船舶焊接工艺船舶材料与焊接 第三章 船用非铁金属材料与其它材料.ppt

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，σb=80 MPa ~100 MPa。但塑性很好，δ=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，腐蚀性、塑性越差。 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。 （二）合金性能的基本要求 把铝合金加热到α相区，保温后在水中快冷，得到单相过饱和 的α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 1.定义: 固溶处理或淬火： 把铝合金加热到α相区，保温后在水中快 冷，得到单相过饱和的α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 230~250℃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。 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，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/T16474—1996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 强度和抗蚀性 ( 比