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1、材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 第九章 第九章 有色金属及其合金有色金属及其合金 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 ? 在工业生产中在工业生产中，通常把 ，通常把 铁及其合金称为铁及其合金称为黑色金 黑色金 属属，把其他非铁金属及 把其他非铁金属及 其合金称为其合金称为有色金属有色金属。 。 教学目标教学目标: : 1、1、熟悉常用铝合金熟悉常用铝合金、铜合金、铜合金、滑动轴承合金及硬质合 滑动轴承合金及硬质合
2、 金的牌号金的牌号、性能、性能、强化方法及用途。 强化方法及用途。 2、2、了解铝合金的时效强化原理及滑动轴承合金的组织 了解铝合金的时效强化原理及滑动轴承合金的组织 特征特征。 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 有色金属的产量 有色金属的产量 和用量不如黑色金属 和用量不如黑色金属 多多，但由于其具有许 但由于其具有许 多多优良的特性优良的特性，如特 ，如特 殊的电、殊的电、磁、磁、热性 热性 能能，耐蚀性能及高的 耐蚀性能及高的 比强度(比强度(强度与密度 强度与密度 之比之比)等)等，已成为现 ，
3、已成为现 代工业中不可缺少的 代工业中不可缺少的 金属材料金属材料。 。 材料 材料 材料 材料 占 占 占占汽车净重比 汽车净重比 汽车净重比汽车净重比 Al Fe 塑料 塑料 其它 其它 橡胶 橡胶 磁 磁材料 材料 玻璃 玻璃 聚 聚碳酸酯 碳酸酯 Ti Ti 碳纤维 碳纤维 各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 变形有色金属及其合金的牌号 变形有色金属及其合金的牌号 表示方法还不统一表示方法还不统一。 。 铸造有色金属及其合金牌号
4、表 铸造有色金属及其合金牌号表 示方法统一如下: 示方法统一如下: 铸造有色纯金属铸造有色纯金属的牌号为 的牌号为 Z +该金属元素符号Z +该金属元素符号+ 纯度百分 + 纯度百分 含量数字含量数字(或用一短横加顺序 (或用一短横加顺序 号号) )。 。 如如ZAl99.5ZAl99.5和ZTi和ZTi-1-1。 铝锭 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 铸造有色合金铸造有色合金的牌号为 的牌号为 Z+Z+基体元素符号基体元素符号+主要合金元素符号及其名义百分含量数字+主要合金元素符号及其名义百分含量数
5、字+其 +其 他合金元素符号及其百分含量数字他合金元素符号及其百分含量数字。 。 如如ZAlSi7Cu4ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6ZSnSb11Cu6等。 等。 混合稀土元素符号用RE表示混合稀土元素符号用RE表示。 。 优质合金在牌号后标注字母优质合金在牌号后标注字母“A“A”。 ”。 ? 有色金属种类很多有色金属种类很多，本章仅对机械、，本章仅对机械、仪 仪 表等工业中广泛使用的铝表等工业中广泛使用的铝、铜、铜、钛、钛、镁 镁 及轴承合金作简要介绍。及轴承合金作简要介绍。 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合
6、金 Material Science 作者：陈儒军作者：陈儒军 第一节 铝及铝合金 一一、铝及铝合金性能特点 铝及铝合金性能特点 纯铝具有银白色金属光泽，密度 纯铝具有银白色金属光泽，密度 小小(2.72 )，熔点低，熔点低(660.4), 导 导 电、导热性能优良。 电、导热性能优良。 耐大气腐蚀，易于加工成形 耐大气腐蚀，易于加工成形 。 。 具有面心立方晶格，无同素异构 具有面心立方晶格，无同素异构 转变，无磁性。 转变，无磁性。 铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军作者：陈儒军
7、材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。 铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。 铝合金常加入的元素主要有铝合金常加入的元素主要有CuCu、Mn、Mn、SiSi、Mg、Zn、Mg、Zn等，等，此外还有 此外还有 CrCr、Ni、Ni、TiTi、Zr 、Zr 等辅加元素。 等辅加元素。 铝合金型材 铝合金型材 铝铸件铝铸件 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 可将铝合金分为可将
8、铝合金分为变 变 形铝合金和铸造 形铝合金和铸造 铝合金铝合金两大类。 两大类。 变形铝合金又分为 变形铝合金又分为 可热处理强化和 可热处理强化和 不可热处理强化 不可热处理强化 两类. 两类. 铝合金分类铝合金分类示意图 示意图 ? 二二、铝合金的分类 铝合金的分类 ? 铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 三、三、铝合金的热处理 铝合金的热处理 加热固溶 加热固溶 淬火过饱和 淬火过饱和 时效析出时效析出 可热处理强化变形铝合 可热
9、处理强化变形铝合 金的热处理方法： 金的热处理方法： 固溶处理 固溶处理 + + 时效时效 固溶处理是指将合金加 固溶处理是指将合金加 热到固溶线以上，热到固溶线以上，保温 保温 并淬火后并淬火后获得过饱和的 获得过饱和的 单相固溶体组织单相固溶体组织的处理 的处理 方法方法。 时效是指将过饱和的固 时效是指将过饱和的固 溶体加热到固溶线以下 溶体加热到固溶线以下 某温度保温，某温度保温，以以析出弥 析出弥 散强化相散强化相的热处理的热处理。 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 在室温下进行的时效称在室温
10、下进行的时效称自然时效自然时效；在加热条件下进行的时 在加热条件下进行的时 效称效称人工时效人工时效。 。 时效强化效果与加热温度和保温时间有关时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 。 温度一定时，温度一定时，随时效时间延长，随时效时间延长，时效曲线上出现峰时效曲线上出现峰值， 值， 超过峰值时间超过峰值时间，析出相 ，析出相 聚集长大聚集长大，强度下降， ，强度下降， 为为过时效过时效。随时效温度 。随时效温度 提高提高，峰值强度下降， ，峰值强度下降， 出现峰值的时间提前。 出现峰值的时间提前。 含含4%Cu铝合金的时效曲线 铝合金的时效曲线 时效时间时效时间/d 材料科学基础材料科学基
11、础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 时效时间 时效时间 屈服强度 屈服强度 时效峰 时效峰 过时效 过时效 亚亚时效时效 铝合金的热处理 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 四、四、铝合金的牌号、性能及用途铝合金的牌号、性能及用途 1、变形铝合金 变形铝合金 变形铝及铝合金牌号表示方法 变形铝及铝合金牌号表示方法 根据国标规定 根据国标规定 ，变形铝及铝合金可直接引用，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字 国际四位数字 体系体系牌号或采用
12、牌号或采用国标规定的四位字符牌号国标规定的四位字符牌号。 。 全世界铝的用量 全世界铝的用量 百万吨百万吨 一次生产量 二次回收量 总用量 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军作者：陈儒军 GB 319082中的旧牌号仍可继续 中的旧牌号仍可继续 使用，表示方法为使用，表示方法为: 防锈铝合金：防锈铝合金：LF+序号序号 硬铝合金：硬铝合金： LY +序号序号 超硬铝合金：超硬铝合金：LC +序号序号 锻铝合金：锻铝合金： LD +序号 序号 铝合金波纹管 铝合金波纹管 铝合金波纹管铝合金波纹管 铝合金制品 铝是可以回收
13、利用的金属 铝是可以回收利用的金属 铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 常用变形铝合金 常用变形铝合金 防锈铝合金 防锈铝合金 主要主要是Al-是Al-MnMn和Al-和Al-MgMg系合金系合金。 。 MnMn和Mg主要作用是 和Mg主要作用是 卫星天线 卫星天线 （LF2） ） 提高抗蚀能力和塑性提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。 并起固溶强化作用。 ? 防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性，抗蚀性、焊接 、
14、焊接 性能好，性能好，易于变形加工，易于变形加工，但切削性能差。 但切削性能差。 ? 不能进行热处理强化不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度，常利用加工硬化提高其强度。 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军 作者：陈儒军 汽化 汽化 汽化 汽化 器 器 器器( (热 热 热 热 交换 交换 交换 交换 管为 管为 管为管为 LF21) LF21) 常用的Al-常用的Al-MnMn系合金有 系合金有 LF21LF21（ （ 3A21 3A21 ），），其抗蚀性和强度高于 其抗蚀性和强度高于 纯铝纯铝，用于制造油罐、
15、油箱，用于制造油罐、油箱、管道、管道、铆钉等需要弯曲、铆钉等需要弯曲、冲压 冲压 加工的零件。 加工的零件。 常用的Al-常用的Al-MgMg系合金有 系合金有 LF5（ LF5（ 5A05 5A05 ），），其密度比其密度比纯 纯 铝小铝小，强度比强度比AlAl-Mn合金 -Mn合金 高高，在航空工业中得到 在航空工业中得到 广泛应用广泛应用，如制造管 如制造管 道道、容器容器、铆钉及承受 铆钉及承受 中等载荷的零件。中等载荷的零件。 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军作者：陈儒军 硬铝合金 硬铝合金 主要是主要是A
16、lCuMg系合金，并含少量系合金，并含少量Mn。 。 可进行时效强化可进行时效强化，也可进行变形强化。 ，也可进行变形强化。 强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。 强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。 ? 常用硬铝合金如： 常用硬铝合金如： ? LY11 (2A11)、 LY11 (2A11)、 ? LY12 (2A12) LY12 (2A12) ? 用于制造冲压件、用于制造冲压件、模 模 锻件和铆接件锻件和铆接件，如螺 ，如螺 旋桨旋桨、梁、梁、铆钉等、铆钉等. . 飞机翼梁飞机翼梁(腹板为 腹板为 硬铝合金硬铝合金) 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science 作者：陈儒军作者：陈儒军 材料科学基础材料科学基础9、有色金属及其合金、有色金属及其合金 Material Science
