工程材料--有色金属及其合金综述

1、第第 十十 章章 有色金属及其合金有色金属及其合金 在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属。 主要内容：主要内容：1、铝和铝合金2、铜和铜合金3、钛和钛合金4、滑动轴承合金成分、组织、热处理、牌号、性能、应用基本要求基本要求1、熟悉时效强化的方法、机理；2、了解有色金属合金的分类、性能、 牌号、应用。 有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度(强度与密度之比)等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料.AlFe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第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 一、铝及铝合金性能特点一

2、、铝及铝合金性能特点 物理性能：纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72 )，熔点低(660.4)；面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性；导电、导热性能优良。 机械性能：纯铝强度较低100MPa，塑性高，易于加工成形 化学性能：耐大气腐蚀；在Cl-、OH-易腐蚀。 牌号： 高纯铝(99.0399.996%)-L01、L02、L03、L04 工业纯铝(99.798%)-L1L7提高强度的方法： 1）冷加工强化 2) 合金化 常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。 可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。 变形铝合金又分为可热处理强化和不

3、可热处理强化两类. 二、铝合金的分类二、铝合金的分类 铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。形变铝合金铸造铝合金铝合金不能 HT 强化防锈铝 能 HT 强化硬铝超硬铝锻铝三、铝合金的热处理三、铝合金的热处理 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相。 铝合金的热处理方法：固溶处理固溶处理 + + 时效。时效。 固溶处理-得到单相过饱和固溶体.加热固溶淬火过饱和时效析出时效方式: 在室温下进行的时效称自然时效； 在加热条件下进行的时效称人工时效。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 随着时效温度和时间变化，时效过程分为:欠时效、峰时效和过时效。含含4%Cu铝合金的时效曲

4、线铝合金的时效曲线 时效时间时效时间/d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时效亚时效铝合金的热处理铝合金的热处理 时效硬化原理时效硬化原理 （时效过程四阶段）：（时效过程四阶段）：第一阶段： 溶质原子偏聚形成富集区(G.P)造成基体晶格严重畸变，阻碍位错运动，使强度硬度 。第二阶段： G.P扩大，呈规则排列，有序化，成分接近CuAl2，称为G.P区 晶格畸变程度对位错运动的阻碍作用 强度、硬度进一步 G.P末期，强度达到最高值 。第三阶段： 成分逐渐达到CuAl2 , 形成过渡相（与母相半共格，晶格畸变降低，位错运动阻力减小，合金软化。第四阶段： 形成稳定相(CuAl2

5、)。晶格畸变大为降低，强度、硬度明显下降。时效强化的本质： 不是过饱和固溶强化，也不是强化相析出的第二相强化，而是在析出第二相的过程中形成 GP区造成基体相晶格畸变阻碍位错运动的结果四、铝合金的牌号、性能及用途四、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 根据国标规定 ，变形铝及铝合金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。 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 Al-Mn、Al-Mg系硬铝合金： LY +序号 Al-Cu-Mg系超硬铝合金：LC +序号 Al-Mg-Zn-Cu系锻铝合金：

6、LD +序号 Al-Mg-Si-Cu系、Al-Cu-Mg-Ni-Fe系 常用变形铝合金 防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。卫星天线卫星天线（LF2） Mn和Mg主要作用是： 提高抗蚀能力和塑性，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，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。 不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。 常用的Al-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得

7、到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。 硬铝合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可进行时效强化，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。 常用硬铝合金如LY11、 LY12 等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等。 飞机翼梁飞机翼梁(腹板为硬腹板为硬铝合金铝合金) 超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。 时效强化效果超过硬铝合金。 热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有 LC4 、LC9 等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件, 如飞机大梁、起落架等。飞机主起落架飞机主起落架 锻铝合金 Al-Cu

8、-Mg-Si系合金 可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。 Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金 常用牌号有LD7 、LD8、LD9等 。用于制造150 225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。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)高比强铝合金机翼高比强铝合金机翼2 2、铸造铝合金、铸造铝合金 包括：Al- Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号Al- Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al- Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al- Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号 Al-Si系

9、铸造铝合金 又称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明。 在普通铸造条件下， ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次固溶体组织，以提高性能。未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织 加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。 Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。 活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) ) 用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动

10、机活塞等。五、铝合金的选用：五、铝合金的选用：1、不宜作受力大、强磨损的零件； 2、适宜用作比强度高、重量轻、运动惯性要求小的零件； 3、耐大气腐蚀，不耐海水腐蚀。六、铝合金在造船工业中的应用六、铝合金在造船工业中的应用类别结构部位及名称连接方式选用铝合金的牌号1快艇壳体焊接或铆接铆 接LYF6或特殊要求的牌号LY10、LY112救生艇壳体、上层建筑外围壁及其他结构焊接或铆接铆 接LF6、LF11LY10、LY123船体主要受力构件，如肋骨、框架、支柱、主舱壁等焊接或铆接铆 接LF6、LF11LY10、LC44一般受力结构，如围壁、吊艇杆、桅杆、舷梯等焊接或铆接铆 接LF5、LF11、LF2LY125不计强度的结构，如轻围壁、烟囱壳体、通风管等焊接或铆接铆 接LF3、LF21LY11、LY1、LY96铆钉LF10、LF2、LF21、LY1、LC3等1、形变铝合金