机械工程材料 教学课件 ppt 作者 罗中平 主编11 第七章 有色金属及其合金.pptVIP

/24 第七章 有色金属及其合金 有色金属及其合金又称非铁材料，是指除铁、锰、铬之外的其他所有金属材料。有色金属及其合金具有钢铁材料所没有的许多特殊的力学、物理和化学性能，在机械、交通、石油化工、电力、航空等领域得到广泛的应用。本章主要介绍机械工业中常用的铝、铜及其合金和滑动轴承合金。 第一节 铝及其合金 一、铝及铝合金的性能特点 纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.7g／cm3)，熔点低(660℃)，导电、导热性能优良；具有面心立方晶格,无同素异构转受，无磁性；纯铝在空气中易氧化，在其表面形成—层致密牢固的氧化膜，因而抗大气腐蚀性能好，具有极好的塑性和低的强度(纯度为99.99％时，σb＝45MPa，δ＝50％)，易于加工成型；还具有良好的低温塑性，直到-253℃其塑性和韧性也不降低。纯铝的主要用途是配制铝合金，还可用来制造导线、包覆材料及耐蚀器具等。 纯铝的强度、硬度低，不适于制作受力的机械零件。向铝中加入适量的合金元素制成铝合金，可改变其组织结构，提高性能，常加入的元素主要有铜、锰、硅、镁、锌等，此外还有铬、镍、钛、锆等辅加元素。由于这些合金元素的强化作用，使得铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性、因此铝合金可用于制造承受较大载荷的机械零件或构件，成为工业中广泛应用的有色金属材料；由于铝合金具有高的比强度，又成为飞机的主要结构材料。 二、铝合金的分类 铝合金一般具有如图7-1所示的有限固溶型共晶相图。根据相图、以D点成分为界可将铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金两大类。D点以右的合金为铸造铝合金，其组织中存在共晶体，适于铸造； D点以左的合金为变形铝合金，其特点是加热到固溶线DF以上时为单相α固溶体组织，塑性好，适于压力加工。 三、铝合金的热处理 对于可热处理强化的变形铝合全，其热处理方法为固溶处理加时效。固溶处理是指将图7-1中F、D两点之间的合金加热到DF线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相α固溶体组织的处理。时效是指将过饱和的α固溶体加热到固溶线DF以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。 四、铝合金的牌号、性能及用途 1.变形铝合金 (1)变形铝及铝合金牌号表示方法 根据国家标准GB／T 16474-1996规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号。未命名为国际四位数字体系牌号的变形铝及铝合金，应采用四位字符牌号命名。 (2)常用变形铝合金 1)防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。锰和镁的主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后为单相固溶体组织，抗蚀性好，塑性高，易于变形加工，焊接性能好，但切削性能差。这类合金不能进行热处理强化，常利用加工硬化来提高其强度。常用的Al-Mn系合金有3A21(LF21)，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5A05(LF5)，其密度比纯铝小，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。 2)硬铝合金 主要是Al-Cu-Mg系合金,并含少量锰。这类合金可进行时效强化，也可进行变形强化。合金中铜和镁的作用是形成强化相CuAl2(θ相)和CuMgAl2(S相)，产生时效硬化；锰的作用是提高抗蚀性，并起一定的固溶强化作用。硬铝合金的强度、硬度高，加工性能良好，但耐蚀性低于防锈铝合金。常用的硬铝合金如2A11(LY11)、2A12(LY12)等，制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、铆钉等。 3)超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量铬和锰。其强化相除θ相和S相外，还有MgZn2(η相)和Al2Mg3Zn3(T相)等。时效强化效果超过硬铝合金，是时效后强度最高的一种铝合金。超硬铝合金的热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有7A04(LC4)、7A09(LC9)等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机的大梁、起落架等。 4)锻铝合金 有两类，一类是Al-Cu-Mg-Si系合金,镁和硅的作用是形成强化相Mg2Si。常用牌号有6A02(LD2)、2A50(LD5)、2B50(LD6)、2A14(LD10)等。这类合金可锻性好，力学性能高，主要用于制造形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机的压气机叶轮、导风轮及飞机上的接头、框架、支杆等。另一类是Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金，铁和镍可形成耐热强化相Al9