第一章有色金属及其合金

1、 有色金属及其合金有色金属及其合金 1.定义定义 : 除黑色金属除黑色金属 ( 钢、铁钢、铁 ) 以外的所有以外的所有 金属。金属。 2.分类分类重金属重金属(密度密度3.5); Cu、Ni 等。等。轻金属轻金属(密度密度3.5); Al、Mg 等。等。贵重金属贵重金属; Au、Ag、Pt 等。等。稀有金属稀有金属; W、Ti等。等。半金属半金属; Si、B 等。等。3 3、有色金属性能及特点、有色金属性能及特点 力学性能力学性能：高的：高的比强度比强度（强度（强度/ /密度）；密度）； 物理性能物理性能：导电性、导热性、无磁性、形状记忆特：导电性、导热性、无磁性、形状记忆特性性 化学性能化学

2、性能：耐腐蚀：耐腐蚀 第一节第一节 铝合金及其应用铝合金及其应用知识要点知识要点铝合金的强化方式铝合金的强化方式铝合金的分类及应用铝合金的分类及应用一、纯铝的性能特点及应用：一、纯铝的性能特点及应用： 轻，密度低轻，密度低 配置铝合金配置铝合金 抗大气腐蚀抗大气腐蚀 包覆材料包覆材料 导电导热性好导电导热性好 导线、电容导线、电容 加工性能好加工性能好 包装材料包装材料 强度低强度低 不能作为承受载荷的结构材料应用不能作为承受载荷的结构材料应用 具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。纯铝的牌号：纯铝的牌号：四位字符四位字符（以（以1 1开头，第二位

3、表示开头，第二位表示纯铝的成分状况，第三、四位表示铝的质量分数纯铝的成分状况，第三、四位表示铝的质量分数小数点后两位数。）小数点后两位数。）第二位A、B或09A-原始纯铝，B-改型后0-铝中杂质极限含量无特殊控制1-9 对一种或几种杂质极限含量有特殊控制1A991A991070107011451145二、铝合金：二、铝合金： 向铝中加入合金元素向铝中加入合金元素 铝合金铝合金 。 常加的合金元素常加的合金元素 ：主：主：Cu,Mg,Si,Zn,MnCu,Mg,Si,Zn,Mn等；等； 微：微：Ti,Zr,Cr,BTi,Zr,Cr,B等；等； 作用：固溶强化和第二相强化作用：固溶强化和第二相强化

4、 铝合金的分类铝合金的分类l铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。1. 铝合金的分类铝合金的分类变形铝合金变形铝合金（D以左）以左）铸造铝合金铸造铝合金（D以右）以右）不能热处理强化铝合金不能热处理强化铝合金能热处理强化铝合金能热处理强化铝合金共晶点共晶点合金元素合金元素2 2 铝合金的强化方式铝合金的强化方式 变形强化变形强化（加工硬化）（加工硬化）对合金进行冷变形，能增对合金进行冷变形，能增加其内部的位错密度，阻碍位错运动，提高合金强度。加其内部的位错密度，阻碍位错运动，提高合金强度。这对不能进行热处理强化的铝合金提供了强化的途径这对不能进行热处理强化的铝合金

5、提供了强化的途径和方法。和方法。时效强化：时效强化：（重点）（重点） 可热处理强化铝合金。可热处理强化铝合金。变质处理变质处理（细晶强化）：适合铸造铝合金在铝合金细晶强化）：适合铸造铝合金在铝合金中添加微量元素细化组织提高铝合金力学性能中添加微量元素细化组织提高铝合金力学性能(既提既提高强度又改善塑性高强度又改善塑性)。固溶强化固溶强化： 是指将合金加热到固溶线以上，保温是指将合金加热到固溶线以上，保温时效强化：时效强化： 是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。 铝合金淬火后在室温或者

6、较低温度下加热保温一段时间，随时间延长其强度硬度显著增加的现象。 时效强化的步骤：时效强化的步骤： 固溶处理（淬火）固溶处理（淬火） 时效时效得到过饱得到过饱和的相和的相过饱和相中析过饱和相中析出强化相出强化相自然时效自然时效人工时效人工时效三三 常用的铝合金常用的铝合金变形铝合金（变形铝合金（D D成分以左的合金）成分以左的合金）铸造铝合金铸造铝合金 （D D成分以右的合金）成分以右的合金）( (一一) ) 变形铝合金（变形铝合金（DD成分以左的合金成分以左的合金 ）：）：制成各种型材、棒制成各种型材、棒料、板、管、线、箔等。料、板、管、线、箔等。 牌号：四位字符（牌号：四位字符（2 0 2

7、 02 0 2 0）（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2 2：铜（：铜（CuCu）为主要合金元素的铝合金）为主要合金元素的铝合金3 3：锰（：锰（Mn) Mn) 为主要合金元素的铝合金为主要合金元素的铝合金4: 4: 硅（硅（SiSi）为主要合金元素的铝合金）为主要合金元素的铝合金5 5：镁（：镁（MgMg）为主要合金元素的铝合金）为主要合金元素的铝合金6 6：镁和硅（：镁和硅（Mg/Si)Mg/Si)为主要合金元素的铝合为主要合金元素的铝合金金7: 7: 锌（锌（ZnZn）为主要合金元素的铝合金）为主要合金元素的铝合金 第二位：第二位：A /A /（0 0） 原始合

8、金原始合金其它字母表示改型合金其它字母表示改型合金第三、四位：区第三、四位：区分同一组的不同分同一组的不同合金。无特殊意合金。无特殊意义义3A212A11 GB 3190-82中的旧牌号仍中的旧牌号仍可继续使用，可继续使用，表示方法为表示方法为: 防锈铝合金：防锈铝合金：LF+序号序号 硬铝合金：硬铝合金： LY +序号序号 超硬铝合金：超硬铝合金：LC +序号序号 锻铝合金：锻铝合金： LD +序号序号铝合金制品铝合金制品（1 1）铝锰合金（防锈铝合金）铝锰合金（防锈铝合金） LF+序号序号 成分：成分：ALALMnMn（主）（主）MgMg Mn,Mg Mn,Mg的作用：的作用： 提高抗腐蚀

9、性能及塑提高抗腐蚀性能及塑 性，固溶强化性，固溶强化性能：性能：单相固溶体单相固溶体抗蚀性高，塑性好，抗蚀性高，塑性好，焊接性，焊接性能好，能好，不能热处理强化，不能热处理强化，可冷变形强化。可冷变形强化。应用：油箱、应用：油箱、 油管（罐）、油管（罐）、铆钉（铆钉（3A213A21）等。）等。卫星天线卫星天线（LF2）（2 2）铝铜合金）铝铜合金（又称硬铝）（又称硬铝）LY +序号序号成分：成分：ALALCuCuMgMg(Mn)(Mn)元素作用：元素作用： Cu,Mg: Cu,Mg:形成强化相（形成强化相（CuALCuAL2 2,CuMgAL,CuMgAL2 2）, ,时时 效强化。效强化。

10、 Mn Mn提高抗腐蚀性能；固溶强化；提高抗腐蚀性能；固溶强化；性能：强度较高，塑性好，可时效强化。性能：强度较高，塑性好，可时效强化。低合金硬铝，低合金硬铝，如如LY1LY1，L10L10等，主要用于制作铆钉；等，主要用于制作铆钉；标准硬铝，标准硬铝，如如LY11LY11(2A11)主要用于制作中等负荷的结构零件；主要用于制作中等负荷的结构零件；高合金硬铝，如高合金硬铝，如LY12LY12，LY16LY16等，主要用于制作航空模锻等，主要用于制作航空模锻件和重要的销、轴等零件。件和重要的销、轴等零件。飞机翼梁飞机翼梁(腹板为硬铝合腹板为硬铝合金金)加工铝铜合金注意加工铝铜合金注意: : 热处

11、理淬火温度范围窄不超过热处理淬火温度范围窄不超过5 5C C 抗蚀性差抗蚀性差, ,易产生晶间腐蚀易产生晶间腐蚀( (在海水在海水) )应用：主要用于飞机构件，如应用：主要用于飞机构件，如飞机蒙皮飞机蒙皮(2A12)(2A12)、挤压成螺旋桨、叶片、挤压成螺旋桨、叶片(2A11)(2A11)等重等重要零件。要零件。（3 3）铝锌合金（超硬铝）铝锌合金（超硬铝） LC +序号序号成分：成分：AlAlZnZnCuCuMgMg特点：时效产生强烈的强化效果，强度很高特点：时效产生强烈的强化效果，强度很高 （可达（可达680MPa),680MPa), 缺点是耐热性、抗蚀性差。缺点是耐热性、抗蚀性差。应用

12、：飞机大梁、起落架等（应用：飞机大梁、起落架等（7A047A04）（主要受）（主要受 力构件）力构件）飞机主起落架飞机主起落架（4 4）铝镁合金）铝镁合金 锻铝锻铝 LD +序号序号成分：成分：Al-Mg-(Al-Mg-(少量少量Mn,Si,Fe)Mn,Si,Fe)特点：塑性好、特点：塑性好、可锻性好可锻性好易于变形加工，抗腐蚀易于变形加工，抗腐蚀 性能好、焊接性能好，性能好、焊接性能好， 不能进行热处理强化。比纯铝轻。不能进行热处理强化。比纯铝轻。应用：于形状复杂的锻件应用：于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等压气机叶轮、导风轮等. .航空工业中的

13、管道、铆钉等。航空工业中的管道、铆钉等。( (二二) ) 铸造铝合金铸造铝合金特点：力学性能不如变形铝合金，铸造性能好，用于特点：力学性能不如变形铝合金，铸造性能好，用于生产形状复杂的零件。生产形状复杂的零件。根据主要合金元素，铸造铝合金可分为根据主要合金元素，铸造铝合金可分为Al-SiAl-Si、Al-CuAl-Cu、Al-MgAl-Mg、Al-ZnAl-Zn等等四类。四类。牌号举例牌号举例 Z ZAl Si12Al- Si系：系： 代号为代号为ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Cu系：系：代号为代号为ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Mg系：系：代号为代号为ZL3+两位数字

14、顺序号两位数字顺序号Al-Zn系：系： 代号为代号为ZL4+两位数字顺序号两位数字顺序号（1 1）Al-SiAl-Si系铸造铝合金系铸造铝合金 （铸造性能和力学性能配合最佳）（铸造性能和力学性能配合最佳）A A。简单硅铝明：。简单硅铝明：ZL102ZL102（ZALSi12ZALSi12） 组织：组织：a +Si a +Si 共晶体共晶体 性能：性能：铸造性能好，抗蚀性铸造性能好，抗蚀性，耐热性和焊接性较，耐热性和焊接性较好，但强度低。好，但强度低。180MPa180MPa 用途：形状复杂、受力不大的零件，如仪表外壳用途：形状复杂、受力不大的零件，如仪表外壳等。等。B B。复杂。复杂( (特殊

15、）硅铝明特殊）硅铝明：在在ALALSiSi基础上加入其它合金元素基础上加入其它合金元素（Cu,Mn,Ni,MgCu,Mn,Ni,Mg等）等） 强化方式强化方式（时效强化，变质处理）。（时效强化，变质处理）。 性能：铸造性能好，较高的性能：铸造性能好，较高的强度和耐磨性、耐热性强度和耐磨性、耐热性, ,耐腐蚀性耐腐蚀性好好, ,线膨胀系数小。线膨胀系数小。 应用：用于制造形状复杂中应用：用于制造形状复杂中等强度的零件，如等强度的零件，如发动机活塞发动机活塞、气缸体、风机叶片、液压泵壳体气缸体、风机叶片、液压泵壳体等（代号等（代号ZL109)ZL109)。活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金

16、) )未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织Al-Si铸造铝合金铸造铝合金（2 2）. . 铝铜合金铝铜合金 Al-Cu Al-Cu 这类合金的这类合金的耐热性好，强度较高耐热性好，强度较高；但密度；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。系合金。常用代号有常用代号有ZL201 (ZAlCu5Mn)ZL201 (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)ZL203 (ZAlCu4)等。等。 含铜不低于含铜不低于4%,4%,可以热处理可以热处理应用应用:200:200300300度度工作的工作的零件如导

17、风叶轮或静叶片汽缸头汽缸头（3 3）. . 铝镁合金铝镁合金 Al-Mg Al-Mg 常用代号为常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等等. 主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。 鼓风机用密封件鼓风机用密封件(ZL102)(ZL102)及及航空架件航空架件(ZL301)(ZL301)（4 4）. . 铝锌合金铝锌合金 Al-Zn Al-Zn 这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化

18、；但密度大，耐蚀性较差。时效强化；但密度大，耐蚀性较差。大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)常用代号为常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等等.主要用于制造形状复主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。机、仪器零件。 在金属材料中，铜及其合金的应用范围仅次于钢铁。在非铁金属材料中，铜的产量仅次于铝。一一. . 纯铜纯铜1) 1) 纯铜的性质：纯铜的性质： 外观呈紫红色,故又称紫铜； 相对密度为8.9,熔点为1083；第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金性能：性能：无磁性无磁性 优良的加工性优良的加工性 工

19、业纯铜：工业纯铜：含有含有0.10.10.5%0.5%杂质的铜。杂质的铜。 （Pb,Bi,-Pb,Bi,-热脆热脆 O,S,P- O,S,P-冷脆冷脆 ）。）。分类与代号：分类与代号： 加工纯铜加工纯铜:T1 ,T2 , T3 :T1 ,T2 , T3 :数字越大纯度越低。数字越大纯度越低。 无氧铜无氧铜:TU0 ,TU1,TU3 :TU0 ,TU1,TU3 氧含量不大于氧含量不大于0.003%0.003% 磷脱氧铜磷脱氧铜:TP1,TP2 :TP1,TP2 含磷较高含磷较高0.004-0.04%0.004-0.04% 银铜银铜: TAg0.1 : TAg0.1 含少量银含少量银0.06%-0

20、.12%0.06%-0.12%应用应用 ：加工纯铜：加工纯铜：压力加工成板、带、箔、管、棒、线、压力加工成板、带、箔、管、棒、线、型七种形状，用作导电材料、导热及耐蚀器件型七种形状，用作导电材料、导热及耐蚀器件和仪表零件；和仪表零件；无氧铜：无氧铜：压力加工成板、带、箔、管、棒、线六压力加工成板、带、箔、管、棒、线六种形状，用作电真空器件及高导电性铜线，抗种形状，用作电真空器件及高导电性铜线，抗氢能力强，不氢脆；氢能力强，不氢脆；磷脱氧铜磷脱氧铜：压力加工成板、带、管三种形状，用压力加工成板、带、管三种形状，用作导热及耐蚀器件和仪表零件作导热及耐蚀器件和仪表零件银铜：银铜：压力加工成板、管、线

21、三种形状，用作导压力加工成板、管、线三种形状，用作导电材料、导热及耐蚀器件和仪表零件；电材料、导热及耐蚀器件和仪表零件； 配置铜合金；配置铜合金；二、铜合金：二、铜合金： 加入元素：加入元素：Zn,Sn,AL,Mn,Ni,Fe,Be,Ti,Si,CrZn,Sn,AL,Mn,Ni,Fe,Be,Ti,Si,Cr等；等； 分类：按化学成分分：黄铜、青铜、白铜；分类：按化学成分分：黄铜、青铜、白铜； 按生产方式分：（压力）加工产品按生产方式分：（压力）加工产品 铸件铸件 铜管铜管铜与黄铜带铜与黄铜带铜合金的分类铜合金的分类黄铜黄铜 : Cu Zn 白铜白铜 : Cu Ni 青铜青铜 : 除黄铜和白除黄

22、铜和白 铜外的所有铜外的所有 铜合金。铜合金。（一）（一） 黄铜黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 黄铜按化学成分可分为黄铜按化学成分可分为普通黄铜普通黄铜和和特殊黄铜特殊黄铜。 按工艺可分为按工艺可分为加工黄铜加工黄铜和和铸造黄铜铸造黄铜。 黄铜棒黄铜棒1.普通黄铜普通黄铜 铜与锌的二元合金铜与锌的二元合金称为普通黄铜。称为普通黄铜。 加工普通黄铜的牌加工普通黄铜的牌号为号为：H (黄黄) + 表示表示铜平均百分含量的数铜平均百分含量的数字，字，如如H68。l从铜锌合金相图可以看出黄铜有从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和和 + 两种组两种组织织,分别

23、称分别称单相黄铜和两相黄铜单相黄铜和两相黄铜。 ( Z ) H 90含铜量含铜量 WCu = 90%黄铜黄铜铸造铸造黄铜的牌号黄铜的牌号 单相黄铜塑性好单相黄铜塑性好。 常用牌号有常用牌号有H80H80、H70H70、 H 68 H 68。 适于制造冷变形零件，如适于制造冷变形零件，如 弹壳、冷凝器管等。弹壳、冷凝器管等。 两相黄铜热塑性好两相黄铜热塑性好, , 强度强度 高高. . 常用牌号有常用牌号有H59H59、H62H62。 适于制造受力件，如垫圈、适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。弹簧、导管、散热器等。冷凝器管冷凝器管汽车机油泵衬套汽车机油泵衬套 常用的黄铜常用的黄铜v金

24、奖黄铜金奖黄铜 - H90 - H90v弹壳黄铜弹壳黄铜 - H70 ( H68 ) - H70 ( H68 )v日用黄铜日用黄铜 - H62 ( H59 ) - H62 ( H59 )法兰阀法兰阀闸阀闸阀冷凝器管冷凝器管2. 特殊黄铜特殊黄铜 在普通黄铜的基础上加入在普通黄铜的基础上加入AlAl、 Fe Fe、SiSi、MnMn、PbPb、 Sn Sn、NiNi等元素形成特殊黄铜。等元素形成特殊黄铜。 加工特殊黄铜的牌号为：加工特殊黄铜的牌号为： H(H(黄黄)+)+主加元素符号主加元素符号(Zn(Zn除除外外)+)+铜平均百分含量铜平均百分含量+ +主加元素主加元素平均百分含量平均百分含量

25、, , 如如HPb59-1. HPb59-1. 特殊黄铜强度、耐蚀性比普特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善通黄铜好，铸造性能改善。 黄铜制品黄铜制品牌号牌号:H Al 59 - 3含铝量含铝量WAl = 3%含铜量含铜量WCu = 59% 常用牌号有常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。等。 主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。桨、轴承、衬套及阀体等。 ( (二二) )、白铜：、白铜：Cu-NiCu-Ni合金合金

26、，NiNi为主要元素；为主要元素； 组织组织：单相a固溶体； 强化方式强化方式：固溶强化，形变强化； 代号：代号： B+镍的平均百分含量镍的平均百分含量 性能：性能：冷热加工性能和耐蚀性好 。 应用应用：精密机械，仪表中零件和冷凝器、热交换器、蒸馏器等 分类：分类： 普通白铜和特殊白铜。 普通白铜普通白铜牌号：牌号：B+镍的平均百分含量，如镍的平均百分含量，如B5。 常用牌号有常用牌号有B5、B19等等 。用于在蒸汽和海水环境下工。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械作的精密机械,仪表零件及冷凝器仪表零件及冷凝器,蒸馏器蒸馏器,热交换器等热交换器等. 白铜件白铜件（三）（三） 青铜青铜 除黄铜

27、和白铜外的其他铜合金除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。统称为青铜。 加工青铜的牌号为：加工青铜的牌号为：Q +Q +主加主加元素符号及其平均百分含量元素符号及其平均百分含量+ +其其他元素平均百分含量他元素平均百分含量 如如QSn4-3(QSn4-3(含含4%Sn4%Sn、3%Zn).3%Zn). 常用青铜有锡青铜、铝青铜、常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。铍青铜、硅青铜、铅青铜等。 青铜制品青铜制品（1）锡青铜）锡青铜 是以锡为主加元素的铜合金，是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为锡含量一般为314%314%。 锡青铜铸造流动性差，铸件密锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，度低，易渗漏，但体积收缩率在但体积收缩率在有色金属中最小有色金属中最小 。 锡青铜耐蚀性良好，在大气、锡青铜耐蚀性良好，在大气、海