船舶焊接工艺 船舶材料与焊接第三章.ppt
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1、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(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
2、改善了船舶的使用性能。,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,b=80 MPa 100 MPa。但塑性很好,=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。 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
3、,腐蚀性、塑性越差。,AVC纯铝散热器,纯铝吊灯,纯铝机箱,铝芯线,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,铸造铝合金,不能热处理 强化铝合金,能热处理 强化铝合金,(二)合金性能的基本要求 把铝合金加热到相区,保温后在水中快冷,得到单相过饱和 的固溶体,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
4、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。,(三)铝合金的时效硬化
5、 1.定义: 固溶处理或淬火: 把铝合金加热到相区,保温后在水中快 冷,得到单相过饱和的固溶体,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 230250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。,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
6、,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/T164741996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。,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
7、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
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