第一章有色金屬及其合金

1、 有色金屬及其合金有色金屬及其合金 1.定義定義 : 除黑色金屬除黑色金屬 ( 鋼、鐵鋼、鐵 ) 以外的所有以外的所有 金屬。金屬。 2.分類分類重金屬重金屬(密度密度3.5); Cu、Ni 等。等。輕金屬輕金屬(密度密度3.5); Al、Mg 等。等。貴重金屬貴重金屬; Au、Ag、Pt 等。等。稀有金屬稀有金屬; W、Ti等。等。半金屬半金屬; Si、B 等。等。3 3、有色金屬性能及特點、有色金屬性能及特點 力學性能力學性能：高的：高的比強度比強度（強度（強度/ /密度）；密度）； 物理性能物理性能：導電性、導熱性、無磁性、形狀記憶特：導電性、導熱性、無磁性、形狀記憶特性性 化學性能化學

2、性能：耐腐蝕：耐腐蝕 第一節(jié)第一節(jié) 鋁合金及其應用鋁合金及其應用知識要點知識要點鋁合金的強化方式鋁合金的強化方式鋁合金的分類及應用鋁合金的分類及應用一、純鋁的性能特點及應用：一、純鋁的性能特點及應用： 輕，密度低輕，密度低 配置鋁合金配置鋁合金 抗大氣腐蝕抗大氣腐蝕 包覆材料包覆材料 導電導熱性好導電導熱性好 導線、電容導線、電容 加工性能好加工性能好 包裝材料包裝材料 強度低強度低 不能作為承受載荷的結構材料應用不能作為承受載荷的結構材料應用 具有面心立方晶格，無同素異構轉變，無磁性。具有面心立方晶格，無同素異構轉變，無磁性。純鋁的牌號：純鋁的牌號：四位字符四位字符（以（以1 1開頭，第二位

3、表示開頭，第二位表示純鋁的成分狀況，第三、四位表示鋁的質量分數(shù)純鋁的成分狀況，第三、四位表示鋁的質量分數(shù)小數(shù)點后兩位數(shù)。）小數(shù)點后兩位數(shù)。）第二位A、B或09A-原始純鋁，B-改型后0-鋁中雜質極限含量無特殊控制1-9 對一種或幾種雜質極限含量有特殊控制1A991A991070107011451145二、鋁合金：二、鋁合金： 向鋁中加入合金元素向鋁中加入合金元素 鋁合金鋁合金 。 常加的合金元素常加的合金元素 ：主：主：Cu,Mg,Si,Zn,MnCu,Mg,Si,Zn,Mn等；等； 微：微：Ti,Zr,Cr,BTi,Zr,Cr,B等；等； 作用：固溶強化和第二相強化作用：固溶強化和第二相強化

4、 鋁合金的分類鋁合金的分類l鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。1. 鋁合金的分類鋁合金的分類變形鋁合金變形鋁合金（D以左）以左）鑄造鋁合金鑄造鋁合金（D以右）以右）不能熱處理強化鋁合金不能熱處理強化鋁合金能熱處理強化鋁合金能熱處理強化鋁合金共晶點共晶點合金元素合金元素2 2 鋁合金的強化方式鋁合金的強化方式 變形強化變形強化（加工硬化）（加工硬化）對合金進行冷變形，能增對合金進行冷變形，能增加其內部的位錯密度，阻礙位錯運動，提高合金強度。加其內部的位錯密度，阻礙位錯運動，提高合金強度。這對不能進行熱處理強化的鋁合金提供了強化的途徑這對不能進行熱處理強化的鋁合金

5、提供了強化的途徑和方法。和方法。時效強化：時效強化：（重點）（重點） 可熱處理強化鋁合金?？蔁崽幚韽娀X合金。變質處理變質處理（細晶強化）：適合鑄造鋁合金在鋁合金細晶強化）：適合鑄造鋁合金在鋁合金中添加微量元素細化組織提高鋁合金力學性能中添加微量元素細化組織提高鋁合金力學性能(既提既提高強度又改善塑性高強度又改善塑性)。固溶強化固溶強化： 是指將合金加熱到固溶線以上，保溫是指將合金加熱到固溶線以上，保溫時效強化：時效強化： 是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。 鋁合金淬火后在室溫或者

6、較低溫度下加熱保溫一段時間，隨時間延長其強度硬度顯著增加的現(xiàn)象。 時效強化的步驟：時效強化的步驟： 固溶處理（淬火）固溶處理（淬火） 時效時效得到過飽得到過飽和的相和的相過飽和相中析過飽和相中析出強化相出強化相自然時效自然時效人工時效人工時效三三 常用的鋁合金常用的鋁合金變形鋁合金（變形鋁合金（D D成分以左的合金）成分以左的合金）鑄造鋁合金鑄造鋁合金 （D D成分以右的合金）成分以右的合金）( (一一) ) 變形鋁合金（變形鋁合金（DD成分以左的合金成分以左的合金 ）：）：制成各種型材、棒制成各種型材、棒料、板、管、線、箔等。料、板、管、線、箔等。 牌號：四位字符（牌號：四位字符（2 0 2

7、 02 0 2 0）（第一位為數(shù)字，表示鋁合金組別（第一位為數(shù)字，表示鋁合金組別2 2：銅（：銅（CuCu）為主要合金元素的鋁合金）為主要合金元素的鋁合金3 3：錳（：錳（Mn) Mn) 為主要合金元素的鋁合金為主要合金元素的鋁合金4: 4: 硅（硅（SiSi）為主要合金元素的鋁合金）為主要合金元素的鋁合金5 5：鎂（：鎂（MgMg）為主要合金元素的鋁合金）為主要合金元素的鋁合金6 6：鎂和硅（：鎂和硅（Mg/Si)Mg/Si)為主要合金元素的鋁合為主要合金元素的鋁合金金7: 7: 鋅（鋅（ZnZn）為主要合金元素的鋁合金）為主要合金元素的鋁合金 第二位：第二位：A /A /（0 0） 原始合

8、金原始合金其它字母表示改型合金其它字母表示改型合金第三、四位：區(qū)第三、四位：區(qū)分同一組的不同分同一組的不同合金。無特殊意合金。無特殊意義義3A212A11 GB 3190-82中的舊牌號仍中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，可繼續(xù)使用，表示方法為表示方法為: 防銹鋁合金：防銹鋁合金：LF+序號序號 硬鋁合金：硬鋁合金： LY +序號序號 超硬鋁合金：超硬鋁合金：LC +序號序號 鍛鋁合金：鍛鋁合金： LD +序號序號鋁合金制品鋁合金制品（1 1）鋁錳合金（防銹鋁合金）鋁錳合金（防銹鋁合金） LF+序號序號 成分：成分：ALALMnMn（主）（主）MgMg Mn,Mg Mn,Mg的作用：的作用： 提高抗腐蝕

9、性能及塑提高抗腐蝕性能及塑 性，固溶強化性，固溶強化性能：性能：單相固溶體單相固溶體抗蝕性高，塑性好，抗蝕性高，塑性好，焊接性，焊接性能好，能好，不能熱處理強化，不能熱處理強化，可冷變形強化?？衫渥冃螐娀?。應用：油箱、應用：油箱、 油管（罐）、油管（罐）、鉚釘（鉚釘（3A213A21）等。）等。衛(wèi)星天線衛(wèi)星天線（LF2）（2 2）鋁銅合金）鋁銅合金（又稱硬鋁）（又稱硬鋁）LY +序號序號成分：成分：ALALCuCuMgMg(Mn)(Mn)元素作用：元素作用： Cu,Mg: Cu,Mg:形成強化相（形成強化相（CuALCuAL2 2,CuMgAL,CuMgAL2 2）, ,時時 效強化。效強化。

10、 Mn Mn提高抗腐蝕性能；固溶強化；提高抗腐蝕性能；固溶強化；性能：強度較高，塑性好，可時效強化。性能：強度較高，塑性好，可時效強化。低合金硬鋁，低合金硬鋁，如如LY1LY1，L10L10等，主要用于制作鉚釘；等，主要用于制作鉚釘；標準硬鋁，標準硬鋁，如如LY11LY11(2A11)主要用于制作中等負荷的結構零件；主要用于制作中等負荷的結構零件；高合金硬鋁，如高合金硬鋁，如LY12LY12，LY16LY16等，主要用于制作航空模鍛等，主要用于制作航空模鍛件和重要的銷、軸等零件。件和重要的銷、軸等零件。飛機翼梁飛機翼梁(腹板為硬鋁合腹板為硬鋁合金金)加工鋁銅合金注意加工鋁銅合金注意: : 熱處

11、理淬火溫度范圍窄不超過熱處理淬火溫度范圍窄不超過5 5C C 抗蝕性差抗蝕性差, ,易產(chǎn)生晶間腐蝕易產(chǎn)生晶間腐蝕( (在海水在海水) )應用：主要用于飛機構件，如應用：主要用于飛機構件，如飛機蒙皮飛機蒙皮(2A12)(2A12)、擠壓成螺旋槳、葉片、擠壓成螺旋槳、葉片(2A11)(2A11)等重等重要零件。要零件。（3 3）鋁鋅合金（超硬鋁）鋁鋅合金（超硬鋁） LC +序號序號成分：成分：AlAlZnZnCuCuMgMg特點：時效產(chǎn)生強烈的強化效果，強度很高特點：時效產(chǎn)生強烈的強化效果，強度很高 （可達（可達680MPa),680MPa), 缺點是耐熱性、抗蝕性差。缺點是耐熱性、抗蝕性差。應用

12、：飛機大梁、起落架等（應用：飛機大梁、起落架等（7A047A04）（主要受）（主要受 力構件）力構件）飛機主起落架飛機主起落架（4 4）鋁鎂合金）鋁鎂合金 鍛鋁鍛鋁 LD +序號序號成分：成分：Al-Mg-(Al-Mg-(少量少量Mn,Si,Fe)Mn,Si,Fe)特點：塑性好、特點：塑性好、可鍛性好可鍛性好易于變形加工，抗腐蝕易于變形加工，抗腐蝕 性能好、焊接性能好，性能好、焊接性能好， 不能進行熱處理強化。比純鋁輕。不能進行熱處理強化。比純鋁輕。應用：于形狀復雜的鍛件應用：于形狀復雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動機和模鍛件，如噴氣發(fā)動機壓氣機葉輪、導風輪等壓氣機葉輪、導風輪等. .航空工業(yè)中的

13、管道、鉚釘?shù)?。航空工業(yè)中的管道、鉚釘?shù)取? (二二) ) 鑄造鋁合金鑄造鋁合金特點：力學性能不如變形鋁合金，鑄造性能好，用于特點：力學性能不如變形鋁合金，鑄造性能好，用于生產(chǎn)形狀復雜的零件。生產(chǎn)形狀復雜的零件。根據(jù)主要合金元素，鑄造鋁合金可分為根據(jù)主要合金元素，鑄造鋁合金可分為Al-SiAl-Si、Al-CuAl-Cu、Al-MgAl-Mg、Al-ZnAl-Zn等等四類。四類。牌號舉例牌號舉例 Z ZAl Si12Al- Si系：系： 代號為代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：系：代號為代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：系：代號為代號為ZL3+兩位數(shù)字

14、順序號兩位數(shù)字順序號Al-Zn系：系： 代號為代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號兩位數(shù)字順序號（1 1）Al-SiAl-Si系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金 （鑄造性能和力學性能配合最佳）（鑄造性能和力學性能配合最佳）A A。簡單硅鋁明：。簡單硅鋁明：ZL102ZL102（ZALSi12ZALSi12） 組織：組織：a +Si a +Si 共晶體共晶體 性能：性能：鑄造性能好，抗蝕性鑄造性能好，抗蝕性，耐熱性和焊接性較，耐熱性和焊接性較好，但強度低。好，但強度低。180MPa180MPa 用途：形狀復雜、受力不大的零件，如儀表外殼用途：形狀復雜、受力不大的零件，如儀表外殼等。等。B B。復雜。復雜( (特殊

15、）硅鋁明特殊）硅鋁明：在在ALALSiSi基礎上加入其它合金元素基礎上加入其它合金元素（Cu,Mn,Ni,MgCu,Mn,Ni,Mg等）等） 強化方式強化方式（時效強化，變質處理）。（時效強化，變質處理）。 性能：鑄造性能好，較高的性能：鑄造性能好，較高的強度和耐磨性、耐熱性強度和耐磨性、耐熱性, ,耐腐蝕性耐腐蝕性好好, ,線膨脹系數(shù)小。線膨脹系數(shù)小。 應用：用于制造形狀復雜中應用：用于制造形狀復雜中等強度的零件，如等強度的零件，如發(fā)動機活塞發(fā)動機活塞、氣缸體、風機葉片、液壓泵殼體氣缸體、風機葉片、液壓泵殼體等（代號等（代號ZL109)ZL109)?；钊钊? (裙部為鋁硅合金裙部為鋁硅合金

16、) )未變質處理未變質處理 經(jīng)變質處理經(jīng)變質處理 ZL102的鑄態(tài)組織的鑄態(tài)組織Al-Si鑄造鋁合金鑄造鋁合金（2 2）. . 鋁銅合金鋁銅合金 Al-Cu Al-Cu 這類合金的這類合金的耐熱性好，強度較高耐熱性好，強度較高；但密度；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。系合金。常用代號有常用代號有ZL201 (ZAlCu5Mn)ZL201 (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)ZL203 (ZAlCu4)等。等。 含銅不低于含銅不低于4%,4%,可以熱處理可以熱處理應用應用:200:200300300度度工作的工作的零件如導

17、風葉輪或靜葉片汽缸頭汽缸頭（3 3）. . 鋁鎂合金鋁鎂合金 Al-Mg Al-Mg 常用代號為常用代號為ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等等. 主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。性介質下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。 鼓風機用密封件鼓風機用密封件(ZL102)(ZL102)及及航空架件航空架件(ZL301)(ZL301)（4 4）. . 鋁鋅合金鋁鋅合金 Al-Zn Al-Zn 這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化

18、；但密度大，耐蝕性較差。時效強化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞大型空壓機活塞(ZL401)(ZL401)常用代號為常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等等.主要用于制造形狀復主要用于制造形狀復雜受力較小的汽車、飛雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。機、儀器零件。 在金屬材料中，銅及其合金的應用范圍僅次于鋼鐵。在非鐵金屬材料中，銅的產(chǎn)量僅次于鋁。一一. . 純銅純銅1) 1) 純銅的性質：純銅的性質： 外觀呈紫紅色,故又稱紫銅； 相對密度為8.9,熔點為1083；第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金性能：性能：無磁性無磁性 優(yōu)良的加工性優(yōu)良的加工性 工

19、業(yè)純銅：工業(yè)純銅：含有含有0.10.10.5%0.5%雜質的銅。雜質的銅。 （Pb,Bi,-Pb,Bi,-熱脆熱脆 O,S,P- O,S,P-冷脆冷脆 ）。）。分類與代號：分類與代號： 加工純銅加工純銅:T1 ,T2 , T3 :T1 ,T2 , T3 :數(shù)字越大純度越低。數(shù)字越大純度越低。 無氧銅無氧銅:TU0 ,TU1,TU3 :TU0 ,TU1,TU3 氧含量不大于氧含量不大于0.003%0.003% 磷脫氧銅磷脫氧銅:TP1,TP2 :TP1,TP2 含磷較高含磷較高0.004-0.04%0.004-0.04% 銀銅銀銅: TAg0.1 : TAg0.1 含少量銀含少量銀0.06%-0

20、.12%0.06%-0.12%應用應用 ：加工純銅：加工純銅：壓力加工成板、帶、箔、管、棒、線、壓力加工成板、帶、箔、管、棒、線、型七種形狀，用作導電材料、導熱及耐蝕器件型七種形狀，用作導電材料、導熱及耐蝕器件和儀表零件；和儀表零件；無氧銅：無氧銅：壓力加工成板、帶、箔、管、棒、線六壓力加工成板、帶、箔、管、棒、線六種形狀，用作電真空器件及高導電性銅線，抗種形狀，用作電真空器件及高導電性銅線，抗氫能力強，不氫脆；氫能力強，不氫脆；磷脫氧銅磷脫氧銅：壓力加工成板、帶、管三種形狀，用壓力加工成板、帶、管三種形狀，用作導熱及耐蝕器件和儀表零件作導熱及耐蝕器件和儀表零件銀銅：銀銅：壓力加工成板、管、線

21、三種形狀，用作導壓力加工成板、管、線三種形狀，用作導電材料、導熱及耐蝕器件和儀表零件；電材料、導熱及耐蝕器件和儀表零件； 配置銅合金；配置銅合金；二、銅合金：二、銅合金： 加入元素：加入元素：Zn,Sn,AL,Mn,Ni,Fe,Be,Ti,Si,CrZn,Sn,AL,Mn,Ni,Fe,Be,Ti,Si,Cr等；等； 分類：按化學成分分：黃銅、青銅、白銅；分類：按化學成分分：黃銅、青銅、白銅； 按生產(chǎn)方式分：（壓力）加工產(chǎn)品按生產(chǎn)方式分：（壓力）加工產(chǎn)品 鑄件鑄件 銅管銅管銅與黃銅帶銅與黃銅帶銅合金的分類銅合金的分類黃銅黃銅 : Cu Zn 白銅白銅 : Cu Ni 青銅青銅 : 除黃銅和白除黃

22、銅和白 銅外的所有銅外的所有 銅合金。銅合金。（一）（一） 黃銅黃銅 以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。 黃銅按化學成分可分為黃銅按化學成分可分為普通黃銅普通黃銅和和特殊黃銅特殊黃銅。 按工藝可分為按工藝可分為加工黃銅加工黃銅和和鑄造黃銅鑄造黃銅。 黃銅棒黃銅棒1.普通黃銅普通黃銅 銅與鋅的二元合金銅與鋅的二元合金稱為普通黃銅。稱為普通黃銅。 加工普通黃銅的牌加工普通黃銅的牌號為號為：H (黃黃) + 表示表示銅平均百分含量的數(shù)銅平均百分含量的數(shù)字，字，如如H68。l從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有 和和 + 兩種組兩種組織織,分別

23、稱分別稱單相黃銅和兩相黃銅單相黃銅和兩相黃銅。 ( Z ) H 90含銅量含銅量 WCu = 90%黃銅黃銅鑄造鑄造黃銅的牌號黃銅的牌號 單相黃銅塑性好單相黃銅塑性好。 常用牌號有常用牌號有H80H80、H70H70、 H 68 H 68。 適于制造冷變形零件，如適于制造冷變形零件，如 彈殼、冷凝器管等。彈殼、冷凝器管等。 兩相黃銅熱塑性好兩相黃銅熱塑性好, , 強度強度 高高. . 常用牌號有常用牌號有H59H59、H62H62。 適于制造受力件，如墊圈、適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導管、散熱器等。彈簧、導管、散熱器等。冷凝器管冷凝器管汽車機油泵襯套汽車機油泵襯套 常用的黃銅常用的黃銅v金

24、獎黃銅金獎黃銅 - H90 - H90v彈殼黃銅彈殼黃銅 - H70 ( H68 ) - H70 ( H68 )v日用黃銅日用黃銅 - H62 ( H59 ) - H62 ( H59 )法蘭閥法蘭閥閘閥閘閥冷凝器管冷凝器管2. 特殊黃銅特殊黃銅 在普通黃銅的基礎上加入在普通黃銅的基礎上加入AlAl、 Fe Fe、SiSi、MnMn、PbPb、 Sn Sn、NiNi等元素形成特殊黃銅。等元素形成特殊黃銅。 加工特殊黃銅的牌號為：加工特殊黃銅的牌號為： H(H(黃黃)+)+主加元素符號主加元素符號(Zn(Zn除除外外)+)+銅平均百分含量銅平均百分含量+ +主加元素主加元素平均百分含量平均百分含量

25、, , 如如HPb59-1. HPb59-1. 特殊黃銅強度、耐蝕性比普特殊黃銅強度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善通黃銅好，鑄造性能改善。 黃銅制品黃銅制品牌號牌號:H Al 59 - 3含鋁量含鋁量WAl = 3%含銅量含銅量WCu = 59% 常用牌號有常用牌號有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。等。 主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。槳、軸承、襯套及閥體等。 ( (二二) )、白銅：、白銅：Cu-NiCu-Ni合金合金

26、，NiNi為主要元素；為主要元素； 組織組織：單相a固溶體； 強化方式強化方式：固溶強化，形變強化； 代號：代號： B+鎳的平均百分含量鎳的平均百分含量 性能：性能：冷熱加工性能和耐蝕性好 。 應用應用：精密機械，儀表中零件和冷凝器、熱交換器、蒸餾器等 分類：分類： 普通白銅和特殊白銅。 普通白銅普通白銅牌號：牌號：B+鎳的平均百分含量，如鎳的平均百分含量，如B5。 常用牌號有常用牌號有B5、B19等等 。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工作的精密機械作的精密機械,儀表零件及冷凝器儀表零件及冷凝器,蒸餾器蒸餾器,熱交換器等熱交換器等. 白銅件白銅件（三）（三） 青銅青銅 除黃銅

27、和白銅外的其他銅合金除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅。統(tǒng)稱為青銅。 加工青銅的牌號為：加工青銅的牌號為：Q +Q +主加主加元素符號及其平均百分含量元素符號及其平均百分含量+ +其其他元素平均百分含量他元素平均百分含量 如如QSn4-3(QSn4-3(含含4%Sn4%Sn、3%Zn).3%Zn). 常用青銅有錫青銅、鋁青銅、常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。 青銅制品青銅制品（1）錫青銅）錫青銅 是以錫為主加元素的銅合金，是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為錫含量一般為314%314%。 錫青銅鑄造流動性差，鑄件密錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，易滲漏，度低，易滲漏，但體積收縮率在但體積收縮率在有色金屬中最小有色金屬中最小 。 錫青銅耐蝕性良好，在大氣、錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海