十单元常用金属材料的种类性能特点及应用3节.ppt

* * 10.4 铝及铝合金 第十章 常用金属材料的种类、 性能特点及应用 （3） 10.4.1 铝及铝合金的主要特点 （1）密度小、比强度高 纯铝密度约为2.699g/cm3,铝合金密度在2.63—2.85g/cm3,约为钢铁的1/3，如Al-4Li, 2.4g/cm3 , Al-12Fe, 3.06/cm3 , 比Cu、Fe及其合金轻得多。Ly12的比强度达到17.4，常用合金结构钢40Cr的为12.8。航空、航天器、汽车、高速磁悬浮列车、坦克装甲、建筑、交通运输等轻量化。 重要的有色金属材料，产量占所有有色金属产量的近一半，在金属材料中仅次于铁。资源丰富，性能优良。 美国轿车每使用0.45kg铝合金零件，车重可减少1.021kg。美国汽车工业的用铝量已占其全部用铝量的8%以上。 （2）导电、导热性好 仅次于Ag、Au（金融）、Cu，远优于Fe、Ti等，在工业金属，仅次于Cu，可部分替代Cu，作电线、电缆或用于其他电器元件。民用铝锅、电冰箱的导热部件、家庭采暖、发动机散热片等，还有电子元件的导电导热基座等。 （3）工艺性能好 铸造性能好：多数铝合金为共晶系，如Al-Si铸件（活塞、气缸等）。 加工：强度低，塑性好，能通过塑性加工制成各种形状的产品（挤、 拉、轧、缎、冲，获得管、带、型、棒、线、板、箔等制品）。 （4）耐蚀性好 表面可生成致密的氧化膜，可起保护作用。但卤族离子和碱离子会破坏氧化膜。液态天热气输运管道、输油管道、冷冻装置。 （5）热膨胀系数大 为不锈钢、铜、黄铜的约1.5倍，与其它金属联接、铆接、复合时，热膨胀系数差值较大，产生大的内应力，以变形。但Al-Si系合金与显微强化的铝材的膨胀系数较低。 （6）低温性能好 铝和铝合金无低温脆性，强度与塑性军虽温度的下降而升高，即使在超低温范围内也不出现类似普通钢的低温脆性。适合于天然液化气装置、液氧储存容器。另外，高纯铝在极低温度下导电率比铜的高，可作超导体的稳定材料。 （7）无磁性、冲击无火花 几乎不受电磁场影响，且无磁性，用于罗盘、抛物面天线、电子计算机存储磁盘等。电气屏蔽、易燃易爆物生产器材或容器。 （8）核性能 热中子吸收面积小，在放射线作用下，性能变化不敏感。用于反应堆的工艺管、元件包壳材料、以及浓缩铀的离心分离筒、机械手、加速器、热核反应超真空装置等。 （9）力学性能 常规力学性能随合金种类与状态不同，变化范围宽，抗拉强度为50—800 MPa，屈服强度为10—700MPa，延伸率为2—50%。主要结构材料的刚性大至于其密度成正比，与合金成分和状态没多大关系。弹性模量变化不大，大致为7—8x104MPa。疲劳强度较低，但低温下，相对于其它金属，其疲劳强度较高。日本超级铝抗拉强度指标为1000MPa。 （10）表面性能 铝及铝合金有良好的表面处理性能。如 6063、6064 锻铝通过阳极氧化处理可在表面形成一层透明的氧化膜，并可着上各种颜色。可作装饰用材（门窗等）。特殊处理后可选择性的吸收太阳光，提高吸收太阳能的效率，作太阳能装置。还可由硬质氧化处理提高耐磨性。阳极氧化还可以赋予合金电绝缘性、亲水性、润滑性等。 (11) 反射能力强 白光、红外、紫外线、电磁波、热辐射。导弹干扰铝箔 10.4.2 铝合金的合金化原理 纯铝强度低，σb=80-100MPa，σ0.2=30-50MPa，δ=35-40%，HB=25-30，即使是冷变形60-80%，σb=150-180MPa，但 δ=1-1.5%，难以满足需要，需合金化。 （1）提高强度的途径 加工硬化 固溶强化 相变强化（钢） 弥散强化（第二相强化） 细晶强化 因此，从合金化的角度看，强化铝合金可选择的元素应有如下特点：固溶度大（低温），或高温极限固溶度大，而低温的小，或可形成作为结晶晶核的第二相颗粒或钉扎晶界的稳定相颗粒。 合金化的考虑：以所需的性能要求和成本要求为中心 （2）常见合金化元素 合金元素在铝中的极限固溶度（at%） Zn Ag Mg Ge Cu Li Si Mn Ti Cr V Zr Fe 28.8 13.8 13.5 2.7 2.4 1.63 1.59 0.9 0.74 0.4 0.21 0.08 0.025 除Ag、Ge外，其他均是常见合金化元素 Zn、Mg、Cu、Li（正开发）、 Si（铸铝），有时也包括Mn，可作主加元素，起固溶强化、弥散强化作用；（加入量1at%） Zr、V、Cr、Ti，有时也包括Mn，可作辅加元素，起细晶、补充强化、提高再结晶温度、改善抗蚀性（Be）等作用；与铝形成包晶系。 Fe、Si通常在变形铝合金中为杂质，但在Al-Mg-Si、Al