有色金属及其合金.ppt
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1、第八章 有色金属及其合金,有色金属的性能特点铝合金及其应用轴承合金及其应用,1.定义:除黑色金属(钢、铁)以外的所有 金属。,2.分类,重金属(密度3.5);Cu、Ni 等。轻金属(密度3.5);Al、Mg 等。贵重金属;Au、Ag、Pt 等。稀有金属;W、Ti、Ra、Nb 等。半金属;Si、Te、B 等。,3、有色金属性能及特点 力学性能:高的比强度(强度/密度);物理性能:导电性、导热性、无磁性、形状记忆特性 化学性能:耐腐蚀,第一节 铝合金及其应用,知识要点铝合金的强化方式铝合金的分类及应用,一、纯铝的性能特点及应用:轻,密度低 配置铝合金 抗大气腐蚀 包覆材料 导电导热性好 导线、电容
2、 加工性能好 包装材料 强度低 不能作为承受载荷的结构材料应用 具有面心立方晶格,无同素异构转变,无磁性。,纯铝的牌号:四位字符(以1开头,第二位表示纯铝的成分状况,第三、四位表示铝的质量分数小数点后两位数。)第二位A、B或09A-原始纯铝,B-改型后0-铝中杂质极限含量无特殊控制1-9 对一种或几种杂质极限含量有特殊控制1A9910701145,二、铝合金:向铝中加入合金元素 铝合金。常加的合金元素:主:Cu,Mg,Si,Zn,Mn等;微:Ti,Zr,Cr,B等;作用:固溶强化和第二相强化,铝合金的分类铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。,2 铝合金的强化方式 变形强化(加工硬化)对合金进行冷
3、变形,能增加其内部的位错密度,阻碍位错运动,提高合金强度。这对不能进行热处理强化的铝合金提供了强化的途径和方法。,时效强化:(重点)可热处理强化铝合金。,变质处理(细晶强化):适合铸造铝合金在铝合金中添加微量元素细化组织提高铝合金力学性能(既提高强度又改善塑性)。,固溶强化:是指将合金加热到固溶线以上,保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。,硬铝“懒”的发现 跟钢比起来,铝并不是特别的坚硬。但如果把它跟各种不同的元素练成合金,它就变得比较坚硬了。通过冷变形处理,铝合金的强度还能继续提高。这是途径之一。我们也知道,碳素钢经过加热,随后在水中激冷,即所谓淬火,就能提高它的硬度和强度。铝合金
4、是否也能做类似的试验呢?1906年,冶金工程师阿尔弗莱德维尔姆(1869-1937)在柏林达勒姆国家材料检验所里曾研究过这个问题。他研究过一种铝合金,这种合金后来被称为硬铝而闻名世界。在炼取硬铝时要加进4.5%的铜。0.5%到1%的镁和0.5%的锰。维尔姆做了一系列的试验,把类似的合金加热到快要熔化的程度,紧接着使它激冷,但它的强度并不比原来大多少。维尔姆又一次交待一个试验员检验用上述热处理的试样。这天是星期六,天气特别好,这位试验员想准时下班,便决定把试验拖到下一个星期进行。到了星期一,人们发现试样合金的强度高得异乎寻常。现在人们知道,坚铝经过热处理,再进行时效作用后就变得更坚硬了。人们称这
5、种处理叫做时效硬化。后来人们还研制出了其他一些合金,这些合金也是通过失效硬化而具有更高强度的。,维尔姆的发现,对硬铝在飞机制造工业上的应用具有重大的意义,因为没有其它的金属材料能比得上经过时效硬化的硬铝所具有的比重小而强度大的特性。,背景资料:1906年德国 Duralumin首次发现。1910年德国A Welmer 发明并获专利。1916年用于制造飞机。1938年 建立相关学说。,时效强化:是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温,以析出弥散强化相的热处理。铝合金淬火后在室温或者较低温度下加热保温一段时间,随时间延长其强度硬度显著增加的现象。,铝合金的固溶时效强化处理与钢的淬火、回火处
6、理不同。,钢淬火伴随相变,得到含碳过饱和的马氏体组织,强度、硬度显著升高而塑性韧性急剧下降,回火后马氏体分解,强度硬度下降,塑性韧性提高。铝合金的固溶时效强化处理虽也要进行淬火,得到过饱和固溶体,但强度、硬度并不高,而塑性、韧性却很好,且随后过饱和固溶体在室温或加热条件下再发生分解,并出现强化现象。,回归,时效组织,原淬火组织,人工时效后的铝合金没有回归现象。,变质处理:常用于铸造铝合金,未变质处理的组织,变质处理的组织,(一)变形铝合金(D成分以左的合金):制成各种型材、棒料、板、管、线、箔等。,牌号:四位字符(2 0 2 0)(第一位为数字,表示铝合金组别2:铜(Cu)为主要合金元素的铝合
7、金3:锰(Mn)为主要合金元素的铝合金4:硅(Si)为主要合金元素的铝合金5:镁(Mg)为主要合金元素的铝合金6:镁和硅(Mg/Si)为主要合金元素的铝合金7:锌(Zn)为主要合金元素的铝合金,第二位:A/(0)原始合金其它字母表示改型合金,第三、四位:区分同一组的不同合金。无特殊意义,3A21,2A11,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 硬铝合金:LY+序号 超硬铝合金:LC+序号 锻铝合金:LD+序号,(1)铝锰合金(防锈铝合金)LF+序号 成分:ALMn(主)Mg Mn,Mg的作用:提高抗腐蚀性能及塑 性,固溶强化,性能:单相固溶体抗蚀性高,
8、塑性好,焊接性能好,不能热处理强化,可冷变形强化。应用:油箱、油管(罐)、铆钉(3A21)等。,卫星天线(LF2),(2)铝铜合金(又称硬铝)LY+序号成分:ALCuMg(Mn)元素作用:Cu,Mg:形成强化相(CuAL2,CuMgAL2),时 效强化。Mn提高抗腐蚀性能;固溶强化;性能:强度较高,塑性好,可时效强化。低合金硬铝,如LY1,L10等,主要用于制作铆钉;标准硬铝,如LY11(2A11)主要用于制作中等负荷的结构零件;高合金硬铝,如LY12,LY16等,主要用于制作航空模锻件和重要的销、轴等零件。,加工铝铜合金注意:热处理淬火温度范围窄不超过5C 抗蚀性差,易产生晶间腐蚀(在海水)
9、应用:主要用于飞机构件,如飞机蒙皮(2A12)、挤压成螺旋桨、叶片(2A11)等重要零件。,(3)铝锌合金(超硬铝)LC+序号成分:AlZnCuMg特点:时效产生强烈的强化效果,强度很高(可达680MPa),缺点是耐热性、抗蚀性差。应用:飞机大梁、起落架等(7A04)(主要受 力构件),飞机主起落架,(4)铝镁合金 锻铝 LD+序号成分:Al-Mg-(少量Mn,Si,Fe)特点:塑性好、可锻性好易于变形加工,抗腐蚀 性能好、焊接性能好,不能进行热处理强化。比纯铝轻。应用: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.航空工业中的管道、铆钉等。,压气机叶片,(二)铸造铝合金,特点:
10、力学性能不如变形铝合金,铸造性能好,用于生产形状复杂的零件。根据主要合金元素,铸造铝合金可分为Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn等四类。牌号举例 ZAl Si12Al-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,(1)Al-Si系铸造铝合金(铸造性能和力学性能配合最佳)A。简单硅铝明:ZL102(ZALSi12)组织:a+Si 共晶体 性能:铸造性能好,抗蚀性,耐热性和焊接性较好,但强度低。180MPa 用途:形状复杂、受力不大的零件,如仪表外壳等。,B。复杂(特
11、殊)硅铝明:在ALSi基础上加入其它合金元素(Cu,Mn,Ni,Mg等)强化方式(时效强化,变质处理)。性能:铸造性能好,较高的强度和耐磨性、耐热性,耐腐蚀性好,线膨胀系数小。应用:用于制造形状复杂中等强度的零件,如发动机活塞、气缸体、风机叶片、液压泵壳体等(代号ZL109)。,活塞(裙部为铝硅合金),Al-Si铸造铝合金,(2).铝铜合金 Al-Cu 这类合金的耐热性好,强度较高;但密度大,铸造性能、耐蚀性能差,强度低于Al-Si系合金。常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。含铜不低于4%,可以热处理应用:200300度工作的零件如导风叶轮或静叶片,汽缸头,
12、(3).铝镁合金 Al-Mg 这类合金的耐蚀性好,强度高,密度小;但铸造性能差,耐热性低。常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件,如舰船配件、氨用泵体等。,鼓风机用密封件(ZL102)及航空架件(ZL301),(4).铝锌合金 Al-Zn 这类合金的铸造性能好,强度较高,可自然时效强化;但密度大,耐蚀性较差。,大型空压机活塞(ZL401),常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。,在金属材料中,铜及其合金的
13、应用范围仅次于钢铁。在非铁金属材料中,铜的产量仅次于铝。一.纯铜1)纯铜的性质:外观呈紫红色,故又称紫铜;相对密度为8.9,熔点为1083;,第二节 铜及铜合金,性能:无磁性 优良的导电性和导热性,在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。优良的加工性 工业纯铜:含有0.10.5%杂质的铜。(Pb,Bi,-热脆 O,S,P-冷脆)。分类与代号:加工纯铜:T1,T2,T3:数字越大纯度越低。无氧铜:TU0,TU1,TU3 氧含量不大于0.003%磷脱氧铜:TP1,TP2 含磷较高0.004-0.04%银铜:TAg0.1 含少量银0.06%-0.12%,应用:加工纯铜:压力加工成板、带、箔、管
14、、棒、线、型七种形状,用作导电材料、导热及耐蚀器件和仪表零件;无氧铜:压力加工成板、带、箔、管、棒、线六种形状,用作电真空器件及高导电性铜线,抗氢能力强,不氢脆;磷脱氧铜:压力加工成板、带、管三种形状,用作导热及耐蚀器件和仪表零件银铜:压力加工成板、管、线三种形状,用作导电材料、导热及耐蚀器件和仪表零件;配置铜合金;,二、铜合金:加入元素:Zn,Sn,AL,Mn,Ni,Fe,Be,Ti,Si,Cr等;分类:按化学成分分:黄铜、青铜、白铜;按生产方式分:(压力)加工产品 铸件,铜合金的分类,黄铜:Cu Zn,白铜:Cu Ni,青铜:除黄铜和白 铜外的所有 铜合金。,(一)黄铜以锌为主要合金元素的
15、铜合金称为黄铜。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。,1.普通黄铜铜与锌的二元合金称为普通黄铜。加工普通黄铜的牌号为:H(黄)+表示铜平均百分含量的数字,如H68。,从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和+两种组织,分别称单相黄铜和两相黄铜。,(Z)H 90,黄铜的牌号,单相黄铜塑性好。常用牌号有H80、H70、H 68。适于制造冷变形零件,如 弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好,强度 高.常用牌号有H59、H62。适于制造受力件,如垫圈、弹簧、导管、散热器等。,常用的黄铜,金奖黄铜-H90,弹壳黄铜-H70(H68),日用黄铜-H62(H59),冷凝器管,2.特
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