有色金属材料之铝合金.ppt

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1、金属材料学授课时间：50学时主讲教师：金永中课程特点：综合性、应用性、经验性。课程要求：结合相图知识，掌握合金化基本理论，了解材料成分设计的基本依据，熟悉生产中常用的材料及其热处理工艺、组织、性能之间的关系，根据零件技术要求，能正确地选择材料和制订工艺。课程特点和要求课程要点及思路性能要求材料成分零件服役条件处理工艺力学性能组织结构材料学主线示意图第二篇有色金属材料铝合金、镁合金和钛合金质轻又耐蚀，为航空结构件之优选材料。铜和铜合金有很好导电和导热性，为电气和仪表元器件之优选。金属分为黑色金属和有色金属两大类，黑色金属包括铁

2、、铬、锰；工业中主要是指钢铁材料。而黑色金属以外的所有金属则为有色金属（非铁金属材料）。相对于黑色金属，有色金属有许多优良的特性，在工业领域尤其是高科技领域具有极为重要的地位。例如：铝、镁、钛、铍等轻金属具有相对密度小、比强度高等特点，广泛用于航空航天、汽车、船舶和军事领域；银、铜、金（包括铝）等贵金属具有优良导电导热和耐蚀性，是电器仪表和通讯领域不可缺少的材料；镍、钨、钼、钽及其合金是制造高温零件和电真空元器件的优良材料；还有专用于原子能工业的铀、镭、铍；用于石油化工领域的钛、铜、镍等。本篇主要介绍目前工程中广泛应用的铝、

3、镁、钛、铜及其合金和相关材料，了解这些材料的典型性能特点，合金化及热处理以及材料一般用途等。第一节铝合金中的合金元素第二节变形铝合金第三节铸造铝合金第八章铝合金1、产量占有色金属首位；成本低廉（地壳含量8.2%）；2、密度低（2.63～2.85g/cm3），比强度高；3、导电，导热性好（纯铝的导电性仅次于Ag、Cu、Au而位居第四位，约为纯铜导电率的60％）；4、耐蚀性好（Al2O3膜的存在，只有在卤素离子及碱离子的强烈作用下氧化膜才会遭到破坏）；5、优良的工艺性能（极好的铸造性能，良好的可塑性）。第一节铝合金中的合金元素概

4、述工业纯铝工业纯铝有银白色光泽，密度小（2.72g/cm3），熔点低（660℃），为非磁性材料。固态铝具有面心立方晶体结构，无同素异构转变。因此铝具有良好的塑性和韧性，在0～253℃之间塑性韧性不降低。物理性能工业纯铝强度低，室温下仅为(45～50)MPa，故一般不宜用作结构材料。工业纯铝主要用作配制铝基合金；高纯铝则主要用于科学试验，化学工业和其他特殊领域。此外纯铝还可用于制作电线、铝箱、屏蔽壳体、反射器、包覆材料及化工容器等。应用分类纯铝按其纯度分为高纯、工业高纯和工业纯，纯度依次降低。为改善铝的机械性能，研究发现向铝中

5、加入适量的某些合金元素，并进行冷变形加工或热处理，可大大提高其机械性能，其强度甚至可以达到钢的强度指标。铝的合金化和强化方式铝合金的分类及强化目前铝中主要可能加入的合金元素有Cu、Mg、Si、Mn、Zn和Li等，它们可单独加入，也可配合加入。由此得到多种不同工程应用的铝合金。除上述主加元素外，许多Al合金还常常要加入一些辅助的微量元素，如Ni、B、Zr、Cr、Ti、稀土等，进一步改善合金的综合性能。无论加入哪种合金元素，各类Al合金的相图一般都具有如下图的形式，相图靠Al端都具有共晶相图特点。以相图上合金元素在Al中的最大饱

6、和溶解度D为界线将各种Al合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金：是指成分小于D点的合金可以得到单相固溶体组织，塑性变形能力好，适合于冷热加工。变形铝合金又可分为热处理强化和不可热处理强化铝合金两种：成分小于F点的合金其固溶体成分不随温度而变化，故不能用热处理强化；反之则可以通过时效处理而沉淀强化。铸造铝合金：是指成分比D点高的合金属铸造铝合金。这类合金有良好的铸造性能，熔液流动性好，收缩性好，抗热裂性高，可直接浇铸在砂型或金属型内，制成各种形状复杂的甚至薄壁的零件或毛坯。铝合金的强化方式1、固溶强化：铝合金中常加

7、入的主要合金元素Cu，Mg，Zn，Mn，Si，Li等都与Al形成有限固溶体，有较大的固溶度（见表10-1），具有较好的固溶强化效果。相图分析：单纯靠固溶作用对Al合金的强化作用是很有限的，另一种更为有效的强化方式是Al合金的固溶（淬火）处理+时效热处理。2、时效（沉淀）强化：铝合金中较强的沉淀强化效果的基本条件：①沉淀强化相是硬度高的质点；②加入铝中的合金元素应有较高的极限固溶度，且其随温度降低而显著减小；③淬火后形成的过饱和固溶体在时效过程中能析出均匀，弥散的共格或半共格的亚稳相，在基体中能形成强烈的应变场。1）定义：当合

8、金元素加入量超过其极限溶解度时，合金固溶处理时就有一部分第二相不能溶入固溶体，这部分第二相称作过剩相。3、过剩相强化：2）过剩相对合金性能的影响：过剩相一般为强硬脆的金属间化合物，当其数量一定且分布均匀，对铝合金有较好的强化作用，但会使合金塑性韧性下降；数量过多还会脆化合金，其强度也会下降