[工学]金属学与热处理课件-有色金属及其合金

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1、第9章有色金属及其合金返回总目录教学提示：通常将金属分成两大类，一类是铁及其合金,称为黑色金属；另一类称有色金属，除铁、铬、锰之外的其他金属均属有色金属。有色金属及其合金的种类很多，显然其产量和使用量不及黑色金属多。但由于有色金属具有许多优良的特性，从而决定了有色金属在国民经济中占有十分重要的地位：例如，铝、镁、钛等金属及其合金，具有密度小，比强度高的特点，在飞机制造、汽车制造、船舶制造等工业中应用十分广泛；而银、铜、铝等有色金属，导电性及导热性优良，是电气工业和仪表工业不可缺少的材料。再如，钨、钼、钽、铌及其合金是制造1300℃以上使用的高温零件及电真空元件的理想材料。本章仅对铝

2、及其合金、镁及其合金、铜及其合金、钛及其合金、轴承合金作一些简要介绍。教学要求：本章内容学习应该以金属材料的结构、性能为基础，理解产生有色金属性能特点的原因，熟悉铝、铜、镁、钛及其合金的分类、牌号和用途。掌握铝、铜及其合金的性能参数和热处理方法。了解轴承合金的成分、组织特征以及应用。达到以上要求才能在实际工作中正确地选择和使用有色金属材料及其合金。本章内容●9.1铝及铝合金●9.2铜及其合金●9.3镁及其合金●9.4钛及钛合金●9.5滑动轴承合金●　小结●　本章习题9.1铝及铝合金9.1.1工业纯铝铝合金是仅次于钢铁用量的金属材料。据调查，在铝合金市场中，有23%用量消耗于建筑业和

3、结构业，22%用于运输业，21%用于容器和包装，而电气工业占10%。在航空工业中，铝合金的用量占着绝对优势。铝是元素周期表中排第三位的主族元素。纯铝是一种具有银白色金属光泽的金属，具有如下独特的性能和优点：①密度小，仅为铁的l/3左右，熔点低(660.4℃)。②具有面心立方晶格，塑性好(可达25%)，可采用锻轧、挤压等压力加工方法制成各种管、板、棒、线等型材。③导电、导热性能很好，仅次于银和铜居第三位，约为纯铜电导率的62%。可用来制造电线、电缆等各种导电制品和各种散热器等导热元件。④在大气和淡水中具有良好的耐蚀性。因为铝的表面能生成一层极致密的氧化铝膜，防止了氧与内部金属基体的相

4、互作用。但铝的氧化膜在碱和盐的溶液中抗蚀性低。此外，在热的稀硝酸和硫酸中也极易溶解。⑤强度很低，抗拉强度仅为50MPa，虽然可通过冷作硬化的方法强化，但仍不能直接用于制作结构材料。上述主要特性决定了工业纯铝的用途，适于制作电线、电缆以及要求具有导热和抗大气腐蚀性能而对强度要求不高的一些用品或器皿。9.1.2铝的合金化及铝合金的分类纯铝的力学性能不高，不适宜作承受较大载荷的结构材料，为了提高铝的力学性能，在纯铝中加入合金元素配制成铝合金。铝合金不仅保持纯铝的熔点低、密度小、导热性良好、耐大气腐蚀以及良好的塑性、韧性和低温性能，且由于合金化，使铝合金大都可以实现热处理强化，某些铝合金强

5、度可达400MPa～600MPa。铝合金与钢铁的相对力学性能比较列于表9-1，由表可见铝合金的相对比强度极限甚至超过了合金钢，而其相对比刚度则大大超过钢铁材料。故质量相同的零件采用铝合金制造时，可以得到最大的刚度。表9-1铝合金与钢相对力学性能比较力学性能材料名称低碳钢低合金钢高合金钢铸铁铝合金相对密度1.01.01.00.920.35相对比强度极限1.01.62.50.61.8～3.3相对比屈服极限1.01.74.20.72.9～4.3相对比刚度1.01.01.00.518.59.1铝及铝合金铝在合金化时，常加入的合金元素有Cu、Mg、Zn、Si、Mn和RE(稀土元素)等，这些元

6、素与铝均能形成固态下有限互溶的共晶型相图，如图9.1所示。根据该相图，铝合金通常分为两大类别，相图上最大饱和溶解度D'是这两类合金的理论分界线。图9.1铝合金相图的一般类型9.1铝及铝合金(1)凡成分位于D'点以左的合金，由于在室温或高温下可获得以铝为基的固溶体单相区，因而具有良好的塑性，可承受各类压力加工。对于需经轧制或挤压成形的板材、管材或棒材等，均可选用该成分范围内的合金，故称之为形变铝合金。形变铝合金又分为两类，凡成分在F点以左的合金，其固溶体成分不随温度而变化，故不能进行时效强化，称之为不能热处理强化的铝合金。凡成分在FD'之间的合金，其固溶体的成分将随温度的变化而变化，

7、故可进行时效强化，称之为能热处理强化的铝合金。(2)凡成分大于D'点成分的合金，由于有共晶组织存在，其流动性较好，且高温强度也较高，可以防止热裂现象，故适合于铸造，称之为铸造铝合金。9.1铝及铝合金9.1.3铝合金的热处理纯铝加入合金元素形成铝基固溶体，有较大的极限固溶度，有一定的固溶强化效果。但随着温度的降低，固溶度急剧减小，强化效果有限。显然，铝合金也须通过热处理进一步提高强度。铝合金的热处理原理与钢不同。钢经淬火后得到马氏体组织，强度、硬度显著提高，塑性下降。铝