工程材料第八章有色金属及其合金

1、 C：COMPUTERC：COMMUNICATIONC：CONSUMER ELECTRONICS PRODUCTS 钛和钛合金钛和钛合金被认为是被认为是2121世纪的重要材料，它具有很世纪的重要材料，它具有很多优良的性能，如熔点高、多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广能远优于不锈钢，因此被广泛泛用于火箭、导弹、航天飞用于火箭、导弹、航天飞机船舶、

2、化工和通讯设备等机船舶、化工和通讯设备等钛金属腕表钛金属腕表 钛合金与人体有很好的钛合金与人体有很好的“相容性相容性”，因此可用来制造，因此可用来制造人造人造骨骨 钛合金眼镜钛合金眼镜具有记忆功能的眼镜框架具有记忆功能的眼镜框架钛合金外壳的电脑钛合金外壳的电脑 钛及钛合金具有许多优点。钛及钛合金具有许多优点。 首先是其比强度高于其它合金；首先是其比强度高于其它合金； 其次是具有较高的抗蚀性，特别是在海水和含氨介质中，抗其次是具有较高的抗蚀性，特别是在海水和含氨介质中，抗蚀性尤其突出。蚀性尤其突出。 另外，钛及钛合金的耐热性也比铝合金和镁合金高，目前实另外，钛及钛合金的耐热性也比铝合金和镁合金高

3、，目前实际应用的热强钛合金工作温度可达际应用的热强钛合金工作温度可达400500。 从从20世纪世纪50年代开始，在较短的时间内，钛工业获得了迅速年代开始，在较短的时间内，钛工业获得了迅速发展。尤其在航空航天工业中，应用范围及数量日益增长，发展。尤其在航空航天工业中，应用范围及数量日益增长，并正在迅速取代某些铝合金、镁合金及钢等制造各种构件。并正在迅速取代某些铝合金、镁合金及钢等制造各种构件。此外，钛及钛合金在机械工程、生物医学、海洋工程、化工、此外，钛及钛合金在机械工程、生物医学、海洋工程、化工、冶金、建材及一般民用工业中的应用也有逐年增长之势。冶金、建材及一般民用工业中的应用也有逐年增长之

4、势。 钛在地壳中的储量仅次于铝、铁、镁而居第四位钛在地壳中的储量仅次于铝、铁、镁而居第四位。在我国，钛的资源十分丰富，虽然开展钛及钛合金的研究与应用工作起在我国，钛的资源十分丰富，虽然开展钛及钛合金的研究与应用工作起步较晚，但已取得了可观的进步。预计到步较晚，但已取得了可观的进步。预计到2010年，供国内工业生产用的年，供国内工业生产用的海绵钛产量可居世界前列。海绵钛产量可居世界前列。 我国在航空工业中应用钛合金始于我国在航空工业中应用钛合金始于20世纪世纪60年代初期。目前钛及钛合年代初期。目前钛及钛合金已广泛应用或准备应用于制造飞机上的隔热罩、整流罩、导风罩、蒙金已广泛应用或准备应用于制造

5、飞机上的隔热罩、整流罩、导风罩、蒙皮、框类、支臂构件及发动机中的压气机盘、叶片及机匣等。皮、框类、支臂构件及发动机中的压气机盘、叶片及机匣等。 钛的化学性十分活泼，熔点高，冶炼制取工艺复杂且价格昂贵，这使钛的化学性十分活泼，熔点高，冶炼制取工艺复杂且价格昂贵，这使得钛及钛合金的发展与应用受到了一定限制。随着科学技术的不断进步，得钛及钛合金的发展与应用受到了一定限制。随着科学技术的不断进步，这些问题正在不断被解决，钛及钛合金由于其所具有的优异特性，必将这些问题正在不断被解决，钛及钛合金由于其所具有的优异特性，必将发展成为能够得到普遍应用的重要结构材料。发展成为能够得到普遍应用的重要结构材料。 钛

6、在地壳中的储量仅次于铝、铁、镁而居第四位钛在地壳中的储量仅次于铝、铁、镁而居第四位。在我国，钛的资源十分丰富，虽然开展钛及钛合金的研究与应用工作起在我国，钛的资源十分丰富，虽然开展钛及钛合金的研究与应用工作起步较晚，但已取得了可观的进步。预计到步较晚，但已取得了可观的进步。预计到2010年，供国内工业生产用的年，供国内工业生产用的海绵钛产量可居世界前列。海绵钛产量可居世界前列。 我国在航空工业中应用钛合金始于我国在航空工业中应用钛合金始于20世纪世纪60年代初期。目前钛及钛合年代初期。目前钛及钛合金已广泛应用或准备应用于制造飞机上的隔热罩、整流罩、导风罩、蒙金已广泛应用或准备应用于制造飞机上的

7、隔热罩、整流罩、导风罩、蒙皮、框类、支臂构件及发动机中的压气机盘、叶片及机匣等。皮、框类、支臂构件及发动机中的压气机盘、叶片及机匣等。 钛的化学性十分活泼，熔点高，冶炼制取工艺复杂且价格昂贵，这使钛的化学性十分活泼，熔点高，冶炼制取工艺复杂且价格昂贵，这使得钛及钛合金的发展与应用受到了一定限制。随着科学技术的不断进步，得钛及钛合金的发展与应用受到了一定限制。随着科学技术的不断进步，这些问题正在不断被解决，钛及钛合金由于其所具有的优异特性，必将这些问题正在不断被解决，钛及钛合金由于其所具有的优异特性，必将发展成为能够得到普遍应用的重要结构材料。发展成为能够得到普遍应用的重要结构材料。 按在晶格中

8、存在形式区分，杂质元素与钛可形成间隙式或置按在晶格中存在形式区分，杂质元素与钛可形成间隙式或置换式两种固溶体，杂质含量较多时，也会形成脆性化合物。换式两种固溶体，杂质含量较多时，也会形成脆性化合物。 形成间隙固溶体的形成间隙固溶体的杂质主要有氧、氮、氢及碳杂质主要有氧、氮、氢及碳等，这些杂等，这些杂质可造成严重的晶格畸变，强烈阻碍位错运动，提高硬度。质可造成严重的晶格畸变，强烈阻碍位错运动，提高硬度。另外，另外，氢的扩散能力较强，应变时效现象比较明显氢的扩散能力较强，应变时效现象比较明显，而且容，而且容易以易以TiH化合物形式析出，引起氢脆，严重损害钛的韧性。化合物形式析出，引起氢脆，严重损害

9、钛的韧性。因此，间隙式杂质对钛的塑性危害很大。因此，间隙式杂质对钛的塑性危害很大。 其合金化特点主要是加入了较多的其合金化特点主要是加入了较多的稳定元素，通稳定元素，通过水冷或空冷得到几乎全部的等轴亚稳过水冷或空冷得到几乎全部的等轴亚稳相组织相组织(稳稳定定合金则得到全部稳定合金则得到全部稳定相相)。 亚稳亚稳相通过时效处理，可分解为弥散分布的相通过时效处理，可分解为弥散分布的a、稳、稳定定或其它第二相，使合金强度有大幅度提高。在或其它第二相，使合金强度有大幅度提高。在所有类型的钛合金中，所有类型的钛合金中，这类合金的室温强度最高这类合金的室温强度最高。 具有面心立方晶格，具有面心立方晶格，无

10、同素异构转变无同素异构转变。 密度密度2.72，约为铁的三分之一，铝合金，约为铁的三分之一，铝合金 密度一般为密度一般为2.52.88之间。之间。 具有良好的导电、导热性，仅次于银、铜、金。具有良好的导电、导热性，仅次于银、铜、金。 在大气中具有优良的抗腐蚀性（与氧亲和力大，在大气中具有优良的抗腐蚀性（与氧亲和力大， 能形成一层致密的氧化膜）。能形成一层致密的氧化膜）。 具有高塑性、较低的强度具有高塑性、较低的强度 ： L04 99.996% =45%；b=50MN/m2 与钢铁相比，铝合金具有较高的比强与钢铁相比，铝合金具有较高的比强度、比刚度，较低的密度。度、比刚度，较低的密度。机械性能对

11、比机械性能对比 低碳钢低碳钢 低合金钢低合金钢 高合金钢高合金钢 铸铁铸铁 铝合金铝合金相对密度相对密度 1.0 1.0 1.0 0.92 0.351.0 1.0 1.0 0.92 0.35相对比相对比 1.0 1.6 2.5 0.60 1.81.0 1.6 2.5 0.60 1.8强度极限强度极限相对比相对比 1.0 1.7 4.2 0.70 2.91.0 1.7 4.2 0.70 2.94.34.3屈服极限屈服极限相对比相对比 1.0 1.0 1.0 0.51 8.51.0 1.0 1.0 0.51 8.5刚度刚度三、铝合金的分类三、铝合金的分类 根据合金元素的含量和加工工艺性能根据合金元

12、素的含量和加工工艺性能 特点，把铝合金分为：特点，把铝合金分为： 加工变形铝合金加工变形铝合金 铸造铝合金铸造铝合金铝合金铝合金的分类的分类形变铝合金形变铝合金铸造铝合金铸造铝合金不能热处理不能热处理强化铝合金强化铝合金 能热处理能热处理强化铝合金强化铝合金2134AlDABC1变形铝合金变形铝合金 2铸造铝合金铸造铝合金 3 3不能热处理强化的铝合金不能热处理强化的铝合金4能热处理强化的铝合金能热处理强化的铝合金1、变形铝合金、变形铝合金 这类铝合金要经冷、热加工成各种型材，这类铝合金要经冷、热加工成各种型材，因此要求具有良好的冷热加工工艺性能，组因此要求具有良好的冷热加工工艺性能，组织中不

13、允许有过多的织中不允许有过多的脆性第二相脆性第二相。所以变形。所以变形铝合金中合金元素的含量比较低，一般不超铝合金中合金元素的含量比较低，一般不超过过B点成分。点成分。合金元素总量合金元素总量5%。 可热处理强化的铝合金，合金元素含量可热处理强化的铝合金，合金元素含量 位于位于B、D之间，可通过热处理显著提之间，可通过热处理显著提 高机械性能。高机械性能。 包括包括硬铝合金硬铝合金、超硬铝合金超硬铝合金及及锻铝合金锻铝合金。2、铸造铝合金、铸造铝合金 一般而言，具有共晶成分的合金具有优一般而言，具有共晶成分的合金具有优良的铸造性能。铸造铝合金为了保证足够的良的铸造性能。铸造铝合金为了保证足够的

14、机械性能，并不完全都是共晶成分，只是合机械性能，并不完全都是共晶成分，只是合金元素含量较高，在金元素含量较高，在825% 。四、铝合金的强化机理四、铝合金的强化机理 合金元素加入纯铝中，形成合金元素加入纯铝中，形成铝基固溶体铝基固溶体，起固溶强化作用，使其强度提高。铝的合金起固溶强化作用，使其强度提高。铝的合金化一般都形成有限固溶体，且都具有较大的化一般都形成有限固溶体，且都具有较大的极限溶解度。极限溶解度。冷变形（加工硬化）冷变形（加工硬化）3、固溶固溶+时效强化时效强化 铝合金的热处理强化，主要是由于合金元铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝中有较大固溶度且随温度降低而急剧减素在铝中

15、有较大固溶度且随温度降低而急剧减小，故铝合金经加热到一定温度淬火后，可以小，故铝合金经加热到一定温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体，这种过饱和的铝基得到过饱和的铝基固溶体，这种过饱和的铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度、硬度随时间的延长而提高，塑性、韧性则度、硬度随时间的延长而提高，塑性、韧性则降低，这一过程称为降低，这一过程称为时效时效（时效强化）。（时效强化）。淬火淬火加加时效处理时效处理是铝合金强化的重要手段。是铝合金强化的重要手段。4、过剩相强化过剩相强化 当铝中加入的合金元素超过其极限溶解度时，当铝中加入的合金元素超过其极限溶解

16、度时，固溶处理固溶处理加热时便有一部分不能溶入固溶加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，成为体的第二相出现，成为过剩相过剩相。 这类过剩相多为这类过剩相多为硬而脆硬而脆的金属间化合物，起的金属间化合物，起阻碍滑移和位错运动的作用，使铝合金强度、硬阻碍滑移和位错运动的作用，使铝合金强度、硬度提高，但塑、韧性下降，过剩相过多时，合金度提高，但塑、韧性下降，过剩相过多时，合金变脆，强度急剧下降。变脆，强度急剧下降。 对于铸造铝合金，过剩相强化是主要手段对于铸造铝合金，过剩相强化是主要手段。5、细化晶粒强化细化晶粒强化 在铝合金中在铝合金中添加微量合金元素添加微量合金元素细化组织细化组织是提高机

17、械性能的另一种重要手段。细化组是提高机械性能的另一种重要手段。细化组织包括织包括细化铝合金固溶体基体细化铝合金固溶体基体和和过剩相组织过剩相组织。 铸造铝合金常加入微量变质剂，进行铸造铝合金常加入微量变质剂，进行变变质处理质处理。 常用变质剂：常用变质剂：2/3 NaF +1/3 NaCl合金发生时效的条件合金发生时效的条件 合金能在高温形成均匀的固溶体合金能在高温形成均匀的固溶体; ; 固溶体中溶质的溶解度必须随温度的降固溶体中溶质的溶解度必须随温度的降低而显著降低。低而显著降低。 铝合金时效过程是过饱和固溶体分解的铝合金时效过程是过饱和固溶体分解的过程，包括四个阶段：过程，包括四个阶段：第

18、一阶段：形成溶质原子第一阶段：形成溶质原子Cu的富集区（的富集区（Cu原子原子 在固溶体在固溶体100晶面上偏聚）晶面上偏聚）- GpI 区，随着区，随着GpI区的形成，将引起固区的形成，将引起固 溶体溶体严重畸变，使位错运动受到阻严重畸变，使位错运动受到阻 碍。碍。第二阶段：第二阶段： 随着时间的延续，溶质原子继续向随着时间的延续，溶质原子继续向GpI区区 扩散富集，并有序化而形成扩散富集，并有序化而形成GpI I区。区。 GpI I的化学成分接近于的化学成分接近于CuAl2，具有正方，具有正方 晶格（以晶格（以”表示），随着表示），随着GpI I区形成，区形成， 将引起固溶体更严重的畸变，

19、使位错运动将引起固溶体更严重的畸变，使位错运动 受到更大阻碍。受到更大阻碍。第三阶段：第三阶段： 溶质原子溶质原子Cu继续富集，第二阶段形成的继续富集，第二阶段形成的 ”相逐渐达到相逐渐达到CuAl2的成分，并部分地的成分，并部分地 与母相与母相固溶体的晶格脱离，形成一种固溶体的晶格脱离，形成一种 过渡相过渡相，随着，随着 的形成，固溶体的的形成，固溶体的 晶格畸变程度减轻，合金趋于软化。晶格畸变程度减轻，合金趋于软化。第四阶段：第四阶段： 稳定的稳定的相相- CuAl2形成，并与母相形成，并与母相固溶体固溶体 完全脱离联系，使完全脱离联系，使固溶体的晶格畸变大为固溶体的晶格畸变大为 减轻，时

20、效产生的强化效果显著减弱，合金减轻，时效产生的强化效果显著减弱，合金 软化，这种现象称为软化，这种现象称为“过时效过时效”。 一般一般自然时效自然时效只出现第一、第二阶段，只出现第一、第二阶段，后两阶段由于原子扩散能力不足不出现。温后两阶段由于原子扩散能力不足不出现。温度较高的度较高的人工时效人工时效，则主要是第三、第四阶则主要是第三、第四阶段，因为温度较高，原子扩散能力很大，第段，因为温度较高，原子扩散能力很大，第一、二阶段来不及出现即进入后二阶段。一、二阶段来不及出现即进入后二阶段。六、铝合金的表示方法六、铝合金的表示方法ZL * * 表示合金顺序号表示合金顺序号 表示合金系列表示合金系列

21、 1-Si 2-Cu 3-Mg 4-Zn铸造铝合金铸造铝合金如：如： ZL102 表示第表示第2号铝硅铸造合金号铝硅铸造合金 ZL405 表示第表示第5号铝锌铸造合金号铝锌铸造合金七、常用变形铝合金七、常用变形铝合金1、防锈铝合金、防锈铝合金 包括包括铝镁系铝镁系、铝锰系铝锰系、工业纯铝工业纯铝，这，这 类合金不能进行热处理强化，机械性能比类合金不能进行热处理强化，机械性能比 较低，为了提高其强度，可采用冷加工方较低，为了提高其强度，可采用冷加工方 法使其强化（加工硬化）。法使其强化（加工硬化）。a、 铝镁系防锈铝铝镁系防锈铝 LF2、LF3、LF5、LF6 主合金元素是主合金元素是Mg，此外

22、还加入少量，此外还加入少量Mn、Ti，随着，随着 Mg 含量的增多，合金的强度、塑性含量的增多，合金的强度、塑性也相应提高。当也相应提高。当Mg含量超过含量超过5%时，合金的抗时，合金的抗应力腐蚀性能降低。当应力腐蚀性能降低。当Mg含量超过含量超过7%时，塑时，塑性降低。性降低。 加入少量的加入少量的Mn，不仅能改善合金的抗腐，不仅能改善合金的抗腐蚀性，还能提高合金的强度，少量的钛、钒蚀性，还能提高合金的强度，少量的钛、钒起细化组织的作用。起细化组织的作用。b、 铝锰系铝锰系LF21 Mn 是该合金的主要元素，是该合金的主要元素，1.01.6%含量含量 具有较高的强度、塑性、抗蚀性；合金中加入

23、具有较高的强度、塑性、抗蚀性；合金中加入 少量的钛，少量的钛，0.4%Fe细化组织。细化组织。 防锈铝合金主要是防锈铝合金主要是AlMn系和系和AlMg系合金。系合金。锰和镁的主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起锰和镁的主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。固溶强化作用。 防锈铝合金锻造退火后为单相固溶体组织，抗蚀防锈铝合金锻造退火后为单相固溶体组织，抗蚀性好，塑性高，易于变形加工，焊接性能好，但性好，塑性高，易于变形加工，焊接性能好，但切削性能差。切削性能差。 这类合金不能进行热处理强化，常利用加工硬化这类合金不能进行热处理强化，常利用加工硬化来提高其强度来提高其强度。 常用的常用的

24、AlMn系合金为系合金为3A21(LF21)，其抗蚀，其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。 常用的常用的AlMg系合金如系合金如5A05(LF5)，其密度，其密度比纯铝小，强度比比纯铝小，强度比AlMn合金高，在航空工业中合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。中等载荷的零件。2、硬铝合金、硬铝合金LY1、LY2、LY3、4、6、8、10、11、12、 Al-Cu-Mg系，它有强烈的时效强化作用

25、，经系，它有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，同时具有优时效处理后具有很高的硬度、强度，同时具有优良的加工工艺性能。良的加工工艺性能。含含Cu、Mg量低的硬铝合金，量低的硬铝合金，强度低而塑性高，强度低而塑性高，Cu、Mg量高则强度高、塑性低。量高则强度高、塑性低。 硬铝合金的抗蚀性比防锈铝硬铝合金的抗蚀性比防锈铝 硬铝合金淬火硬铝合金淬火+ +人工时效人工时效，有晶间腐蚀倾有晶间腐蚀倾 向向，故多采用淬火故多采用淬火+ +自然时效自然时效。 硬铝合金主要是硬铝合金主要是A1一一CuMg系合金系合金，并含有少量锰。，并含有少量锰。这类合金这类合金可进行时效强化，也可进行形变

26、强化可进行时效强化，也可进行形变强化。合金中。合金中铜和镁的作用是形成强化相铜和镁的作用是形成强化相CuAl2(相相)和和CuMg Al2 (S相相)，产生时效硬化；锰的作用是提高抗蚀性，并起一定的固产生时效硬化；锰的作用是提高抗蚀性，并起一定的固溶强化作用；少量的钛或硼可细化晶粒，提高强度。溶强化作用；少量的钛或硼可细化晶粒，提高强度。 硬铝合金的抗蚀性比防锈铝差得多硬铝合金的抗蚀性比防锈铝差得多，并存在着晶间腐蚀，并存在着晶间腐蚀的倾向的倾向(由晶界附近贫铜，使电极电位下降引起由晶界附近贫铜，使电极电位下降引起)。为改善。为改善抗蚀性能，硬铝板材在压延过程中，两面常用纯铝包覆。抗蚀性能，硬

27、铝板材在压延过程中，两面常用纯铝包覆。纯铝电极电位低于基体，故起阳极保护作用。但包覆纯纯铝电极电位低于基体，故起阳极保护作用。但包覆纯铝的硬铝合金经热处理后强度下降。铝的硬铝合金经热处理后强度下降。 低强硬铝低强硬铝，又称铆钉硬铝，如，又称铆钉硬铝，如2A01(LYl)、2A10(LYl0)等。这类硬铝等。这类硬铝的合金元素的质量分数较低，的合金元素的质量分数较低，Mg和和Cu的质量分数的比值小，的质量分数的比值小，S相质量分相质量分数小，因而强度较低，塑性较高。主要用于制作铆钉。数小，因而强度较低，塑性较高。主要用于制作铆钉。中强硬铝中强硬铝，又称标准硬铝，如，又称标准硬铝，如2Al1(LY

28、11)等。这类硬铝的合金元素的等。这类硬铝的合金元素的质量分数较高，质量分数较高， Mg和和Cu的质量分数的比值较大，提高了的质量分数的比值较大，提高了S相的质量分数，相的质量分数，因而合金的强度较高、塑性较好。可用于制造航空螺旋桨叶片和中等强因而合金的强度较高、塑性较好。可用于制造航空螺旋桨叶片和中等强度的紧固件等。度的紧固件等。高强硬铝高强硬铝，如，如2A12(LY12)等。这类硬铝的合金元素的质量分数高，等。这类硬铝的合金元素的质量分数高，Mg和和Cu的质量分数的比值大，因而是硬铝中强度最高的合金，且具有的质量分数的比值大，因而是硬铝中强度最高的合金，且具有良好的耐热性。主要用于制造飞机

29、的蒙皮、壁板、隔框、翼肋、长桁等。良好的耐热性。主要用于制造飞机的蒙皮、壁板、隔框、翼肋、长桁等。超硬铝合金超硬铝合金 是时效后强度最高的一种铝合金。是时效后强度最高的一种铝合金。 强度达强度达500700MN/m2，主合金元素是，主合金元素是Zn、Mn、 Cu，同时加入，同时加入少量的少量的Mg、Cr、Ti。 热处理特点：热处理特点：淬火淬火+人工时效人工时效 因为自然时效时间太长因为自然时效时间太长5060天，且天，且自然时效自然时效有较大的有较大的应力腐蚀倾向。应力腐蚀倾向。超硬铝合金为超硬铝合金为AlZnMgCu系合金，并含有少系合金，并含有少量铬和锰。其强化相除量铬和锰。其强化相除相

30、和相和S相外，还有相外，还有MgZn2(相相)和和A12Mg3Zn3(T相相)等。等。时效强化效果超过硬铝合金，是时效后强度最高的时效强化效果超过硬铝合金，是时效后强度最高的一种铝合金。一种铝合金。超硬铝合金的热态塑性和焊接性能好，固溶加热温度范围宽超硬铝合金的热态塑性和焊接性能好，固溶加热温度范围宽(350500)，但抗蚀性差，但抗蚀性差(可通过包覆纯铝解决可通过包覆纯铝解决)。常用合金有。常用合金有7A04(LC4)、7A09(LC9)等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机的等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机的大梁、起落架等。大梁、起落架等。Al-Mg-Si-C

31、u系合金具有优良的锻造工艺性能。系合金具有优良的锻造工艺性能。热处理特点：自然时效很难达到最大的强化热处理特点：自然时效很难达到最大的强化 效果，必须采用人工时效。效果，必须采用人工时效。4 4、锻铝合金、锻铝合金 LD2、LD5、LD6、LD10八、常用铸造铝合金八、常用铸造铝合金1、 Al-Si 系铸造铝合金（硅铝明）系铸造铝合金（硅铝明）a、简单硅铝明简单硅铝明 含含1113% Si，铸造后几乎全部得到，铸造后几乎全部得到 共晶组织，因而流动性很好，铸造发生热共晶组织，因而流动性很好，铸造发生热 裂的倾向小，但铸件致密度不高。可采用裂的倾向小，但铸件致密度不高。可采用 压铸压铸，增加致密

32、度。，增加致密度。b、特殊硅铝明特殊硅铝明 为了增加铝合金强度，向合金加入能为了增加铝合金强度，向合金加入能 形成强化相形成强化相 CuAl2（相），相），Mg2Si（相），相）， Al2CuMg（S相）的合金元素相）的合金元素 Cu、Mg。2、Al-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金 合金中含有少量共晶组织，故铸造性合金中含有少量共晶组织，故铸造性 能不好，抗蚀性及强度也低于硅铝明，应能不好，抗蚀性及强度也低于硅铝明，应 用较少。用较少。 如：如：ZL203 ZL2013、Al-Mg系铸造铝合金系铸造铝合金 ZL301 ZL302 优点：耐蚀性好，强度高，密度小（优点：耐蚀性好，强度高，密度小（2

33、.55 比纯铝还轻）。比纯铝还轻）。 缺点：铸造性能差。缺点：铸造性能差。4、Al-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金 ZL401 优点：铸造性能好，强度高（铸造冷却时优点：铸造性能好，强度高（铸造冷却时 自行淬火），经时效后就有较高的自行淬火），经时效后就有较高的 强度，价格低。强度，价格低。 缺点：抗蚀性差，热裂倾向大。缺点：抗蚀性差，热裂倾向大。8.3 铜及合金铜及合金一、铜的性质一、铜的性质1、具有面心晶格，无同素异构转变。、具有面心晶格，无同素异构转变。2、密度、密度8.94，熔点，熔点1083，无磁性。，无磁性。3、导电、导热性好，仅次于银。、导电、导热性好，仅次于银。金属导电性排序：金

34、属导电性排序： Ag、Cu、Au、Mg、Zn、Ni、Cd、Co、Fe、Pt、Sn、Pb4、具有较高的化学稳定性、具有较高的化学稳定性 在大气、淡水中均有优良的抗蚀性；在温在大气、淡水中均有优良的抗蚀性；在温 水中抗蚀性较差。在大多非氧性介质中（水中抗蚀性较差。在大多非氧性介质中（HF、 HCl）抗蚀性较好，而在氧化性介质中（）抗蚀性较好，而在氧化性介质中（HNO3、 H2SO4）易）易 被腐蚀。被腐蚀。5、优良的成型加工性、可焊性、塑性，强度较低。、优良的成型加工性、可焊性、塑性，强度较低。 HB=3.5， b=200240 MN/m2 =50%， s=6070MN/m26、冷变形加工可显著提

35、高纯铜的强度和硬度，、冷变形加工可显著提高纯铜的强度和硬度， 但塑性、导电率降低，经退火后可消除加工但塑性、导电率降低，经退火后可消除加工 硬化现象。硬化现象。二、杂质对铜性能的影响二、杂质对铜性能的影响 工业纯铜常见杂质：氧、硫、铅、铋、工业纯铜常见杂质：氧、硫、铅、铋、砷、磷等。这些杂质的存在，均使铜的导砷、磷等。这些杂质的存在，均使铜的导电率降低电率降低。1、热脆现象、热脆现象产生原因：铅、铋杂质存在。产生原因：铅、铋杂质存在。 铅、铋与铜能形成熔点很低的共晶体铅、铋与铜能形成熔点很低的共晶体（Cu+Bi ，270），（），（Cu+Pb ，326），），且沿晶界分布，热加工时（且沿晶界分

36、布，热加工时（820860），），晶界熔化晶界熔化热脆。因此应严格控制热脆。因此应严格控制Pb 、Bi含含量。量。Pb（0.005%0.03%），）， Bi (0.002%0.003%)机理：机理：2、冷脆现象、冷脆现象产生原因：产生原因：硫、氧杂质存在硫、氧杂质存在硫、氧与铜形成共晶体，硫、氧与铜形成共晶体，Cu+Cu2S，（，（1067） Cu+Cu2O，（，（1065），且沿晶界分布，熔点），且沿晶界分布，熔点较高，不会引起热脆。但较高，不会引起热脆。但Cu2S、Cu2O属于脆性属于脆性化合物，冷加工时易产生脆性开裂。因此应严化合物，冷加工时易产生脆性开裂。因此应严格控制格控制S、O含量

37、。含量。 (S0.0015%；O：0.0015%0.05%）3、铜的氢病、铜的氢病 含有氧的纯铜在含有氢气或一氧化碳等还含有氧的纯铜在含有氢气或一氧化碳等还原性气氛中加热时，氢气及一氧化碳气体会渗原性气氛中加热时，氢气及一氧化碳气体会渗入入Cu中，与氧发生反应，形成不溶于中，与氧发生反应，形成不溶于 Cu 的水的水蒸汽和二氧化碳：蒸汽和二氧化碳： 2H+O22H2O； 2CO+O22CO2在局部产生很大的应力，造成微裂纹，使在局部产生很大的应力，造成微裂纹，使Cu在在随后的加工或使用过程中发生断裂，这种现象随后的加工或使用过程中发生断裂，这种现象称为称为铜的氢病铜的氢病。故含氧铜应在氧化性气氛

38、中进行退火、热加工故含氧铜应在氧化性气氛中进行退火、热加工。三、工业纯铜的表示方法三、工业纯铜的表示方法 T+顺序号顺序号 TU+顺序号顺序号 TU+P 工业纯铜工业纯铜 无氧铜无氧铜 脱氧铜脱氧铜 脱氧剂脱氧剂P T1T4 TU1、TU2 TUP 磷脱氧铜磷脱氧铜 TUMn 锰脱氧铜锰脱氧铜四、铜的合金化四、铜的合金化纯铜的强度不高（纯铜的强度不高（b=200-240 、s=60-70 =50%），虽然冷加工硬化可以适当提高强），虽然冷加工硬化可以适当提高强度，但是度，但是Cu的塑性、导电率下降，因此常加的塑性、导电率下降，因此常加入合金元素提高铜的强度。入合金元素提高铜的强度。1、固溶强化

39、、固溶强化 加入加入Zn、Sn、Al、Ni等合金元素，形等合金元素，形 成铜的固溶体成铜的固溶体固溶强化固溶强化，使铜的强度，使铜的强度 升高。升高。2、时效强化、时效强化 Be、Si、Zn等等在在Cu中的溶解度随温度中的溶解度随温度 的降低而降低，使合金具有时效强化的功能。的降低而降低，使合金具有时效强化的功能。3、过剩相强化、过剩相强化 合金元素的加入量超过铜的最大溶解度合金元素的加入量超过铜的最大溶解度 时，便产生时，便产生过剩相过剩相，使合金强度提高。但过，使合金强度提高。但过 剩相数量太多时，合金脆化，强度下降。剩相数量太多时，合金脆化，强度下降。4、细化晶粒强化、细化晶粒强化 Cu

40、中加入少量中加入少量Fe、Ni等合金元素，能细等合金元素，能细 化晶粒，提高机械强度。化晶粒，提高机械强度。50030405060700400300200100010205040302010506070809010011040HB + b b(Mpa) (%)HB双相黄铜H59 v金奖黄铜金奖黄铜 - H90v弹壳黄铜弹壳黄铜 - H70 ( H68 )v日用黄铜日用黄铜 - H62 ( H59 )法兰阀法兰阀闸阀闸阀冷凝器管冷凝器管4 4、 黄铜的铸造性能良好黄铜的铸造性能良好 Zn38%时，由于结晶温度间隙时，由于结晶温度间隙 较小，流动性好。较小，流动性好。5、黄铜的表示方法黄铜的表示方

41、法 H 80 HPb 59 1普通黄铜普通黄铜 含含Cu80% Cu 59% Pb 1% 表示含表示含Pb1%特殊黄铜特殊黄铜 ZHAl 67-2.5 ：表示含：表示含Al 2.5%，Cu67%的铸造黄铜。的铸造黄铜。 HSn 70-1： 表示含表示含Sn 1%、Cu70%的特殊黄铜的特殊黄铜 （海洋黄铜，防脱锌）（海洋黄铜，防脱锌）六、青六、青 铜铜 青铜青铜是是人类历史上应用最早的一种合金，人类历史上应用最早的一种合金，我国公元前我国公元前2000多年的夏、商时期就开始使多年的夏、商时期就开始使用青铜铸造钟、鼎、武器、镜等。用青铜铸造钟、鼎、武器、镜等。 经对出土汉镜进行分析，成分如下：经

42、对出土汉镜进行分析，成分如下： Cu：6570% Sn：2426% Pb：19% Zn: 05% 金相组织几乎完全是金相组织几乎完全是Cu31Sn8（相），颜相），颜色呈青灰色色呈青灰色故称故称青铜青铜。 青铜最早是指青铜最早是指Cu-Sn合金，后来把合金，后来把Cu-Al、Cu-Si、Cu-Be、Cu-Mn、Cu-Pb合金都称为青合金都称为青铜。为了区别，分别称为铜。为了区别，分别称为铝青铜、硅青铜、铝青铜、硅青铜、 铅青铜铅青铜等。等。1、锡青铜锡青铜a、组织、组织 Cu-Sn 合金相图非常复杂，由几个包晶合金相图非常复杂，由几个包晶转变和共析转变组成，转变产物有：转变和共析转变组成，转变

43、产物有：、等相。等相。相：相：Sn在在Cu中的置换固溶体，具有面心立方中的置换固溶体，具有面心立方 晶格，塑性良好，适于冷热变形加工。晶格，塑性良好，适于冷热变形加工。相：以电子化合物相：以电子化合物Cu5Sn为基的固溶体，电为基的固溶体，电 子浓度子浓度3/2，体心立方晶格。，体心立方晶格。586以上以上 稳定存在，塑性良好，适于热加工；稳定存在，塑性良好，适于热加工； 586发生共析反应发生共析反应，形成，形成+ 相，相， 塑性急剧降低。塑性急剧降低。相：以电子化合物为基的固溶体，晶格结构相：以电子化合物为基的固溶体，晶格结构 尚未确定，只能在尚未确定，只能在520以上稳定存在，以上稳定存

44、在， 520发生共析反应，分解为发生共析反应，分解为+相。相。相：以电子化合物相：以电子化合物Cu31Sn8为基的固溶体，电为基的固溶体，电 子浓度子浓度21/13，具有复杂立方晶格，硬而，具有复杂立方晶格，硬而 脆。脆。相很稳定，在相很稳定，在350发生共析转变，发生共析转变， 形成形成+相相。但转变速度极其缓慢，一。但转变速度极其缓慢，一 般很难进行。只有经般很难进行。只有经7080%的变形，数的变形，数 千小时退火，才能完成转变，故称千小时退火，才能完成转变，故称相是相是 青铜的基本室温组织青铜的基本室温组织相：以电子化合物相：以电子化合物Cu3Sn为基的固溶体，密排为基的固溶体，密排

45、六方晶格，既硬又脆，在青铜中无使用价六方晶格，既硬又脆，在青铜中无使用价 值。值。b、Sn 含量对青铜性能的影响含量对青铜性能的影响Sn 含量较低时含量较低时(7%时，由于组织中出现时，由于组织中出现相相，塑性急剧降低。，塑性急剧降低。Sn20%时，不仅塑性降低，强度也急剧下降，时，不仅塑性降低，强度也急剧下降，n故工业上锡青铜故工业上锡青铜 Sn 含量在含量在314%范围范围: 压力加工锡青铜压力加工锡青铜：67% Sn 铸造锡青铜铸造锡青铜： 1014% Snc、 锡青铜的铸造性锡青铜的铸造性 Sn：314%范围内，青铜的结晶温度间隔范围内，青铜的结晶温度间隔 很大，流动性差，易产生偏析，铸造性能很大，流动性差，易产生偏析，铸造性能 差。但铸造收缩率很小，是有色合金中收差。但铸造收缩率很小，是有色合金中收 缩率最小的合金，可用来生产形状复杂、缩率最小的合金，可用来生产形状复杂、 气密性要求不高的铸件。气密性要求不高的铸件。d、其它合金元素（磷、锌、铅等）其它合金元素（磷、锌、铅等） P 脱氧，