第八章 非铁金属材料

1、第一节、铝及铝合金第一节、铝及铝合金一、纯铝一、纯铝 纯铝的特性纯铝的特性 密度：密度：2.7g/cm3 熔点：熔点：660C 良好的导电性、导热性良好的导电性、导热性 在大气条件下其表面很容易生成在大气条件下其表面很容易生成Al2O3薄膜薄膜 属面心立方结构（属面心立方结构（FCC），塑性很好：），塑性很好： d d3540 硬度、强度低：硬度、强度低： HB2530， s sb80100MPa易拉罐的制备过程易拉罐的制备过程第一节、铝及铝合金第一节、铝及铝合金 铝中的杂质铝中的杂质 铝中常见的杂质：铝中常见的杂质：Fe、Si、Cu、Zn、Mg，尤其以，尤其以Fe和和Si常见。常见。 工业纯

2、铝的分类、牌号及应用工业纯铝的分类、牌号及应用 纯铝纯铝： 99%99.85% 制作铝铂、导线、电缆以及导热和日用器皿制作铝铂、导线、电缆以及导热和日用器皿 高纯铝高纯铝： 99.85% 科学研究、化学工业及一些特殊场合科学研究、化学工业及一些特殊场合 铸造纯铝铸造纯铝(未经加工未经加工)： ZAl 99.5 表示含铝表示含铝99.5%的铸造纯铝的铸造纯铝 变形纯铝变形纯铝(经加工变形经加工变形)： 1，2，3， 第一位数字表示铝或合金的组别，第一位数字表示铝或合金的组别，1表示纯铝，表示纯铝，27分别表示以分别表示以Cu、Mn、Si、Mg、Zn为主要合金元素的铝合金。为主要合金元素的铝合金。

3、 第二位是字母，第二位是字母，A表示原始纯铝或铝合金，表示原始纯铝或铝合金，B表示改型纯铝或铝合金表示改型纯铝或铝合金 后两位数字，对于纯铝表示后两位数字，对于纯铝表示铝的含量小数点后两位数字铝的含量小数点后两位数字。 1A30： 含含99.30%的变形原始纯铝的变形原始纯铝 第一节、铝及铝合金第一节、铝及铝合金 铝合金强化的基本原理铝合金强化的基本原理 在铝中加入合金元素，配制成各种成分的铝合金是提高铝强度的有效途径，在铝中加入合金元素，配制成各种成分的铝合金是提高铝强度的有效途径，铝合金主要靠固溶强化来提高其强度。铝合金主要靠固溶强化来提高其强度。二、合金铝二、合金铝Al铸造铝合金变形铝合

4、金可热处理强化不可热处理强化DLF第一节、铝及铝合金第一节、铝及铝合金 铝合金强化的基本原理铝合金强化的基本原理合金AlZnAlMgAlCuAlMnAlSiD点合金含量,wt%3.1614.905.651.951.65D点温度，C275451548659577F点合金含量,wt%60.340.200.050.05铝中加入不同合金元素对相图铝中加入不同合金元素对相图D及及F点成分的影响点成分的影响第一节、铝及铝合金第一节、铝及铝合金 铝合金的热处理铝合金的热处理1、退火：、退火： 变形铝合金的退火：变形铝合金的退火：1）目的是使其成分均匀化，提高其塑性。）目的是使其成分均匀化，提高其塑性。 通常

5、称通常称均匀化退火均匀化退火 退火工艺：退火工艺：低于固相线低于固相线2040C，保温几几十小时，保温几几十小时 2）对于经过加工变形的铝合金，退火的目的主要目的）对于经过加工变形的铝合金，退火的目的主要目的是消除加工硬化，有利于后续加工则成为中间退火或是消除加工硬化，有利于后续加工则成为中间退火或再结晶退火。再结晶退火。 退火工艺退火工艺：再结晶温度以上保温：再结晶温度以上保温14小时。小时。 铸造铝合金的退火：铸造铝合金的退火： 主要是消除铸铝合金的成分不均匀性和内应力。主要是消除铸铝合金的成分不均匀性和内应力。第一节、铝及铝合金第一节、铝及铝合金 铝合金的热处理铝合金的热处理2、时效强化

6、处理、时效强化处理： 时效强化时效强化：将合金加热到一定温度，经过一段时间的保温，使其内部析出：将合金加热到一定温度，经过一段时间的保温，使其内部析出颗粒细小的第二相，从而使合金的强度硬度得到提高的现象。颗粒细小的第二相，从而使合金的强度硬度得到提高的现象。一般将室温下进行的时效处理称为一般将室温下进行的时效处理称为自然时效处理自然时效处理，而在加热条，而在加热条件下进行的时效称为件下进行的时效称为人工时效处理人工时效处理。 时效强化机理时效强化机理：在时效处理过程中，形成了与基体形成共格或半共格的第：在时效处理过程中，形成了与基体形成共格或半共格的第二相，并且它们弥散地分布于基体中，从而阻止

7、了位错的滑移二相，并且它们弥散地分布于基体中，从而阻止了位错的滑移与运动。因此使材料的强度提高。与运动。因此使材料的强度提高。第一节、铝及铝合金第一节、铝及铝合金 铝合金的牌号及应用铝合金的牌号及应用1、变形铝合金、变形铝合金： 防锈铝合金：防锈铝合金： LF21，L代表铝，代表铝，F代表防锈，数字表示序号代表防锈，数字表示序号； 硬铝合金：硬铝合金： LY1、LY11。 L代表铝，代表铝，Y代表硬，数字为序号；代表硬，数字为序号； 超硬铝：超硬铝： LC4、LC6。L表铝，表铝，C表超硬，数字表序号，主要是表超硬，数字表序号，主要是Al-Cu-Mg-Zn 系合金系合金 锻铝合金：锻铝合金：

8、LD5。L表铝，表铝，D表锻造，数字表序号，主要是表锻造，数字表序号，主要是Al-Cu-Mg-Si系合金。具有良好的热塑性，易于锻造。系合金。具有良好的热塑性，易于锻造。2、铸造铝合金：、铸造铝合金： ZL101，Z代表铸造，代表铸造，L代表铝合金，第一位数字表示系列（代表铝合金，第一位数字表示系列（1表示表示AlSi系，系，2表示表示AlCu系，系，3表示表示AlMg系，系，4为为AlZn系），后两位表示合金顺序号（表系），后两位表示合金顺序号（表85）。）。 Al Si Al Cu Al Mg Al Zn ZL 101 ZL 201 ZL 301 ZL 401 ZL 102 ZL 202

9、ZL 302 ZL 402 ZL 103 ZL 203 ZL 303 ZL 403 第二节、铜及铜合金第二节、铜及铜合金一、纯铜一、纯铜1、纯铜的特性、纯铜的特性： 纯铜表面氧化后呈紫红色，故又称为紫铜。纯铜表面氧化后呈紫红色，故又称为紫铜。 当铜暴露在大气中时，能在其表面生成绿色的保护膜（当铜暴露在大气中时，能在其表面生成绿色的保护膜（CuCO32Cu(OH)2,）；）； 又称铜绿。又称铜绿。 铜为铜为FCC结构，无同素已构转变，塑性很好。结构，无同素已构转变，塑性很好。2、纯铜中的杂质：、纯铜中的杂质： Pb、Bi、O、S、P等杂质，这些杂质不仅降低了铜的导电、导热性能，还会形等杂质，这些

10、杂质不仅降低了铜的导电、导热性能，还会形成低熔点的（成低熔点的（400C）的共晶体，从而破坏晶粒间的结合，造成脆性断裂，即为）的共晶体，从而破坏晶粒间的结合，造成脆性断裂，即为“热脆热脆”。3、纯铜性能及用途、纯铜性能及用途性能：导电、导热性好，塑性好，耐蚀性好。性能：导电、导热性好，塑性好，耐蚀性好。用途：导电、导热器材，耐蚀器皿，用途：导电、导热器材，耐蚀器皿， 配制铜合金。配制铜合金。 第二节、铜及铜合金第二节、铜及铜合金1、工业纯铜的代号、热处理及应用、工业纯铜的代号、热处理及应用： 纯铜表面氧化后呈紫红色，故又称为紫铜。纯铜表面氧化后呈紫红色，故又称为紫铜。工工业业纯纯铜铜铜锭铜锭电

11、解铜电解铜无氧铜无氧铜未加工产品未加工产品加工产品加工产品代号：代号：Cu1、Cu2 两种两种代号：代号：TU1、TU2 两种两种工业纯铜加工产品的代号、成分及用途工业纯铜加工产品的代号、成分及用途代号WCu,%主要杂质 ， 用途举例BiPbO2杂质总量T199.950.0020.0050.020.05电线、电缆、导电螺钉、雷管、化工用蒸发器、储藏器和各种管道T299.900.0020.0050.060.10T399.700.0020.0100.100.30电气开关、垫圈、管道第二节、铜及铜合金第二节、铜及铜合金二、铜合金二、铜合金1、黄铜、黄铜以以Zn为主作为合金元素加入的铜合金称为黄铜。为

12、主作为合金元素加入的铜合金称为黄铜。普通黄铜普通黄铜：CuZn二元合金二元合金 。 用用“H数字数字”表示，表示，H90特殊黄铜特殊黄铜：加入：加入Si、Al、Sn、Pb、Mn、Fe、Ni，“H主加元主加元素符号含铜量主加元素含量素符号含铜量主加元素含量”表示，表示， 如如HPb591 Cu Zn 合金中再加少量其它元素，如：合金中再加少量其它元素，如： HPb 74 3, Wcu = 74%, WPb = 3%, 其余为其余为Zn。 HAl 77 3, Wcu = 77%, WAl = 3%, 其余为其余为Zn。第二节、铜及铜合金第二节、铜及铜合金二、铜合金二、铜合金1、青铜、青铜人类早期使

13、用的青铜为锡青铜，表面呈青灰色，主要是人类早期使用的青铜为锡青铜，表面呈青灰色，主要是Cu-Sn合金。合金。近代工业还将铜铝、铜铍、铜铅、铜硅等铜合金皆称为青铜或特殊青铜。近代工业还将铜铝、铜铍、铜铅、铜硅等铜合金皆称为青铜或特殊青铜。锡青铜：锡青铜：Sn：314Cu铝青铜：铝青铜：Al：12Cu铍青铜：铍青铜：Be: 1.22.5%Cu如如: QSn 4 3 , 主加主加Sn，4%，其它，其它 3%（Zn），其），其余为余为Cu。 QAl 9 4 , 主加主加 Al，9%，其它，其它 4%（Fe），其），其余为余为Cu。第三节、钛及钛合金第三节、钛及钛合金一、纯钛一、纯钛1、纯钛的特性、纯钛

14、的特性颜色：颜色： 银白色银白色熔点：熔点： 1668C，密度：密度： 4.5g/cm3, 高于高于Al，是，是Fe的一半的一半线膨胀系数：线膨胀系数： 小小 导热性：差导热性：差同素异构转变：同素异构转变：882.5时，时，-Ti （hcp) -Ti(bcc)。 牌号：牌号： TA1, TA2, TA3, 数字越大，纯度越低。数字越大，纯度越低。耐腐蚀性：高于大多数不锈钢（因为其表面易形成耐腐蚀性：高于大多数不锈钢（因为其表面易形成TiO2惰性保护膜）惰性保护膜）TA1：TA2： 数字越大，杂质越多，强度越高，塑性越低。数字越大，杂质越多，强度越高，塑性越低。TA32、纯钛的编号、纯钛的编号

15、第三节、钛及钛合金第三节、钛及钛合金二、钛合金：二、钛合金： 主要是主要是TiAl合金合金钛钛合合金金a a钛合金：钛合金：b b钛合金：钛合金：(a a + b b) 钛合金钛合金2。 钛合金特性钛合金特性 比强度高，比强度高，b可达可达 1500 MPa, 而而 d=4.5。 热强度高，热强度高，工作温度可达工作温度可达550 。 低温韧性好低温韧性好 ， -250 仍具有良好韧性仍具有良好韧性。 耐蚀性能好，耐蚀性能好，在大气、海水及酸里的耐腐蚀在大气、海水及酸里的耐腐蚀 性高于不锈钢。性高于不锈钢。 工艺性能差，工艺性能差，锻造性能、切削性能不好锻造性能、切削性能不好。牌号：牌号： 型钛合金型钛合金：组织为单相：组织为单相 。不可热处理强化不可热处理强化， 但高温强度高。但高温强度高。 TA + 顺序号（顺序号大于顺序号（顺序号大于4） 如：如：TA 4, TA5, TA