第一章 有色金属及其合金

有色金属及其合金1.定义:除黑色金属(钢、铁)以外的所有金属。2.分类重金属(密度＞3.5);Cu、Ni等。轻金属(密度＜3.5);Al、Mg等。贵重金属;Au、Ag、Pt等。稀有金属;W、Ti等。半金属;Si、B等。3、有色金属性能及特点

力学性能：高的比强度（强度/密度）；

物理性能：导电性、导热性、无磁性、形状记忆特性化学性能：耐腐蚀

第一节铝合金及其应用知识要点铝合金的强化方式铝合金的分类及应用一、纯铝的性能特点及应用：

轻，密度低→配置铝合金

抗大气腐蚀→包覆材料

导电导热性好→导线、电容

加工性能好→包装材料

强度低→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。纯铝的牌号：四位字符（以1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小数点后两位数。）第二位A、B或0—9A---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1A9910701145二、铝合金：向铝中加入合金元素→铝合金。常加的合金元素：主：Cu,Mg,Si,Zn,Mn等；

微：Ti,Zr,Cr,B等；

作用：固溶强化和第二相强化铝合金的分类铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。1.铝合金的分类变形铝合金（D以左）铸造铝合金（D以右）不能热处理强化铝合金能热处理强化铝合金共晶点合金元素2铝合金的强化方式

变形强化（加工硬化）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。这对不能进行热处理强化的铝合金提供了强化的途径和方法。时效强化：（重点）可热处理强化铝合金。变质处理（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(既提高强度又改善塑性)。固溶强化：是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。时效强化：

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。

铝合金淬火后在室温或者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：

固溶处理（淬火）时效得到过饱和的相过饱和相中析出强化相自然时效人工时效三常用的铝合金变形铝合金（D成分以左的合金）铸造铝合金（D成分以右的合金）(一)变形铝合金（D’成分以左的合金）：制成各种型材、棒料、板、管、线、箔等。牌号：四位字符（2020）（第一位为数字，表示铝合金组别2：铜（Cu）为主要合金元素的铝合金3：锰（Mn)为主要合金元素的铝合金4:硅（Si）为主要合金元素的铝合金5：镁（Mg）为主要合金元素的铝合金6：镁和硅（Mg/Si)为主要合金元素的铝合金7:锌（Zn）为主要合金元素的铝合金第二位：A/（0）原始合金其它字母表示改型合金第三、四位：区分同一组的不同合金。无特殊意义3A212A11GB3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为:防锈铝合金：LF+序号硬铝合金：LY+序号超硬铝合金：LC+序号锻铝合金：LD+序号铝合金波纹管铝合金制品铝是可以回收利用的金属（1）铝锰合金（防锈铝合金）LF+序号成分：AL—Mn（主）－MgMn,Mg的作用：提高抗腐蚀性能及塑性，固溶强化性能：单相固溶体抗蚀性高，塑性好，，焊接性能好，不能热处理强化，可冷变形强化。应用：油箱、油管（罐）、铆钉（3A21）等。卫星天线（LF2）（2）铝铜合金（又称硬铝）LY+序号成分：AL—Cu—Mg—(Mn)元素作用：Cu,Mg:形成强化相（CuAL2,CuMgAL2）,时效强化。Mn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。低合金硬铝，如LY1，L10等，主要用于制作铆钉；标准硬铝，如LY11(2A11)主要用于制作中等负荷的结构零件；高合金硬铝，如LY12，LY16等，主要用于制作航空模锻件和重要的销、轴等零件。飞机翼梁(腹板为硬铝合金)加工铝铜合金注意:热处理淬火温度范围窄不超过±5°C抗蚀性差,易产生晶间腐蚀(在海水)应用：主要用于飞机构件，如飞机蒙皮(2A12)、挤压成螺旋桨、叶片(2A11)等重要零件。（3）铝锌合金（超硬铝）LC+序号成分：Al－Zn－Cu－Mg特点：时效产生强烈的强化效果，强度很高（可达680MPa),缺点是耐热性、抗蚀性差。应用：飞机大梁、起落架等（7A04）（主要受力构件）飞机主起落架（4）铝镁合金锻铝LD+序号成分：Al-Mg-(少量Mn,Si,Fe)特点：塑性好、可锻性好易于变形加工，抗腐蚀性能好、焊接性能好，

不能进行热处理强化。比纯铝轻。应用：于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等.航空工业中的管道、铆钉等。压气机叶片(二)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Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn等四类。牌号举例ZAlSi12Al-Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号（1）Al-Si系铸造铝合金

（铸造性能和力学性能配合最佳）A。简单硅铝明：ZL102（ZALSi12）组织：a+Si共晶体性能：铸造性能好，抗蚀性，耐热性和焊接性较好，但强度低。<180MPa用途：形状复杂、受力不大的零件，如仪表外壳等。B。复杂(特殊）硅铝明：在AL—Si基础上加入其它合金元素（Cu,Mn,Ni,Mg等）→强化方式（时效强化，变质处理）。性能：铸造性能好，较高的强度和耐磨性、耐热性,耐腐蚀性好,线膨胀系数小。应用：用于制造形状复杂中等强度的零件，如发动机活塞、气缸体、风机叶片、液压泵壳体等（代号ZL109)。活塞(裙部为铝硅合金)未变质处理

经变质处理

ZL102的铸态组织Al-Si铸造铝合金（2）.铝铜合金Al-Cu这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。

含铜不低于4%,可以热处理应用:200—300度工作的零件如导风叶轮或静叶片汽缸头（3）.铝镁合金Al-Mg这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差,耐热性低。常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.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。

鼓风机用密封件(ZL102)及航空架件(ZL301)（4）.铝锌合金Al-Zn这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。大型空压机活塞(ZL401)常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、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.纯铜1)纯铜的性质：①外观呈紫红色,故又称紫铜；②相对密度为8.9,熔点为1083℃；第二节铜及铜合金性能：无磁性优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。优良的加工性

工业纯铜：含有0.1—0.5%杂质的铜。（Pb,Bi,---热脆O,S,P---冷脆）。分类与代号：

加工纯铜:T1,T2,T3:数字越大纯度越低。无氧铜:TU0,TU1,TU3氧含量不大于0.003%磷脱氧铜:TP1,TP2含磷较高0.004---0.04%银铜:TAg0.1含少量银0.06%--0.12%应用：加工纯铜：压力加工成板、带、箔、管、棒、线、型七种形状，用作导电材料、导热及耐蚀器件和仪表零件；无氧铜：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，抗氢能力强，不氢脆；磷脱氧铜：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银铜：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；配置铜合金；二、铜合金：加入元素：Zn,Sn,AL,Mn,Ni,Fe,Be,Ti,Si,Cr等；分类：按化学成分分：黄铜、青铜、白铜；按生产方式分：（压力）加工产品铸件

铜管铜与黄铜带铜合金的分类黄铜:Cu–Zn白铜:Cu–Ni青铜:除黄铜和白铜外的所有铜合金。（一）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普通黄铜和特殊黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。

黄铜铸件黄铜棒1.普通黄铜铜与锌的二元合金称为普通黄铜。加工普通黄铜的牌号为：H(黄)+表示铜平均百分含量的数字，如H68。从铜锌合金相图可以看出黄铜有和+’两种组织,分别称单相黄铜和两相黄铜。

(Z)H90含铜量WCu=90%黄铜铸造黄铜的牌号单相黄铜塑性好。常用牌号有H80、H70、H68。适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好,强度高.常用牌号有H59、H62。适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。冷凝器管汽车机油泵衬套常用的黄铜金奖黄铜---H90弹壳黄铜---H70(H68)日用黄铜---H62(H59)法兰阀闸阀冷凝器管2.特殊黄铜在普通黄铜的基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黄铜。

加工特殊黄铜的牌号为：H(黄)+主加元素符号(Zn除外)+铜平均百分含量+主加元素平均百分含量,如HPb59-1.特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。

黄铜制品黄铜棒牌号:H

Al

59-3含铝量WAl=3%含铜量WCu=59%常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。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。(二)、白铜：Cu---Ni合金，Ni为主要元素；

组织：单相a固溶体；

强化方式：固溶强化，形变强化；代号：

B+镍的平均百分含量↓

性能：冷热加工性能和耐蚀性好。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：普通白铜和特殊白铜。

普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量，如B5。常用牌号有B5、B19等。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换器等.

白铜件（三）青铜除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。

加工青铜的牌号为：Q+主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn).常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。

青铜制品（1）锡青铜是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为3~14%。锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收