§9有色金属和粉末冶金

§9 有色金属材料

非铁金属(或称有色金属)是指含铁金属(或称黑色金属)之 外的其他金属材料，如铝及其合金、铜及其合金、钛及其合金等。

§9.1 铝及铝合金 §9.1.1 纯铝1、工业纯铝的主要特性

① 具有银白色金属光泽，相对密度小(2.72),熔点低(660.4℃),沸 点高(2477℃),导电、导热性优良；② 呈面心立方晶格,无同素异构转变；

③纯铝强度、硬度低，塑性很高；④化学性质活泼，表面易生成致密的氧化膜，具有良好抗蚀性； ⑤具有优良的工艺性能,易于铸造,易于铸造,易于切削。 2 、工业纯铝的牌号 旧牌号：按纯度由高→底：L1、L2、L3…… 对应新牌号：为1070、1060、1050…… 3、用途 主要制作导线、电器元件、散热片等。

§9.1.2 铝合金铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素制成合金。

1、铝合金的分类根据成分和工艺性能铝合金可分为: ① 变形铝合金：一般通过压力加工制成半成品或模锻件。 ② 铸造铝合金：一般用于铸成复杂的铸件。

相图分析：1)D点以左的合金加 热后能形成单相固溶体， 其塑性好，适合压力加工， 故称为形变铝合金。 ① 成分在F点以左的 合金为单相固溶体，为不 能热处理强化的铝合金。 ② 成分位于F和D之 间的合金会析出第二相， 故为能热处理强化的铝合 金。 2)成分在D点以右的合金有共晶体，适合铸造，称铸造铝合金。 应注意：相图中的D点仅是合金的最大饱和溶解度理论分界线。

2、铝合金的热处理 1)铝合金的强化 ①固溶强化 种类不同，其强化原理、途径也不同。

通过加入合金元素形成固溶体使 合金强度提高的现象，称为固溶强 化。 铜、镁、锰、硅、锌等元素具 有较大的固溶强化效果，是铝合金 的主加元素。将含铜量在0.5~5.7%之间的铝 铜合金加热到固溶线以上后快冷， 所得的组织为α过饱和固溶体。

因合金溶质元子均匀分布，固溶体晶格畸变小，铝合金的固溶强 化效果并不明显，过饱和固溶体随时间增长会沉淀析出强化相，此 过程若在室温进行，叫自然时效(图9-3);若加热在某一温度进行， 叫人工时效(图9-4)。

②时效强化 将经固溶处理(或淬火)后得到过饱和固溶体的铝合金放置在室 温或加热到一定的温度，其强度、硬度随时间延长而提高，塑、韧 性则降低，这一过程称为时效。亦称时效强化。

③细化组织强化 变质处理是细化铸造合金组织的常用方法。

变质处理：在熔融的铝合金中加入一种或数种经过选择的元素或 化合物,通过细化合金组织从而达到提高合金质量和性能的操作方法。 2)铝合金的热处理

常用的热处理方法：①退火：对铝合金铸锭进行均匀化退火，提高

塑性。 对冷变形加工的制品退火，消除内应力，消除加工硬化。

②时效强化处理：(前面已讲)③回归处理：可使自然时效的铝合金重新软化。一般不超过3~4次。 经人工时效的铝合金没有回归现象。

§9.1.3 铝合金的分类、牌号及用途根据成分和工艺性能铝合金可分为: ① 变形铝合金：一般通过压力加工制成半成品或模锻件。 ② 铸造铝合金：一般用于铸成复杂的铸件。

1、变形铝合金

表9—1 变形铝合金分为以下四种：GB/T3190—96

1)防锈铝合金(F点以左) 用于制造耐蚀容器(油箱)、防锈蒙 皮、窗框等。主要为Al-Mg系和Al-Mn系，牌号如5A02(LF2)、 3A21(LF21)等。 2)硬铝合金 为F点以右的合金，可热处理强化。主要为Al- Cu Mg系，牌号如2A12( LY12 )。根据合金元素的多少硬铝分为： ①低合金(铆钉)硬铝如2B11(LY8)其强度低塑性好，用于铆钉。 ②标准硬铝(中强度硬铝)如2A11(LY11)用于中等强度的零件。 ③高强度硬铝如2A12( LY12 )合金含量较多，强度硬度高塑性较 低，加工性能差。用于航空模锻件和重要销、轴等。 硬铝的耐蚀性差，通常(阳极化)包覆一层纯铝(称为包铝)。 3)超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系，合金中的强化相作用强，抗拉 强度高。用于航空工业如飞机大梁、起落架。牌号7A09(LC9)。4)锻铝合金 主要为Al-Mg-Si系，特点是强度高，热态下有良好的 塑性，用于形状复杂强度要求较高的零件如活塞、航空发动机零件 等。牌号如2A70(LD7)。

2、铸造铝合金 1)铸造铝合金的分类 铸造铝合金可分以下四种：表9—3

代号说明：“ZL”表示铸铝，其后第一位数字表示合金类别 “1”为铝-硅系； “2”为铝-铜系； “3”为铝-镁系； “4”为铝-锌系); 第二、三位数字为合金顺序号。 化学成分、力学性能和热处理工艺规范详见GB/T1173—95、 GB/T15115—94(新标准) ①铝硅合金 (硅铝明) 代号：ZL102(简单硅铝明Al—Si系)强度较低，铸造性能好，常 采用变质处理。用于形状复杂受力较小的零件； ZL101、 ZL103、ZL104、ZL111(特殊硅铝明Al—Si—Mg系) 强度较高。用作形状复杂强度低的气缸体、电动机壳体等。

②铝铜合金(耐热性好) 铸造承受中等载荷和形状简单的零件。 常用代号：ZL201、ZL202、ZL203等。 ③铝镁合金(耐蚀性好) 力学性能、耐蚀性、切削加工性能好，铸 造、耐热性差。用于受冲击、和腐蚀介质中工作零件，舰船零件、 氨用泵体。 常用代号：ZL301、ZL302等。 ④铝锌合金(铸造性好)经变质处理和时效强化后强度较高，但耐 蚀性差，热裂倾向较大。其价格最便宜，用于汽车、拖拉机的发动 机零件和形状复杂的

仪器零件，也可用于制造日用品。 常用代号：ZL401、ZL402等。

2)铸造铝合金的变质处理铝硅基铸造合金应用较广，但未经变质处理时，力学性能差， 其铸态组织如图所示。如图为用钠盐变质处理后的显微组织。

经变质处理后的铝硅合金，力学性能明显提高。

§9.2 铜及铜合金 §9.2.1 工业纯铜1、工业纯铜的性质 ① 外观呈紫红色，故又称紫铜； ② 相对密度为8.9,熔点为1083℃; ③ 导电性和导热性优良； ④ 具有面心立方晶格，无同素异构转变，只能以冷作硬化的方 式进行强化。 ⑤ 塑性极好,并有良好的低温韧性,可以进行冷、热压力加工。 杂质元素对性能有一定影响： 有Pb、Bi易形成低熔点共晶体，造成热脆。 S、O易形成脆性大的化合物Cu2S、Cu2O,造成冷脆。 2、工业纯铜牌号、成分、用途 表9—4 按纯度高→低 有T1、T2、T3、T4 工业纯铜一般不作结构材料，主要用于制造电线、电缆、电器元 件、导热器件等。(见下页)

纯铜用途 ① 主要用于导电、导热及兼有耐蚀性的器材； ② 作为配制铜合金的原料，因为铜合金具有比纯铜好的强度及 耐蚀性。(常用的铜合金主要是黄铜和青铜)。

§9.2.2 铜合金的分类、牌号及用途铜合金分类及主要用途： Cu—Ni合金：白铜。用于精密机械、电器仪表等。 Cu—Zn合金：普通黄铜。 再加入其他合金元素可制成特殊黄铜。 除上述白、黄铜外的铜合金统称为青铜。如Cu—Sn、 Cu—Al、Cu—Pb合金。 铜合金中黄铜、青铜的应用广泛。 材料类型： 经压力加工成形的——线、板、棒、管等。 铸造成形的各种产品。