有色金属及其合金.ppt
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有色金属合金-4
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
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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
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
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。
有色金属及其合金
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。
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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
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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。
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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
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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。
有色金属及其合金
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。
有色金属及其合金
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
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
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。