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1、第八章有色金属及合金第八章有色金属及合金通常把铁及其合金钢、铸铁称为黑色金属资通常把铁及其合金钢、铸铁称为黑色金属资料，而把非铁金属及其合金称为有色金属资料。料，而把非铁金属及其合金称为有色金属资料。与黑色金属相比，有色金属具有许多优良特性，例如与黑色金属相比，有色金属具有许多优良特性，例如铝、镁、钛及其合金具有密度小，比强度高的特点，铝、镁、钛及其合金具有密度小，比强度高的特点，在飞机，汽车制造等工业中运用非常广泛；又如银、在飞机，汽车制造等工业中运用非常广泛；又如银、铜、铝及其合金的导电性导热性好，是电器，仪表工铜、铝及其合金的导电性导热性好，是电器，仪表工业不可短少的资料。虽然有色金属业
2、不可短少的资料。虽然有色金属运用量少，在机械运用量少，在机械制造业中仅占制造业中仅占4.5%左右，但它是现代工业中不可短少左右，但它是现代工业中不可短少的资料。的资料。主要用途：主要用途：电线、电缆4、抗大气腐、抗大气腐蚀好，其外表有一好，其外表有一层致密的氧化膜。致密的氧化膜。3、面心立方晶格，、面心立方晶格，强度低度低b=80-100MPa，塑塑性好性好=80%，可以，可以经过压力加工成各种型材，与其力加工成各种型材，与其面心立方晶体有关。面心立方晶体有关。2、导电性和性和导热性好，性好，仅次于次于银、铜、金居第四位。、金居第四位。特性：特性：1、熔点低，比重小。熔点、熔点低，比重小。熔点
3、为660.4密度密度2.72第一第一节铝及其合金及其合金一、工一、工业纯铝牌号：工牌号：工业纯铝牌号有牌号有L1L2.L7数字大数字大纯度低度低高高纯铝L01L02L04数字大数字大纯度高。度高。二、二、铝合金及合金及强化方法化方法一概述一概述1、合金化、合金化在在纯铝中参与中参与Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素，等元素，经热处置可使置可使强度比度比纯铝提高提高34倍。倍。2、铝合金形状合金形状图普通式普通式共同特点是：根本相都是共同特点是：根本相都是铝基基固溶体和固溶体和共晶体。其中共晶体。其中为固溶体或化合物。固溶体或化合物。3、铝合金的分合金的分类及特性及特性根据加工工根据加工工艺特性
4、和合金元素含量可分特性和合金元素含量可分为两大两大类。即，即，变形形铝合金和合金和铸造造铝合金。合金。变形形铝合金：具有良好的塑性，可合金：具有良好的塑性，可进展展锻造、造、轧制、制、挤压等等压力加工。力加工。铸造造铝合金：流合金：流动性好，宜性好，宜铸造，不宜造，不宜压力加工。力加工。Al合金含量合金含量SiMgCu等等温度温度DL + 变形铝合金变形铝合金铸造铝合金铸造铝合金热处置不能强化热处置不能强化热处置能强化热处置能强化D/F +L铝合金普通相图铝合金普通相图1、热处置置强化化强化方法：固溶化方法：固溶处置置时效效强化。化。固溶固溶处置：将合金加置：将合金加热到溶解度曲到溶解度曲线以
5、上某一温以上某一温度，得到度，得到单一的固溶体一的固溶体组织，然后在水中迅速冷却，然后在水中迅速冷却，使第二相来不及析出，构成使第二相来不及析出，构成过饱和固溶体。和固溶体。这种种处置置的方法称固溶的方法称固溶处置。置。时效效强化：固溶化：固溶处置的合金在置的合金在较低温度下随低温度下随时间的延伸的延伸发生生进一步一步强化的景象化的景象(强度和硬度上升称度和硬度上升称时效硬化或效硬化或时效效强化。化。二二铝合金合金强化方法化方法自然失效：在室温下自然失效：在室温下进展的展的时效称自然效称自然时效效强度可以到达度可以到达400MN/m2，人工失效：在加人工失效：在加热条件下条件下进展的展的时效称
6、人工效称人工时效效100200C。人工人工时效的效果不如自然效的效果不如自然时效效果好，但效效果好，但时间短。短。例：含例：含4Cu的的铝合金，固溶合金，固溶强化后化后强度度为250MPa自自然失效后然失效后45天到达天到达400MPa。强化机理：化机理：在在铝的的过饱和和固溶体晶格内构成固溶体晶格内构成溶溶质原子富集区及原子富集区及铝化物且与化物且与固溶体固溶体坚持共格关系，持共格关系，使得晶格使得晶格严重畸重畸变，使位，使位错运运动遭到妨碍，提高了合遭到妨碍，提高了合金的金的强度。度。2、对变形形铝合金合金经过冷冷变形加工硬化，使形加工硬化，使强度提高。度提高。3、固溶、固溶强化化合金元素
7、溶入合金元素溶入铝晶格中构成有限固溶晶格中构成有限固溶体，使合金体，使合金强度提高。如硅度提高。如硅铜镁锰等。等。4、参与、参与蜕变剂，进展展蜕变处置置细晶晶强化。化。例：例：AlSi铸造合金，造合金，浇铸前参与前参与23钠盐混合混合物物2/3NaF+1/3NaCl-蜕变剂，结晶晶时产生大量晶生大量晶核，核，获得得细晶粒，合金的晶粒，合金的强度和塑性都得以提高。度和塑性都得以提高。铝硅合金硅合金蜕变处置前置前铝硅合金硅合金蜕变处置后置后特点：合金元素少，特点：合金元素少，热处置置强化不起作用，只能化不起作用，只能用加工硬化的方法用加工硬化的方法强化。化。三、常用三、常用铝合金合金铝合金分合金分
8、为两大两大类：变形形铝合金、合金、铸造造铝合金合金一一变形形铝合金合金变形形铝合金按其性能和用途分合金按其性能和用途分为：防：防锈铝合金、硬合金、硬铝合金、超硬合金、超硬铝合金和合金和锻铝合金。合金。1、防、防锈铝主要合金元素：主要合金元素：Mn，Mg常用牌号：常用牌号：LF5、LF11、LF21等等L铝F防防锈数字数字顺序号序号用途：制造油箱、油管等。用途：制造油箱、油管等。用途：制造用途：制造铆钉、螺旋、螺旋桨叶片等。叶片等。3、超硬、超硬铝合金合金特点：可用特点：可用热处置置时效效强化，也可冷化，也可冷变形加工硬化。形加工硬化。2、硬、硬铝合金合金主要合金元素：主要合金元素：CuMg常用
9、牌号：常用牌号：LY1、LY11等。等。L铝Y硬硬数字数字顺序号序号主要合金元素：主要合金元素：ZnMgCu常用牌号常用牌号:LC4LC6L铝C超硬超硬数字数字顺序号序号特点：特点：这类铝合金是合金是经固溶固溶处置和置和时效硬化后效硬化后强度最度最高的一种高的一种铝合金。合金。用途：制造用途：制造飞机大梁、蒙皮等。机大梁、蒙皮等。特点：具有良好的特点：具有良好的锻呵斥型性，可固溶呵斥型性，可固溶处置置+人工人工时效效强化。化。用途：制造直升用途：制造直升飞机的叶片、航空机的叶片、航空发动机活塞。机活塞。4.锻铝合金合金主要合金元素：主要合金元素：MgSiCu,CuMgNi常用牌号：常用牌号：L
10、D5LD7L铝D锻造造数字数字顺序号序号四、四、铸造造铝合金合金用途：用途：铸造造铝合金主要用于制造重要的外形复合金主要用于制造重要的外形复杂的的铝合金零件，例如汽合金零件，例如汽车、迁延机、迁延机发动机的活塞等。机的活塞等。合金系：合金系：AlSiAlCuAlMgAlZn牌号表示方法：字母牌号表示方法：字母“ZL三位数字三位数字ZL铸铝;第一位数字表示合金第一位数字表示合金类别1表示表示铝硅系，硅系，2表示表示铝铜系系3表示表示铝镁系，系，4表示表示铝锌系系第第二、三位数字表示二、三位数字表示顺序号。序号。例如：例如：ZL102、ZL202、LZ302等。等。特点：特点：铸造性能好造性能好A
11、l-Cu合金差合金差1、工、工业纯铜又称紫又称紫铜物理性能：密度物理性能：密度为8.93g/cm3，熔点，熔点为1083，呈，呈面心立方晶格，表面心立方晶格，表现出出优良的冷、良的冷、热压力加工性能，力加工性能，导电、导热性能好性能好。强度低，不能作度低，不能作为构造构造资料运用。料运用。运用：运用：电线、电缆第二第二节铜及合金及合金2、黄、黄铜：化学成分：主要元素是化学成分：主要元素是铜和和锌。含。含锌量量050。呈淡黄色。呈淡黄色。性能特点：性能特点：强度高比度高比铝合金高；耐磨性和耐合金高；耐磨性和耐海水腐海水腐蚀性好，都性好，都优于于铝合金和碳合金和碳钢。黄黄铜普通黄普通黄铜CuZn合
12、金，合金，H59、H62、H70等等H黄黄铜数字数字Cu%运用：水管、油管、散运用：水管、油管、散热器等。器等。特殊黄特殊黄铜普通黄普通黄铜根底上参与根底上参与AlMnPbSi进一步提高一步提高强度、硬度、耐磨性和度、硬度、耐磨性和耐耐蚀性。性。牌号：牌号：HPb59-1表示含表示含铅黄黄铜，Cu%=59Pb%=1运用：制造船舶、化工中的高运用：制造船舶、化工中的高强耐耐蚀零件零件钟表、机械的表、机械的轴瓦耐瓦耐磨零磨零件等件等分分类、牌号及运用：、牌号及运用：3、青、青铜主要成分：主要成分：Cu-Sn合金，运用最早合金。近代又合金，运用最早合金。近代又开展了含开展了含Al、Si、Be、Mn、
13、Pb的的铜合金，合金，习惯上也上也都称都称为青青铜。特性：具有极高的耐磨性并耐特性：具有极高的耐磨性并耐蚀性好。性好。牌号：牌号：Q+元素符号含量元素符号含量QSn4-3QAl5ZQSn10-5等等3Zn5Pb运用：耐磨件如运用：耐磨件如齿轮、轴套、套、蜗轮，仪器上的器上的弹簧，耐磨和抗磁零件簧，耐磨和抗磁零件理想的理想的轴承合金的承合金的组织应是是软基体上均匀分布着基体上均匀分布着硬硬质点。点。软的基体被磨的基体被磨损下凹，可下凹，可储存光滑油并构成存光滑油并构成延延续的油膜；硬的油膜；硬质点那么凸起来支撑点那么凸起来支撑轴颈，使，使轴承和承和轴颈的的实践接触面践接触面积小，减小摩擦。如小，
14、减小摩擦。如图示：示：第三第三节滑滑动轴承合金承合金用于制造滑用于制造滑动轴承及其内承及其内衬的合金的合金一、性能要求一、性能要求1、要求、要求轴承合金必需具有足承合金必需具有足够的抗的抗压强度和疲度和疲劳强度。度。2、足、足够的塑性和的塑性和韧性。性。3、低的摩擦系数、低的摩擦系数4、良好的、良好的导热性和小的膨性和小的膨胀系数。系数。二、分二、分类及主要成分及主要成分锡基基轴承合金承合金Sn+锑Sb和和铜铅基基轴承合金承合金Pb+Sb+Sn+Cu还有有铜基基轴承合金、承合金、铝基、等基、等四、工四、工业中常用的中常用的轴承合金承合金工工业上称巴氏合金巴比特合金上称巴氏合金巴比特合金锡基和基
15、和铅基基轴承合金承合金锡锑合金合金ZchSnSb11-6铅锑合金合金ZChPbSb16-16-2(16%Sb,16%Sn,2%Cu)三、牌号表示方法：三、牌号表示方法：ZCh+根本元素符号主加根本元素符号主加元素符号含量元素符号含量辅加元素平均含量加元素平均含量例：例：ZChSnSb11-6ZCh铸造造轴承承Sn根本元素是根本元素是锡Sb11锑含量含量为116铜含量含量6软基体是基体是Sb溶于溶于Sn构成的固构成的固溶体呈暗黑色；溶体呈暗黑色；硬硬质点是点是SnSb,相呈白方相呈白方块用途：用途：浇注大型机器的注大型机器的轴瓦，如气瓦，如气轮机机发动机等高机等高速速轴瓦。巴氏合金熔点和瓦。巴氏
16、合金熔点和强度均度均较低，接受不了大的低，接受不了大的压力，消力，消费上常用离心上常用离心浇注法将它注法将它们镶铸在在08F钢轴瓦瓦上，制成所上，制成所谓“双金属双金属轴承。承。以以铝铜合金合金为例例，获得得过饱和和的的固固溶溶体体。其其强度度可可以以到到达达250MN/m2。时效效强化化：固固溶溶处置置的的合合金金随随时间的的延延续而而发生生进一一步步强化化的的景景象象称称时效效硬硬化化或或时效效强化化。例例如如：固固溶溶处置置的的合合金金，假假设在室温放置在室温放置4-5例如例如4%Cu的的铝合金加合金加热到到相区相区中某一温度，中某一温度，经过一一段段时间保温，使保温，使获得得单一的一的
17、固溶体固溶体组织，然后投入水，然后投入水中快速淬火，使次生相中快速淬火，使次生相CuAl2来不及从来不及从中析出中析出第八章第八章结结束束时效过程：分四个阶段：时效过程：分四个阶段：第一阶段，构成第一阶段，构成GP1区，溶质原子的富集，引起晶格畸变，区，溶质原子的富集，引起晶格畸变，位错受阻，强度提高。位错受阻，强度提高。第二第二阶段，构成段，构成GP11，Gp区有序化区有序化,随着原子的随着原子的进一步富集，一步富集，原子有序的原子有序的陈列起来，成分构造接近列起来，成分构造接近CuAl2，称，称“，与母相共，与母相共格，引起晶格格，引起晶格进一步畸一步畸变，位，位错进一步受阻，一步受阻，强
18、度度进一步提高。一步提高。第三第三阶段，构成段，构成过渡相渡相，溶，溶质原子原子继续富集，化学成分逐富集，化学成分逐渐到达到达CuAl2的化学成分，部分与母相脱离共格的化学成分，部分与母相脱离共格联络，晶格畸，晶格畸变减减轻，对位位错妨碍减少，合金妨碍减少，合金趋向向软化。化。第四第四阶段，段，相构成与相构成与长大，构成大，构成稳定的定的CuAl2。与母相完全。与母相完全脱离共格脱离共格联络，晶格畸，晶格畸变大大为减减轻，强化效果化效果显著减弱，合著减弱，合金金发生生软化，化，这种景象称种景象称“过时效效“。实践践上上，时效效过程程不不一一定定全全部部包包括括以以上上四四个个阶段段，自自然然时效效只需一二只需一二阶段，人工段，人工时效只能察看到三、四效只能察看到三、四阶段。段。二、钛及其合金二、钛及其合金纯钛是灰白色轻金属，密度为4.507g/cm3, 熔点为1668 钛在固态下有两种晶体构造，882.5 以上为 Ti呈体心立方晶格， 882.5 以下为-Ti呈密排六方晶格。这种转变对钛合金的强化具有重要的意义。钛合金具有分量轻、比强度高，耐蚀性好，耐高低温性能好等优点，在航空、宇航、造船机械化工等方面都有宽广开展前景。例如制造人造卫星外壳、火箭发动机壳体、宇宙飞船船舱等。
