工程材料--3有色金屬

1、4.3 有色金屬 工程上常用的有色金屬有鋁、銅、鎂、鈦、鋅及其合金。鋁及鋁合金鋁及鋁合金是應(yīng)用非常廣泛的一類金屬結(jié)構(gòu)材料。航空上主要用于飛機(jī)的蒙皮、隔框、長(zhǎng)梁、桁條和鍛、鑄件等。一架波音747客機(jī)，需要消耗約18.6噸鋁，航天技術(shù)上主要用于氣動(dòng)加熱溫度在150以下的運(yùn)載火箭和宇宙飛行器，也用在衛(wèi)星、航天飛機(jī)等其他航天器結(jié)構(gòu)上。4.3.1鋁合金的分類鋁合金按加工方法可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又可分為不可熱處理強(qiáng)化合金和可熱處理強(qiáng)化合金。 不可熱處理強(qiáng)化的合金可熱處理強(qiáng)化的合金變形鋁合金鑄造鋁合金aa+bL+aL+bL合金元素含量溫度ADEF圖4-6 鋁合金分類示意圖4.3.2

2、變形鋁合金變形鋁合金通常經(jīng)不同的變形加工方式生產(chǎn)成各種半成品提供使用，如板、棒、管、線、型材及鍛件等。變形鋁合金的編號(hào)方法凡是化學(xué)成分與變形鋁合金國(guó)際牌號(hào)注冊(cè)協(xié)議組織命名的合金相同的所有合金，其牌號(hào)直接采用國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)。未與國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)的變形鋁合金接軌的，采用四位字符牌號(hào)）。四位字符 牌號(hào)的第一、第三、第四位為阿拉伯?dāng)?shù)字，第二位為英文大寫字母。第一位數(shù)字表示鋁合金組別，變形鋁合金按照合金系列分為2XXXAl-Cu系，3XXXAl-Mn系，4XXXAl Si系，5XXXAl Mg系6XXXAlMg-Si系，7XXXAl Zn系，8XXXAl-其他元素，9XXX備用系。變形鋁合金編

3、號(hào)Al -MnAl-MgAl-Cu- MgAl-Cu- Mg-ZnAl-Mg -SiCuAl-Cu-Mg-Fe- Ni變形鋁合金不可熱處理強(qiáng)化防銹鋁3A21 (LF21)5A05 (LF10)可熱處理強(qiáng)化硬鋁2A11 (LY11)2A12 (LY12)超硬鋁7A04 (LC4)7A09 (LC9)鍛鋁2A14 (LD10)2A50 (LD5)2B70 (LD7-1)2A80 (LD8)1. 防銹鋁合金防銹鋁其特點(diǎn)是抗蝕好、易于加工成形和焊接。但不能熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度較低。適于制作要求抗腐蝕及受力不大的零部件，如油管、油箱等。這類合金主要是Al-Mn系和Al-Mg系。 2. 硬鋁合金硬鋁是目前航空

4、工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類變形鋁合金。其特點(diǎn)是具有強(qiáng)烈的時(shí)效硬化能力。強(qiáng)度高,抗蝕性和焊接性能較差。用以制造飛行器各種承力構(gòu)件，如蒙皮、壁板、槳葉、活塞及火箭上的液體燃料箱等。硬鋁主要為A1-Cu-Mg和A1-Cu-Mn系。 3. 超硬鋁合金超硬鋁是在硬鋁的基礎(chǔ)上再加鋅而成，強(qiáng)度高于硬鋁，故稱超硬鋁合金，應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件，如翼梁、螺旋槳葉、起落架等。 4. 鍛造鋁合金鍛鋁具有良好的熱塑性、焊接、抗蝕、冷加工等性能。以Al-Mg-Si系為主。 Extruder4.3.3鑄造鋁合金鑄造鋁合金的優(yōu)點(diǎn)是比重小，比強(qiáng)度較高，并有良好的抗蝕性和鑄造工藝性。鑄造鋁合金編號(hào)示例分 類鑄造鋁合金ZL102ZL101

5、ZL107ZL105，ZL110ZL109ZL201ZL301ZL401合金名稱簡(jiǎn)單鋁硅合金特殊鋁硅合金鋁銅鑄造合金鋁鎂鑄造合金鋁鋅鑄造合金鋁稀土鑄造合金合金系A(chǔ)l SiAlSi -MgAl Si CuAl-Si Mg CuAl-Si Mg Cu NiAl-CuAl-MgAl ZnAl Re活塞(裙部為鋁硅合金)汽缸頭4.3.4鋁合金的熱處理鋁合金通常采用的熱處理操作主要有退火、淬火和時(shí)效。 1. 退火不論變形鋁合金或鑄造鋁合金都可以進(jìn)行退火。變形鋁合金的退火主要有再結(jié)晶退火、消除應(yīng)力退火和完全退火。 2. 淬火和時(shí)效淬火和時(shí)效是鋁合金的強(qiáng)化熱處理。鋁合金淬火的目的是為了將高溫下的固溶體固定到

6、室溫，得到均勻的過飽和固溶體。鋁合金的淬火加熱溫度一般應(yīng)高于其飽和溶解度曲線，而低于其熔化溫度。鋁合金淬火后的性能與鋼淬火后得到的馬氏體組織大不相同。其塑性顯著增加，而強(qiáng)度和硬度提高不多，需經(jīng)時(shí)效處理, 才能提高強(qiáng)度、硬度。 時(shí)效就是淬火后的鋁合金在室溫停留或加熱保溫后其強(qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)象。在室溫下進(jìn)行的時(shí)效成為自然時(shí)效。在加熱情況下進(jìn)行的時(shí)效稱為人工時(shí)效。4.3.5純鈦和鈦合金純鈦熔點(diǎn)1667,比重4.5g/cm3,室溫下為密排六方結(jié)構(gòu), 882.5以上為體心立方結(jié)構(gòu)。 鈦合金按其組織可分成型(TA)、型(TB)、+型(TC)。 波音飛機(jī)鈦合金鍛件鈦合金的特點(diǎn)a. 比強(qiáng)度高：鈦合金的抗拉強(qiáng)

7、度可達(dá)1500MPa，比重只有鋼的一半。b. 熱強(qiáng)度高：鈦合金可在550以下工作，可望提高到600。c. 低溫性能好：鈦合金低溫韌性很好，在-253時(shí)仍具有良好的韌性。d. 抗蝕性好：鈦在大氣、水、海水、硝酸、稀硫酸等腐蝕介質(zhì)中的抗蝕性優(yōu)于不銹鋼。例如，某冷凝管在海水中試驗(yàn)16年之后，未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。鈦合金的主要缺點(diǎn)是工藝性差 ,價(jià)格昂貴.鈦合金應(yīng)用現(xiàn)有航空航天用鈦合金中，應(yīng)用最廣泛的是多用途的+型Ti-6A1-4V合金。用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤、葉片，蒙皮等。液體燃料火箭的儲(chǔ)氫罐也是鈦合金制造的，其工作溫度為-253。許多民用領(lǐng)域如氯堿化工業(yè)及海水用泵、閥、管道、換熱器、冷凝器等，也廣泛采用鈦

8、合金，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 4.3.6鎂合金鎂合金在常用工程金屬材料中密度最小，為1.8g/mm3，約為鋁合金的2/3，鈦合金的1/3，鋼的1/4。鎂合金分為變形鎂合金(MB)和鑄造鎂合金(ZM)二大類 鎂合金特點(diǎn)和應(yīng)用鎂合金有較大承受沖擊載荷的能力，可制造受猛烈碰撞的零件。例如飛機(jī)的輪轂。美國(guó)近年為陸軍生產(chǎn)的一種“癟氣下行駛”的車輪。這種輪子的輪胎和輪轂之間裝有12.2kg重的鎂合金壓鑄環(huán)形件，萬一輪胎被彈片扎破漏氣，裝這種輪子的軍車可在48km/h速度下行駛而不使車輛受損。 銅及銅合金的基本特性1. 優(yōu)異的物理化學(xué)性能2. 良好的加工性能3. 某些特殊機(jī)械性能4. 色澤美觀4.3.7銅

9、及銅合金牌號(hào)代號(hào)含銅量（%）主要用途1號(hào)銅T199.95導(dǎo)電材料、配制高純度合金2號(hào)銅T299.90電線、電纜等電力傳輸材料3號(hào)銅T399.70電機(jī)、電工器材、電器開關(guān)、墊圈、鉚釘、油管等4號(hào)銅T499.50純銅的牌號(hào)及主要用途1 純銅（紫銅）純銅的牌號(hào)及主要用途1 純銅（紫銅）1. 銅的合金化2.銅合金的分類按成形方法變形銅合金鑄造銅合金黃銅Cu Zn白銅Cu Ni 青銅除黃銅和白銅外的所有銅合金。按化學(xué)成分2 銅的合金化及分類（1）成分及牌號(hào)普通黃銅Cu-Zn合金特殊黃銅Cu-Zn+Al、Mn、Si等其它元素普通黃銅：H+含銅量的百分?jǐn)?shù)，如H68、H62特殊黃銅：H+輔加元素符號(hào)+銅含量+輔加元 素含量，如HMn58-23 常用銅合金1.黃銅（2）常見黃銅的性能特點(diǎn)及應(yīng)用類別牌號(hào)b/MPa用途舉例退火硬化普通黃銅H96250400散熱器、冷凝器管道H68300400彈殼、冷凝器管道H62300420散熱器、彈簧、鉚釘墊圈絲網(wǎng)特殊黃銅HSn62