g第九章 非铁金属及其合金

第九章非铁金属及其合金姜波在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属。有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度（强度与密度之比）等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料。第一节铝及铝合金变形铝合金的牌号表示方法一：四位数字体系牌号第一位数字：表示铝及铝合金的组别（主加元素），１纯Al、２Cu、３Mn、４Si、5Mg、6MgSi、7Zn、8其他元素、9备用合金组第二位数字（或字母）纯铝及铝合金的改型情况。0或字母A表示原始纯铝及合金，1～9或B～Y表示改型情况，如70XX或7AXX最后两位数字用来标示同一系列中的不同合金，如7A04纯铝的表示方法当铝含量不低于99.00%时，其牌号用1XXX表示。牌号的最后两位数字表示最低铝含量，当最低铝含量精确至0.01%时，牌号的最后两位数字就是最低铝含量百分数中小数点后面的两位。牌号第二位的字母表示原始纯铝的改型情况。如果第二位的字母为A，则表示为原始纯铝；如果是B~Y的其他字母，则表示为原始纯铝的改型；与原始纯铝相比，其元素含量略有改变1A501L50铝合金的牌号命名法铝合金的牌号用2XXX~8XXX来表达。牌号的最后两位没有特殊的意义，仅用来区分同一组中不同的铝合金。牌号第二位的字母表示原始纯铝的改型情况。如果牌号第二位的字母为A，则表示为原始合金；如果是B~Y的其他字母，则表示为原始合金的改型合金；改型合金与原始合金相比，其元素含量略有改变5A022B16国际四位数字体系牌号简介牌号及成分注册登记秘书处设在美国铝业协会AA国际四位数字体系牌号组别的划分第1位数字表示组别，纯铝（含量不低于99.00%），1XXXCu，2XXXMn，3XXXSi，4XXXMg，5XXXMgSi，6XXXZn，7XXX其他元素，8XXX备用组，9XXX国际四位数字体系1XXX牌号系列1XXX组表示纯铝，其铝含量不低于99.00%；最后两位数字表示最低铝百分含量中小数点后面的两位；牌号的第2位数字表示合金元素或杂质含量极限的控制情况；如果第2位为0，则表示其杂质极限含量无特殊控制；如果是1~9，则表示对一项或一项以上的单个杂质或合金元素极限含量有特殊控制国际四位数字体系2XXX~8XXX牌号系列2XXX~8XXX牌号中的最后两位数字没有特殊意义，仅用来识别同一组中的不同合金；其第2位表示改型情况。如果第2位为0，则表示为原始合金；如果是1~9，则表示为改型合金。国际四位数字体系国家间相似铝及铝合金牌号国家间相似铝及铝合金表示某一国家新注册的，与已注册的某牌号成分相似的纯铝或铝合金。国家间相似铝及铝合金采用与其成分相似的四位数字牌号后缀一个大写英文字母（按国际字母表的顺序，由A开始依次选用，但I、O、Q除外）来命名一、纯铝纯铝具有银白色金属光泽，密度小（2.72），熔点低（660.4℃），导电、导热性能优良。抗大气腐蚀性能好，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。工业纯铝一般定为纯度为99.0％～99.9％的铝，中国定为纯度为98.8％～99.7％的铝。中国塑性变形加工工业纯铝牌号有1080、1080A、1070、107000A(L1)、1370、1060(L2)、1050、1050A(L3)、1A50(LB2)、1350、1145、1035(L4)、1A30(L4-1)、1100(L5-1)、1200(L-5)、1235等。铁和硅是其主要杂质，并按牌号数字增加而递增。纯铝中杂质含量增加，纯铝的性能有所下降。

二、铝合金的分类及热处理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可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类。铝合金分类示意图铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。

铝合金型材铝铸件2.铝合金的热处理可热处理强化变形铝合金的热处理方法：固溶处理+时效。固溶处理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。在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进行的时效称人工时效。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。温度一定时,随时效时间延长,时效曲线上出现峰值,超过峰值时间,析出相聚集长大,强度下降,为过时效。随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。含4%Cu铝合金的时效曲线

三、常用变形铝合金常用变形铝合金分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻铝合金。防锈铝合金属于不能热处理强化的铝合金冷凝器GB3190-82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1.防锈铝主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg的主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。卫星天线（LF2）汽化器（热交换管为LF21）常用的Al-Mn系合金有

LF21（3A21）其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有

LF5（5A05）其密度比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。

2.硬铝主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可进行时效强化，也可进行变形强化。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等。飞机翼梁(腹板为硬铝合金)3.超硬铝属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。时效强化效果超过硬铝合金。热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)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。飞机主起落架4.锻铝Al-Cu-Mg-Si系合金可锻性好，力学性能高，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。Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金常用牌号有LD7（2A70）、LD8（2A80）、LD9（2A90）等。用于制造150~225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。压气机叶片叶导轮美F-117隐身战斗机

（所用材料大部分是铝合金）四、铸造铝合金

Al-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

又称硅铝明。其中ZL102（ZAlSi12）是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明。在普通铸造条件下，ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次固溶体组织，以提高性能。未变质处理

经变质处理

ZL102的铸态组织加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。活塞(裙部为铝硅合金)2.Al-Cu系铸造铝合金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。常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头3.Al-Mg系铸造铝合金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)及抗空架件(ZL301)4.Al-Zn系铸造铝合金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，热裂倾向大。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。大型空压机活塞(ZL401)国内外常用铝及铝合金牌号对照表类别中国美国英国日本法国德国前苏联GBASTMBSJISNFDINГОСТ工业纯铝1A991199

A199.99RA991A97

A199.98RA971A95

A951A80

1080(1A)10801080AA199.90A81A5010501050(1B)10501050AA199.50A5国内外常用铝及铝合金牌号对照表类别中国美国英国日本法国德国前苏联GBASTMBSJISNFDINГОСТ防锈铝5A025052NS450525052A1Mg2.5Amg5A03

NS5

AMg35A055056NB65056

A1Mg5AMg5V5A305456NG6155565957

硬铝2A012036

21172117AlCu2.5Mg0.5D182A11

HF1520172017SAlCuMg1D1

2A122124

20242024AlCuMg2D16AVTV2B162319

国内外常用铝及铝合金牌号对照表类别中国美国英国日本法国德国前苏联GBASTMBSJISNFDINГОСТ锻铝2A80

2N01

AK42A902218

2018

AK22A142014

20142014AlCuSiMnAK8超硬铝7A097175

70757075AlZnMgCu1.5V95P国内外常用铝及铝合金牌号对照表类别中国美国英国日本法国德国前苏联GBASTMBSJISNFDINГОСТ

铸造铝合金

ZAlSi7Mn356.2LM25AC4C

G-AlSi7Mg

ZAlSi12413.2LM6AC3AA-S12-Y4G-Al12AL2ZAlSi5Cu1Mg355.2

AL5ZAlSi2Cu2Mg1413.0

AC8A

G-Al12(Cu)

ZAlCu5Mn

AL19ZAlCu5MnCdVA201.0

ZAlMg10520.2LM10

AG11G-AlMg10AL8ZAlMg5Si

G-AlMg5SiAL13一、纯铜纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。1.纯铜的性能

纯铜具有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。第二节铜及其合金

2.纯铜的牌号及用途纯铜的牌号用“T+顺序号”表示，如T1、T2、T3等。“T”代表纯铜，后面的顺序号越大，则其纯度就越低。纯铜由于强度硬度低，不宜制作结构零件，主要用于制造电线、电缆、铜管以及用作冶炼铜合金的原料。

铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。铜管铜冷却器二、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。法兰阀闸阀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。普通黄铜的显微组织

单相黄铜

两相黄铜

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。

黄铜制品常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe95-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，