金屬工藝學 第3版 課件 12 非鐵金屬及其合金

金屬工藝學單元四

非鐵金屬及其合金模塊一

鋁及鋁合金●非鐵金屬（或有色金屬）是除鋼鐵材料以外的其他金屬材料的總稱。常用的非鐵金屬有：鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金、滑動軸承合金、硬質(zhì)合金等。一、純鋁的性能、牌號及用途

1．純鋁的性能鋁含量不低于99.00%時為純鋁。純鋁密度是2.7g/cm3，熔點是660℃，結晶后具有面心立方晶格，無同素異構轉變現(xiàn)象，無鐵磁性；純鋁有良好的導電和導熱性能；純鋁在非工業(yè)污染的大氣中有良好的耐腐蝕性；純鋁的塑性好(δ≈40%，ψ≈80%)，但強度低(σb≈80～100MPa)；純鋁不能用熱處理進行強化。2．純鋁的牌號及用途純鋁牌號用1×××四位數(shù)字或四位字符表示，牌號的最后兩位數(shù)字表示最低鋁百分含量。當最低鋁百分含量精確到0.01%時，牌號的最后兩位數(shù)字就是最低鋁百分含量中小數(shù)點后面的兩位。例如，1A99（原LG5），其W(Al)=99.99%；1A97（原LG4），其W(Al)=99.97%。純鋁主要用于熔煉鋁合金，制造電線、電纜、電器元件、換熱器件以及要求制作質(zhì)輕、導熱與導電、耐大氣腐蝕但強度要求不高的機電構件等。

二、鋁合金

鋁合金是以鋁為基礎，加入一種或幾種其他元素(如銅、鎂、硅、錳、鋅等)構成的合金。1．鋁合金的分類鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。變形鋁合金塑性較高，適于壓力加工。變形鋁合金分為熱處理不能強化鋁合金和熱處理能強化鋁合金。鑄造鋁合金適合于鑄造加工，不適于壓力加工。

2．變形鋁合金（1）防銹鋁。它屬于熱處理不能強化的變形鋁合金，一般只能通過冷壓力加工提高其強度，主要是Al-Mn系和Al-Mg系合金，如5A02（LE2）、3A21（LF21）等。防銹鋁主要用于制造要求具有較高耐腐蝕性的油箱、導油管、生活用器皿、窗框、鉚釘、防銹蒙皮、中載荷零件和焊接件等。（2）硬鋁。它屬于Al-Cu-Mg系合金，如2A11（LY11）、2A12（LY12）等。硬鋁主要用于制作中等強度的構件和零件，如鉚釘、螺栓，航空工業(yè)中的一般受力結構件（如飛機翼肋、翼梁等）。（3）超硬鋁。它屬于Al-Cu-Mg-Zn系合金，這類鋁合金是在硬鋁的基礎上再添加鋅元素形成的，如7A04（LC4）、7A09（LC9）等。超硬鋁主要用于制作受力大的重要構件及高載荷零件，如飛機大梁、桁架（圖4-2）、翼肋（圖4-3）、活塞、加強框、起落架、螺旋槳葉片等。（4）鍛鋁。它屬于Al-Cu-Mg-Si系合金，如2A50（LD5）、2A70（LD7）等。鍛鋁適于壓力加工（如鍛壓、沖壓等），用來制作各種形狀復雜的零件（如內(nèi)燃機活塞、葉輪等）或棒材。

3．鑄造鋁合金鑄造鋁合金是指可采用鑄造成形方法直接獲得鑄件的鋁合金。按其所加合金元素的不同，鑄造鋁合金主要有：Al-Si系；Al-Cu系；Al-Mg系；Al-Zn系合金等。鑄造鋁合金牌號由鋁和主要合金元素的化學符號，以及表示主要合金元素名義質(zhì)量百分含量的數(shù)字組成，并在其牌號前面冠以“鑄”字的漢語拼音字母的字首“Z”。例如，ZAlSi12，表示W(wǎng)(Si)=12%，W(Al)=88%的鑄造鋁合金。

三、鋁合金的熱處理

1．鋁合金的熱處理特點鋁合金的熱處理機理與鋼不同。一般鋼經(jīng)淬火后，硬度和強度立即提高，塑性下降。鋁合金則不同，能進行熱處理強化的鋁合金，淬火后硬度和強度不能立即提高，而塑性與韌性卻顯著提高。鋁合金的時效分為自然時效和人工時效兩種。鋁合金工件經(jīng)固溶處理后，在室溫下進行的時效稱為“自然時效”；在加熱條件(一般100℃～200℃)下進行的時效稱為“人工時效”。

2．鋁合金的熱處理鋁合金常用的熱處理方法有：退火，淬火加時效等。退火可消除鋁合金的加工硬化，恢復其塑性變形能力，消除鋁合金鑄件的內(nèi)應力和化學成分偏析。淬火也稱“固溶處理”，其目的是使鋁合金獲得均勻的過飽和固溶體。時效處理是使淬火鋁合金達到最高強度，淬火加時效是鋁合金強化的主要方法。

模塊二

銅及銅合金目前工業(yè)上使用的銅及其合金主要有：加工銅（純銅）、黃銅、青銅及白銅。

一、加工銅（純銅）的性能、牌號及用途

1．加工銅的性能加工銅的熔點為1083℃，密度是8.89～8.95g/cm3，其晶胞是面心立方晶格。加工銅具有良好的導電性、導熱性和抗磁性、耐腐蝕性。加工銅的抗拉強度(σb=200～400MPa)不高，硬度（30～40HBW）較低，塑性(δ=45%～50%)與低溫韌性較好，容易進行壓力加工。加工銅沒有同素異構轉變現(xiàn)象，經(jīng)冷塑性變形后可提高其強度。2.加工銅的牌號及用途加工銅的牌號用漢語拼音字母“T”加順序號表示，共有T1（一號銅）、T2（二號銅）、T3（三號銅）三種，牌號中的順序號數(shù)字越大，則其純度越低。加工銅主要用于制造電線、電纜、電子器件、導熱器件以及作為冶煉銅合金的原料等。二、銅合金的分類銅合金按合金的化學成分分類，可分為黃銅、白銅和青銅三類。

1．黃銅●黃銅是指以銅為基體金屬，以鋅為主加元素的銅合金。黃銅包括普通黃銅和特殊黃銅?！衿胀S銅是由銅和鋅組成的銅合金；在普通黃銅中再加入其它元素所形成的銅合金稱為特殊黃銅。根據(jù)生產(chǎn)方法的不同，黃銅又可分為加工黃銅與鑄造黃銅兩類。2．白銅●白銅是指以銅為基體金屬，以鎳為主加元素的銅合金。白銅包括普通白銅和特殊白銅?！衿胀ò足~是由銅和鎳組成的銅合金；在普通白銅中再加入其它元素所形成的銅合金稱為特殊白銅。根據(jù)生產(chǎn)方法的不同，白銅又可分為加工白銅與鑄造白銅兩類。3．青銅●青銅是指除黃銅和白銅以外的銅合金。根據(jù)生產(chǎn)方法的不同，青銅可分為加工青銅與鑄造青銅兩類。

三、加工黃銅加工黃銅的牌號用“黃”字漢語拼音字首“H”加數(shù)字表示。普通黃銅牌號用“黃”字漢語拼音字首“H”加數(shù)字表示，其中數(shù)字表示平均銅的質(zhì)量分數(shù)，如H70表示銅的質(zhì)量分數(shù)為80%，鋅的質(zhì)量分數(shù)為20%的普通黃銅。特殊黃銅牌號用“黃”字漢語拼音字首“H”加主加元素（Zn除外）符號，加銅及相應主加元素的質(zhì)量分數(shù)來表示，如HPb59-1表示銅的質(zhì)量分數(shù)為59%，鉛的質(zhì)量分數(shù)為1%的特殊黃銅。1．普通黃銅普通黃銅色澤美觀，具有良好的耐腐蝕性，加工性能較好。普通黃銅有：H96、H90、H85、H80、H70、H68、H65、H63、H62、H5