工程材料—第4章-3有色金属

1、4.3 有色金属,工程上常用的有色金属有铝、铜、镁、钛、锌及其合金。,铝及铝合金,铝及铝合金是应用非常广泛的一类金属结构材料。航空上主要用于飞机的蒙皮、隔框、长梁、桁条和锻、铸件等。一架波音747客机，需要消耗约18.6吨铝，航天技术上主要用于气动加热温度在150以下的运载火箭和宇宙飞行器，也用在卫星、航天飞机等其他航天器结构上。,4.3.1铝合金的分类,铝合金按加工方法可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金又可分为不可热处理强化合金和可热处理强化合金。,4.3.2变形铝合金,变形铝合金通常经不同的变形加工方式生产成各种半成品提供使用，如板、棒、管、线、型材及锻件等。,变形铝合金的编号

2、方法,凡是化学成分与变形铝合金国际牌号注册协议组织命名的合金相同的所有合金，其牌号直接采用国际四位数字体系牌号。 未与国际四位数字体系牌号的变形铝合金接轨的，采用四位字符牌号）。 四位字符 牌号的第一、第三、第四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母。第一位数字表示铝合金组别，,变形铝合金按照合金系列分为,2XXXAl-Cu系， 3XXXAl-Mn系， 4XXXAl Si系， 5XXXAl Mg系 6XXXAlMg-Si系， 7XXXAl Zn系， 8XXXAl-其他元素， 9XXX备用系。,变形铝合金编号,1. 防锈铝合金,防锈铝其特点是抗蚀好、易于加工成形和焊接。但不能热处理强化，强度较低。

3、适于制作要求抗腐蚀及受力不大的零部件，如油管、油箱等。这类合金主要是Al-Mn系和Al-Mg系。,2. 硬铝合金,硬铝是目前航空工业中应用最广泛的一类变形铝合金。其特点是具有强烈的时效硬化能力。强度高,抗蚀性和焊接性能较差。用以制造飞行器各种承力构件，如蒙皮、壁板、桨叶、活塞及火箭上的液体燃料箱等。硬铝主要为A1-Cu-Mg和A1-Cu-Mn系。,3. 超硬铝合金,超硬铝是在硬铝的基础上再加锌而成，强度高于硬铝，故称超硬铝合金，应用于飞机结构件，如翼梁、螺旋桨叶、起落架等。,4. 锻造铝合金,锻铝具有良好的热塑性、焊接、抗蚀、冷加工等性能。以Al-Mg-Si系为主。,Extruder,4.3.

4、3铸造铝合金,铸造铝合金的优点是比重小，比强度较高，并有良好的抗蚀性和铸造工艺性。,铸造铝合金编号,示例,ZL102,ZL101,ZL107,ZL105，ZL110,ZL109,ZL201,ZL301,ZL401,活塞(裙部为铝硅合金),汽缸头,4.3.4铝合金的热处理,铝合金通常采用的热处理操作主要有退火、淬火和时效。,1. 退火,不论变形铝合金或铸造铝合金都可以进行退火。变形铝合金的退火主要有再结晶退火、消除应力退火和完全退火。,2. 淬火和时效,淬火和时效是铝合金的强化热处理。铝合金淬火的目的是为了将高温下的固溶体固定到室温，得到均匀的过饱和固溶体。铝合金的淬火加热温度一般应高于其饱和溶

5、解度曲线，而低于其熔化温度。铝合金淬火后的性能与钢淬火后得到的马氏体组织大不相同。其塑性显著增加，而强度和硬度提高不多，需经时效处理, 才能提高强度、硬度。,时效就是淬火后的铝合金在室温停留或加热保温后其强度、硬度提高的现象。在室温下进行的时效成为自然时效。在加热情况下进行的时效称为人工时效。,4.3.5纯钛和钛合金,纯钛熔点1667,比重4.5g/cm3,室温下为密排六方结构, 882.5以上为体心立方结构。 钛合金按其组织可分成型(TA)、型(TB)、+型(TC)。,波音飞机钛合金锻件,钛合金的特点,a. 比强度高：钛合金的抗拉强度可达1500MPa，比重只有钢的一半。 b. 热强度高：钛

6、合金可在550以下工作，可望提高到600。 c. 低温性能好：钛合金低温韧性很好，在-253时仍具有良好的韧性。 d. 抗蚀性好：钛在大气、水、海水、硝酸、稀硫酸等腐蚀介质中的抗蚀性优于不锈钢。例如，某冷凝管在海水中试验16年之后，未出现腐蚀现象。 钛合金的主要缺点是工艺性差 ,价格昂贵.,钛合金应用,现有航空航天用钛合金中，应用最广泛的是多用途的+型Ti-6A1-4V合金。用于制造发动机压气机盘、叶片，蒙皮等。液体燃料火箭的储氢罐也是钛合金制造的，其工作温度为-253。 许多民用领域如氯碱化工业及海水用泵、阀、管道、换热器、冷凝器等，也广泛采用钛合金，并取得了良好的经济效益。,4.3.6镁合

7、金,镁合金在常用工程金属材料中密度最小，为1.8g/mm3，约为铝合金的2/3，钛合金的1/3，钢的1/4。 镁合金分为变形镁合金(MB)和铸造镁合金(ZM)二大类,镁合金特点和应用,镁合金有较大承受冲击载荷的能力，可制造受猛烈碰撞的零件。例如飞机的轮毂。美国近年为陆军生产的一种“瘪气下行驶”的车轮。这种轮子的轮胎和轮毂之间装有12.2kg重的镁合金压铸环形件，万一轮胎被弹片扎破漏气，装这种轮子的军车可在48km/h速度下行驶而不使车辆受损。,铜及铜合金的基本特性,1. 优异的物理化学性能 2. 良好的加工性能 3. 某些特殊机械性能 4. 色泽美观,4.3.7铜及铜合金,纯铜的牌号及主要用途,1 纯铜（紫铜）,纯铜的牌号及主要用途,1 纯铜（紫铜）,1. 铜的合金化 2.铜合金的分类,黄铜Cu Zn 白铜Cu Ni 青铜除黄铜和白铜外的所有铜合金。,按化学成分,2 铜的合金化及分类,（1）成分及牌号,普通黄铜Cu-Zn合金 特殊黄铜Cu-Zn+Al、Mn、Si等其它元素,普通黄铜：H+含铜量的百分数，如H68、H62 特殊黄铜：H+辅加元素符号+铜含量+辅加元 素含量，如HMn58-2,3 常用铜合