第9讲_有色金属材料.ppt

第四章、有色金属及其合金 第一节、铝及其合金 铝合金在航空工业中用得很多，很广。例如某型号飞机上约55%的零件是铝合 金制造的。飞机的蒙皮、骨架几乎全部使用高强度铝合金制造；大量的附件，如各 种泵的壳体，多是用铝合金铸成；航空发动机的机匣、压气机叶片等很多也是用耐 热铝合金制造的。为什么铝合金在航空工业上用得如此之多呢？ 这是由于铝合金具有的特点，特别符合航空工业要求：比强度高、比刚度大， 相当于高强度钢和超高强度钢的水平（表4-1）；同时铝合金抗腐蚀性能好、工艺 性能良好。;一、纯铝的特点 铝是地壳中蕴藏最丰富的元素之一。我国铝的储量占世界第二位，这是我国发 展铝加工业的有利条件。纯铝具有如下特点： 熔点660℃，具面心立方点阵，无同素异构转变，所以铝合金的热处理机理和钢不同。由于具有面心立方点??，故其塑性好（?=32-40%，?=70~90%），适合于各种冷、热压加工。 铝合金比重小、约相当于铁的1/3；具有良好的导电性，相当于钢的60%；具有良好的导热性。 铝在空气中易于同氧发生作用而生成一层致密的氧化铝（Al2O3）薄膜，它可以保护其内部免受腐蚀，因而铝在大气中的抗蚀性较高。 纯铝强度不高，大约在80-100MPa，但塑性极好。; 铝的纯度对其工艺性能和使用性能影响显著：铝中最有害的杂质是铁和硅，在 铝中主要以游离硅Si和FeAl3、Fe2SiAl7、FeSiAl3化合物等夹杂物相存在。这些夹 杂在铸铝中通常以片状或针状形态存在于晶界处，使铝的塑性急剧下降；同时，由 于它们和铝构成微电池，也使铝的抗蚀性下降。 纯铝材料按纯度可分为三类： （1）高纯铝（纯度99.93~99.99%），牌号有L01、L02、L03、L04等四种。编 号越大，纯度越高。高纯铝主要用于科学研究和制作电容器等。 （2）工业高纯铝（99.85~99.9%），牌号有L0、L00等，用于制造铝箔、包铝 及冶炼铝合金的原料。 （3）工业纯铝（98.0~99.0%），牌号有L1、L2、L3、L4、L5等。编号越大， 纯度越低。工业纯铝主要用于制造电线、电缆、器皿及配制合金。;二、铝合金：铝合金品类很多，性能和用途也不一样。按加工方法可分为两大类： (1)变形铝合金:冶炼厂将合金浇注成锭，再轧制成板材、棒材、管材、线材。 (2)铸造铝合金:熔化后直接浇注成毛坯。 据相图对铝合金类别可大致进行判断： 成份位于B’点以左合金，属变形铝合 金，它是单相固溶体，塑性变形能力好， 适于冷、热压力加工。近年来，随着技 术的发展，变形铝合金成分已扩至F点。 变形铝合金又分热处理不可强化的和 可热处理强化的合金。合金成分小于D点 的合金，其固溶体成分不随温度而变化， 所以不能用热处理强化。合金成分位于 DF之间的合金，其固溶体成分随温度而改变，因而能用热处理方法来强化。成分 位于E点以右合金，属铸造合金，组织中含低熔点共晶，流动性好，宜于铸造。; 根据铝合金各自的特性，还可进一步分类，见表4-3。 铝合金的编号采用汉语拼音加顺序号: 铸造铝合金ZL表示，后跟顺序号，如ZL101，ZL104等。 防锈铝用LF表示， 后跟顺序号，如LF5。 硬铝、超硬铝、 锻铝分别用LY、LC、 LD表示，后跟顺序号， 如LY12、LC4、LD5。 在变形铝合金的 牌号后有时还附加各 种字母来表示合金的 加工和热处理状态。;三、铝的合金化特点 纯铝虽具有许多优异性能，但其强度很低，不能作为受力结构材料使用。为 此，必须进行合金化，即向铝中加入一定的合金元素，配制成强度较高的合金。 铝经过适当的合金化后，再进行时效强化处理（即淬火+时效），其强度可以得 到很大提高。如在铝中加入8%Zn，3%Mg，2.7%Cu，0.4%Mn，及0.2%Cr后再经 过适当的热处理如淬火+时效后，强度可达680MPa，比纯铝强度提高了10余倍。 为什么通过合金化就能提高铝合金的强度？怎样合金化才能使铝获得高的强 度？这需要从合金的组织结构谈起，因为合金性能是由组织结构决定的。 合金元素加入到铝中以后，随着加入合金元素的种类不同，可以得到单相组织? （即均一的以铝为基的固溶体），或者多相组织（即除以铝为基的固溶体外，还有 化合物相或其它第二相）。合金性能决定于合金中?固溶体性能、晶粒大小、亚结 构（如镶嵌块等），及第二相的性能、数量、大小、形状和分布等。; 铝合金常用合金元素有Cu、Mg、Zn、Mn、Si五种，它们主要是通过固溶强 化、沉淀强化(即时效强化)，过剩相强化及组织细化来实现对铝的强化作用：