单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 船用非铁金属材料及其它材料,本章主要介绍,船用铝合金、铜合金、钛合金等种类,、牌号、性能及其用途.,概述:,工业上钢铁称为黑色金属，除钢铁以外的金属称为,非铁金属,（又称,有色金属,）非铁金属与黑色金属相比，具有一系列特点，有良好的,导热性,和,导电性,，如银、铜、铝等有优异的,化学稳定性,，如铝、钛等比强度（单位质量能够提供的强度）高,，如铝合金、钛合金等近年来，航空、航海中为减轻重量，提高运载能力和航行速度，要求材料强度高、密度轻此外，石油、化工、航海中的设备及其零件要在腐蚀介质中工作，要求材料具有良好的,耐腐蚀性,，所以非铁金属在近代造船行业中应用广泛，特别是,高强度、耐腐蚀的轻合金材料,的应用，大大改善了船舶的使用性能第一节 船用铝合金,一、纯铝的性能特点:,（一）纯铝的密度小（2.7g/cm,3,）其强度很低，,b,=80 MPa 100 MPa但塑性很好，=30%50%熔点为660，结晶后具有面心立方晶格，没有同素异构转变二）导电、导热性能仅次于银、铜、金而居于第四位三）具有良好的抗大气腐蚀能力，在空气中铝的表面可生成致密的氧化膜，可有效地隔绝铝和氧的接触，阻止表面的进一步氧化。
根据上述特点，工业纯铝的主要用途为：代替较贵重的铜制作导线、电缆；配制铝合金；制作具有导热和抗大气腐蚀性能而对强度要求不高的用具和器皿工业纯铝中常见的杂质是铁和硅，杂质越多，其导电性能越低，腐蚀性、塑性越差AVC纯铝散热器,纯铝吊灯,纯铝机箱,铝芯线,二、铝合金的分类及对船用铝合金性能的基本要求,铝合金：纯铝的强度较低，若在铝中加入一些元素，如铜、镁、,锌、锰、硅等形成铝合金，其性能将会有很大的改善一）铝合金的分类,根据铝合金的化学成分和工艺特点，可将铝合金分为变形铝合,金和铸造铝合金两类铝合金 状态图的一般类型,铝合金的分类,形变铝合金,铸造铝合金,不能热处理,强化铝合金,能热处理,强化铝合金,（二）合金性能的基本要求,把铝合金加热到相区，保温后在水中快冷，得到单相过饱和,的固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬火力学性能方面：,1、屈强比 保持一定差距，一般不要大于0.8，利于半成品和,零件的加工矫正工作2、高温强度 在加热到100之前，应保持力学性能不变，加,热到250时，屈服强度大于60%3、疲劳强度 平板试样的疲劳强度不小于50MPa，带焊缝试样,的疲劳强度不小于40 MPa4、延伸率 不小于10%，以适应各种加工工艺需要。
抗腐蚀性能方面：,应具有良好的抗腐蚀性能，特别是抗海水腐蚀性能对高强度,变形铝合金，还要求有较好抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能其它方面：,热处理不可强化铝合金，应具有良好的可焊性和加工性；热处,理可强化铝合金，经过一定热处理后，应具有良好的加工性，并具,有在热处理中抵抗变形的能力三）铝合金的时效硬化,1.定义:,固溶处理或淬火,：把铝合金加热到相区，保温后在水中快,冷，得到单相过饱和的固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬,火时效硬化,：,在固溶处理后的合金随时间延 续而发生进一步强,化的现象回归现象,：已经时效硬化的铝合金，如若需恢复其塑性，可在,230250作短时间加热，然后快冷至室温，合金将重新恢复塑性，,即性能恢复到淬火状态若在室温下放置，则与新淬火合金一样，,仍能进行正常的自然时效与人工时效，这种现象称为回归现象2.种类,自然时效,人工时效,含4%Cu的铝合金自然时效曲线,含4%Cu的铝合金在不同温度下的人工时效曲线,（四）船用变形铝合金,1.分类,船用变形铝合金，按其化学成分与主要性能特点，分为,防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等四种，见表3-12.牌号,按GB/T164741996规定，变形铝合金牌号用四位字符体,系表示，牌号的第一、三、四位为数字，第二位为字母“A”。
牌号中第一位数字是依主要合金元素Cu、Mn、Si、Mg、Mg2Si、,Zn的顺序来表示变形铝合金的组别依其主要合金元素的排列,顺序分别标示为2、3、4、5、6、7例如，5A50，表示以镁为,主要合金元素的变形铝合金，后两位数字用以标识同一组别的,不同铝合金3.常用的铝合金,(1),防,锈,铝,合金:,Al Mn,通过固溶强化提高铝合金的,强度和抗蚀性(,比纯铝好,)Al Mg,通过固溶强化提高铝合金的,强度和抗蚀性(,比纯铝轻,)防锈铝合金均属热处理不可强化的铝合金，加工硬化是,其唯一的强化手段防腐保温铝板卷铝皮,铝镁合金板,瓦楞铝板,(2),硬,铝,合金:,Al Cu Mg 通过,时效强化,提铝合金强度,但,耐蚀性不高,常用于航空制,造业结构件的制造，如飞机,螺旋桨、叶片、隔框、蒙皮、,支架、承受高负荷的,铆钉等3),超,硬,铝,合金:,Al Zn Mg Cu,通过时效强化和形成的强化相,使铝合金达到,最高的硬度和强,度,但,耐蚀性较差,主要用于,制造飞机的受力构件，如飞机,的起落架、大梁等飞机翼梁(腹板为硬铝合金,),飞机主起落架,(4),锻,铝,合金,:,Al Mg Si Cu,具有良好的热塑性,通过固溶,处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。
由于锻铝合金的热塑性好，所以适于制造航空及仪表工,业中各种形状复杂、要求比强度较高的锻件，如各种叶轮、,框架或高温条件下（200300以下）工作的零件，如内,燃机的活塞及汽缸等压气机叶片,（五）铸造铝合金,1.分类,用来制作铸件的铝合金，成为铸造铝合金铸造铝合,金分为铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系四种其,中铝硅系应用最广2.牌号,铸造铝合金的牌号表示法如下：例如，ZAlSi7Mg；Z,汉语拼音“铸”字的第一个大写字母，Al铝的元素符号，,Si硅的元素符号，7硅的质量分数，Mg镁的元素符号常用铸造铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见,表3-23.铸,造,铝,硅,合金(,俗称硅铝明,),铝 硅合金一般铸造所得的组织几乎,全部是粗大的共晶体，它使合金的力学性,能下降.通常采用,变质处理,细化晶粒后，,力学性能显著提高一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂,但强度要求不高的铸件，如发动机汽缸、,手提电动工具或风动工具，以及仪表的外,壳等同时，加入Mg、Cu的铝硅合金,（ZL108），还具有较好的耐热性与耐磨,性，常用于制造内燃机的活塞等活塞(裙部为铝硅合金),三、铝合金的腐蚀与防腐,（一）铝及铝合金常见腐蚀形式,1.,电化学腐蚀,2.,应力腐蚀开裂（SCC）,铝合金的SCC是在20世纪30年代初发现的。
金属在应力,（拉应力或内应力）和腐蚀介质的联合作用下所发生的一种,破坏，被称为SCCSCC的特征是形成腐蚀机械裂缝，既可,以沿着晶界发展，也可以穿过晶粒扩展由于裂缝扩展是在,金属内部，会使金属结构强度大大下降，严重时会发生突然,破坏SCC在一定的条件下才会发生，它们是：一定的拉应力或金属内部有残余应力二）铝合金常用防腐措施,1.,涂层保护,；2.,牺牲阳极,；3.,阳极氧化处理,第二节 船用铜合金,一、纯 铜（又称紫铜）,铜的性能特点:,密度大；导电及导热性能好；,抗大气腐蚀性好；塑性高；,强度低；无磁性；无打击火,花；加工工艺性好等纯铜主要用途为：,制作导电材料，如电线、,电缆等，还可用来配制,各种合金纯铜及其合,金对于制造不允许受磁,性干扰的磁学仪器，如,罗盘、航,空仪表和炮兵,瞄准环等具有重要价值铜,电线、电缆,二、铜合金的分类及牌号表示方法,(一)分类,白铜,:Cu Ni,黄铜,:Cu Zn,铜合金的分类,青铜,:除黄铜和白,铜外的所有,铜合金普通黄铜,特殊黄铜,锡青铜,特殊青铜,（无锡青铜）,压力加工黄铜,铸造黄铜,(二)牌号,1.黄铜的牌号,(Z),H,90,含铜量,W,Cu=90%,黄铜,铸造,2.,特殊黄铜,牌号,3.青铜牌号的表示方法,H,Al,59,-,3,含铝量,W,Al=3%,含铜量,W,Cu=59%,Z,Q,Sn10,1,其它合金元,素含量为1%,主加元素锡其含,量为WSn=10%,青铜,铸造,三、黄铜,1.,黄铜,：铜与锌组成的合金称为黄铜。
为改善其性能，常加,入锡、铝、硅、镍、锰、铅、铁等元素，这样形成的合金称为,特,殊黄铜2.力学性能与含锌量有着极为密切的关系,500,30,40,50,60,70,0,400,300,200,100,0,10,20,50,40,30,20,10,50,60,70,80,90,100,110,40,HB,+,b,b,(Mpa),(%),HB,当含锌量为30%时黄铜具有最大的塑性而含锌量为40%时黄铜具有最大的硬度3.常用的黄铜,普通黄铜:,金奖黄铜 H90，,弹壳黄铜 H70(H68)，,日用黄铜 H62(H59)冷凝器管,法兰阀,闸阀,特殊黄铜：,海军黄铜 HSn62 1，,易切削黄铜 HPb59-1,小型螺旋桨,船厂员工在导弹驱逐舰“德凯特”,号巨大螺旋桨 下留影,四、青铜,（一）锡青铜,1.力学性能与含锡量有着极为密切的关系,3 7,10 14,压力加工,铸造成形,b,+,含锡量小于8%的合金，具有良好的塑性和适宜的强度，易于压力加工；含锡量大于10%的合金塑性差，只适合铸造2.锡青铜的应用,锡青铜的抗腐蚀性和耐磨性都比纯铜和黄铜好，都用于,制造耐磨零件，如轴套、轴瓦等也可用来制造与酸、碱、,蒸汽接触的零件。
温度低于200的蒸汽管系和阀件无锡灵山大佛,轴套,内螺纹恒温疏水阀,（二）特殊青铜(也称无锡青铜或特殊青铜),在青铜中加入锡以外的其它合金元素，如Al、Mn、Si、Pb、Fe等元素，这种铜合金称为,无锡青铜,或,特殊青铜,特殊青铜按主要加入元素分为,铝青铜、铅青铜、锰青铜、硅青铜、铍青铜,等；常用的有,铝青铜,、,铍青铜,等铝青铜合金减速机蜗轮,铝青铜合金轴套,铍青铜棒、板、,管、毛细丝,第三节 船用钛合金,一、钛及钛合金的种类和性能,（一）工业纯钛和高纯度钛的性能,物理性能,：银白色光泽，密度4.507g/cm3，熔点1668，,-Ti（hcp）882.5-Ti（bcc）应用,：制造化工设备，船舶用零件和化工用热交换器等热交换器,纯钛眼镜架,纯钛戒指,（二）钛合金的种类和性能,钛虽然密度小、熔点高、抗蚀性能好等一系列特性，但工业纯钛的机械性能不高，又不能热处理强化，因而限制了在工业上的应用在工业中广泛使用的是钛合金工业用钛合金主要合金元素有铬、锰、钼、钒、铁、铝和锡等；合金化的主要目的是改变和的同素异构转变温度，提高相或相的稳定性，形成稳定的固溶体或与钛形成合金，提高强度根据合金在使用状态的组织，可以全部钛合金分为型、型和+型三大类钛合金。
钛合金特点,：,1、比强度、热强度高（工作温度550以上）；,2、较好的低温韧性；,3、抗腐蚀性能好4、主要缺点是不易切削和塑性加工钛合金强度大，重量轻，耐热性能好，适用于船只、汽车、航空航天工业，被人们视为未来材料，新型波音777客机采用了约9%的钛合金材料然而，钛合金的加工难度极大，如加工一个钛合金船用涡轮压缩机轮需要50个小时，而加工一个铝合金的同样部件仅需5个小时德国布伦瑞克大学的科学家采用了一种专门热处理方法，将氢原子渗入材料，掺氢的钛合金相对软化对软化的钛合金进行切削加工，加工设备所承受的机械和热负载明显降低，切削力仅需过去的50%，大大降低了加工成本加工完毕后，再经专门的热处理工序，材料的特性则回到原先状态科学家称，该方法非常适用于大批量的钛合金铸件加工钛合金做的外壳,钛合金用在火箭中,欢迎进入第四章学习,。