬铝LY 顺序号 LY12 超硬铝LC 顺序号 LC4 锻铝LD 顺序号 LD5 变形铝合金的牌号 防锈铝 硬铝 超硬铝和锻铝 合金特性 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 1 防锈铝 特点 不能热处理强化 切削加工工艺性较差 抗腐蚀性能好 易于加工成形和焊接 良好的深冲性能和低温性能 合金的强度较低 适于制造焊接油箱 管道 容器 铆钉及其他冷变形零件 A1 Mn和A1 Mg系 变形铝合金的加工方法 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 防锈铝的应用 欧洲野牛 气垫登陆船 易拉罐 2 铝镁合金 1 铝
14、锰系合金 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 铝 铜 镁系合金 时效处理 高的硬度 强度 优良的加工工艺性能 1 高强度硬铝LYl2合金 w Cu 3 8 4 9 w Mg 1 2 1 8 w Mn 0 3 0 9 抗拉强度约180MPa 时效480MPa 加工硬化 时效500MPa以上 2 低强度硬铝 3 耐热硬铝LY2 概念 硬铝 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 铝锌镁铜系高强铝合金 强度可达600 700MPa 厚板 挤压件和锻件 应用于飞机上的大型结构件 超硬铝 铝合金厚板 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 超硬铝和硬铝的应用 国产大飞机 李会
15、强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 铝镁硅铜系和铝铜镁铁镍系锻件 LD2 中等强度 高塑性和抗腐蚀性的机械零件 建筑材料 室温下工作 形状复杂的锻件及模锻件 LD5 LD6 中等强度的各种形状复杂的锻件和模段件 如压气机轮 风扇叶轮 各种接头 支杆等受力件 高负荷的锻件和模段件 如框架 接头等 代替LYl2制成板材和挤压型材 LD10 锻铝 李会强 合金熔炼与铸锭 第三节镁及镁合金 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 燃烧的镁带 相机镁光灯 镁 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 密度 1 74g cm3原子序数12 原子量24熔点650 易燃 引燃温度480
16、510 燃烧时发出耀眼的白光 烟花 照明弹 镁 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 构成骨骼的主要成分人体不可缺少的矿物质元素之一辅助钙和钾的吸收具有预防心脏病 降低胆固醇的作用镁缺乏会使神经受到干扰 引致暴躁及紧张 镁 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 镁 取之不尽 用之不竭铁 铝资源趋于贫化 使用年限仅100 120年 镁在地壳中的含量高 分布广 约占地壳重量的2 0 海水中的镁资源极其丰富 可使用达1000年 并可循环利用 镁 Magnesium 镁资源 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 镁资源世界第一 菱镁矿储量世界首位27亿吨 白云石矿青海盐湖廉价镁盐31 5亿吨 原镁产量世界第一 20万吨 占世界产量近1 2 原镁出口世界第一 80 作为初级原材料出口 镁及镁合金深加工应用规模和技术相对薄弱 49 铝合金14 稀土合金17 镁压铸件18 炼钢脱硫2 金属还原 镁资源 镁的用途及比例 李会强 合金熔炼与铸锭 李会强 合金熔炼与铸锭 硅热还原法 Thermalreductionmethod 粉末状硅铁与MgO置于反应罐中 真空条件下加热到
