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1、,*,第三章 金屬材料,3.1,碳鋼,3.2,合金鋼,3.3,鑄鋼與鑄鐵,3.4,有色金屬及其合金,黑色金屬,1,3.4,有色金屬及其合金,3.4.1,鋁及鋁合金,3.4.2,銅及銅合金,3.4.3,鈦及鈦合金,3.4.4,軸承合金,2,特性：,(1),密度小,(2.7g/cm,3,),、比強度高,(2),有優(yōu)良的物理、化學性能,導電性好，抗大氣腐蝕能力好,(Al,2,O,3,),，磁化率極低,良好的低溫性能,(,純鋁,-235,塑性和沖擊韌度也不降低,),(3),加工性能良好,鋁,(,FCC,=3050%,=80%),及鋁合金,(,退火狀態(tài),),的塑性很好，可以冷成型。切削性能也很好。,超高

2、強鋁合金成型后經(jīng)熱處理，可達到很高的強度。鑄造鋁合金的鑄造性能極好。,3.4.1,鋁及鋁合金,3,一、純鋁,分類,:,高純鋁,99.9399.99%,：,L01L05,，數(shù)字越大，純度越高,工業(yè)高純鋁,99.8599.9%,：,L0,，,L00,，“,0”,個數(shù)增加，純度降低,工業(yè)純鋁,99.899.9%,：,L1L7,，數(shù)字越大，純度越低,用途：,高純鋁主要用于,科學研究及制作電容器,;,工業(yè)高純鋁的主要用途是,配制鋁合金,;,工業(yè)純鋁還可用來制造,導線、包覆材料、耐蝕和生活器皿,等,。,4,鋁合金既具有高強度又保持純鋁的優(yōu)良特性,鋁合金常加入的元素主要有,Cu,、,Mn,、,Si,、,Mg

3、,、,Zn,等,美,F-117,隱身戰(zhàn)斗機,(,所用材料大部分是鋁合金,),二、鋁合金,5,1,、鋁合金的分類及強化機制,變形鋁合金：,D,點以左，,加熱時能形成單相固溶體組織，塑性好，適于變形加工,Al-F,不可熱處理強化,F-D,可熱處理強化,鑄造鋁合金：,D,點以右，,由于冷卻時有共晶反應發(fā)生,流動性較好,適于鑄造生產(chǎn),1),鋁合金的分類,6,將成分位于相圖中,D,F,之間的合金加熱到固溶線以上，保溫獲得單相,后迅速水冷，得到過飽和的,固溶體,（,2,）時效強化（第二相強化）,在室溫下放置或低溫加熱時，強度和硬度會明顯升高。這種現(xiàn)象稱為時效或時效硬化。,2,）鋁合金的強化機制,（,1,）

4、固溶處理,時效的條件：,合金能在高溫形成均勻的固溶體，并且固溶體中溶質(zhì)的溶解度必須隨溫度的降低而顯著降低。,7,時效規(guī)律,時效,溫度越高,強度峰值越低,強化效果越小,;,時效,溫度越高,時效速度越快,強度峰值出現(xiàn)所需時間越短,;,低溫,使固溶處理獲得的過飽和固溶體保持相對的穩(wěn)定性,抑制時效的進行,。,含,4%Cu,的,Al-Cu,合金的自然時效曲線,含,4%Cu,的,Al-Cu,合金不同溫度下的時效曲線,Al-Cu,合金相圖,CuAl,2,8,回歸,一切能時效硬化的合金都有回歸現(xiàn)象。,自然時效后的鋁合金在反復回歸處理和再時效時強度有所降低。,應用：時效后的鋁合金可在,回歸處理后的軟化狀態(tài)進行各

5、種冷變形,。利用這種現(xiàn)象，可隨時進行飛機的鉚接和修理等。,自然時效后的鋁合金,在,230,250,短時間,(,幾秒至幾分鐘,),加熱后,快速水冷至室溫時,可以重新變軟,。如再在室溫下,放置,則又能發(fā)生正常的自然時效,。這種現(xiàn)象稱為,回歸,。,9,2,、變形鋁合金,GB 3190-82,中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為,:,防銹鋁合金：,LF+,序號,硬鋁合金：,LY+,序號,超硬鋁合金：,LC+,序號,鍛鋁合金：,LD+,序號,10,（,1,）防銹鋁合金,Al-,Mn,系 和,Al-Mg,系合金,Mg,：固溶強化，降低密度，抗腐蝕,Mn,：固溶強化，抗腐蝕,高的塑性，低中等強度，優(yōu)良的抗腐蝕

6、及焊接性能,不能進行熱處理強化，退火,/,冷作硬化態(tài)使用。,LF21,（,3A21,）,(Al-,Mn,合金,),用于,焊接件、容器、管道,，或需用深延伸、彎曲等方法制造的低載荷零件、制品以及,鉚釘,等。,LF5,（,5A05,）,(Al-Mg,合金,),用于,焊接容器、管道,，以及承受中等載荷的零件及制品，也可用作,鉚釘,。,衛(wèi)星天線（,LF21,）,11,（,2,）硬鋁合金（,Al-Cu-Mg,系）,可時效強化，亦可形變強化,Cu,、,Mg,強化相，,Mn,耐蝕性,強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。,低合金硬鋁,2A01(LY1),：,Mg,、,Cu,含量較低,塑性好,強度低。時

7、效強化。常稱,鉚釘硬鋁,。,標準硬鋁,2A11(LY11),：,合金元素中等，強度和塑性中等。退火后變形加工性能良好，時效后切削加工性能也較好。主要用于軋材、鍛材、沖壓件和,螺旋漿葉片,及大型鉚釘?shù)戎匾慵?高合金硬鋁,2A12(LY12),：,合金元素較多，強度和硬度較高，塑性及變形加工性能較差。用于制作,航空模鍛件和重要的銷、軸,等零件。,12,（,3,）超硬鋁合金（,Al-Mg-Zn-Cu,系）,牌號有,7A04(LC4),、,7A09(LC9),等。,固溶處理和人工時效,強度最高的鋁合金,。,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，

8、例如飛機大梁、起落架等。,飛機用座椅軌道及航空零件,飛機前起落架,13,(4),鍛鋁合金（,Al-Mg-Si-Cu,或,Al-Cu-Mg-Ni-Fe,系）,牌號,2A50(LD5),、,2A70(LD7),、,2A14(LD10),合金的元素種類多但用量少，有良好的熱塑性、鑄造性能和鍛造性能，并有較高的機械性能。,固溶處理和人工時效。,這類合金主要用于承受重載荷的鍛件和模鍛件,14,變形鋁合金的主要牌號、成分、機械性能及用途,15,3,、鑄造鋁合金,2),性能特點,良好的鑄造性能,力學性能不如變形鋁合金,成本較低,3),應用：適合于,形狀復雜的零構(gòu)件、箱體、殼體、活塞等,1,）分類及牌號,鋁合

9、金發(fā)動機缸體和缸蓋,16,鑄造性好（熔點低、流動性好、收縮?。?變質(zhì)處理,顯著提高力學性能。,組織,變質(zhì)前，共晶體（粗針狀,Si +,基體）,+,初晶,Si,變質(zhì)后，共晶體（細點狀,Si +,基體）,+,初晶,ZL102,的鑄態(tài)組織，未變質(zhì)，,500,變質(zhì)處理后，,100,Al-Si,鑄造鋁合金（硅鋁明）,17,3.4.2,銅及銅合金,銅及銅合金有下列特性：,(1),優(yōu)異的物理、化學性能,導電性、導熱性極佳；對大氣和水的抗蝕能力很高；銅是抗磁性物質(zhì)。,(2),良好的加工性能,塑性加工性能優(yōu)良，容易冷、熱成型；切削加工性能優(yōu)良，鑄造銅合金有很好的鑄造性能；焊接性好。,(3),某些特殊機械性,例如

10、優(yōu)良的減摩性和耐磨性,(,如青銅及部分黃銅,),，抗卡咬，高的彈性極限和疲勞極限,(,如鈹青銅等,),，彈性穩(wěn)定。,(4),色澤美觀,18,一、純銅（紫銅）,FCC,，無同素,異構(gòu)體，,牌號,T1T4,，,編號越大，純度越低。,純銅主要用于制作電導體及配制合金。純銅的強度低,不宜作結(jié)構(gòu)材料。,純銅管,19,（）黃銅,Cu-,Zn,系合金,普通黃銅：,單相黃銅,如,H80,，,含,80%Cu,，單相,，,塑性好，可冷成型,雙相黃銅,如,H62,，,+,，,可熱變形,二、銅合金,銅,+,合金元素銅合金,黃銅、青銅和白銅,20,(a),單相黃銅,Cu-Zn,合金的顯微組織,(,b),雙相黃銅,+,組

11、織,工業(yè)黃銅的實際鋅含量多,47,，其退火組織可以是單相,或雙相,+,。,21,代號,化學成分,%,機械性能,Cu,Zn,加工狀態(tài),b,MPa,%,HB,H96,9597,余量,退火,250,35,H80,7981,余量,退火,270,50,H68,6770,余量,退火,300,40,H59,5760,余量,退火,變形,300,420,25,5,103,牌號、性能、用途,單相黃銅,H80,、,H70,、,H68,塑性很好，適于制作冷軋板材、冷拉線材、管材及形狀復雜的深沖零件。,雙相黃銅,H62,、,H59,可進行熱變形，常熱軋成棒材、板材?？设T造。,22,復雜黃銅,改善,Cu-Zn,合金的耐蝕

12、性、機械性能。,組,別,代,號,主要化學成分,%,機械性能,(,變形,),Cu,其它,b,MPa,%,HB,Pb,黃銅,HPb,63-3,HPb,60-1,62.065.0,59.061.0,Pb,2.43.0,Pb,0.61.0,600,610,5,4,Sn,黃銅,HSn,90-1,HSn,62-1,88.091.0,61.063.0,Sn,0.250.75,Sn,0.71.1,520,700,5,4,148,Al,黃銅,HAl,77-2,76.079.0,Al 1.82.6,650,12,170,Si,黃銅,HSi,65-1.5-3,63.566.5,Si,1.02.0,Pb,2.53.5

13、,600,8,160,Mn,黃銅,Fe,黃銅,HMn,58-2,HFe,59-1-1,57.060.0,57.060.0,Mn,1.01.2,Fe 0.61.2,700,700,10,10,175,160,Ni,黃銅,HNi,65-5,64.067.0,Ni 5.06.5,700,4,鐘表,海船,海船,船舶及化工機械,編號：,H+,主加元素符號,+,銅質(zhì)量分數(shù),+,主加元素質(zhì)量分數(shù),23,黃銅制品,24,壓力加工青銅,Sn,青銅,如,QSn4-3,，,含,4%,Sn,、,3%Zn,，,其余為,Cu,。做軸承、彈簧等。,Al,青銅,如,QAl,10-3-1.5,，,做耐蝕、抗磨的齒輪、軸套等,B

14、e,青銅,如,QBe2,，,做重要彈簧，高速軸承等。,鑄造青銅,如,Sn,青銅，,ZCuSn10Zn2,。,（,2,）青銅,Cu-Sn,系合金,船用青銅軟管快速接頭閥,(,錫青銅閥體、閥蓋,),25,（,3,）白銅,Cu-Ni,系合金,以,鎳,為主要合金元素，,B,（白）,+,鎳質(zhì)量分數(shù)，例,B19,銅、鎳無限固溶，單相,，,可冷、熱變形，較好的強度和優(yōu)良的塑性。它的抗蝕性很好，電阻率較高。,用于制造船舶儀器零件、化工機械零件及醫(yī)療器械等。,26,3.4.3,鈦及鈦合金,鈦及鈦合金具有,密度小、質(zhì)量輕、比強度高、耐高溫、耐腐蝕,以及良好,低溫韌性,等優(yōu)點，同時資源豐富，所以有著廣泛應用前景。,

15、但目前鈦及鈦合金的,加工條件復雜，成本較昂貴,。,美,F-22,戰(zhàn)機約,36%,重量的零件用鈦合金制造,27,純鈦,性能：,銀白色，熔點,1680,，密度,4.54 g/cm,3,，比鋁大但比鋼輕,43%,。鈦有很好的強度，約為鋁的,6,倍，所以,鈦的比強度（強度,/,相對密度）在結(jié)構(gòu)材料中是很高的,。,鈦的,抗氧化能力優(yōu)于大多數(shù)奧氏體不銹鋼,。,晶體結(jié)構(gòu),同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,882.5,時，,密排六方,-Ti,-Ti,（體心立方）,牌號及用途,工業(yè)純鈦,TA1,TA3,，編號越大雜質(zhì)越多,純鈦可制作在,350,以下工作的、強度要求不高的零件。,28,合金元素溶入,-Ti,中，形成,固溶體，,溶人,

16、-Ti,中形成,固溶體。,二、鈦合金,鋁、碳、氮、氧、硼等為,穩(wěn)定化元素。,鐵、鉬、鎂、鉻、錳、釩為,穩(wěn)定化元素。,分類：,a,鈦合金、,鈦合金和,(,a+,),鈦合金,。,牌號分別以,TA,、,TB,、,TC,加上編號來表示。,29,鈦中加入,鋁、硼,等,穩(wěn)定化元素獲得,鈦合金。,鈦合金的,室溫強度低于,和,(a+,),鈦合金,，但,高溫,(500,一,600),強度比它們的高,，并且組織穩(wěn)定，抗氧化性和抗蠕變性好，焊接性能也很好。,鈦合金不能淬火強化，主要依靠,固溶強化,，熱處理只進行,退火,(,消除應力退火或再結(jié)晶退火,),。,典型牌號：,TA7,，成分：,Ti-5Al-2.5Sn,用途：,使用溫度,500,；主要用于制造,導彈的燃料罐、超音速飛機的渦輪機匣等。,（,1,）,鈦合金,鈦泵,30,鈦中加入,鉬、鉻、釩,等,穩(wěn)定化元素得到,鈦合金。,鈦合金有較高的強度、優(yōu)良的沖壓性能，并可通過,淬火和時效,進行強化。,在時效狀態(tài)下，合金的組織為,相和彌散分布的細小,相粒子。,典型牌號,：,TBl,，,成分：,Ti-3Al-13V-11Cr,用途：一般在,350,以下使用，適于制造壓氣