金属学及热处理-第9章__有色金属.ppt

第9章 有色金属及其合金 概念：金属材料分为黑色金属和有色金属（non-ferrous alloy）两大类。除钢铁以外的其余金属及其合金统称为有色金属。 特点：有色金属及其合金具有许多特殊的力学、物理和化学性能。 具有比密度小、比强度高和导电性能和导热性能优良 ，熔点高等特点 。 应用：航天与电工等行业。 9.1 铝及铝合金 1．工业纯铝的性能 （1）纯铝的密度较小（约2.7g/cm3）；熔点为660℃；具有面心立方晶格；无同素异晶转变 （2）纯铝的导电性、导热性很高，仅次于银、铜、金。 （3）纯铝是无磁性、无火花材料，而且反射性能好，既可反射可见光，也可反射紫外线。 （4）纯铝的强度很低（σb为80~100MPa），但塑性很高（δ=35%~40%，Ψ=80%）。通过加工硬化，可使纯铝的硬度提高（σb为150~200MPa），但塑性下降（Ψ=50%~60%）。 （5）在空气中，铝的表面可生成致密的氧化膜。它可隔绝空气，故在大气中具有良好的耐蚀性。 用途 ：代替贵重的铜合金，制作导线。配制各种铝合金以及制作要求不高的器具。 2．工业纯铝分类 （1）纯铝（99％＜wAl＜99.85％)和高纯铝（wAl＞99.85%）两类。 （2）铸造纯铝及变形铝两种。 （3）牌号有1A50、1A30等，高纯铝的牌号有1A99、1A97、1A93、1A90、1A85等。A表示原始铝。 3．铝合金的强化 （1）铝合金的时效强化 固溶淬火（或固溶热处理） 将它加热到相区，保温后在水中快冷。 淬火后性能变化：其强度、硬度并没有明显升高，而塑性却得到改善； 淬火后的铝合金，在室温下停留相当长的时间，它的强度、硬度才显著提高，同时塑性则下降。 时效强化和时效硬化：淬火后，铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象 。室温下进行的时效称为自然时效，加热条件下进行的时效称为人工时效。 （2）铝合金的回归处理 将已经时效强化的铝合金，重新加热到200～270℃，经短时间保温，然后在水中急冷，使合金恢复到淬火后的塑性状态的处理称为回归处理。 性能变化：经回归处理后合金与新淬火的合金一样，仍能进行正常的自然时效。但每次回归处理后，其再时效后强度逐次下降。 应用：零件在使用过程中发生变形，可在校形修复前进行回归处理恢复塑性。 （3）细化组织 ①改变冷却条件 采取一些强冷措施提高铸造的冷却速度，增大结晶的过冷度， 可以有效地细化晶粒，改善合金的性能。 ②铸造铝合金的变质处理 浇注前往液态合金中加入变质剂，进行变质处理，获得α+（α+Si）组织，并可以细化晶粒，提高其力学性能 。 ③变形铝合金的变质处理 在各类变形铝合金的连续铸造中，已广泛采用变质处理细化基体组织。生产应用表明，同时加入钛和硼，变质效果最好。 4．铸造铝合金及其热处理 分类：铸造铝合金有铝硅系、 铝铜系、铝鎂系、铝锌系 牌号：ZA1Si5Cu1Mg(ZL105) （1）铝硅系铸造铝合金 又称为硅铝明 性能：铸造性能好，线收缩小，流动性好，热裂倾向小，具有较高的抗蚀性和足够的强度 。 牌号：ZL102 应用：强度和硬度要求较高的零件，如铸造内燃机活塞。 （2）铝铜系铸造铝合金 性能：可以通过时效强化提高强度，并且时效强化的效果能够保持到较高温度，使合金具有较高的热强性。由于合金中只含少量共晶体，故铸造性能不好，抗蚀性和比强度也较优质硅铝明低。 应用：此类合金主要用于制造在200～300℃条件下工作、要求较高强度的零件，如增压器的导风叶轮等。 （3）铝镁系铸造铝合金 牌号： ZL301、ZL303 特点：密度小，强度高，比其它铸造铝合金耐蚀性好。 应用：舰船零件。 （4）铝锌系铸造铝合金 性能：与ZL102相类似，这类合金铸造性能很好，流动性好，易充满铸型，但密度较大，耐蚀性差。 应用： 汽车、拖拉机发动机的零件。 5．变形铝合金及其热处理 变形铝合金可分为铝-锰系或铝-镁系、铝-铜-镁系、铝-铜-镁-锌系、铝-铜-镁-硅系等。 铝合金牌号：2A01 （1）铝-锰或铝-镁系合金 这类合金又叫防锈铝 特点：它们的时效强化效果较弱，一般只能用冷变形来提高强度。防锈铝的工艺特点是塑性及焊接性能好。 应用：拉延法制造各种高耐蚀性的薄板容器（如油箱等）、防锈蒙皮以及受力小、质轻、耐蚀的制品与结构件（如管道、窗框、灯具等）。 （2）铝-铜-镁系合金 这类合金又叫硬铝 特点： 可热处理强化的铝合金。 硬铝中如含铜、镁量多，则强度、硬度高，耐热性好（可在200℃以下工作），但塑性、韧性低。 2A01（铆钉硬铝）有很好的塑性，大量用来制造铆钉。 2A11（标准硬铝）既有相当高的硬度，又有足够的塑性， 常用来制形状较复杂、载