工程材料 第八章 非铁金属材料

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1、第八章非铁金属材料在工业生产中，通常把铁及其合金以外的金属称为非铁金属材料1第一节铝及铝合金一、铝及铝合金性能特点纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72)，熔点低(660.4℃),导电、导热性能优良。耐大气腐蚀，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。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，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。2可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类.铝合金分类示意图二、铝合金的分类铝合金一般具有有

2、限固溶型共晶相图。3三、铝合金的热处理并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。可热处理强化变形铝合金的热处理方法：固溶处理+时效。固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温加热固溶淬火过饱和时效析出第一节铝及铝合金4在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进行的时效称人工时效。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，为过时效。随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。含4%C

3、u铝合金的时效曲线时效时间/d第一节铝及铝合金5四、铝合金的强化机理1、固溶强化合金元素加入纯铝中，形成铝基固溶体，起固溶强化作用，使其强度提高。铝的合金化一般都形成有限固溶体，且都具有较大的极限溶解度。第一节铝及铝合金62、时效强化铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝中有较大固溶度且随温度降低而急剧减小，故铝合金经加热到一定温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体，这种过饱和的铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度、硬度随时间的延长而提高，塑性、韧性则降低，这一过程称为时效（时效强化）。第一节铝及铝合金淬火加时效处理是铝合金强化的重

4、要手段。73、过剩相强化当铝中加入的合金元素超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，成为过剩相。第一节铝及铝合金这类过剩相多为硬而脆的金属间化合物，起阻碍滑移和位错运动的作用，使铝合金强度、硬度提高，但塑、韧性下降，过剩相过多时，合金变脆，强度急剧下降。对于铸造铝合金，过剩相强化是主要手段。84、细化晶粒强化在铝合金中添加微量合金元素细化组织是提高机械性能的另一种重要手段。细化组织包括细化铝合金固溶体基体和过剩相组织。铸造铝合金常加入微量变质剂，进行变质处理。常用变质剂：2/3NaF+1/3NaCl第一节铝及铝合金9变

5、形铝合金中添加微量的钛、锆、铍及稀土元素，它们能形成难溶化合物，在合金结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用，以提高强度及塑性。第一节铝及铝合金105、铝合金时效强化的机理（以Al-Cu合金为例）铝合金时效过程是过饱和固溶体分解的过程，包括四个阶段：第一阶段：形成溶质原子Cu的富集区（Cu原子在固溶体{100}晶面上偏聚）-Gp[I]区，随着Gp[I]区的形成，将引起固溶体α严重畸变，使位错运动受到阻碍。第一节铝及铝合金11第二阶段：随着时间的延续，溶质原子继续向Gp[I]区扩散富集，并有序化而形成Gp[II]区。Gp[II]的化学成分接近于CuA

6、l2，具有正方晶格（以θ”表示），随着Gp[II]区形成，将引起固溶体更严重的畸变，使位错运动受到更大阻碍。第一节铝及铝合金12第三阶段：溶质原子Cu继续富集，第二阶段形成的θ”相逐渐达到CuAl2的成分，并部分地与母相α固溶体的晶格脱离，形成一种过渡相θ’，随着θ’的形成，固溶体的晶格畸变程度减轻，合金趋于软化。第一节铝及铝合金13第四阶段：稳定的θ相-CuAl2形成，并与母相α固溶体完全脱离联系，使α固溶体的晶格畸变大为减轻，时效产生的强化效果显著减弱，合金软化，这种现象称为“过时效”。第一节铝及铝合金14一般自然时效只出现第一、第

7、二阶段，后两阶段由于原子扩散能力不足不出现。温度较高的人工时效，则主要是第三、第四阶段，因为温度较高，原子扩散能力很大，第一、二阶段来不及出现即进入后二阶段。第一节铝及铝合金15五、铝合金的牌号、性能及用途1、变形铝合金⑴变形铝及铝合金牌号表示方法根据国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。GB3190-82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+序号第一节铝及铝合金16⑵常用变形铝合金①防锈铝合金主要是Al-Mn和Al

8、-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变