模塊七有色金屬與硬質(zhì)合金模塊七有色金屬與硬質(zhì)合金任務五硬質(zhì)合金及其應用任務四滑動軸承合金及其應用任務三鈦、鈦合金及其應用任務二銅、銅合金及其應用任務一鋁、鋁合金及其應用01鋁、鋁合金及其應用純鋁是銀白色的金屬，具有如下特性。1．密度?。é?2.7×103kg/m3），是一種輕金屬。2．導電性和導熱性良好，僅次于銀、金、銅。3．在空氣中，鋁的表面能形成致密的Al2O3保護膜，阻止鋁進一步氧化，具有較好的抗大氣腐蝕能力。鋁的純度越高，耐蝕性越好。4．具有良好的加工工藝性能。鋁屬于面心立方晶格金屬，塑性較好，適于冷、熱變形加工，并可通過冷變形強化來提高鋁的強度。任務一鋁、鋁合金及其應用一、純鋁工業(yè)純鋁中鋁的質(zhì)量分數(shù)一般應不低于99%，用牌號1×××表示。常用工業(yè)純鋁的牌號、化學成分及用途見表7-1。任務一鋁、鋁合金及其應用純鋁的強度很低（Rm=80~100MPa），但加入適量的硅、銅、鎂、鋅或錳等合金元素形成鋁合金，再經(jīng)過適當?shù)奶幚砗?，強度可以明顯提高（Rm=500~600MPa）。根據(jù)其性能特點，鋁合金可分為鑄造鋁合金、壓鑄鋁合金和變形鋁合金三類。任務一鋁、鋁合金及其應用二、鋁合金及其分類1．鑄造鋁合金這類鋁合金具有良好的鑄造性能，可用金屬鑄造工藝直接獲得零件。鑄造鋁合金的種類很多，常用的有鋁—硅（Al-Si）系、鋁—銅（Al-Cu）系、鋁—鎂（Al-Mg）系和鋁—鋅（Al-Zn）系等，其中以鋁—硅系應用最為廣泛。鋁硅合金具有良好的鑄造性能，廣泛用來制造形狀復雜的零件。為了進一步提高鋁硅合金的強度，還可加入銅、鎂等元素，通過淬火、時效處理使合金進一步強化。鑄造鋁合金的代號用“鑄鋁”兩字漢語拼音首字母“ZL”及后面三位數(shù)字表示。第一位數(shù)字表示鋁合金的類別，1表示鋁硅合金、2表示鋁銅合金、3表示鋁鎂合金、4表示鋁鋅合金，后兩位數(shù)字表示合金的順序號。任務一鋁、鋁合金及其應用常用鑄造鋁合金的牌號、化學成分、力學性能及用途見表7-2。任務一鋁、鋁合金及其應用2．壓鑄鋁合金壓鑄是壓力鑄造的簡稱，它是將鋁錠（純度為92%左右）和合金材料，經(jīng)熔爐熔化后在高壓作用下以較高的速度填充壓鑄模型腔，并使熔融金屬在壓力作用下凝固而獲得鋁合金鑄件的方法。鑄件的精度及表面質(zhì)量比其他鑄造方法高，可壓鑄出形狀復雜的薄壁件或鑲嵌件，強度、硬度較高，生產(chǎn)率高。壓鑄區(qū)別于其他鑄造方法的主要特點是高壓和高速。任務一鋁、鋁合金及其應用常用壓鑄鋁合金的牌號、化學成分、力學性能見表7-3。任務一鋁、鋁合金及其應用3．變形鋁合金這類鋁合金可通過壓力加工制成型材，故要求合金應具有良好的塑性變形能力，其組織主要是固溶體，塑性變形能力很好，適用于鍛造、軋制和擠壓。根據(jù)《變形鋁及鋁合金牌號表示方法》（GB/T16474—2011），凡是化學成分與變形鋁及鋁合金國際牌號注冊協(xié)議組織命名的鋁合金相同的所有鋁合金，其牌號直接采用國際四位數(shù)字體系牌號，未與國際四位數(shù)字體系牌號的變形鋁合金接軌的，采用四位字符牌號（試驗鋁合金在四位字符牌號前加X）命名，并按要求注冊化學成分。任務一鋁、鋁合金及其應用四位字符體系牌號的第一、三、四位為阿拉伯數(shù)字，第二位為英文大寫字母（C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外）。牌號的第一位數(shù)字表示鋁及鋁合金的組別，見表7-4。鋁及鋁合金的組別與牌號系列見表7-4。任務一鋁、鋁合金及其應用常用變形鋁合金的牌號、化學成分、性能及用途見表7-5。任務一鋁、鋁合金及其應用純鋁的力學性能不高，不適宜制作承受較大載荷的結構零件。為了提高鋁的力學性能，在純鋁中加入某些合金元素制成合金，常加入的合金元素有銅、鎂、鉻、鋅、硅、錳、鎳、鈷、鈦及鍶等。這些合金元素加入后通過以下幾個方面對鋁進行強化。任務一鋁、鋁合金及其應用三、鋁合金的強化1．固溶強化及固溶熱處理固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入晶格發(fā)生畸變。晶格畸變增大位錯運動的阻力，使金屬的塑性變形變得更加困難，從而提高合金的強度和硬度。這種通過形成固溶體使金屬強度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強化。合金元素加入純鋁中形成固溶體，不僅能獲得高的強度，而且還能獲得優(yōu)良的塑性與良好的壓力加工性能。在一般鋁合金中固溶強化最常用的合金元素是銅、鎂、錳、鋅、硅、鎳等。固溶熱處理是將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。任務一鋁、鋁合金及其應用2．時效強化鋁合金熱處理后可以得到過飽和的鋁基固溶體。這種過飽和鋁基固溶體在室溫或加熱到某一溫度時，其強度和硬度隨時間的延長而增高，但塑性降低，這個過程稱為時效。時效過程中使合金的強度、硬度增高的現(xiàn)象稱為時效強化或時效硬化。時效處理可分為自然時效和人工時效兩種。自然時效是將鑄件置于露天場地半年以上，使其緩慢地發(fā)生變形，從而使殘余應力消除或減??；人工時效是將鑄件加熱到550~650℃進行去應力退火，它比自然時效節(jié)省時間，殘余應力去除得更為徹底。任務一鋁、鋁合金及其應用3．過剩相強化當鋁中加入的合金元素含量超過其極限溶解度時，淬火加熱時便有一部分不能溶入固溶體的第二相出現(xiàn)，稱之為過剩相。在鋁合金中過剩相多為硬而脆的金屬間化合物。它們在合金中起阻礙滑移和位錯運動的作用，使強度、硬度提高，而塑性、韌性降低。合金中過剩相的數(shù)量越多，其強化效果越好，但過剩相過多時，會由于合金變脆而導致強度、塑性降低。任務一鋁、鋁合金及其應用4．變質(zhì)處理在鋁合金中添加微量元素進行變質(zhì)處理，可以細化晶粒，使力學性能提高，是提高鋁合金力學性能的另一種重要手段。變形鋁合金中添加微量鈦、鋯、鈹、鍶以及稀土元素，它們能形成難熔化合物，在合金結晶時作為非自發(fā)晶核，起細化晶粒的作用，提高合金的強度和塑性。鑄造鋁合金中常加入微量元素作變質(zhì)處理來細化合金組織，提高強度和塑性。變質(zhì)處理對某些不能熱處理強化或強化效果不明顯的鑄造鋁合金和變形鋁合金具有特別重要的意義。任務一鋁、鋁合金及其應用5．冷變形強化冷變形強化也稱冷作硬化，即金屬材料在再結晶溫度以下冷變形時，金屬內(nèi)部位錯密度增大，且相互纏結并形成胞狀結構，阻礙位錯運動。變形程度越大位錯纏結越嚴重，變形抗力越大，強度越高。冷變形后強化的程度隨變形程度、變形溫度及材料本