工程材料教案-9有色金属及其合金.docVIP

课程名称：《工程材料》 第 周，第 讲次 摘 要 授课题目 （章、节） 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】1.熟悉纯铝及常用铝合金的成分、牌号、性能与用途； 2.熟悉纯铜及常用铜合金的分类、牌号、性能及用途； 3.熟悉常用的轴承合金。 【重 点】1.铝及铝合金的特性、分类与牌号及铝合金的强化； 2. 铜及铜合金的特性、分类与牌号； 3.轴承合金的性能与牌号； 【难 点】铝合金的热处理特点；铝合金的牌号与强化、铜合金分类与牌号。 内 容 【本讲课程的引入】 工业生产中，通常把以铁为基的金属材料称为黑色金属，如钢与铸铁，把非铁金属及其合金称为有色金属，如铅、金属、镍、锌、钛、铜等，金属及合金。 有色金属及合金与钢铁材料相比，具有许多特殊性能，是现代工业生活中不可缺少的金属材料。重点介绍铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金及轴承合金。 【本课程的内容】 第一节 铝及其合金 铝及其合金在工业上是仅次于钢的一种重要金属，尤其是要航空、航天、电力工业及日常生活用品中得到广泛的应用。 一 工业纯铝 1. 铝及铝合金的性能特点 （1）密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低。 纯铝的密度2.72g/cm3，仅为铁的1/3，熔点为660.4℃ （2）抗大气腐蚀性能好 铝和氧的化学亲和力大，在大气中，铝和铝合金表面会很快形成一层致密的氧化膜，防止内部继续氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破坏，因此不能用铝及铝合金制作的容器盛放盐和碱溶液。 （3）加工性能好，比强度高，纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变，具有较高的塑性（δ=30～50%，ψ=80%），易于压力加工成型，并有良好的低温性能，纯铝的强度低，σn=70Mpa，虽经冷变形强化，强度可提高到150～250 Mpa，但也不能直接用于制作受力的结构件，而铝合金通过冷成型和热处理，其抗拉强度可达到500～600 Mpa，相当于低合金钢的强度，比强度高，成为飞机的主要结构材料。 2．用途：广泛用于制造电线、电缆、散热器、器皿用具等。 3．牌号：工业纯铝依据纯度有7个牌号，分别为L1～L7，顺序号越大，纯 度越低，其纯度分别为99.7% 99.6% 99.5%……。 铝含量大于99.93%叫高纯铝，其有5个牌号，分别为LG1～LG5， 顺序号越大，则纯度越高，例LG5铝含量大于99.996%。 为增加铝的强度，通常加入Cu、Si、Mg、Mn、Zn等元素而制成铝合金。 二 铝合金 （一）铝合金的分类 铝合金都有如图9-1所示的一般相图。成分在D点以左的合金，加热到固溶线DF以上，将会得到单相的α固溶体，塑性很好，适于压力加工，故合金含量小于D点的铝合金叫做： 图9-1 铝合金状态图的一般类型 1．形变铝合金：此种合金亦可分为两类： 不能热处理强化的铝合金：成分在F点以左的合金，因其成分不随温度的变化而变化，故不能借助于热处理进行强化； 能热处理强化的铝合金：成分在D-F之间的合金，其α固溶体的成分随温度而变化，故可借助于固溶强化提高其强度。 2．铸造铝合金：成分位于D点以右的合金，由于有共晶组织存在，流动性好， 适于铸造，故称为铸造铝合金。 铸造铝合金也有成分随温度而变化的α相，故也能用热处理加以强化，但距D点越远，合金中的α相的相对含量越少，强化效果越不明显。 （二）铝合金的热处理 1．铝合金的热处理特点： 固溶处理：将可热处理强化的铝合金加热到α单相区某一温度，得到单相 α固溶体，随后水冷，获得单相过饱和固溶体α组织的一种处理工艺。上述工艺亦即铝合金的淬火，但其和钢的淬火不同，高碳钢淬火后，强度、硬度立即提高，而塑性则急剧下降；铝合金淬火后，强度和硬度并不高，塑性仍很好。 时效强化：淬火后的铝合金放置在低于固溶线以下的某一温度，随时间的延 长，其强度、硬度显著提高，而塑性下降，此谓之时效强化。 例如含铜4%的铝合金： 平衡状态下：σb=180～200MPa δ=18% 淬火后：σb=240～250MPa δ=20～22% 室温下放置4～5天：σb=420MPa δ=18% 时效形式有两种：自然时效和人工时效。 （1）铝合金的时效强化 将成分位于D～F之间的合金加热到固态溶解度线DF以上某一温度，获得单相固溶体α，然后水冷（淬火），获得过饱和固溶体α称为固溶处理。 这种过饱和固溶体是不稳定的，在室温放置或在低于固溶度线的某一温度下加热时，使过饱和α固溶体趋于发生某种程度的分解，使合金的强度和硬度明显提高，这种现象称为时效或时效硬化（时效强化）。 在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效