有色金属材料之铝合金.pptx

;; 课程要点及思路;第二篇 有色金属材料; 例如：铝、镁、钛、铍等轻金属具有相对密度小、比强度高等特点，广泛用于航空航天、汽车、船舶和军事领域；银、铜、金（包括铝）等贵金属具有优良导电导热和耐蚀性，是电器仪表和通讯领域不可缺少的材料；镍、钨、钼、钽及其合金是制造高温零件和电真空元器件的优良材料；还有专用于原子能工业的铀、镭、铍；用 于石油化工领域的钛、铜、镍等。;第一节 铝合金中的合金元素 第二节 变形铝合金 第三节 铸造铝合金;1、产量占有色金属首位；成本低廉（地壳含量8.2%）； 2、密度低（ 2.63～2.85g/cm3 ），比强度高； 3、导电，导热性好（纯铝的导电性仅次于Ag、Cu、Au 而位居第四位，约为纯铜导电率的60％）； 4、耐蚀性好（Al2O3膜的存在，只有在卤素离子及碱离子 的强烈作用下氧化膜才会遭到破坏）； 5、优良的工艺性能（极好的铸造性能，良好的可塑性）。; 工业纯铝; 工业纯铝强度低，室温下仅为(45～50)MPa，故一般不宜用作结构材料。工业纯铝主要用作配制铝基合金；高纯铝则主要用于科学试验，化学工业和其他特殊领域。此外纯铝还可用于制作电线、铝箱、屏蔽壳体、反射器、包覆材料及化工容器等。 ; 为改善铝的机械性能，研究发现向铝中加入适量的某些合金元素，并进行冷变形加工或热处理，可大大提高其机械性能，其强度甚至可以达到钢的强度指标。; 无论加入哪种合金元素，各类Al合金的相图一般都具有如下图的形式，相图靠Al端都具有共晶相图特点。 ; 以相图上合金元素在Al中的最大饱和溶解度D为界线将各种Al合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。;铸造铝合金： 是指成分比D点高的合金属铸造铝合金。这类合金有良好的铸造性能，熔液流动性好，收缩性好，抗热裂性高，可直接浇铸在砂型或金属型内，制成各种形状复杂的甚至薄壁的零件或毛坯。;;; 单纯靠固溶作用对Al合金的强化作用是很有限的，另一种更为有效的强化方式是Al合金的固溶（淬火）处理+时效热处理。; 1）定义： 当合金元素加入量超过其极限溶解度时，合金固溶处理时就有一部分第二相不能溶入固溶体，这部分第二相称作过剩相。 ; 3）变质处理 ：以铝硅合金为例（如图所示），共晶组织中的硅晶体呈初针状或片状，此时共晶的强度和塑性很低，; 通过向合金中加入微量合金元素，或改变加工工艺及热处理工艺，使合金基体及沉淀相和过剩相细化，既提高合金的强度，还会改善合金的塑性和韧性。; 对合金进行冷塑性变形，利用金属的加工硬化提高合金强度。这是不能热处理强化铝合金的主要强化方法。 ; 2）淬火及时效的作用： 铝合金重要的综合热处理方式，提高铝合金强度的重要手段。 ; 通常，变形铝合金在保持高塑性的情况下强度提高，其塑性可能与退火状态相差无几。铸造铝合金淬火后强度和塑性通常都有所提高。; 固溶强化与第二相（或称过剩相，表示与固溶体平衡的其他相）强化之间的差异造成的。 （注：淬火加热时，第二相会出现溶解）; 大多数铝合金，淬火后强度有所提高，但幅度不大；要想大大提高合金的强度，必须在淬火后进行时效处理。; 2）脱溶时的能量变化： 若脱溶过程能够进行，则必有△G＜0（其中△G表示 新相和母相的自由能差）。 △G＝－V△GV＋Sσ＋V△Ge;表8－2 界面状态、界面能（或应变能）和新相形状的关系; 凡是有固溶度变化的相图，从单相区进行两相区时都会发生脱溶沉淀。;G.P区的发现： 1938年，A.Guinier和G.D.Prestor用X射线结构分析方法各自独立发现，Al－Cu合金单晶体自然时效时在基体的{100}面上偏聚了一些铜原子，构成了富铜的碟状薄片（约含铜90％），其厚度为0.3～0.6nm，直径为0.4～0.8nm。;G.P区的形状与尺寸 ： 在电子显微镜下观察呈圆盘状，直径约为8nm，厚度约为0.3～0.6nm。;过渡相的形状与尺寸： Al-Cu合金中有θ’’和θ’两种过渡相。θ’’呈圆片状或碟形，直径为30nm，厚度为2nm。而θ’是光学显微镜下观察到的第一个脱溶产物，也呈圆片状或碟形，尺寸为100nm数量级。; θ’’相为正方点阵：a＝b＝0.404nm，c＝0.768nm，θ’’相基本是均匀形核，分布均匀且与基体完全共格，它与基体的位向关系为{100}θ’’//{100}基体。与G.P区相比，在θ’’相周围会产生更大的共格应变，故其强化效果也比G.P区大。; θ也是正方点阵：a＝b＝0.606nm，c＝0.4