第8章 有色金属及其合金

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 有色金属及其合金,在工业生产中，通常把铁及其合金称为,黑色金属,，把其他非铁金属及其合金称为,有色金属。,铸造有色金属及其合金,牌号表示方法统一如下,:,铸造有色,纯金属,的牌号为,Z+,该金属元素符号,+,纯度百分含量数字,(,或用一,短横加顺序号,),。,如,ZAl99.5,和,ZTi-1,。,变形有色金属,及其合金的牌号表示方法还,不统一,。,铸造有色合金,的牌号为,Z+,基体元素符号,+,主要合金元素符号及其名义百分含量数字,+,其他合金元素符号及其百分含量数字,。,如,ZAlSi7Cu4,、,ZCuZn31Al2,、,ZSnSb11Cu6,等。,混合稀土元素符号用,RE,表示。,优质合金在牌号后标注字母,“,A”,。,第一节 铝及铝合金,一、铝及铝合金性能特点,纯铝具有,银白色金属光泽,，,密度小,(2.72),，熔点低,(660.4),导电、导热性能优良,。,耐大气腐蚀，易于加工成形。,具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。,铝合金,既具有,高强度又保持纯铝的优良特性,。,铝合金常加入的元素主要有,Cu,、,Mn,、,Si,、,Mg,、,Zn,等，此外还有,Cr,、,Ni,、,Ti,、,Zr,等辅加元素。,可将铝合金分为,变形铝合金,和,铸造铝合金,两大类。,变形铝合金,又分为,可热处理强化,和,不可热处理强化,两类,.,铝合金分类,示意图,二、铝合金的分类,铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。,三、铝合金的热处理,并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理,。,时效,是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。,可热处理强化变形铝合金的热处理方法：,固溶处理,+,时效,。,固溶处理,是指,将合金加热到固溶线以上，保温,加热固溶,淬火过饱和,时效析出,在,室温下进行,的时效称,自然时效,；在,加热条件下进行,的时效称,人工时效,。,时效强化效果与,加热温度,和,保温时间,有关。,温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰,值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，为,过时效,。,随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。,含,4%Cu,铝合金的时效曲线,时效时间,/d,四、铝合金的牌号、性能及用途,1,、,变形铝合金,变形铝及铝合金牌号表示方法,GB 3190-82,中的牌号表示方法为,:,防锈铝合金：,LF+,序号,硬铝合金：,LY+,序号,超硬铝合金：,LC+,序号,锻铝合金：,LD+,序号,常用变形铝合金,防锈铝合金,主要,是,Al-,Mn,和,Al-Mg,系合金,。,Mn,和,Mg,主要作用是,提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。,防锈铝合金锻造,退火后组织,为,单相固溶体,，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。,不能进行热处理强化,，常利用,加工硬化,提高其强度。,常用的,Al-,Mn,系合金有,LF21,，,其,抗蚀性和强度高于纯铝,，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。,常用的,Al-Mg,系合金,有,LF5,，,其,密度比纯,铝小，强度比,Al-,Mn,合金高,，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。,硬铝合金,主要,是,Al-Cu-Mg,系合金，并含少量,Mn,。,可进行,时效强化,，也可进行,变形强化,。,强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。,常用硬铝合金如,LY11,、,LY12,等，用于制造,冲压件、模锻件和铆接件,，如螺旋桨、梁、铆钉等,.,超硬铝合金,属,Al-Zn-Mg-Cu,系合金，并含有少量,Cr,和,Mn,。,时效强化效果超过硬铝合金,.,热态塑性好,，但,耐蚀性差,。常用合金有,LC4,、,LC9,等，主要用于工作温度较低、受力较大的,结构件,如飞机大梁、起落架等,.,飞机前起落架,锻铝合金,Al-Cu-Mg-,Si,系合金,可锻性好,，,力学性能高,，用于形状复杂的,锻件和模锻件,，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等,.,Al-Cu-Mg-Fe-Ni,系耐热锻铝合金 常用牌号有,LD7,、,LD8,、,LD9,等。用于制造,150-225,下工作的零件,，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。,2,、铸造铝合金,Al-,Si,系：代号为,ZL1+,两位数字顺序号,Al-Cu,系：代号为,ZL2+,两位数字顺序号,Al-Mg,系：代号为,ZL3+,两位数字顺序号,Al-Zn,系：代号为,ZL4+,两位数字顺序号,Al-,Si,系铸造铝合金,又称,硅铝明,。其中,ZL102(ZAlSi12),是含,12%Si,的铝硅二元合金，称为,简单硅铝明,。,Al-Si,合金相图,变质处理,：,在一般情况下，,ZL102,的共晶体由,粗针状硅晶体和,固溶体,构成,强度和塑性都较差,。,浇铸前向合金液中加入占合金质量,2%,3%,的,变质剂,(,常用,钠盐混合物,:2/3NaF+1/3NaCl),以,细化合金组织,显著提高合金的强度及塑性,。这种处理方法即是,变质处理,。,未变质处理,经变质处理,ZL102,的铸态组织,变质处理后的组织：,细小均匀的,共晶体,(,+Si,)+,初生,+,Si,。,获得亚共晶组织是由于加入钠盐后，铸造冷却较快时共晶点右移的缘故。,加入其他合金元素的铝硅铸造合金称,复杂,(,或特殊,),硅铝明,。,Al-,Si,系铸造铝合金的,铸造性能好,，,具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。,用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。,活塞,Al-Cu,系铸造铝合金,这类合金的,耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，,强度低于,Al-,Si,系合金。,常用代号有,ZL201(ZAlCu5Mn),、,ZL203(ZAlCu4),等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如,内燃机汽缸头、汽车活塞,等。,Al-Mg,系铸造铝合金,这类合金的,耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差,耐热性低。,常用代号为,ZL301(ZAlMg10),、,ZL303(ZAlMg5Si1),等。,主要用于制造,外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件,，如舰船配件、氨用泵体等。,Al-Zn,系铸造铝合金,这类合金的,铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。,常用代号为,ZL401(ZAlZn11Si7),、,ZL402(ZAlZn6Mg),等,.,主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。,第二节 铜及铜合金,一、铜及铜合金性能特点,纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。,纯铜具有,优良的导电性和导热性,，在大气、淡水和冷凝水中有,良好的耐蚀性,，,塑性好,。,铜合金,常加元素为,Zn,、,Sn,、,Al,、,Mn,、,Ni,、,Fe,、,Be,、,Ti,、,Zr,、,Cr,等，既,提高了强度，又保持了纯铜特性。,铜合金分为,黄铜、青铜、白铜,三大类。,二、黄铜,以,锌,为,主要合金元素,的铜合金称为,黄铜,。,黄铜按化学成分可分为,普通黄铜,和,特殊黄铜,。,按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。,黄铜铸件,黄铜棒,1,、普通黄铜,铜,与,锌,的二元合金称为,普通黄铜,。,加工普通黄铜的牌号为：,H(,黄,)+,表示铜平均百分含量的数字，如,H68,。,从铜锌合金相图可以看出黄铜有,和,+,两种组织,分别称,单相黄铜,和,双相黄铜,。,Cu-Zn,合金相图,普通黄铜的显微组织,单相黄铜,两相黄铜,单相黄铜,塑性好,。,常用牌号有,H80,、,H70,、,H68,。,适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。,两相黄铜,热塑性好,强度高。,常用牌号有,H59,、,H62,。,适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等,。,2,、特殊黄铜,在普通黄铜的基础上加入,Al,、,Fe,、,Si,、,Mn,、,Pb,、,Sn,、,Ni,等元素,形成,特殊黄铜,。,加工特殊黄铜的,牌号,为：,H(,黄,)+,主加元素符号,(Zn,除外,)+,铜平均百分含量,+,主加元素平均百分含量,如,HPb59-1.,特殊黄铜,强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。,常用牌号有,HPb63-3,、,HAl60-1-1,、,HSn62-1,、,HFe59-1-1,、,ZCuZn38Mn2Pb2,、,ZCuZn16Si4,等。,主要用于,船舶及化工零件,，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。,三、青铜,除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为,青铜,。,加工青铜的牌号为,：,Q+,主加元素符号及其平均百分含量,+,其他元素平均百分含量,如,QSn4-3(,含,4%Sn,、,3%Zn).,常用青铜有,锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜,等,。,1,、锡青铜,是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为,3-14%,。,锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏。,锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。,常用牌号有,QSn4-3,、,QSn6.5-0.4,、,ZCuSn10Pb1,等。,主要用于,耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。,2,、铝青铜,以,铝,为主加元素的铜合金，铝含量为,5-11%,。,强度、硬度、耐,磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。,常用牌号有,QAl5,、,QAl7,、,ZCuAl8Mn13Fe3Ni2,等。,主要用于制造船舶、飞机及仪器中的,高强、耐磨、耐蚀件,，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。,3,、铍青铜,以铍为主加元素的铜合金，铍含量为,1.7-2.5%,。,具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵,.,常用牌号有,QBe2,、,QBe1.7,、,QBe1.9,等。,用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件,.,四、白铜,以,镍,为主要合金元素的铜合金称,白铜,。分,普通白铜,和,特殊白铜,。,普通白铜,是,Cu-Ni,二元合金，具有,较高的耐蚀性 和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。,普通白铜牌号：,B+,镍的平均百分含量，如,B5,。,常用牌号有,B5,、,B19,等。,用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换器等。,特殊白铜,是在普通白铜基础上添加,Zn,、,Mn,、,Al,等元素形成的，分别称,锌白铜、锰白铜、铝白铜,等。,其,耐蚀性、强度和塑性高，成本低。,常用牌号如,BMn40-1.5(,康铜,),、,BMn43-0.5(,考铜,),。,用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械,等。,第三节 钛及钛合金,一、工业纯钛,纯钛,密度,小，,熔点高,。,882.5,发生同素异构转变,-Ti,-Ti,由,体心立方,-Ti,转变为,密排六方,-Ti.,纯钛,比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。,纯钛主要用于,350,以下工作、强度要求不高的零件,，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。,二、钛合金,纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度,.,按退火组织，钛合金可分为,型钛合金,、,型钛合金,和,+,型钛合金,三类，它们的牌号分别用,TA,、,TB,、,TC,加顺序号,表示。如,TA5,、,TB2,、,TC4,等。其中,TA0-TA3,为工业纯钛。,1,、,型钛合金,主加元素为铝，还有锡、硼等,。,不能热处理强化，通常在退火状态下使用,组织为单相,固溶体,.,强度低于另两类钛合金，但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越。,常用牌号有,TA5,、,TA7,等,主要用于,制造,500,以下工作的零件,，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。,2,、,型钛合金,