航空航天材料工程-7-非铁合金材料.ppt
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1、第第5 5章章 非铁合金材料非铁合金材料 在工业生产中,通常把铁及其合金称为在工业生产中,通常把铁及其合金称为黑色金属黑色金属,把其他非铁金属及其合金称,把其他非铁金属及其合金称为为有色金属。有色金属。非铁合金材料的种类很多,在航空航天非铁合金材料的种类很多,在航空航天工业中应用广泛工业中应用广泛本章主要介绍铝、铜、钛、镁、镍及其本章主要介绍铝、铜、钛、镁、镍及其合金合金 1n铸造有色金属及其合金铸造有色金属及其合金牌号表示方法统一如下牌号表示方法统一如下:n 铸造有色铸造有色纯金属纯金属的牌号为的牌号为nZ+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。n如如ZAl99
2、.5ZAl99.5。l形变有色金属形变有色金属及其合金的牌号表示方法还及其合金的牌号表示方法还不统一不统一。2n 铸造有色合金铸造有色合金的牌号为的牌号为nZ+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含主要合金元素符号及其名义百分含量数字量数字+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。n如如ZAlSi7Cu4ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6ZSnSb11Cu6等。等。n混合稀土元素符号用混合稀土元素符号用RERE表示。表示。n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”A”。3 第一节第一节
3、 铝及铝合金铝及铝合金 n一、铝及铝合金性能特点一、铝及铝合金性能特点 n纯铝具有纯铝具有银白色金属光泽银白色金属光泽,具有以下特点:,具有以下特点:密度小密度小(2.72 g/cm(2.72 g/cm3 3),塑性好,塑性好,导电导热性能好,抗腐蚀导电导热性能好,抗腐蚀性能好,强度低性能好,强度低。n具有面心立方晶格,无同素异构转变,无磁性。具有面心立方晶格,无同素异构转变,无磁性。n铝合金铝合金既具有既具有高强度又保持纯铝的优良特性高强度又保持纯铝的优良特性 。n铝合金常加入的元素主要有铝合金常加入的元素主要有CuCu、MnMn、SiSi、MgMg、ZnZn等,等,此外还有此外还有CrCr
4、、NiNi、TiTi、ZrZr 等辅加元素。等辅加元素。4n可将铝合金分可将铝合金分为为形变铝合金形变铝合金和和铸造铝合金铸造铝合金两大类。两大类。n形变铝合金形变铝合金又又分为分为可热处理可热处理强化强化和和不可热不可热处理强化处理强化两类两类.铝合金分类铝合金分类示意图示意图l二、铝合金的分类二、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。加热单相固溶体塑性高适于压力加工共晶组织适于铸造而不适于压力加工5三、铝合金的热处理三、铝合金的热处理 并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。n时效时效是指将过饱和的固溶体
5、在固溶线以下某温度保温,是指将过饱和的固溶体在固溶线以下某温度保温,以析出弥散强化相的热处理。以析出弥散强化相的热处理。l可热处理强化形变铝合可热处理强化形变铝合金的热处理方法:金的热处理方法:固溶固溶处理处理 +时效时效。l固溶处理固溶处理是指是指将合金加将合金加热到固溶线以上,保温热到固溶线以上,保温加热固溶淬火过饱和时效析出6n在在室温下进行室温下进行的时效称的时效称自然时效自然时效;在;在加热条件下进加热条件下进行行的时效称的时效称人工时效人工时效。n时效强化效果与时效强化效果与加热温度加热温度和和保温时间保温时间有关。有关。n温度一定时,随时效时间延长,时效曲线上出现峰温度一定时,随
6、时效时间延长,时效曲线上出现峰值,超过峰值时间,值,超过峰值时间,析出相聚集长大,强析出相聚集长大,强度下降,为度下降,为过时效过时效。随时效温度提高,峰随时效温度提高,峰值强度下降,出现峰值强度下降,出现峰值的时间提前。值的时间提前。含含4%Cu4%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/d7四、铝合金的牌号、性能及用途四、铝合金的牌号、性能及用途 n1 1、形变铝合金形变铝合金n 形变铝及铝合金牌号表示方法形变铝及铝合金牌号表示方法 n根据国标规定根据国标规定 ,形变铝合金可直接引用国际,形变铝合金可直接引用国际四位数字体系牌四位数字体系牌号号或采用国标规定的或采用国标规定
7、的四位字符牌号(见教材表四位字符牌号(见教材表5-15-1)。nGB 3190-82GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用,表示方法为中的旧牌号仍可继续使用,表示方法为:防锈铝合金:防锈铝合金:LF+LF+序号序号 硬铝合金:硬铝合金:LY+LY+序号序号 超硬铝合金:超硬铝合金:LC+LC+序号序号 锻铝合金:锻铝合金:LD+LD+序号序号8n 常用形变铝合金常用形变铝合金n 防锈铝合金防锈铝合金n主要主要是是Al-Al-MnMn和和Al-MgAl-Mg系合金系合金。nMnMn和和MgMg主主要要作作用用是是提提高高抗抗蚀蚀能能力力和和塑塑性性,并并起起固固溶溶强化作用。强化作用。n防防
8、锈锈铝铝合合金金锻锻造造退退火火后后组组织织为为单单相相固固溶溶体体,抗抗蚀蚀性性、焊接性能好,易于变形加工,但切削性能差。焊接性能好,易于变形加工,但切削性能差。n不能进行热处理强化不能进行热处理强化,常利用,常利用加工硬化加工硬化提高其强度。提高其强度。9n常常用用的的Al-Al-MnMn系系合合金金有有 LF21LF21(3A21 3A21),其其抗抗蚀蚀性性和和强强度度高高于于纯纯铝铝,用用于于制制造造油油罐罐、油油箱箱、管管道道、铆铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。钉等需要弯曲、冲压加工的零件。n常常用用的的Al-MgAl-Mg系系合合金金有有 LF5LF5(5A05 5A05),其其
9、密密度度比比纯纯铝铝小小,强强度度比比Al-Al-MnMn合合金金高高,在在航航空空工工业业中中得得到到广广泛泛应应用用,如如制制造造管管道道、容容器器、铆铆钉钉及及承承受受中中等等载载荷荷的的零件。零件。10n 硬铝合金硬铝合金n主要主要是是Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系合金,并含少量系合金,并含少量MnMn。n可进行可进行时效强化时效强化,也可进行,也可进行变形强化变形强化。n强度、硬度高,加工性能好,耐蚀性低于防锈铝。强度、硬度高,加工性能好,耐蚀性低于防锈铝。n常用硬铝合金如常用硬铝合金如LY11(2A11)LY11(2A11)、LY12(2A12)LY12(2A12)等,用于制造
10、等,用于制造冲压件、模锻件和铆接件冲压件、模锻件和铆接件,如螺旋桨、梁、铆钉等,如螺旋桨、梁、铆钉等.11n 超硬铝合金超硬铝合金n属属Al-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu系合金,并含有少量系合金,并含有少量CrCr和和MnMn。n时效强化效果超过硬铝合金时效强化效果超过硬铝合金.n时效强化相包括时效强化相包括相(相(CuAlCuAl2 2),S,S相相(CuMgAlCuMgAl2 2),),相(相(MgZnMgZn2 2),T,T相相(AlAl2 2MgMg3 3ZnZn3 3).n热态塑性好热态塑性好,但,但耐蚀性差耐蚀性差。常用合金有。常用合金有 LC4(7A04)LC4(7A0
11、4)、LC9(7A09)LC9(7A09)等,主要用于等,主要用于工作温度较低、受力较大的工作温度较低、受力较大的结构件结构件,如飞如飞机大梁、起落架等机大梁、起落架等.飞机前起落架飞机前起落架12n 锻铝合金锻铝合金nAl-Cu-Mg-Al-Cu-Mg-SiSi系合金系合金可锻性好可锻性好,力学性能高力学性能高,用于,用于形状复杂的形状复杂的锻件和模锻件锻件和模锻件,如喷气发动机压气机叶,如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等轮、导风轮等.Al-Cu-Mg-Fe-NiAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金系耐热锻铝合金 常用牌号有常用牌号有LD7(2A70)LD7(2A70)、LD8(2A80
12、)LD8(2A80)、LD9(2A90)LD9(2A90)等等 。用于制造。用于制造150-225150-225下工作的零件下工作的零件,如压气机叶,如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。片、超音速飞机蒙皮等。13Al-Si合金相图合金相图n2 2、铸造铝合金、铸造铝合金nAl-Al-SiSi系:系:代号为代号为ZL1+ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号nAl-CuAl-Cu系:代号为系:代号为ZL2+ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号nAl-MgAl-Mg系:代号为系:代号为ZL3+ZL3+两位数字顺序号两位数字顺序号nAl-ZnAl-Zn系:系:代号为代号为ZL4+ZL4+两位数字顺序号两位
13、数字顺序号n Al-Al-SiSi系铸造铝合金系铸造铝合金 l又又 称称 硅硅 铝铝 明明。其其 中中ZL102(ZAlSiZL102(ZAlSi1212)是是含含12%Si12%Si的的铝铝硅硅二二元元合合金金,称称为为简简单单硅硅铝明铝明。成分接近共晶点成分接近共晶点14变质处理变质处理:在一般情况下,在一般情况下,ZL102ZL102的共晶体由的共晶体由粗大针状硅晶粗大针状硅晶体和体和 固溶体固溶体构成构成,强度和塑性都较差强度和塑性都较差。浇铸前向合金液中加入占合金质量浇铸前向合金液中加入占合金质量2%2%3%3%的的变质变质剂剂(常用常用钠盐混合物钠盐混合物:2/3NaF+1/3Na
14、Cl):2/3NaF+1/3NaCl)以以细化合金组细化合金组织织,显著提高合金的强度及塑性显著提高合金的强度及塑性。这种处理方法即是这种处理方法即是变质处理变质处理。15未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102ZL102的铸态组织的铸态组织变质处理后的组织:变质处理后的组织:细小均匀的细小均匀的共晶体共晶体(+Si+Si)+)+初生初生+SiSi。16n加入其他合金元素的铝硅铸造合金称加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂复杂(或特殊或特殊)硅铝明硅铝明。nAl-Al-SiSi系铸造铝合金的系铸造铝合金的铸造性能好铸造性能好,具有优具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。良的耐蚀性、
15、耐热性和焊接性能。n用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。体、风机叶片、发动机活塞等。活塞活塞17n Al-CuAl-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金n这这类类合合金金的的耐耐热热性性好好,强强度度较较高高;但但密密度度大大,铸铸造造性能、耐蚀性能差,性能、耐蚀性能差,强度低于强度低于Al-Al-SiSi系合金。系合金。l常常用用代代号号有有ZL201 ZL201(ZAlCu5Mn)(ZAlCu5Mn)、ZL203 ZL203(ZAlCu4)(ZAlCu4)等等。主主要要用用于于制制造造在在较较高高温温度度下下工工作作的的高高强强零零件
16、件,如如内内燃机汽缸头、汽车活塞燃机汽缸头、汽车活塞等。等。18n Al-MgAl-Mg系铸造铝合金系铸造铝合金n这这类类合合金金的的耐耐蚀蚀性性好好,强强度度高高,密密度度小小;但但铸铸造造性性能差能差,耐热性低。耐热性低。n常常用用代代号号为为ZL301(ZAlMg10)ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)ZL303(ZAlMg5Si1)等。等。n主主要要用用于于制制造造外外形形简简单单、承承受受冲冲击击载载荷荷、在在腐腐蚀蚀性性介质下工作的零件介质下工作的零件,如舰船配件、氨用泵体等。,如舰船配件、氨用泵体等。19n Al-ZnAl-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金
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- 航空航天 材料 工程 铁合金
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