08第八章有色金属及其合金共58页

• 1906年，冶金工程师阿尔弗莱德维尔姆（1869-1937）在柏 林——达勒姆国家材料检验所里曾研究过这个问题。他研究过 一种铝合金，这种合金后来被称为硬铝而闻名世界。在炼取硬 铝时要加进4.5%的铜。0.5%到1%的镁和0.5%的锰。维尔姆做 了一系列的试验，把类似的合金加热到快要熔化的程度，紧接 着使它激冷，但它的强度并不比原来大多少。维尔姆又一次交 待一个试验员检验用上述热处理的试样。这天是星期六，天气 特别好，这位试验员想准时下班，便决定把试验拖到下一个星 期进行。到了星期一，人们发现试样合金的强度高得异乎寻常。 现在人们知道，坚铝经过热处理，再进行时效作用后就变得更 坚硬了。人们称这种处理叫做时效硬化。后来人们还研制出了
常用代号为 ZL401(ZAlZn11Si7)、 ZL402(ZAlZn6Mg)等. 主要用于制造形状复 杂受力较小的汽车、飞 机、仪器零件。
大型空压机活塞(ZL401)
第二节 铜及铜合金
在金属材料中，铜及其合金的应用范围 仅次于钢铁。在非铁金属材料中，铜的产 量仅次于铝。
一. 纯铜 1) 纯铜的性质：
应用 ： 加工纯铜：压力加工成板、带、箔、管、棒、线、
型七种形状，用作导电材料、导热及耐蚀器件 和仪表零件； 无氧铜：压力加工成板、带、箔、管、棒、线六 种形状，用作电真空器件及高导电性铜线，抗 氢能力强，不氢脆； 磷脱氧铜：压力加工成板、带、管三种形状，用 作导热及耐蚀器件和仪表零件 银铜：压力加工成板、管、线三种形状，用作导 电材料、导热及耐蚀器件和仪表零件；
弹簧、导管、散热器等。
汽车机油泵衬套
常用的黄铜 金奖黄铜 --- H90 弹壳黄铜 --- H70 ( H68 ) 日用黄铜 --- H62 ( H59 )
时效强化：（重点） 可热处理强化铝合金。

拉拔
通过拉拔机将金属线材拉制成 各种规格的细线、弹簧丝等。
表面处理
电镀
通过电解的方法在金属 表面镀覆一层金属或合 金，以提高耐腐蚀性和
美观度。
喷涂
通过喷枪或喷粉装置将 涂料喷涂在金属表面，
形成一层保护膜。
氧化处理
通过化学或电化学的方 法使金属表面形成一层 氧化膜，以提高耐腐蚀
性和美观度。
钝化处理
通过化学方法使金属表 面形成一层钝化膜，以
镁及镁合金
镁是一种轻质金属，具有良好的比强度和比刚度。镁合金广泛应用 于汽车、电子和航空航天等领域。
钴及钴合金
钴是一种具有优良耐腐蚀性和高温强度的金属。钴合金广泛应用于 航空航天、能源和化工等领域。
02
CHAPTER
有色金属的应用领域
建筑行业
铝合金
用于制造门窗、幕墙、支架等， 因其轻便、美观、耐腐蚀而受到 广泛应用。
的破坏和污染，特别是减少废水和废气的排放。
促进循环经济
03
回收和再生利用有色金属是循环经济的重要组成部分，有助于
实现经济、社会和环境的可持续发展。
05
CHAPTER
有色金属的未来发展趋势
新材料研发
01
02
03
高性能轻质材料
研发具有高强度、轻量化 的有色金属合金，用于航 空航天、汽车等领域，替 代传统材料。
铜及铜合金
用于管道、供暖系统、水龙头等 ，因其良好的导热性和耐腐蚀性 而受到青睐。
汽车行业
镁合金
用于汽车零部件，如发动机罩、气瓶 架等，以减轻重量并提高燃油经济性 。
铝合金
用于汽车车身、底盘和悬挂系统等， 以提高汽车的结构强度和轻量化。
电子行业

28
第八章 有色金属及其合金
第四节 轴承合金简介
二、常用轴承合金
29
青铜是除黄铜和白铜以外的其 他铜合金。
锡青铜—是以锡为主要 添加元素的铜基合金 无锡青铜—是含铝、被、 硅、铝、锰等合金元素 的铜基合金。
17
青铜的牌号依次由“Q”(“青”字 汉语拼音字首)、主加元素符号及其含 量百分数其他元素的含量百分数组成， 如 QSn4-3。 铸造青铜牌号表示方法同铸造铝合 金。
23
第八章 有色金属及其合金
第四节 轴承合金简介
2．组织特点 软基体上分布硬质点（如锡基、铅基轴承合金） 硬基体上分布软质点（如铜基、铝基轴承合金）
24
第八章 有色金属及其合金
第四节 轴承合金简介
二、常用轴承合金 轴承合金牌号由“Z”(“铸”字汉语拼音字首)、基体 金属元素、主要合金元素符号和各主要合金元素平均（名义） 含量的百分数组成。
四、铸造铝合金
11
第二节
铜及其铜合金
一、工业纯铜 纯铜呈紫红色，又称紫铜。铜的密度为 8.96 g／cm3， 熔点为1083℃，具有面心立方晶格，无同素异晶转变。它有 良好的电导性、热导性、耐蚀性和塑性。 工业纯铜的纯度为 99.90％～99.50％，其代号用“T” （“铜”字汉语拼音字首）加顺序号表示，共有T1、T2、T3、 T4四个代号。序号越大，纯度越低。
6
三、变形铝合金的分类与牌号 （1）防锈铝 主要加入的合金元素是镁或锰属Al-Mg或Al-Si系合金。 （2）硬铝 主要加入的合金元素是铜和镁属Al-Cu-Mg系合金。 固溶处理 自然时效 时效 人工时效
7
三、变形铝合金的分类与牌号 （3）超硬铝 主要加人的合金元素是铜、镁和锌属Al-Cu-Mg-Zn系合 金。 （4）锻铝 主要加人的合金元素是铜、镁和硅属Al-Cu-Mg-Si系合 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。

在室温下进行的时效称自然时效（ 在室温下进行的时效称自然时效（natural aging）； 自然时效 ） 在加热条件下进行的时效称人工时效 人工时效（ 在加热条件下进行的时效称人工时效（artificial aging ） 加热温度和 有关。 时效强化效果与加热温度 保温时间有关 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, 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, 过时效。 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 随时效温度提高， 度下降， 度下降，出现峰值的时间 提前。 提前。
铸造铝合金，则是将熔融的合金液直接浇入铸型中 铸造铝合金， 获得成型铸件，要求合金应具有良好的铸造性能， 获得成型铸件 ， 要求合金应具有良好的铸造性能 ， 如流动性好、收缩小、抗热裂性高。 如流动性好、收缩小、抗热裂性高。
三、铝合金的热处理
可热处理强化变形铝合金的热 处理方法： 时效。 处理方法：固溶处理 + 时效。 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上， 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后 是指将合金加热到固溶线以上 获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保 温，以析出弥散强化相的热处理。 以析出弥散强化相的热处理。 固溶热处理 (solution treatment)→淬火 treatment) quench) 時效处理( treatment) (quench)→時效处理(aging treatment)
变形铝合金，是指合金经熔化后浇成铸锭， 变形铝合金 ， 是指合金经熔化后浇成铸锭 ， 再经压 力加工（锻造、扎制、挤压等）制成板材、带材、 力加工 （ 锻造 、 扎制 、 挤压等 ） 制成板材 、 带材 、 棒材、管材、线材以及其它各种型材， 棒材 、 管材 、 线材以及其它各种型材 ， 要求具有较 高的塑性和良好的工艺成型性能。 高的塑性和良好的工艺成型性能。

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。