金属材料有色金属及其合金课件.ppt
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1、山山 东东 大大 学学 博博 士士 学学 位位 论论 文文 T E S A W电电 弧弧 特特 性性 及及 熔熔 滴滴 过过 渡渡 研研 究究关于金属材料有色金属及其合金1现在学习的是第1页,共39页3.4 有色金属及其合金有色金属及其合金3.4.1 铝及铝合金铝及铝合金3.4.2 铜及铜合金铜及铜合金3.4.3 钛及钛合金钛及钛合金3.4.4 轴承合金轴承合金现在学习的是第2页,共39页3 特性:特性:(1)(1)密度小密度小(2.7g/cm(2.7g/cm3 3)、比强度高、比强度高(2)(2)有优良的物理、化学性能有优良的物理、化学性能 导电性好,抗大气腐蚀能力好导电性好,抗大气腐蚀能力
2、好(Al2O3),磁化率极低,磁化率极低,良好的良好的低温性能低温性能(纯铝纯铝-235塑性和冲击韧度也不降低塑性和冲击韧度也不降低)(3)(3)加工性能良好加工性能良好 铝铝(FCC,=3050%,=80%)及铝合金及铝合金(退火状态退火状态)的塑性很的塑性很好,可以冷成型。切削性能也很好。好,可以冷成型。切削性能也很好。超高强铝合金成型后经热处理,可达到很高的强度。铸超高强铝合金成型后经热处理,可达到很高的强度。铸造铝合金的铸造性能极好。造铝合金的铸造性能极好。3.4.1 铝及铝合金铝及铝合金现在学习的是第3页,共39页4一、纯铝一、纯铝u分类分类:n高纯铝:高纯铝:L05L01,数字越小
3、,纯度越低,数字越小,纯度越低n工业高纯铝工业高纯铝:L0,L00,“0”个数增加,纯度降低个数增加,纯度降低(LG5LG1)n工业纯铝:工业纯铝:L1L7,数字越大,纯度越低,数字越大,纯度越低u用途:用途:n高纯铝主要用于科学研究及制作电容器高纯铝主要用于科学研究及制作电容器;n工业高纯铝的主要用途是配制铝合金工业高纯铝的主要用途是配制铝合金;n工业纯铝还可用来制造导线、包覆材料、耐蚀和生活器皿等工业纯铝还可用来制造导线、包覆材料、耐蚀和生活器皿等。现在学习的是第4页,共39页5u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u铝合金常加入的元素主要有铝合金常
4、加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等等 美美F-117隐身战斗机隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金)二、铝合金二、铝合金现在学习的是第5页,共39页61、铝合金的分类及强化机制、铝合金的分类及强化机制变形铝合金:变形铝合金:D点以左,点以左,加热加热时能形成单相固溶体组织,塑性时能形成单相固溶体组织,塑性好,适于变形加工好,适于变形加工Al-F不可热处理强化不可热处理强化F-D可热处理强化可热处理强化铸造铝合金:铸造铝合金:D点以右,点以右,由于由于冷却时有共晶反应发生冷却时有共晶反应发生,流动性流动性较好较好,适于铸造生产适于铸造生产1)铝合金的分类铝合金的分
5、类现在学习的是第6页,共39页7将成分位于相图中将成分位于相图中DF之间之间的合金加热到固溶线以上,保温的合金加热到固溶线以上,保温获得单相获得单相后迅速水冷,得到过后迅速水冷,得到过饱和的饱和的 固溶体固溶体(2)时效强化(第二相强化)时效强化(第二相强化)l在在室温室温下放置或下放置或低温加热低温加热时,时,强度强度和硬度会明显升高和硬度会明显升高。这种现象称为时。这种现象称为时效或时效硬化。效或时效硬化。2)铝合金的强化机制)铝合金的强化机制(1)固溶处理)固溶处理时效的条件:时效的条件:合金能在高温形成均匀的固溶体,并且固溶体中溶质的溶解合金能在高温形成均匀的固溶体,并且固溶体中溶质的
6、溶解度必须随温度的降低而显著降低。度必须随温度的降低而显著降低。现在学习的是第7页,共39页8n时效规律时效规律 时效时效温度越高温度越高,强度峰值越强度峰值越低低,强化效果越小强化效果越小;时效时效温度越高温度越高,时效速度越时效速度越快快,强度峰值出现所需时间越短强度峰值出现所需时间越短;低温低温使固溶处理获得的过饱和使固溶处理获得的过饱和固溶体保持相对的稳定性固溶体保持相对的稳定性,抑制时抑制时效的进行效的进行。含含4%Cu的的Al-Cu合金的自然时效曲线合金的自然时效曲线 含含4%Cu的的Al-Cu合金不同温度下的时效曲线合金不同温度下的时效曲线 Al-Cu合金相图合金相图 CuAl2
7、现在学习的是第8页,共39页9回归回归n一切能时效硬化的合金都有回一切能时效硬化的合金都有回归现象。归现象。n自然时效后的铝合金在反复回自然时效后的铝合金在反复回归处理和再时效时强度有所降归处理和再时效时强度有所降低。低。n时效后的铝合金可在时效后的铝合金可在回归处理回归处理后的软化状态进行各种冷变形后的软化状态进行各种冷变形。利用这种现象,可随时进行飞机利用这种现象,可随时进行飞机的铆接和修理等。的铆接和修理等。n自然时效后的铝合金自然时效后的铝合金,在在230 230 250 250 短时间短时间(几秒至几几秒至几分钟分钟)加热后加热后,快速水冷至室温时快速水冷至室温时,可以重新变软可以重
8、新变软。如再在室。如再在室温下温下放置放置,则又能发生正常的自然时效则又能发生正常的自然时效。这种现象称为回归。这种现象称为回归。现在学习的是第9页,共39页102、变形铝合金、变形铝合金GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用,表示方法为中的旧牌号仍可继续使用,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+序号序号现在学习的是第10页,共39页11(1)防锈铝合金)防锈铝合金nAl-Mn系系和和Al-Mg系合金系合金nMg:固溶强化,降低密度,抗腐蚀:固溶强化,降低密度,抗腐蚀nMn:固溶
9、强化,抗腐蚀:固溶强化,抗腐蚀n高的塑性,低中等强度,优良的抗腐蚀及焊接性能高的塑性,低中等强度,优良的抗腐蚀及焊接性能n不能进行热处理强化,退火不能进行热处理强化,退火/冷作硬化态使用。冷作硬化态使用。nLF21(3A21)(Al-Mn合金合金)用于焊接件、容器、管道,或需用深用于焊接件、容器、管道,或需用深延伸、弯曲等方法制造的低载荷零件、制品以及铆钉等。延伸、弯曲等方法制造的低载荷零件、制品以及铆钉等。nLF5(5A05)(Al-Mg合金合金)用于焊接用于焊接容器容器、管道,以及承受中、管道,以及承受中等载荷的零件及制品,也可用作铆钉。等载荷的零件及制品,也可用作铆钉。现在学习的是第11
10、页,共39页12(2 2)硬铝合金()硬铝合金(Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系)系)n可时效强化,亦可形变强化可时效强化,亦可形变强化nCuCu、MgMg强化相,强化相,MnMn耐蚀性耐蚀性n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。低合金硬铝低合金硬铝 2A01(LY1)2A01(LY1):MgMg、CuCu含量较低含量较低,塑性好塑性好,强度低。时效强强度低。时效强化。常称化。常称铆钉硬铝铆钉硬铝。标准硬铝标准硬铝 2A11(LY11)2A11(LY11):合金元素中等,强度和塑性中等。退火后变形加合金元素中等,强度和塑性中等。退火后变形加
11、工性能良好,时效后切削加工性能也较好。主要用于轧材、锻材、冲压件和工性能良好,时效后切削加工性能也较好。主要用于轧材、锻材、冲压件和螺旋浆叶螺旋浆叶片片及大型铆钉等重要零件。及大型铆钉等重要零件。高合金硬铝高合金硬铝 2A12(LY12)2A12(LY12):合金元素较多,强度和硬度较高,塑性及变合金元素较多,强度和硬度较高,塑性及变形加工性能较差。用于制作形加工性能较差。用于制作航空模锻件航空模锻件和重要的销、轴等零件。和重要的销、轴等零件。现在学习的是第12页,共39页13(3)超硬铝合金()超硬铝合金(Al-Mg-Zn-Cu系)n牌号有牌号有7A04(LC4)、7A09(LC9)等。等。
12、n固溶处理和人工时效固溶处理和人工时效n强度最高的铝合金强度最高的铝合金。抗蚀性较差抗蚀性较差,高温下软化快。用包铝法可,高温下软化快。用包铝法可提高抗蚀性。提高抗蚀性。n超硬铝合金多用于制造受力大的重要构件,例如飞机大梁、起落超硬铝合金多用于制造受力大的重要构件,例如飞机大梁、起落架等。架等。飞机用座椅轨道及航空零件飞机用座椅轨道及航空零件飞飞机机前前起起落落架架现在学习的是第13页,共39页14(4)锻铝合金(Al-Mg-Si-Cu或Al-Cu-Mg-Ni-Fe系)n牌号牌号2A50(LD5)、2A70(LD7)、2A14(LD10)n合金的元素种类多但用量少,有良好的热塑性、铸造性能合金
13、的元素种类多但用量少,有良好的热塑性、铸造性能和锻造性能,并有较高的机械性能。和锻造性能,并有较高的机械性能。n固溶处理和人工时效。固溶处理和人工时效。n这类合金主要用于承受重载荷的锻件和模锻件这类合金主要用于承受重载荷的锻件和模锻件现在学习的是第14页,共39页15变形铝合金的主要牌号、成分、机械性能及用途变形铝合金的主要牌号、成分、机械性能及用途现在学习的是第15页,共39页163、铸造铝合金、铸造铝合金2)2)性能特点性能特点良好的铸造性能良好的铸造性能力学性能不如变形铝合金力学性能不如变形铝合金成本较低成本较低3)3)应用:适合于形状复杂的零构件、箱体、壳应用:适合于形状复杂的零构件、
14、箱体、壳体、活塞等体、活塞等1 1)分类及牌号)分类及牌号铝合金发动机缸体和缸盖铝合金发动机缸体和缸盖现在学习的是第16页,共39页17 铸造性好(熔点低、流动性好、收缩小)铸造性好(熔点低、流动性好、收缩小)变质处理变质处理 显著提高力学性能。显著提高力学性能。组织组织 变质前,共晶体(粗针状变质前,共晶体(粗针状Si +Si +基体基体 )+初晶初晶SiSi 变质后,共晶体(细点状变质后,共晶体(细点状Si +Si +基体基体 )+初晶初晶ZL102的铸态组织,未变质,的铸态组织,未变质,500变质处理后,变质处理后,100Al-Si Al-Si 铸造铝合金(硅铝明铸造铝合金(硅铝明 )现
15、在学习的是第17页,共39页183.4.2 铜及铜合金铜及铜合金铜及铜合金有下列特性:铜及铜合金有下列特性:(1)(1)优异的物理、化学性能优异的物理、化学性能导电性、导热性极佳;对大气和水的抗蚀能力很高;铜是抗磁性物质。导电性、导热性极佳;对大气和水的抗蚀能力很高;铜是抗磁性物质。(2)(2)良好的加工性能良好的加工性能塑性加工性能优良,容易冷、热成型;切削加工性能优良,铸造铜合金有塑性加工性能优良,容易冷、热成型;切削加工性能优良,铸造铜合金有很好的铸造性能;焊接性好。很好的铸造性能;焊接性好。(3)(3)某些特殊机械性某些特殊机械性 例如优良的减摩性和耐磨性例如优良的减摩性和耐磨性(如青
16、铜及部分黄铜如青铜及部分黄铜),抗卡咬,高的弹性极限和疲,抗卡咬,高的弹性极限和疲劳极限劳极限(如铍青铜等如铍青铜等),弹性稳定。,弹性稳定。(4)(4)色泽美观色泽美观现在学习的是第18页,共39页19一、纯铜(紫铜)一、纯铜(紫铜)FCC,无同素异构体,无同素异构体,牌号牌号T1T4,编号越大,纯度越低。编号越大,纯度越低。纯铜主要用于制作电导体及配制纯铜主要用于制作电导体及配制合金。纯铜的强度低合金。纯铜的强度低,不宜作结构材不宜作结构材料。料。纯铜管纯铜管现在学习的是第19页,共39页20()黄铜()黄铜 Cu-Zn系合金系合金普通黄铜:普通黄铜:单相黄铜单相黄铜 如如 H80,含,含
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