工程材料学第7章 有色金属及其合金

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1、第七章有色金属及其合金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，为现代工业中不可缺少的金属材料。它们的种类很多，本章仅就机械、仪器、飞机制造等工业中广泛使用的铝、铜作一些基本的介绍。第七章有色金属及其合金铝合金扳状抛物面天线1.比重小、比强度高纯铝的比重只有2.7，仅为铁的1/3。合金的比重也很小，采用各种强化手段后，铝合金可以达到与低合金高强钢相近的强度，因此比强度要比一般高强钢高得多。2.优良的物理、化学性能铝的导电性好。仅次于银、铜和金。在室温时的导电率约为铜的64％。铝资源丰富，成本较低。铝及铝合金有相当好的抗大气腐蚀能力。其磁化率极低，接近于非

2、铁磁性材料。第一节铝及铝合金一.特性3.加工性能良好铝及铝合金（退火状态）的塑性很好，可以冷成形。切削性能也很好。超高强铝合金成形后经热处理，可达到很高的强度。铸造铝合金的铸造性能极好。铝及铝合金在电器工程、航空及宇航工收、一般机械和轻工业中都有广泛的用途。工业铝合金型材纯铝中含有铁、硅、铜、锌等杂质元素，使性能略微降低。纯铝材料按纯度可分为三类:1.工业纯铝纯度为98.0~99.0%，牌号有L1,L2.L3.L4.L5等，编号越大，纯度越低。工业纯铝可制作电线、电缆、器皿及配制合金。2.工业高纯铝纯度为98.85~99.9%，牌号有LG1,LG2等，用于制作铝箔、冶炼铝合金的原

3、料。3.高纯铝纯度为99.93~99.99%，牌号有LG3,LG4,LG5等，编号越大，纯度越高。高纯铝主要用于科学研究及制作电容器等。纯铝的强度很低,不能作为结构材料使用二.纯铝铝中加入合金元素后，可获得较高的强度、并保持良好的加工性能。许多铝合金不仅可通过冷变形提高强度，而且可用热处理来大幅度地改善性能，因此铝合金可用于制造承受较大载荷的机械零件构件1．铝合金的时效1）固溶处理将成分位于相图中D-F之间的合金加热到α相区，经保温获得单相α固溶体后迅速水冷，可在室温得到过饱和的α固溶体，这种处理方式称固溶处理。这种组织是不稳定的有分解出强化相过度到稳定状态的倾向。硬化曲线如图三

4、.铝合金2）时效硬化在室温下放置或低温加热时，强度和硬度会明显升高.这种现象为时效或时效硬化.在室温下进行的称自然时效；在加热条件下进行的称人工时效.例如:含4%Cu的Al-Cu合金(图)，加热到500℃并保温一段时间后，在水中快冷时来不及析出.合金获得过饱和的α固溶体组织、其强度为250MPa.若在室温下放置，随着时间的延续,强度逐渐提高，经1~5天后,可400MPa.图示出该合金的自然时效曲线3）时效发生的条件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4）时效规律图为其在不同温度下的时效曲线.可以看出：(1)时效温度越高,强度峰值越低,强化效

5、果越小;(2)时效温度越高,时效速度越快,强度峰值出现所需时间越短;(3)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.5）回归现象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。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.回归现象在实际生产中意义: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.例如：利用这种现象，可随时进行飞机的铆接和修理等.两类：变形铝合金：成分低于D的合金，加热时能形成固溶

6、体组织，塑性较好.适于变形加工，称为变形铝合金.变形铝合金中成分低于F的合金，因不能进行热处理强化，称为不可热处理强化的铝合金;成分位于F-D之间的合金，可进行固溶时效强化，称为可热处理强化的铝合金.铸造铝合金：成分高于D的合金，由于冷却时有共晶反应发生，流动性较好，适于铸造生产，称为铸造铝合金.2铝合金的分类变形铝合金:防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金.主要的牌号、化学成分与机械性能见表.1.防锈铝合金防锈铝合金主要是Al-Mn-Mg锰的主要作用是提高抗蚀能力，并起固溶强化作用。镁亦有固溶强化作用，同时降低比重。防锈铝合金锻造退火后是单相固溶体，抗蚀性能高，塑性

7、好。这类合金不能进行时效硬化，属于不可热处理强化的铝合金，但可冷变形，利用加工硬化提高强度。四.变形铝合金LF21(Al-Mn合金)：抗蚀性和强度均比纯铝高，并有良好的塑性和焊接性能，但因太软而切削加工性能不良.主要用于焊接件、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、LF11(Al-Mg合金)：比重比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，具有高的抗蚀性和塑性，焊接性能良好，但切削加工性能差.主要用于焊接容器、管道，以及承受中等载荷的零件及制品，也可