河海大学 工程材料 有色金属及其合金课件

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1、1,1 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,非铁金属及其合金,2,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,3,1 铝及其合金,一、纯铝 具有银白色金属光泽，密度2.72g/cm3，熔点660.4，具有良好的

2、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,4,1 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。,5,1 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

3、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。,6,1 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： 1) 变形铝合金 2) 铸造铝合金,7,1 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

4、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。,8,1 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。,9,1 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1803

5、00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。,10,1 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。,11,1 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。

6、 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。,12,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，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,13,1 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,热处理,14,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

7、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。 细化组织强化 在铝合金中添加微量元素细化组织提高铝合金力学性 能(既提高强度又改善塑性)。 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,15,1 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

8、。,16,GB 3190-82中的旧牌号仍 可继续使用，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,17,1 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）,18,1 铝及其合金,四、变形铝合金(防锈铝合金LF),常用Al-Mn系： LF21（3

9、A21），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。,19,1 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： 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L

10、Y11(2A11)； 高强度硬铝，如LY12(2A12)。,20,1 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。,21,1 铝及其合金,四、变形铝合金(硬铝合金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

11、构件、蒙皮、螺旋桨、叶片等。,22,1 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,23,1 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

12、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。,24,1 铝及其合金,四、变形铝合金(锻铝合金LD),Al-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,25,1 铝及其合金,四、变形铝合金(牌号),26,1 铝及其合金,四、变形铝合金(牌号),27,1 铝及其合金,

13、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，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。,28,1 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、

14、发动机活塞等。,29,1 铝及其合金,五、铸造铝合金(1.Al-Si系相图),30,1 铝及其合金,五、铸造铝合金(1.Al-Si系),ZL102变质前：b 140 MPa 3 后：s 180 MPa 8,31,1 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,32,1 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，

15、密度小，但铸造性能差，耐热性低。常用代号有ZL301、ZL303等，主要用于制造在腐蚀介质下工作的承受一定冲击载荷的形状较为简单的零件，如舰船配件、氨用泵体等。,鼓风机密封件等(ZL102、301),33,1 铝及其合金,五、铸造铝合金(4.Al-Zn系),Al-Zn系铸造铝合金： Al-Zn系铸造铝合金铸造性能好，强度较高，但密度大，耐蚀性较差。常用代号有ZL401、ZL402等，主要用于制造受力较小、形状复杂的汽车、飞机、仪器零件。,大型空压机活塞(ZL401),34,1 铝及其合金,五、铸造铝合金(牌号),35,2 铜及其合金,一、纯铜（1）,纯铜又称紫铜、电解铜，密度为8.96g/cm

16、3，熔点为1083，具有优良的导电性和导热性，其导电性仅次于银。纯铜在大气、淡水中具有良好的耐蚀性，但在海水中较差。纯铜具有面心立方结构，无同素异构转变，无磁性。,热轧铜合金,36,2 铜及其合金,一、纯铜（2）,b=200250MPa，HB:4050HBS，塑性45%50%； 冷变形后，其强度可达400500MPa，硬度提高到100200HBS，但伸长率下降到5%以下； 退火处理可消除铜的加工硬化；纯铜还具有优良的焊接性能； 工业纯铜产品的代号为 T1(99.95%)、 T2(99.9%)、 T3(99.7%)，主要用于配制铜合金，制作导电、导热材料及耐蚀器件等。,37,2 铜及其合金,二、黄铜（1.普通黄铜）,普通黄铜：Cu-Zn合金，代号HCu，如H68表示含 Cu68%的铜锌合金。 单相黄铜：wZn39%，强度低、塑性好，冷塑性加工成 板材、线材、管材等，常用H68、H70、 H80，主要用作弹壳和冷凝器管等； 两相黄铜：wZn3945%，热塑性好，强度高。一般热轧