工程材料3金属材料--有色金属及其合金ppt

,*,第三章 金属材料,3.1,碳钢,3.2,合金钢,3.3,铸钢与铸铁,3.4,有色金属及其合金,黑色金属,1,3.4,有色金属及其合金,3.4.1,铝及铝合金,3.4.2,铜及铜合金,3.4.3,钛及钛合金,3.4.4,轴承合金,2,特性：,(1),密度小,(2.7g/cm,3,),、比强度高,(2),有优良的物理、化学性能,导电性好，抗大气腐蚀能力好,(Al,2,O,3,),，磁化率极低,良好的低温性能,(,纯铝,-235,塑性和冲击韧度也不降低,),(3),加工性能良好,铝,(,FCC,=3050%,=80%),及铝合金,(,退火状态,),的塑性很好，可以冷成型。切削性能也很好。,超高强铝合金成型后经热处理，可达到很高的强度。铸造铝合金的铸造性能极好。,3.4.1,铝及铝合金,3,一、纯铝,分类,:,高纯铝,99.9399.99%,：,L01L05,，数字越大，纯度越高,工业高纯铝,99.8599.9%,：,L0,，,L00,，“,0”,个数增加，纯度降低,工业纯铝,99.899.9%,：,L1L7,，数字越大，纯度越低,用途：,高纯铝主要用于,科学研究及制作电容器,;,工业高纯铝的主要用途是,配制铝合金,;,工业纯铝还可用来制造,导线、包覆材料、耐蚀和生活器皿,等,。,4,铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性,铝合金常加入的元素主要有,Cu,、,Mn,、,Si,、,Mg,、,Zn,等,美,F-117,隐身战斗机,(,所用材料大部分是铝合金,),二、铝合金,5,1,、铝合金的分类及强化机制,变形铝合金：,D,点以左，,加热时能形成单相固溶体组织，塑性好，适于变形加工,Al-F,不可热处理强化,F-D,可热处理强化,铸造铝合金：,D,点以右，,由于冷却时有共晶反应发生,流动性较好,适于铸造生产,1),铝合金的分类,6,将成分位于相图中,D,F,之间的合金加热到固溶线以上，保温获得单相,后迅速水冷，得到过饱和的,固溶体,（,2,）时效强化（第二相强化）,在室温下放置或低温加热时，强度和硬度会明显升高。这种现象称为时效或时效硬化。,2,）铝合金的强化机制,（,1,）固溶处理,时效的条件：,合金能在高温形成均匀的固溶体，并且固溶体中溶质的溶解度必须随温度的降低而显著降低。,7,时效规律,时效,温度越高,强度峰值越低,强化效果越小,;,时效,温度越高,时效速度越快,强度峰值出现所需时间越短,;,低温,使固溶处理获得的过饱和固溶体保持相对的稳定性,抑制时效的进行,。,含,4%Cu,的,Al-Cu,合金的自然时效曲线,含,4%Cu,的,Al-Cu,合金不同温度下的时效曲线,Al-Cu,合金相图,CuAl,2,8,回归,一切能时效硬化的合金都有回归现象。,自然时效后的铝合金在反复回归处理和再时效时强度有所降低。,应用：时效后的铝合金可在,回归处理后的软化状态进行各种冷变形,。利用这种现象，可随时进行飞机的铆接和修理等。,自然时效后的铝合金,在,230,250,短时间,(,几秒至几分钟,),加热后,快速水冷至室温时,可以重新变软,。如再在室温下,放置,则又能发生正常的自然时效,。这种现象称为,回归,。,9,2,、变形铝合金,GB 3190-82,中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为,:,防锈铝合金：,LF+,序号,硬铝合金：,LY+,序号,超硬铝合金：,LC+,序号,锻铝合金：,LD+,序号,10,（,1,）防锈铝合金,Al-,Mn,系 和,Al-Mg,系合金,Mg,：固溶强化，降低密度，抗腐蚀,Mn,：固溶强化，抗腐蚀,高的塑性，低中等强度，优良的抗腐蚀及焊接性能,不能进行热处理强化，退火,/,冷作硬化态使用。,LF21,（,3A21,）,(Al-,Mn,合金,),用于,焊接件、容器、管道,，或需用深延伸、弯曲等方法制造的低载荷零件、制品以及,铆钉,等。,LF5,（,5A05,）,(Al-Mg,合金,),用于,焊接容器、管道,，以及承受中等载荷的零件及制品，也可用作,铆钉,。,卫星天线（,LF21,）,11,（,2,）硬铝合金（,Al-Cu-Mg,系）,可时效强化，亦可形变强化,Cu,、,Mg,强化相，,Mn,耐蚀性,强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。,低合金硬铝,2A01(LY1),：,Mg,、,Cu,含量较低,塑性好,强度低。时效强化。常称,铆钉硬铝,。,标准硬铝,2A11(LY11),：,合金元素中等，强度和塑性中等。退火后变形加工性能良好，时效后切削加工性能也较好。主要用于轧材、锻材、冲压件和,螺旋浆叶片,及大型铆钉等重要零件。,高合金硬铝,2A12(LY12),：,合金元素较多，强度和硬度较高，塑性及变形加工性能较差。用于制作,航空模锻件和重要的销、轴,等零件。,12,（,3,）超硬铝合金（,Al-Mg-Zn-Cu,系）,牌号有,7A04(LC4),、,7A09(LC9),等。,固溶处理和人工时效,强度最高的铝合金,。,抗蚀性较差,，高温下软化快。用包铝法可提高抗蚀性。,超硬铝合金多用于制造,受力大的重要构件，例如飞机大梁、起落架等。,飞机用座椅轨道及航空零件,飞机前起落架,13,(4),锻铝合金（,Al-Mg-Si-Cu,或,Al-Cu-Mg-Ni-Fe,系）,牌号,2A50(LD5),、,2A70(LD7),、,2A14(LD10),合金的元素种类多但用量少，有良好的热塑性、铸造性能和锻造性能，并有较高的机械性能。,固溶处理和人工时效。,这类合金主要用于承受重载荷的锻件和模锻件,14,变形铝合金的主要牌号、成分、机械性能及用途,15,3,、铸造铝合金,2),性能特点,良好的铸造性能,力学性能不如变形铝合金,成本较低,3),应用：适合于,形状复杂的零构件、箱体、壳体、活塞等,1,）分类及牌号,铝合金发动机缸体和缸盖,16,铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）,变质处理,显著提高力学性能。,组织,变质前，共晶体（粗针状,Si +,基体）,+,初晶,Si,变质后，共晶体（细点状,Si +,基体）,+,初晶,ZL102,的铸态组织，未变质，,500,变质处理后，,100,Al-Si,铸造铝合金（硅铝明）,17,3.4.2,铜及铜合金,铜及铜合金有下列特性：,(1),优异的物理、化学性能,导电性、导热性极佳；对大气和水的抗蚀能力很高；铜是抗磁性物质。,(2),良好的加工性能,塑性加工性能优良，容易冷、热成型；切削加工性能优良，铸造铜合金有很好的铸造性能；焊接性好。,(3),某些特殊机械性,例如优良的减摩性和耐磨性,(,如青铜及部分黄铜,),，抗卡咬，高的弹性极限和疲劳极限,(,如铍青铜等,),，弹性稳定。,(4),色泽美观,18,一、纯铜（紫铜）,FCC,，无同素,异构体，,牌号,T1T4,，,编号越大，纯度越低。,纯铜主要用于制作电导体及配制合金。纯铜的强度低,不宜作结构材料。,纯铜管,19,（）黄铜,Cu-,Zn,系合金,普通黄铜：,单相黄铜,如,H80,，,含,80%Cu,，单相,，,塑性好，可冷成型,双相黄铜,如,H62,，,+,，,可热变形,二、铜合金,铜,+,合金元素铜合金,黄铜、青铜和白铜,20,(a),单相黄铜,Cu-Zn,合金的显微组织,(,b),双相黄铜,+,组织,工业黄铜的实际锌含量多,47,，其退火组织可以是单相,或双相,+,。,21,代号,化学成分,%,机械性能,Cu,Zn,加工状态,b,MPa,%,HB,H96,9597,余量,退火,250,35,H80,7981,余量,退火,270,50,H68,6770,余量,退火,300,40,H59,5760,余量,退火,变形,300,420,25,5,103,牌号、性能、用途,单相黄铜,H80,、,H70,、,H68,塑性很好，适于制作冷轧板材、冷拉线材、管材及形状复杂的深冲零件。,双相黄铜,H62,、,H59,可进行热变形，常热轧成棒材、板材。可铸造。,22,复杂黄铜,改善,Cu-Zn,合金的耐蚀性、机械性能。,组,别,代,号,主要化学成分,%,机械性能,(,变形,),Cu,其它,b,MPa,%,HB,Pb,黄铜,HPb,63-3,HPb,60-1,62.065.0,59.061.0,Pb,2.43.0,Pb,0.61.0,600,610,5,4,Sn,黄铜,HSn,90-1,HSn,62-1,88.091.0,61.063.0,Sn,0.250.75,Sn,0.71.1,520,700,5,4,148,Al,黄铜,HAl,77-2,76.079.0,Al 1.82.6,650,12,170,Si,黄铜,HSi,65-1.5-3,63.566.5,Si,1.02.0,Pb,2.53.5,600,8,160,Mn,黄铜,Fe,黄铜,HMn,58-2,HFe,59-1-1,57.060.0,57.060.0,Mn,1.01.2,Fe 0.61.2,700,700,10,10,175,160,Ni,黄铜,HNi,65-5,64.067.0,Ni 5.06.5,700,4,钟表,海船,海船,船舶及化工机械,编号：,H+,主加元素符号,+,铜质量分数,+,主加元素质量分数,23,黄铜制品,24,压力加工青铜,Sn,青铜,如,QSn4-3,，,含,4%,Sn,、,3%Zn,，,其余为,Cu,。做轴承、弹簧等。,Al,青铜,如,QAl,10-3-1.5,，,做耐蚀、抗磨的齿轮、轴套等,Be,青铜,如,QBe2,，,做重要弹簧，高速轴承等。,铸造青铜,如,Sn,青铜，,ZCuSn10Zn2,。,（,2,）青铜,Cu-Sn,系合金,船用青铜软管快速接头阀,(,锡青铜阀体、阀盖,),25,（,3,）白铜,Cu-Ni,系合金,以,镍,为主要合金元素，,B,（白）,+,镍质量分数，例,B19,铜、镍无限固溶，单相,，,可冷、热变形，较好的强度和优良的塑性。它的抗蚀性很好，电阻率较高。,用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等。,26,3.4.3,钛及钛合金,钛及钛合金具有,密度小、质量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀,以及良好,低温韧性,等优点，同时资源丰富，所以有着广泛应用前景。,但目前钛及钛合金的,加工条件复杂，成本较昂贵,。,美,F-22,战机约,36%,重量的零件用钛合金制造,27,纯钛,性能：,银白色，熔点,1680,，密度,4.54 g/cm,3,，比铝大但比钢轻,43%,。钛有很好的强度，约为铝的,6,倍，所以,钛的比强度（强度,/,相对密度）在结构材料中是很高的,。,钛的,抗氧化能力优于大多数奥氏体不锈钢,。,晶体结构,同素异构转变,882.5,时，,密排六方,-Ti,-Ti,（体心立方）,牌号及用途,工业纯钛,TA1,TA3,，编号越大杂质越多,纯钛可制作在,350,以下工作的、强度要求不高的零件。,28,合金元素溶入,-Ti,中，形成,固溶体，,溶人,-Ti,中形成,固溶体。,二、钛合金,铝、碳、氮、氧、硼等为,稳定化元素。,铁、钼、镁、铬、锰、钒为,稳定化元素。,分类：,a,钛合金、,钛合金和,(,a+,),钛合金,。,牌号分别以,TA,、,TB,、,TC,加上编号来表示。,29,钛中加入,铝、硼,等,稳定化元素获得,钛合金。,钛合金的,室温强度低于,和,(a+,),钛合金,，但,高温,(500,一,600),强度比它们的高,，并且组织稳定，抗氧化性和抗蠕变性好，焊接性能也很好。,钛合金不能淬火强化，主要依靠,固溶强化,，热处理只进行,退火,(,消除应力退火或再结晶退火,),。,典型牌号：,TA7,，成分：,Ti-5Al-2.5Sn,用途：,使用温度,500,；主要用于制造,导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣等。,（,1,）,钛合金,钛泵,30,钛中加入,钼、铬、钒,等,稳定化元素得到,钛合金。,钛合金有较高的强度、优良的冲压性能，并可通过,淬火和时效,进行强化。,在时效状态下，合金的组织为,相和弥散分布的细小,相粒子。,典型牌号,：,TBl,，,成分：,Ti-3Al-13V-11Cr,用途：一般在,350,以下使用，适于制造压气