非铁金属材料概述

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1、非铁金属材料概述n铁及其合金-黑色金属 除钢铁以外所有其它金属材料非铁金属材料 有色金属 n种类很多: 轻金属 密度3.5 Cu, Pb, Zn, Sn, Ni 贵金属 Au, Ag, Pt 稀土金属 RE（Y，Sc + La系元素） 稀有金属 Li, Ti, Nb, V, Mo, W, Zr 放射金属 Ra, Th, Uu 使用量较少；但作用很大; 且极高价值 Al, Mg, Ti及其合金 比重小，航空、航天、航海； Cu, Al, Ag及其合金 导电性好，电力电工、电子、 半导体、超导; Ni, Mo, Nb, Co 耐高温， 火箭、发动机、高 温结构材料; Cu, Ti及其合金 优良的耐

2、蚀性，石油、化工、 航海、军舰; Ra, U, Th 原子能发电与核燃料。n新型工业的发展，生产技术朝着高温、低温、高压、高 速、强腐蚀工作条件发展，有色金属材料的发展也很快; n 我国有色金属资源丰富，但生产技术与国外有明 显的差距; n 主要内容 Al 及其合金 Mg 及其合金 Cu 及其合金 Ti 及其合金第八章 铝及其合金工业纯铝 铝合金概述 变形铝合金 铸造铝合金 8. 1 工业纯铝一. 特性 l轻，可作为各种轻质结构材料的基本组元； l导电、导热性能好（仅次于Ag, Cu）； l塑性好，可冷热加工； l抗大气腐蚀性好； l强度很低（b 80100MPa）, 冷变形后为150MPa

3、250MPa，但收缩率明显下降。 二. 分类 其牌号是根据杂质的含量来编制的。 l高纯铝 L04L01, Al=99.93%;用于科研化工及其它特殊 用途 。 l工业高纯铝 L0，L00, Al=99.85% ;用于高纯铝的生产。 工业纯铝 L1L7, Al=98% ; 用于铝合金、电线电缆和日常 器皿生产。三. 用途 l制作电线电缆； l具有导热和抗大气腐蚀性而对强度要求不高 的一些用品与器皿。8.2 铝合金概述一. 铝合金中的合金元素 对铝进行合金化，可大幅度提高其强度; 主要合金元素有Cu、Mg、Si、Zn、Mn、Li； 辅加的微量元素有Ti、V、B、Ni、Cr、Re等，杂质元素 有Fe

4、等。 不同的合金元素在铝合金中形成不同的合金相，起着不同 的作用。1铝基固溶体 l 合金元素与铝均形成有限固溶体，主要合金元素在铝中 的极限溶解度见表： 如Mn、Mg、Zn等二元系均不产生沉淀强化相，主要 溶于铝基固溶体, 起固溶强化作用。 Al-Mg二元合金相图Al-Mn二元合金相图Al-Zn二元合金相图2. 铝合金中的沉淀强化 沉淀强化相应满足以下的基本条件： 1）硬度高的质点； 2）在铝基固溶体中高温下有较大的溶解度；能析出较大体 积分数的沉淀相： 3）在时效过程中，沉淀相具有一系列介稳相, 并且是弥散分 布，与基体形成共格，在周围基体中产生较大的共格应变 区 。例如：Al-Cu 合金中

5、， -CuAl2， Al-Cu-Mg合金中， S相（Al2CuMg）； Al-Zn-Mg系合金中，-MgZn2，T-Al2Mg3Zn3； Al-Si-Mg系中，出现 （Mg2Si） Al-Li系中， （AlLi）Al-Cu二元合金相图3. 铝合金共晶中的过剩相（强化 ）共晶中的第二相不溶于铝基固溶体，又称为过剩相 ，其数量达到一定量时可提高合金的强度和硬度， 过高会降低韧性。 4. 铝合金中的微量元素及微合金相 铝合金中添加微量元素Ti、Zr和Re，可形成难熔金 属间化合物，在合金结晶过程中起非自发形核核心 作用，细化晶粒，产生细晶强化。 一般相图类型变形铝合金铸造铝合金二. 铝合金的组织特点

6、与分类 n组织类型 : 单相组织或+第二相组织 l根据Al合金的成分与生产工艺特点:分两类 ： 1）变形铝合金 合金元素含量2.5%, 出现T相（CuMg4Al6）和 Mg2Al3相，时效强化作用小 ； Cu/Mg=8, 强化相以为主； Cu/Mg=4 8，强化相以+S为主； Cu/Mg=1.5 4, 强化相以S为主。3. 分类 l低合金硬铝（铆钉硬铝） LY1，LY3，LY10合金 Mg, Cu%较低，有较高塑性，但强度较低，时效 速度慢。 l标准硬铝 可淬火（过饱和固溶）时效，强度提高； LY11 生产半成品，叶片，大型铆钉。 l高合金硬铝 较多的Cu, Mg%，具有良好的耐热性，强度高，

7、 但塑性及承受冷热加工能力差。LY12 可用作航 空模锻件（蒙皮、骨架、肋）和重要的销轴。（ T150 ）。 l耐热硬铝 较多的Mn, Mg，强化相S，外，还有 Al19Mg2Mn，可制做250-300 工作的飞机零件 。 三. 超硬铝合金成分：Al-Zn-Mg-Cu系合金，强度最高； 牌号：LC3，LC4，LC5，LC6，LC9 。 强化相：除S，外，还存在强化效果很大的MgZn2相及 Al2Mg3Zn3相 性能：强度高（淬火+120时效），但 抗蚀性差（包铝），组织稳定性不好，工作温度小于 120 用途：可作结构中的主要受力件，如飞机大梁， 桁架，加强框等 。超硬铝合金牌号与成分四. 锻铝

8、合金l合金系 Al-Mg-Si, Al-Mg-Si-Cu（普通锻铝合金） Al-Cu-Mg-Ni-Fe （耐热锻铝合金） l牌号：LD2，LD5，LD6，LD10；LD7，LD8，LD9 l性能：良好的热塑性，较高的机械性能； l强化相： Mg2Si; S；等； l用途：制作形状复杂的大型锻件铝合金。 8. 4 铸造铝合金l 应具有高流动性，较小收缩率,热裂、缩孔和疏松倾向小- -良好的铸造性能。 l 共晶合金或合金中有一定量共晶组织 l 常用合金系 Al-Si ZL101, 102, 104, Al-Cu ZL201, 202, 203 Al-Mg ZL301, 302 Al-Zn ZL40

9、1, 402 u 铸造铝合金性能lAl-Si系 ZL10x 最好的铸造性能、中等强度和抗蚀 性，应用最广泛。 lAl-Cu系 ZL20x 最高的高温和室温性能，适于制 造大负荷或耐热铸件，但铸造性能和抗蚀性较差。 lAl-Mg系 ZL30x 有最好的抗蚀性和较高的强度， 但铸造、耐热性能差，适于抗蚀、耐冲击和表面装饰 性高的铸件。 lAl-Zn系 ZL40x 铸态下的高强度铝合金，在强度 、抗蚀性和铸造性能，均中等。一. Al-Si及Al-Si-Mg合金l Al-Si系铸造合金用途很广; l ZLl02二元铸造合金，具有共晶组织。（Si10-13%）ZL102的显微组织未变质变质处理l共晶组织

10、中硅晶体呈粗针状或片状，过共晶合金中还有少 量初生硅，呈块状-塑性较低，不实用，需要细化组织；l一般需要采用变质处理，以改变共晶硅的形态，使硅晶体 细化和颗粒化； l常用的变质剂为钠盐； l 加入1%-3%(质量分数)的钠盐混合物（2/3NaF + 1/3NaCl）、（ 25% NaF + 62% NaCl + 13KCl）。n变质机理 1）钠原子在结晶硅的表面有强烈偏聚，降低硅的生长速 度并促使其发生分枝或细化; 2）使铝硅合金变为亚共晶组织； 加入变质剂后, 共晶温度由577降为564 , 共晶成 分由11.7% Si变为14.0% Si ZL102的强度不算高，但流动性好，可生产形状复杂

11、、 薄壁、受力不大的精密铸件。 加钠盐对Al-Si合金凝固过程的影响示意图l ZL102二元合金中加入合金元素，如Cu, Mg, Mn等，在铸态或在热处理过程中形成不同形式的强化相 如Mg2Si, CuAl2 , Al2CuMg, 以提高强度。 l常用来制造形状复杂性能要求较高的零件 。如 ZL104 发动机气缸、机匣 ZL108、ZL109 铸造铝合金活塞。 （轻，抗蚀性好，线膨胀系数小，强度硬度较高，耐 磨性较好） 二. 铝铜系铸造铝合金l合金中只有少量的共晶体，故铸造性能不好，抗蚀性也较差; Cu太高，韧性不好 l 主要强化相为CuAl2 l 具有较高的强度和热稳定性，适于制作大负荷的铸

12、造 耐热件 l ZL201 l ZL202 l ZL203三. 铝镁铸造合金l优点：比重小，强度和韧性较高，并具有优良的耐蚀 性、切削性和抛光性； l缺点：铸造性能较差；耐热性较差。 lZL301，ZL302 ZL301应用广泛，其综合性能最好。 组织：Al固溶体+少量Al8Mg5 制作承受冲击载荷、耐海水腐蚀、外形不太复杂、便 于铸造的零件，如舰船和动力机械零件。四. 铝锌铸造合金l铸态下的高强度铝合金 l常用牌号为ZL401, ZL402加入硅的主要目的是提高铸造性能。n 主要性能自然时效后具有较高强度； 铸造性能好，切削性能好； 抗蚀性较差（比Al-Si, Al-Mg铸造合金）； 热裂倾向大； 常用于汽车、拖拉机的发动机零件（T200 ）。