有色合金介绍

1、有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军1有色金属及其热处理河北工业大学 教授材料科学系 主任 武建军 博士有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军2除铁之外的其它金属称为有色金属：除铁之外的其它金属称为有色金属：轻金属轻金属4.5g/cm3如如Al、Mg、K、Na、Ca等。等。重金属重金属4.5g/cm3如如Cu、Zn、Ni、Sn、Pb、Co等。等。贵金属贵金属 Au、Ag、Pt、Rh（铑）、（铑）、Cd（镉）等。（镉）等。稀有金属稀有金属相对稀少或产量较少相对稀少或产量较少Ti、W、V、Nb、Mo等。等。放射性金属放射性金属如镭（如镭（Ra）、铀（）、铀（U）、钍（）、钍（Th）等

2、。）等。半金属半金属介于金属与非金属之间的元素，如硅、锗、硼介于金属与非金属之间的元素，如硅、锗、硼在机械行业中，常用的有色金属有铝合金、铜合金等。在机械行业中，常用的有色金属有铝合金、铜合金等。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军31 铝及合金v1.1 1.1 铝及铝合金的特性铝及铝合金的特性v比重小，比强度高；纯铝=2.7g/cm3v优良的物理、化学性能； i 导电性好，仅次于Ag, Cu, Au；ii 极好的抗大气腐蚀能力；iii 非磁性，即磁化率极低。v加工性能良好：i 塑性好，可冷成形；ii 切削性能好；iii铸造铝合金铸造性能极好。1 铝及其合金有色金属及其合金河北工业大

3、学材料学院 武建军4有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军51.2 1.2 铝合金的分类与牌号v铝中加入适量铝中加入适量Si、Cu、Mg、Zn、Mn等主加等主加元素和元素和Cr、Ti、Zr、B、Ni等辅加元素，等辅加元素，组成铝合金，可提高组成铝合金，可提高强度并保持纯铝的特强度并保持纯铝的特性。性。v根据铝合金的成分和根据铝合金的成分和生产加工方法的不同，生产加工方法的不同，可以把铝合金分为变可以把铝合金分为变形（或形变）铝合金形（或形变）铝合金和铸造铝合金两类。和铸造铝合金两类。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军6变形铝合金的牌号v 变形纯铝及铝合金的牌号及化学成分按GBT

4、3190-1996，164741996规定(基本与国际接轨)有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军7v第一位为数字，表示铝合金组别第一位为数字，表示铝合金组别v第二位表示纯铝的成分改变状况，第二位表示纯铝的成分改变状况，v第二位：第二位： A /0 表示原始合金，其它字母表示改表示原始合金，其它字母表示改型合金型合金v纯铝的牌号以纯铝的牌号以1开头四位字符，第三、四位表开头四位字符，第三、四位表示铝的质量分数小数点后两位数（即示铝的质量分数小数点后两位数（即99.XX中中的的XX）。）。例如例如1A97表示，含铝表示，含铝99.97的原始的原始成分纯铝（成分纯铝（LG4）v其它铝合金的牌

5、号，例如牌号：其它铝合金的牌号，例如牌号：2 0 2 0中，第中，第三、四位区分同一组的不同合金，无特殊意义三、四位区分同一组的不同合金，无特殊意义有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军8有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军9变形铝合金的旧牌号v变形铝合金按照性能特点分为 LF+数字：防锈铝合金；LY+数字：硬铝合金；LC+数字：超硬铝合金；LD+数字：锻铝合金；v后边的数字为顺序号。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军10铸造铝合金的牌号v按照GB8063规定，铸造铝合金牌号用化学元素及数字表示，数字表示该元素的平均含量。v例如ZAlSi7Mg表示铸造铝合金，平均含硅量

6、为7，平均含镁量小于1。在牌号的最前面用“Z”表示铸造。v另外还用合金代号表示，v优质合金在数字后面附加字母“A”。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军11铸造铝合金的代号v铸造铝合金包括ZL1：Al-Si合金；ZL2：Al-Cu合金；ZL3：Al-Mg合金；ZL4：Al-Zn合金。v合金代号由字母“ZL”、及其后的三位数字组成。ZL后面第一个数字表示合金系列，其中1、2、3、4分别表示铝硅、铝铜、铝镁、铝锌系列合金，ZL后面第二位、第三位两个数字表示顺序号。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军121.3 1.3 铝合金的强化与热处理v1、固溶强化；如Cu, Mg, Zn, S

7、i, Mn等加入可形成有限固溶体。v2、时效强化：经长时间室温停留或加热至100-200一定时间保温后，在母相固溶体的一定晶面上出现一个原子层厚度的铜或其它原子的偏聚区，偏聚区边缘发生晶格略变，阻碍位错运动，因而合金强度，硬度提高。 v3、第二相强化和细晶强化；v4、冷变形强化。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军131 铝及其合金铝合金的热处理(退火、淬火和时效退火、淬火和时效) )1 1退火退火(1) (1) 再结晶退火再结晶退火再结晶温度以上保温一段时间后空冷，再结晶温度以上保温一段时间后空冷，用于消除变形工件的加工硬化，提高塑性，以便继续用于消除变形工件的加工硬化，提高塑性，

8、以便继续进行成形加工。进行成形加工。(2) (2) 低温退火低温退火消除内应力，适当增加塑性，消除内应力，适当增加塑性，通常在通常在180180300300保温保温后空冷，不消除加工硬化。后空冷，不消除加工硬化。(3) (3) 均匀化退火均匀化退火消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力，消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军141 铝及其合金铝合金的热处理(退火、淬火和时效退火、淬火和时效) )2 2固溶处理（淬火）固溶处理（淬火） 将铝合金将铝合金加热到固溶线以上加热到固溶线以上保

9、温后快保温后快冷，使第二相来不及析出，得到过饱和、冷，使第二相来不及析出，得到过饱和、不稳定的单一不稳定的单一固溶体。淬火后铝合金的固溶体。淬火后铝合金的强度和硬度不高，具有很好的塑性。强度和硬度不高，具有很好的塑性。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军151 铝及其合金铝合金的热处理(退火、淬火和时效退火、淬火和时效) )3. 3. 时效时效 将淬火后的铝合金，在室温或低温加热下保温一将淬火后的铝合金，在室温或低温加热下保温一段时间，随时间延长其强度、硬度显著升高而塑性降段时间，随时间延长其强度、硬度显著升高而塑性降低的现象，称为低的现象，称为时效时效。室温下进行的时效称为。室温下

10、进行的时效称为自然时自然时效效；低温加热下进行的时效称为；低温加热下进行的时效称为人工时效人工时效。时效的实。时效的实质，是第二相从过饱和、不稳定的单一质，是第二相从过饱和、不稳定的单一固溶体中析固溶体中析出和长大，由于第二相与母相（出和长大，由于第二相与母相（相）的共格程度不相）的共格程度不同，使同，使母相产生晶格畸变而强化母相产生晶格畸变而强化。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军161 铝及其合金1.4 形变铝合金形变铝合金依据其性能特点可分为四种形变铝合金依据其性能特点可分为四种： 防锈铝合金防锈铝合金 LFLF 硬铝合金硬铝合金 LYLY 超硬铝合金超硬铝合金 LCLC 锻造

11、铝合金锻造铝合金 LDLD 其中防锈铝合金为不可热处理强化铝合金，其中防锈铝合金为不可热处理强化铝合金，其它三种为可热处理强化铝合其它三种为可热处理强化铝合金。金。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军171 铝及其合金防锈铝合金防锈铝合金主要系列：主要系列： Al-Mn Al-Mn系、系、Al-MgAl-Mg系系主要性能：主要性能： 具有很高的塑性、较低或中等的强度、优良具有很高的塑性、较低或中等的强度、优良的耐蚀性能和良好的焊接性能。的耐蚀性能和良好的焊接性能。使使 用：用：防锈铝只能用冷变形来强化，一般防锈铝只能用冷变形来强化，一般在退火态或冷作硬化态使用。在退火态或冷作硬化态使

12、用。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军181 铝及其合金防锈铝合金防锈铝合金 常用常用Al-MnAl-Mn系：系：LF21LF21，抗腐蚀性较好，抗腐蚀性较好，常用来常用来制造需弯曲、冷拉或冲压的零件，如管道、容器、制造需弯曲、冷拉或冲压的零件，如管道、容器、油箱等。油箱等。 常用常用Al-MgAl-Mg系：系：F2F2、LF3LF3、LF5LF5、LF6LF6等，有较高等，有较高的疲劳性能和抗振性，强度高于的疲劳性能和抗振性，强度高于Al-MnAl-Mn系合金，系合金，但耐热性较差，广泛用于航空航天工业中，如制但耐热性较差，广泛用于航空航天工业中，如制造油箱、管道、铆钉、飞机行李架

13、等。造油箱、管道、铆钉、飞机行李架等。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军191 铝及其合金硬铝合金硬铝合金硬铝包括：硬铝包括：Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系和系和Al-Cu-MnAl-Cu-Mn系两类系两类常用常用Al-Cu-Mg系分为：系分为：低强度硬铝低强度硬铝( (铆钉硬铝铆钉硬铝) )，如，如LY1LY1、LY3LY3、LY10LY10等，强度较低，但有很高的塑性；等，强度较低，但有很高的塑性；中强度硬铝中强度硬铝（标准硬（标准硬铝），如铝），如LY11LY11；高强度硬铝高强度硬铝，如，如LY12LY12。Al-Cu-Mg系硬铝的性能：系硬铝的性能：焊接性和耐蚀性较差

14、，对于板材可焊接性和耐蚀性较差，对于板材可包覆一层高纯铝，通常还要进行阳极氧化处理和表面涂装，为包覆一层高纯铝，通常还要进行阳极氧化处理和表面涂装，为提高其耐蚀性一般采用自然时效。部分提高其耐蚀性一般采用自然时效。部分Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系硬铝具有较系硬铝具有较高的耐热性，如高的耐热性，如LY11 LY11 、LY12LY12，可在较高温度使用。可在较高温度使用。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军201 铝及其合金硬铝合金硬铝合金Al-Cu-Mn系硬铝：系硬铝：为超耐热硬铝合金，具有为超耐热硬铝合金，具有较好的塑性和工艺性能，常用代号有较好的塑性和工艺性能，常用代号有LY

15、16LY16、LY17LY17。硬铝合金的用途：硬铝合金的用途：常制成板材和管材，主要用常制成板材和管材，主要用于飞机构件、蒙皮、螺旋桨、叶片等。于飞机构件、蒙皮、螺旋桨、叶片等。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军211 铝及其合金超硬铝合金超硬铝合金LCLCAl-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu系合金：系合金：强度最高，常用强度最高，常用LC4LC4、LC9LC9等；具有良好的热塑性，但疲劳性能较差，耐等；具有良好的热塑性，但疲劳性能较差，耐热性和耐蚀性也不高；表面通常包覆热性和耐蚀性也不高；表面通常包覆w wZnZn=1%=1%的铝的铝锌合金，零构件也要进行阳极化防腐蚀处

16、理；锌合金，零构件也要进行阳极化防腐蚀处理；一般采用淬火加人工时效的热处理强化工艺；一般采用淬火加人工时效的热处理强化工艺；用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机蒙皮、壁板、大梁、起落架部件等。机蒙皮、壁板、大梁、起落架部件等。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军221 铝及其合金锻造铝合金锻造铝合金LDLDAl-Cu-Mg-SiAl-Cu-Mg-Si系和系和Al-Cu-Mg-Fe-NiAl-Cu-Mg-Fe-Ni系两类；系两类；Al-Cu-Mg-SiAl-Cu-Mg-Si系：系：热塑性好，可用锻压方法来制造形状较复杂的热塑性好，可用锻压方

17、法来制造形状较复杂的零件；一般在淬火加人工时效后使用；常用零件；一般在淬火加人工时效后使用；常用LD2LD2、LD5LD5、LD6LD6、LD10LD10等；主要制造要求中等强度、高塑性和耐热性的锻件、模等；主要制造要求中等强度、高塑性和耐热性的锻件、模锻件，如各种叶轮、导风轮、接头、框架等。锻件，如各种叶轮、导风轮、接头、框架等。Al-Cu-Mg-Fe-NiAl-Cu-Mg-Fe-Ni系：系：常用代号有常用代号有LD7LD7、LD8LD8、LD9LD9等，此类合金耐等，此类合金耐热性较好，主要用于热性较好，主要用于250250温度下工作的零件，如叶片、超音速温度下工作的零件，如叶片、超音速飞

18、机蒙皮等。飞机蒙皮等。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军231 铝及其合金形变铝合金(牌号牌号)有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军241 铝及其合金1.5 铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金： Al-Si Al-Si系、系、Al-CuAl-Cu系、系、Al-MgAl-Mg系、系、Al-ZnAl-Zn系系代代 号号：ZL1ZL1、ZL2ZL2、ZL3ZL3、ZL4ZL4加两位数字的顺序加两位数字的顺序号表示；若为铸锭，则在号表示；若为铸锭，则在ZLZL后加后加D D；若为优质，则在若为优质，则在代号后加代号后加A A；需表示状态时，在合金代号后用短横线需表示状态时，在合

19、金代号后用短横线连接状态代号；铸造方法代号不写入合金代号中。连接状态代号；铸造方法代号不写入合金代号中。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军25Al-Si系铸造铝合金vAl-Si系铸造铝合金俗称硅铝明，是一种应用最广的铸造铝合金。这类合金具有优良的铸造工艺性能，收缩率较小，强度中等，并可以焊接，适于铸造在常温下工作、形状复杂的零件，如风冷发动机的气缸头、机匣、液压泵壳体等 。 v加入其他合金元素Cu、Mg、Mn构成特殊硅铝明，以及孕育处理可以提高强度。 v常用牌号：ZL101，ZL102，ZL105，ZL108等有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军261 铝及其合金Al-CuA

20、l-Cu系系铸造铝合金 Al-Cu Al-Cu系系铸造铝合金铸造铝合金有较高的强度有较高的强度、耐热性，、耐热性，但密度大、耐蚀性差，铸造性能不好，常用代但密度大、耐蚀性差，铸造性能不好，常用代号有号有ZL201ZL201、ZL202ZL202、ZL203ZL203等，主要用于制造较等，主要用于制造较高温度下工作的要求高强度的零件，如内燃机高温度下工作的要求高强度的零件，如内燃机气缸头、增压器导风叶轮等。气缸头、增压器导风叶轮等。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军271 铝及其合金Al-MgAl-Mg系系铸造铝合金 Al-Mg Al-Mg系铸造铝合金：系铸造铝合金：耐蚀性好，强度高，

21、密耐蚀性好，强度高，密度小，但铸造性能差，耐热性低。常用代号有度小，但铸造性能差，耐热性低。常用代号有ZL301ZL301、ZL303ZL303等，主要用于制造在腐蚀介质下等，主要用于制造在腐蚀介质下工作的承受一定冲击载荷的形状较为简单的零工作的承受一定冲击载荷的形状较为简单的零件，如舰船配件、氨用泵体等。件，如舰船配件、氨用泵体等。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军281 铝及其合金 Al-ZnAl-Zn系系铸造铝合金 Al-Zn Al-Zn系铸造铝合金：系铸造铝合金：Al-ZnAl-Zn系系铸造铝合铸造铝合金铸造性能好，强度较高，但密度大，金铸造性能好，强度较高，但密度大，耐耐

22、蚀性较差。常用代号有蚀性较差。常用代号有ZL401ZL401、ZL402ZL402等，等，主要用于制造受力较小、形状复杂的汽车、主要用于制造受力较小、形状复杂的汽车、飞机、仪器零件。飞机、仪器零件。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军291 铝及其合金铸造铝合金(牌号牌号)有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军302 铜及其合金v2.1 铜及铜合金的特性v（1）优异的物理化学性能：导电性、导热性好；抗蚀能力高；铜（紫铜）抗磁性；v（2）良好的加工性能：塑性好，铸造性能好，焊接性能优良；v（3）特殊机械性能：减摩性耐磨性好，高的弹性极限和疲劳极限；v（4）色泽美观2 铜及其合金有

23、色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军312 铜及其合金纯 铜工业纯铜铜材包括纯铜、无氧铜、磷脱氧铜和银铜工业纯铜铜材包括纯铜、无氧铜、磷脱氧铜和银铜4 4类类纯铜产品的代号为纯铜产品的代号为 T1(T1(w wCuCu99.95%)99.95%)、 T2( T2(w wCuCu99.9%)99.9%)、 T3(T3(w wCuCu99.7%)99.7%)，主要用于配制铜合金，制作导电、导主要用于配制铜合金，制作导电、导热热材料及耐蚀器件等。材料及耐蚀器件等。b b=200=200250MPa250MPa，HB:40HB:405050HBSHBS，塑性塑性45%45%50%50%；冷变形后

24、，其强度可达冷变形后，其强度可达400400500MPa500MPa，硬度提高到硬度提高到100100 200200HBSHBS，但伸长率下降到但伸长率下降到5%5%以下；以下；退火处理可消除铜的加工硬化；退火处理可消除铜的加工硬化；有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军322.2 铜合金的分类v按照主加合金元素，分为黄铜：主加Zn，特殊黄铜、普通黄铜白铜：主加Ni青铜：主加Zn，Ni以外的元素v按照成型方法，分为变形铜合金,如H96，HSn62-1铸造铜合金：如ZCuZn382 铜及其合金有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军33铜合金的强化方法v1、固溶强化；如Zn,Al, S

25、n, Mn,Ni等加入可形成固溶体,溶解度较大；v2、冷变形强化； v3、第二相强化和细晶强化；v4、时效强化：如Be,Ti,Zr，Cr等元素在铜中的溶解度随温度变化很大。v5、淬火，回火：铝青铜有同素异构转变可以利用 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军342 铜及其合金普通黄铜：普通黄铜：Cu-ZnCu-Zn二元合金，产品代号二元合金，产品代号H HCuCu，如如H68H68表示含表示含Cu68%Cu68%的铜锌合金的铜锌合金。单相黄铜：单相黄铜：w wZnZn39%39%称为，强度低、塑性好，冷塑性加工成板材、称为，强度低、塑性好，冷塑性加工成板材、线材、管材等，常用线材、管材等

26、，常用H68H68、H70H70、H80H80，主要用作弹壳和精密仪器；主要用作弹壳和精密仪器；两相黄铜：两相黄铜：w wZnZn393945%45%，热塑性好，一般热轧成棒材、板材，常用，热塑性好，一般热轧成棒材、板材，常用H59H59、H62H62等，主要用作水管、油管、散热器、螺钉。普通黄铜具等，主要用作水管、油管、散热器、螺钉。普通黄铜具有良好的耐蚀性，但冷加工后的黄铜在海水、湿气、氨的环境中有良好的耐蚀性，但冷加工后的黄铜在海水、湿气、氨的环境中容易产生应力腐蚀开裂，应进行去应力退火。容易产生应力腐蚀开裂，应进行去应力退火。 2.3 黄 铜 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建

27、军352 铜及其合金特殊黄铜特殊黄铜：特殊黄铜：普通黄铜中加入普通黄铜中加入AlAl、SiSi、PbPb、SnSn、MnMn、FeFe、NiNi等，称为等，称为铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜等。等。 合金元素能提高合金的强度，合金元素能提高合金的强度，AlAl、SnSn、MnMn、NiNi能提高能提高耐蚀性和耐磨性，耐蚀性和耐磨性，MnMn提高耐热性，提高耐热性，SiSi改善铸造性能，改善铸造性能，PbPb改善切削性能。其改善切削性能。其表示方法表示方法为：为：H H主加元素符号主加元素符号铜铜及各合金元素的平均质量分数（及各合金元素的平均质量分数（w w100100），），如如

28、HPb59-1HPb59-1表示含表示含w wCuCu59%59%、w wPbPb1%1%铅黄铜铅黄铜。常用代号有常用代号有HPb59-1HPb59-1、HSn90-1HSn90-1等，主要用于制造冷凝管、齿轮、螺旋桨、钟等，主要用于制造冷凝管、齿轮、螺旋桨、钟表零件等。表零件等。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军362 铜及其合金铸造黄铜铸造黄铜旧牌号：旧牌号：Z Z形变黄铜牌号形变黄铜牌号新牌号：新牌号：Z Z铜元素化学符号主加元素的化学符号及铜元素化学符号主加元素的化学符号及平均平均质量百质量百分数（分数（w w100100）其它元素的化学符号及平其它元素的化学符号及平均均质

29、量百质量百分数（分数（w w100100），），如如ZCuZn38ZCuZn38表示表示w wZnZn38%38%、余余量为铜的铸造普通黄铜。量为铜的铸造普通黄铜。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军372 铜及其合金黄铜牌号黄铜牌号有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军38常用黄铜常用黄铜的牌号、成分、力学性能及用途 化学成分w/% 力学性能 类别 牌号 Cu 其它 加工状态 1 b/MPa / % HBS 用途 软 250 35 - H96 95.097.0 余Zn 硬 400 - 冷凝管、热交换器、功散热器及导电零件、空调器、冷冻机部件、计算机接插件、引线框架等 软 27

30、0 50 - H80 70.081.0 余Zn 硬 - - 145 薄壁管、装饰品 软 294 40 H68 67.070.0 余Zn 硬 400 13 150 复杂的冷冲压件、散热器外壳、弹壳、导管、波纹管、轴套 软 300 25 - H59 57.060.0 余Zn 硬 420 5 103 机械、电气零件铆钉、螺帽、垫圈、散热器及焊接件、冲压件 普通黄铜 ZCuZn38 （铸造普通黄铜） 60.063.0 余Zn 砂型 295 30 59 散热器、螺钉 2 铜及其合金有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军39黄铜的自裂与脱锌黄铜的自裂与脱锌:v自裂自裂 - 应力腐蚀应力腐蚀 : 黄铜

31、在塑性变形后产黄铜在塑性变形后产 生较大应力生较大应力,在潮湿空气中或在微在潮湿空气中或在微 量氨的气份中发生应力腐蚀。含量氨的气份中发生应力腐蚀。含 锌量越高锌量越高, 应力腐蚀倾向越大。应力腐蚀倾向越大。v脱锌脱锌 - 锌的电极电位远低于铜锌的电极电位远低于铜 , 所以在所以在 盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀。盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军40黄铜的热处理黄铜的热处理 :去应力退火去应力退火 : 在在200300左右退左右退 火火,提高塑性和弹性极提高塑性和弹性极 限限,消除应力腐蚀。消除应力腐蚀。再结晶退火再结晶退火 : 在在500700左右退左

32、右退 火火,消除加工硬化消除加工硬化,恢复恢复 塑性。塑性。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军412 铜及其合金青铜：青铜：除除ZnZn，NiNi以外，所有以外，所有CuCu合金的总称。合金的总称。 根据所加主要合金元素根据所加主要合金元素SnSn、AlAl、BeBe、SiSi、PbPb等，青铜等，青铜分为分为锡青铜锡青铜、铝青铜铝青铜、铍青铜铍青铜、硅青铜硅青铜、铅青铜铅青铜等。等。代号：代号：Q+Q+主加元素符号及平均质量分数主加元素符号及平均质量分数( (w w100100) )其它其它元素平均质量分数元素平均质量分数( (w w100100) )表示，如表示，如QSn4-3Q

33、Sn4-3表示含表示含w wSnSn4%4%、w wZnZn3%3%的锡青铜的锡青铜。2.4 青铜有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军422 铜及其合金锡青铜w wSnSn5%5%的锡青铜塑性好，适于进行冷变形加工；的锡青铜塑性好，适于进行冷变形加工；w wSnSn=5%=5%7%7%的锡青铜热塑性好，适于进行热加工；的锡青铜热塑性好，适于进行热加工；w wSnSn=10%=10%14%14%的锡青铜塑性较低，适于作铸造合金。的锡青铜塑性较低，适于作铸造合金。锡青铜的铸造流动性差，易形成分散锡青铜的铸造流动性差，易形成分散缩孔，铸件致密度缩孔，铸件致密度低，但合金体积收缩率小，适于铸造

34、外形及尺寸要求精低，但合金体积收缩率小，适于铸造外形及尺寸要求精确的铸件。确的铸件。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军432 铜及其合金锡青铜性能锡青铜性能锡青铜的性能：锡青铜的性能：良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低温韧性，在良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低温韧性，在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在亚硫酸钠、酸和氨水中的耐蚀性较差。好，但在亚硫酸钠、酸和氨水中的耐蚀性较差。常用锡青铜：常用锡青铜：QSn4-3QSn4-3、QSn6.5-0.4QSn6.5-0.4、 ZCuSn10Pb1 ZCuSn

35、10Pb1等，主要用于等，主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件，如弹簧、轴承、齿制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件，如弹簧、轴承、齿轮、蜗轮、垫圈等。轮、蜗轮、垫圈等。常用热处理常用热处理：扩散退火（：扩散退火（600700 C快冷防止析出），消除偏析快冷防止析出），消除偏析和应力和应力有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军442 铜及其合金铝青铜铝青铜的性能：铝青铜的性能：强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性都高于黄强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，是无锡青铜中应用最广的一种。铜和锡青铜，是无锡青铜中应用最广的一种。常用铝青铜：常用铝青铜：低铝和高铝两种

36、。低铝青铜如低铝和高铝两种。低铝青铜如QAl5、QAl7等，具等，具有一定的强度，较高的塑性和耐蚀性，一般在压力加工状态使用，有一定的强度，较高的塑性和耐蚀性，一般在压力加工状态使用，主要用于制造高耐蚀弹性元件；高铝青铜如主要用于制造高耐蚀弹性元件；高铝青铜如QAl9-4、QAl10-4-4等，具有较高的强度、耐磨性、耐蚀性，主要用于制造齿轮、轴等，具有较高的强度、耐磨性、耐蚀性，主要用于制造齿轮、轴承、摩擦片、蜗轮、螺旋桨等。承、摩擦片、蜗轮、螺旋桨等。常用热处理常用热处理：淬火（：淬火（850950 C水冷），水冷），250350 C回火得到高回火得到高硬度；硬度； 500600 C 回火

37、综合性能优良回火综合性能优良有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军452 铜及其合金鈹青铜鈹青铜铜合金铜合金性能最好性能最好的一种铜合金，唯一可固溶强化的铜合金；具的一种铜合金，唯一可固溶强化的铜合金；具有很高的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性，良好的导有很高的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性，良好的导电、导热性，无磁性、受冲击时不产生火花，还具有良好的冷、电、导热性，无磁性、受冲击时不产生火花，还具有良好的冷、热加工和铸造性能；热加工和铸造性能；常用代号常用代号QBe2QBe2、QBe1.9QBe1.9等；等；用于用于制造重要的精密弹簧、膜片等弹性元件，高速、高温、高制造重要的

38、精密弹簧、膜片等弹性元件，高速、高温、高压下工作的轴承等耐磨零件，防爆工具等。压下工作的轴承等耐磨零件，防爆工具等。 常用热处理常用热处理：固溶（：固溶（780 C水冷），时效水冷），时效300350 C，13h有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军462 铜及其合金青铜牌号青铜牌号有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军473 钛及其合金 Ti：密度密度4.507 g/cm3，熔点：熔点：1688。具有同素异。具有同素异构转变，构转变，882.5为密排六方结构的为密排六方结构的相，相，882.5体体心立方结构的心立方结构的相。相。 纯钛的强度低，但比强度高，塑性好，低温韧性好，纯钛

39、的强度低，但比强度高，塑性好，低温韧性好，耐蚀性很高。钛具有良好的压力加工工艺性能，切削耐蚀性很高。钛具有良好的压力加工工艺性能，切削性能较差。钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加性能较差。钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加热和焊接时应采用氩气保护。热和焊接时应采用氩气保护。 3 钛合金及其它合金有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军483 钛及其合金纯钛的分类和用途纯钛的分类和用途根据根据杂质含量杂质含量，钛分为高纯钛（纯度达，钛分为高纯钛（纯度达99.9%99.9%）和工业）和工业纯钛（纯度达纯钛（纯度达99.5%99.5%）。工业纯钛有三个牌号，分别用）。工业纯钛有三个牌号，分别

40、用TATA顺序号数字顺序号数字1 1、2 2、3 3表示，数字越大，纯度越低。表示，数字越大，纯度越低。杂质含量对钛的性能影响很大，少量杂质可显著提高杂质含量对钛的性能影响很大，少量杂质可显著提高钛的强度，故工业纯钛强度较高，接近高强铝合金的钛的强度，故工业纯钛强度较高，接近高强铝合金的水平，主要用于制造水平，主要用于制造350350以下温度工作的石油化工用以下温度工作的石油化工用热交换器、反应器、船舰零件、飞机蒙皮等。热交换器、反应器、船舰零件、飞机蒙皮等。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军493 钛及其合金钛合金 在纯钛中加入在纯钛中加入AlAl、MoMo、CrCr、SnSn、

41、MnMn、V V等合金元素等合金元素形成钛合金，按退火组织可分为：形成钛合金，按退火组织可分为： 型型 型型 （）型型钛合金钛合金 分别用分别用TATA、TBTB、TCTC加顺序号表示。工业纯钛的室温加顺序号表示。工业纯钛的室温组织为组织为相，因此牌号划入相，因此牌号划入型型钛合金的钛合金的TATA序列。序列。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军503 钛及其合金型型钛合金钛合金性能：性能：室温强度低，高温强度高；具有良好的抗氧化性、室温强度低，高温强度高；具有良好的抗氧化性、焊接性和耐蚀性，不可热处理强化，退火态使用；焊接性和耐蚀性，不可热处理强化，退火态使用；牌号：牌号：TA4T

42、A4、TA5TA5、TA6TA6、TA7TA7、TA8TA8等，常用的有等，常用的有TA5TA5、TA7TA7等，以等，以TA7TA7最常用。最常用。TA7TA7还具有优良的低温性能；还具有优良的低温性能；用途：用途：用于制造用于制造500500以下温度工作的火箭、飞船的低以下温度工作的火箭、飞船的低温高压容器，航空发动机压气机叶片和管道、导弹燃料温高压容器，航空发动机压气机叶片和管道、导弹燃料缸等。缸等。TA5TA5主要用于制造船舰零件。主要用于制造船舰零件。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军513 钛及其合金型钛合金型钛合金牌号：牌号：有有TB1TB1、TB2TB2两个，可通过固

43、溶时效强化，两个，可通过固溶时效强化， TB2TB2应用较多应用较多。性能：性能：合金的强度高、焊接性好。热稳定性差。合金的强度高、焊接性好。热稳定性差。用途：用途：用于制造用于制造350350以下温度工作的飞机压气以下温度工作的飞机压气 机叶片、弹簧、紧固件等。机叶片、弹簧、紧固件等。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军523 钛及其合金型钛合金型钛合金性能：性能：具有具有型和型和型钛合金的优点，但焊接性能不如型钛合金的优点，但焊接性能不如型钛合金，可通过热处理来强化。型钛合金，可通过热处理来强化。牌号：牌号：TC1TC1TC11TC11，常用的有常用的有TC3TC3、TC4TC4

44、、TC6TC6、TC10TC10等，等，以以TC4TC4最常用。最常用。用途：用途：制造制造400400以下工作的航空发动机压气机叶片，以下工作的航空发动机压气机叶片，火箭发动机外壳，火箭和导弹的液氢燃料箱部件，船舰火箭发动机外壳，火箭和导弹的液氢燃料箱部件，船舰耐压壳体等。耐压壳体等。TC10TC10是在是在TC4TC4基础上发展起来的，具有更基础上发展起来的，具有更高的强度和耐热性。高的强度和耐热性。 有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军533 钛及其合金钛合金牌号牌号有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军54钛合金的热处理v（1）消除应力退火：450650可消除或减少加工过

45、程中产生的残余应力，防止在一些腐蚀环境中的腐蚀和减少变形。v（2）完全退火： 650850退火，可去加工硬化，获得好的韧性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。v（3）固溶处理和时效：目的是为了提高强度，钛合金和稳定的钛合金不能进行强化热处理，在生产中只进行退火。+钛合金和含有少量相的亚稳钛合金可以通过固溶处理和时效使合金进一步强化。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军55v通常合金和（）合金退火温度选在（）相转变点以下120200；v固溶和时效处理是从高温区快冷,以得到马氏体相和亚稳定的相,然后在中温区保温使这些亚稳定相分解，得到相或化合物等细小弥散的第二相质点，达

46、到使合金强化的目的。v通常()合金的淬火在()相转变点以下40100进行，亚稳定合金淬火在()相转变点以上4080进行。时效处理温度一般为450550。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军56普通退火v 对于和+型钛合金，应用最广泛的热处理方式是普通退火。普通退火的目的是完全消除加工硬化，并使合金的组织和性能均匀化，亦称为工厂退火。型和近型钛合金退火时，只发生与再结晶过程有关的组织和性能变化，对退火后的冷却速度不敏感。+型钛合金退火时，还可能发生与亚稳定相分解有关的组织和性能变化，对退火后的冷却速度比较敏感。所有钛合金退火后的强度随退火温度升高而降低，而塑性随退火温度升高而提高。v 普

47、通退火温度一般选择接近或在再结晶开始温度以上和转变温度以下，而消除应力退火温度一般选择在再结晶开始温度以下150250。v 钛合金的退火一般在非真空状态下进行，但有时为了除氢或防止氧、氮等有害气体的污染，需要进行钛合金半成品或零件的真空退火。真空退火温度一般为700750，太高时会使易挥发元素从表面蒸发，形成活性高的表面。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军57等温退火v 在转变温度以下50100 加热，随后进行炉冷或转移到温度较低的另一炉中，在给定的温度下保温一段时间后空冷。v 与普通退火比较，等温退火主要优点是能够获得最稳定的组织和性能，例如，中国牌号的TC6(Ti-5A1-2Mo

48、-2Cr-1Fe)钛合金普通退火后，在空冷过程中亚稳定相能部分地分解，这种不稳定组织在使用温度下，趋于完全分解并导致合金脆化，故TC6不能采用普通退火。v 在高温下长时间工作的TC6钛合金零件必须采用等温退火，其典型规范是：870，保温1h，慢冷至650(打开炉门冷却或转入另一温度为650的炉中)，保温2h，空冷。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军58多重退火v 包括双重退火和三重退火，其中最常用的是双重退火。v 双重退火首先应用于+型耐热钛合金，例如，中国的TC11(Ti-6.5Al-3.3Mo-1.5Zr-0.25Si)钛合金。所采用的双重退火规范是：950980，1h，空冷；5

49、30，6h，空冷。v 双重退火的特点是，有可能发生由于亚稳定相的分解而产生的强化过程。当前，双重退火已经用于航空航天工业中最常用的Ti-6Al-4V钛合金，提高合金的拉伸强度和断裂韧性。例如对低间隙元素Ti-6A1-4V钛合金规定的双重退火规范是：转变温度以下3060，保温不少于1h，空冷；705760，保温不少于lh，空冷。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军59退火v进行普通退火之前首先在相区加热，并以适当的速度冷却。对于近型耐热钛合金，在采用p相区热变形的同时，经常采用退火。v通过退火，可以在不降低其他力学性能的条件下，获得最大的抗蠕变能力。采用退火的Ti-6Al-4V钛合金已经

50、在飞机结构设计中获得广泛应用。v满足损伤容限设计要求的Ti-6Al-4V钛合金厚板的典型退火规范是：转变温度以上30C，保温不少于30min，空冷；730，保温不少于2h，空冷。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军60强化热处理v 钛合金的固溶时效强化效果主要取决于合金中稳定元素的种类和含量。亚稳定型和近型钛合金是强化效果最好、淬透截面最大的钛合金。v 固溶处理有两种固溶处理方式，即固溶处理和+固溶处理。固溶处理是在转变温度以上30100，保温1030min，空冷或水淬，主要适用于亚稳型钛合金，例如Ti-13V-11Cr-3Al，Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr和Ti-15V

51、-3Cr-3Sn-3Al等。v +固溶处理是在 转变温度以下3060 、保温30120min，水淬，主要适用于近型钛合金，例如Ti-11.5Mo-4.5Sn-6Zr和Ti-10V-2Fe-3A1等。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军61单一时效v 单一时效一般在450550进行，时效时间一般为8h。根据合金性质的不同，时效过程中可能发生以下转变。 对于亚稳定型钛合金：+ 对于近型钛合金：+v 如果时效温度降低到400，完成以上转变过程，需要相当长的时间(大于50h)，最终得到非常均匀细小的 相颗粒。如果时效温度接近600，相直接从相中析出v 相颗粒的尺寸和数量主要取决于时效温度和时间

52、。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军62双重时效v双重时效共分两步进行，第一步为低温时效，第二步为高温时效。双重时效与单一高温时效相比较，可以控制相析出的颗粒尺寸和分布，与单一低温时效比较，能显著缩短时效时间。v这种时效已经成功地应用于Ti-11.5Mo-4.5Sn-6Zr钛合金。在一些新的亚稳定型钛合金中，还采用了先高温时效后低温时效。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军63直接时效v对于直接时效，不需要进行预先的固溶处理。v直接时效的特点是，在晶体缺陷密度较高的情况下，发生相变过程。v直接时效能够获得比常规固溶时效更均匀的相析出和更大的强化效果。在一些近型钛合金中，直接时

53、效还能抑制相的析出，避免合金脆化。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军64其它非铁合金镁及其合金镁及其合金 纯镁：纯镁：1.74 g/cm1.74 g/cm3 3，Tm651651，密排六方结构。纯密排六方结构。纯镁强度不高，室温塑性较低，耐蚀性较差，易氧化。工镁强度不高，室温塑性较低，耐蚀性较差，易氧化。工业纯镁代号用业纯镁代号用M M顺序号表示。纯镁主要用于配制镁合顺序号表示。纯镁主要用于配制镁合金和其它合金，还可用作化工与冶金的还原剂。金和其它合金，还可用作化工与冶金的还原剂。 镁合金：镁合金：纯镁中加入纯镁中加入AlAl、ZnZn、MnMn、ZrZr及稀土等元素，及稀土等元素，

54、制成镁合金。主要有制成镁合金。主要有Mg-MnMg-Mn系、系、Mg-Al-Zn Mg-Al-Zn 系、系、Mg-Zn-Mg-Zn-ZrZr系系 和和Mg-Re-Mg-Re-ZrZr系等合金系。它们分为变形镁合金和系等合金系。它们分为变形镁合金和铸造镁合金两大类。铸造镁合金两大类。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军65其它非铁合金变形镁合金变形镁合金代号：代号：MBMB顺序号表示。顺序号表示。MB1MB1、MB8MB8为为Mg-MnMg-Mn系合金，具系合金，具有良好的耐蚀性和焊接性，使用温度不超过有良好的耐蚀性和焊接性，使用温度不超过150150。主。主要用于制作飞机蒙皮、壁板及宇

55、航结构件。要用于制作飞机蒙皮、壁板及宇航结构件。Mg-LiMg-Li系合金是一种新型的镁合金，它密度小，强度高，系合金是一种新型的镁合金，它密度小，强度高，塑性、韧性好，焊接性好，缺口敏感性低，在航空、塑性、韧性好，焊接性好，缺口敏感性低，在航空、航天工业中具有良好的应用前景。航天工业中具有良好的应用前景。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军66其它非铁合金铸造镁合金铸造镁合金 代号：代号：ZMZM顺序号表示。顺序号表示。Mg-Al-ZnMg-Al-Zn系的系的ZM5ZM5和和Mg-Zn-Mg-Zn-ZrZr系的系的ZM1ZM1、ZM2ZM2、ZM7ZM7、ZM8ZM8具有较高的强度，

56、良好的塑具有较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，但耐热性较差，主要用于制造性和铸造工艺性能，但耐热性较差，主要用于制造150150以下温度工作的飞机、导弹、发动机中承受较高以下温度工作的飞机、导弹、发动机中承受较高载荷的结构件或壳体。载荷的结构件或壳体。Mg-Re-Mg-Re-ZrZr的的ZM3ZM3、ZM4ZM4和和ZM6ZM6具有具有良好的铸造性能，常温强度和塑性较低，但耐热性较高，良好的铸造性能，常温强度和塑性较低，但耐热性较高，主要用于主要用于制造制造250250以下温度工作的高气密零件。以下温度工作的高气密零件。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军67其它非铁合金锌及其合金

57、锌及其合金纯锌：纯锌：密度密度7.17.1g/cmg/cm3 3，熔点熔点419419，具有一定的强度和，具有一定的强度和较好的耐蚀性，用于配制各种合金和钢板表面镀锌。较好的耐蚀性，用于配制各种合金和钢板表面镀锌。锌合金：锌合金：1 1变形锌合金变形锌合金Zn-AlZn-Al合金（如合金（如ZnAl4-1ZnAl4-1、ZnAl10-5ZnAl10-5）和和Zn-CuZn-Cu合金（如合金（如ZnCu1ZnCu1、ZnCu1.5ZnCu1.5）两类。常用于制造各两类。常用于制造各类挤压件、轴承和日用五金等。类挤压件、轴承和日用五金等。2铸造锌合金铸造锌合金铸造锌合金可分为压铸锌合金、高强度铸造

58、锌合金可分为压铸锌合金、高强度锌合金、模具用锌合金等。锌合金、模具用锌合金等。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军684 轴承合金轴承合金轴承合金：制造滑动轴承中轴瓦及内制造滑动轴承中轴瓦及内衬。按主要化学成分可分为衬。按主要化学成分可分为锡基锡基、铅铅基基、铝基铝基、铜基铜基、铁基铁基等轴承合金。等轴承合金。性能要求：性能要求： 1. 1.足够的强度和硬度足够的强度和硬度 2. 2.塑性和韧性好塑性和韧性好 3. 3.与轴之间有良好的磨合能力及较与轴之间有良好的磨合能力及较小的摩擦系数小的摩擦系数 4. 4.良好的导热性和抗蚀性良好的导热性和抗蚀性 5. 5.良好的工艺性、价格低廉良

59、好的工艺性、价格低廉4 轴承合金有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军694 轴承合金轴承合金轴承合金（耐磨机理）耐磨机理）软基体硬质点：软基体硬质点：硬质点起支撑作用。硬质点起支撑作用。硬基体软质点：硬基体软质点：承载能力大、磨合能力差。承载能力大、磨合能力差。有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军70锡锑轴承合金锡锑轴承合金 ( 锡基巴氏合金锡基巴氏合金 )Z Ch Sn Sb11 6 其它元素的其它元素的含量为含量为6%主加元素锑其主加元素锑其含量为含量为11%基本元素锡基本元素锡轴承轴承铸造铸造4 轴承合金有色金属及其合金河北工业大学材料学院 武建军714 轴承合金一、锡基

60、和铅基轴承合金一、锡基和铅基轴承合金(表示方法表示方法) 锡基和铅基轴承合金又称为锡基和铅基轴承合金又称为巴氏合金巴氏合金，其代号用，其代号用ZChZCh基本元素符号（基本元素符号（SnSn或或PbPb）主加元素符号主加及辅主加元素符号主加及辅加元素的平均质量分数（加元素的平均质量分数（w w100100）表示。如表示。如ZChSnSb11-ZChSnSb11-6 6表示含表示含w wSbSb11%11%、w wCuCu6%6%、余量为锡的锡基轴承合金，余量为锡的锡基轴承合金，ZChPbSb16-16-2ZChPbSb16-16-2表示含表示含w wSbSb16%16%、w wSnSn16%1