工程材料 第四章 有色金属

工程材料第四章有色金属第1页，共26页，2023年，2月20日，星期一有色金属4.3第2页，共26页，2023年，2月20日，星期一

4.3.1铝及铝合金P.83

特点：比强度高，比刚度大（相当于高强度钢与超高强度钢）抗腐蚀性、工艺性良好、塑性好。

航空上主要用于飞机的蒙皮、隔框、长梁、桁条和锻、铸件等。一架波音747客机，需要消耗约18.6吨铝；

航天技术上主要用于气动加热温度在150℃以下的运载火箭和宇宙飞行器，也用在卫星、航天飞机等其他航天器结构上。

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熔点为660℃,面心立方晶格,无同素异构转变。具有高导电性、导热性，比重轻2.7克/厘米3。在大气中易氧化，但抗蚀性良好。

旧牌号：L1～L7

L即“铝”。数字：序号，越大杂质越多。

新牌号:1XXX

X：数字或字母

XX：数字（代表纯度）

用途：铝箔、蜂窝、电线、电缆和生活用品等。

纯铝是极其柔软的金属，塑性好，但强度

不高，不易做承力结构材料使用。纯铝第4页，共26页，2023年，2月20日，星期一第5页，共26页，2023年，2月20日，星期一1、

铝合金的编号方法 根据GB/T16474-1996《变形铝及铝合金牌号表示方法》，凡是化学成分与变形铝合金国际牌号注册协议组织命名的合金相同的所有合金，其牌号直接采用国际四位数字体系牌号。未与国际四位数字体系牌号的变形铝合金接轨的，采用四位字符牌号）。

四位字符牌号的第一、第三、第四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母。第一位数字表示铝合金组别，第6页，共26页，2023年，2月20日，星期一2XXX Al-Cu系，3XXX Al-Mn系，4XXX Al–Si系，5XXX Al–Mg系6XXXAl–Mg-Si系，7XXX Al–Zn系，8XXXAl-其他元素，9XXX 备用系。如：第7页，共26页，2023年，2月20日，星期一表4-8铝合金分类及编号（1）示例分类铸造铝合金ZL102ZL101ZL107ZL105，ZL110ZL109ZL201ZL301ZL401合金名称简单铝硅合金

特殊铝硅合金铝铜铸造合金铝镁铸造合金铝锌铸造合金铝稀土铸造合金合金系Al–SiAl–Si-MgAl–Si–CuAl-Si–Mg–CuAl-Si–Mg–Cu–NiAl-–CuAl-–MgAl–ZnAl–Re

第8页，共26页，2023年，2月20日，星期一Al–-MnAl-–MgAl-Cu-MgAl-Cu-Mg-ZnAl-–Mg-Si–CuAl-Cu-Mg--Fe-Ni变形铝合金不可热处理强化防锈铝3A21(LF21)5A05 (LF10)可热处理强化硬铝2A11 (LY11)2A12 (LY12)超硬铝7A04 (LC4)7A09 (LC9)锻铝2A14 (LD10)2A50 (LD5)2B70 (LD7-1)2A80 (LD8)表4-8铝合金分类及编号（2）第9页，共26页，2023年，2月20日，星期一1.防锈铝合金

特点：抗蚀好、易于加工成形和焊接。但不能热处理强化，强度较低。

用途：要求抗腐蚀及受力不大的零部件，如油管、油箱等。

合金系：Al-Mn系和Al-Mg系。4.3.2变形铝合金第10页，共26页，2023年，2月20日，星期一用途：制造飞行器各种承力构件，如蒙皮、壁板、桨叶、活塞及火箭上的液体燃料箱等。2.硬铝合金特点：具有强烈的时效硬化能力。强度高,抗蚀性和焊接性能较差。合金系：A1-Cu-Mg和A1-Cu-Mn系。第11页，共26页，2023年，2月20日，星期一性能：强度高于硬铝，故称超硬铝合金，应用：飞机结构件，如翼梁、螺旋桨叶、起落架等。

合金系：在硬铝的基础上再加锌3.超硬铝合金第12页，共26页，2023年，2月20日，星期一4.锻造铝合金性能：锻铝具有良好的热塑性、焊接、抗蚀、冷加工等性能。应用：中等强度锻件。合金系：以Al-Mg-Si系为主。第13页，共26页，2023年，2月20日，星期一

铸造铝合金的优点是比重小，比强度较高，并有良好的抗蚀性和铸造工艺性。铸造铝合金按成分不同可分为以下五类：4.3.3铸造铝合金第14页，共26页，2023年，2月20日，星期一Al-Si系合金

铝硅合金又称为硅铝明，

特点：这类合金具有优良的铸造性能。加入Cu、Mg、Mn等元素使合金强化，并通过热处理进一步提高机械性能。

如ZL-105抗拉强度可达230Mpa。铝硅合金广泛应用于各种形状复杂的铝铸件等，该系合金可做内燃机活塞、汽缸体、汽缸头、汽缸套，及轮缘、刹车毂、电机壳、仪表壳体等。铝硅合金占铸铝总产量的50%以上。第15页，共26页，2023年，2月20日，星期一2.Al-Cu系合金

特点：有较高的强度，适合在较高温度下工作。

如ZL-201热处理后的抗拉强度为330MPa。强度值相当于较好的灰口铸铁，比强度超过铸铜。含镍、锰的铝铜合金有较好的耐热性，工作温度可达300℃，铝铜合金用于强度要求较高，在较高温度下工作的零件，如工作温度较高的发动机活塞。第16页，共26页，2023年，2月20日，星期一3.Al-Mg系合金

铝镁合金属于高强和高耐蚀性合金，化工部门、造船工业应用较多。缺点是耐热性和铸造工艺性较差。第17页，共26页，2023年，2月20日，星期一4.Al-Zn系合金

这类合金的特点是具有自淬火效应，铸造成型后即可进行人工时效。由于省去了淬火工序，铸件的内应力大为减小，适于制造要求尺寸稳定性高的铸件。如仪表零件，医疗器械等。第18页，共26页，2023年，2月20日，星期一5.Al-Re系合金

Re表示稀土元素。这类合金由于是以A1-Si系为基础，所以具有良好的铸造工艺性和耐热性。目前用它制作柴油机、拖拉机发动机活塞，使用寿命比一般铝合金活塞高七倍以上。

铸造铝合金牌号用ZAl表示“铸铝”后标注合金元素及百分含量。铸铝也常用代号表示，在ZL后有三位数字：第一位代表合金系，其余为合金顺序号。第19页，共26页，2023年，2月20日，星期一1.比强度高：钛合金的σb可达1500MPa，可与超高强度钢媲美，而比重只有钢的一半，比强度是常用工程材料中最高的。

2.热强度高：钛合金可在550℃以下工作，可望提高到800℃，断裂韧性也较高，优于铝合金和一些结构钢。4.3.5纯钛和钛合金P.87

纯钛熔点1667℃,比重4.5g/cm3,室温下为密排六方结构,882.5℃以上为体心立方结构。钛合金的主要优点是：第20页，共26页，2023年，2月20日，星期一3.低温性能好：钛合金低温韧性很好，在-253℃时仍具有良好的韧性，是唯一能在超低温下使用的工程金属。

4.抗蚀性好：钛在大气、水、海水、硝酸、稀硫酸等腐蚀介质中的抗蚀性优于不锈钢。例如，某冷凝管在海水中试验16年之后，尚未出现腐蚀现象。钛合金的主要优点第21页，共26页，2023年，2月20日，星期一

钛合金的主要缺点是工艺性差，另外，钛合金成本高，应用受到限制。

钛合金导热系数小、摩擦系数大、切削性差；钛合金的弹性模量小，变形时回弹大，σ0.2/σb比值高，冷变形困难；钛合金硬度低，不耐磨，不能作抗磨结构件。

第22页，共26页，2023年，2月20日，星期一分类及牌号（按组织分）：α型(TA)β型(TB)α+β型(TC)第23页，共26页，2023年，2月20日，星期一

用于制造工作温度不超过400℃的各种飞机结构和发动机零部件。如发动机压气机盘、叶片，蒙皮等。

液体燃料火箭的储氢罐也是钛合金制造的，其工作温度为-253℃。

许多民用领域如氯碱化工业及海水用泵、阀、管道、换热器、冷凝器等，也广泛采用钛合金，并取得了良好的经济效益。应用第24页，共26页，2023年，2月20日，星期一4.3.6镁合金P.88

特点：

轻：用量较大的工程金属材料中密度最小，为1.8g/m3，约为铝合金的2/3，钛合金的1/3，钢的1