有色金属及其合金.ppt
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有色金属合金-4
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第一节 钛及钛合金的特性
一、钛的原子结构
位于元素周期表ⅣB族, 原子序数22。原子核由22个质 子和20~32个中子组成,原子 核半径5×10-13厘米,核外电 子结构排列为:
1S22S22P63S23D24S2
882.5℃发生同素异构转变: -Ti (b.b.c)⇌-Ti (h.c.p)
第一节 钛及钛合金的特性
50
前言
4、舰艇 钛合金比强度高、无磁和耐海水腐蚀→减轻舰艇
质量、增加下潜深度、提高安全性和延长寿命。
前苏联的 “阿尔 发” 级潜艇和带24枚 战略导弹的“台风” 级潜级潜艇用钛量每艘 分别为3000t和9000t, 全部用钛量达7.8~9万
前言
钛具有优良的水声透声性能, 舰艇的声纳导流 罩中使用钛,可以提高搜索、发现、跟踪能力。
5000台电解槽上钛阳极代替石墨,寿命提高40倍,节电4 亿kWh,价值4000多万元,节省石墨10000多吨,价值6000多 万元。
前言
7、石油工业
钛在有机化合物中,除 温度较高下的五种有机酸 (甲酸、乙酸、草酸、三氯 乙酸和三氟乙酸)外,都有 非常好的稳定性,是石油炼制 和化工中优良的结构材料。
——轻型耐蚀结构材料、功能材料和生物医 学材料。
前言
1、生物医学材料
钛与碳纤维增强的复合材 料在强度、刚度、线膨胀系 数和电位上匹配良好,可作 为碳纤维增强结构的骨架或 衬底,有利于减重,不产生 电偶腐蚀。
前言
植入材料
Ti-6A1-4V合金存在耐磨性差和有毒 元素扩散的缺陷。
生物适应性优良Zr、Nb、Ta、Pd、 Sn等,取代有生物毒性的A1、V等。 如Ti-15Zr-4Nb-2Ta和Ti-12Mo-6Zr2Fe等合金的生物亲和性显著提高, 耐蚀及机械性能也有较大改善;
《有色金属及其合金 》课件
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在电子工业中的应用
总结词
电子工业中大量使用有色金属及其合金,如铜、铝、镍等,用于制造集成电路、连接器 和散热器等。
详细描述
在电子工业中,有色金属及其合金发挥着至关重要的作用。例如,铜及铜合金用于制造 集成电路的引线和连接器等,铝及铝合金用于制造电子元件的散热器和印刷电路板等。 这些合金具有良好的导电性、导热性和可加工性,能够满足电子工业对高性能材料的需
组织
合金中各种相的分布和形态。
3
合金相图与组织的关系
合金的组织取决于其成分和热处理条件,而相图 是研究合金组织和性能的重要工具。
合金化对性能的影响
力学性能
合金化可以改变金属的强度、硬度、韧性等力 学性能,以满足不同应用场景的需求。
物理性能
合金化可以改变金属的导电性、导热性、磁性 等物理性能。
化学性能
合金化概念
合金化
将两种或两种以上的金属元素或非金属元素与一种金 属元素结合,形成具有金属特性的合金的过程。
合金化概念的意义
通过合金化可以改变金属的物理、化学和机械性能, 以满足不同领域的需求。
合金化的应用
在汽车、航空航天、能源、电子等领域得到广泛应用 。
合金相图与组织
1 2
相图
表示合金在不同温度和成分下的相组成和相变规 律的图形。
生产流程
原料准备
包括矿石的破碎、磨细、选矿 等工序,以获得高品位精矿。
冶炼
根据矿石类型和所需金属种类 选择合适的冶炼方法,提取金 属。
加工
将提取出的金属进行铸造、轧 制、锻造或焊接等加工,制成 所需形状和性能的金属制品。
质量检测与控制
对金属制品进行质量检测和控 制,确保产品质量符合要求。
有色金属及合金
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铍青铜
以铍为基本合金元素的铜基合金称为铍青铜。其含铍量 约为1.7%~2.5%。铜里添加少量铍,就会使合金性能发生 很大的变化。铍青铜不仅强度、硬度、弹性和耐磨性很高, 而且抗蚀性、导热性、导电性、耐寒性也非常好,此外,还 有无磁性、受冲击时不产生火花等特性。在工艺性方面,它 承受冷、热压力加工的能力很强,铸造性能也好。铍青铜主 要用于制作各种重要用途的弹簧、弹性元件、钟表齿轮和航 海罗盘仪器中的零件、防爆工具和电焊机电极等。其主要缺 点是价格太贵,妨碍了它在工业中的大量应用。铍青铜的编 号方法是:“Q”+“铍”+铍元素的含量。
在有色金属中,还有各种各样的分类方法。比如, 按照比重来分,铝、镁、锂、钠、钾等的比重小于 4.5,叫做“轻金属”,而铜、锌、镍、汞、锡、 铅等的比重大于4.5,叫做“重金属”。像金、银、 铂、锇、铱等比较贵,叫做“贵金属”,镭、铀、 钍、钋、锝等具有放射性,叫做“放射性金属”, 还有像铌、钽、锆、镥、金、镭、铪、铀等因为地 壳中含量较少,或者比较分散,人们又称之为“稀 有金属”
铜的合金化
纯铜的强度不高,用加工硬化方法虽可提高铜的强度, 但却使塑性大大下降,因此常用合金化的方法来获得强 度较高的铜合金作为结构材料。加入合金元素使铜的强 度提高,最常用的固溶强化元素是锌、锡、铝、镍等。 鎵、铟、钯、铂等元素在铜中的溶解度虽大,但比较稀 少,故不常用;镁、硅等元素在铜中的溶解度随温度的 降低而降低,因此,它们加入铜后,可使合金具有时效 强化的性能;当铜中加入元素超过最大溶解度以后,便 会出现过剩相,它们多为硬而脆的金属化合物,数量少 时,可使强度提高,塑性降低;数量多时,会使强度和 塑性同时大大降低。
硅青铜
硅在铜中的最大溶解度为人4.6%,室温时下降到3%。硅 青铜具有比锡青铜高的机械性能和低的价格,而且铸造性能 和冷、热压力加工性能都很好。向硅青铜中加入镍,可形成 金属间化合物Ni2Si,使硅青铜能够通过淬火时效进一步提高 合金的机械性能。含镍硅青铜还具有很高的导电性、抗蚀性 和耐热性,因而广泛用于航空工业(作导向衬筒等重要零件)和 长距离架空的电话线和送电线。向硅青铜、尤其是含镍的硅 青铜中加入1.0%~1.5%锰可以显著提高合金的强度和耐磨 性,向硅青铜加入适当数量的铅可以大大提高合金的耐磨性, 能代替磷青铜与铅青铜制作高级轴瓦。硅青铜的编号方法采 用“Q”+“硅”+硅元素的含量。
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28
第八章 有色金属及其合金
第四节 轴承合金简介
二、常用轴承合金
29
青铜是除黄铜和白铜以外的其 他铜合金。
锡青铜—是以锡为主要 添加元素的铜基合金 无锡青铜—是含铝、被、 硅、铝、锰等合金元素 的铜基合金。
17
青铜的牌号依次由“Q”(“青”字 汉语拼音字首)、主加元素符号及其含 量百分数其他元素的含量百分数组成, 如 QSn4-3。 铸造青铜牌号表示方法同铸造铝合 金。
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第八章 有色金属及其合金
第四节 轴承合金简介
2.组织特点 软基体上分布硬质点(如锡基、铅基轴承合金) 硬基体上分布软质点(如铜基、铝基轴承合金)
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第八章 有色金属及其合金
第四节 轴承合金简介
二、常用轴承合金 轴承合金牌号由“Z”(“铸”字汉语拼音字首)、基体 金属元素、主要合金元素符号和各主要合金元素平均(名义) 含量的百分数组成。
四、铸造铝合金
11
第二节
铜及其铜合金
一、工业纯铜 纯铜呈紫红色,又称紫铜。铜的密度为 8.96 g/cm3, 熔点为1083℃,具有面心立方晶格,无同素异晶转变。它有 良好的电导性、热导性、耐蚀性和塑性。 工业纯铜的纯度为 99.90%~99.50%,其代号用“T” (“铜”字汉语拼音字首)加顺序号表示,共有T1、T2、T3、 T4四个代号。序号越大,纯度越低。
6
三、变形铝合金的分类与牌号 (1)防锈铝 主要加入的合金元素是镁或锰属Al-Mg或Al-Si系合金。 (2)硬铝 主要加入的合金元素是铜和镁属Al-Cu-Mg系合金。 固溶处理 自然时效 时效 人工时效
7
三、变形铝合金的分类与牌号 (3)超硬铝 主要加人的合金元素是铜、镁和锌属Al-Cu-Mg-Zn系合 金。 (4)锻铝 主要加人的合金元素是铜、镁和硅属Al-Cu-Mg-Si系合 金。
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其他合金
01
不锈钢
不锈钢是一种具有高度耐腐蚀性的合金,广泛用于建筑、医疗等领域。
02
镍合金
镍合金具有良好的耐腐蚀性和高温性能,常用于制造化学反应器等设备。
03
镁合金
镁合金具有轻质、高强度的特点,广泛应用于汽车、航空等领域。
05
有色金属的冶炼和加工
冶炼方法
火法冶炼
通过高温熔炼将矿石中的有价成分提取出来,主要包括焙烧、熔炼、精炼等工序。
有色金属的应用
航空航天
航空航天领域对材料性能要求极高,有色金属及 其合金因其具有高强度、轻量化、耐高温等特性 而被广泛应用于航空航天器的制造,如飞机机身 、发动机部件等。
钛合金也是一种广泛应用于航空航天领域的有色 金属材料,其具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特 性,常用于制造飞机起落架、发动机部件等关键 部位。
过渡金属
铜
具有良好的导电性和导热性,广泛用于电线电缆、管道、散热器 等领域。
铁
用于制造各种钢材,如建筑用钢、汽车用钢等。
镍
具有良好的耐腐蚀性和磁性,用于制造不锈钢和电池等。
稀土金属
镧
01
用于制造荧光粉、陶瓷和玻璃等。
铈
02
用于催化剂、抛光剂和陶瓷等。
钕
03
用于制造磁铁和荧光粉等。
贵金属
01
02
高强度
铜合金具有较高的强度和耐磨性,可用于制造各种管道、 阀门等。
耐腐蚀
铜合金对多种酸、碱等腐蚀介质具有较好的耐受能力。
钛合金
高强度
钛合金具有高强度和低 密度的特点,广泛应用 于航空、航天、医疗等 领域。
良好的耐腐蚀性
钛合金对多种酸、碱等 腐蚀介质具有极好的耐 受能力,不易生锈。
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纯铜呈紫红色,主要用于制作电导体及配制合金.
二、铜合金
纯铜的强度低,不适于制作结构件,因此,在纯铜 中加入合金元素后,可获得较高的强度,同时保持纯 铜的某些优良性能.
3.某些特殊机械性能
优良的减摩性和耐磨性(如青铜及部分黄铜),高 的弹性极限和 疲劳极限(如铁青铜等).
4.色泽美观
铜及铜合金在电气工业,仪表工业,造船工业及机械制造工业部 门中获得了广泛的应用,但铜的储量较小,价格较贵,属于应节约 使用的材料,只有在特殊需要的情况下,例如要求特殊的磁性、 耐蚀性、加工性能、机械性能以及特殊的外观等条件下才考虑使 用.
的铸造性能(熔点低、流动性好、收缩小).
在一般情况下,ZL102的共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体 构成,强度和塑性都较差.
浇铸前向合金液中加入占合金重量2%~3%的变质剂(常用 钠盐混合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以细化合金组织, 显著提高 合金的强度及塑性,这种处理方法即是变质处理.
经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体(α+Si)+初生α固溶 体(如图),获得亚共晶组织是由于加入钠盐后,铸造冷却较 快时共晶点右移的缘故. ZL102铸造性能很好,焊接性能也好,密度小,并有相当好 的抗蚀性和耐热性,但不能时效强化,强度较低,经变质处 理后, σb最高不超过180MPa. 仅适于制造形状复杂但强度要求不高的铸件,例如仪表、水 泵壳体以及一些承受低载荷的零件.
具有良好的铸造性,经变质处理和时效处理后,强度高 ,但耐蚀性差。
大型空压机活塞(ZL401)
Al-Zn合金(ZL401、ZL402)价格便宜,铸造件能优
良,经变质处理和时效处理后强度较高,但抗蚀
性差,热裂倾向大,常用于制造拖拉机的发动机
第八章 有色金属及其合金
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8.2.2
黄铜
• 以Zn为主要合金元素的铜合金称为“黄 铜”. • 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄 铜;按加工方法可分为加工黄铜和铸造黄 铜。 • 常用黄铜的牌号、化学成分、力学性能及 用途列于表8-4。
8.2.2
黄铜
8.2.2
黄铜
• 1.普通黄铜 • 铜与锌的二元合金称为“普通黄铜”。 • 加工普通黄铜的牌号 为H+表示铜平均百 分含量的数字,如H68。 • 铜锌合金相图如图8-4所示。
8.2.1
铜及铜合金的性能特点
• 铜合金是在纯铜中加入合金元素制成的, 常用合金元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、 Fe、Be、Ti、Zr、Cr等。 • 由于合金元素的固溶强化及第二相强化作 用,使得铜合金既提高了强度,又保证了 纯铜的特性。因而在机械工业中得到了广 泛的应用。 • 根据化学成分,铜合金分为黄铜、青铜、 白铜三大类。
8.1.3
铝合合金,其热处 理方法为固溶处理加时效。 • 固溶处理是指:降变形铝合金加热到固溶温 度(DF线)以上,保温,然后快冷,获得 过饱和的单相α固溶体组织的处理方法。 • 时效是指:将过饱和固溶体在固溶线以下保 温,以析出弥散强化相的热处理方法。 • 室温下进行的称为“自然时效”,加热状 态下进行的称为“人工时效”。
8.1.4
铝合金的牌号、性能及用途
• 硬铝合金的强度高、硬度高加工性能良好, 但耐蚀性能低于防锈铝合金。 • 常用的硬铝合金如2A11(LY11)、2A12 (LY12)等用于制造冲压件、模锻件和铆 接件,如螺旋桨、铆钉等。
8.1.4
铝合金的牌号、性能及用途
• ③超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系合 金,并含有少量的Cr和Mn。 • 其强化相除CuAl2 (θ相)和CuMgAl2(S相) 外还有MgZn2(η相)和MgAl2(T相)等。 • 时效强化效果超过硬铝合金,是时效后强 度最高的一种铝合金。
有色金属及合金
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硬铝合金 硬铝合金为Al-Cu-Mg系合金,还含有少量的Mn。各种硬铝合金都 可以进行时效强化,属于可以热处理强化的铝合金,亦可进行变形强化。 其牌号用“LY”表示,“LY”是“铝硬”二字的汉语拼音字首。 硬铝主要分为三种:低合金硬铝,合金中Mg、Cu含量低;标准硬 铝,合金元素含量中等;高合金硬铝,合金元素含量较多。
超硬铝合金 超硬铝合金为Al-Mg-Zn-Cu系合金,并含有少量的Cr和Mn。牌号 有LC4、LC6等。Zn、Cu、Mg与Al可以形成固溶体和多种复杂的第二相。 其牌号用”LC“表示,”LC“是”铝超“二字的拼音字首。 所以经过固溶处理和人工时效后,可获得很高的强度和硬度。它是 强度最高的一种铝合金。但这种合金的抗蚀性较差,高温下软化快。可 以用包铝法提高抗蚀性。超硬铝合金多用来制造受力大的重要构件,如 飞机大梁、起落架等。
Al-Zn铸造铝合金
Al-Zn合金(ZL401、ZL402)价格便宜,铸造性能优良,经变质处 理和时效处理后强度较高,但抗蚀性差,热裂倾向大。常用于制造汽车、 拖拉机的发动机零件及形状复杂的仪器零件,也可用于制造日用品。 铸造铝合金的铸件,由于形状较复杂,组织粗糙,化合物粗大,并 有严重的偏析,因此它的热处理与变形铝合金相比,淬火温度应高一些, 加热保温时间要长一些,以使粗大析出物完全溶解并使固溶体成分均匀 化。淬火一般用水冷却,并多采用人工时效。
铸造铝合金 铸造铝合金按照主要合金元素的不同,可分为四类:Al-Si铸造铝合 金,如ZL101、ZL105等;Al-Cu铸造铝合金,如ZL201、ZL203等;AlMg铸造铝合金,如ZL301、ZL302等;Al-Zn铸造铝合金,如ZL401、 ZL402等。 Al-Si铸造铝合金 Al-Si铸造铝合金通常称为铝硅明,铝硅明包括简单铝硅明(Al-Si二 元合金)和复杂铝硅明(Al-Si-Mg-Cu等多元合金)。其牌号为ZL10~ 系列,含11~13%Si的简单铝硅明(ZL102)铸造后几乎全部是共晶组 织。 内燃机中的活塞,是在高速、高温、高压、变负荷下工作的,所以 要求制造活塞的材料必须比重小、高耐磨、高的耐蚀性、耐热性,还要 求活塞材料的线膨胀系数接近汽缸体的线膨胀系数。复杂铝硅明基本上 能满足这一要求,它是制造活塞的理想材料。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
1.退火
(1) 再结晶退火再结晶温度以上保温后空冷,以消 除变形的加工硬化,提高塑性。
(2) 低温退火消除内应力,适当增加塑性,通常 在180~300℃保温后空冷。
(3) 均匀化退火消除铸锭或铸件的成分偏析及内应 力,提高塑性,通常在高温长时间保温后空冷。
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第九章 非铁金属及其合金
二、铝合金的分类
§1 铝及其合金
铝 中 加 入 适 量 Si、Cu、Mg、Zn、Mn 等 主 加 元 素和Cr、Ti、Zr、B、Ni等辅加元素,组成铝合 金,可提高强度并保持纯铝的特性。
根据成分和生产工艺分两大类:
1) 变形铝合金
2) 铸造铝合金
第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
3. 时效
时 效:将淬火后的铝合金,在室温或低温加 热下保温一段时间,随时间延长其强度、硬度显著升 高而塑性降低的现象。
自然时效:室温下进行的时效; 人工时效:低温加热下进行的时效。
时效实质:第二相从过饱和、不稳定的单一α固 溶体中析出和长大,由于第二相与母相(α相)的共 格程度不同,使母相产生晶格畸变而强化。
第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金 §2 铜及其合金 §3 钛及其合金 §4 轴承合金 §5 其它非铁合金
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第九章 非铁金属及其合金
绪论
除铁之外的其它金属称为非铁金属:
轻金属ρ<4.5g/cm3如Al、Mg、K、Na、Ca等。
重金属ρ>4.5g/cm3如Cu、Zn、Ni、Sn、Pb、Co等。
面心立方结构,塑性极好、强度较低(纯度
99.99%时,σb45MPa,δ50%),良好的低温性能
(-235℃塑性和冲击韧度也不降低),冷变形加工
可提高其强度,但塑性降低。
铸、压力加工、焊和切削加工性能具佳。
铁、硅杂质,影响导电性、抗蚀性及塑性。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
二、铝合金的分类(变形铝合金)
变形铝合金中:
小于F点的合金,固溶体成 分不随温度而变化,不能通过 热处理方法强化,称为不可热 处理强化的铝合金;
成分在F-D之间的合金,固 溶体成分随温度变化,可通过 热处理方法强化,称为可热处 理强化的铝合金。
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第九章 非铁金属及其合金
二、铝合金的分类
变形铝合金: D点以左的合金,加热至固溶
线DF以上温度得到均匀的单相α 固溶体,塑性好,适于进行锻造、 轧制等。
铸造铝合金: D点以右的合金,塑性较差,
不宜压力加工,但流动性好,适 宜铸造。
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§1 铝及其合金
和抗振性,强度高于Al-Mn系合金,但耐热性较 差,广泛用于航空航天工业中,如制造油箱、管 道、铆钉、飞机行李架等。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
四、变形铝合金(硬铝合金LY)
硬铝包括:Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mn系两类
常用Al-Cu-Mg系分为:
低强度硬铝(铆钉硬铝),如LY1、LY3、 LY10等,强度较低,但有很高的塑性;
中强度硬铝(标准硬铝),如LY11;
高强度硬铝,如LY12。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
一、工业纯铝(分类)
按纯度——高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝
高纯铝:有L05~L01五种,数字越大,纯度越高;
工业高纯铝:有LG5~LG1五种,数字越大,纯度越高;
工业纯铝:有L1~L7七种,数字越小,纯度越高。
用途:工业纯铝主要配制铝合金,高纯铝主要用于科学 试验和化学工业。纯铝还可用来制造导线、包覆材料、 耐蚀和生活器皿等。
具有银白色金属光泽,密度2.72g/cm3,熔
点660.4℃,具有良好的导电和导热性,其导电
性仅次于银和铜。纯铝在空气中易氧化,表面
形成一层能阻止内层金属继续被氧化的致密的
氧化膜,因此具有良好的抗大气腐蚀性能。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
一、工业纯铝(工艺性能)
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
2.淬火(固溶处理)
将铝合金加热到固溶线以上保温后快 冷,使第二相来不及析出,得到过饱和、 不稳定的单一α固溶体。淬火后铝合金的 强度和硬度不高,具有很好的塑性。
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贵金属 Au、Ag、Pt、Rh(铑)、Cd(镉)等。
稀有金属相对稀少或产量较少Ti、W、V、Nb、Mo等。
放射性金属如镭(Ra)、铀(U)、钍(Th)等。
半金属介于金属与非金属之间的元素,如硅、锗、硼
非铁金属具有许多优良特性
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
一、工业纯铝(物理性能)
使用: 防锈铝只能用冷变形来强化,一般在退火
态或冷作硬化态使用。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
四、变形铝合金(防锈铝合金LF)
常用Al-Mn系: LF21,抗腐蚀性较好,常用来制造需弯曲、
冷拉或冲压的零件,如管道、容器、油箱等。
常用Al-Mg系: F2、LF3、LF5、LF6等,有较高的疲劳性能
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
3. 时效曲线【Al-4%Cu合金】
自然时效
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人工时效
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第九章 非铁 铝及其合金
变形铝合金依据其性能特点可分为四种:
⑴ 防锈铝合金
LF
⑵ 硬铝合金
LY
⑶ 超硬铝合金
LC
⑷ 锻造铝合金
LD
LF为不可热处理强化铝合金,其它为可热 处理强化铝合金。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
四、变形铝合金(防锈铝合金LF)
系列: Al-Mn系、Al-Mg系
性能: 具有很高的塑性、较低或中等的强度、优
良的耐蚀性能和良好的焊接性能。