有色金属及其合金.
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《有色金属及其合金 》课件
在电子工业中的应用
总结词
电子工业中大量使用有色金属及其合金，如铜、铝、镍等，用于制造集成电路、连接器 和散热器等。
详细描述
在电子工业中，有色金属及其合金发挥着至关重要的作用。例如，铜及铜合金用于制造 集成电路的引线和连接器等，铝及铝合金用于制造电子元件的散热器和印刷电路板等。 这些合金具有良好的导电性、导热性和可加工性，能够满足电子工业对高性能材料的需
组织
合金中各种相的分布和形态。
3
合金相图与组织的关系
合金的组织取决于其成分和热处理条件，而相图 是研究合金组织和性能的重要工具。
合金化对性能的影响
力学性能
合金化可以改变金属的强度、硬度、韧性等力 学性能，以满足不同应用场景的需求。
物理性能
合金化可以改变金属的导电性、导热性、磁性 等物理性能。
化学性能
合金化概念
合金化
将两种或两种以上的金属元素或非金属元素与一种金 属元素结合，形成具有金属特性的合金的过程。
合金化概念的意义
通过合金化可以改变金属的物理、化学和机械性能， 以满足不同领域的需求。
合金化的应用
在汽车、航空航天、能源、电子等领域得到广泛应用 。
合金相图与组织
1 2
相图
表示合金在不同温度和成分下的相组成和相变规 律的图形。
生产流程
原料准备
包括矿石的破碎、磨细、选矿 等工序，以获得高品位精矿。
冶炼
根据矿石类型和所需金属种类 选择合适的冶炼方法，提取金 属。
加工
将提取出的金属进行铸造、轧 制、锻造或焊接等加工，制成 所需形状和性能的金属制品。
质量检测与控制
对金属制品进行质量检测和控 制，确保产品质量符合要求。
有色金属及其合金
有色金属及其合金金属一般分为两大类：一类为黑色金属，包括铁、铬、锰；另一类为有色金属，包括除铁、铬、锰以外的所有金属。
但习惯上，人们常常把除铁和钢以外的金属及其合金称作为有色金属。
有色金属具有许多优良的性能，如密度小、比强度大、比模量高、耐热、耐腐蚀以及良好的导电性和导热性。
同时许多有色金属又是制造各种优质合金钢和耐热钢所必需的合金元素，因此有色金属在金属材料中占有重要韵地位，是现代航天、航空、原子能、计算机、电子、汽车、船舶、石油化工等工业必不可少的材料。
例如，铝、镁、钛等金属及其合金，以密度小、比强度与比模量高的特性而在运载火箭、卫星、飞机、汽车、船舶上获得广泛应用，是制造其中许多结构件和零、部件的主要材料；再如，银、铜、铝等有色金属，导电性和导热性优良，是电力、电器工业和仪表工业不可缺少的材料；又如，铜和钛具有良好的抗蚀性，是石油化工和航海工业所必需的优良耐蚀材料。
本章主要介绍目前工程上应用广泛的铝、镁、铜、钛及其合金和镍基合金，重点讨论这些材料的合金化和热处理原理，以及典型金属和合金的成分、组织、性能及相互关系、工艺特性与实际应用，并简单介绍这些有色金属材料的新近发展。
1. 铝及铝合金铝是地壳中蕴藏量最多的金属元素，其总储量约占地壳重量的7．45％。
铝及铝合金的产量在金属材料中仅次于钢铁材料而居第二位。
1.1.纯铝1.1.1. 纯铝性能和优点：(1) 铝很轻，它的比重为2.7。
铝经常作为各种轻质结构材料。
(2) 导电性和导热性较好，仅次于银、铜和金，居第四位。
(3) 塑性好(Ψ=80%)可通过冷或热的压力加工制成各种型材；如丝、线、箔，片、棒等这种特性与锅具有面心立方品格结构有关。
(4) 抗大气腐蚀性能好，因为在铝的麦面能生成一层极致密的氧化铝薄膜，隔绝铝和氧的接触，而阻止铝表面的进一步氧化。
(5) 强度很低，45MPa，冷变形加工硬化后强度可提高到100Mpa。
1.1.2. 纯铝编号L+顺序号组成。
有色金属及其合金.ppt
8
第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
1．退火
(1) 再结晶退火再结晶温度以上保温后空冷，以消 除变形的加工硬化，提高塑性。
(2) 低温退火消除内应力，适当增加塑性，通常 在180～300℃保温后空冷。
(3) 均匀化退火消除铸锭或铸件的成分偏析及内应 力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。
2020年1月25日星期六
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第九章 非铁金属及其合金
二、铝合金的分类
§1 铝及其合金
铝 中 加 入 适 量 Si、Cu、Mg、Zn、Mn 等 主 加 元 素和Cr、Ti、Zr、B、Ni等辅加元素，组成铝合 金，可提高强度并保持纯铝的特性。
根据成分和生产工艺分两大类：
1) 变形铝合金
2) 铸造铝合金
第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
3. 时效
时 效：将淬火后的铝合金，在室温或低温加 热下保温一段时间，随时间延长其强度、硬度显著升 高而塑性降低的现象。
自然时效：室温下进行的时效； 人工时效：低温加热下进行的时效。
时效实质：第二相从过饱和、不稳定的单一α固 溶体中析出和长大，由于第二相与母相（α相）的共 格程度不同，使母相产生晶格畸变而强化。
第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金 §2 铜及其合金 §3 钛及其合金 §4 轴承合金 §5 其它非铁合金
2020年1月25日星期六
1
第九章 非铁金属及其合金
绪论
除铁之外的其它金属称为非铁金属：
轻金属ρ＜4.5g/cm3如Al、Mg、K、Na、Ca等。
重金属ρ＞4.5g/cm3如Cu、Zn、Ni、Sn、Pb、Co等。
有色金属及其合金的分类
8
第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
1．退火
(1) 再结晶退火—加热到再结晶温度以上保温后空冷， 以消除加工硬化，改善合金的塑性。完全退火
(2) 低温退火--消除内应力，适当增加塑性，通常 在180～300℃保温后空冷。不完全退火
(3) 均匀化退火--消除铸锭或铸件的成分偏析及内应 力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。
第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金 §2 铜及其合金 §3 钛及其合金 §4 轴承合金 §5 其它非铁合金
2020年3月31日星期二
1
第九章 非铁金属及其合金
绪论
除铁之外的其它金属称为非铁金属：
轻金属ρ＜4.5g/cm3如Al、Mg、K、Na、Ca等。
重金属ρ＞4.5g/cm3如Cu、Zn、Ni、Sn、Pb、Co等。
Al-Cu-Mg-Si系： 热塑性好，可用锻压方法来制造形状较复杂的
零件；一般在淬火加人工时效后使用；常用 LD2(6A02)、LD5(2A50)、LD6(2B50)、LD10(2A14) 等；主要制造要求中等强度、高塑性和耐热性的 锻件、模锻件，如各种叶轮、导风轮、接头、框 架等。
2020年3月31日星期二
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
一、工业纯铝（分类）
按纯度——高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝 高纯铝：有L05～L01五种，数字越大，纯度越高；
工业高纯铝：有LG1～LG5，数字越大，纯度越高；
工业纯铝：有L1～L7七种，数字越小，纯度越高。
用途：工业纯铝主要配制铝合金，高纯铝主要用于科学 试验和化学工业。纯铝还可用来制造导线、包覆材料、 耐蚀和生活器皿等。
有色金属材料(钛及其合金、镍及其合金、铜及其合金、锆、钽等)基础知识
(b)钛与氢的关系:极强的吸氢能力：常温下α钛中可达到0.18%(重量比,下同)的氢,250℃时,钛开始剧烈吸氢,319℃时,氢含量达到1.6%,可以利用钛来贮存氢.大量吸氢后导致氢脆(又叫氢腐蚀)形成钛氢粉末,所以设备介质中含氢不能用钛制造.
(c)、钛与氧的关系：常温下氧化，200-300℃形成致密的氧化膜，400℃反应加快，600℃与氧剧烈反应，钛在常温液态氧3.5Kg/Cm2中燃烧,钛的着火很难扑灭,不能用水只能隔绝空气.。
3）、钛的导热系数低，约为碳钢的1/4.5,稍低于不锈钢。加工硬化倾向很大，所以切削刀尖温度偏高（可能导致钛工件着火，刀具退火报废），加工速度不宜过快（比钢的切削速度低25-50%，约为8-20m/sec），刀具要锋利，切削过程中不能停刀，冷却剂进行充分冷却。尽管钛设备导热系数低会引起较大的热应力或热疲劳应力，但此缺点为它的线膨胀系数较低所补偿；且不影响传热效率，这是由于钛具有较好的抗污染能力；不使气体呈膜状凝结而成滴状凝结；能耐较高流速的冲刷腐蚀；能使设备壁或管壁制作的很薄的特点。因此钛具有较好的传热性能。
（a）钛的熔炼：钛在自然界中以TiO2（即金红石）形式存在，第一步：TiO2+Cl2+C=TiCl4+CO2（气态）即把O形成气态，否则会与Ti形成可逆反应；第二步：TiCl4+2Mg=Ti（即蜂窝状的海绵钛）+2MgCl2；第三步：将海绵钛作成电极放置在真空自耗电弧炉中熔炼成比重为4.51的金属钛铸件.
（f）、钛与S、P的关系：450℃以上钛与P发生反应形成Ti2P，高温时钛与熔化硫和气体硫发生反应，熔化的钛与气体硫之间的反应特别激烈，生成脆性的TiS2
（g）、钛与铁元素的关系：熔融态的钛铁会形成TiFe、TiFe2这些晶间化合物，组织为针尖状的熔点为2000℃的马氏体，使钛的塑性降低，并形成吸氢吸氧的通道。所以在焊接钛钢复合板设备时必须先焊接基板的里面，外清根，后外层，再贴条焊接复层。
(c)、钛与氧的关系：常温下氧化，200-300℃形成致密的氧化膜，400℃反应加快，600℃与氧剧烈反应，钛在常温液态氧3.5Kg/Cm2中燃烧,钛的着火很难扑灭,不能用水只能隔绝空气.。
3）、钛的导热系数低，约为碳钢的1/4.5,稍低于不锈钢。加工硬化倾向很大，所以切削刀尖温度偏高（可能导致钛工件着火，刀具退火报废），加工速度不宜过快（比钢的切削速度低25-50%，约为8-20m/sec），刀具要锋利，切削过程中不能停刀，冷却剂进行充分冷却。尽管钛设备导热系数低会引起较大的热应力或热疲劳应力，但此缺点为它的线膨胀系数较低所补偿；且不影响传热效率，这是由于钛具有较好的抗污染能力；不使气体呈膜状凝结而成滴状凝结；能耐较高流速的冲刷腐蚀；能使设备壁或管壁制作的很薄的特点。因此钛具有较好的传热性能。
（a）钛的熔炼：钛在自然界中以TiO2（即金红石）形式存在，第一步：TiO2+Cl2+C=TiCl4+CO2（气态）即把O形成气态，否则会与Ti形成可逆反应；第二步：TiCl4+2Mg=Ti（即蜂窝状的海绵钛）+2MgCl2；第三步：将海绵钛作成电极放置在真空自耗电弧炉中熔炼成比重为4.51的金属钛铸件.
（f）、钛与S、P的关系：450℃以上钛与P发生反应形成Ti2P，高温时钛与熔化硫和气体硫发生反应，熔化的钛与气体硫之间的反应特别激烈，生成脆性的TiS2
（g）、钛与铁元素的关系：熔融态的钛铁会形成TiFe、TiFe2这些晶间化合物，组织为针尖状的熔点为2000℃的马氏体，使钛的塑性降低，并形成吸氢吸氧的通道。所以在焊接钛钢复合板设备时必须先焊接基板的里面，外清根，后外层，再贴条焊接复层。
有色金属及合金
铍青铜
以铍为基本合金元素的铜基合金称为铍青铜。其含铍量 约为1.7％～2.5％。铜里添加少量铍，就会使合金性能发生 很大的变化。铍青铜不仅强度、硬度、弹性和耐磨性很高， 而且抗蚀性、导热性、导电性、耐寒性也非常好，此外，还 有无磁性、受冲击时不产生火花等特性。在工艺性方面，它 承受冷、热压力加工的能力很强，铸造性能也好。铍青铜主 要用于制作各种重要用途的弹簧、弹性元件、钟表齿轮和航 海罗盘仪器中的零件、防爆工具和电焊机电极等。其主要缺 点是价格太贵，妨碍了它在工业中的大量应用。铍青铜的编 号方法是：“Q”＋“铍”＋铍元素的含量。
在有色金属中，还有各种各样的分类方法。比如， 按照比重来分，铝、镁、锂、钠、钾等的比重小于 4.5，叫做“轻金属”，而铜、锌、镍、汞、锡、 铅等的比重大于4.5，叫做“重金属”。像金、银、 铂、锇、铱等比较贵，叫做“贵金属”，镭、铀、 钍、钋、锝等具有放射性，叫做“放射性金属”， 还有像铌、钽、锆、镥、金、镭、铪、铀等因为地 壳中含量较少，或者比较分散，人们又称之为“稀 有金属”
铜的合金化
纯铜的强度不高，用加工硬化方法虽可提高铜的强度， 但却使塑性大大下降，因此常用合金化的方法来获得强 度较高的铜合金作为结构材料。加入合金元素使铜的强 度提高，最常用的固溶强化元素是锌、锡、铝、镍等。 鎵、铟、钯、铂等元素在铜中的溶解度虽大，但比较稀 少，故不常用；镁、硅等元素在铜中的溶解度随温度的 降低而降低，因此，它们加入铜后，可使合金具有时效 强化的性能；当铜中加入元素超过最大溶解度以后，便 会出现过剩相，它们多为硬而脆的金属化合物，数量少 时，可使强度提高，塑性降低；数量多时，会使强度和 塑性同时大大降低。
硅青铜
硅在铜中的最大溶解度为人4.6%，室温时下降到3％。硅 青铜具有比锡青铜高的机械性能和低的价格，而且铸造性能 和冷、热压力加工性能都很好。向硅青铜中加入镍，可形成 金属间化合物Ni2Si，使硅青铜能够通过淬火时效进一步提高 合金的机械性能。含镍硅青铜还具有很高的导电性、抗蚀性 和耐热性，因而广泛用于航空工业(作导向衬筒等重要零件)和 长距离架空的电话线和送电线。向硅青铜、尤其是含镍的硅 青铜中加入1.0％～1.5％锰可以显著提高合金的强度和耐磨 性，向硅青铜加入适当数量的铅可以大大提高合金的耐磨性， 能代替磷青铜与铅青铜制作高级轴瓦。硅青铜的编号方法采 用“Q”＋“硅”＋硅元素的含量。
有色金属及其合金
静力学分析基础
静力学分析基础
有色金属及其合金
• 了解铝及铝金属。 • 了解铜及铜金属。 • 了解轴承合金。
1.1 铝及铝合金
有色金属及其合金
纯铝具有银白色金属光泽，密度为 2.7 g/cm3，熔点为660 ℃，具有面心立方晶格 结构，无同素异构转变，具有良好的导电性和 导热性，电导率仅次于银、铜、金，具有良好 的耐大气腐蚀能力，但不耐酸、碱、盐的腐蚀。 纯铝的强度较低（仅为80～100 MPa），但塑 性极高，易进行冷热变形及切削加工。其比强
1.2 铜及铜合金
有色金属及其合金
纯铜又称为紫铜，其密度为8.96 g/cm3， 熔点为1 083 ℃，具有面心立方晶格结构，无 同素异构转变，无磁性，具有良好的导电性、 导热性及耐大气腐蚀性，是重要的导电材料， 广泛用作电工导体、防磁器械及传热体（如锅 炉、制氧机中的冷凝器、散热器、热交换器 等）。纯铜的强度低，塑性好，具有良好的压 力加工性能和焊接性能，易采用冷、热加工成
形。
1.2 铜及铜合金
有色金属及其合金
按合金成分不同，铜合金可分为黄铜、 白铜和青铜。黄铜是纯铜和锌的合金，主要用 于制造转向节衬套、轴套等耐磨件，也可用于 制造散热器、冷凝器。铝青铜主要用于制造强 度及耐磨性要求较高的摩擦零件，如齿轮、蜗 轮、轴套等。铍青铜主要用于制造精密仪器、 仪表中各种重要用途的弹性元件，耐蚀、耐磨 件，如仪表中齿轮，航海罗盘仪中零件及防爆
有色金属及其合金
具有较高的磨合性能和抗咬合能力，具有
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Click
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Tex足t 够的塑性及韧度，可使负荷均匀分布，并 能承受冲击和振动。
具有良好的耐蚀性、导热性和较小的膨胀
▪
Click
有色金属及其合金
其他合金
01
不锈钢
不锈钢是一种具有高度耐腐蚀性的合金，广泛用于建筑、医疗等领域。
02
镍合金
镍合金具有良好的耐腐蚀性和高温性能，常用于制造化学反应器等设备。
03
镁合金
镁合金具有轻质、高强度的特点，广泛应用于汽车、航空等领域。
05
有色金属的冶炼和加工
冶炼方法
火法冶炼
通过高温熔炼将矿石中的有价成分提取出来，主要包括焙烧、熔炼、精炼等工序。
有色金属的应用
航空航天
航空航天领域对材料性能要求极高，有色金属及 其合金因其具有高强度、轻量化、耐高温等特性 而被广泛应用于航空航天器的制造，如飞机机身 、发动机部件等。
钛合金也是一种广泛应用于航空航天领域的有色 金属材料，其具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特 性，常用于制造飞机起落架、发动机部件等关键 部位。
过渡金属
铜
具有良好的导电性和导热性，广泛用于电线电缆、管道、散热器 等领域。
铁
用于制造各种钢材，如建筑用钢、汽车用钢等。
镍
具有良好的耐腐蚀性和磁性，用于制造不锈钢和电池等。
稀土金属
镧
01
用于制造荧光粉、陶瓷和玻璃等。
铈
02
用于催化剂、抛光剂和陶瓷等。
钕
03
用于制造磁铁和荧光粉等。
贵金属
01
02
高强度
铜合金具有较高的强度和耐磨性，可用于制造各种管道、 阀门等。
耐腐蚀
铜合金对多种酸、碱等腐蚀介质具有较好的耐受能力。
钛合金
高强度
钛合金具有高强度和低 密度的特点，广泛应用 于航空、航天、医疗等 领域。
良好的耐腐蚀性
钛合金对多种酸、碱等 腐蚀介质具有极好的耐 受能力，不易生锈。
有色金属及其合金
纯铜呈紫红色，主要用于制作电导体及配制合金.
二、铜合金
纯铜的强度低，不适于制作结构件，因此，在纯铜 中加入合金元素后，可获得较高的强度，同时保持纯 铜的某些优良性能.
3.某些特殊机械性能
优良的减摩性和耐磨性（如青铜及部分黄铜），高 的弹性极限和 疲劳极限(如铁青铜等).
4.色泽美观
铜及铜合金在电气工业，仪表工业，造船工业及机械制造工业部 门中获得了广泛的应用,但铜的储量较小，价格较贵，属于应节约 使用的材料，只有在特殊需要的情况下，例如要求特殊的磁性、 耐蚀性、加工性能、机械性能以及特殊的外观等条件下才考虑使 用.
的铸造性能(熔点低、流动性好、收缩小).
在一般情况下，ZL102的共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体 构成,强度和塑性都较差.
浇铸前向合金液中加入占合金重量2%~3%的变质剂(常用 钠盐混合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以细化合金组织, 显著提高 合金的强度及塑性,这种处理方法即是变质处理.
经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体(α+Si)+初生α固溶 体（如图）,获得亚共晶组织是由于加入钠盐后，铸造冷却较 快时共晶点右移的缘故. ZL102铸造性能很好，焊接性能也好，密度小，并有相当好 的抗蚀性和耐热性，但不能时效强化，强度较低，经变质处 理后, σb最高不超过180MPa. 仅适于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，例如仪表、水 泵壳体以及一些承受低载荷的零件.
具有良好的铸造性,经变质处理和时效处理后,强度高 ,但耐蚀性差。
大型空压机活塞(ZL401)
Al-Zn合金(ZL401、ZL402)价格便宜，铸造件能优
良，经变质处理和时效处理后强度较高，但抗蚀
性差，热裂倾向大，常用于制造拖拉机的发动机
有色金属及其合金
主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋 桨、轴承、衬套及阀体等。
三、青铜
除黄铜和白铜外的其他铜合金 统称为青铜。
加工青铜的牌号为：Q +主加 元素符号及其平均百分含量+ 其他元素平均百分含量
如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn). 常用青铜有锡青铜、铝青铜、
铍青铜、硅青铜、铅青铜等。
在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进 行的时效称人工时效。
时效强化效果与加热温度和保温时间有关。
温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰
值，超过峰值时间，
析出相聚集长大，强
度下降，为过时效。
随时效温度提高，峰
值强度下降，出现峰
值的时间提前。
含4%Cu铝合金的时效曲线 时效时间/d
ZL102的铸态组织
未变质处理 经变质处理
加入其他合金元素的铝硅铸造 合金称复杂(或特殊)硅铝明。
Al-Si系铸造铝合金的铸造性能 好，具有优良的耐蚀性、耐热 性和焊接性能。
活塞(裙部为铝硅合金)
用于制造飞机、仪 表、电动机壳体、 汽缸体、风机叶片、 发动机活塞等。
⑵ Al-Cu系铸造铝合金
常用牌号有QBe2、QBe1.7、 QBe1.9等 。
铍青铜制品
用于重要的弹性件、耐磨 件，如精密弹簧、膜片，
高速、高压轴承及防爆工
具、航海罗盘等重要机件.
四、白铜
以镍为主要合金元素的铜 合金称白铜。分普通白铜 和特殊白铜。
白铜件
普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗 腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。
美F-117隐身战斗机
(所用材料大部分是铝合金)
高比强铝合金机翼
三、青铜
除黄铜和白铜外的其他铜合金 统称为青铜。
加工青铜的牌号为：Q +主加 元素符号及其平均百分含量+ 其他元素平均百分含量
如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn). 常用青铜有锡青铜、铝青铜、
铍青铜、硅青铜、铅青铜等。
在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进 行的时效称人工时效。
时效强化效果与加热温度和保温时间有关。
温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰
值，超过峰值时间，
析出相聚集长大，强
度下降，为过时效。
随时效温度提高，峰
值强度下降，出现峰
值的时间提前。
含4%Cu铝合金的时效曲线 时效时间/d
ZL102的铸态组织
未变质处理 经变质处理
加入其他合金元素的铝硅铸造 合金称复杂(或特殊)硅铝明。
Al-Si系铸造铝合金的铸造性能 好，具有优良的耐蚀性、耐热 性和焊接性能。
活塞(裙部为铝硅合金)
用于制造飞机、仪 表、电动机壳体、 汽缸体、风机叶片、 发动机活塞等。
⑵ Al-Cu系铸造铝合金
常用牌号有QBe2、QBe1.7、 QBe1.9等 。
铍青铜制品
用于重要的弹性件、耐磨 件，如精密弹簧、膜片，
高速、高压轴承及防爆工
具、航海罗盘等重要机件.
四、白铜
以镍为主要合金元素的铜 合金称白铜。分普通白铜 和特殊白铜。
白铜件
普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗 腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。
美F-117隐身战斗机
(所用材料大部分是铝合金)
高比强铝合金机翼
有色金属及其合金
不能热处理 强化铝合金
形变铝合金 铝合金 的分类 铸造铝合金 能热处理 强化铝合金
提高强度途径分类
冷变形（加工硬化） 变质处理（细化晶粒强化） 固溶+时效处理（时效强化）
铝及铝合金的分类及用途
纯铝 按纯度分为高纯铝、工业高纯铝、工 业纯铝三类 高纯铝：99.996%～99.93% 用于科 研， 代号L04～L01； 工业高纯铝：99.9%～99.85% 用于作 Al合金原料、铝箱，代号L0、L00； 工业纯铝：99.0%～98.0% 作管、 线、棒、代号L1～L6，数字大。
青铜
白铜
白铜是以Ni为主要合金元素的合金。Ni和 Cu在固态下能完全互溶，所以各类铜镍合 金均为α 单相固溶体，具有很好的冷热加 工性能，不能进行热处理强化，只能用固 溶强化和加工硬化来提高强度。 白铜具有高的抗蚀性和优良的冷热加工成 形性，精密仪器仪表，化工机械及医疗器 械中的关键材料。
白铜的用途
2.3
有色金属及合金
有色金属及合金分类
1、铝及铝合金 2、铜及铜合金 3、轴承合金 4、钛及钛合金的性能特点
一、 铝及铝合金
1.铝及铝合金的性能特点 （1）优良的物理性能 （2）抗大气腐蚀性能好 （3）加工性能好，比强度高 2.提高铝及铝合金强度的主要途径 3.铝及铝合金的分类及用途
1.铜及铜合金的性能特点
优异的物理、化学性能 导电、导热性、抗蚀、抗磁能力 高、良好的加工性能 、塑性好； 铸造性好 某些特殊机械性能 优良的减摩性和耐磨性，高的弹 性极限和疲劳极限
2.铜及铜合金的分类及牌号
纯铜(紫铜) T1、T2、T3、Tu1，Tu2 铜合金
黄铜 普通黄铜 H× ×表示含铜62%,其余 为Zn的黄铜 特殊黄铜 HPb59-1表示59%Cu、1%Pb。 余量为Zn的铅黄铜
第八章 有色金属及其合金
8.2.2
黄铜
• 以Zn为主要合金元素的铜合金称为“黄 铜”. • 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄 铜；按加工方法可分为加工黄铜和铸造黄 铜。 • 常用黄铜的牌号、化学成分、力学性能及 用途列于表8－4。
8.2.2
黄铜
8.2.2
黄铜
• 1.普通黄铜 • 铜与锌的二元合金称为“普通黄铜”。 • 加工普通黄铜的牌号 为H＋表示铜平均百 分含量的数字，如H68。 • 铜锌合金相图如图8－4所示。
8.2.1
铜及铜合金的性能特点
• 铜合金是在纯铜中加入合金元素制成的， 常用合金元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、 Fe、Be、Ti、Zr、Cr等。 • 由于合金元素的固溶强化及第二相强化作 用，使得铜合金既提高了强度，又保证了 纯铜的特性。因而在机械工业中得到了广 泛的应用。 • 根据化学成分，铜合金分为黄铜、青铜、 白铜三大类。
8.1.3
铝合合金，其热处 理方法为固溶处理加时效。 • 固溶处理是指:降变形铝合金加热到固溶温 度（DF线）以上，保温，然后快冷，获得 过饱和的单相α固溶体组织的处理方法。 • 时效是指:将过饱和固溶体在固溶线以下保 温，以析出弥散强化相的热处理方法。 • 室温下进行的称为“自然时效”，加热状 态下进行的称为“人工时效”。
8.1.4
铝合金的牌号、性能及用途
• 硬铝合金的强度高、硬度高加工性能良好， 但耐蚀性能低于防锈铝合金。 • 常用的硬铝合金如2A11（LY11）、2A12 （LY12）等用于制造冲压件、模锻件和铆 接件，如螺旋桨、铆钉等。
8.1.4
铝合金的牌号、性能及用途
• ③超硬铝合金 属Al－Zn－Mg－Cu系合 金,并含有少量的Cr和Mn。 • 其强化相除CuAl2 (θ相)和CuMgAl2(S相) 外还有MgZn2(η相)和MgAl2(T相)等。 • 时效强化效果超过硬铝合金，是时效后强 度最高的一种铝合金。
有色金属及合金
硬铝合金 硬铝合金为Al-Cu-Mg系合金，还含有少量的Mn。各种硬铝合金都 可以进行时效强化，属于可以热处理强化的铝合金，亦可进行变形强化。 其牌号用“LY”表示，“LY”是“铝硬”二字的汉语拼音字首。 硬铝主要分为三种：低合金硬铝，合金中Mg、Cu含量低；标准硬 铝，合金元素含量中等；高合金硬铝，合金元素含量较多。
超硬铝合金 超硬铝合金为Al-Mg-Zn-Cu系合金，并含有少量的Cr和Mn。牌号 有LC4、LC6等。Zn、Cu、Mg与Al可以形成固溶体和多种复杂的第二相。 其牌号用”LC“表示，”LC“是”铝超“二字的拼音字首。 所以经过固溶处理和人工时效后，可获得很高的强度和硬度。它是 强度最高的一种铝合金。但这种合金的抗蚀性较差，高温下软化快。可 以用包铝法提高抗蚀性。超硬铝合金多用来制造受力大的重要构件，如 飞机大梁、起落架等。
Al-Zn铸造铝合金
Al-Zn合金（ZL401、ZL402）价格便宜，铸造性能优良，经变质处 理和时效处理后强度较高，但抗蚀性差，热裂倾向大。常用于制造汽车、 拖拉机的发动机零件及形状复杂的仪器零件，也可用于制造日用品。 铸造铝合金的铸件，由于形状较复杂，组织粗糙，化合物粗大，并 有严重的偏析，因此它的热处理与变形铝合金相比，淬火温度应高一些， 加热保温时间要长一些，以使粗大析出物完全溶解并使固溶体成分均匀 化。淬火一般用水冷却，并多采用人工时效。
铸造铝合金 铸造铝合金按照主要合金元素的不同，可分为四类：Al-Si铸造铝合 金，如ZL101、ZL105等；Al-Cu铸造铝合金，如ZL201、ZL203等；AlMg铸造铝合金，如ZL301、ZL302等；Al-Zn铸造铝合金，如ZL401、 ZL402等。 Al-Si铸造铝合金 Al-Si铸造铝合金通常称为铝硅明，铝硅明包括简单铝硅明（Al-Si二 元合金）和复杂铝硅明（Al-Si-Mg-Cu等多元合金）。其牌号为ZL10～ 系列，含11～13%Si的简单铝硅明（ZL102）铸造后几乎全部是共晶组 织。 内燃机中的活塞，是在高速、高温、高压、变负荷下工作的，所以 要求制造活塞的材料必须比重小、高耐磨、高的耐蚀性、耐热性，还要 求活塞材料的线膨胀系数接近汽缸体的线膨胀系数。复杂铝硅明基本上 能满足这一要求，它是制造活塞的理想材料。
有色金属及其合金分类
有色金属及其合金分类第一章有色金属及其合金分类1.1有色金属及其分类有色金属在金属的类别中占有绝大部分。
有的资料将有色金属划归为非铁金属，并称化学元素周期表中，除铁外所有金属元素均为非铁金属。
有的资料把金属分为黑色金属和有色金属两大类(实际上黑色亦属有色，只能说是习惯叫法)。
黑色金属有铁、锰、铬三种，除此之外八十余种金属都称为有色金属。
有色金属在国民经济各个部门的应用十分广泛，并具有特殊的重要性，各国都重视和发展有色金属工业。
有资料显示，有色金属产量约占世界钢产量的5%。
由于各国地理位置、矿产分布和生产状况等的不同，对有色金属的分类并不统一。
一般是按有色金属的密度、经济价值、在地壳中的储量及分布情况和被人们发现及使用的年代等分为五大类，即①轻有色金属；②重有色金属；③稀有金属；④贵金属；⑤半金属。
稀有金属又分为稀有轻金属、稀有高熔点金属、稀有分散金属、稀土金属和稀有放射性金属五个类别。
1. 十种常用有色金属十种常用有色金属简称十种有色金属，是指产量大，并应用比较广泛的十种有色金属。
世界各国有色金属产量是指铝、镁、铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、汞十种有色金属的总产量。
我国一般是指铜、铝、镍、铅、锌、海绵钛、镁、锡、锑、汞为十种常用有色金属。
2004年上半年，我国十种常用有色金属总产量达到669.3万吨，同比增长21.40%。
本手册包括除汞外的上述有色金属，还包括金、银、铂、铱、钨、钼等多种，有色金属。
2. 轻有色金属轻有色金属一般是指密度在4.5g/cm3以下的有色金属，其包括铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。
这类金属的共同特点是密度小(0.53～4.5g/cm3)，化学活性大，氧、硫、碳和卤素化合物都相当稳定。
这类金属多采用熔盐电解法和金属热还原法提取。
有资料介绍，铝在自然界中约占地壳重量的8%(铁约占5%)，随着炼铝技术的发展和铝的被广泛应用，其产量已超过有色金属总产量的1/3。
本手册仅涉及铝和镁两种轻有色金属。
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间，析出相聚集长大，强度下降，
为过时效。随时效温度提高，峰值 强度下降，出现峰值的时间提前。
含4%Cu铝合金的时效曲线
时效时间/d
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
3. 时效曲线【Al-4%Cu合金】
自然时效
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加热固 溶 时效§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
3. 时效
时 效：将淬火后的铝合金，在室温或低温加 热下保温一段时间，随时间延长其强度、硬度显著升 高而塑性降低的现象。
自然时效：室温下合金自发强化的过程； 人工时效：在某一加热温度下进行的时效。
四、变形铝合金
第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金 §2 铜及其合金
§3 钛及其合金
§4 轴承合金 §5 其它非铁合金
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第九章 非铁金属及其合金
绪论
除铁之外的其它金属称为非铁金属：
轻金属ρ＜4.5g/cm3如Al、Mg、K、Na、Ca等。
重金属ρ＞4.5g/cm3如Cu、Zn、Ni、Sn、Pb、Co等。
时效实质：第二相从过饱和、不稳定的单一α固 溶体中析出和长大，由于第二相与母相（α相）的共 格程度不同，使母相产生晶格畸变而强化。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
时效强化效果与加热温度和 保温时间有关。 温度一定时，随时效时间延长，时 效曲线上出现峰值，超过峰值时
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
二、铝合金的分类(变形铝合金)
变形铝合金中： 小于F点的合金，固溶体成 分不随温度而变化，不能通过 热处理方法强化，称为热处理 不可强化的铝合金； 成分在F-D之间的合金，固 溶体成分随温度变化，可通过 热处理方法强化，称为可热处 理强化的铝合金。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
1．退火
(1) 再结晶退火—加热到再结晶温度以上保温后空冷， 以消除加工硬化，改善合金的塑性。完全退火 (2) 低温退火--消除内应力，适当增加塑性，通常 在180～300℃保温后空冷。不完全退火 (3) 均匀化退火--消除铸锭或铸件的成分偏析及内应 力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。
贵金属 Au、Ag、Pt、Rh（铑）、Cd（镉）等。
稀有金属相对稀少或产量较少Ti、W、V、Nb、Mo等。
放射性金属如镭（Ra）、铀（U）、钍（Th）等。
半金属介于金属与非金属之间的元素，如硅、锗、硼
非铁金属具有许多优良特性
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
细化组织强化 冷变形强化
在铝合金中添加微量元素细化组织提高铝合金力学性 能(既提高强度又改善塑性)。 对合金进行冷变形，能增加其内部的位错密度，阻碍 位错运动，提高合金强度。这对不能进行热处理强化的铝 合金提供了强化的途径和方法。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
2) 铸造铝合金
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
二、铝合金的分类
变形铝合金: D点以左的合金，加热至固溶 线DF以上温度得到均匀的单相α 固溶体，塑性好，适于进行锻造、 轧制等。 铸造铝合金: D点以右的合金，塑性较差， 不宜压力加工，但流动性好，适 宜铸造。
用途：工业纯铝主要配制铝合金，高纯铝主要用于科学 试验和化学工业。纯铝还可用来制造导线、包覆材料、 耐蚀和生活器皿等。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
二、铝合金的分类
二、铝合金
铝中加入适量 Si 、 Cu 、 Mg 、 Zn 、 Mn 等主加 元素和 Cr 、 Ti 、 B 、 Zr 、 Ca 、 Ni 等辅加元素，组 成铝合金，可提高强度并保持纯铝的特性。 根据成分和生产工艺分两大类： 1) 变形铝合金
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效) 2．淬火（固溶处理）
将铝合金加热到固溶线以 上保温后快冷，使第二相来 不及析出，得到过饱和、不 稳定的单一α固溶体。淬火 后铝合金的强度和硬度不高， 具有很好的塑性。
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一、工业纯铝（物理性能）
一、纯铝 具有银白色金属光泽，密度 2.72g/cm3 ，熔点 660.4℃，具有良好
铝合金制造的机翼
的导电和导热性，其导电性仅次于银
和铜。纯铝在空气中易氧化，表面形 成一层能阻止内层金属继续被氧化的 致密的氧化膜，因此具有良好的抗大 气腐蚀性能。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
一、工业纯铝（工艺性能）
面心立方结构，无同素异构转变，无磁性。 塑性极好、强度较低(纯度99.99%时,
σb≈80~100MPa，δ=45%)，良好的低温性能(235℃塑性和冲击韧度也不降低)，冷变形加工可
提高其强度，但塑性降低。
铸、压力加工、焊和切削加工性能俱佳。
人工时效
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
三、铝合金的热处理(退火、淬火和时效)
以Al-4%Cu合金为例：该合金的时效基本过程可以概括 为：合金淬火→过饱和α固溶体 →形成铜原子富集区 (GP[Ⅰ]区) →铜原子富集区有序化(GP[Ⅱ]区、θ") →形成过渡相θ′→形成稳定的θ相(CuAl2) +平衡的α固 溶体。
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铁、硅杂质，影响导电性、抗蚀性及塑性。
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第九章 非铁金属及其合金
§1 铝及其合金
一、工业纯铝（分类）
按纯度——高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝 高纯铝：有L05～L01五种，数字越大，纯度越高； 工业高纯铝：有LG1～LG5，数字越大，纯度越高；
工业纯铝：有L1～L7七种，数字越小，纯度越高。