黄科院金属材料及热处理课件项目13 有色金属材料

项目十三有色金属材料黄河科技学院材料成型教研室

【内容简介】

对于部分性能要求较高的零件，黑色金属不能达到要求，这时要采用有色金属。本项目主要介绍常用铝合金、铜合金、钛合金、镁合金的分类、性能、用途及热处理方法。

【学习目标】(1)了解有色金属的特点；

(2)熟悉铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、镁及镁合金的分类，热处理方法；

(3)掌握铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、镁及镁合金的常用牌号、性能及用途。黄河科技学院材料成型教研室金属的分类黑色金属钢、铸铁、铬、锰有色金属除黑色金属以外的一切金属重金属(密度＞3.5)：Cu、Ni、Pb、Zn、Hg等。轻金属(密度＜3.5)：Al、Mg、K、Ca、Na等。贵重金属：Au、Ag、Pt等。稀有金属：W、Ti、Ra、Nb等。半金属：Si、Te(碲

)、B等。根据相对密度及金属元素在地壳中的含量，有色金属可分为：有色金属一般具有独特的物理、化学性能，在工业发展中的地位将越来越重要。黄河科技学院材料成型教研室§13.1

铝及其合金一、铝及铝合金有以下特点：1.密度小、比强度高

铝合金的密度与纯铝相近仅为铁的1/3，铝合金强化后的强度与低合金高强钢的强度相近。

2.有优良的物理、化学性能铝的导电性好，仅次于银、铜和金；有相当好的抗大气腐蚀能力；磁化率低，接近于非铁磁性材料。3.良好的加工性能铝及退火状态的铝合金的塑性很好，可以冷成型。切削性能也很好。超高强铝合金成形后可通过热处理获得很高的强度。铸造铝合金的铸造性能极好。由于上述优点，铝及铝合金在电气工程、航空及宇航工业、一般机械和轻工业中都有广泛的用途。黄河科技学院材料成型教研室二、工业纯铝(WAl=98%~99.7%)1.工业纯铝性能特点及用途纯铝是一种银白色的轻金属；密度小，2.72g/cm3，约为铁的1/3；熔点较低，约660℃；导电及导热性能好,导电性能仅次于银和铜，居第三位；抗大气腐蚀性好；塑性高;强度低；无磁性；加工工艺性好等。2.工业纯铝牌号铝锭：Al99.7、Al99.6、Al99.5、Al99.0、Al98五种；铝材：L1、L2、L3、L4、L5、L6。L表示铝，数字越大，表示杂质含量越高。黄河科技学院材料成型教研室三、铝合金的分类及热处理1.铝合金的分类：根据铝合金的成分和工艺特点，可分为：变形铝合金(单相固溶体)(不能热处理强化、能热处理强化)铸造铝合金(有共晶组织存在)黄河科技学院材料成型教研室2.铝合金的热处理(时效强化、退火、回归)时效强化在固溶处理后的合金随时间延续而发生进一步强化的现象。固溶处理—将铝合金加热至α单相区恒温保持，然后快速冷却，可在室温得到过饱和的α固溶体，这种处理方式称为固溶处理。固溶后铝合金强度不高，塑性好，可以进行冷压变形。时效处理—在一定条件下，第二相从过饱和固溶体中缓慢析出，使合金的强度和硬度明显提高，这种现象称为时效。分为自然时效和人工时效。黄河科技学院材料成型教研室退火形变铝合金的退火:

消除应力,硬度不变。消除加工硬化,降低硬度,便于冷塑性加工。铸造铝合金的退火:

消除应力;

均匀成分;回归处理回归处理是将已强化的铝合金重新加热，经保温后在水中急冷，使合金恢复在固溶后的状态(塑性改善，强度下降)，如再在室温下放置，则又能发生正常的自然时效。这种现象称为回归。黄河科技学院材料成型教研室四、变形铝合金

按性能特点和用途分为：防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻造铝合金等。1.防锈铝合金(LF+数字):

Al–Mn

通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性(比纯铝好)。例如:LF21。

Al–Mg

通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性(比纯铝轻)。例如:LF2、LF6等。这类铝合金抗腐蚀能力高，塑性好。不能进行时效硬化，属于不能热处理强化的铝合金，但可冷变形加工，利用加工硬化，提高合金的强度。用于焊接容器、管道，以及承受低、中等载荷的零件及制品。黄河科技学院材料成型教研室2.硬铝合金(LY+序数号)Al–Cu–Mg通过时效强化提铝合金强度,属于可以热处理强化的铝合金，也可进行变形强化。但耐蚀性不高。LY1、LY11、LY12。硬铝主要用于轧材、锻材、冲压件和螺旋桨叶片及大型铆钉等重要零件。3.超硬铝合金(LC+序数号

)Al–Cu–Mg–Zn，合金经固溶处理和人工时效后，可获得很高的强度和硬度，是强度最高的一类铝合金。但耐蚀性较差，高温软化快。LC4、LC9。超硬铝合金多用于制造受力大的重要构件，例如飞机大梁、起落架等。

黄河科技学院材料成型教研室4.锻造铝合金(LD+序数号):Al–Cu–Mg–Si,具有良好的热塑性、铸造性能和锻造性能,通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。

LD5、LD6、LD10。这类合金主要用于承受重载荷的锻件和模锻件。五、铸造铝合金铸造铝合金代号用ZL+三位数字表示；ZL表示铸铝；后面第一位数字：1为铝硅系合金，2为铝铜系合金，3表示铝镁系合金，4为铝锌系合金；第二、三位表示合金的顺序号。如：ZL102。按照主要合金元素的不同，可分为四类：铸造铝–硅合金、铸造铝–铜合金、铸造铝–镁合金、铸造铝–锌合金。黄河科技学院材料成型教研室1.铸造铝–硅合金(ZL101～ZL111)特点：铸造性能好，铸件产生的热裂倾向小。适用于制造低强度的、复杂形状的铸件，例如电动机壳体、汽缸体，仪表、水泵壳体以及一些承受低载荷的零件等。是最常用的铸铝合金2.铸造铝–铜合金特点：合金强度较高，耐热性好，但铸造性能不好，铸件有热裂和疏松倾向，耐蚀性较差。多用于高温下或高强度的零件。

ZL201、ZL202、ZL203黄河科技学院材料成型教研室3.铸造铝–镁合金特点：强度高，密度小，有良好的耐蚀性，但铸造性能不好，耐热性低。多用于制造承受冲击载荷、在腐蚀性介质中工作的、外形不太复杂的零件。例如舰船配件、氨用泵体等。

ZL301、ZL3024.铸造铝–锌合金特点：价格便宜，铸造性能优良，经变质处理和时效处理后强度较高，但抗蚀性差，热裂倾向大。常用于制造汽车、拖拉机的发动机零件及形状复杂的仪器零件，也可用于制造日用品。ZL401黄河科技学院材料成型教研室§13.2

铜及其合金铜及合金具有下列特殊性能：优异的物理和化学性能铜及合金的导电性、导热性极佳，对大气和水的抗蚀能力很高，是抗磁性物质。良好的加工性能塑性很好，容易冷、热成形；铸造铜合金有很好的铸造性能。具有某些特殊机械性能优良的减摩性和耐磨性，高的弹性极限和疲劳极限。色泽美观由于具有以上优良性能，铜及合金在工业上获得广泛应用。现代工业使用的铜及合金主要有工业纯铜、黄铜、青铜，白铜应用较少。黄河科技学院材料成型教研室一、工业纯铜纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫红色，故常称为紫铜。纯铜主要用于制作电工导体及配制各种铜合金。性能特点:密度大;导电及导热性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强度低;无磁性;无打击火花;加工工艺性好。工业纯铜按产品种类可分为未加工产品(铜锭、电解铜)和压力加工产品(铜材)两种。未加工产品按其纯度可分为：Cu-1、Cu-2、Cu-3、Cu-4四种。压力加工产品按其纯度可分为：T1、T2、T3、T4四种。代号中数字表示序号，序号越大，则铜的纯度越低。黄河科技学院材料成型教研室二、铜合金的分类黄铜:Cu–Zn白铜:Cu–Ni(使用较少)青铜:除黄铜和白铜外的所有铜合金。黄河科技学院材料成型教研室1.普通黄铜

牌号H90含铜量WCu=90%黄铜(一)黄铜

铜锌合金或以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜具有良好的塑性和耐腐蚀性，良好的变形加工性能和铸造性能，在工业中有很强的应用价值。按化学成分的不同，黄铜可分为普通黄铜和特殊黄铜两类。黄河科技学院材料成型教研室50030405060700400300200100010205040302010506070809010011040HB

+’

b

b(Mpa)(%)HB性能图13-2黄铜的力学性能与含锌量的关系黄河科技学院材料成型教研室常用的黄铜

H80、H70塑性很好，适于制作冷轧板材，冷拉线材，管材及形状复杂的深冲零件。

H62可进行热变形，常热轧成棒材、板材，也可铸造成型。法兰阀闸阀图13-3常用黄铜产品黄河科技学院材料成型教研室2.特殊黄铜定义:为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn等元素所形成的合金。牌号:H+主加元素化学符号+Cu含量%+主加合金元素含量HAl59-3含铝量WAl=3%含铜量WCu=59%常用的特殊黄铜：

海军黄铜---HSn62–1；易切削黄铜---HPb59-1黄河科技学院材料成型教研室(二)青铜

除黄铜、白铜外，其余铜合金统称青铜，分为普通青铜和特殊青铜两类。

代号是Q+第一个主加元素的化学符号及含量+其它元素含量(%)(Z)QSn10–1其它合金元素含量为1%主加元素锡其含量为WSn=10%青铜铸造黄河科技学院材料成型教研室1.普通青铜以Sn为主加元素的铜基合金，也称锡青铜。锡青铜的性能特点：

机械性能与锡含量有关。工业上用的锡青铜的含锡量一般为3%~14%。Sn<8%的锡青铜适于压力加工使用，大于10%Sn的锡青铜适合铸造。锡青铜的抗腐蚀性比纯铜和黄铜高，在造船、化工、机械、仪表等工业中广泛应用，主要制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件，以及抗蚀、抗磁零件等。黄河科技学院材料成型教研室2、

特殊青铜(无锡青铜)

大多数比锡青铜具有更高的力学性能、耐磨性与耐蚀性。常用特殊青铜有：

(1)铝青铜:强度和抗蚀性比黄铜和锡青铜高，常用来制造弹簧、船舶零件等。如：QAl7

(2)铍青铜:是极其珍贵的金属材料，热处理后的抗拉强度可高达1250~1500MPAa，远远超过任何铜合金。具有很高的弹性极限、疲劳强度、耐磨性和抗蚀性，导电、导热性极好，并且耐热、无磁性，受冲击时不发生火花。用于制造各种重要弹性原件、耐磨零件及防爆工具等。但价格昂贵。QBe2;。黄河科技学院材料成型教研室§13.3

钛及其合金一、纯钛的性能简介

钛是银白色金属，密度小(4.5g/cm3)，熔点高(1668℃)，热膨胀系数小，热导性差，塑性很好，强度、硬度低。钛具有同素异构转变，低于882℃为密排六方晶格，称为α-Ti；高于882℃为体心立方晶格，称为β-Ti。二、钛合金的分类及应用

按退火组织可分为α型、β型和(α+β)型钛合金，用TA、TB，TC表示。优点：比强度高，热强度高，抗蚀性高，低温性能好。

缺点：切削加工性能差，热加工工艺性能差，冷压加工性能差，硬度较低，抗磨性较差。黄河科技学院材料成型教研室1.α型钛合金

加入铝可使钛合金的同素异晶转变温度提高，在室温和工作温度下获得单相α组织，故称α型钛合金。牌号有TA4、TA5、TA6、TA7、TA8等。具有良好的热稳定