有色金屬及其合金

第九章

有色金屬及其合金重點(diǎn)規(guī)定：熟悉慣用Al、Cu合金的牌號(hào)、成分、熱解決工藝、組織、及其應(yīng)用。

普通理解軸承合金。

第一節(jié)概述1.定義:除黑色金屬(鋼、鐵)以外的全部金屬。2.性能特點(diǎn):含有獨(dú)特的性能。3.分類重金屬(密度＞3.5);Cu、Ni等。輕金屬(密度＜3.5);Al、Mg等。貴重金屬;Au、Ag、Pt等。稀有金屬;W、Ti、Ra、Nb等。半金屬;Si、Te、B等。第二節(jié)鋁及鋁合金1、工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁牌號(hào)L+次序L1～L7熔點(diǎn)660℃，密度2.7g/cm3。力學(xué)性能：σb

=80～100Mpa，δ=30～50%，比強(qiáng)度高。導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，耐大氣腐蝕。塑性好、可冷成型。做散熱器、器皿、導(dǎo)線、電纜等。2．鋁合金（1）分類和強(qiáng)化分類——形變鋁合金、鍛造鋁合金強(qiáng)化辦法：形變強(qiáng)化固溶—時(shí)效強(qiáng)化變質(zhì)解決。-CuAl2時(shí)效強(qiáng)化:

淬火后合金強(qiáng)度硬度隨時(shí)間延長而明顯升高.時(shí)效工藝：固溶解決（水冷淬火）→過飽和固溶體時(shí)效過程——過飽和固溶體分解，析出強(qiáng)化相。時(shí)效效果：時(shí)效溫度越高，則速度越快，但

強(qiáng)化效果小。自然時(shí)效——在室溫通過數(shù)天時(shí)間停留完畢時(shí)效。人工時(shí)效——加熱至100~200℃，保溫一定時(shí)間。AL-Cu合金自然時(shí)效曲線Al-Cu合金的人工時(shí)效曲線1.防銹鋁—用“鋁”和“防”二字的漢語拼音第一種字母“L”和“F”加次序號(hào)表達(dá)，如五號(hào)防銹鋁用LF5表達(dá)。LF21(3A21)等。優(yōu)良的抗腐蝕性能,因而得名防銹鋁合金，還含有良好的塑性與焊接性，適宜壓力加工和焊接。機(jī)械性能較低，可用冷加工辦法使其強(qiáng)化。切削加工工藝性能差，故合用制作焊接管道、容器、鉚釘以及其它冷變形零件。2.硬鋁—用“鋁”和“硬”二字的漢語拼音首字母“L”和“Y”加次序號(hào)表達(dá)，如十二號(hào)硬鋁用LY12表達(dá)。LY1（2A01）LY11（2A11）等。鋁-銅-鎂系合金應(yīng)用較早，用途很廣。有強(qiáng)烈的時(shí)效強(qiáng)化作用，經(jīng)時(shí)效解決后含有很高的硬度、強(qiáng)度，故鋁-銅-鎂系合金總稱為硬鋁合金。這類合金含有優(yōu)良的加工工藝性能，能夠加工成板、棒、管、線、型材及鍛件等半成品，廣泛應(yīng)用在航空，汽車和機(jī)械中。

3.超硬鋁—用“鋁”和“超”二字的漢語拼音首字母“L”和“C”加次序號(hào)表達(dá)，如四號(hào)超硬鋁用LC4（7A04）表達(dá)。LC9（7A09）鋁-鋅-銅系合金是現(xiàn)在室溫強(qiáng)度最高的一類鋁合金，其強(qiáng)度達(dá)500～700MPa，超出高強(qiáng)度的硬鋁LY12合金(400-430MPa)，故稱為超硬鋁合金。應(yīng)用在航空飛機(jī)大梁，起落架等承受重載的零部件。4.鍛鋁—用“鋁”和“鍛”二字的漢語拼音首字母“L”和“D”加次序號(hào)表達(dá)，如五號(hào)鍛鋁用LD5（2A50）表達(dá)。LD7（2A70）LD10（2A14）。鋁-鎂-硅-銅系合金含有優(yōu)良的鍛造工藝性能，重要用作制作外形復(fù)雜的鍛件,故稱為鍛鋁合金。（二）鍛造鋁合金鍛造鋁合金的牌號(hào)用“鑄鋁”二字的漢語拼音第一種大寫字母“ZL”加三位數(shù)字表達(dá)，第一位數(shù)表達(dá)合金系別：（1為鋁硅系合金；2為鋁銅系合金；3為鋁鎂系合金；4為鋁鋅系合金）。第二、三位數(shù)字表達(dá)合金的次序號(hào)。如ZL111表達(dá)11號(hào)鋁硅系鍛造鋁合金。1.鋁-硅鍛造合金ZL101、ZL104、ZL105、

ZL107、

ZL109優(yōu)良的鍛造性、焊接性、抗蝕性以及足夠的機(jī)械性能，但合金的致密度較小，適宜制造致密度規(guī)定不太高的、形狀復(fù)雜的鑄件。2.鋁-銅鍛造合金ZL201ZL202ZL203耐熱性高，其高溫強(qiáng)度隨銅含量的增加而提高，而合金的鑄縮率和形成裂紋的趨向則減小。但由于銅含量增加，使合金的脆性增加,故銅含量普通不超出14％。3.鋁-鎂鍛造合金比重最小(2.55)、耐蝕性最佳、強(qiáng)度最高(抗拉強(qiáng)度可達(dá)350MPa)的鍛造鋁合金。但由于結(jié)晶溫度范疇寬，故流動(dòng)性差,形成疏松趨向大、其鍛造性能不如鋁-硅合金好。ZL301ZL302ZL3034.鋁-鋅鍛造合金有較高的強(qiáng)度，是最便宜的一種鍛造鋁合金。其重要缺點(diǎn)是抗蝕性差。ZL401ZL402合金類別代號(hào)主要化學(xué)成分,%熱處理機(jī)械性能CuMgMn其它σb

MPa

%HB防銹鋁LF54.5~5.50.3~0.6退火2702370LF114.8~5.50.3~0.6V0.02~0.22702370LF211.0~1.61302330硬鋁LY12.2~3.00.2~0.5固溶處理+自然時(shí)效3002470LY113.8~4.80.4~0.80.4~0.842018100LY123.8~4.91.2~1.80.3~0.948011131超硬鋁LC41.4~2.01.8~2.80.2~0.6Zn5.0~7.0固溶處理+人工時(shí)效60012150LC62.2~2.82.5~3.20.2~.5Zn7.6~8.66807190鍛鋁LD51.8~2.60.4~0.80.4~0.8Si0.7~1.242013105LD71.9~2.51.4~1.8Ni1~1.5Fe1.0~1.544013120LD103.9~4.80.4~0..80.4~1.0Si0.5~1.248010135（２）變形鋁合金變形鋁合金的應(yīng)用防銹鋁——LF，不可熱解決強(qiáng)化，做油箱、油管、鉚釘。硬鋁——LY，做螺旋槳葉片、支柱。超硬鋁——LC，做飛機(jī)大梁、桁架、起落架等。鍛鋁——LD，做鍛件、模鍛件。合金代號(hào)主

要

化

學(xué)

成

分,%機(jī)

械

性

能SiCuMg鑄造方法熱處理

bMPa

%HB鋁硅ZL1016.0~8.00.2~0.4SBT6230170ZL10210~13SBJT2T2143153425050ZL1104.0~6.05.0~8.00.2~0.5JT1170－90鋁銅ZL2034.0~5.0JT4210660鋁鎂ZL3019.5~11.5ST4280920鋁鋅ZL4026.0~8.0Zn5~70.4~0.7JT1240470鑄造方法：SB——砂型變質(zhì)；J——金屬砂；S——砂型熱處理：T1——不淬火，人工時(shí)效；T2——退火；T4——淬火+自然時(shí)效；T6——淬火+人工時(shí)效（3）鍛造鋁合金鍛造鋁合金的變質(zhì)解決變質(zhì)處理后，×100ZL102的鑄態(tài)組織，未變質(zhì)，×500Al-Si合金（硅鋁明10%-13%Si）——鍛造性好（熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、收縮?。＝M織——變質(zhì)前，共晶體（粗針狀Si+α基體）+初晶Si變質(zhì)后，共晶體（細(xì)點(diǎn)狀Si+α基體）+初晶α鑄造鋁合金的應(yīng)用

第三節(jié)銅及銅合金一、銅及銅合金的特點(diǎn)1、熔點(diǎn)1083℃，密度8.9g/cm3。2、導(dǎo)電導(dǎo)熱性僅次于銀。3、耐大氣、海水腐蝕。4、切削性好，塑性好，可冷、熱成形。5、鍛造銅合金的鍛造性能好。1．純銅——紫銅（紫紅色）工業(yè)純銅

——T1-T4，做電導(dǎo)體。

力學(xué)性能:

σb=230-250MPa

δ=40-50%純銅管強(qiáng)化途徑：固溶強(qiáng)化650MPa時(shí)效強(qiáng)化1400MPa過剩相強(qiáng)化1、黃銅（以Zn為重要合金元素的銅合金）銅合金分黃銅、青銅和白銅三類。黃銅分普通黃銅和復(fù)雜黃銅兩種。（1）普通黃銅：銅和鋅的二元合金普通黃銅牌號(hào)：H+數(shù)字H為黃銅數(shù)字表達(dá)平均銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如：H96,H80,H70,H68,H62

、H59等H96冷凝管、熱交換器、散熱器，計(jì)算機(jī)插件等。H80金色黃銅，裝飾件，薄管。

H70“三七黃銅”彈殼、套管和復(fù)雜深沖零件

H68

H62、H59強(qiáng)度較高，作零件，原則件，焊接件，沖壓件（2）復(fù)雜黃銅在普通黃銅基礎(chǔ)上加鋁、鐵、硅、錳、鎳等牌號(hào)：H+主加元素符號(hào)+銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)+主加元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)1）Pb黃銅HPb60-1切削性能好，耐磨性好鐘表零件。2）Sn黃銅HSn90-1

HSn62-1耐蝕性好，船舶零件。海軍黃銅。3）Al黃銅Hal77-2HAl60-1-1耐蝕性好，強(qiáng)度和硬度高。船舶零件，機(jī)械及電機(jī)零件。4）Si黃銅HSi80-3耐蝕性好,機(jī)械性能好，切削性好，耐磨性好。船舶零件，機(jī)械及化工零件其它尚有錳黃銅，鐵黃銅，鎳黃銅。重要用于船舶零件（三）青銅（含有Sn.Al.Si.Pb.Be,Mn等的銅基合金）涉及：錫青銅，鋁青銅，鈹青銅等分類：壓力加工青銅（以壓力加工產(chǎn)品的形式供應(yīng)）和鍛造青銅編號(hào)辦法：①Q(mào)+主加元素符號(hào)+主加元素含量+其它元素含量如：QSn4-3,表達(dá)含4%Sn、3%Zn，其它為Cu的錫青銅。②鍛造青銅在編號(hào)前加“Z”字錫青銅QSn4-3,QSn6.5-0.1,耐蝕性優(yōu)于黃銅，鍛造性好，耐磨性好，有彈性用于造船、化工、機(jī)械、儀表中的耐磨件，耐蝕件、彈性元件，抗磁件。2.鋁青銅耐蝕性優(yōu)于黃銅和錫青銅，鍛造性和耐磨性優(yōu)于錫青銅，機(jī)械性能好。QAl9-4,QAl7QAl10-3-1.5飛機(jī)、船舶用高強(qiáng)度、高耐磨抗蝕零件。QAl9-4船舶及電氣零件，耐磨件QAl7重要的彈簧及彈性元件。3.鈹青銅耐蝕性、耐磨性、彈性、抗磁性、抗疲勞都較好，耐寒，沖擊無火花。QBe2重要的彈簧及彈性元件、耐磨件、高壓高速高溫軸承，防爆工具，鐘表件。

4.硅青銅

耐蝕件、彈簧、渦輪、蝸桿等（四）白銅（以Ni為重要合金元素的銅合金）普通白銅編號(hào)為：B+鎳的平均含量，“B”意指“白銅”

如：B19表達(dá)含19%Ni的普通白銅B5、B19、B25船舶零件，機(jī)械及化工零件，醫(yī)療器械。復(fù)雜白銅編號(hào)辦法：Q+主加元素符號(hào)+主加元素含量+其它元素含量如：

BZn15-20船舶零件，潮濕環(huán)境下的機(jī)械及化工零件錳白銅BMn3-12彈簧和熱電偶絲在固態(tài)下有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：882.5℃下列為α鈦，是密排六方晶格，882.5℃以上為β鈦，是體心立方晶格。工業(yè)純鈦的純度為99.5%-99.0%，其性能很大程度上取決于氧的含量工業(yè)純鈦可分為TA1，TA2，TA3等三個(gè)牌號(hào)，編號(hào)越大，雜質(zhì)越多。鈦合金分

α鈦合金、β鈦合金、α+β鈦合金α鈦合金有TA4，TA5，TA6500℃下列工作零件，導(dǎo)彈燃料罐。β鈦合金TB2350℃下列工作零件α+β鈦合金TC1，TC2，TC3，TC4400℃下列工作零件2．銅合金(黃銅、青銅、白銅)（１）黃銅——Cu-Zn系合金普通黃銅——Cu-Zn合金單相黃銅——如H80，含80%Cu，單相α，塑性好，可冷成型。雙相黃銅——如H62，α+β

，可熱變形。組織、牌號(hào)、性能代號(hào)化學(xué)成分,%機(jī)械性能CuZn加工

狀態(tài)

bMPa

%HBH9695~97余量退火25035－H8079~81余量退火27050－H6867~70余量退火30040－H5957~60余量退火變形300420255－103(a)單相黃銅α

Cu-Zn合金的顯微組織(b)雙相黃銅α+β’復(fù)雜黃銅——改善Cu-Zn合金的耐蝕性、機(jī)械性能。組

別代

號(hào)主要化學(xué)成分,%機(jī)械性能(變形)Cu其它

bMPa

%HBPb黃銅HPb63-3HPb60-162.0~65.059.0~61.0Pb2.4~3.0Pb0.6~1.060061054－－Sn黃銅HSn90-1HSn62-188.0~91.061.0~63.0Sn0.25~0.75Sn0.7~1.152070054148－Al黃銅HAl77-276.0~79.0Al1.8~2.665012170Si黃銅HSi65-1.5-363.5~66.5Si1.0~2.0Pb2.5~3.56008160Mn黃銅Fe黃銅HMn58-2HFe59-1-157.0~60.057.0~60.0Mn1.0~1.2Fe0.6~1.27007001010175160Ni黃銅HNi65-564.0~67.0Ni5.0~6.57004－黃銅制品鍛造黃銅——如ZHSi80-3，含80%Cu。（2）青銅——

Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Be系等合金。壓力加工青銅Sn青銅——如QSn4-3，含4%Sn、3%Zn，其它為Cu做軸承、彈簧等。Al青銅——如QAl10-3-1.5，做耐蝕、抗磨的齒輪、軸套等。Be