船舶焊接工艺 船舶材料与焊接第三章.ppt

第三章第三章 船用非铁金属材料及其它材料船用非铁金属材料及其它材料n n本章主要介绍本章主要介绍本章主要介绍本章主要介绍船用铝合金、船用铝合金、船用铝合金、船用铝合金、铜合金、钛合金等种类铜合金、钛合金等种类铜合金、钛合金等种类铜合金、钛合金等种类、、、、牌号牌号牌号牌号、、、、性能及其用途性能及其用途性能及其用途性能及其用途. .n n 概述概述概述概述: : : : n n 工业上钢铁称为黑色金属，除钢铁以外的金属称为工业上钢铁称为黑色金属，除钢铁以外的金属称为工业上钢铁称为黑色金属，除钢铁以外的金属称为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非铁金属非铁金属非铁金属（又称（又称（又称（又称有色金属有色金属有色金属有色金属）））） 非铁金属与黑色金属相非铁金属与黑色金属相非铁金属与黑色金属相非铁金属与黑色金属相比，具有一系列特点，有良好的比，具有一系列特点，有良好的比，具有一系列特点，有良好的比，具有一系列特点，有良好的导热性导热性导热性导热性和和和和导电性导电性导电性导电性，如银、，如银、，如银、，如银、铜、铝等。

有优异的铜、铝等有优异的铜、铝等有优异的铜、铝等有优异的化学稳定性化学稳定性化学稳定性化学稳定性，如铝、钛等如铝、钛等如铝、钛等如铝、钛等比强度比强度比强度比强度（单位质量能够提供的强度）高（单位质量能够提供的强度）高（单位质量能够提供的强度）高（单位质量能够提供的强度）高，如铝合金、钛合金等如铝合金、钛合金等如铝合金、钛合金等如铝合金、钛合金等近年来，航空、航海中为减轻重量，提高运载能力和航近年来，航空、航海中为减轻重量，提高运载能力和航近年来，航空、航海中为减轻重量，提高运载能力和航近年来，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、行速度，要求材料强度高、密度轻此外，石油、化工、行速度，要求材料强度高、密度轻此外，石油、化工、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，要求材料航海中的设备及其零件要在腐蚀介质中工作，要求材料航海中的设备及其零件要在腐蚀介质中工作，要求材料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具有良好的具有良好的具有良好的耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性，所以非铁金属在近代造船行业中，所以非铁金属在近代造船行业中，所以非铁金属在近代造船行业中，所以非铁金属在近代造船行业中应用广泛，特别是应用广泛，特别是应用广泛，特别是应用广泛，特别是高强度、耐腐蚀的轻合金材料高强度、耐腐蚀的轻合金材料高强度、耐腐蚀的轻合金材料高强度、耐腐蚀的轻合金材料的应用，的应用，的应用，的应用，大大改善了船舶的使用性能。

大大改善了船舶的使用性能大大改善了船舶的使用性能大大改善了船舶的使用性能n n 第一节第一节第一节第一节 船用铝合金船用铝合金船用铝合金船用铝合金 一、纯铝的性能特点一、纯铝的性能特点一、纯铝的性能特点一、纯铝的性能特点: : : : （一）纯铝的密度小（（一）纯铝的密度小（（一）纯铝的密度小（（一）纯铝的密度小（2.7g/cm2.7g/cm2.7g/cm2.7g/cm3 3 3 3）其强度很低，）其强度很低，）其强度很低，）其强度很低，σσσσb b b b=80 =80 =80 =80 MPaMPaMPaMPa ~100 ~100 ~100 ~100 MPaMPaMPaMPa但塑性很好，但塑性很好，但塑性很好，但塑性很好，δ=30%~50%δ=30%~50%δ=30%~50%δ=30%~50%熔点为660℃660℃660℃660℃，结晶后，结晶后，结晶后，结晶后具有面心立方晶格，没有同素异构转变具有面心立方晶格，没有同素异构转变具有面心立方晶格，没有同素异构转变。

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、金而居于第四位二）导电、导热性能仅次于银、铜、金而居于第四位二）导电、导热性能仅次于银、铜、金而居于第四位二）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（三）具有良好的抗大气腐蚀能力，在空气中铝的表面可生（三）具有良好的抗大气腐蚀能力，在空气中铝的表面可生（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 根据上述特点，工业纯铝的主要用途为：代替较贵重的铜根据上述特点，工业纯铝的主要用途为：代替较贵重的铜根据上述特点，工业纯铝的主要用途为：代替较贵重的铜根据上述特点，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。

对强度要求不高的用具和器皿对强度要求不高的用具和器皿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，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，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，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、塑性越差腐蚀性、塑性越差腐蚀性、塑性越差腐蚀性、塑性越差AVCAVC纯铝散热器纯铝散热器纯铝散热器纯铝散热器 纯铝吊灯纯铝吊灯纯铝吊灯纯铝吊灯纯铝机箱纯铝机箱纯铝机箱纯铝机箱铝芯线铝芯线铝芯线铝芯线n n 二、铝合金的分类及对船用铝合金性能的基本要求二、铝合金的分类及对船用铝合金性能的基本要求二、铝合金的分类及对船用铝合金性能的基本要求二、铝合金的分类及对船用铝合金性能的基本要求n n 铝合金：纯铝的强度较低，若在铝中加入一些元素，如铜、镁、铝合金：纯铝的强度较低，若在铝中加入一些元素，如铜、镁、铝合金：纯铝的强度较低，若在铝中加入一些元素，如铜、镁、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。

锌、锰、硅等形成铝合金，其性能将会有很大的改善锌、锰、硅等形成铝合金，其性能将会有很大的改善锌、锰、硅等形成铝合金，其性能将会有很大的改善n n （一）铝合金的分类（一）铝合金的分类（一）铝合金的分类（一）铝合金的分类n n 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金和铸造铝合金两类金和铸造铝合金两类金和铸造铝合金两类 铝合金铝合金铝合金铝合金 状态图的一般类型状态图的一般类型状态图的一般类型状态图的一般类型铝合金的分类铝合金的分类形变铝合金形变铝合金铸造铝合金铸造铝合金不能热处理不能热处理强化铝合金强化铝合金 能热处理能热处理强化铝合金强化铝合金n n （二）合金性能的基本要求（二）合金性能的基本要求（二）合金性能的基本要求（二）合金性能的基本要求n n 把铝合金加热到把铝合金加热到把铝合金加热到把铝合金加热到α α相区，保温后在水中快冷，得到单相过饱和相区，保温后在水中快冷，得到单相过饱和相区，保温后在水中快冷，得到单相过饱和相区，保温后在水中快冷，得到单相过饱和的的的的α α固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬火。

固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬火固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬火固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬火 力学性能方面：力学性能方面：力学性能方面：力学性能方面：n n 1 1 1 1、屈强比、屈强比、屈强比、屈强比 保持一定差距，一般不要大于保持一定差距，一般不要大于保持一定差距，一般不要大于保持一定差距，一般不要大于0.80.80.80.8，利于半成品和，利于半成品和，利于半成品和，利于半成品和零件的加工矫正工作零件的加工矫正工作零件的加工矫正工作零件的加工矫正工作n n 2 2 2 2、高温强度、高温强度、高温强度、高温强度 在加热到在加热到在加热到在加热到100℃100℃100℃100℃之前，应保持力学性能不变，加之前，应保持力学性能不变，加之前，应保持力学性能不变，加之前，应保持力学性能不变，加热到热到热到热到250℃250℃250℃250℃时，屈服强度大于时，屈服强度大于时，屈服强度大于时，屈服强度大于60%60%60%60%n n 3 3 3 3、疲劳强度、疲劳强度、疲劳强度、疲劳强度 平板试样的疲劳强度不小于平板试样的疲劳强度不小于平板试样的疲劳强度不小于平板试样的疲劳强度不小于50MPa50MPa50MPa50MPa，带焊缝试样，带焊缝试样，带焊缝试样，带焊缝试样的疲劳强度不小于的疲劳强度不小于的疲劳强度不小于的疲劳强度不小于40 40 40 40 MPaMPaMPaMPa。

n n 4 4 4 4、延伸率、延伸率、延伸率、延伸率 不小于不小于不小于不小于10%10%10%10%，以适应各种加工工艺需要以适应各种加工工艺需要以适应各种加工工艺需要以适应各种加工工艺需要n n 抗腐蚀性能方面：抗腐蚀性能方面：抗腐蚀性能方面：抗腐蚀性能方面：n n 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变形铝合金，还要求有较好抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能变形铝合金，还要求有较好抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能变形铝合金，还要求有较好抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能n n 其它方面：其它方面：其它方面：其它方面：n n 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。

有在热处理中抵抗变形的能力有在热处理中抵抗变形的能力有在热处理中抵抗变形的能力n n （三）铝合金的时效硬化（三）铝合金的时效硬化（三）铝合金的时效硬化（三）铝合金的时效硬化n n 1.1.1.1.定义定义定义定义: : : :n n 固溶处理或淬火固溶处理或淬火固溶处理或淬火固溶处理或淬火：：：： 把铝合金加热到把铝合金加热到把铝合金加热到把铝合金加热到αααα相区，保温后在水中快相区，保温后在水中快相区，保温后在水中快相区，保温后在水中快冷，得到单相过饱和的冷，得到单相过饱和的冷，得到单相过饱和的冷，得到单相过饱和的αααα固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬固溶体，这种处理方式称为固溶处理或淬火n n 时效硬化时效硬化时效硬化时效硬化：：：：在固溶处理后的合金随时间延在固溶处理后的合金随时间延在固溶处理后的合金随时间延在固溶处理后的合金随时间延 续而发生进一步强续而发生进一步强续而发生进一步强续而发生进一步强化的现象化的现象化的现象化的现象n n 回归现象回归现象回归现象回归现象：已经时效硬化的铝合金，如若需恢复其塑性，可在：已经时效硬化的铝合金，如若需恢复其塑性，可在：已经时效硬化的铝合金，如若需恢复其塑性，可在：已经时效硬化的铝合金，如若需恢复其塑性，可在230~250℃230~250℃230~250℃230~250℃作短时间加热，然后快冷至室温，合金将重新恢复塑性，作短时间加热，然后快冷至室温，合金将重新恢复塑性，作短时间加热，然后快冷至室温，合金将重新恢复塑性，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，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，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，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 n n 2.种类种类自然时效自然时效人工时效人工时效 含含含含4%Cu4%Cu4%Cu4%Cu的铝合金自然时效曲线的铝合金自然时效曲线的铝合金自然时效曲线的铝合金自然时效曲线 含含含含4%Cu4%Cu4%Cu4%Cu的铝合金在不同温度下的人工时效曲线的铝合金在不同温度下的人工时效曲线的铝合金在不同温度下的人工时效曲线的铝合金在不同温度下的人工时效曲线n n （四）船用变形铝合金（四）船用变形铝合金（四）船用变形铝合金（四）船用变形铝合金n n 1.1.1.1.分类分类分类分类n n 船用变形铝合金，按其化学成分与主要性能特点，分为船用变形铝合金，按其化学成分与主要性能特点，分为船用变形铝合金，按其化学成分与主要性能特点，分为船用变形铝合金，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，见表防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等四种，见表防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等四种，见表防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等四种，见表3-13-13-13-1。

n n 2.2.2.2.牌号牌号牌号牌号n n 按按按按GB/T16474GB/T16474GB/T16474GB/T16474————1996199619961996规定，变形铝合金牌号用四位字符体规定，变形铝合金牌号用四位字符体规定，变形铝合金牌号用四位字符体规定，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，第二位为字母系表示，牌号的第一、三、四位为数字，第二位为字母系表示，牌号的第一、三、四位为数字，第二位为字母系表示，牌号的第一、三、四位为数字，第二位为字母““““A A A A””””牌号中第一位数字是依主要合金元素牌号中第一位数字是依主要合金元素牌号中第一位数字是依主要合金元素牌号中第一位数字是依主要合金元素CuCuCuCu、、、、MnMnMnMn、、、、SiSiSiSi、、、、MgMgMgMg、、、、Mg2SiMg2SiMg2SiMg2Si、、、、ZnZnZnZn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顺序分别标示为顺序分别标示为顺序分别标示为2 2 2 2、、、、3 3 3 3、、、、4 4 4 4、、、、5 5 5 5、、、、6 6 6 6、、、、7 7 7 7例如，5A505A505A505A50，表示以镁为，表示以镁为，表示以镁为，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不同铝合金不同铝合金不同铝合金n n 3.3.3.3.常用的铝合金常用的铝合金常用的铝合金常用的铝合金n (1)(1)防防锈锈铝铝合金合金 : :n Al Al –– MnMn 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的n 强度和抗蚀性强度和抗蚀性 ( ( 比纯铝好比纯铝好 ) ) n Al Al –– Mg Mg 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的n 强度和抗蚀性强度和抗蚀性 ( ( 比纯铝轻比纯铝轻 ) )。

n 防锈铝合金均属热处理不可强化的铝合金，加工硬化是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其唯一的强化手段 防腐保温铝板卷铝皮防腐保温铝板卷铝皮防腐保温铝板卷铝皮防腐保温铝板卷铝皮 铝镁合金板铝镁合金板铝镁合金板铝镁合金板 瓦楞铝板瓦楞铝板瓦楞铝板瓦楞铝板 n n (2)(2)(2)(2)硬硬硬硬铝铝铝铝合金合金合金合金: : : :n n Al Al Al Al –––– Cu Cu Cu Cu –––– Mg Mg Mg Mg 通过通过通过通过时效强化时效强化时效强化时效强化提铝合金强度提铝合金强度提铝合金强度提铝合金强度, , , ,但但但但耐蚀性不高耐蚀性不高耐蚀性不高耐蚀性不高常用于航空制常用于航空制常用于航空制常用于航空制造业结构件的制造，如飞机造业结构件的制造，如飞机造业结构件的制造，如飞机造业结构件的制造，如飞机螺旋桨、叶片、隔框、蒙皮、螺旋桨、叶片、隔框、蒙皮、螺旋桨、叶片、隔框、蒙皮、螺旋桨、叶片、隔框、蒙皮、支架、承受高负荷的支架、承受高负荷的支架、承受高负荷的支架、承受高负荷的铆钉等。

铆钉等 (3)(3)(3)(3)超超超超硬硬硬硬铝铝铝铝合金合金合金合金: : : :n n Al Al Al Al –––– Zn Zn Zn Zn –––– Mg Mg Mg Mg –––– Cu Cu Cu Cu 通过时效强化和形成的强化相通过时效强化和形成的强化相通过时效强化和形成的强化相通过时效强化和形成的强化相, , , ,使铝合金达到使铝合金达到使铝合金达到使铝合金达到最高的硬度和强最高的硬度和强最高的硬度和强最高的硬度和强度度度度但耐蚀性较差耐蚀性较差耐蚀性较差耐蚀性较差主要用于主要用于主要用于主要用于制造飞机的受力构件，如飞机制造飞机的受力构件，如飞机制造飞机的受力构件，如飞机制造飞机的受力构件，如飞机的起落架、大梁等的起落架、大梁等的起落架、大梁等的起落架、大梁等飞机翼梁飞机翼梁( (腹板为硬铝合金腹板为硬铝合金) )飞机主起落架飞机主起落架n n (4)(4)(4)(4)锻锻锻锻铝铝铝铝合金合金合金合金 : : : :n n Al Al Al Al –––– Mg Mg Mg Mg –––– Si Si Si Si –––– Cu Cu Cu Cu 具有良好的热塑性具有良好的热塑性具有良好的热塑性具有良好的热塑性, , , ,通过固溶通过固溶通过固溶通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。

处理和人工时效来提高铝合金的力学性能处理和人工时效来提高铝合金的力学性能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由于锻铝合金的热塑性好，所以适于制造航空及仪表工由于锻铝合金的热塑性好，所以适于制造航空及仪表工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、业中各种形状复杂、要求比强度较高的锻件，如各种叶轮、业中各种形状复杂、要求比强度较高的锻件，如各种叶轮、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（框架或高温条件下（框架或高温条件下（框架或高温条件下（200℃~300℃200℃~300℃200℃~300℃200℃~300℃以下）工作的零件，如内以下）工作的零件，如内以下）工作的零件，如内以下）工作的零件，如内燃机的活塞及汽缸等燃机的活塞及汽缸等燃机的活塞及汽缸等燃机的活塞及汽缸等压气机叶片压气机叶片n n （五）铸造铝合金（五）铸造铝合金（五）铸造铝合金（五）铸造铝合金 1.1.1.1.分类分类分类分类n n 用来制作铸件的铝合金，成为铸造铝合金。

用来制作铸件的铝合金，成为铸造铝合金用来制作铸件的铝合金，成为铸造铝合金用来制作铸件的铝合金，成为铸造铝合金 铸造铝合铸造铝合铸造铝合铸造铝合金分为铝金分为铝金分为铝金分为铝————硅系、铝硅系、铝硅系、铝硅系、铝————铜系、铝铜系、铝铜系、铝铜系、铝————镁系和铝镁系和铝镁系和铝镁系和铝————锌系四种其锌系四种其锌系四种其锌系四种其中铝中铝中铝中铝————硅系应用最广硅系应用最广硅系应用最广硅系应用最广 2.2.2.2.牌号牌号牌号牌号n n 铸造铝合金的牌号表示法如下：例如，铸造铝合金的牌号表示法如下：例如，铸造铝合金的牌号表示法如下：例如，铸造铝合金的牌号表示法如下：例如，ZAlSi7MgZAlSi7MgZAlSi7MgZAlSi7Mg；；；；Z Z Z Z————汉语拼音汉语拼音汉语拼音汉语拼音““““铸铸铸铸””””字的第一个大写字母，字的第一个大写字母，字的第一个大写字母，字的第一个大写字母，AlAlAlAl————铝的元素符号，铝的元素符号，铝的元素符号，铝的元素符号，SiSiSiSi————硅的元素符号，硅的元素符号，硅的元素符号，硅的元素符号，7 7 7 7————硅的质量分数，硅的质量分数，硅的质量分数，硅的质量分数，MgMgMgMg————镁的元素符号。

镁的元素符号镁的元素符号镁的元素符号 n n 常用铸造铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见常用铸造铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见常用铸造铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见常用铸造铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见表表表表3-23-23-23-2n n 3 3 3 3. .铸铸造造铝铝 –– 硅硅合金合金( (俗称硅铝明俗称硅铝明 ) )n 铝铝 – 硅合金一般铸造所得的组织几乎硅合金一般铸造所得的组织几乎全部是粗大的共晶体全部是粗大的共晶体 ，它使合金的力学性，它使合金的力学性，它使合金的力学性，它使合金的力学性能下降能下降能下降能下降. .通常采用通常采用通常采用通常采用变质处理变质处理变质处理变质处理细化晶粒后，细化晶粒后，细化晶粒后，细化晶粒后，力学性能显著提高力学性能显著提高力学性能显著提高力学性能显著提高n n 一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂但强度要求不高的铸件，如发动机汽缸、但强度要求不高的铸件，如发动机汽缸、但强度要求不高的铸件，如发动机汽缸、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，以及仪表的外手提电动工具或风动工具，以及仪表的外手提电动工具或风动工具，以及仪表的外手提电动工具或风动工具，以及仪表的外壳等。

同时，加入壳等同时，加入壳等同时，加入壳等同时，加入MgMg、、、、CuCu的铝的铝的铝的铝——硅合金硅合金硅合金硅合金（（（（ZL108ZL108），还具有较好的耐热性与耐磨），还具有较好的耐热性与耐磨），还具有较好的耐热性与耐磨），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性，常用于制造内燃机的活塞等性，常用于制造内燃机的活塞等性，常用于制造内燃机的活塞等活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) )n n 三、铝合金的腐蚀与防腐三、铝合金的腐蚀与防腐三、铝合金的腐蚀与防腐三、铝合金的腐蚀与防腐n n （一）铝及铝合金常见腐蚀形式（一）铝及铝合金常见腐蚀形式（一）铝及铝合金常见腐蚀形式（一）铝及铝合金常见腐蚀形式n n 1.1.1.1.电化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀n n 2.2.2.2.应力腐蚀开裂（应力腐蚀开裂（应力腐蚀开裂（应力腐蚀开裂（SCCSCCSCCSCC）））） n n 铝合金的铝合金的铝合金的铝合金的SCCSCCSCCSCC是在是在是在是在20202020世纪世纪世纪世纪30303030年代初发现的。

金属在应力年代初发现的金属在应力年代初发现的金属在应力年代初发现的金属在应力（拉应力或内应力）和腐蚀介质的联合作用下所发生的一种（拉应力或内应力）和腐蚀介质的联合作用下所发生的一种（拉应力或内应力）和腐蚀介质的联合作用下所发生的一种（拉应力或内应力）和腐蚀介质的联合作用下所发生的一种破坏，被称为破坏，被称为破坏，被称为破坏，被称为SCCSCCSCCSCCSCCSCCSCCSCC的特征是形成腐蚀的特征是形成腐蚀的特征是形成腐蚀的特征是形成腐蚀————机械裂缝，既可机械裂缝，既可机械裂缝，既可机械裂缝，既可以沿着晶界发展，也可以穿过晶粒扩展由于裂缝扩展是在以沿着晶界发展，也可以穿过晶粒扩展由于裂缝扩展是在以沿着晶界发展，也可以穿过晶粒扩展由于裂缝扩展是在以沿着晶界发展，也可以穿过晶粒扩展由于裂缝扩展是在金属内部，会使金属结构强度大大下降，严重时会发生突然金属内部，会使金属结构强度大大下降，严重时会发生突然金属内部，会使金属结构强度大大下降，严重时会发生突然金属内部，会使金属结构强度大大下降，严重时会发生突然破坏n n SCCSCCSCCSCC在一定的条件下才会发生，它们是：一定的拉应力在一定的条件下才会发生，它们是：一定的拉应力在一定的条件下才会发生，它们是：一定的拉应力在一定的条件下才会发生，它们是：一定的拉应力或金属内部有残余应力。

或金属内部有残余应力或金属内部有残余应力或金属内部有残余应力 （二）铝合金常用防腐措施（二）铝合金常用防腐措施（二）铝合金常用防腐措施（二）铝合金常用防腐措施n n1.1.1.1.涂层保护涂层保护涂层保护涂层保护 ；；；；2.2.2.2.牺牲阳极牺牲阳极牺牲阳极牺牲阳极 ；；；；3.3.3.3.阳极氧化处理阳极氧化处理阳极氧化处理阳极氧化处理 第二节第二节第二节第二节 船用铜合金船用铜合金船用铜合金船用铜合金 一、纯一、纯一、纯一、纯 铜（又称紫铜铜（又称紫铜铜（又称紫铜铜（又称紫铜 ））））铜的性能特点铜的性能特点铜的性能特点铜的性能特点: : : :密度大；导电及导热性能好；密度大；导电及导热性能好；密度大；导电及导热性能好；密度大；导电及导热性能好；n n 抗大气腐蚀性好；塑性高；抗大气腐蚀性好；塑性高；抗大气腐蚀性好；塑性高；抗大气腐蚀性好；塑性高；n n 强度低；无磁性；无打击火强度低；无磁性；无打击火强度低；无磁性；无打击火强度低；无磁性；无打击火n n 花；加工工艺性好等。

花；加工工艺性好等花；加工工艺性好等花；加工工艺性好等纯铜主要用途为：纯铜主要用途为：纯铜主要用途为：纯铜主要用途为：制作导电材料，如电线、制作导电材料，如电线、制作导电材料，如电线、制作导电材料，如电线、n n 电缆等，还可用来配制电缆等，还可用来配制电缆等，还可用来配制电缆等，还可用来配制n n 各种合金纯铜及其合各种合金纯铜及其合各种合金纯铜及其合各种合金纯铜及其合n n 金对于制造不允许受磁金对于制造不允许受磁金对于制造不允许受磁金对于制造不允许受磁n n 性干扰的磁学仪器，如性干扰的磁学仪器，如性干扰的磁学仪器，如性干扰的磁学仪器，如n n 罗盘、航罗盘、航罗盘、航罗盘、航空仪表和炮兵空仪表和炮兵空仪表和炮兵空仪表和炮兵n n 瞄准环等具有重要价值。

瞄准环等具有重要价值瞄准环等具有重要价值瞄准环等具有重要价值 铜铜铜铜电线、电缆电线、电缆电线、电缆电线、电缆二、铜合金的分类及牌号表示方法二、铜合金的分类及牌号表示方法二、铜合金的分类及牌号表示方法二、铜合金的分类及牌号表示方法( ( ( (一一一一) ) ) )分类分类分类分类白铜白铜白铜白铜 : Cu – Ni: Cu – Ni 黄铜黄铜 : Cu –Zn 铜合金的分类铜合金的分类青铜青铜 : 除黄铜和白除黄铜和白 铜外的所有铜外的所有 铜合金普通黄铜普通黄铜普通黄铜普通黄铜 特殊黄铜特殊黄铜特殊黄铜特殊黄铜锡青铜锡青铜锡青铜锡青铜 特殊青铜特殊青铜特殊青铜特殊青铜 （无锡青铜（无锡青铜（无锡青铜（无锡青铜 ））））压力加工黄铜压力加工黄铜压力加工黄铜压力加工黄铜 铸造黄铜铸造黄铜铸造黄铜铸造黄铜 n n( ( ( (二二二二) ) ) )牌号牌号牌号牌号n n1.1.1.1.黄铜的牌号黄铜的牌号黄铜的牌号黄铜的牌号( Z )( Z )( Z )( Z ) H H H H 90909090含铜含铜量量 WCu = 90%黄铜黄铜铸造铸造n n2.2.2.2.特殊黄铜特殊黄铜特殊黄铜特殊黄铜牌号牌号牌号牌号n n3.3.3.3.青铜牌号的表示方法青铜牌号的表示方法青铜牌号的表示方法青铜牌号的表示方法H H H H AlAlAlAl 59595959 - - - - 3 3 3 3含铝量含铝量WAl = 3%含铜量含铜量WCu = 59%Z Z Z Z Q Q Q Q Sn10 Sn10 Sn10 Sn10 –––– 1 1 1 1其它合金元其它合金元素含量为素含量为1%主主加元素锡其含加元素锡其含量为量为WSn = 10%青铜青铜铸造铸造n n三、黄铜三、黄铜三、黄铜三、黄铜n n1.1.1.1.黄铜黄铜黄铜黄铜：铜与锌组成的合金称为黄铜。

为改善其性能，常加：铜与锌组成的合金称为黄铜为改善其性能，常加：铜与锌组成的合金称为黄铜为改善其性能，常加：铜与锌组成的合金称为黄铜为改善其性能，常加入锡、铝、硅、镍、锰、铅、铁等元素，这样形成的合金称为入锡、铝、硅、镍、锰、铅、铁等元素，这样形成的合金称为入锡、铝、硅、镍、锰、铅、铁等元素，这样形成的合金称为入锡、铝、硅、镍、锰、铅、铁等元素，这样形成的合金称为特特特特殊黄铜n n2.2.2.2.力学性能与含锌量有着极为密切的关系力学性能与含锌量有着极为密切的关系力学性能与含锌量有着极为密切的关系力学性能与含锌量有着极为密切的关系50030405060700400300200100010205040302010506070809010011040HB    + ’ b b(Mpa) (%)HB当含锌量为当含锌量为当含锌量为当含锌量为30%30%30%30%时黄铜时黄铜时黄铜时黄铜具有最大的塑性而含具有最大的塑性而含具有最大的塑性而含具有最大的塑性而含锌量为锌量为锌量为锌量为40%40%40%40%时黄铜具有时黄铜具有时黄铜具有时黄铜具有最大的硬度最大的硬度。

最大的硬度最大的硬度n3.3.常用的黄铜常用的黄铜n普通黄铜普通黄铜: :金奖黄铜金奖黄铜 H90 H90 ，，n 弹壳黄铜弹壳黄铜 H70 ( H68 )H70 ( H68 )，，n 日用黄铜日用黄铜 H62 ( H59 )H62 ( H59 )冷凝器管冷凝器管法兰阀法兰阀闸阀闸阀n n特殊黄铜特殊黄铜特殊黄铜特殊黄铜：：海军黄铜海军黄铜 HSn62 HSn62 –– 1 1，， 易切削黄铜易切削黄铜 HPb59 - 1HPb59 - 1小型螺旋桨小型螺旋桨小型螺旋桨小型螺旋桨 船厂员工在导弹驱逐舰船厂员工在导弹驱逐舰船厂员工在导弹驱逐舰船厂员工在导弹驱逐舰““““德凯特德凯特德凯特德凯特””””号巨大螺旋桨号巨大螺旋桨号巨大螺旋桨号巨大螺旋桨 下留影下留影下留影下留影n n 四、青铜四、青铜四、青铜四、青铜n n（一）锡青铜（一）锡青铜（一）锡青铜（一）锡青铜 n n 1.1.1.1.力学性能与含锡量有着极为密切的关系力学性能与含锡量有着极为密切的关系力学性能与含锡量有着极为密切的关系力学性能与含锡量有着极为密切的关系3 7 10 14压压力力加加工工铸铸造造成成形形σbα+δδαδ含锡量小于含锡量小于含锡量小于含锡量小于8%8%8%8%的合金，具的合金，具的合金，具的合金，具有良好的塑性和适宜的强有良好的塑性和适宜的强有良好的塑性和适宜的强有良好的塑性和适宜的强度，易于压力加工；含锡度，易于压力加工；含锡度，易于压力加工；含锡度，易于压力加工；含锡量大于量大于量大于量大于10%10%10%10%的合金塑性差，的合金塑性差，的合金塑性差，的合金塑性差，只适合铸造。

只适合铸造只适合铸造只适合铸造 2.2.锡青铜的应用锡青铜的应用 锡青铜的抗腐蚀性和耐磨性都比纯铜和黄铜好，都用于锡青铜的抗腐蚀性和耐磨性都比纯铜和黄铜好，都用于制造耐磨零件，如轴套、轴瓦等也可用来制造与酸、碱、制造耐磨零件，如轴套、轴瓦等也可用来制造与酸、碱、蒸汽接触的零件温度低于蒸汽接触的零件温度低于200℃200℃的蒸汽管系和阀件的蒸汽管系和阀件无锡灵山大佛无锡灵山大佛无锡灵山大佛无锡灵山大佛 轴套轴套轴套轴套内螺纹恒温疏水阀内螺纹恒温疏水阀内螺纹恒温疏水阀内螺纹恒温疏水阀 n n（二）特殊青铜（二）特殊青铜（二）特殊青铜（二）特殊青铜( ( ( (也称无锡青铜或特殊青铜也称无锡青铜或特殊青铜也称无锡青铜或特殊青铜也称无锡青铜或特殊青铜 ) ) ) )n n在青铜中加入锡以外的其它合金元素，如在青铜中加入锡以外的其它合金元素，如在青铜中加入锡以外的其它合金元素，如在青铜中加入锡以外的其它合金元素，如AlAlAlAl、、、、MnMnMnMn、、、、SiSiSiSi、、、、PbPbPbPb、、、、FeFeFeFe等元素，这种铜合金称为等元素，这种铜合金称为等元素，这种铜合金称为等元素，这种铜合金称为无锡青铜无锡青铜无锡青铜无锡青铜或或或或特殊青铜特殊青铜特殊青铜特殊青铜。

n n特殊青铜按主要加入元素分为特殊青铜按主要加入元素分为特殊青铜按主要加入元素分为特殊青铜按主要加入元素分为铝青铜、铅青铜、锰青铜、铝青铜、铅青铜、锰青铜、铝青铜、铅青铜、锰青铜、铝青铜、铅青铜、锰青铜、硅青铜、铍青铜硅青铜、铍青铜硅青铜、铍青铜硅青铜、铍青铜等；常用的有等；常用的有等；常用的有等；常用的有铝青铜铝青铜铝青铜铝青铜、、、、铍青铜铍青铜铍青铜铍青铜等 铝青铜合金减速机蜗轮铝青铜合金减速机蜗轮铝青铜合金减速机蜗轮铝青铜合金减速机蜗轮 铝青铜合金轴套铝青铜合金轴套铝青铜合金轴套铝青铜合金轴套 铍青铜棒、板、铍青铜棒、板、铍青铜棒、板、铍青铜棒、板、管、毛细丝管、毛细丝管、毛细丝管、毛细丝 第三节第三节第三节第三节 船用钛合金船用钛合金船用钛合金船用钛合金n n一、钛及钛合金的种类和性能一、钛及钛合金的种类和性能一、钛及钛合金的种类和性能一、钛及钛合金的种类和性能n n（一）工业纯钛和高纯度钛的性能（一）工业纯钛和高纯度钛的性能（一）工业纯钛和高纯度钛的性能（一）工业纯钛和高纯度钛的性能n物理性能物理性能：银白色光泽，密度：银白色光泽，密度：银白色光泽，密度：银白色光泽，密度4.507g/cm34.507g/cm3，熔点，熔点，熔点，熔点1668℃1668℃，，，，n n α-Tiα-Ti（（（（hcphcp）））） 882.5℃ β-Ti882.5℃ β-Ti（（（（bccbcc）。

n应用应用：制造化工设备，船舶用零件和化工用热交换器等制造化工设备，船舶用零件和化工用热交换器等制造化工设备，船舶用零件和化工用热交换器等制造化工设备，船舶用零件和化工用热交换器等 热交换器热交换器热交换器热交换器 纯钛眼镜架纯钛眼镜架纯钛眼镜架纯钛眼镜架纯钛戒指纯钛戒指 n n （二）钛合金的种类和性能（二）钛合金的种类和性能（二）钛合金的种类和性能（二）钛合金的种类和性能n n 钛虽然密度小、熔点高、抗蚀性能好等一系列特性，但钛虽然密度小、熔点高、抗蚀性能好等一系列特性，但钛虽然密度小、熔点高、抗蚀性能好等一系列特性，但钛虽然密度小、熔点高、抗蚀性能好等一系列特性，但工业纯钛的机械性能不高，又不能热处理强化，因而限制了工业纯钛的机械性能不高，又不能热处理强化，因而限制了工业纯钛的机械性能不高，又不能热处理强化，因而限制了工业纯钛的机械性能不高，又不能热处理强化，因而限制了在工业上的应用在工业中广泛使用的是钛合金在工业上的应用在工业中广泛使用的是钛合金在工业上的应用在工业中广泛使用的是钛合金在工业上的应用在工业中广泛使用的是钛合金。

n n 工业用钛合金主要合金元素有铬、锰、钼、钒、铁、铝工业用钛合金主要合金元素有铬、锰、钼、钒、铁、铝工业用钛合金主要合金元素有铬、锰、钼、钒、铁、铝工业用钛合金主要合金元素有铬、锰、钼、钒、铁、铝和锡等；合金化的主要目的是改变和锡等；合金化的主要目的是改变和锡等；合金化的主要目的是改变和锡等；合金化的主要目的是改变αααα和和和和ββββ的同素异构转变温的同素异构转变温的同素异构转变温的同素异构转变温度，提高度，提高度，提高度，提高αααα相或相或相或相或ββββ相的稳定性，形成稳定的固溶体或与钛形相的稳定性，形成稳定的固溶体或与钛形相的稳定性，形成稳定的固溶体或与钛形相的稳定性，形成稳定的固溶体或与钛形成合金，提高强度根据合金在使用状态的组织，可以全部成合金，提高强度根据合金在使用状态的组织，可以全部成合金，提高强度根据合金在使用状态的组织，可以全部成合金，提高强度根据合金在使用状态的组织，可以全部钛合金分为钛合金分为钛合金分为钛合金分为αααα型、型、型、型、ββββ型和型和型和型和α+βα+βα+βα+β型三大类钛合金型三大类钛合金型三大类钛合金。

型三大类钛合金n钛合金特点钛合金特点：：：：n n 1 1 1 1、比强度、热强度高（工作温度、比强度、热强度高（工作温度、比强度、热强度高（工作温度、比强度、热强度高（工作温度550℃550℃550℃550℃以上）；以上）；以上）；以上）；n n 2 2 2 2、较好的低温韧性；、较好的低温韧性；、较好的低温韧性；、较好的低温韧性；n n 3 3 3 3、抗腐蚀性能好抗腐蚀性能好抗腐蚀性能好抗腐蚀性能好n n 4 4 4 4、主要缺点是不易切削和塑性加工主要缺点是不易切削和塑性加工主要缺点是不易切削和塑性加工主要缺点是不易切削和塑性加工n 钛合金强度大，重量轻，耐热性能好，适用于船只、钛合金强度大，重量轻，耐热性能好，适用于船只、汽车、航空航天工业，被人们视为未来材料，新型波音汽车、航空航天工业，被人们视为未来材料，新型波音777客机采用了约客机采用了约9%的钛合金材料然而，钛合金的加工的钛合金材料然而，钛合金的加工难度极大，如加工一个钛合金船用涡轮压缩机轮需要难度极大，如加工一个钛合金船用涡轮压缩机轮需要50个个小时，而加工一个铝合金的同样部件仅需小时，而加工一个铝合金的同样部件仅需5个小时。

德国个小时德国布伦瑞克大学的科学家采用了一种专门热处理方法，将氢布伦瑞克大学的科学家采用了一种专门热处理方法，将氢原子渗入材料，掺氢的钛合金相对软化对软化的钛合金原子渗入材料，掺氢的钛合金相对软化对软化的钛合金进行切削加工，加工设备所承受的机械和热负载明显降低，进行切削加工，加工设备所承受的机械和热负载明显降低，切削力仅需过去的切削力仅需过去的50%，大大降低了加工成本加工完毕，大大降低了加工成本加工完毕后，再经专门的热处理工序，材料的特性则回到原先状态后，再经专门的热处理工序，材料的特性则回到原先状态科学家称，该方法非常适用于大批量的钛合金铸件加工科学家称，该方法非常适用于大批量的钛合金铸件加工 钛合金做的外壳钛合金做的外壳钛合金做的外壳钛合金做的外壳钛合金用在火箭中钛合金用在火箭中钛合金用在火箭中钛合金用在火箭中欢迎进入第四章学习欢迎进入第四章学习。