金属材料铝及铝合金优秀课件
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4
1827年，德国化学家维勒以铝土矿和熔融的钾反应，得到少量的铝 1854年法国化学家德维尔以铝土矿和熔融的钠反应，也得到少量的铝 由于钾和钠均极难制得,所以,当时其价格比黄金还要昂贵
法国皇帝拿破仑三世,曾用铝制做了 一顶头盔,以显示自己的富有。所以, 铝曾被列为“稀有金属”。
5
一、工业纯铝（物理性能）
3
发展 ❖ 1825年发现Al元素 ❖ 1886年英国的Hall和法国的Heroult发明了电解法制备纯铝 ❖ 1888年形成工业规模生产，但应用很有限 ❖ 20世纪中叶，铝合金在飞机上的应用刺激了铝工业的飞速发展 ❖ 20世纪80年代以后，Al-Li合金、Al-Sc合金等新型合金
纯铝的制备 ❖ 原始矿石为Al2O3•3H2O和Al2O3•H2O ❖ 矿石经高温熔炼得到纯的Al2O3 ❖ Al2O3用熔融的冰晶石溶解后通直流电电解得到纯铝
变形工件的加工硬化，提高塑性，以便继续进行 成形加工。 (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。
17
四、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
11
3. 铝合金共晶中的过剩相（强化 ）
共晶中的第二相不溶于铝基固溶体，又称为过剩相，其数量达 到一定量时可提高合金的强度和硬度，过高会降低韧性
4. 铝合金中的微量元素及微合金相
铝合金中添加微量元素Ti、Zr和Re，可形成难熔金属间化合物 ，在合金结晶过程中起非自发形核核心作用，细化晶粒，产生 细晶强化
2. 铝合金中的沉淀强化
沉淀强化相应满足以下的基本条件： 硬度高的质点； 在固溶体中高温下有较大的溶解度；能析出较大体积分数的沉淀相 在时效过程中，沉淀相具有一系列介稳相, 并且是弥散分布，与基
体形成共格，在周围基体中产生较大的共格应变区
10
例如： Al-Cu 合金中， θ-CuAl2， Al-Cu-Mg合金中， S相（Al2CuMg）； Al-Zn-Mg系合金中，η-MgZn2，T-Al2Mg3Zn3； Al-Si-Mg系中，出现 β（Mg2Si） Al-Li系中， δ（AlLi）
金属材料铝及铝合金优秀课件
1
非铁金属
非铁金属：除铁之外的其它金属
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 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
15
三、铝合金的分类(形变铝合金)
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-E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
16
四、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一段时间后空冷，用于消除
13
三、铝合金的分类
组织类型 : 单相组织α或α+第二相组织 根据成分和生产工艺特点可将铝合金分为两大类：
1) 形变铝合金 2) 铸造铝合金
14
三、铝合金的分类
形变铝合金 成分在E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 成分在E点以右的合金，存在共晶组织 ，塑性较差，不宜压力加工，但流动性 好，适宜铸造
12
铝合金的主要合金元素及其作用
Cu： 固溶强化，沉淀强化，提高耐热性 Mg： 固溶强化，增加抗蚀性，与其它合金元素共同起到沉淀强化作用 Mn： 有一定的固溶强化作用，主要是提高抗蚀性 Si： 主要起过剩相强化作用，也可与Mg一起产生沉淀强化作用 Zn： 固溶强化，与其它合金元素共同起到沉淀强化作用 Li： 沉淀强化，提高弹性模量，降低密度 Ti, Zr, Sc等：一般作为辅加元素，细化晶粒
非铁金属具有许多黑色金属所不及的优良特性，是现代工业 中不可缺少的材料
2
第八章 铝及铝合金
概述 ❖ Al是地壳中储量最多的一种金属元素，居四大金属元素之首 （Al: 8.2wt%, Fe: 5.1wt%, Mg: 2.1wt%, Ti: 0.6wt%) ❖ 在航空航天领域占有不可替代的位置 ➢ 在民用飞机上，Al合金占飞机结构总重量的70~80% ➢ 在军用飞机上，Al合金占飞机结构总重量的40~60%
按纯度：高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝
高纯铝： L05～L01五种，数字越大，纯度越高；
工业高纯铝：LG5～LG1五种，数字越大，纯度越高；
工业纯铝： L1～L7七种，数字越小，纯度越高。
用途：
主要用途是配制铝合金
高纯铝主要用于科学试验和化学工业
纯铝还可用来制造电线电缆、包覆材料、耐蚀和生活器皿 等
8
σwenku.baidu.com45MPa，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。 含有少量铁、硅等杂质元素，杂质含量增加，其导电性、抗
蚀性及塑性都降低 强化方式：一般用固溶强化或冷变形强化提高其强度
7
一、工业纯铝（分类）
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
6
一、工业纯铝（工艺性能）
面心立方结构，极好的塑性和较低的强度(纯度99.99%时，
二、铝的合金化
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 不同的合金元素在铝合金中形成不同的合金相，起着不同的作用
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1．铝基固溶体
合金元素与铝均形成有限固溶体，如Mn、Mg、Zn等二元系均不 产生沉淀强化相，主要溶于铝基固溶体, 起固溶强化作用
1827年，德国化学家维勒以铝土矿和熔融的钾反应，得到少量的铝 1854年法国化学家德维尔以铝土矿和熔融的钠反应，也得到少量的铝 由于钾和钠均极难制得,所以,当时其价格比黄金还要昂贵
法国皇帝拿破仑三世,曾用铝制做了 一顶头盔,以显示自己的富有。所以, 铝曾被列为“稀有金属”。
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一、工业纯铝（物理性能）
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发展 ❖ 1825年发现Al元素 ❖ 1886年英国的Hall和法国的Heroult发明了电解法制备纯铝 ❖ 1888年形成工业规模生产，但应用很有限 ❖ 20世纪中叶，铝合金在飞机上的应用刺激了铝工业的飞速发展 ❖ 20世纪80年代以后，Al-Li合金、Al-Sc合金等新型合金
纯铝的制备 ❖ 原始矿石为Al2O3•3H2O和Al2O3•H2O ❖ 矿石经高温熔炼得到纯的Al2O3 ❖ Al2O3用熔融的冰晶石溶解后通直流电电解得到纯铝
变形工件的加工硬化，提高塑性，以便继续进行 成形加工。 (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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四、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
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3. 铝合金共晶中的过剩相（强化 ）
共晶中的第二相不溶于铝基固溶体，又称为过剩相，其数量达 到一定量时可提高合金的强度和硬度，过高会降低韧性
4. 铝合金中的微量元素及微合金相
铝合金中添加微量元素Ti、Zr和Re，可形成难熔金属间化合物 ，在合金结晶过程中起非自发形核核心作用，细化晶粒，产生 细晶强化
2. 铝合金中的沉淀强化
沉淀强化相应满足以下的基本条件： 硬度高的质点； 在固溶体中高温下有较大的溶解度；能析出较大体积分数的沉淀相 在时效过程中，沉淀相具有一系列介稳相, 并且是弥散分布，与基
体形成共格，在周围基体中产生较大的共格应变区
10
例如： Al-Cu 合金中， θ-CuAl2， Al-Cu-Mg合金中， S相（Al2CuMg）； Al-Zn-Mg系合金中，η-MgZn2，T-Al2Mg3Zn3； Al-Si-Mg系中，出现 β（Mg2Si） Al-Li系中， δ（AlLi）
金属材料铝及铝合金优秀课件
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非铁金属
非铁金属：除铁之外的其它金属
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 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
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三、铝合金的分类(形变铝合金)
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-E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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四、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一段时间后空冷，用于消除
13
三、铝合金的分类
组织类型 : 单相组织α或α+第二相组织 根据成分和生产工艺特点可将铝合金分为两大类：
1) 形变铝合金 2) 铸造铝合金
14
三、铝合金的分类
形变铝合金 成分在E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 成分在E点以右的合金，存在共晶组织 ，塑性较差，不宜压力加工，但流动性 好，适宜铸造
12
铝合金的主要合金元素及其作用
Cu： 固溶强化，沉淀强化，提高耐热性 Mg： 固溶强化，增加抗蚀性，与其它合金元素共同起到沉淀强化作用 Mn： 有一定的固溶强化作用，主要是提高抗蚀性 Si： 主要起过剩相强化作用，也可与Mg一起产生沉淀强化作用 Zn： 固溶强化，与其它合金元素共同起到沉淀强化作用 Li： 沉淀强化，提高弹性模量，降低密度 Ti, Zr, Sc等：一般作为辅加元素，细化晶粒
非铁金属具有许多黑色金属所不及的优良特性，是现代工业 中不可缺少的材料
2
第八章 铝及铝合金
概述 ❖ Al是地壳中储量最多的一种金属元素，居四大金属元素之首 （Al: 8.2wt%, Fe: 5.1wt%, Mg: 2.1wt%, Ti: 0.6wt%) ❖ 在航空航天领域占有不可替代的位置 ➢ 在民用飞机上，Al合金占飞机结构总重量的70~80% ➢ 在军用飞机上，Al合金占飞机结构总重量的40~60%
按纯度：高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝
高纯铝： L05～L01五种，数字越大，纯度越高；
工业高纯铝：LG5～LG1五种，数字越大，纯度越高；
工业纯铝： L1～L7七种，数字越小，纯度越高。
用途：
主要用途是配制铝合金
高纯铝主要用于科学试验和化学工业
纯铝还可用来制造电线电缆、包覆材料、耐蚀和生活器皿 等
8
σwenku.baidu.com45MPa，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。 含有少量铁、硅等杂质元素，杂质含量增加，其导电性、抗
蚀性及塑性都降低 强化方式：一般用固溶强化或冷变形强化提高其强度
7
一、工业纯铝（分类）
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
6
一、工业纯铝（工艺性能）
面心立方结构，极好的塑性和较低的强度(纯度99.99%时，
二、铝的合金化
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 不同的合金元素在铝合金中形成不同的合金相，起着不同的作用
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1．铝基固溶体
合金元素与铝均形成有限固溶体，如Mn、Mg、Zn等二元系均不 产生沉淀强化相，主要溶于铝基固溶体, 起固溶强化作用