船舶焊接工艺船舶材料与焊接第三章船用非铁金属材料与其它材料

（单位质量能够提供的强度）高，如铝合金、钛合金等。
近年来，航空、航海中为减轻重量，提高运载能力和航
行速度，要求材料强度高、密度轻。此外，石油、化工、
航海中的设备及其零件要在腐蚀介质中工作，要求材料
具有良好的耐腐蚀性，所以非铁金属在近代造船行业中
应用广泛，特别是高强度、耐腐蚀的轻合金材料的应用，
大大改善了船舶的使用性能。
根据上述特点，工业纯铝的主要用途为：代替较贵重的铜 制作导线、电缆；配制铝合金；制作具有导热和抗大气腐蚀性能而 对强度要求不高的用具和器皿。
工业纯铝中常见的杂质是铁和硅，杂质越多，其导电性能越低， 腐蚀性、塑性越差。
铝芯线
纯铝机箱
纯铝吊灯 AVC纯铝散热器
二、铝合金的分类及对船用铝合金性能的基本要求 铝合金：纯铝的强度较低，若在铝中加入一些元素，如铜、镁、 锌、锰、硅等形成铝合金，其性能将会有很大的改善。 （一）铝合金的分类 根据铝合金的化学成分和工艺特点，可将铝合金分为变形铝合 金和铸造铝合金两类。
铝合金 状态图的一般类型
铝合金的分类
形变铝合金
不能热处理 强化铝合金
能热处理 强化铝合金
铸造铝合金
（二）合金性能的基本要求
把铝合金加热到α相区，保温后在水中快冷，得到单相过饱和 的α固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬火。
力学性能方面： 1、屈强比 保持一定差距，一般不要大于0.8，利于半成品和 零件的加工矫正工作。 2、高温强度 在加热到100℃之前，应保持力学性能不变，加 热到250℃时，屈服强度大于60%。 3、疲劳强度 平板试样的疲劳强度不小于50MPa，带焊缝试样 的疲劳强度不小于40 MPa。 4、延伸率 不小于10%，以适应各种加工工艺需要。 抗腐蚀性能方面： 应具有良好的抗腐蚀性能，特别是抗海水腐蚀性能。对高强度 变形铝合金，还要求有较好抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能。 其它方面： 热处理不可强化铝合金，应具有良好的可焊性和加工性；热处 理可强化铝合金，经过一定热处理后，应具有良好的加工性，并具 有在热处理中抵抗变形的能力。
3.常用的铝合金
(1)防锈铝合金 :
Al – Mn 通过固溶强化提高铝合金的
强度和抗蚀性 ( 比纯铝好 )。
Al – Mg 通过固溶强化提高铝合金的
强度和抗蚀性 ( 比纯铝轻 )。
防锈铝合金均属热处理不可强化的铝合金，加工硬化是
其唯一的强化手段。
防腐保温铝板卷铝皮
铝镁合金板
瓦楞铝板
(2)硬铝合金: Al – Cu – Mg 通过 时效强化提铝合金强度,但 耐蚀性不高。常用于航空制 造业结构件的制造，如飞机 螺旋桨、叶片、隔框、蒙皮、 支架、承受高负荷的 铆钉等。
(3)超硬铝合金: Al – Zn – Mg – Cu 通过时效强化和形成的强化相, 使铝合金达到最高的硬度和强 度。但耐蚀性较差。主要用于 制造飞机的受力构件，如飞机 的起落架、大梁等。
飞机翼梁(腹板为硬铝合金)
飞机主起落架
(4)锻铝合金 : Al – Mg – Si – Cu 具有良好的热塑性,通过固溶 处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。
由于锻铝合金的热塑性好，所以适于制造航空及仪表工 业中各种形状复杂、要求比强度较高的锻件，如各种叶轮、 框架或高温条件下（200℃~300℃以下）工作的零件，如内 燃机的活塞及汽缸等。
压气机叶片
（五）铸造铝合金 1.分类
用来制作铸件的铝合金，成为铸造铝合金。 铸造铝合 金分为铝—硅系、铝—铜系、铝—镁系和铝—锌系四种。其 中铝—硅系应用最广。
（三）铝合金的时效硬化 1.定义: 固溶处理或淬火： 把铝合金加热到α相区，保温后在水中快 冷，得到单相过饱和的α固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬 火。 时效硬化：在固溶处理后的合金随时间延 续而发生进一步强 化的现象。 回归现象：已经时效硬化的铝合金，如若需恢复其塑性，可在 230~250℃作短时间加热，然后快冷至室温，合金将重新恢复塑性， 即性能恢复到淬火状态。若在室温下放置，则与新淬火合金一样， 仍能进行正常的自然时效与人工时效，这种现象称为回归现象。
第三章 船用非铁金属材料及其它材料
本章主要介绍船用铝合金、 铜合金、钛合金等种类、 牌号、性能及其用途.
概述:
工业上钢铁称为黑色金属，除钢铁以外的金属称为
非铁金属（又称有色金属） 。非铁金属与黑色金属相
比，具有一系列特点，有良好的导热性和导电性，如银、
铜、铝等。有优异的化学稳定性，如铝、钛等。比强度
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第一节 船用铝合金
一、纯铝的性能特点:
（一）纯铝的密度小（2.7g/cm3）。其强度很低，σb=80 MPa ~100 MPa。但塑性很好，δ=30%~50%。熔点为660℃，结晶后 具有面心立方晶格，没有同素异构转变。
（二）导电、导热性能仅次于银、铜、金而居于第四位。 （三）具有良好的抗大气腐蚀能力，在空气中铝的表面可生 成致密的氧化膜，可有效地隔绝铝和氧的接触，阻止表面的进一步 氧化。
2.牌号 铸造铝合金的牌号表示法如下：例如，ZAlSi7Mg；Z— 汉语拼音“铸”字的第一个大写字母，Al—铝的元素符号， Si—硅的元素符号，7—硅的质量分数，Mg—镁的元素符号。
常用铸造铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见 表3-2。
3.铸造铝 – 硅合金(俗称硅铝明 ) 铝 – 硅合金一般铸造所得的组织几乎 全部是粗大的共晶体 ，它使合金的力学性 能下降.通常采用变质处理细化晶粒后， 力学性能显著提高。 一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂 但强度要求不高的铸件，如发动机汽缸、 手提电动工具或风动工具，以及仪表的外 壳等。同时，加入Mg、Cu的铝—硅合金 （ZL108），还具有较好的耐热性与耐磨 性，常用于制造内燃机的活塞等。
自然时效
2.种类
人工时效
含4%Cu的铝合金自然时效曲线
含4%Cu的铝合金在不同温度下的人工时效曲线
（四）船用变形铝合金
1.分类 船用变形铝合金，按其化学成分与主要性能特点，分为 防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等四种，见表3-1。 2.牌号 按GB/T16474—1996规定，变形铝合金牌号用四位字符体 系表示，牌号的第一、三、四位为数字，第二位为字母“A”。 牌号中第一位数字是依主要合金元素Cu、Mn、Si、Mg、Mg2Si、 Zn的顺序来表示变形铝合金的组别。依其主要合金元素的排列 顺序分别标示为2、3、4、5、6、7。例如，5A50，表示以镁为 主要合金元素的变形铝合金，后两位数字用以标识同一组别的 不同铝合金。