铝、铝合金及其应用 课件中职《金属材料及热处理（第三版）》同步教学（劳动版）演示模板

模块七有色金属与硬质合金模块七有色金属与硬质合金任务五硬质合金及其应用任务四滑动轴承合金及其应用任务三钛、钛合金及其应用任务二铜、铜合金及其应用任务一铝、铝合金及其应用01铝、铝合金及其应用纯铝是银白色的金属，具有如下特性。1．密度小（ρ=2.7×103kg/m3），是一种轻金属。2．导电性和导热性良好，仅次于银、金、铜。3．在空气中，铝的表面能形成致密的Al2O3保护膜，阻止铝进一步氧化，具有较好的抗大气腐蚀能力。铝的纯度越高，耐蚀性越好。4．具有良好的加工工艺性能。铝属于面心立方晶格金属，塑性较好，适于冷、热变形加工，并可通过冷变形强化来提高铝的强度。任务一铝、铝合金及其应用一、纯铝工业纯铝中铝的质量分数一般应不低于99%，用牌号1×××表示。常用工业纯铝的牌号、化学成分及用途见表7-1。任务一铝、铝合金及其应用纯铝的强度很低（Rm=80~100MPa），但加入适量的硅、铜、镁、锌或锰等合金元素形成铝合金，再经过适当的处理后，强度可以明显提高（Rm=500~600MPa）。根据其性能特点，铝合金可分为铸造铝合金、压铸铝合金和变形铝合金三类。任务一铝、铝合金及其应用二、铝合金及其分类1．铸造铝合金这类铝合金具有良好的铸造性能，可用金属铸造工艺直接获得零件。铸造铝合金的种类很多，常用的有铝—硅（Al-Si）系、铝—铜（Al-Cu）系、铝—镁（Al-Mg）系和铝—锌（Al-Zn）系等，其中以铝—硅系应用最为广泛。铝硅合金具有良好的铸造性能，广泛用来制造形状复杂的零件。为了进一步提高铝硅合金的强度，还可加入铜、镁等元素，通过淬火、时效处理使合金进一步强化。铸造铝合金的代号用“铸铝”两字汉语拼音首字母“ZL”及后面三位数字表示。第一位数字表示铝合金的类别，1表示铝硅合金、2表示铝铜合金、3表示铝镁合金、4表示铝锌合金，后两位数字表示合金的顺序号。任务一铝、铝合金及其应用常用铸造铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见表7-2。任务一铝、铝合金及其应用2．压铸铝合金压铸是压力铸造的简称，它是将铝锭（纯度为92%左右）和合金材料，经熔炉熔化后在高压作用下以较高的速度填充压铸模型腔，并使熔融金属在压力作用下凝固而获得铝合金铸件的方法。铸件的精度及表面质量比其他铸造方法高，可压铸出形状复杂的薄壁件或镶嵌件，强度、硬度较高，生产率高。压铸区别于其他铸造方法的主要特点是高压和高速。任务一铝、铝合金及其应用常用压铸铝合金的牌号、化学成分、力学性能见表7-3。任务一铝、铝合金及其应用3．变形铝合金这类铝合金可通过压力加工制成型材，故要求合金应具有良好的塑性变形能力，其组织主要是固溶体，塑性变形能力很好，适用于锻造、轧制和挤压。根据《变形铝及铝合金牌号表示方法》（GB/T16474—2011），凡是化学成分与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织命名的铝合金相同的所有铝合金，其牌号直接采用国际四位数字体系牌号，未与国际四位数字体系牌号的变形铝合金接轨的，采用四位字符牌号（试验铝合金在四位字符牌号前加X）命名，并按要求注册化学成分。任务一铝、铝合金及其应用四位字符体系牌号的第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母（C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外）。牌号的第一位数字表示铝及铝合金的组别，见表7-4。铝及铝合金的组别与牌号系列见表7-4。任务一铝、铝合金及其应用常用变形铝合金的牌号、化学成分、性能及用途见表7-5。任务一铝、铝合金及其应用纯铝的力学性能不高，不适宜制作承受较大载荷的结构零件。为了提高铝的力学性能，在纯铝中加入某些合金元素制成合金，常加入的合金元素有铜、镁、铬、锌、硅、锰、镍、钴、钛及锶等。这些合金元素加入后通过以下几个方面对铝进行强化。任务一铝、铝合金及其应用三、铝合金的强化1．固溶强化及固溶热处理固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的塑性变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。合金元素加入纯铝中形成固溶体，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。在一般铝合金中固溶强化最常用的合金元素是铜、镁、锰、锌、硅、镍等。固溶热处理是将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。任务一铝、铝合金及其应用2．时效强化铝合金热处理后可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性降低，这个过程称为时效。时效过程中使合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。时效处理可分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，使其缓慢地发生变形，从而使残余应力消除或减小；人工时效是将铸件加热到550~650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除得更为彻底。任务一铝、铝合金及其应用3．过剩相强化当铝中加入的合金元素含量超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，称之为过剩相。在铝合金中过剩相多为硬而脆的金属间化合物。它们在合金中起阻碍滑移和位错运动的作用，使强度、硬度提高，而塑性、韧性降低。合金中过剩相的数量越多，其强化效果越好，但过剩相过多时，会由于合金变脆而导致强度、塑性降低。任务一铝、铝合金及其应用4．变质处理在铝合金中添加微量元素进行变质处理，可以细化晶粒，使力学性能提高，是提高铝合金力学性能的另一种重要手段。变形铝合金中添加微量钛、锆、铍、锶以及稀土元素，它们能形成难熔化合物，在合金结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒的作用，提高合金的强度和塑性。铸造铝合金中常加入微量元素作变质处理来细化合金组织，提高强度和塑性。变质处理对某些不能热处理强化或强化效果不明显的铸造铝合金和变形铝合金具有特别重要的意义。任务一铝、铝合金及其应用5．冷变形强化冷变形强化也称冷作硬化，即金属材料在再结晶温度以下冷变形时，金属内部位错密度增大，且相互缠结并形成胞状结构，阻碍位错运动。变形程度越大位错缠结越严重，变形抗力越大，强度越高。冷变形后强化的程度随变形程度、变形温度及材料本