第九章 有色金属及其合金

第九章有色金属及其合金重点要求：熟悉常用Al、Cu合金的牌号、成份、热处理工艺、组织、及其应用。一般了解轴承合金。第一节概述1.定义:除黑色金属(钢、铁)以外的所有金属。2.性能特点:具有独特的性能。3.分类重金属(密度＞3.5);Cu、Ni等。轻金属(密度＜3.5);Al、Mg等。贵重金属;Au、Ag、Pt等。稀有金属;W、Ti、Ra、Nb等。半金属;Si、Te、B等。第二节铝及铝合金1、工业纯铝工业纯铝牌号L+顺序L1～L7熔点660℃，密度2.7g/cm3。力学性能：σb=80～100Mpa，δ=30～50%，比强度高。导电导热性好，耐大气腐蚀。塑性好、可冷成型。做散热器、器皿、导线、电缆等。2．铝合金（1）分类和强化分类——形变铝合金、铸造铝合金强化方法：形变强化固溶—时效强化变质处理。-CuAl2时效强化:淬火后合金强度硬度随时间延长而显著升高.时效工艺：固溶处理（水冷淬火）→过饱和固溶体时效过程——过饱和固溶体分解，析出强化相。时效效果：时效温度越高，则速度越快，但强化效果小。自然时效——在室温经过数天时间停留完成时效。人工时效——加热至100~200℃，保温一定时间。AL-Cu合金自然时效曲线Al-Cu合金的人工时效曲线1.防锈铝—用“铝”和“防”二字的汉语拼音第一个字母“L”和“F”加顺序号表示，如五号防锈铝用LF5表示。LF21(3A21)等。优良的抗腐蚀性能,因而得名防锈铝合金，还具有良好的塑性与焊接性，适宜压力加工和焊接。机械性能较低，可用冷加工方法使其强化。切削加工工艺性能差，故适用制作焊接管道、容器、铆钉以及其它冷变形零件。2.硬铝—用“铝”和“硬”二字的汉语拼音首字母“L”和“Y”加顺序号表示，如十二号硬铝用LY12表示。LY1（2A01）LY11（2A11）等。铝-铜-镁系合金应用较早，用途很广。有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，故铝-铜-镁系合金总称为硬铝合金。这类合金具有优良的加工工艺性能，可以加工成板、棒、管、线、型材及锻件等半成品，广泛应用在航空，汽车和机械中。3.超硬铝—用“铝”和“超”二字的汉语拼音首字母“L”和“C”加顺序号表示，如四号超硬铝用LC4（7A04）表示。LC9（7A09）铝-锌-铜系合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度达500～700MPa，超过高强度的硬铝LY12合金(400-430MPa)，故称为超硬铝合金。应用在航空飞机大梁，起落架等承受重载的零部件。4.锻铝—用“铝”和“锻”二字的汉语拼音首字母“L”和“D”加顺序号表示，如五号锻铝用LD5（2A50）表示。LD7（2A70）LD10（2A14）。铝-镁-硅-铜系合金具有优良的锻造工艺性能，主要用作制作外形复杂的锻件,故称为锻铝合金。（二）铸造铝合金铸造铝合金的牌号用“铸铝”二字的汉语拼音第一个大写字母“ZL”加三位数字表示，第一位数表示合金系别：（1为铝硅系合金；2为铝铜系合金；3为铝镁系合金；4为铝锌系合金）。第二、三位数字表示合金的顺序号。如ZL111表示11号铝硅系铸造铝合金。1.铝-硅铸造合金ZL101、ZL104、ZL105、ZL107、ZL109优良的铸造性、焊接性、抗蚀性以及足够的机械性能，但合金的致密度较小，适宜制造致密度要求不太高的、形状复杂的铸件。2.铝-铜铸造合金ZL201ZL202ZL203耐热性高，其高温强度随铜含量的增加而提高，而合金的铸缩率和形成裂纹的趋向则减小。但由于铜含量增加，使合金的脆性增加,故铜含量一般不超过14％。3.铝-镁铸造合金比重最小(2.55)、耐蚀性最好、强度最高(抗拉强度可达350MPa)的铸造铝合金。但由于结晶温度范围宽，故流动性差,形成疏松趋向大、其铸造性能不如铝-硅合金好。ZL301ZL302ZL3034.铝-锌铸造合金有较高的强度，是最便宜的一种铸造铝合金。其主要缺点是抗蚀性差。ZL401ZL402合金类别代号主要化学成分,%热处理机械性能CuMgMn其它σbMPa%HB防锈铝LF54.5~5.50.3~0.6退火2702370LF114.8~5.50.3~0.6V0.02~0.22702370LF211.0~1.61302330硬铝LY12.2~3.00.2~0.5固溶处理+自然时效3002470LY113.8~4.80.4~0.80.4~0.842018100LY123.8~4.91.2~1.80.3~0.948011131超硬铝LC41.4~2.01.8~2.80.2~0.6Zn5.0~7.0固溶处理+人工时效60012150LC62.2~2.82.5~3.20.2~.5Zn7.6~8.66807190锻铝LD51.8~2.60.4~0.80.4~0.8Si0.7~1.242013105LD71.9~2.51.4~1.8Ni1~1.5Fe1.0~1.544013120LD103.9~4.80.4~0..80.4~1.0Si0.5~1.248010135（２）变形铝合金变形铝合金的应用防锈铝——LF，不可热处理强化，做油箱、油管、铆钉。硬铝——LY，做螺旋桨叶片、支柱。超硬铝——LC，做飞机大梁、桁架、起落架等。锻铝——LD，做锻件、模锻件。合金代号主要化学成分,%机械性能SiCuMg铸造方法热处理bMPa%HB铝硅ZL1016.0~8.00.2~0.4SBT6230170ZL10210~13SBJT2T2143153425050ZL1104.0~6.05.0~8.00.2~0.5JT1170－90铝铜ZL2034.0~5.0JT4210660铝镁ZL3019.5~11.5ST4280920铝锌ZL4026.0~8.0Zn5~70.4~0.7JT1240470铸造方法：SB——砂型变质；J——金属砂；S——砂型热处理：T1——不淬火，人工时效；T2——退火；T4——淬火+自然时效；T6——淬火+人工时效（3）铸造铝合金铸造铝合金的变质处理变质处理后，×100ZL102的铸态组织，未变质，×500Al-Si合金（硅铝明10%-13%Si）——铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）。组织——变质前，共晶体（粗针状Si+α基体）+初晶Si变质后，共晶体（细点状Si+α基体）+初晶α铸造铝合金的应用第三节铜及铜合金一、铜及铜合金的特点1、熔点1083℃，密度8.9g/cm3。2、导电导热性仅次于银。3、耐大气、海水腐蚀。4、切削性好，塑性好，可冷、热成形。5、铸造铜合金的铸造性能好。1．纯铜——紫铜（紫红色）工业纯铜——T1-T4，做电导体。力学性能:σb=230-250MPaδ=40-50%纯铜管强化途径：固溶强化650MPa时效强化1400MPa过剩相强化1、黄铜（以Zn为主要合金元素的铜合金）铜合金分黄铜、青铜和白铜三类。黄铜分普通黄铜和复杂黄铜两种。（1）普通黄铜：铜和锌的二元合金普通黄铜牌号：H+数字H为黄铜数字表示平均铜质量分数。如：H96,H80,H70,H68,H62、H59等H96冷凝管、热交换器、散热器，计算机插件等。H80金色黄铜，装饰件，薄管。H70“三七黄铜”弹壳、套管和复杂深冲零件H68H62、H59强度较高，作零件，标准件，焊接件，冲压件（2）复杂黄铜在普通黄铜基础上加铝、铁、硅、锰、镍等牌号：H+主加元素符号+铜质量分数+主加元素质量分数1）Pb黄铜HPb60-1切削性能好，耐磨性好钟表零件。2）Sn黄铜HSn90-1HSn62-1耐蚀性好，船舶零件。海军黄铜。3）Al黄铜Hal77-2HAl60-1-1耐蚀性好，强度和硬度高。船舶零件，机械及电机零件。4）Si黄铜HSi80-3耐蚀性好,机械性能好，切削性好，耐磨性好。船舶零件，机械及化工零件其它还有锰黄铜，铁黄铜，镍黄铜。主要用于船舶零件（三）青铜（含有Sn.Al.Si.Pb.Be,Mn等的铜基合金）包括：锡青铜，铝青铜，铍青铜等分类：压力加工青铜（以压力加工产品的形式供应）和铸造青铜编号方法：①Q+主加元素符号+主加元素含量+其它元素含量如：QSn4-3,表示含4%Sn、3%Zn，其余为Cu的锡青铜。②铸造青铜在编号前加“Z”字1.锡青铜QSn4-3,QSn6.5-0.1,耐蚀性优于黄铜，铸造性好，耐磨性好，有弹性用于造船、化工、机械、仪表中的耐磨件，耐蚀件、弹性元件，抗磁件。2.铝青铜耐蚀性优于黄铜和锡青铜，铸造性和耐磨性优于锡青铜，机械性能好。QAl9-4,QAl7QAl10-3-1.5飞机、船舶用高强度、高耐磨抗蚀零件。QAl9-4船舶及电气零件，耐磨件QAl7重要的弹簧及弹性元件。3.铍青铜耐蚀性、耐磨性、弹性、抗磁性、抗疲劳都很好，耐寒，冲击无火花。QBe2重要的弹簧及弹性元件、耐磨件、高压高速高温轴承，防爆工具，钟表件。4.硅青铜耐蚀件、弹簧、涡轮、蜗杆等（四）白铜（以Ni为主要合金元素的铜合金）普通白铜编号为：B+镍的平均含量，“B”意指“白铜”如：B19表示含19%Ni的普通白铜B5、B19、B25船舶零件，机械及化工零件，医疗器械。复杂白铜编号方法：Q+主加元素符号+主加元素含量+其它元素含量如：BZn15-20船舶零件，潮湿环境下的机械及化工零件锰白铜BMn3-12弹簧和热电偶丝在固态下有同素异构转变：882.5℃以下为α钛，是密排六方晶格，882.5℃以上为β钛，是体心立方晶格。工业纯钛的纯度为99.5%-99.0%，其性能很大程度上取决于氧的含量工业纯钛可分为TA1，TA2，TA3等三个牌号，编号越大，杂质越多。钛合金分α钛合金、β钛合金、α+β钛合金α钛合金有TA4，TA5，TA6500℃以下工作零件，导弹燃料罐。β钛合金TB2350℃以下工作零件α+β钛合金TC1，TC2，TC3，TC4400℃以下工作零件2．铜合金(黄铜、青铜、白铜)（１）黄铜——Cu-Zn系合金普通黄铜——Cu-Zn合金单相黄铜——如H80，含80%Cu，单相α，塑性好，可冷成型。双相黄铜——如H62，α+β，可热变形。组织、牌号、性能代号化学成分,%机械性能CuZn加工状态bMPa%HBH9695~97余量退火25035－H8079~81余量退火27050－H6867~70余量退火30040－H5957~60余量退火变形300420255－103(a)单相黄铜αCu-Zn合金的显微组织(b)双相黄铜α+β’复杂黄铜——改善Cu-Zn合金的耐蚀性、机械性能。组别代号主要化学成分,%机械性能(变形)Cu其它bMPa%HBPb黄铜HPb63-3HPb60-162.0~65.059.0~61.0Pb2.4~3.0Pb0.6~1.060061054－－Sn黄铜HSn90-1HSn62-188.0~91.061.0~63.0Sn0.25~0.75Sn0.7~1.152070054148－Al黄铜HAl77-276.0~79.0Al1.8~2.665012170Si黄铜HSi65-1.5-363.5~66.5Si1.0~2.0Pb2.5~3.56008160Mn黄铜Fe黄铜HMn58-2HFe59-1-157.0~60.057.0~60.0Mn1.0~1.2Fe0.6~1.27007001010175160Ni黄铜HNi65-564.0~67.0Ni5.0~6.57004－黄铜制品铸造黄铜——如ZHSi80-3，含80%Cu。（2）青铜——Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Be系等合金。压力加工青铜Sn青铜——如QSn4-3，含4%Sn、3%Zn，其余为Cu做轴承、弹簧等。Al青铜——如QAl10-3-1.5，做耐蚀、抗磨的齿轮、轴套等。Be青铜——如QBe2，做弹簧，高速轴承等。铸造青铜——如Sn青铜，ZCuSn10Zn2。轴瓦、泵体四、钛及钛合金在固态下有同素异构转变：882.5℃以下为α钛，是密排六方晶格，882.5℃以上为β钛，是体心立方晶格。工业纯钛的纯度为99.5%-99.0%，其性能很大程度上取决于氧的含量工业纯钛可分为TA1，TA2，TA3等三个牌号，编号越大，杂质越多。钛合金分α钛合金