非鐵金屬材料鋁及鋁合金_課件

1、（有色金屬）（有色金屬） 王勝男 編 機械設計制造基礎鋁及鋁合金鋁及鋁合金1.3.銅及銅合金銅及銅合金2.鈦及鈦合金鈦及鈦合金 非鐵金屬材料是指鋼鐵材料以外的各種金屬材非鐵金屬材料是指鋼鐵材料以外的各種金屬材料，又稱為料，又稱為有色金屬有色金屬，而把鋼鐵材料稱為，而把鋼鐵材料稱為黑色金屬黑色金屬材料。這些金屬及其合金具有許多特殊的性能，例材料。這些金屬及其合金具有許多特殊的性能，例如比強度高、導電性或?qū)嵝院?、耐腐蝕性及耐熱如比強度高、導電性或?qū)嵝院?、耐腐蝕性及耐熱性高等。因為他們有著鋼鐵材料無法替代的性能，性高等。因為他們有著鋼鐵材料無法替代的性能，所以在機電、儀表、特別是航海、航空、航天

2、等工所以在機電、儀表、特別是航海、航空、航天等工業(yè)中具有重要的作用。生產(chǎn)中常用的有鋁、銅、鈦、業(yè)中具有重要的作用。生產(chǎn)中常用的有鋁、銅、鈦、鎂、鋅等金屬及其合金，以下僅介紹幾種工程材料鎂、鋅等金屬及其合金，以下僅介紹幾種工程材料中最常用的非鐵金屬的性能特點及使用狀況。中最常用的非鐵金屬的性能特點及使用狀況。鋁的導電性和導熱鋁的導電性和導熱性僅次于性僅次于Ag、Cu、Au，但單位重量的，但單位重量的導電能力卻是銅的導電能力卻是銅的200。鋁表面可。鋁表面可生成致密的氧化膜，生成致密的氧化膜，可以有效的抵抗大可以有效的抵抗大氣腐蝕，但不耐酸、氣腐蝕，但不耐酸、堿、鹽液腐蝕。鋁堿、鹽液腐蝕。鋁為非鐵

3、磁性材料。為非鐵磁性材料。鋁的密度鋁的密度(比重比重)為為2.7g/cm3，僅為鋼的三分之僅為鋼的三分之一，鋁合金經(jīng)處一，鋁合金經(jīng)處理后，單位質(zhì)量理后，單位質(zhì)量材料能承受的載材料能承受的載荷遠大于高強度荷遠大于高強度鋼鋼。 強度不高，塑強度不高，塑性很好，熔點性很好，熔點低低(Tm=660)冷變形、切削冷變形、切削、鑄造、焊接、鑄造、焊接都比較容易。都比較容易。比重小比重小強度高強度高優(yōu)良物理優(yōu)良物理化學性能化學性能良好加工良好加工性能性能第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金1.1 1.1 工業(yè)工業(yè)純鋁的性能特點純鋁的性能特點一、工業(yè)純鋁一、工業(yè)純鋁第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金工業(yè)純鋁分為

4、純鋁和高純鋁。工業(yè)純鋁分為純鋁和高純鋁。高純鋁：高純鋁：純度大于純度大于99.85%99.85%，編，編號越大純度越高。主要用來號越大純度越高。主要用來制作鋁箔、電容器、科研材制作鋁箔、電容器、科研材料。料。純鋁：純鋁：純度從純度從99%99%99.8599.85，編號越大純度越低。主要用編號越大純度越低。主要用來制作電線、電纜、器皿等。來制作電線、電纜、器皿等。1.2 1.2 工業(yè)工業(yè)純鋁的牌號和用途純鋁的牌號和用途 純鋁又分為鑄造純鋁及變形鋁純鋁又分為鑄造純鋁及變形鋁 鑄造純鋁鑄造純鋁，如，如ZAl99.5，Z鑄，數(shù)字表示鑄，數(shù)字表示鋁含量的百分數(shù)。鋁含量的百分數(shù)。 變形純鋁，變形純鋁，如

5、如1A93，1純鋁，字母純鋁，字母A原始純鋁或鋁合金，其它字母（如原始純鋁或鋁合金，其它字母（如B）表示原始）表示原始純鋁或鋁合金的改型；后面兩位數(shù)字，對于純鋁，純鋁或鋁合金的改型；后面兩位數(shù)字，對于純鋁，表示鋁含量的百分數(shù)表示鋁含量的百分數(shù)99.93中小數(shù)點后的數(shù)字。中小數(shù)點后的數(shù)字。第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金1.2 1.2 工業(yè)工業(yè)純鋁的牌號和用途純鋁的牌號和用途 第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金 變形鋁合金變形鋁合金 成分低于成分低于D D的合金，加熱時能形成單相的合金，加熱時能形成單相固溶體組織，塑性較好，適于變形加工，稱為固溶體組織，塑性較好，適于變形加工，稱為變形鋁變形鋁

6、合金合金。鑄造鋁合金鑄造鋁合金成分高于成分高于D的合金的合金,由于冷卻時有共晶由于冷卻時有共晶反應發(fā)生反應發(fā)生,流動性較好流動性較好,適于鑄造生產(chǎn)適于鑄造生產(chǎn),稱為可鑄造鋁合稱為可鑄造鋁合金。金。 鋁合金分類鋁合金分類 根據(jù)成分及工藝特點，鋁合金分變形鋁根據(jù)成分及工藝特點，鋁合金分變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。合金和鑄造鋁合金兩類。第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金3.1 3.1 變形鋁合金變形鋁合金 由冶金廠進行處理并加工成各種型材，包括鋁板、鋁帶、由冶金廠進行處理并加工成各種型材，包括鋁板、鋁帶、鋁棒、線材、管材、角鋁和各種異型材等，通常使用廠家不必鋁棒、線材、管材、角鋁和各種異型材等，通常

7、使用廠家不必在進行材質(zhì)處理。由于在合金中加入的合金元素不同，性能特在進行材質(zhì)處理。由于在合金中加入的合金元素不同，性能特點也各不相同。常見的變形鋁合金有：點也各不相同。常見的變形鋁合金有：（1 1）防銹鋁合金）防銹鋁合金（2 2）硬鋁合金）硬鋁合金（3 3）超硬鋁合金）超硬鋁合金（4 4）鍛造鋁合金）鍛造鋁合金 (1)防銹鋁防銹鋁 主要在于進一步主要在于進一步提高對大氣的腐蝕，常用來提高對大氣的腐蝕，常用來制造航空油箱、油管、以及制造航空油箱、油管、以及器皿、日用品、門窗裝飾品器皿、日用品、門窗裝飾品等。等。 防銹鋁合金時效硬化效果不防銹鋁合金時效硬化效果不好，只能冷加工硬化。好，只能冷加工硬

8、化。防銹鋁中主要合金元素是錳防銹鋁中主要合金元素是錳和鎂。錳提高抗蝕能力，并和鎂。錳提高抗蝕能力，并起固溶強化作用。鎂固溶強起固溶強化作用。鎂固溶強化，同時降低比重?；瑫r降低比重。 GB/T1647GB/T16475-19965-1996GB3190GB3190-82-82 含量%抗拉強度抗拉強度3A213A21LF2LF21 1Al-MnAl-Mn1.0-1.61.0-1.6190MPa190MPa5A055A05LF2LF2Al-MgAl-Mg4.8-5.54.8-5.5270MPa270MPa5A065A06LF6LF6Al-MgAl-Mg5.8-6.85.8-6.8320MPa32

9、0MPa3.1 3.1 變形鋁合金變形鋁合金第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金3.1 3.1 變形鋁合金變形鋁合金(2)(2)硬鋁合金硬鋁合金 舊牌號舊牌號LYxxLYxx 主要是主要是Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系合金。系合金。CuCu、MgMg在在AlAl中可形成固溶體起固中可形成固溶體起固溶強化作用；時效過程中可溶強化作用；時效過程中可以形成強化相以形成強化相CuAlCuAl2 2、CuMgAlCuMgAl2 2，進行時效強化。進行時效強化。屬于可熱處屬于可熱處理強化的鋁合金。理強化的鋁合金。GB/T1647GB/T16475-19965-1996GB3190-GB3190-8282

10、抗拉強度抗拉強度2A012A01LY1LY1Al-Cu-MgAl-Cu-Mg 300MPa300MPa2A112A11LY11LY11420MPa420MPa2A122A12LY12LY12475MPa475MPa硬鋁的耐蝕性不高，通常需進行陽極化處理，使其表面形成硬鋁的耐蝕性不高，通常需進行陽極化處理，使其表面形成（包覆）一層純鋁（稱為包鋁）。（包覆）一層純鋁（稱為包鋁）?？绍堉瞥砂宀摹⒐懿?，制造較高載荷下的鉚接和焊接零件，可軋制成板材、管材，制造較高載荷下的鉚接和焊接零件，如飛機構(gòu)架、螺旋漿葉片及鉚釘?shù)?。如飛機構(gòu)架、螺旋漿葉片及鉚釘?shù)取?第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金3.1 3.1 變

11、形鋁合金變形鋁合金(3)超硬鋁超硬鋁牌號牌號LCxx為為Al-Cu-Mg-Zn系合金。鋅、銅、系合金。鋅、銅、鎂與鋁形成固溶體和多種復鎂與鋁形成固溶體和多種復雜的第二相雜的第二相(例如例如MgZn2、Al2CuMg、AlMgZnCu等等)。GB/T16475-1996GB3190-82抗拉強度抗拉強度7A04LC4Al-Cu-Mg-Zn600MPa7A09LC9660MPa 合金經(jīng)固溶處理和人工時效后，可獲得很高的強度和硬度，合金經(jīng)固溶處理和人工時效后，可獲得很高的強度和硬度，高于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，是強度最高的一類鋁合金。但這類合金高于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，是強度最高的一類鋁合金。但這類合金的抗蝕性較

12、差，高溫下軟化快。用包鋁法可提高抗蝕性。的抗蝕性較差，高溫下軟化快。用包鋁法可提高抗蝕性。 超硬鋁合金多用于制造受力大的重要構(gòu)件，如飛機大梁、超硬鋁合金多用于制造受力大的重要構(gòu)件，如飛機大梁、起落架等。起落架等。 第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金3.1 3.1 變形鋁合金變形鋁合金(4)鍛鋁鍛鋁牌號牌號LDxx通常為通常為Al-Cu-Mg-Si合金。強化方式仍是固合金。強化方式仍是固溶處理和人工時效。它的強度溶處理和人工時效。它的強度b400500MPa，塑性較好，塑性較好，可以鍛造成型，用來制造一些復雜的結(jié)構(gòu)零件，如直升機的槳可以鍛造成型，用來制造一些復雜的結(jié)構(gòu)零件，如直升機的槳葉、航空發(fā)

13、動機活塞等。葉、航空發(fā)動機活塞等。GB/T1647GB/T16475-19965-1996GB3190-GB3190-8282抗拉強度抗拉強度2A502A50LD5LD5Al-Cu-Al-Cu-Mg-SiMg-Si420MPa420MPa2B502B50LD6LD6340MPa340MPa2A142A14LD10LD10480MPa480MPa變形鋁合金的具體成分和性能指標參數(shù)參看教材附表變形鋁合金的具體成分和性能指標參數(shù)參看教材附表（P213表表8-3、P214表表8-4）。）。第一節(jié)第一節(jié)鋁及鋁合金鋁及鋁合金3.2鑄造鋁合金鑄造鋁合金牌號牌號：ZLxxx表示，表示，ZL為鑄鋁，后為三位數(shù)字

14、，第一個數(shù)字為鑄鋁，后為三位數(shù)字，第一個數(shù)字表示合金類型，即主合金元素表示合金類型，即主合金元素(1Si2Cu3Mg4Zn等等)，后兩位表示合金順序號，對應不同的化學成分。各自，后兩位表示合金順序號，對應不同的化學成分。各自的成分和性能特點查相關手冊。的成分和性能特點查相關手冊。主要用途主要用途：鑄造鋁合金用于制造形狀復雜的零件，例如儀表、：鑄造鋁合金用于制造形狀復雜的零件，例如儀表、內(nèi)燃機活塞、飛機等殼體零件。主要利用質(zhì)輕、比強度高內(nèi)燃機活塞、飛機等殼體零件。主要利用質(zhì)輕、比強度高的特點。的特點。處理特點處理特點：鑄造中采用鈉鹽變質(zhì)處理來細化晶粒。事后進行均：鑄造中采用鈉鹽變質(zhì)處理來細化晶粒

15、。事后進行均勻化、時效強化等處理。勻化、時效強化等處理。第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金3.2 3.2 鑄造鋁合金鑄造鋁合金(1)Al-Si系合金，簡單硅鋁明系合金，簡單硅鋁明(Silumin)ZL102(含含1013%Si)，鋁、硅系合金，鋁、硅系合金，ZL101,ZL102,ZL104,ZL105屬于鋁硅系，屬于鋁硅系，ZL105鑄件適用于汽缸等氣密性的零件鑄件適用于汽缸等氣密性的零件。在簡單硅鋁明基礎上在簡單硅鋁明基礎上加入加入Cu、Mg等合金元素，構(gòu)成等合金元素，構(gòu)成復雜硅鋁明復雜硅鋁明，可使強度提高到，可使強度提高到200230MPa。ZL102強度低，適于儀表殼的薄壁零件，強度低，適于儀表殼的薄壁零件， ZL102鑄造性能很好，鑄造性能很好，焊接性能也好，比重小，并有相當好的抗蝕性和耐熱性，但不焊接性能也好，比重小，并有相當好的抗蝕性和耐熱性，但不能時效強化，強度較低，經(jīng)變質(zhì)處理后能時效強化，強度較低，經(jīng)變質(zhì)處理后, b最高不超