第8章 铝及其合金-20090316.ppt

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1、非铁金属材料概述铁及其合金----黑色金属除钢铁以外所有其它金属材料—非铁金属材料[有色金属]种类很多:轻金属密度<3.5Al,Mg,Be,Li重金属密度>3.5Cu,Pb,Zn,Sn,Ni贵金属Au,Ag,Pt稀土金属RE（Y，Sc+La系元素）稀有金属Li,Ti,Nb,V,Mo,W,Zr放射金属Ra,Th,U使用量较少；但作用很大;且极高价值Al,Mg,Ti及其合金比重小，航空、航天、航海；Cu,Al,Ag及其合金导电性好，电力电工、电子、半导体、超导;Ni,Mo,Nb,Co…耐高温，火箭、发动机、高温结构材料;Cu,Ti及其合金优良的耐蚀性，石油、化工、航海、军舰;Ra,U,Th原子

2、能发电与核燃料。新型工业的发展，生产技术朝着高温、低温、高压、高速、强腐蚀工作条件发展，有色金属材料的发展也很快;我国有色金属资源丰富，但生产技术与国外有明显的差距;主要内容Al及其合金Mg及其合金Cu及其合金Ti及其合金第八章铝及其合金工业纯铝铝合金概述变形铝合金铸造铝合金8.1工业纯铝一.特性轻，可作为各种轻质结构材料的基本组元；导电、导热性能好（仅次于Ag,Cu）；塑性好，可冷热加工；抗大气腐蚀性好；强度很低（σb80~100MPa）,冷变形后为150MPa~250MPa，但收缩率明显下降。二.分类其牌号是根据杂质的含量来编制的。高纯铝L04~L01,Al>=99.93%;用于科研化

3、工及其它特殊用途。工业高纯铝L0，L00,Al>=99.85%;用于高纯铝的生产。工业纯铝L1~L7,Al>=98%;用于铝合金、电线电缆和日常器皿生产。三.用途制作电线电缆；具有导热和抗大气腐蚀性而对强度要求不高的一些用品与器皿。8.2铝合金概述一.铝合金中的合金元素对铝进行合金化，可大幅度提高其强度;主要合金元素有Cu、Mg、Si、Zn、Mn、Li；辅加的微量元素有Ti、V、B、Ni、Cr、Re等，杂质元素有Fe等。不同的合金元素在铝合金中形成不同的合金相，起着不同的作用。1．铝基固溶体合金元素与铝均形成有限固溶体，主要合金元素在铝中的极限溶解度见表：如Mn、Mg、Zn等二元系均不产生

4、沉淀强化相，主要溶于铝基固溶体,起固溶强化作用。Al-Mg二元合金相图Al-Mn二元合金相图Al-Zn二元合金相图2.铝合金中的沉淀强化沉淀强化相应满足以下的基本条件：1）硬度高的质点；2）在铝基固溶体中高温下有较大的溶解度；能析出较大体积分数的沉淀相：3）在时效过程中，沉淀相具有一系列介稳相,并且是弥散分布，与基体形成共格，在周围基体中产生较大的共格应变区。例如：Al-Cu合金中，θ-CuAl2，Al-Cu-Mg合金中，S相（Al2CuMg）；Al-Zn-Mg系合金中，η-MgZn2，T-Al2Mg3Zn3；Al-Si-Mg系中，出现β（Mg2Si）Al-Li系中，δ（AlLi）Al-C

5、u二元合金相图3.铝合金共晶中的过剩相（强化）共晶中的第二相不溶于铝基固溶体，又称为过剩相，其数量达到一定量时可提高合金的强度和硬度，过高会降低韧性。4.铝合金中的微量元素及微合金相铝合金中添加微量元素Ti、Zr和Re，可形成难熔金属间化合物，在合金结晶过程中起非自发形核核心作用，细化晶粒，产生细晶强化。二.铝合金的组织特点与分类一般相图类型变形铝合金铸造铝合金组织类型:单相组织α或α+第二相组织根据Al合金的成分与生产工艺特点:分两类：1）变形铝合金合金元素含量<5%，在A点的左边；2）铸造铝合金具有共晶组织，合金元素含量在8~25%。Al合金的常用合金系三.铝合金的强化固溶强化时效强化

6、（沉淀强化）过剩相强化细晶强化四.铝合金的时效1．时效过程与性能变化铝合金的强化机理与钢不同，主要是依靠时效过程中时效相的析出（沉淀强化）来进行的。而钢主要是由于钢的同素异型转变来强化。时效：过饱和固溶体在室温或一定温度下保温，其性能发生变化的过程。时效强化：过饱和固溶体在室温或一定温度下保温，其硬度或强度升高的现象。以Al-4Cu合金为例：可分为四阶段：1）形成溶质原子（Cu）的富集区—GP[I]与母相α（Al为基的固溶体）保持共格关系，引起α的严重畸变，使位错运动受阻碍，从而提高强度；2）GP[I]区有序化—GP[II]区（θ’’）化学成分接近CuAl2，具有正方晶格，引起更严重的畸变

7、，使位错运动更大阻碍，显著提高强度；3）溶质原子的继续富集，以及θ’形成θ’已达到CuAl2，且部分地与母相晶格脱离关系，晶格畸变将减轻，对位错阻碍能力减小，合金趋于软化，强度开始降低。4）稳定相θ的形成与长大与母相完全脱离晶格关系，强度进一步降低。这种现象称为过时效。图示:时效时间与硬度的关系图示:时效时间与强度的关系注意：1）时效并不一定包括这4阶段。如自然时效往往只有第1，2阶段；2）其原理适用于其它合金系，如S相