第9章有色金属



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1、第第9 9章章 有色金属及合金有色金属及合金 有色金属的产量有色金属的产量和用量不如黑色和用量不如黑色金属多,但由于金属多,但由于其具有许多优良其具有许多优良的特性,如特殊的特性,如特殊的电、磁、热性的电、磁、热性能,耐蚀性能及能,耐蚀性能及高的比强度高的比强度(强度强度与密度之比与密度之比)等,等,已成为现代工业已成为现代工业中不可缺少的金中不可缺少的金属材料属材料.占占汽车净重比汽车净重比AlFe橡胶橡胶磁磁材料材料玻璃玻璃聚聚碳酸酯碳酸酯Ti碳纤维碳纤维各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比Al37%Fe24%塑塑料料13%其其它它11% 铸造有色金属及其合
2、铸造有色金属及其合金牌号表示方法统一金牌号表示方法统一如下如下: 铸造铸造有色纯金属有色纯金属的牌的牌号为号为 Z +该金属元素符号该金属元素符号+ 纯度百分含量数字纯度百分含量数字(或或用一短横加顺序号用一短横加顺序号)。 如如ZAl99.5和和ZTi-1。 l变形有色金属及其合金的牌号表示方法还不统一变形有色金属及其合金的牌号表示方法还不统一铝锭铝锭 铸造铸造有色合金有色合金的牌号为的牌号为 Z+基体元素符号基体元素符号+主要合金元素符号及其名义百分主要合金元素符号及其名义百分含量数字含量数字+其他合金元素符号及其百分含量数字其他合金元素符号及其百分含量数字。 如如ZAlSi7Cu4、ZC
3、uZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。等。 混合稀土元素符号用混合稀土元素符号用RE表示。表示。 优质合金在牌号后标注字母优质合金在牌号后标注字母“A”。l有色金属种类很多,本章仅对机械、有色金属种类很多,本章仅对机械、仪表等工业中广泛使用的铝、铜、仪表等工业中广泛使用的铝、铜、钛等作简要介绍。钛等作简要介绍。 9.1 9.1 铝及其合金铝及其合金一、铝及铝合金性能特点一、铝及铝合金性能特点 纯铝具有银白色金属光泽,密纯铝具有银白色金属光泽,密度小(度小(2.72g/cm3),熔点低),熔点低(660.4),导电、导热性),导电、导热性能优良。能优良。 耐大气腐蚀,易于加工成形。耐大气腐蚀
4、,易于加工成形。 具有面心立方晶格,无同素异具有面心立方晶格,无同素异构转变,无磁性。构转变,无磁性。铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼9.1 9.1 铝及其合金铝及其合金 铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。 铝合金常加入的元素主要有铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等,此外还有等,此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等等辅加元素。辅加元素。 铝合金型材铝合金型材铝铸件铝铸件9.1 9.1 铝及其合金铝及其合金二、提高强度的主要途径二、提高强度的主要途径 l时效时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温是指将过饱和的固溶体加热到固溶线
5、以下某温度保温,以析出弥散强化相的热处理。度保温,以析出弥散强化相的热处理。 l合金元素对铝的强化作用:合金元素对铝的强化作用:固溶强化、时效强化、细固溶强化、时效强化、细晶强化(变质处理)、冷晶强化(变质处理)、冷变形强化变形强化。l固溶处理固溶处理是指将合金加热是指将合金加热到固溶线以上,保温并淬到固溶线以上,保温并淬火后获得过饱和的单相固火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。溶体组织的处理。加热固溶加热固溶淬火过饱和淬火过饱和时效析出时效析出9.1 9.1 铝及其合金铝及其合金l在室温下进行的时效称在室温下进行的时效称自然时效自然时效;在加热条件下进;在加热条件下进行的时效称行的时效称人
6、工时效人工时效。l时效强化效果与加热温度和保温时间有关。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 l温度一定时,随时效时温度一定时,随时效时间延长,时效曲线上出间延长,时效曲线上出现峰值,超过峰值时间,现峰值,超过峰值时间,析出相聚集长大,强度析出相聚集长大,强度下降,为过时效。随时下降,为过时效。随时效温度提高,峰值强度效温度提高,峰值强度下降,出现峰值的时间下降,出现峰值的时间提前。提前。含含4%Cu铝合金的时效曲线铝合金的时效曲线 时效时间时效时间/d9.1 9.1 铝及其合金铝及其合金l 在普通铸造条件下,在普通铸造条件下, ZL102组织几乎全部为共组织几乎全部为共晶体,由粗针状的硅晶
7、体和晶体,由粗针状的硅晶体和 固溶体组成,强度固溶体组成,强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变变质处理质处理,得到细小均匀的共晶体加,得到细小均匀的共晶体加 固溶体组织固溶体组织,以提高性能。,以提高性能。未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织9.1 9.1 铝及其合金铝及其合金l 冷变形强化冷变形强化 不能热处理强化的铝合金的强化方法不能热处理强化的铝合金的强化方法 冷变形增加其内部的位错密度,阻碍位错运动,冷变形增加其内部的位错密度,阻碍位错运动,提高合金强度。提高合金强度。9.1 9.1 铝及其合金铝及
8、其合金 可将铝合金分可将铝合金分为为变形铝合金变形铝合金和和铸造铝合金铸造铝合金两大类。两大类。 变形铝合金又变形铝合金又分为可热处理分为可热处理强化和不可热强化和不可热处理强化两类处理强化两类.铝合金分类铝合金分类示意图示意图三、铝合金的分类三、铝合金的分类l铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。9.1 9.1 铝及其合金铝及其合金1、铸造铝合金、铸造铝合金 Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金 l又称硅铝明。其中又称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含是含12%Si的铝硅二元合的铝硅二元合金,称为简单硅铝明金,称为简单硅铝明. 57712.7%Al- S
9、i系:系: 代号为代号为ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Cu系:代号为系:代号为ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Mg系:代号为系:代号为ZL3+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Zn系:系: 代号为代号为ZL4+两位数字顺序号两位数字顺序号9.1 9.1 铝及其合金铝及其合金 Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好,具有优良的耐系铸造铝合金的铸造性能好,具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。蚀性、耐热性和焊接性能。 活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) )l用于制造飞机、仪表、电动机壳用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片体、汽缸体、风机叶片、发动机发动机活塞等
10、。活塞等。9.1 9.1 铝及其合金铝及其合金 Al-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金l这类合金的耐热性好,强度较高;但密度大,铸造这类合金的耐热性好,强度较高;但密度大,铸造性能、耐蚀性能差,强度低于性能、耐蚀性能差,强度低于Al-Si系合金。系合金。汽缸头汽缸头l常用代号有常用代号有ZL201 (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)等。主要用于等。主要用于制造在较高温度下工作制造在较高温度下工作的高强零件,如内燃机的高强零件,如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头、汽车活塞等。9.1 9.1 铝及其合金铝及其合金l这类合金的耐蚀性这类合金的耐蚀性好,强度高,密度好,强度高,密度小;但铸
11、造性能差小;但铸造性能差,耐热性低。耐热性低。l常用代号为常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等。等。主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件,如舰船配件、氨用泵体等。质下工作的零件,如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机密封件等鼓风机密封件等(ZL102、301) Al-Mg系铸造铝合金系铸造铝合金9.1 9.1 铝及其合金铝及其合金 Al-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金l这类合金的铸造性能好,强度较高,可自然时效强这类合金的铸造性能好,强度较高,可自然时效强化;但密度大,耐蚀性较差化;但密度大,耐