高二 北京理工大学出版社 《金属学与热处理》第九章 有色金属及硬质合金课件

第九章 有色金属及硬质合金 9.1 铝及铝合金 9.2 铜及铜合金 9.3 钛及钛合金 9.4 滑动轴承合金 9.5 硬质合金 9.1 铝及铝合金 铝及铝合金是有色金属中应用最广的一类金属材料，其产量仅次于钢铁材料，广泛用于电气、车辆、化工、航空等部门。 铝及铝合金的组别表示方法见表9-1。 根据新国家标准《变形铝及铝合金牌号表示方法》中的规定，我国变形铝及铝合金采用国际四位数字体系牌号和四位字符体系牌号两种命名方法。按化学成分已在国际牌号注册组织注册命名的铝及铝合金，直接采用四位数字体系牌号;国际牌号注册组织未命名的，则按四位字符体系牌号命名。两种牌号命名方法的区别仅在第二位。 牌号中第一位数字表示铝及铝合金的组别，见表9-1;牌号中第二位数字(国际四位数字体系)或字母(四位数字体系，除字母C,I,L,N,Q,P,Z)外表示原始纯铝或铝合金的改型情况，数字0或字母A表示原始纯铝和原始合金，如果是1~9或B~Y中的一个，则表示为改型情况;最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金，纯铝则表示铝的最低百分含量中小数点后面的两位。 下一页 返回 9.1 铝及铝合金 在新旧牌号命名标准的过渡时期，国内原GB3190-1982中使用的牌号仍可继续使用。 一、铝 纯铝是银白色的金属，是自然界储量最丰富的金属元素。铝及其合金具有如下优良的性能。 .密度为2.72x103kg/m³，仅为铁的1/3，是一种轻型金属; .导电性好，仅次于银、铜; .具有较好的杭大气腐蚀能力(纯铭表面总形成致密的氧化膜); .具有较好的加工工艺性能，它的塑性好，可以冷、热变形加工，但不能通过热处理强化，冷变形是其提高强度的唯一方法。 铝中常见的杂质是铁和硅，杂质越多，铝的导电性、耐蚀性及塑性越低。工业纯铝按杂质的含量分为一号铝、二号铝…… 上一页 下一页 返回 9.1 铝及铝合金 纯铝主要用于配制各种铝合金，代替铜制作电线或电缆，以及制作要求质轻、导热、耐大气腐蚀而强度不高的器具。 表9-2是工业纯铝的牌号、化学成分和用途。 二、铝合金 纯铝的强度很低(σb = 80~100 MPa )，但加入适量的硅、铜、镁、锌、锰等合金元素，形成铝合金，再经过冷变形和热处理后，强度可以明显提高(σb=500~600 MPa) 。 1.铝合金的分类 铝合金按其成分和工艺特点不同可分为:变形铝合金和铸造铝合金。铝合金一般均具有图9-1所示的相图。从相图中可以看出，若铝合金中溶质B含量低于最大溶解度点D，则在加热时形成单相σ固溶体，这类合金的塑性好，适于压力加工。变形铝合金中溶质B含量在F点以左的合金，冷却时其组织不随温度变化，故不能用热处理强化，称为热处理不能强化的铝合金;而溶质B含量在F一D点之间的铝合金，其σ固溶体中溶质的含量将随温度而变化，这类合金可以通过热处理强化其性能，故称为热处理能强化的铝合金。 上一页 下一页 返回 9.1 铝及铝合金 含量位于D点右边的铝合金，由于结晶时有共晶组织存在，这类合金的凝固温度低，塑性差，但充型时流动性好，适于铸造，故称为铸造铝合金。铸造铝合金用于铸造成型零件的毛坯。 2.铝合金的热处理 在图9-1所示的相图中，将B溶质含量在D一F之间的铝合金加热到σ相区，经保温后迅速水冷(这种淬火称固溶处理)，在室温下得到过饱和的σ固溶体。这种组织是不稳定的，在室温下放置或低温加热时，有分解出强化相过渡到稳定状态的倾向，而使强度和硬度明显提高，这种现象称为时效。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。例如，含铜4%并有少量的镁、锰元素的铝合金，经固溶处理后获得过饱和的a固溶体，经时效后，其强度从处理前的180 - 200 MPa提高到400 MPa。图9-2为其自然时效曲线。 由图可知，自然时效在最初一段时间(2 h)内，铝合金的强度变化不大，这段时间称为孕育期。在这段时间内，合金的塑性较好，可进行冷加工(如铆接、弯形等)，随时间的延长，铝合金才逐渐强化。 上一页 下一页 返回 9.1 铝及铝合金 3.常用的铝合金 (1)变形铝合金按其主要性能特点可分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金4类。现将新旧铝合金的牌号、力学性能及用途列于表9-3。 防锈铝合金属于不能热处理强化的铝合金，常采用冷变形方法强化。主要合金元素有锰、镁。锰的作用是固溶强化和提高耐蚀性，镁的作用是固溶强化和降低合金密度。这类铝合金具有适中的强度、优良的塑性和良好的焊接性，并具有很好的抗蚀性，常用于制造油罐、各式容器等。 其他3类变形铝合金