汽车材料 教学课件 作者 黄武全 第三单元.ppt

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1、第三单元非铁金属及其合金课题一铝及铝合金一、铝及铝合金的性能特点1.密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低纯铝的密度为2.72×103kg/m3，仅为铁的1/3左右，熔点为660.34℃，导电性仅次于铜、金、银。铝合金的密度也很低，熔点更低，但导电性、导热性不如纯铝。铝及铝合金的磁化率极低，属于非铁磁材料。2.抗大气腐蚀性能好铝和氧的化学亲和力大，在空气中铝及铝合金表面会很快形成一层致密的氧化膜，可防止内部继续氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破坏，因此不能用铝及铝合金制作的容器盛放盐溶液和

2、碱溶液。3.加工性能好纯铝具有较高的塑性(A=30％～50％，Z=80％)，易于压力成形加工，并有良好的低温性能。纯铝的强度低，虽经冷变形强化，但也不能直接用于制造受力的结构件，而铝合金通过冷成形和热处理，具有低合金钢的强度。金属材料因此，铝及铝合金被广泛应用于电气工程、航空航天、汽车制造及生活等各个领域。铝及其铝合金的种类情况如图3-1所示。二、纯铝1.纯铝的分类按铝含量分为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝三类，其纯度、用途及代号见表3-1。其中牌号中的“L”为“铝”的汉语拼音之首。2.工业纯铝工业

3、纯铝有银白色光泽，密度小(2.72×103kg/m3)，熔点低(660℃)，导电导热性优良(仅次于Ag、Cu)，为非磁性材料。纯铝化学性质活泼，在空气中极易氧化形成一层牢固致密的氧化膜表面，从而使其在空气及淡水中具有良好的抗蚀性；铝具有良好的塑性和韧性，可以很容易通过压力加工成型；且在低温下也有很好的塑性和韧性。纯铝还易于铸造和切削，具有良好的工艺性能。三、铝合金纯铝的强度低，因而在纯铝中常加入硅、铜、镁、锰等合金元素配制成铝合金。铝合金不仅能保持纯铝密度小、耐蚀性和导热性好的优点，而且强度比纯铝

4、更高。铝合金常用于制造质量轻、强度要求较高的零件，在汽车、航空制造等部门得到广泛的应用。目前铝合金中主要加入的合金元素有铜、镁、硅、锰、锌和锂等，它们可单独加入，也可配合加入。1.铝合金的强化固态铝无同素异构转变，其热处理与钢不同。而铝合金中，由于加入了合金元素，可改变铝的组织结构，提高其力学性能。合金元素对铝的强化作用主要表现为固溶强化、时效强化和细化组织强化。(1)固溶强化铝中的合金元素与铝形成有限固溶体，导致晶格畸变，提高了铝合金的强度，但其强化效果有限。进行固溶强化时，往往采用多元、少量的

5、复杂化合物原则，即多种合金元素同时加入；但每种元素加入量要少，使固溶体的成分复杂化，可使固溶体的强化效果更高，并保持较高硬度。(2)时效强化经淬火(或固溶处理)后再进行时效处理，可大大提高铝合金的强度。时效处理中铝合金的合金元素应在铝中有较高的极图3-2wCu=4%的铝合金的自然时效曲线限溶解度，并且该溶解度随温度降低而显著减少，使淬火后形成过饱和固溶体。(3)细化组织强化细化组织强化是指在铝合金中加入微量合金元素，细化铝合金固溶体基体或过剩相组织(铝中加入合金元素含量超过其溶解度时。2.铝合金的

6、分类根据铝合金的化学成分及生产工艺不同，可分为变形铝合金和铸造铝合金两类，如图3-3所示为铝合金相图。(1)变形铝合金铝合金中溶质B的含量小于最大溶解度D，在加热时形成单相固溶体。它具有良好的塑性，适合于各种压力加工，称为变形铝合金。(2)铸造铝合金铸造铝合金是指适宜于铸造成型的铝合金。一般含较多的合金元素B(总量为8%～25％)，具有良好的铸造性能，可直接铸造成各种形状复杂的零件；并有足够的力学性能和其他性能，且生产工艺和设备简单，成本低。尽管其力学性能不如变形铝合金，但在许多工业领域仍然有着广

7、泛的应用。(3)压力铸造工艺把液态金属以高压注入金属铸型中并保持压力一段时间，用于获得高质量、高精度、形状比较复杂的铸造零件，这种方法称为压力铸造，简称压铸。四、铝合金的热处理热处理是提高铝合金综合力学性能和组织稳定性的重要工艺方法，铝合金在使用前主要进行的热处理强化方法有淬火(固溶处理)和时效。淬火，即铝合金的固溶处理，是将合金加热到固溶线以上的特定温度保温后快冷，以得到不稳定的过饱和固溶体组织，为后续合金的时效强化处理做好准备。淬火后铝合金的强度和硬度不高，且有良好的塑性，可以进行一定的压力加

8、工。固溶处理后，铝合金都要进行时效强化处理。这种处理可以是自然时效，也可以是人工时效。时效过程可以根据铝合金的组织转变特征和性能需求确定。五、车用铝合金的前景随着汽车工业的迅速发展，减轻汽车重量、降低油耗、改善对环境的污染等要求，使汽车轻量化设计变得越来越重要。减轻汽车自重的关键是使用轻质材料，能够大幅度减轻重量的铝合金等材料的应用越来越广泛。从1992年到2000年非铁合金铸件产量逐年上升，铝合金铸件增长了近80％，取得了很大的发展，特别是铝及其合金由于具有质轻、耐磨、耐腐蚀、弹