第7章非铁金属材料

1、机机 械械 制制 造造 基基 础础第第7 7章章 非铁金属材料非铁金属材料 7.17.1铝及铝合金铝及铝合金7.1.17.1.1工业纯铝工业纯铝 纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变，呈银白色。塑性好纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变，呈银白色。塑性好( (8080) )、强度、强度低低( ( b b8080100MPa)100MPa)，一般不能作为结构材料使用，可经冷塑性变形使其强化。，一般不能作为结构材料使用，可经冷塑性变形使其强化。铝的密度较小铝的密度较小( (约约2.72.7103Kg/m103Kg/m3 3) )，仅为铜的三分之一；熔点，仅为铜的三分之一；熔点660660；磁化率低，；

2、磁化率低，接近非磁材料；导电导热性好，仅次于银、铜、金而居第四位。铝在大气中其接近非磁材料；导电导热性好，仅次于银、铜、金而居第四位。铝在大气中其表面易生成一层致密的表面易生成一层致密的AlAl2 2O O3 3薄膜而阻止进一步的氧化，故抗大气腐蚀能力较强。薄膜而阻止进一步的氧化，故抗大气腐蚀能力较强。纯铝主要用于制作电线、电缆，配制各种铝合金以及制作要求质轻、导热或耐纯铝主要用于制作电线、电缆，配制各种铝合金以及制作要求质轻、导热或耐大气腐蚀但强度要求不高的器具。大气腐蚀但强度要求不高的器具。工业纯铝分未加压力加工产品（铝锭）和压力加工产品（铝材）：工业纯铝分未加压力加工产品（铝锭）和压力加

3、工产品（铝材）：按按GB1196-88GB1196-88规定，铝锭的牌号有：规定，铝锭的牌号有：A199.7A199.7、A199.6A199.6、A199.5A199.5、A199A199、A198A198五种。铝的质量分数不低于五种。铝的质量分数不低于99.099.0的铝材为纯铝，的铝材为纯铝，按按GB/T16474-1996GB/T16474-1996规定，铝材的牌号有：规定，铝材的牌号有：1070A1070A、10601060、1050A1050A、10351035、12001200等。（即化学成分近似于旧牌号等。（即化学成分近似于旧牌号L1L1、L2L2、L3L3、L4L4、L5L5

4、），牌号中数字越大，表示杂质的含量越高。），牌号中数字越大，表示杂质的含量越高。7.1.27.1.2铝合金分类铝合金分类 （1 1）变形铝合金）变形铝合金1 1）变形铝合金牌号的表示方法）变形铝合金牌号的表示方法 变形铝合金按其主要性能特点可分为防锈铝、硬铝、超硬铝与锻铝等。通变形铝合金按其主要性能特点可分为防锈铝、硬铝、超硬铝与锻铝等。通常由冶金厂加工成各种规格的型材（板、带、线、管等）产品供应。常由冶金厂加工成各种规格的型材（板、带、线、管等）产品供应。变形铝合牌号用（变形铝合牌号用（GB/T16474GB/T1647419961996规定）规定）2 28 8系列表示。系列表示。牌号第一位

5、数字表示组别，按铜、锰、硅、镁、镁和硅、锌，其它元牌号第一位数字表示组别，按铜、锰、硅、镁、镁和硅、锌，其它元素的顺序来确定合金组别；牌号第二位的字母表示原始合金的改型情况素的顺序来确定合金组别；牌号第二位的字母表示原始合金的改型情况。 如果牌号第二位的字母是如果牌号第二位的字母是A A，表示为原始合金，如果是，表示为原始合金，如果是BBY Y的其它字母，则的其它字母，则表示为原始合金的改型合金；牌号的最后两位数字没有特殊意义，仅用来表示为原始合金的改型合金；牌号的最后两位数字没有特殊意义，仅用来区分同一组中不同的铝合金。区分同一组中不同的铝合金。2 2）防锈铝合金）防锈铝合金 防锈铝合金属于

6、热处理不能强化的铝合金，常采用冷变形方法提防锈铝合金属于热处理不能强化的铝合金，常采用冷变形方法提高其强度。主要有高其强度。主要有A1-MnA1-Mn、A1-MgA1-Mg合金。锰的作用是固溶强化和提合金。锰的作用是固溶强化和提高抗蚀性能，镁的作用是固溶强化与降低合金的密度。这类铝合高抗蚀性能，镁的作用是固溶强化与降低合金的密度。这类铝合金具有适中的强度、优良的塑性和良好的焊接性，并具有很好的金具有适中的强度、优良的塑性和良好的焊接性，并具有很好的抗蚀性，故称为防锈铝合金，常用于制造油罐、各式容器，防锈抗蚀性，故称为防锈铝合金，常用于制造油罐、各式容器，防锈蒙皮等。常用牌号有蒙皮等。常用牌号有

7、5A055A05等。等。 3 3）硬铝、超硬铝硬铝、超硬铝 硬铝、超硬铝都属于热处理能强化的铝合金，其中硬铝属于硬铝、超硬铝都属于热处理能强化的铝合金，其中硬铝属于A1-Cu-A1-Cu-MgMg系，超硬铝属于系，超硬铝属于Al-Cu-Mg-ZnAl-Cu-Mg-Zn系。铝中加入铜、镁、锌等是为了得系。铝中加入铜、镁、锌等是为了得到热处理所必须的强化相。牌号到热处理所必须的强化相。牌号2A012A01硬铝有很好的塑性，大量用于硬铝有很好的塑性，大量用于制造铆钉。飞机上常用铆钉的硬铝牌号为制造铆钉。飞机上常用铆钉的硬铝牌号为2A102A10。它比。它比2A012A01铜的含量铜的含量稍高，镁的含

8、量低，塑性好，且孕育期长，又有较高的抗剪强度。稍高，镁的含量低，塑性好，且孕育期长，又有较高的抗剪强度。牌号牌号2A112A11硬铝既有相当高的硬度又有足够的塑性，在仪器、仪表及硬铝既有相当高的硬度又有足够的塑性，在仪器、仪表及飞机制造成中获得广泛的应用。牌号为飞机制造成中获得广泛的应用。牌号为7A047A04超硬铝，多用于制造飞超硬铝，多用于制造飞机上受力大的结构零件，如起落、大梁等。机上受力大的结构零件，如起落、大梁等。4 4）锻铝合金）锻铝合金 锻铝合金大多是锻铝合金大多是A1-Mg-Si-CuA1-Mg-Si-Cu系，含合金元素较少，有良好的热塑系，含合金元素较少，有良好的热塑性和耐蚀

9、性，适于用压力加工来制造各种零件，有较高的机械性性和耐蚀性，适于用压力加工来制造各种零件，有较高的机械性能。一般锻造后再经固溶处理和时效处理。常用牌号能。一般锻造后再经固溶处理和时效处理。常用牌号2A502A50、2A702A70等。等。（2 2）铸造铝合金）铸造铝合金 1 1）铸造铝合金牌号的表示方法）铸造铝合金牌号的表示方法铸造铝合金中有一定数量的共晶组织，故具有良好的铸造性能，但塑性差，铸造铝合金中有一定数量的共晶组织，故具有良好的铸造性能，但塑性差，常采用变质处理和热处理的办法提高其机械性能。铸造铝合金可分为常采用变质处理和热处理的办法提高其机械性能。铸造铝合金可分为A1-SiA1-S

10、i系、系、A1-CuA1-Cu系、系、A1-MgA1-Mg系和系和A1-ZnA1-Zn系四大类。系四大类。 铸造铝合金代号用铸造铝合金代号用“ZL”ZL”（铸铝）及三位数字表示。第一位数字表示（铸铝）及三位数字表示。第一位数字表示合金类别（如合金类别（如1 1表示铝表示铝- -硅系，硅系，2 2表示铝表示铝- -铜系，铜系，3 3表示铝表示铝- -镁系，镁系，4 4表表示铝示铝- -锌系等）；后两位数字为顺序号，顺序号不同，化学成分不同。锌系等）；后两位数字为顺序号，顺序号不同，化学成分不同。2 2）Al-SiAl-Si系合金系合金 A1-SiA1-Si系铸造铝合金又称硅铝明，是铸造铝合金中应

11、用最广泛的系铸造铝合金又称硅铝明，是铸造铝合金中应用最广泛的一类。这种合金流动性好，熔点低，热裂倾向小，耐蚀性和耐一类。这种合金流动性好，熔点低，热裂倾向小，耐蚀性和耐热性好，易气焊。但粗大的硅晶体严重降低合金的机械性能。热性好，易气焊。但粗大的硅晶体严重降低合金的机械性能。因此生产中常采用因此生产中常采用“变质处理变质处理”提高合金的机械性能。提高合金的机械性能。 3 3）其它铸造铝合金）其它铸造铝合金 A1-CuA1-Cu铸造铝合金耐热性好，但由于其铸造性能不好，有热裂和疏松倾向，铸造铝合金耐热性好，但由于其铸造性能不好，有热裂和疏松倾向，耐蚀性差，比强度低于一般优质硅铝明，故有被其它铸造

12、铝合金取代的趋耐蚀性差，比强度低于一般优质硅铝明，故有被其它铸造铝合金取代的趋势。常用牌号有势。常用牌号有ZL201ZL201、ZL202ZL202。A1-MgA1-Mg铸造铝合金耐蚀性好，强度高，密度小铸造铝合金耐蚀性好，强度高，密度小( (为为2.552.55103kg/m103kg/m3 3) )，但其，但其铸造性能差，耐热性低，熔铸工艺复杂，时效强化效果小，常用牌号有铸造性能差，耐热性低，熔铸工艺复杂，时效强化效果小，常用牌号有ZL301ZL301，ZL302ZL302。A1-ZnA1-Zn铸造铝合金铸造性能好，铸态下可自然时效，是一种铸态下高强度铸造铝合金铸造性能好，铸态下可自然时效

13、，是一种铸态下高强度合金，价格是铝合金中最便宜的，但耐蚀性差，热裂倾向大，有应力腐蚀合金，价格是铝合金中最便宜的，但耐蚀性差，热裂倾向大，有应力腐蚀断裂倾向，密度大。常用牌号有断裂倾向，密度大。常用牌号有ZL40lZL40l、ZL402ZL402。 7.2铜及铜合金铜及铜合金7.2.1工业纯铜工业纯铜 铜是贵重有色金属。工业纯铜又称紫铜，密度为铜是贵重有色金属。工业纯铜又称紫铜，密度为8.968.96103kg/m3103kg/m3，熔点为，熔点为l083l083。纯铜具有良好的导电、导热性，其晶体结构为面心立方晶格，因。纯铜具有良好的导电、导热性，其晶体结构为面心立方晶格，因而塑性好，容易进

14、行冷热加工。同时纯铜有较高的耐蚀性，在大气、海水而塑性好，容易进行冷热加工。同时纯铜有较高的耐蚀性，在大气、海水中及不少酸类中皆能耐蚀。但其强度低，强度经冷变形后可以提高，但塑中及不少酸类中皆能耐蚀。但其强度低，强度经冷变形后可以提高，但塑性显著下降。性显著下降。工业纯铜按杂质含量可分为工业纯铜按杂质含量可分为T1T1、T2T2、T3T3、T4T4四种。四种。“T”T”为铜的汉语拼为铜的汉语拼音字头，其后数字越大，纯度越低。如音字头，其后数字越大，纯度越低。如T1T1的的 CuCu99.9599.95，而，而T4T4的的 CuCu99.5099.50，余为杂质含量。，余为杂质含量。纯铜一般不作

15、结构材料使用，主要用于制造电线、电缆、导热零件及纯铜一般不作结构材料使用，主要用于制造电线、电缆、导热零件及配制铜合金。配制铜合金。7.2.27.2.2铜合金铜合金1 1、黄铜、黄铜 黄铜是以锌为主要合金元素的铜锌合金。黄铜是以锌为主要合金元素的铜锌合金。 按化学成分分为普通黄铜和特殊黄铜两类：按化学成分分为普通黄铜和特殊黄铜两类：普通黄铜由铜与锌组成的二元合金。它的色泽美观，对海水和大气腐蚀有普通黄铜由铜与锌组成的二元合金。它的色泽美观，对海水和大气腐蚀有很好的抗力。黄铜的机械性能与含很好的抗力。黄铜的机械性能与含ZnZn量有关。当量有关。当 Zn30Zn303232时，组织为时，组织为单相

16、黄铜。单相黄铜塑性好，适宜于冷、热压力加工。当单相黄铜。单相黄铜塑性好，适宜于冷、热压力加工。当 Cu32Cu32后，后，组织为组织为 双相黄铜，适宜于热压力加工。当双相黄铜，适宜于热压力加工。当 Cu45Cu45后，铜合金组织后，铜合金组织全部为全部为 相，强度与塑性急剧下降，此时的合金已无使用价值。相，强度与塑性急剧下降，此时的合金已无使用价值。常用的常用的 单相黄铜有单相黄铜有H80H80、H70H70等。等。“H”H”为为“黄黄”的汉语拼音字首，数字表的汉语拼音字首，数字表示平均含示平均含CuCu量。量。H80H80色泽好，可以用来制造装饰品。色泽好，可以用来制造装饰品。H70H70强

17、度高、塑性好，强度高、塑性好，可用深冲压的方法制造弹壳、散热器、垫片等零件。常用的可用深冲压的方法制造弹壳、散热器、垫片等零件。常用的 + + 双相黄铜双相黄铜有有H62H62、H59H59，它们具有较高的强度与耐蚀性，且价格便宜，主要用于热压、，它们具有较高的强度与耐蚀性，且价格便宜，主要用于热压、热轧零件。热轧零件。为改善黄铜的某些性能，常加入少量为改善黄铜的某些性能，常加入少量A1A1、MnMn、SnSn、SiSi、PbPb、NiNi等合金元素，等合金元素，形成特殊黄铜。合金元素能分别提高铜合金的机械性能形成特殊黄铜。合金元素能分别提高铜合金的机械性能(A1(A1、MnMn、Si)Si)

18、、耐蚀性、耐蚀性(A1(A1、MnMn、SnSn) )和抗磨性和抗磨性( (当当SiSi和和PbPb共存时共存时) )等。等。PbPb还能改善切削加工性，还能改善切削加工性，FeFe可细可细化晶粒，化晶粒，NiNi能使铜合金的应力腐蚀开裂倾向降低。能使铜合金的应力腐蚀开裂倾向降低。特殊黄铜的代号是在特殊黄铜的代号是在“H”H”之后标以主加元素的化学符号，并在其后标以之后标以主加元素的化学符号，并在其后标以铜及合金元素的质量分数。例铜及合金元素的质量分数。例HPb59-1HPb59-1表示表示 Cu=59Cu=59、 PbPb=1=1，余量为，余量为 ZnZn的铝黄铜。的铝黄铜。2 2、青铜、青

19、铜 青铜原指青铜原指Cu-SnCu-Sn合金。但逐渐地把除锌以外的其它元素的铜基合金，合金。但逐渐地把除锌以外的其它元素的铜基合金，也称为青铜。也称为青铜。所以青铜包含有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜和铅青铜等。所以青铜包含有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜和铅青铜等。1 1）青铜牌号的表示方法）青铜牌号的表示方法青铜的代号为：青铜的代号为：“Q(Q(青青)+)+主加元素符号及其质量分数主加元素符号及其质量分数+ +其它元素符号及质量分数其它元素符号及质量分数”铸造青铜则在代号（牌号）前加铸造青铜则在代号（牌号）前加“ZCu”ZCu”。2 2）锡青铜）锡青铜 是以是以SnSn为主加入元素的铜合金

20、。锡青铜的机械性能与含为主加入元素的铜合金。锡青铜的机械性能与含SnSn量有关。当量有关。当 Sn5Sn56 6时，随着含时，随着含SnSn量的增加，合金的强度和塑性都增加。当量的增加，合金的强度和塑性都增加。当 SnSn6 6时，强度还继续增高，但塑性急剧下降。当含时，强度还继续增高，但塑性急剧下降。当含SnSn量大于量大于2020时，强度显时，强度显著下降，合金变得很脆，故工业用锡青铜的著下降，合金变得很脆，故工业用锡青铜的 SnSn一般等于一般等于3 31414。 Sn5Sn5的锡青铜具有良好的塑性和一定的强度，适于压力加工。的锡青铜具有良好的塑性和一定的强度，适于压力加工。 Zn10Z

21、n10的的锡青铜，由于塑性差只适于铸造。锡青铜，由于塑性差只适于铸造。 锡青铜的耐腐蚀性比纯铜和黄铜都高，特别是在大气、海水等环境中。锡青铜的耐腐蚀性比纯铜和黄铜都高，特别是在大气、海水等环境中。抗磨性能也高，多用于制造轴瓦、轴套等耐磨零件。抗磨性能也高，多用于制造轴瓦、轴套等耐磨零件。 3 3）铝青铜）铝青铜 铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，它不仅价格低廉，且强度、耐磨性、耐铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，它不仅价格低廉，且强度、耐磨性、耐蚀性及耐热性比黄铜和锡青铜都高，还可进行热处理蚀性及耐热性比黄铜和锡青铜都高，还可进行热处理( (淬火、回火淬火、回火) )强化。当强化。当含含A1A1量

22、小于量小于5 5时，强度很低，塑性高；当含时，强度很低，塑性高；当含A1A1量达到量达到1212时，塑性已很差，时，塑性已很差，加工困难。故实际应用的铝青铜的加工困难。故实际应用的铝青铜的 AlAl一般在一般在5 51010之间。当之间。当 AlAl5 57 7时，塑性最好，适于冷变形加工。当时，塑性最好，适于冷变形加工。当 AlAl1010左右时，常用于铸造。左右时，常用于铸造。铝青铜在大气、海水、碳酸及大多数有机酸中具有比黄铜和锡青铜更高铝青铜在大气、海水、碳酸及大多数有机酸中具有比黄铜和锡青铜更高的抗蚀性。因此铝青铜是无锡青铜中应用最广的一种，也是锡青铜的重的抗蚀性。因此铝青铜是无锡青铜中应用最广的一种，也是锡青铜的重要代用品，缺点是其焊接性能较差。铸造铝青铜常用来制造强度及耐磨要代用品，缺点是其焊接性能较差。铸造铝青铜常用来制造强度及耐磨性要求较高的摩擦零件，如齿轮、轴套、蜗轮等。性要求较高的摩擦零件，如齿轮、轴套、蜗轮等。4