船舶焊接工艺船舶材料与焊接第三章船用非铁金属材料课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 船用非铁金属材料及其它材料,本章主要介绍,船用铝合金、铜合金、钛合金等种类,、,牌号,、,性能及其用途,.,第三章 船用非铁金属材料及其它材料本章主要介绍船用铝合金、铜,1,概述,:,工业上钢铁称为黑色金属，除钢铁以外的金属称为,非铁金属,（又称,有色金属,）。非铁金属与黑色金属相比，具有一系列特点，有良好的,导热性,和,导电性,，如银、铜、铝等。有优异的,化学稳定性,，如铝、钛等。,比强度（单位质量能够提供的强度）高,，如铝合金、钛合金等。近年来，航空、航海中为减轻重量，提高运载能力和航行速度，要求材料强度高、密度轻。此外，石油、化工、航海中的设备及其零件要在腐蚀介质中工作，要求材料具有良好的,耐腐蚀性,，所以非铁金属在近代造船行业中应用广泛，特别是,高强度、耐腐蚀的轻合金材料,的应用，大大改善了船舶的使用性能。,概述:,2,第一节 船用铝合金,一、纯铝的性能特点,:,（一）纯铝的密度小（,2.7g/cm,3,）。其强度很低，,b,=80 MPa 100 MPa,。但塑性很好，,=30%50%,。熔点为,660,，结晶后具有面心立方晶格，没有同素异构转变。,（二）导电、导热性能仅次于银、铜、金而居于第四位。,（三）具有良好的抗大气腐蚀能力，在空气中铝的表面可生成致密的氧化膜，可有效地隔绝铝和氧的接触，阻止表面的进一步氧化。,根据上述特点，工业纯铝的主要用途为：代替较贵重的铜制作导线、电缆；配制铝合金；制作具有导热和抗大气腐蚀性能而对强度要求不高的用具和器皿。,工业纯铝中常见的杂质是铁和硅，杂质越多，其导电性能越低，腐蚀性、塑性越差。,第一节 船用铝合金 一、纯铝的性能特点:,3,AVC,纯铝散热器,纯铝吊灯,纯铝机箱,铝芯线,AVC纯铝散热器 纯铝吊灯纯铝机箱铝芯线,4,二、铝合金的分类及对船用铝合金性能的基本要求,铝合金：纯铝的强度较低，若在铝中加入一些元素，如铜、镁、,锌、锰、硅等形成铝合金，其性能将会有很大的改善。,（一）铝合金的分类,根据铝合金的化学成分和工艺特点，可将铝合金分为变形铝合,金和铸造铝合金两类。,铝合金 状态图的一般类型,二、铝合金的分类及对船用铝合金性能的基本要求铝合金 状态,5,铝合金的分类,形变铝合金,铸造铝合金,不能热处理,强化铝合金,能热处理,强化铝合金,铝合金的分类形变铝合金铸造铝合金不能热处理 能热处理,6,（二）合金性能的基本要求,把铝合金加热到,相区，保温后在水中快冷，得到单相过饱和,的,固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬火。,力学性能方面：,1,、屈强比 保持一定差距，一般不要大于,0.8,，利于半成品和,零件的加工矫正工作。,2,、高温强度 在加热到,100,之前，应保持力学性能不变，加,热到,250,时，屈服强度大于,60%,。,3,、疲劳强度 平板试样的疲劳强度不小于,50MPa,，带焊缝试样,的疲劳强度不小于,40 MPa,。,4,、延伸率 不小于,10%,，以适应各种加工工艺需要。,抗腐蚀性能方面：,应具有良好的抗腐蚀性能，特别是抗海水腐蚀性能。对高强度,变形铝合金，还要求有较好抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能。,其它方面：,热处理不可强化铝合金，应具有良好的可焊性和加工性；热处,理可强化铝合金，经过一定热处理后，应具有良好的加工性，并具,有在热处理中抵抗变形的能力。,（二）合金性能的基本要求,7,（三）铝合金的时效硬化,1.,定义,:,固溶处理或淬火,：把铝合金加热到,相区，保温后在水中快,冷，得到单相过饱和的,固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬,火。,时效硬化,：,在固溶处理后的合金随时间延 续而发生进一步强,化的现象。,回归现象,：已经时效硬化的铝合金，如若需恢复其塑性，可在,230250,作短时间加热，然后快冷至室温，合金将重新恢复塑性，,即性能恢复到淬火状态。若在室温下放置，则与新淬火合金一样，,仍能进行正常的自然时效与人工时效，这种现象称为回归现象。,2.,种类,自然时效,人工时效,（三）铝合金的时效硬化2.种类自然时效人工时效,8,含,4%Cu,的铝合金自然时效曲线,含4%Cu的铝合金自然时效,9,含,4%Cu,的铝合金在不同温度下的人工时效曲线,含4%Cu的铝合金在不同温度下的人工时效曲线,10,（四）船用变形铝合金,1.,分类,船用变形铝合金，按其化学成分与主要性能特点，分为,防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等四种，见表,3-1,。,2.,牌号,按,GB/T164741996,规定，变形铝合金牌号用四位字符体,系表示，牌号的第一、三、四位为数字，第二位为字母“,A”,。,牌号中第一位数字是依主要合金元素,Cu,、,Mn,、,Si,、,Mg,、,Mg2Si,、,Zn,的顺序来表示变形铝合金的组别。依其主要合金元素的排列,顺序分别标示为,2,、,3,、,4,、,5,、,6,、,7,。例如，,5A50,，表示以镁为,主要合金元素的变形铝合金，后两位数字用以标识同一组别的,不同铝合金。,（四）船用变形铝合金,11,3.,常用的铝合金,(1),防,锈,铝,合金,:,Al Mn,通过固溶强化提高铝合金的,强度和抗蚀性,(,比纯铝好,),。,Al Mg,通过固溶强化提高铝合金的,强度和抗蚀性,(,比纯铝轻,),。,防锈铝合金均属热处理不可强化的铝合金，加工硬化是,其唯一的强化手段。,防腐保温铝板卷铝皮,铝镁合金板,瓦楞铝板,3.常用的铝合金防腐保温铝板卷铝皮 铝镁合金板 瓦楞铝板,12,(2),硬,铝,合金,:,Al Cu Mg,通过,时效强化,提铝合金强度,但,耐蚀性不高,。,常用于航空制,造业结构件的制造，如飞机,螺旋桨、叶片、隔框、蒙皮、,支架、承受高负荷的,铆钉等。,(3),超,硬,铝,合金,:,Al Zn Mg Cu,通过时效强化和形成的强化相,使铝合金达到,最高的硬度和强,度,。但,耐蚀性较差,。,主要用于,制造飞机的受力构件，如飞机,的起落架、大梁等。,飞机翼梁,(,腹板为硬铝合金,),飞机主起落架,(2)硬铝合金:飞机翼梁(腹板为硬铝合金)飞机主起落架,13,(4),锻,铝,合金,:,Al Mg Si Cu,具有良好的热塑性,通过固溶,处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。,由于锻铝合金的热塑性好，所以适于制造航空及仪表工,业中各种形状复杂、要求比强度较高的锻件，如各种叶轮、,框架或高温条件下（,200300,以下）工作的零件，如内,燃机的活塞及汽缸等。,压气机叶片,(4)锻铝合金 :压气机叶片,14,（五）铸造铝合金,1.,分类,用来制作铸件的铝合金，成为铸造铝合金。,铸造铝合,金分为铝,硅系、铝,铜系、铝,镁系和铝,锌系四种。其,中铝,硅系应用最广。,2.,牌号,铸造铝合金的牌号表示法如下：例如，,ZAlSi7Mg,；,Z,汉语拼音“铸”字的第一个大写字母，,Al,铝的元素符号，,Si,硅的元素符号，,7,硅的质量分数，,Mg,镁的元素符号。,常用铸造铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见,表,3-2,。,（五）铸造铝合金,15,3,.,铸,造,铝,硅,合金,(,俗称硅铝明,),铝,硅合金一般铸造所得的组织几乎,全部是粗大的共晶体,，它使合金的力学性,能下降,.,通常采用,变质处理,细化晶粒后，,力学性能显著提高。,一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂,但强度要求不高的铸件，如发动机汽缸、,手提电动工具或风动工具，以及仪表的外,壳等。同时，加入,Mg,、,Cu,的铝,硅合金,（,ZL108,），还具有较好的耐热性与耐磨,性，常用于制造内燃机的活塞等。,活塞,(,裙部为铝硅合金,),3.铸造铝 硅合金(俗称硅铝明)活塞(裙部为铝硅合,16,三、铝合金的腐蚀与防腐,（一）铝及铝合金常见腐蚀形式,1.,电化学腐蚀,2.,应力腐蚀开裂（,SCC,）,铝合金的,SCC,是在,20,世纪,30,年代初发现的。金属在应力,（拉应力或内应力）和腐蚀介质的联合作用下所发生的一种,破坏，被称为,SCC,。,SCC,的特征是形成腐蚀,机械裂缝，既可,以沿着晶界发展，也可以穿过晶粒扩展。由于裂缝扩展是在,金属内部，会使金属结构强度大大下降，严重时会发生突然,破坏。,SCC,在一定的条件下才会发生，它们是：一定的拉应力或金属内部有残余应力。（二）铝合金常用防腐措施,1.,涂层保护,；,2.,牺牲阳极,；,3.,阳极氧化处理,。,三、铝合金的腐蚀与防腐,17,第二节 船用铜合金,一、纯 铜（又称紫铜）,铜的性能特点,:,密度大；导电及导热性能好；,抗大气腐蚀性好；塑性高；,强度低；无磁性；无打击火,花；加工工艺性好等。,纯铜主要用途为：,制作导电材料，如电线、,电缆等，还可用来配制,各种合金。纯铜及其合,金对于制造不允许受磁,性干扰的磁学仪器，如,罗盘、航,空仪表和炮兵,瞄准环等具有重要价值。,铜,电线、电缆,第二节 船用铜合金 一、纯 铜（又称紫铜）铜电线、电缆,18,二、铜合金的分类及牌号表示方法,(,一,),分类,白铜,:Cu Ni,黄铜,:Cu Zn,铜合金的分类,青铜,:,除黄铜和白,铜外的所有,铜合金。,普通黄铜,特殊黄铜,锡青铜,特殊青铜,（无锡青铜）,压力加工黄铜,铸造黄铜,二、铜合金的分类及牌号表示方法(一)分类白铜:Cu,19,(,二,),牌号,1.,黄铜的牌号,(Z),H,90,含铜量,W,Cu=90%,黄铜,铸造,(二)牌号(Z)H 90含铜量 WCu=9,20,2.,特殊黄铜,牌号,3.,青铜牌号的表示方法,H,Al,59,-,3,含铝量,W,Al=3%,含铜量,W,Cu=59%,Z,Q,Sn10,1,其它合金元,素含量为,1%,主加元素锡其含,量为,WSn=10%,青铜,铸造,2.特殊黄铜牌号H Al 59-3含铝量WAl=,21,三、黄铜,1.,黄铜,：铜与锌组成的合金称为黄铜。为改善其性能，常加,入锡、铝、硅、镍、锰、铅、铁等元素，这样形成的合金称为,特,殊黄铜。,2.,力学性能与含锌量有着极为密切的关系,500,30,40,50,60,70,0,400,300,200,100,0,10,20,50,40,30,20,10,50,60,70,80,90,100,110,40,HB,+,b,b,(Mpa),(%),HB,当含锌量为,30%,时黄铜具有最大的塑性。而含锌量为,40%,时黄铜具有最大的硬度。,三、黄铜50030405060700400300200100,22,3.,常用的黄铜,普通黄铜,:,金奖黄铜,H90,，,弹壳黄铜,H70(H68),，,日用黄铜,H62(H59),。,冷凝器管,法兰阀,闸阀,3.常用的黄铜冷凝器管法兰阀闸阀,23,特殊黄铜,：,海军黄铜,HSn62 1,，,易切削黄铜,HPb59-1,小型螺旋桨,船厂员工在导弹驱逐舰“德凯特”,号巨大螺旋桨 下留影,特殊黄铜：海军黄铜 HSn62 1，小型螺旋桨 船厂员工,24,四、青铜,（一）锡青铜,1.,力学性能与含锡量有着极为密切的关系,3 7,10 14,压力加工,铸造成形,b,+,含锡量小于,8%,的合金，具有良好的塑性和适宜的强度，易于压力加工；含锡量大于,10%,的合金塑性差，只适合铸造。,四、青铜3 710 14压力加工铸造成形b+,25,2.,锡青铜的应用,锡青铜的抗腐蚀性和耐磨性都比纯铜和黄铜好，都用于,制造耐磨零件，如轴套、轴瓦等。也可用来制造与酸、碱、,蒸汽接触的零件。温度低于,200,的蒸汽管系和阀件。,无锡灵山大佛,轴套,内螺纹恒温疏水阀,2.锡青铜的应用无锡灵山大佛 轴套内螺纹恒温疏水阀,26,船舶焊接工艺船舶材料与焊接第三章船用非铁金属材料课件,27,（二）特殊青铜,(,也称无锡青铜或特殊青铜,),在青铜中加入锡以外的其它合金元素，如,Al,、,Mn,、,Si,、,Pb,、,Fe,等元素，这种铜合金称为,无锡青铜,或,特殊青铜,。,特殊青铜按主要加入元素分为