吉林大学工程材料课件-第八章 有色金属材料

第八章有色金属及合金通常把铁及其合金（钢、铸铁）称为黑色金属材料，而把非铁金属及其合金称为有色金属材料。与黑色金属相比，有色金属具有许多优良特性，例如铝、镁、钛及其合金具有密度小，比强度高的特点，在飞机，汽车制造等工业中应用十分广泛；又如银、铜、铝及其合金的导电性导热性好，是电器，仪表工业不可缺少的材料。虽然有色金属使用量少，在机械制造业中仅占4.5%左右，但它是现代工业中不可缺少的材料。主要用途：电线、电缆4、抗大气腐蚀好，其表面有一层致密的氧化膜。3、面心立方晶格，强度低（σb=80-100MPa），

塑性好（ψ=80%），可以通过压力加工成各种型材，与其面心立方晶体有关。2、导电性和导热性好，仅次于银、铜、金居第四位。特性：1、熔点低，比重小。熔点为660.4℃密度2.72第一节铝及其合金一、工业纯铝牌号：工业纯铝牌号有L1L2……..L7数字大纯度低

工业高纯铝牌号有L0L00

高纯铝L01L02……L04数字大纯度高。二、铝合金及强化方法（一）概述

1、合金化

在纯铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素，经热处理可使强度比纯铝提高3－4倍。

2、铝合金状态图（一般式）

共同特点是：基本相都是铝基固溶体和＋

共晶体。其中为固溶体或化合物。

3、铝合金的分类及特性

根据加工工艺特性和合金元素含量可分为两大类。即，变形铝合金和铸造铝合金。

变形铝合金：具有良好的塑性，可进行锻造、轧制、挤压等压力加工。

铸造铝合金：流动性好，宜铸造，不宜压力加工。Al

合金含量（SiMgCu等）温度DL+变形铝合金铸造铝合金热处理不能强化热处理能强化D/F+L铝合金一般相图1、热处理强化强化方法：固溶处理－时效强化。

固溶处理：将合金加热到溶解度曲线以上某一温度，得到单一的固溶体组织，然后在水中迅速冷却，使第二相来不及析出，形成过饱和固溶体。这种处理的方法称固溶处理。

时效强化：固溶处理的合金在较低温度下随时间的延长发生进一步强化的现象(强度和硬度上升）称时效硬化或时效强化。

（二）铝合金强化方法以铝铜合金为例，获得过饱和的α固溶体。其强度可以达到250MN/m2。时效强化：固溶处理的合金随时间的延续而发生进一步强化的现象称时效硬化或时效强化。例如：固溶处理的合金，如果在室温放置4-5例如4%Cu的铝合金加热到α相区中某一温度，经过一段时间保温，使获得单一的α固溶体组织，然后投入水中快速淬火，使次生相CuAl2来不及从α中析出时效过程：分四个阶段：第一阶段，形成GP[1]区，溶质原子的富集，引起晶格畸变，位错受阻，强度提高。第二阶段，形成GP[11]，Gp区有序化,随着原子的进一步富集，原子有序的排列起来，成分结构接近CuAl2，称θ“，与母相共格，引起晶格进一步畸变，位错进一步受阻，强度进一步提高。第三阶段，形成过渡相θ′，溶质原子继续富集，化学成分逐渐达到CuAl2的化学成分，部分与母相脱离共格联系，晶格畸变减轻，对位错阻碍减少，合金趋向软化。第四阶段，θ相形成与长大，形成稳定的CuAl2。与母相完全脱离共格联系，晶格畸变大为减轻，强化效果显著减弱，合金发生软化，这种现象称“过时效“。

实际上，时效过程不一定全部包括以上四个阶段，自然时效只有一二阶段，人工时效只能观察到三、四阶段。

自然时效：在室温下进行的时效称自然时效（强度可以达到400MN/m2），

人工时效：在加热条件下进行的时效称人工时效（100－200ºC）。人工时效的效果不如自然时效效果好，但时间短。例：含4％Cu的铝合金，固溶强化后强度为250MPa自然失效后（4－5天）达到400MPa。强化机理：

在铝的过饱和固溶体晶格内形成溶质原子富集区及铝化物且与固溶体保持共格关系，使得晶格严重畸变，使位错运动受到阻碍，提高了合金的强度。

2、对变形铝合金通过冷变形加工硬化，使强度提高。

3、固溶强化合金元素溶入铝晶格中形成有限固溶体，使合金强度提高。如硅铜镁锰等。

4、加入变质剂，进行变质处理—细晶强化。例：Al－Si铸造合金，浇铸前加入2－3％钠盐混合物（2/3NaF+1/3NaCl-变质剂），结晶时产生大量晶核，获得细晶粒，合金的强度和塑性都得以提高。铝硅合金变质处理前铝硅合金变质处理后特点：：合金元元素少少，热热处理理强化化不起起作用用，只只能用用加工工硬化化的方方法强强化。。三、常常用铝铝合金金铝合金金分为为两大大类：：变形形铝合合金、、铸造造铝合合金（一））变形形铝合合金变形铝铝合金金按其其性能能和用用途分分为：：防锈铝铝合金金、硬硬铝合合金、、超硬硬铝合合金和和锻铝铝合金金。1、防防锈铝铝主要合合金元元素：：Mn，，Mg常用牌牌号：LF5、LF11、、LF21等L－铝铝F－防防锈数字－－顺序序号用途：：制造造油箱箱、油油管等等。用途：：制造铆铆钉、、螺旋旋桨叶叶片等等。3、超超硬铝铝合金金特点：：可用热热处理理时效效强化化，也也可冷冷变形形加工工硬化化。2、、硬铝铝合金金主要合合金元元素：：Cu－－Mg常用牌牌号：：LY1、LY11等。。L－铝铝Y－－硬数数字字－顺顺序号号主要合金金元素：Zn－Mg－－Cu常用牌号号:LC4LC6L－铝C－－超硬数数字字－顺序序号特点：这类铝合合金是经经固溶处处理和时时效硬化化后强度度最高的的一种铝铝合金。。用途：制制造飞机机大梁、、蒙皮等等。特点：具有良好好的锻造造成型性性，可固固溶处理理+人工工时效强强化。用途：制造直升升飞机的的叶片、、航空发发动机活活塞。4.锻锻铝合金金主要合金金元素：Mg－Si－Cu,Cu－Mg－Ni常用牌号号：LD5LD7L－铝D－锻锻造数数字字－顺序序号四、铸造造铝合金金用途：铸造铝合合金主要要用于制制造重要要的形状状复杂的的铝合金金零件，，例如汽汽车、拖拖拉机发发动机的的活塞等等。合金系：Al－－SiAl－－CuAl－－MgAl－Zn牌号表示示方法：：字母“ZL”＋＋三位数数字ZL－铸铸铝;第一位数数字表示示合金类类别1－表示示铝硅系系，2－表示示铝铜系系3－表示铝镁镁系，4－表示示铝锌系系第二、、三位数数字表示示顺序号号。例如：ZL102、ZL202、、LZ302等等。特点：铸造性能能好（Al-Cu合金金差）1、工业业纯铜（（又称称紫铜））物理性能能：密度为8.93g/cm3，熔点为1083℃，呈面心心立方晶晶格，表表现出优优异的冷冷、热压压力加工工性能，，导电、、导热性性能好。。强度度低，不不能作为为结构材材料使用用。应用：电电线、电电缆第二节铜铜及合合金2、黄铜铜：化学成分分：主要元素素是铜和和锌。含含锌量0－50％。呈淡黄色色。性能特点点：强度高（（比铝合合金高））；耐磨磨性和耐耐海水腐腐蚀性好好，都优优于铝合合金和碳碳钢。黄铜普通黄铜铜Cu－Zn合金金，H59、、H62、H70等等H－黄铜数数字字－Cu%应用：水水管、油油管、散散热器等等。特殊黄铜铜普通黄铜铜基础上上加入AlMnPbSi进一步提提高强度度、硬度度、耐磨磨性和耐蚀性。。牌号：HPb59-1表表示含铅铅黄铜，，Cu%=59Pb%=1应用：制造船舶舶、化工工中的高高强耐蚀零件钟钟表、机机械的轴轴瓦耐磨零件件等分类、牌牌号及应应用：3、青铜铜主要成分分：Cu-Sn合金金，应用用最早合合金。近近代又发发展了含含Al、、Si、、Be、、Mn、、Pb的的铜合金金，习惯惯上也都都称为青青铜。特性：具具有极高高的耐磨磨性并耐耐蚀性好好。牌号：Q+元素素符号＋＋含量QSn4-3QAl5ZQSn10-5等等（3％Zn）（（5％Pb）应用：耐耐磨件如如齿轮、、轴套、、蜗轮，，仪器上上的弹簧，耐磨磨和抗磁磁零件理想的轴轴承合金金的组织织应是软软基体上上均匀分分布着硬硬质点。。软的基基体被磨磨损下凹凹，可贮贮存润滑滑油并形形成连续续的油膜膜；硬质质点则凸凸起来支支撑轴颈颈，使轴轴承和轴轴颈的实实际接触触面积小小，减小小摩擦。。如图示示：第三节滑滑动动轴承合合金用于制造造滑动轴轴承及其其内衬的的合金一、性能能要求1、要求轴承承合金必必须具有有足够的的抗压强强度和疲疲劳强度度。2、足够够的塑性性和韧性性。3、低的摩擦擦系数4、良好好的导热热性和小小的膨胀胀系数。二、分类类及主要要成分锡基轴承承合金Sn+锑锑（Sb）和铜铜铅基轴承承合金Pb+Sb+Sn+Cu还有铜基基轴承合合金、铝基、等等四、工业业中常用用的轴承承合金工业上称称巴氏合合金（巴巴比特合合金）（（锡基和和铅基轴轴承合金金）锡锑合金金ZchSnSb11-6铅锑合金金ZChPbSb16-16-2(16%Sb,16%Sn,2%Cu)三、牌号号表示方方法：ZCh+基本本元素符符号＋主主加元素素符号＋＋含量＋＋辅加元元素平均均含量例：ZChSnSb11-6ZCh－－铸造轴轴承Sn－基基本元素素是锡Sb11－锑含含量为11％6－铜含含量6％％软基体是是Sb溶溶于Sn形成的的固溶体体呈暗黑黑色；硬质点是是SnSb,ββ相呈白白方块用途：浇浇注大型型机器的的轴瓦，，如气轮轮机发动动机等高高速轴瓦瓦。巴氏氏合金熔熔点和强强度均较较低，承承受不了了大的压压力，生生产上常常用离心心浇注法法将它们们镶铸在在08F钢轴瓦瓦上，制制成所谓谓“双金金属”轴轴承。第八章结结束束二、钛及及其合金金纯钛是灰灰白色轻轻金属，，密度为为4.507g/cm3,熔点为为1668℃钛在固态下下有两种晶晶体结构，，882.5℃以以上为β––Ti呈呈体心立方方晶格，882.5℃以以下为α-Ti呈密密排六方晶晶格。这种种转变对钛钛合金的强强化具有重重要的意义义。钛合金具有有