有色金属及其合金.docx

1、有色金属及其合金第8章| 有色金属及其合金教学基本内容：1、 铝及铝合金的分类、成分与性能特点、热处理工艺及应用;2、 铜及铜合金的分类、成分与性能特点、热处理工艺及应用;3、 钛及钛合金的分类、成分与性能特点、热处理工艺及应用。教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次） ：1、 掌握铝、铜合金的分类、成分与性能特点、热处理工艺及应用；2、 熟悉合金元素对铝、铜合金的显微组织、热处理性能和使用性能的影响3、 了解钛及钛合金的分类、成分与性能特点、热处理工艺及应用。教学重点及难点：1、 重点：1）铝、铜合金的合金化的目的和热处理工艺；2）铝、铜合金的分类、成分与性能特点及选择。2、 难点：1）

2、铝、铜合金合金化的机制；2）铝、铜合金热处理工艺的制定。教学方法及手段：1、 PPT讲解;2、 课堂讲解。作业、讨论题、思考题：1、 论述铝合金、铜合金的合金化的目的和热处理工艺?2、 综述铝合金、铜合金的应用现状？第八节有色金属及其合金第一节铝及铝合金一、 纯铝1、 性能1） 用量最大的有色金属、银白色；2） 面心立方晶体、塑性好：5 = 50 % , = 80 %，适于形变加工；3） 熔点低660 C、密度小（2.7g/cm 3）为铁的1/3，是一种轻金属材料；4） 导电性和导热性较好，仅次于银和铜；5） 对大气有良好的耐蚀性（AI2O3），但对酸、碱、盐的耐蚀性差；6） 强度低6 b =

3、 80-100MPa ，冷塑变后提高到6 b = 150-200MPa 。2、 用途工业纯铝很少用于制造机械零件，多用于制作电线、电缆及要求热导、抗蚀且 受轻载的用品或器皿。3、 牌号L . + 数字序号，数字愈大其纯度愈低；“铝”二、 铝合金的分类及热处理合金化：在铝中加入某些合金元素所形成的合金。最大特点比强度高（强 度/密度之比），可用作受力构件和零件。防锈铝合金（热处理不能强化）硬铝合金（热处理能强化铝合金）形变铝合金一 超硬铝合金（热处理能强化铝合金）铝合金 一锻造铝合金（热处理能强化铝合金）*铸造铝合金三、 铝合金的热处理1） 固溶热处理（淬火）目的在水中快速冷却，获得过饱和铜（或

4、其它合金元素）的 a固溶体组织。2） 时效经固溶热处理的合金在室温（自然时效）或加热至一定温度放置（人工时效） 随时间廷长因第二相（如CuAl 2）的弥散析出，使强度提高、塑性降低的现象称为时 效强化，这种热处理方法称为时效。四、 常用铝合金1、形变铝合金1） 防锈铝合金（LF） -200 Mpa 左右（1） 成分为Al-Mn系、Al-Mg系合金，Mn、Mg的主要作用是固溶强化和提高耐蚀性。（2） 热处理：不能进行时效强化，常采用冷变形方法提高其强度 /（3） 代号：“LF +序号” LF是“铝防”的汉语拼音字首，例、LF5。（4）应用：主要用于制作蒙皮、容器和装饰等抗蚀构件。2） 硬铝（LY

5、） -300-480 MPa（1） 成分：Al-Cu-Mg系合金，加入元素铜、镁形成强化相。（2） 热处理与性能经固溶-时效处理，能获得相当高的强度，故称“硬铝”；但抗蚀性差，采用“包 铝”提高抗蚀性能；（3） 代号：“LY +序号” “LY”是“铝硬”的汉语拼音字首；例、LY11（4） 应用：主要用于制作发动机叶片、滑轮等有一定强度要求的零件和构件。3）超硬铝 （LC） 600 MPa（1 ）成分： Al-Cu-Mg-Zn 系合金，加入元素铜、镁、锌形成更多的强化相。（2）热处理固溶处理 - 人工时效，其室温强度最高；采用“包铝”提高抗蚀性能。（3）代号：“LC +序号” “LC ”是“铝超

6、”的汉语拼音字首，例、LC4。（ 4）应用：多用于制造受力大的重要构件，如飞机大梁、起落架等。4）锻铝 （LD） 400 Mpa 以上（ 1 ）成分与性能Al-Cu-Mg-Si 系和 Al-Cu-Mg-Ni-Fe 系合金，特点：多元素少量； 且具有良好的热塑性、铸造和锻造性能，适合压力加工。（ 2 ）热处理：固溶处理 -人工时效强化后，仍保持较高强度。（3） 代号：“LD +序号” “LD”是“铝锻”的汉语拼音字首；例、LD5。（4） 应用：多用于制造受重载荷的锻件和模锻件。2、铸造铝合金1）成分：具有良好的铸造性能，其成分接近共晶点。2 ）热处理（ 1 ）变质处理；（ 2 ）固溶处理（淬火）

7、 + 自然（人工）时效，提高其综合力学性能；3）代号Z L （铸铝）+序号（1 XX硅系；2 X*铜系；3 XX镁系；4 xx辛系） 例， ZL109- 表示铸造铝硅合金。4）常用铸造铝合金牌号、性能和应用代号性能应用ZL109硅铝明铸造性好、但力学性能低、6 b=140MPa、8 =4%。形状复杂的零件：仪表、气 缸体、水（油）泵壳体等。ZL201具有较咼的耐热强度。内燃机气缸盖、活塞等咼温（300 C以下）工作的构件。ZL301具有较好的耐蚀性能、咼强 度，但铸造性和耐热性差。泵体、船舰配件等大气或海 水中工作的构件。ZL401具有较高的强度、铸造性好、 价格便宜，但耐热性差。汽车、飞机上

8、形状复杂的构 件。第二节铜及铜合金一、纯铜（紫铜）1、 主要性能1） 观呈紫红色，又称紫铜；纯铜密度为 8.9g/cm 3;熔点1083 C；导电性和导 热性优良；无磁性；碰撞冲击时无火花；2） 很好的化学稳定性，在大气、淡水、冷水中具有很好的耐腐蚀性；但在海水、 氨盐、氯化物、碳酸盐及氧化性酸中抗蚀性差，表面产生绿色的碱式碳酸铜薄膜，即铜绿。3）强度较低，但塑性极好，可加工成铜箔；但纯铜加工硬化指数高，故通过冷 变形强化效果好；而且其低温韧性好，焊接性能优良。2、 应用主要用于导电导热及兼有耐蚀性要求的结构件，如电机、电器、电线电缆、电 刷、防磁机械、化工换热及深冷设备等，也用于配制各种性能

9、的铜合金。3、牌号按其纯度不同有四个牌号T1（99.95%Cu ）、T2（99 .90%Cu ）、T3（99.7%Cu ）、T4（99.5%Cu ），其常 用作导电，一般铜材及制铜合金。二、铜合金1、铜的合金化 通过合金元素固溶、淬火时效和形成过剩相来强化材料，提高合金的性能。主要固溶强化元素有Zn、Sn、Ai、Mn、Ni等；Be、Ti、Zr、Cr等为常用的沉 淀强化元素。2、铜合金的分类按成形方法分类：变形铜合金及铸造铜合金。 按化学成分分类：黄铜、青铜和白铜三大类。1）黄铜（1） 成分： 在铜中主要加入合金元素锌所形成的合金。（2） 分类 按其成分分为：普通黄铜和特殊黄铜，普通黄铜是由铜和

10、锌组成的二元合金，特殊黄铜是在普通黄铜中加入其它合金元素组成的多元合金；按加工方法分为：压力加工黄铜和铸造黄铜。（3）合金元素对黄铜性能的影响当Zn 32%时，黄铜组织为单相a固溶体，Zn% f -强度f、塑性f，可进 行冷、热加工；当32% Zn 45%时，Zn% f f强度J、塑性J加入Al、Sn、Ni、Mn等进一步提高合金强度和耐蚀性;加入Si、Pb等可提高耐磨性。(4)黄铜的牌号普通黄铜：_H_ 7 0含铜量的百分数特殊黄铜:H Pb 59-1铸造黄铜:含 Zn38% ;普通黄铜合金“铸”主加合金元素含量的百分数1%Pb含铜量的百分数主加合金元素(5)黄铜的性能和应用6 b320-60

11、0MPa , 50%，价格便宜，因此日用品都用黄铜;工程上制造弹壳、散热器、冷凝器管道等构件；特殊黄铜可用于制造防海水浸蚀的船舶机械零件，如轴承、齿轮、螺旋桨叶和 仪表，化工用耐蚀零件等。（6）经冷加工的黄铜制品存在残余应力，易发生应力腐蚀开裂，需进行去应力退火;2）青铜是指黄铜和白铜以外的其它铜合金。其中铜锡合金称为锡青铜，其它青铜称特 殊青铜。一般说，青铜的耐磨性比黄铜好，所以在机械制造中青铜用的比较多。（1 ）牌号压力加工：Q +主加合金元素符号及其含量+其它合金元素含量例 Q Sn6.5-0.1 代表Sn=6.5%,P=0.1% 的锡青铜铸造合金：ZCuSnIOPbl。（2）青铜分类、

12、性能及应用A、 锡青铜1锡青铜在大气、淡水、海水和水蒸汽中具有良好的耐蚀性，但在酸类及氨水 中其耐蚀性较差；2Sn 7%的锡青铜，由于塑性差，只适于铸造加工，且铸造性能一般（流动 性差，易形成疏松，组织不致密，但收缩小）；4青铜的耐磨性好；5力加工锡青铜多用于制造导电弹性元件和轴瓦、轴套等耐磨零件；6铸造锡青铜一般用于铸造气密性要求不高的铸件和艺术品。B、 铝青铜-在铜中主要加入合金元素铝所形成的铜合金。1比黄铜和锡青铜具有更高的强度、耐磨性和耐蚀性，并易于获得致密的铸件;2Al=5%-7% 的铝青铜塑性好，一般为压力加工铝青铜，如 ZQAl9Mn2 ；主 要用作强度和耐磨性较高的耐磨零件（齿

13、轮、蜗杆、轴套等） ；3Al=8%-10% 的铝青铜塑性低，一般为铸造铝青铜（如 QAl5 、 Qal7 ）；主要 用作仪器、仪表中的耐蚀弹性零件。C、铍青铜 在铜中主要加入合金元素铍所形成的铜合金。1铍青铜经固溶时效处理强化后，其强度 6 bmax=1250MPa , 5 =2%-4% ,疲劳抗力高，弹性好：2而且抗蚀、耐热、耐磨等性能均好于其它铜合金；3导电性和导热性优良，而且具有无磁性、受冲击时无火花等优点；4主要用于制造精密仪器、仪表的弹性元件、耐磨零件等。第三节 钛及其合金一、纯钛1、性质1）钛在地壳中蕴藏丰富，仅次于铝、铁、镁而居第四。2）纯钛为银白色金属，相对密度 4.54 ，也

14、是一种轻有色金属。钛熔点高（1680 C）、线膨胀系数小。3）具有同素异物转变。4）纯钛弹性模量低，耐冲击性好；强度与铁相似（ 6 b=220-260MPa ），比强 度很高，且具有很高的塑性（3 =50-60% ），钛的固溶强化显著，6 b可高达550MPa， 因此工业纯钛可直接用作工程结构材料。5）钛具有较好的低温塑性，在550 C以下有较好的耐热性，故钛还常用作低温 材料和耐热材料。6）在大气、海水、高温气体（550 C以下）及中性和氧化性介质中具有极高耐 蚀性，高于不锈钢；但高温高浓度盐酸和硫酸、干燥氯气、氢氟酸和高浓度磷酸等介质对钛有较大 的腐蚀作用。2、纯钛的应用工业纯钛（a -Ti）因其密度小，耐蚀性优异，而更重要的是其力学性能良好， 因此是航空航天、船舶、化工等工业中常用的一种结构材料。常用于制造350 C以下及超低温下工作的受力较小的零件及冲压件，如飞机蒙皮、构架、隔热板、发动机部件、柴油机活塞、连杆及耐海水等腐蚀介质下工作的 管道阀门等。二、钛合金及分类1、热处理1)退火：提高合金塑性和韧性，消除应力及稳定组织； 2)淬火时效：相变强化合金。2、钛合金的性能特点与应用1 ) a型钛合金(1 )牌号： TA5、TA6 、TA7(2 )组织：a单相固溶体或a固溶体加微量金属间化合物；( 3 )热