工程材料第9章有色金属与时效强化.ppt

第八章 有色金属及其合金 §9.1 固溶与时效强化 一、固溶处理与时效 原理：过饱和固溶体的脱溶转变 。 基本条件：合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度而减少 时效强化: 时效提高材料的强度和硬度的现象 二、时效过程（以Al-4%Cu为例） 过饱和α固溶体→ GP I 区→ GP（Ⅱ）区 θ″ →θ′→θ 时效温度低或时效时间短时, Cu偏聚,形成GP I 区,导致晶格畸变,引起合金强化. 随时间延长，Cu原子聚集扩散，GP区逐渐变大，Cu和Al原子呈规则有序排列，形成GP（Ⅱ）区。强化达到最高阶段. 随时间延长或温度升高，在GP（Ⅱ）区的基础上形成了新的过渡相θ′,晶格畸变减轻,合金软化. 随时效时间的再延长或温度的再升高，θ′继续长大，达到一定程度后θ′脱离了母相，形成具有独立晶格的晶体。合金软化,称为过时效. 三、时效处理的影响因素 1. 固溶处理工艺的影响 淬火加热温度高，保温时间要长，有利于获得最大过饱和的均匀固溶体 2. 塑性变形的影响 淬火合金经冷塑性变形后，增加了过饱和固溶体的缺陷，从而提供更多的非自发形核，更弥散的析出物质点，使合金的硬化效果增大。 3. 时效温度和时间的影响 §9.2 铝及铝合金 一、纯铝 纯铝具有银白色金属光泽，密度小 2.72 ，熔点低 660.4℃ , 导电、导热性能优良。 耐大气腐蚀，易于加工成形 。 具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。 铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等 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可热处理强化两类. 1、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 ? 硬铝合金： LY +序号 ? 超硬铝合金：LC +序号 ? 锻铝合金： LD +序号 常用变形铝合金 ① 防锈铝合金 Al-Mn和Al-Mg系合金。 Mn和Mg的作用: Al-Mn系: LF21（ 3A21 ），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。 Al-Mg系: LF5（ 5A05 ），其密 ② 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，也可进行冷作强化。 强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。 ③ 超硬铝合金 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，但耐热性、耐蚀性差. 常用合金有 LC4 7A04 、LC9 7A09 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. ④ 锻铝合金 Al-Cu-Mg-Si系合金 可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等. 2. 铸造铝合金 包括： Al- Si系： ZL1+两位数字顺序号 Al-Cu系：ZL2+两位数字顺序号 Al-Mg系：ZL3+两位数字顺序号 Al-Zn系： ZL4+两位数字顺序号 ⑴ Al-Si系铸造铝合金 含硅量一般为10~13%，在普通铸造条件下，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。 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。 ⑵ Al-Cu系铸造铝合金 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。 ⑶ Al-Mg系铸造铝合金 耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差,耐热性低。 ⑷ Al-Zn系铸造铝合金 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。 §9.3 铜及铜合金 一、纯铜 纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。 纯铜具有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。 铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性. 铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。 1. 黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。 （1）普通黄铜 铜与锌的二元合金 牌号为：H 黄 + 表示铜平均百分含量的数字，如H68。 单相黄铜 塑性好 常用牌号有H80、H70、 H68 适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。