非铁合金学习.pptx
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1、1一、铸造铝合金一、铸造铝合金1.纯铝的特性 比重小2.70g/cm3延伸率高 可达25%导电导热耐蚀(在大气和某些酸中)耐热性差收缩大,热胀系数也大加工性差 强度低(b50MPa)因此需要添加合金元素强化因此需要添加合金元素强化Al-SiAl-CuAl-MgAl-Zn常用铝合金:第1页/共58页22.Al-Si合金的组织及性能(1)组织:Al-Si合金为简单共晶型合金室温时:(Al)、(Si)硅为硬质相决定了合金性能 Si12.6%过共晶 (Si)+(共+Si共)第2页/共58页3典型共晶铝硅合金组织第3页/共58页4工业用共晶铝硅合金组织组织中出现了初生硅,原因是微量磷的影响:10ppm的
2、磷生成AlP,成为硅晶结晶的核心,可使含Si9%的亚共晶合金出现初晶硅。第4页/共58页5共晶铝硅合金 未变质共晶硅 SEM 800X共晶硅第5页/共58页6共晶铝硅合金 未变质共晶硅 SEM 800X共晶硅第6页/共58页7未变质初晶硅 SEM 800X初晶硅第7页/共58页8未变质初晶硅 SEM 800X初晶硅第8页/共58页9过共晶铝硅合金 100X第9页/共58页10(2)Al-Si合金的性能铝硅合金的铸造性能 流动性好第10页/共58页11Si%在常用范围(Si713%)合金收缩率小第11页/共58页12热裂倾向小Si%第12页/共58页13Si%气密性第13页/共58页14力学性能
3、第14页/共58页15 3.Al-Si合金的变质处理Al-Si合金的变质处理:初生相、共晶硅以及过共晶铝硅合金中的初晶硅三个部分的细化。初生相的细化 向铝液中添加Ti,Ti和Al反应生成TiAl3,v 晶格相似:TiAl3 四方晶格;Al 面心立方v 晶格常数:2cAl80.8nm,差:5.7%v 包晶反应:L+TiAl3,使依附在TiAl3质点上形核 Zr、B等元素和Ti有类似的作用。商品化变质剂:Al-Ti-B,Al-Ti-C第15页/共58页16 共晶体的变质 共晶体的变质主要是共晶硅的变质,常用的变质剂:Na、Sr、RE等变质前的共晶硅,板片状变质后的共晶硅,球粒状第16页/共58页1
4、7共晶硅变质 100XAl(+)共共第17页/共58页18共晶硅变质 SEM 800X第18页/共58页19 初生硅的细化v变质剂:P或P-Cuv变质机理:Al+P=AlPvAlP的熔点:1600vAlP的晶格结构和Si晶体均为金刚石型点阵v晶格常数:AlP,54.5nm,Si,54.2nmvAlP可作为初生Si的非自发晶核,细化初生Si第19页/共58页20 0.2%P-Cu变质未变质第20页/共58页214.Al-Si合金的合金化v合金化理由:Si在Al-Si合金中扩散快,无固溶强化作用,500,扩散系数大D=4.510-10,需其他合金强化。v合金化目的:固溶强化、第二相强化,提高力学性
5、能。还可提高铝硅合金的耐热性和耐蚀性 v合金化元素:Mg、Cu、Mn,v形成的第二相:Mg2Si、CuAl2、Al2CuMg、Al4Mg5Cu4Si4v形成的多元Al-Si合金:Al-Si-Mg,Al-Si-Mg,Al-Si-Cu-Mg 第21页/共58页226.其它铝合金其它铝合金(1)Al-Cu合金优点:室温、高温力学性能都高,切削性能好,加工表面光洁,富铜相(CuAl2)耐热性能良好,缺点:铸造性能差,抗蚀性能低,密度较大。第22页/共58页23组织固溶度的变化:548,Cu的固溶度5.64室温时,Cu的固溶度0.10以下铜的强化作用:淬火和时效后合金组织中出现大量弥散分布的细微质点(C
6、uAl2),使固溶体的结晶点阵扭曲(畸变),并封闭了晶粒间的滑移面。但含铜量超过6.0%就使合金淬火效果降低。所以含铜量超过7%,仅在铸态下使用。第23页/共58页24常用的Al-Cu合金vZL202(ZAlCu10)9.011.0Cu,铸态组织:+(+CuAl2)熔炼工艺简单,有一定的共晶体,铸造性尚可,但不能固溶强化,铸态使用,力学性能不高,作装饰性零件vZL203(ZAlCu4)4.05.0Cu,铸态组织:+少量CuAl2熔炼工艺简单,经固溶化处理、人工时效后,力学性能大幅度提高,但铸造性能差,形状简单、承受中等载荷、在较高温度下工作的中、小零件。第24页/共58页25(2)Al-Mg合
7、金第25页/共58页26v固溶强化 451时,Mg最大固溶度可达14.9%。由于镁的原子半径比铝大13%,镁大量溶入后,晶格产生畸变,力学性能得到较大提高。v在铸造条件下,共晶点偏向右侧,Mgl2%,脆性相不能完全溶入固溶体,少量相分布在晶界上,使力学性能下降,因此,实用的铝镁合金含镁量不超过11.5%。Al-Mg合金的性能第26页/共58页27v(46)%Mg时,结晶温度范围最大,铸造性能差、形成热裂和缩松的倾向很大。(910)%Mg时,不仅流动性好,热裂倾向减少,而且疏松也可大为减轻。v抗蚀性好,铝镁合金铸件表面有一层高抗蚀性的尖晶石型薄膜(A12O3MgO),故在海水等介质中有很高的抗蚀
8、性。当组织中出相相时,由于相的电极电位(-1.24V)与相(-0.8V)相差较大,使合金的抗蚀性降低。故希望铝镁合金为单相织。v高温性能差 沿晶界析出Al3Mg2,并不断长大,力学性能明显下降,不适宜在高温条件下工作(100)。第27页/共58页287.铝合金铸件的热处理铝合金铸件的热处理1)退火处理 将铝合金铸件加热到较高的温度一般约为300左右,保温一定的时间后,随炉冷却到室温的工艺标为退火。在退火过程中固溶体发生分解,第二相质点发生聚集,可以消除铸件的内应力,稳定铸件尺寸,减少变形,提高铸件的塑性。2)固溶处理 把铸件加热到尽可能高的温度,接近于共晶体的熔点,在该温度下保持足够长的时间,
9、随后快速冷却,使强化组元在铝中最大限度的溶解,这种高温状态被固定保存到室温,该过程称为固溶处理。固溶处理可以提高铸件的强度和塑性,改善合金的耐腐蚀性能。第28页/共58页293)时效处理 将固溶处理后的铸件加热到某一温度,保温一定时间后出炉,在空气中缓慢冷却到室温的工艺称为时效。时效处理进行着过饱和固溶体分解的自发过程,从而使合金基体的点阵恢复到比较稳定的状态。如果时效强化是在室温下进行的称为自然时效,如果时效强化是在高于室温并保温一段时间后得到则称为人工时效。人工时效分为:不完全人工时效,完全人工时效和过时效。第29页/共58页30铝合金热处理代号的意义:T1:未经固溶处理的人工时效T2:退
10、火T4:固溶处理T5:固溶处理和不完全人工时效T6:固溶处理和完全人工时效第30页/共58页31二、铸造铜合金第31页/共58页32(一)二元锡青铜1.二元锡青铜的组织799含锡20%的锡青铜的平衡组织为+(+)共析体;铸态组织+(+)第32页/共58页332.二元锡青铜的性能v力学性能取决于组织中+共析体所占的比例,含(710)%Sn之间的合金具有最佳的综合力学性能。v良好的耐磨性(软基体+硬质点)v良好的耐蚀能力(和相具有相近的电极电位,Sn形成致密的SnO2薄膜)v铸造工艺性好(锡青铜的结晶温度范围很宽,呈糊状凝固,分散疏松倾向大。铸件致密性较差,但锡青铜的线收缩小(11.4%),冷裂倾
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