船舶焊接工艺 船舶材料与焊接第三章

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1、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.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

2、腐蚀的轻合金材料的应用，大大改善了船舶的使用性能。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/cm3）。其强度很低，σb=80MPa~100MPa。但塑性很好，δ=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。

3、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。AVC纯铝散热器纯铝吊灯纯铝机箱铝芯线二、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（二）合金性能的基本要求把铝合金加热到α相区，保温后在水中快冷，得到单相过饱和的α固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬

4、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40MPa。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

5、具有在热处理中抵抗变形的能力。（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α相区，保温后在水中快冷，得到单相过饱和的α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230~250℃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含4%Cu的铝合金自然时效曲线含4%Cu的铝合金在不同温度下的人工

6、时效曲线（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/T16474—1996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。3.常用的铝合金(1)防锈铝合金:Al–Mn通过固溶

7、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(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

8、落架(4)锻铝合金:Al–Mg–Si–Cu具有良好的热塑性,通过固