工程材料-有色金属及其合金

第十章有色金属(yǒusèjīnshǔ)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(qítā)非铁金属及其合金称为有色金属。

共二十九页主要(zhǔyào)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(huádònɡzhóuchénɡ)合金成分、组织、热处理、牌号、性能、应用基本要求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。共二十九页有许多优良的特性(tèxìng)，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.材料占汽车净重比AlFe塑料其它橡胶磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纤维各种材料在先进汽车中占的重量百分比共二十九页第一节铝及铝合金

一、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(dàqì)腐蚀；在Cl-、OH-易腐蚀。牌号：高纯铝(99.03~99.996%)---L01、L02、L03、L04工业纯铝(99.7~98%)---L1~L7共二十九页提高强度的方法：

1）冷加工强化

2)合金化常加入的元素主要(zhǔyào)有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。

共二十九页

可将铝合金分为变形(biànxíng)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可热处理强化两类.

二、铝合金的分类(fēnlèi)铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。共二十九页形变(xíngbiàn)铝合金铸造(zhùzào)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共二十九页三、铝合金的热处理

时效是指将过饱和的固溶体加热(jiārè)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(chǔlǐ)

+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共二十九页时效方式:在室温下进行的时效称自然时效；在加热(jiārè)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(biànhuà)，时效过程分为:欠时效、峰时效和过时效。含4%Cu铝合金的时效曲线

时效时间/d共二十九页时效时间屈服强度时效峰过时效亚时效铝合金的热处理共二十九页

时效(shíxiào)硬化原理（时效(shíxiào)过程四阶段）：第一阶段：

溶质原子偏聚形成富集区(G.PⅠ)造成基体晶格严重畸变(jībiàn)，阻碍位错运动，使强度硬度。第二阶段：

G.PⅠ扩大，呈规则排列，有序化，成分接近CuAl2，称为G.PⅡ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.PⅡ末期，强度达到最高值]。共二十九页第三阶段：

成分(chéngfèn)逐渐达到CuAl2,形成过渡相θ′（与母相α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θ相(CuAl2)。晶格(jīnɡɡé)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α在析出第二相的过程中形成GP区造成基体相α晶格畸变阻碍位错运动的结果共二十九页四、铝合金的牌号(páihào)、性能及用途

1、变形铝合金⑴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(zhíjiē)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。共二十九页GB3190-82中的旧牌号(páihào)仍可继续使用，表示方法为:铝是可以回收利用(lìyòng)的金属防锈铝合金：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：LD+序号

Al-Mg-Si-Cu系、Al-Cu-Mg-Ni-Fe系共二十九页⑵常用变形(biànxíng)铝合金①防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。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(qiánghuà)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。

共二十九页常用的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(mìdù)比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。

共二十九页②硬铝合金主要(zhǔyào)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(chánɡyònɡ)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(腹板为硬铝合金)共二十九页

③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(qiánghuà)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。飞机主起落架共二十九页

④锻铝合金

Al-Cu-Mg-Si系合金可锻性好，力学性能高，用于形状(xíngzhuàn)复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。压气机叶片

Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金常用(chánɡyònɡ)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。共二十九页美F-117隐身战斗机

(所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼共二十九页2、铸造(zhùzào)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

⑴Al-Si系铸造(zhùzào)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。

共二十九页共二十九页在普通铸造条件下，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(dédào)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

经变质处理

ZL102的铸态组织共二十九页

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(yōuliáng)的耐蚀性、耐热性和焊接性能。活塞(裙部为铝硅合金)

用于制造飞机、仪表(yíbiǎo)、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。共二十九页五、铝合金的选用(xuǎnyòng)：1、不宜(bùyí)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。共二十九页六、铝合金在造船工业中的应用(yìngyòng)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(xíngbiàn)铝合金共二十九页2、船用铸造铝合金

Al-Si系合金代表(dàibiǎo)牌号是ZL104、ZL109

用途：内燃机壳体及气缸等

Al-Mg系合金代表牌号是ZL301

用途：门窗、管路、带缆桩等共二十九页小结

铝合金的分类：形变铝合金、铸造铝合金；铝合金的时效(shíxiào)原理及时效(shíxiào)强化；形变铝合金及铸造铝合金的种类、牌号、性能及用途。作业：P2192、3、5、7共二十九页内容(nèiróng)总结第十章有色金属及其合金。工业纯铝(99.7~98%)---L1~L7