第九章有色金屬及其合金

1、1）對力學性能的影響）對力學性能的影響固溶強化固溶強化（強度提高，塑性降低）；（強度提高，塑性降低）；細晶強化細晶強化（彌散第二相，強度、塑性（彌散第二相，強度、塑性都提高）；都提高）；彌散強化彌散強化（過飽和析出，強度提高，（過飽和析出，強度提高，塑性不降低）；塑性不降低）；相變強化相變強化（馬氏體相變，高強度）；（馬氏體相變，高強度）；耐磨性耐磨性（合金化合物提高耐磨性）（合金化合物提高耐磨性）說明合金元素對鋼性能的影響說明合金元素對鋼性能的影響2）對化學性能的影響）對化學性能的影響腐蝕，氧化腐蝕，氧化 Cr， Si， Al提高耐蝕性及抗高溫氧化性提高耐蝕性及抗高溫氧化性3）對工藝性能的影

2、響）對工藝性能的影響鑄造鑄造：Si促進石墨化，促進石墨化，熱處理熱處理：降低導熱性，加熱、冷卻要慢；：降低導熱性，加熱、冷卻要慢； 淬火能力（淬透性）淬火能力（淬透性） 提高回火穩(wěn)定性（熱硬性）提高回火穩(wěn)定性（熱硬性）焊接焊接：防止晶粒長大：防止晶粒長大第九章第九章 有色金屬及合金有色金屬及合金鐵基合金稱為黑色金屬合金，鐵基合金稱為黑色金屬合金，其它合金均稱為有色金屬合金其它合金均稱為有色金屬合金Al alloysCu alloysTi alloysNi alloysSuperalloysNon-ferrousMetal AlloysFerrousPure CuBrassesBronzesBe

3、-copperNi-silverCuMgMnSiZnAlZnMnVRefractory metalsNb (2468 C)Ta (2996 C)W (3410 C)Mo (2617 C)Ni-basedCo-basedMonelInconelHastelloy有色金屬及合金分類有色金屬及合金分類l有色金屬的產(chǎn)量和用量不如黑色金屬多，但由于其具有色金屬的產(chǎn)量和用量不如黑色金屬多，但由于其具有許多優(yōu)良的特有許多優(yōu)良的特性，性，如特殊的電如特殊的電、磁、熱性能，耐磁、熱性能，耐蝕性能及高的比蝕性能及高的比強度強度(強度與密度強度與密度之比之比)等，等，已成為已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金

4、屬材料缺少的金屬材料.AlFe各種材料在先進汽車中占的重量百分比各種材料在先進汽車中占的重量百分比有色金屬種類很多，本章介紹在機械工業(yè)中廣有色金屬種類很多，本章介紹在機械工業(yè)中廣泛使用的鋁合金、銅合金及鈦合金。泛使用的鋁合金、銅合金及鈦合金。 9.1 9.1 鋁及鋁合金鋁及鋁合金 l9.1.1 鋁及鋁合金性能特點鋁及鋁合金性能特點 l純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小(2.72 )，熔點低，熔點低(660.4), b= 45 MPa;l導電、導熱性能優(yōu)良。導電、導熱性能優(yōu)良。l耐大氣腐蝕，易于加工成形耐大氣腐蝕，易于加工成形 。l具有面心立方晶格，無同素異構轉變，無磁

5、性。具有面心立方晶格，無同素異構轉變，無磁性。l純鋁強度低，需合金化。鋁合金既具有高強度又保純鋁強度低，需合金化。鋁合金既具有高強度又保持純鋁的優(yōu)良特性持純鋁的優(yōu)良特性 。l鋁合金常加入的元素主要有鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr 等輔加元素。等輔加元素。 鋁合金型材鋁合金型材鋁鑄件鋁鑄件l可將鋁合金分可將鋁合金分為為變形鋁合金變形鋁合金和和鑄造鋁合金鑄造鋁合金兩大類。兩大類。l變形鋁合金又變形鋁合金又分為分為可熱處理可熱處理強化強化和和不可熱不可熱處理強化處理強化兩類兩類.鋁合金分類示意圖鋁合金分類示意圖l9.1.2 鋁合金的

6、分類及熱處理鋁合金的分類及熱處理l鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。 并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。l時效時效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。 l可熱處理強化變形鋁合可熱處理強化變形鋁合金的熱處理方法：金的熱處理方法：固溶固溶處理處理 + 時效時效。l固溶處理固溶處理是指將合金加是指將合金加熱到固溶線以上，保溫熱到固溶線以上，保溫加熱固溶淬火過飽和時效析出l在室溫下進行的時效稱在室溫下進行的時

7、效稱自然時效自然時效；在加熱條件下進；在加熱條件下進行的時效稱行的時效稱人工時效人工時效。l時效強化效果與加熱溫度和保溫時間有關。時效強化效果與加熱溫度和保溫時間有關。 l溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現(xiàn)峰溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現(xiàn)峰值，超過峰值時間，值，超過峰值時間，析出相聚集長大，強析出相聚集長大，強度下降，為度下降，為過時效過時效。隨時效溫度提高，峰隨時效溫度提高，峰值強度下降，出現(xiàn)峰值強度下降，出現(xiàn)峰值的時間提前。值的時間提前。含含4%Cu鋁合金的時效曲線鋁合金的時效曲線 時效時間時效時間/d時效時間時效時間屈服強度屈服強度時效峰時效峰過時效過時效亞時效亞時效

8、鋁合金的熱處理鋁合金的熱處理鋁合金制品鋁合金制品高比強鋁合金機翼高比強鋁合金機翼美美F-117隱身戰(zhàn)斗機隱身戰(zhàn)斗機(所用材料大部分是鋁合金所用材料大部分是鋁合金)1-純鋁（純鋁（99%Al)2-鋁銅合金鋁銅合金3-鋁錳合金鋁錳合金4-鋁硅合金鋁硅合金5-鋁鎂合金鋁鎂合金硬鋁主加元素為硬鋁主加元素為Cu, 時效強化，時效強化，2A11: 3.8 4.8%Cu，0.4 0.8%Mg, 0.4 0.8%Mn 2A12: 3.8 4.9%Cu，1.2 1.8%Mg, 0.3 0.9%Mn 防銹鋁合金主加元素為防銹鋁合金主加元素為Mg, 5A05: 4.8 5.5%Mg, 0.3 0.6%Mn 一、變形

9、鋁合金一、變形鋁合金9.1.3 常用鋁合金常用鋁合金l（一）（一） 硬鋁合金硬鋁合金l主要是主要是Al-Cu基合金，有時含少量基合金，有時含少量Mg, Zn等。等。l固溶時效處理（彌散強化）固溶時效處理（彌散強化），也可進行變形強化。，也可進行變形強化。l強度、硬度高，加工性能好。強度、硬度高，加工性能好。中等強度如中等強度如：LY11 (2A11)：Al-3.8 4.8%Cu b= 390 MPaLY12 (2A12)Al-3.8 4.9%Cu-1.2 1.8%Mg b= 440 MPal高強度如高強度如 LC4 (7A04 ) Al-1.4 2.0%Cu-1.8 2.8%Mg-5.0 7.

10、0%Znl時效強化效果超過硬鋁合金。時效強化效果超過硬鋁合金。l主要用于工作溫度較低、受力較大的結構件主要用于工作溫度較低、受力較大的結構件, 如飛如飛機大梁機大梁、起落架等。起落架等。l(二）二） 防銹鋁合金防銹鋁合金lAl-Mg系合金，系合金，Mg主要作用是主要作用是提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用。l防銹鋁合金鍛造退火后組織為防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體單相固溶體，抗蝕性、，抗蝕性、焊接性能好，焊接性能好，不能進行熱處理強化，常利用加工硬不能進行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。化提高其強度。 LF5(5A05) Al-4.8 5.5%Mg b= 265 MPa制造管道、

11、容制造管道、容器、鉚釘及承器、鉚釘及承受中等載荷的受中等載荷的零件。零件。lAl- Si系：系： 代號為代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號兩位數(shù)字順序號lAl-Cu系：系：代號為代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號兩位數(shù)字順序號lAl-Mg系：系：代號為代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號兩位數(shù)字順序號lAl-Zn系：系： 代號為代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號兩位數(shù)字順序號l Al-Si系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金 l又稱又稱硅鋁明硅鋁明。其中。其中ZL102(ZAlSi12)是含是含12%Si的鋁硅二元合的鋁硅二元合金，稱為金，稱為簡單硅鋁明簡單硅鋁明。 57712.7%二、鑄造鋁合金二、鑄造鋁合金 在普通鑄造條件下，

12、在普通鑄造條件下， 組織幾乎全部為共晶體，組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和由粗針狀的硅晶體和 固溶體組成，強度和塑性都較固溶體組成，強度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質劑進行變質處理，得到細差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質劑進行變質處理，得到細小均勻的共晶體加一次小均勻的共晶體加一次 固溶體組織，以提高性能。固溶體組織，以提高性能。未變質處理未變質處理 經(jīng)變質處理經(jīng)變質處理 ZL102的鑄態(tài)組織的鑄態(tài)組織加入其他合金元素的鋁硅鑄造合加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱金稱復雜復雜(或特殊或特殊)硅鋁明硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和

13、焊具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。接性能。 用于各種殼體、汽缸用于各種殼體、汽缸體、風機葉片、發(fā)動體、風機葉片、發(fā)動機活塞、汽車輪轂等。機活塞、汽車輪轂等。l Al-Cu系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金l這類合金的耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造這類合金的耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。系合金。汽缸頭汽缸頭l常用代號有常用代號有ZL201 (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)等。等。主要用于主要用于制造在較高溫度下工作制造在較高溫度下工作的高強零件，如內燃機的高強零件，如內燃機汽缸頭、汽車活塞等。汽缸頭、汽車活

14、塞等。l Al-Mg系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金l這類合金的耐蝕性好，強度高，密度?。坏T造性這類合金的耐蝕性好，強度高，密度?。坏T造性能差，耐熱性低。能差，耐熱性低。l常用代號為常用代號為ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等。等。l主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。介質下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。l Al-Zn系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金l這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。化；但密度大

15、，耐蝕性較差。l常用代號為常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等。等。l主要用于制造形狀復主要用于制造形狀復雜受力較小的汽車、雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。飛機、儀器零件。9.2 9.2 銅及銅合金銅及銅合金 l9.2.1 銅及銅合金性能特點銅及銅合金性能特點l純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，具有面心立方晶格，純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，具有面心立方晶格，無同素異構轉變，無磁性。無同素異構轉變，無磁性。 l純銅密度為純銅密度為8.9 g/cm3, 熔點熔點1083 C, b=200 250MPa;l純銅具有優(yōu)良的導電性和導熱性，在大氣、淡水和純銅具有優(yōu)良的導

16、電性和導熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。 l銅合金常加元素為銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強度，又保持了純銅特性。等，既提高了強度，又保持了純銅特性。l銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。銅管銅管銅與黃銅帶銅與黃銅帶 黃銅按化學成分可分為黃銅按化學成分可分為普通黃銅普通黃銅和和特殊黃銅特殊黃銅。按工藝可分為按工藝可分為加工黃銅加工黃銅和和鑄造黃銅鑄造黃銅。 以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。9.2.2 黃銅黃銅l1、普

17、通黃銅、普通黃銅l銅與鋅的二元合金稱為普通銅與鋅的二元合金稱為普通黃銅。黃銅。l加工普通黃銅的牌號為：加工普通黃銅的牌號為：H (黃黃) + 表示銅平均百分含量表示銅平均百分含量的數(shù)字的數(shù)字，如，如H68。l從銅鋅合金相圖可以看出黃銅從銅鋅合金相圖可以看出黃銅 有有 和和 + 兩種組織，分別稱兩種組織，分別稱單相黃銅單相黃銅和和兩相黃銅兩相黃銅。 l單相黃銅單相黃銅塑性好。塑性好。l常用牌號有常用牌號有H80、H70、 H 68。l適于制造冷變形零件，如適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。彈殼、冷凝器管等。l兩相黃銅兩相黃銅熱塑性好熱塑性好, 強度高。強度高。l常用牌號有常用牌號有H59、

18、H62。l適于制造受力件，如墊圈、適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導管、散熱器等。彈簧、導管、散熱器等。冷凝器管冷凝器管汽車機油泵襯套汽車機油泵襯套l2、特殊黃銅、特殊黃銅l在普通黃銅的基礎上加入在普通黃銅的基礎上加入Al、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni等元素形成特殊黃銅。等元素形成特殊黃銅。 l加工特殊黃銅的牌號為：加工特殊黃銅的牌號為：lH(黃黃)+主加元素符號主加元素符號(Zn除除外外)+銅平均百分含量銅平均百分含量+主加元主加元素平均百分含量素平均百分含量, 如如HPb59-1。 l特殊黃銅強度、耐蝕性比普特殊黃銅強度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。通黃銅好，鑄造性能改善。

19、黃銅制品黃銅制品l常用牌號有常用牌號有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe95-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。等。l主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。槳、軸承、襯套及閥體等。 l除黃銅和白銅外的其他銅合金除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅。統(tǒng)稱為青銅。 l加工青銅的牌號為：加工青銅的牌號為：Q +主加主加元素符號及其平均百分含量元素符號及其平均百分含量+其他元素平均百分含量其他元素平均百分含量l如如QSn4-3(含含4%Sn、3%Zn)。l常用青銅有錫青銅、鋁青銅

20、、常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。 青銅制品青銅制品9.2.3 青銅青銅l1、錫青銅、錫青銅l是以錫為主加元素的銅合金，是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為錫含量一般為38%。 l錫青銅鑄造流動性差，鑄件密錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率度低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小在有色金屬中最小 。l錫青銅耐蝕性良好，在大氣、錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海水及無機鹽溶液中的耐蝕性海水及無機鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。 l常用牌號有常用牌號

21、有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。等。l主要用于耐蝕承載件，主要用于耐蝕承載件，如彈簧、軸承、齒輪如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。軸、蝸輪、墊圈等。 錫青銅管錫青銅管船用青銅軟船用青銅軟管快速接頭管快速接頭閥閥( (錫青銅閥錫青銅閥體、閥蓋體、閥蓋) )l2、鋁青銅、鋁青銅l以鋁為主加元素的銅合金，鋁含量為以鋁為主加元素的銅合金，鋁含量為511%。 強度、硬度、耐強度、硬度、耐磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性能差。 常用常用牌號有牌號有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。等。 主要用于制造船舶、主要用于制造船舶、飛機

22、及儀器中的高強、飛機及儀器中的高強、耐磨、耐蝕件，耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。軸套、螺旋槳等。l3、鈹青銅、鈹青銅l以鈹為主加元素的銅合金以鈹為主加元素的銅合金,鈹含量為鈹含量為1.72.5%。l具有高的強度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的具有高的強度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導電性、導熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價格較貴。導電性、導熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價格較貴。l常用牌號有常用牌號有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等等 。l用于重要的彈性件、耐磨用于重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，件，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防

23、爆工高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機件。具、航海羅盤等重要機件。普通白銅普通白銅是是Cu-Ni二元合金，二元合金，具有較高的耐蝕性和抗腐蝕具有較高的耐蝕性和抗腐蝕疲勞性能及優(yōu)良的冷熱加工疲勞性能及優(yōu)良的冷熱加工性能。性能。 普通白銅普通白銅牌號：牌號：B+鎳的平均鎳的平均百分含量百分含量，如，如B5。常用牌號有常用牌號有B5、B19等等 。用。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工作于在蒸汽和海水環(huán)境下工作的精密機械的精密機械,儀表零件及冷凝儀表零件及冷凝器器,蒸餾器蒸餾器,熱交換器等。熱交換器等。 l以鎳為主要合金元素的銅合金稱白銅。以鎳為主要合金元素的銅合金稱白銅。分普通白銅和分普通白銅和特殊

24、白銅。特殊白銅。9.2.4 白銅白銅LL+成分（wt%Ni）溫度（）CuNi液相線固相線ABl特殊白銅特殊白銅是在普通白銅基礎上添加是在普通白銅基礎上添加Zn、Mn、Al等元等元素形成的，分別稱鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等。素形成的，分別稱鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等。l其耐蝕性、強度和塑性高，成本低。其耐蝕性、強度和塑性高，成本低。l常用牌號如常用牌號如BMn40-1.5（康銅）、（康銅）、BMn43-0.5（考銅）。（考銅）。l用于制造精密機械、儀表零件及用于制造精密機械、儀表零件及 醫(yī)療器械等。醫(yī)療器械等。康銅熱偶康銅熱偶白銅型材白銅型材9.3 9.3 鈦及鈦合金鈦及鈦合金 l9.3.1 工業(yè)純

25、鈦工業(yè)純鈦 l純鈦密度小純鈦密度小(4.5)，熔點高，熔點高(1688 )。882.5發(fā)生發(fā)生同素異構轉變同素異構轉變 -Ti -Ti, 由體心立方由體心立方 -Ti轉變?yōu)槊苻D變?yōu)槊芘帕脚帕?-Ti.l純鈦比強度高，塑性、純鈦比強度高，塑性、低溫韌性和耐蝕性好。低溫韌性和耐蝕性好。美美F-22戰(zhàn)機約戰(zhàn)機約36%重量的零重量的零件用鈦合金制造件用鈦合金制造l9.3.2 鈦合金鈦合金l鈦合金幾乎都含有鋁。鋁能提高鈦合金的強度、比鈦合金幾乎都含有鋁。鋁能提高鈦合金的強度、比強度和再結晶溫度強度和再結晶溫度.l按退火組織，鈦合金可分為按退火組織，鈦合金可分為 型鈦合金、型鈦合金、 型鈦合金和型鈦合金和 + 型型鈦合金三類，它們的牌號分別用鈦合金三類，它們的牌號分別用TA、TB、TC加順序號表示加順序號表示 。如如TA5、TB2、TC4等。其中等。其中TA0TA3為工業(yè)純鈦。為工業(yè)純鈦。l1、 型鈦合金型鈦合金主加元素為鋁，還有錫、主加元素為鋁，還有錫、硼等。硼等。不能熱處理強化，不能熱處理強化，通常在退火狀態(tài)下使用通常在退火狀態(tài)下使用,組織為單相組織為單相 固溶體。固溶體。用于用于500