有色金屬材料

關(guān)于有色金屬材料第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

主要用途：電線、電纜

4、抗大氣腐蝕好，其表面有一層致密的氧化膜。3、面心立方晶格，強(qiáng)度低（σb=80-100MPa），

塑性好（ψ=80%），可以通過壓力加工成各種型材，與其面心立方晶體有關(guān)。

2、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，僅次于銀、銅、金居第四位。

特性：1、熔點(diǎn)低，比重小。熔點(diǎn)為660.4℃密度2.72§4-1鋁及鋁合金一、工業(yè)純鋁牌號(hào)：工業(yè)純鋁牌號(hào)有L1L2……..L7數(shù)字大純度低工業(yè)高純鋁牌號(hào)有L0L00

高純鋁L01L02……L04數(shù)字大純度高。第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

二、鋁合金及強(qiáng)化方法（一）概述

1、合金化在純鋁中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素，經(jīng)熱處理可使強(qiáng)度比純鋁提高3－4倍。2、鋁合金狀態(tài)圖共同特點(diǎn)是：基本相都是鋁基固溶體和＋

共晶體。其中為固溶體或化合物。

3、鋁合金的分類及特性根據(jù)加工工藝特性和合金元素含量可分為兩大類。即，變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金：具有良好的塑性，可進(jìn)行鍛造、軋制、擠壓等壓力加工。鑄造鋁合金：流動(dòng)性好，宜鑄造，不宜壓力加工。第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日Al

合金含量（SiMgCu等）溫度DL+變形鋁合金鑄造鋁合金熱處理不能強(qiáng)化熱處理能強(qiáng)化D/F+L鋁合金一般相圖第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

1、熱處理強(qiáng)化強(qiáng)化方法：固溶處理－時(shí)效強(qiáng)化。

固溶處理：將合金加熱到溶解度曲線以上某一溫度，得到單一的固溶體組織，然后在水中迅速冷卻，使第二相來不及析出，形成過飽和固溶體。這種處理的方法稱固溶處理。

時(shí)效強(qiáng)化：固溶處理的合金在較低溫度下隨時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)化的現(xiàn)象(強(qiáng)度和硬度上升）稱時(shí)效硬化或時(shí)效強(qiáng)化。

（二）鋁合金強(qiáng)化方法第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日以鋁銅合金為例，獲得過飽和的α固溶體。其強(qiáng)度可以達(dá)到250MN/m2。時(shí)效強(qiáng)化：固溶處理的合金隨時(shí)間的延續(xù)而發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)化的現(xiàn)象稱時(shí)效硬化或時(shí)效強(qiáng)化。例如：固溶處理的合金，如果在室溫放置4-5例如4%Cu的鋁合金加熱到α相區(qū)中某一溫度，經(jīng)過一段時(shí)間保溫，使獲得單一的α固溶體組織，然后投入水中快速淬火，使次生相CuAl2

來不及從α中析出第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日時(shí)效過程：分四個(gè)階段：第一階段，形成GP區(qū)(Guinier,Preston)，溶質(zhì)原子的富集，引起晶格畸變，位錯(cuò)受阻，強(qiáng)度提高。第二階段，Gp區(qū)有序化,隨著原子的進(jìn)一步富集，原子有序的排列起來，成分結(jié)構(gòu)接近CuAl2，稱θ“，與母相共格，引起晶格進(jìn)一步畸變，位錯(cuò)進(jìn)一步受阻，強(qiáng)度進(jìn)一步提高。第三階段，形成過渡相θ′，溶質(zhì)原子繼續(xù)富集，化學(xué)成分逐漸達(dá)到CuAl2的化學(xué)成分，部分與母相脫離共格聯(lián)系，晶格畸變減輕，對(duì)位錯(cuò)阻礙減少，合金趨向軟化。第四階段，θ相形成與長(zhǎng)大，形成穩(wěn)定的CuAl2。與母相完全脫離共格聯(lián)系，晶格畸變大為減輕，強(qiáng)化效果顯著減弱，合金發(fā)生軟化，這種現(xiàn)象稱“過時(shí)效“。

實(shí)際上，時(shí)效過程不一定全部包括以上四個(gè)階段，自然時(shí)效只有一二階段，人工時(shí)效只能觀察到三、四階段。第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

自然時(shí)效：在室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱自然時(shí)效（強(qiáng)度可以達(dá)到400MN/m2），人工時(shí)效：在加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效稱人工時(shí)效（100－200oC）。人工時(shí)效的效果不如自然時(shí)效效果好，但時(shí)間短。

例：含4％Cu的鋁合金，固溶強(qiáng)化后強(qiáng)度為250MPa自然失效后（4－5天）達(dá)到400MPa。

強(qiáng)化機(jī)理：在鋁的過飽和固溶體晶格內(nèi)形成溶質(zhì)原子富集區(qū)及鋁化物且與固溶體保持共格關(guān)系，使得晶格嚴(yán)重畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻礙，提高了合金的強(qiáng)度。第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日2、對(duì)變形鋁合金通過冷變形加工硬化，使強(qiáng)度提高。

3、固溶強(qiáng)化合金元素溶入鋁晶格中形成有限固溶體，使合金強(qiáng)度提高。如硅銅鎂錳等。第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日4、加入變質(zhì)劑，進(jìn)行變質(zhì)處理—細(xì)晶強(qiáng)化。例：Al－Si鑄造合金，澆鑄前加入2－3％鈉鹽混合物（2/3NaF+1/3NaCl-變質(zhì)劑），結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生大量晶核，獲得細(xì)晶粒，合金的強(qiáng)度和塑性都得以提高。鋁硅合金變質(zhì)處理前鋁硅合金變質(zhì)處理后第十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

特點(diǎn)：合金元素少，熱處理強(qiáng)化不起作用，只能用加工硬化的方法強(qiáng)化。三、常用鋁合金鋁合金分為兩大類：變形鋁合金、鑄造鋁合金

（一）變形鋁合金變形鋁合金按其性能和用途分為：防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金。1、防銹鋁主要合金元素：Mn，Mg

常用牌號(hào)：LF5、LF11、LF21等

L－鋁F－防銹

數(shù)字－順序號(hào)

用途：制造油箱、油管等。第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日用途：制造鉚釘、螺旋槳葉片等。3、超硬鋁合金

特點(diǎn)：可用熱處理時(shí)效強(qiáng)化，也可冷變形加工硬化。2、硬鋁合金

主要合金元素：Cu－Mg常用牌號(hào)：

LY1、LY11等。

L－鋁Y－硬數(shù)字－順序號(hào)

主要合金元素：Zn－Mg－Cu

常用牌號(hào):LC4LC6L－鋁C－超硬數(shù)字－順序號(hào)

特點(diǎn)：這類鋁合金是經(jīng)固溶處理和時(shí)效硬化后強(qiáng)度最高的一種鋁合金。第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

用途：制造飛機(jī)大梁、蒙皮等。

特點(diǎn)：具有良好的鍛造成型性，可固溶處理+人工時(shí)效強(qiáng)化。

用途：制造直升飛機(jī)的葉片、航空發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。

4.鍛鋁合金

主要合金元素：Mg－Si－Cu,Cu－Mg－Ni

常用牌號(hào)：LD5LD7L－鋁D－鍛造數(shù)字－順序號(hào)第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日四、鑄造鋁合金

用途：鑄造鋁合金主要用于制造重要的形狀復(fù)雜的鋁合金零件，例如汽車、拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞等。

合金系：Al－SiAl－CuAl－MgAl－Zn

牌號(hào)表示方法：字母“ZL”＋三位數(shù)字

ZL－鑄鋁;

第一位數(shù)字表示合金類別

1－表示鋁硅系，2－表示鋁銅系

3－表示鋁鎂系，4－表示鋁鋅系第二、三位數(shù)字表示順序號(hào)。例如：ZL102、ZL202、LZ302等。

特點(diǎn)：鑄造性能好（Al-Cu合金差）第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日1、工業(yè)純銅（又稱紫銅）物理性能：密度為8.93g/cm3，熔點(diǎn)為1083℃，呈面心立方晶格，表現(xiàn)出優(yōu)異的冷、熱壓力加工性能，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好。強(qiáng)度低，不能作為結(jié)構(gòu)材料使用。應(yīng)用：電線、電纜第二節(jié)銅及合金2、黃銅：化學(xué)成分：主要元素是銅和鋅。含鋅量0－50％。呈淡黃色。

性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高（比鋁合金高）；耐磨性和耐海水腐蝕性好，都優(yōu)于鋁合金和碳鋼。第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日黃銅普通黃銅Cu－Zn合金，H59、H62、H70等

H－黃銅數(shù)字－Cu%

應(yīng)用：水管、油管、散熱器等。特殊黃銅普通黃銅基礎(chǔ)上加入AlMnPbSi

進(jìn)一步提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐蝕性。牌號(hào)：HPb59-1表示含鉛黃銅，

Cu%=59Pb%=1

應(yīng)用：制造船舶、化工中的高強(qiáng)耐蝕零件鐘表、機(jī)械的軸瓦耐磨零件等分類、牌號(hào)及應(yīng)用：第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日3、青銅

主要成分：Cu-Sn合金，應(yīng)用最早合金。近代又發(fā)展了含Al、Si、Be、Mn、Pb的銅合金，習(xí)慣上也都稱為青銅。

特性：具有極高的耐磨性并耐蝕性好。

牌號(hào)：Q+元素符號(hào)＋含量

QSn4-3QAl5ZQSn10-5等（3％Zn）（5％Pb）

應(yīng)用：耐磨件如齒輪、軸套、蝸輪，儀器上的彈簧，耐磨和抗磁零件第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日4、白銅

白銅相圖是勻晶相圖，是單相組織。能夠作為很好的耐蝕材料，如Monelalloy系列，見第三章。其中經(jīng)常加入Zn固溶強(qiáng)化，還能提高耐蝕性。如CuNi15Zn20，其耐蝕性和機(jī)械性能都很好。另外加入Mn，有高電阻和低電阻溫度系數(shù)，CuNi40Mn2被稱為康銅，作為低溫?zé)犭娕际褂?500-600℃以下)以及在此溫度下的變阻器和加熱器。CuNi43Mn1又名考銅，性能與康銅類似，可作為變阻器，低溫?zé)犭娕己脱a(bǔ)償導(dǎo)線。

第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日五、銅基形狀記憶合金

所謂形狀記憶合金是指一類具備馬平衡氏體相變的合金。合金在室溫發(fā)生馬氏體相變后，對(duì)馬氏體變形。當(dāng)將變形后的馬氏體再加熱到高溫，則合金自動(dòng)回復(fù)到原來母相的形狀。如果對(duì)形狀記憶合金的母相狀態(tài)在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度之上變形形成應(yīng)力誘發(fā)馬氏體，同樣在加熱到As點(diǎn)以上后能夠回復(fù)到母相原始形狀。這是因?yàn)樵谙嘧冞^程中，有序的母相與馬氏體相之間是共格關(guān)系，具有晶體學(xué)的可逆性和馬氏體變體之間的自協(xié)調(diào)，以層錯(cuò)作為不變點(diǎn)陣切變，而且馬氏體相變阻力小，其彈性應(yīng)變、熱滯和體積變化也小。其變形的能量主要以彈性能形式儲(chǔ)存在馬氏體與母相之間的共格界面上及界面附近。在對(duì)馬氏體加熱過程中，馬氏體在彈性能作用下逆切變，而轉(zhuǎn)變沿可逆路徑返回，使形成的母相又回復(fù)到原來形狀。

第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日以黃銅為基礎(chǔ)的CuZnAl合金和以鋁青銅為基礎(chǔ)的CuAlNi合金就具有很好的形狀記憶效應(yīng)。

第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日§4-3鈦及鈦合金

Ti的熔點(diǎn)高于Fe，達(dá)1668℃。在882.5℃發(fā)生密排六方的相(低溫相)向體心立方的相的轉(zhuǎn)變。相的a=0.2951nm，c=0.4684nm。其鈍化電位低，在常溫下其表面可形成氧化物和氮化物組成的致密鈍化膜。能耐大氣、濕氣，海水，硝酸，硫酸，氯化物和濕氯氣的腐蝕。因此廣泛使用于化工設(shè)備中。但不能超過550℃。在此溫度以上，則金屬吸收氧化膜而造成基體與O、N、C強(qiáng)烈反應(yīng)，造成污染和材料脆化而無法使用。高純Ti的b=220-260MPa，s=120-170MPa，=50-60%，=70-80%。此塑變能力在密排六方中是罕見的，與其c/a值較低有關(guān)。除在多個(gè)晶面上可進(jìn)行滑移外，還有多個(gè)孿晶面。

第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日我國(guó)牌號(hào)用T表示Ti合金。TA表示組織為單相。TB表示組織為單相。TC表示組織為+兩相。TA類合金中TA1-TA3為工業(yè)純Ti。純度在99.5-99.0%之間。

型Ti合金中主要合金元素是穩(wěn)定性元素Al和中性元素Sn和Zr，同時(shí)起到固溶強(qiáng)化的效果。+類鈦合金中的主要合金元素除相穩(wěn)定性元素Al和中性元素Sn外，加入V、Mn、Cr、Fe、Mo等相穩(wěn)定元素。而型Ti合金主加元素為相穩(wěn)定元素Mo和Cr。為了提高熱處理強(qiáng)化效果，還加入少量Al和V。

第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

理想的軸承合金的組織應(yīng)是軟基體上均勻分布著硬質(zhì)點(diǎn)。軟的基體被磨損下凹，可貯存潤(rùn)滑油并形成連續(xù)的油膜；硬質(zhì)點(diǎn)則凸起來支撐軸頸，使軸承和軸頸的實(shí)際接觸面積小，減小摩擦。如圖示：

§4-4滑動(dòng)軸承合金用于制造滑動(dòng)軸承及其內(nèi)襯的合金

一、性能要求1、要求軸承合金必須具有足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。

2、足夠的塑性和韌性。

3、低的摩擦系數(shù)

4、良好的導(dǎo)熱性和小的膨脹系數(shù)。第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

二、分類及主要成分錫基軸承合金Sn+銻（Sb）和銅鉛基軸承合金Pb+Sb+Sn+Cu

還有銅基軸承合金、鋁基、等

第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

四、工業(yè)中常用的軸承合金工業(yè)上稱巴氏合金（巴比特合金）（錫基和鉛基軸承合金）錫銻合金ZchSnSb11-6

鉛銻合金ZChPbSb16-16-2(16%Sb,16%Sn,2%Cu)

三、牌號(hào)表示方法：ZCh+基本元素符號(hào)＋主加元素符號(hào)＋含量＋輔加元素平均含量例：ZChSnSb11-6ZCh－鑄造軸承Sn－基本元素是錫

Sb11－銻含量為11％6－銅含量6％第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

軟基體是Sb溶于Sn形成的固溶體呈暗黑色；硬質(zhì)點(diǎn)是SnSb,β相呈白方塊

用途：澆注大型機(jī)器的軸瓦，如氣輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等高速軸瓦。巴氏合金熔點(diǎn)和強(qiáng)度均較低，承受不了大的壓力，生產(chǎn)上常用離心澆注法將它們鑲鑄在08F鋼軸瓦上，制成所謂“雙金屬”軸承。第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日一、鎂及鎂合金Mg既可以通過電解還原MgCl2，也可以通過化學(xué)還原MgO生產(chǎn)。其結(jié)構(gòu)為密排六方，熔點(diǎn)為6500C，沸點(diǎn)為11070C。Mg的比重低，為1.733。彈性模量低(45000MPa)、膨脹系數(shù)大(25.6×10-6/K)。由于其化學(xué)性質(zhì)活潑，在冶金中主要作為脫氧劑制取V、Cr、Ti等金屬。由于其形成的氧化膜很脆，所以沒有保護(hù)基體的作用，也就不耐蝕。但對(duì)堿金屬、鉻酸和氫氟酸耐蝕。在干燥空氣中不需要保護(hù)。在球墨鑄鐵生產(chǎn)中作為球化劑使用。純Mg的塑性低、強(qiáng)度低、熔點(diǎn)低、比重低，一般不作為結(jié)構(gòu)材料使用?！?-5其它合金第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日Mg合金分為鑄造和鍛造Mg合金。常見變形Mg合金牌號(hào)為Mg2Mn，Mg3AlMnZn，Mg2MnCe，MgMn5Ce。其特點(diǎn)是合金含量較低、雜質(zhì)含量要求高以保證其塑性。加入的Mn基本上是以單質(zhì)形式析出，強(qiáng)化效果弱。但能與有害雜質(zhì)Fe化合以清除Fe對(duì)耐蝕性的有害作用。Ce主要是細(xì)化晶粒提高室溫和高溫強(qiáng)度。Al與Mg形成第二相，因此可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化(固溶處理加時(shí)效)。鑄造Mg合金主要牌號(hào)為ZMg4ZnZr，ZMg4ZnRE1Zr，ZMgZn3REZr，ZMg8AlZnMn。其中ZMg8AlZnMn應(yīng)用最廣?？蛇M(jìn)行各種熱處理。熱處理表示方法與Al合金相同。這里Zr的主要作用是細(xì)化晶粒。

第三十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日二、鋅及鋅合金

Zn是低熔點(diǎn)元素，其熔點(diǎn)只有419.4℃。但比重高達(dá)7.14，有一定強(qiáng)度(150MPa)和耐蝕性。為六方晶格，在室溫塑性不好。在100℃以上其塑性有較大提高，強(qiáng)度硬度