第3章金属材料-有色金属及其合金-清华大学-工程材料

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1、3.43.4 有色金属及其合金有色金属及其合金3.4.13.4.1 铝及铝合金铝及铝合金 特点：特点： ( (1)密度小、比强度高密度小、比强度高 纯铝密度为纯铝密度为2.7g/cm3，为铁的，为铁的1/3。铝合金。铝合金密度小，强度与低合金高强钢强度相近，比强密度小，强度与低合金高强钢强度相近，比强度比一般高强钢高得多。度比一般高强钢高得多。 ( (2)有优良的物理、化学性能有优良的物理、化学性能 铝的导电性好，仅次于银、铜和金，在室铝的导电性好，仅次于银、铜和金，在室温时的导电率约为铜的温时的导电率约为铜的64%。 铝铝及铝合金有相当好的抗大气腐蚀能力，及铝合金有相当好的抗大气腐蚀能力，磁

2、化率极低，接近于非铁磁性材料。磁化率极低，接近于非铁磁性材料。 ( (3)加工性能良好加工性能良好 铝及铝合金铝及铝合金(退火状态退火状态)的塑性很好，可的塑性很好，可以冷成形。以冷成形。 切切削性能也很好。削性能也很好。 超高强铝合金成形后可通过热处理获超高强铝合金成形后可通过热处理获得很高的强度。得很高的强度。 铸铝合金的铸造性能极好。铸铝合金的铸造性能极好。 由于上述优点，铝及铝合金在电气工程、由于上述优点，铝及铝合金在电气工程、航空及宇航工业、一般机械和轻工业中都有航空及宇航工业、一般机械和轻工业中都有广泛的用途。广泛的用途。 一、纯铝 1. 1. 高纯铝高纯铝 纯度纯度 99.939

3、9.9399.99% 99.99% ， 牌号牌号 L01L01、L02L02、L03L03、L04L04，编号越大，纯度越高。，编号越大，纯度越高。 用于科学研究及制作电容器等。用于科学研究及制作电容器等。 2. 2. 工业高纯铝工业高纯铝 纯度纯度 98.8598.8599.9%99.9%，牌号，牌号 L0L0、L00 L00 。 用于制作铝箔、包铝、冶炼铝合金的原料。用于制作铝箔、包铝、冶炼铝合金的原料。 3. 3. 工业纯铝工业纯铝 纯度纯度 98.098.099.0% 99.0% ，牌号，牌号 L1L1、L2L2、L3L3、L4L4、L5L5，编号越大，纯度越低。，编号越大，纯度越低。

4、 用于制作电线、电缆、器皿及配制合金。用于制作电线、电缆、器皿及配制合金。 二、铝合金 铝合金有较高的强度，良好的加工性能。铝合金有较高的强度，良好的加工性能。制造承受较大载荷的机器零件和构件。制造承受较大载荷的机器零件和构件。 铝合金分铝合金分变形铝合金变形铝合金和和铸造铝合金铸造铝合金两类两类铝合金分类示意图铝合金分类示意图 （1 1）变形铝合金）变形铝合金 成分低于成分低于D D 的合金，加的合金，加热时能形成单相固溶体组织，塑性较好，适于变热时能形成单相固溶体组织，塑性较好，适于变形加工，称为变形铝合金。形加工，称为变形铝合金。 不可热处理强化不可热处理强化的铝合金的铝合金 成分低于成

5、分低于F F 的合金，不能进行热处的合金，不能进行热处理强化。理强化。 可热处理强化的可热处理强化的铝合金铝合金 成分位于成分位于F F - -D D 之间的合金，可进行固之间的合金，可进行固溶时效强化。溶时效强化。 （2）铸造铝合金）铸造铝合金 成分高于成分高于D 的合金，的合金，由于冷却时有共晶反应由于冷却时有共晶反应发生，流动性较好，适发生，流动性较好，适于铸造生产，称为铸造于铸造生产，称为铸造铝合金。铝合金。 1. 1. 铝合金的时效铝合金的时效 老师提示：老师提示：重点内容重点内容铝合金的固溶处理铝合金的固溶处理 (1) (1) 固溶处理固溶处理 将成分位于将成分位于D DF F 之

6、间的合之间的合金加热到金加热到相区相区, , 保温获得单保温获得单相相固溶体，迅速水冷，在室固溶体，迅速水冷，在室温得到过饱和的温得到过饱和的固溶体固溶体, , 这这种处理方式称种处理方式称固溶处理固溶处理。 (2) (2) 时效时效 固溶处理的过饱和固溶处理的过饱和固溶固溶体不稳定，有分解出强化相过体不稳定，有分解出强化相过渡到稳定状态的倾向。室温或渡到稳定状态的倾向。室温或低温加热时，强度和硬度会明低温加热时，强度和硬度会明显升高。称为显升高。称为时效时效或或时效硬化时效硬化。 自然时效自然时效 室温下进行。室温下进行。 人工时效人工时效 加热时进行。加热时进行。 含含4%Cu4%Cu的的

7、Al-CuAl-Cu合金，加热到合金，加热到550 550 保温保温后后, , 在水中快冷在水中快冷, , 相相(CuAl(CuAl2 2) )来不及析出来不及析出, , 合金获得过饱和的合金获得过饱和的固溶体组织固溶体组织, , 强度为强度为 b b= 310 MPa= 310 MPa 在室温放置在室温放置, , 随着时间强度逐渐提高随着时间强度逐渐提高, , 经经4 4天天5 5天后天后b b可达可达420 MPa420 MPa。 Al-Cu合金合金相图相图举例：举例： (3)合金发生时效的条件合金发生时效的条件 合金在高温形成均匀的固溶体。合金在高温形成均匀的固溶体。 固溶体中溶质的溶解

8、度必须随温度的降低固溶体中溶质的溶解度必须随温度的降低而显著降低。而显著降低。(4)时效规律：时效规律： 时效温度高，强化效果小时效温度高，强化效果小; ; 时效温度高，时效速度越快时效温度高，时效速度越快; ; 低温抑制时效的进行。低温抑制时效的进行。Al-CuAl-Cu合金时效合金时效 (5) (5) 回归回归 自然时效后的铝合金，在自然时效后的铝合金，在230 230 250 250 短时间加热后短时间加热后, , 快速水冷至室温，重新变软。快速水冷至室温，重新变软。 在室温下又能发生自然时效。称为在室温下又能发生自然时效。称为回归回归。老师提示老师提示:时效后的铝合金回归处理时效后的铝

9、合金回归处理, ,软化软化状态进行冷变形。可用铝合金铆钉随时进状态进行冷变形。可用铝合金铆钉随时进行飞机的铆接和修理等。行飞机的铆接和修理等。 2. 2. 变形铝合金变形铝合金 (1) (1) 防锈铝合金防锈铝合金 主要合金元素是锰和镁。锰提高抗蚀能力，主要合金元素是锰和镁。锰提高抗蚀能力，并起固溶强化作用。镁固溶强化，同时降低密度。并起固溶强化作用。镁固溶强化，同时降低密度。 锻造退火后是单相固溶体，抗蚀性能高，塑锻造退火后是单相固溶体，抗蚀性能高，塑性好。性好。 不能进行时效硬化，属于不可热处理强化的不能进行时效硬化，属于不可热处理强化的铝合金。铝合金。 可冷变形，利用可冷变形，利用加工硬

10、化加工硬化提高强度。提高强度。 3A21(LF21)3A21(LF21) Al-MnAl-Mn合金合金 w w(Mn)1.4%(Mn)1.4% 抗蚀性和强度比纯铝高抗蚀性和强度比纯铝高, , 有良好的塑性和焊有良好的塑性和焊接性能接性能, , 但因太软而切削加工性能不良。但因太软而切削加工性能不良。 用于焊接件、容器、管道，或需用深延伸、用于焊接件、容器、管道，或需用深延伸、弯曲等方法制造的低载荷零件、制品以及铆钉等。弯曲等方法制造的低载荷零件、制品以及铆钉等。 5A05(LF5)5A05(LF5) Al-MgAl-Mg合金合金 w w(Mg)5%(Mg)5% 密度比纯铝小密度比纯铝小, ,

11、强度比强度比Al-MnAl-Mn合金高合金高, , 具有具有高的抗蚀性和塑性高的抗蚀性和塑性, , 焊接性能良好焊接性能良好, , 但切削加工但切削加工性能差。性能差。 用于焊接容器、管道，以及承受中等载荷的用于焊接容器、管道，以及承受中等载荷的零件及制品，也可用作铆钉。零件及制品，也可用作铆钉。 (2) (2) 硬铝合金硬铝合金 Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系合金系合金, , 另含有少量锰。另含有少量锰。 可进行时效强化，可热处理强化的铝合金，可进行时效强化，可热处理强化的铝合金，也可进行形变强化。也可进行形变强化。 CuCu、MgMg可形成强化相可形成强化相 及及s s 相相; ; M