有色金属材料简介
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有色金属知识简介
第一章 有色金属分类及其相关知识
1.1概述及背景
在工业生产中，通常把铁、锰、铬及其合金称为黑色金属，把其他
金属及其合金称为有色金属。与钢铁等黑色金属材料相比，有色金属具
有许多优良的特性，是现代工业中不可缺少的材料，在国民经济中占有
十分重要的地位，例如，铝、镁、钛等具有相对密度小，比强度高的特
点，因而广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等行业；银、铜、铝等具
有优良导电性和导热性的材料广泛应用于电器工业和仪表工业；铀、
钨、钼、镭、钍、铍等是原子能工业所必须的材料，等等
有色金属是国民经济发展的基础材料，航空、航天、汽车、机械
制造、电力、通讯、建筑、家电等绝大部分行业都以有色金属材料为
生产基础。随着现代化工、农业和科学技术的突飞猛进，有色金属在
人类发展中的地位愈来愈重要。它不仅是世界上重要的战略物资，重
要的生产资料，而且也是人类生活中不可缺少的消费资料的重要材
料。
1.2有色金属定义
定义：狭义上的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金
属的总称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金
属为基体，加入一种或几种其他元素而构成的合金。
1.3有色金属分类
（1）.有色纯金属分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀有金属五
类。
（2）.有色合金，按合金系统分：重有色金属合金、轻有色金属合金、
贵金属合金、稀有金属合金等；按合金用途则可分：变形（压力加工用
合金）、铸造合金、轴承合金、印刷合金、硬质合金、焊料、中间合
金、金属粉末等。
（3）.有色金属按化学成分分类：铝和铝合金材、铜和铜合金材、铅和
铅合金材、镍和镍合金材、钛和钛合金材。按形状分类时，可分为：
板、条、带、箔、管、棒、线、型等品种。
（4）.在有色金属中，还有各种各样的分类方法
1.按照比重来分，铝、镁、锂、钠、钾等的比重小于5，叫做“轻金
属”（ 密度小（0.53～4.5g/cm3），化学性质活泼，如铝、镁等. ）
2.而铜、锌、镍、汞、锡、铅等的比重大于5，叫做“重金属”。（
一般密度在4.5g/cm3以上，如铜、铅、锌等；）3.象金、银、铂、锇、铱等比较贵，叫做“贵金属”，
4.镭、铀、钍、钋等具有放射性，叫做“放射性金属”，
5.还有像铌、钽、锆、镥、金、镭、铪、钨、钼、锗、锂、镧、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”。
1.4 有色金属牌号命名
（1）命名原则 有色金属及合金产品牌号的命名，规定以汉语拼音字母
或者国际元素符号作为作为主题词代号，表示其所属大类，如用L或Al
表示铝，T或者Cu表示铜。主题词以后，用成分数字顺序结合产品类别
来表示。即主题词之后的代号可以表示产品的状态、特征或者主要成
分，如LF为防（F）锈的铝（L）合金；LD为锻（D）造用的铝（L）合
金;LY为硬（Y）的铝（L）合金，这三种合金的主题词都是铝合金
（L）。又如QSn为青（Q）铜中主要添加元素为锡（Sn）的一类；
QAl9-4为青(Q)铜中还有铝（Al），成分中添加元素铝为9%其他元素添
加为4%，这两种合金的主题词是青铜（Q），因此产品代号是由标准
（GB340-78）规定的主题词汉语拼音字母、化学元素符号及阿拉伯数
字相结合的方法来表示。见表1及表2：
表1 常用有色金属和合金元素的名称及代号
表2 专用有色金属合金名称及其代号
1.5几种常见的有色金属及其合金
1.5.1铝及其合金
铝为银白色轻金属。有延展性。在潮湿的空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧，并发出炫目的白
色火焰，易溶于酸和碱溶液，不溶于水。相对密度2.70。熔点660℃。
沸点2327℃。
（1）比重小、比强度高,纯铝的比重只有2.72g/cm3，故其合金的比重
（约2.5～2.88）也很小，采用各种强化手段后，铝合金可以达到与低
合金高强钢相近的强度，因此比强度要比一般高强度钢高的多。
（2）有优良的物理、化学性能 铝的导电性好仅次于银、铜和金，在室
温时的导电率约为铜的64％。铝资源丰富，成本较低。铝及铝合金有相
当好的抗大气腐蚀能力，其磁化率极低，接近于非铁磁性材料。
（3）加工性能良好 铝及铝合金（退火状态）的塑性很好，可以冷
成形。切削性能也很好。超高强铝合金成形后经热处理，可达到很高的
强度。铸造铝合金的铸造性能极好。
由于上述优点，铝及铝合金在电气工程、航空及宇航工业、一般机械
和轻工业中都有广泛的用途。
1.5.1.1纯铝
纯铝是一种银白色的金属，熔点(与其纯度有关，99.996％时)为
660.24℃，具有面心立方晶格，无同素异构转变。纯铝中含有Fe、Si、
Cu、Zn等杂质元素，使性能略微降低。纯铝材料按纯度可分为三类。
（1）高纯铝（LG） 纯度为99.93-99.99%，牌号有L01、L02、
L03、L04等四种，编号越大，纯度越高。
（2）工业高纯铝 纯度为98.85-99.9%，牌号有L0、L00等，用于制
作铝箔、包铝及冶炼铝合金的原料。
（3）工业纯铝 纯度为98.0-99.0%，牌号有L1、L2、L3、L4、L5、
等五种，编号越大，纯度越低。工业纯铝可制作电线、电缆、器皿及配
制合金。
1.5.1.2铝合金
铝中加入合金元素(Si、Cu、Mg、Zn、Mn等)后，就形成了铝合金,
除了保留纯铝的低密度、良好的导电性和导热性等优点外，通过合金化
和其他工艺方法，可获得较高的强度，并保持良好的加工性能。许多铝
合金不仅可通过冷变形提高强度，而且可用热处理来大幅度地改善性
能。因此铝合金可用于制造承受较大载荷的机器零件和构件。
一、铝合金分类
根据铝合金的成分、组织和工艺特点，可将其分为变形铝合金和铸
造铝合金两大类。
（1） 变形铝合金
定义：变形铝合金是将铝合金铸锭通过压力加工（轧制、挤压、模锻等）制成半成品或模锻件，所以要求有良好的塑性变形能力。
命名：四位字符体系牌号命名方法
工业纯铝（大于99.00%） 1xxx
含Cu铝合金 2xxx
含Mn铝合金 3xxx
含Si铝合金 4xxx
含Mg铝合金 5xxx
含Mg+Si铝合金 6xxx
含Zn铝合金 7xxx
含其他元素铝合金 8xxx
备用系 9xxx
根据化学成分和性能的不同，变形铝合金可分为防锈铝合金、硬铝合
金、超硬铝合金、锻铝合金四类。
类别牌号用途
防锈铝合
金 LF5中载零件、铆钉、焊接油箱、油管等
LF11同上
LF21管道、容器、铆钉及轻载零件及制品
硬铝合金LY1中等强度、工作温度不超过100℃的铆钉
LY11中等强度构件和零件、如骨架、螺旋桨
叶片铆钉
高强度的构件及150℃以下工作的零件，LY12如骨架、梁、铆钉
锻铝合金LD5形状复杂和中等强度的锻件及模锻件
LD7高温工作的复杂锻件和结构件、内燃机
活塞
LD10高载荷锻件和模锻件
超硬铝合
金LC4主要受力构件及高载荷零件，如飞机大
梁，加强框、起落架
LC6同上
二、铸造铝合金
根据化学成分的不同，铸造铝合金可分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg
系、Al-Zn系四大类，
Al-Si系： 代号为ZL1+两位数字顺序号
Al-Cu系： 代号为ZL2+两位数字顺序号
Al-Mg系： 代号为ZL3+两位数字顺序号
Al-Zn系： 代号为ZL4+两位数字顺序号 类别性能
Al- Si这类合金铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性
和焊接性能。
Al-Cu这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造
性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。
Al-Mg这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性
能差,耐热性低。
Al-Zn这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强
化；但密度大，耐蚀性较差
1.5.1.3 铝合金强化
铝合金的强化包括：固溶强化、时效强化、过剩相强化、细晶强化。
固溶强化：
纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了位
错的运动，起到固溶强化的作用，可使其强度提高。
时效强化：
合金元素对铝的另一种强化作用是通过热处理实现的。但由于铝没
有同素异构转变，所以其热处理相变与钢不同。铝合金经加热到某一温
度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体放置
在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑
性、韧性则降低，这个过程称为时效。在室温下进行的时效称为自然时
效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。
过剩相强化：
如果铝中加入合金元素的数量超过了极限溶解度，则在固溶处理加
热时，就有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，称为过剩相。在铝合
金中，这些过剩相通常是硬而脆的金属间化合物。它们在合金中阻碍位
错运动，使合金强化，这称为过剩相强化。在生产中常常采用这种方式
来强化铸造铝合金和耐热铝合金。过剩相数量越多，分布越弥散，则强
化效果越大。但过剩相太多，则会使强度和塑性都降低。过剩相成分结
构越复杂，熔点越高，则高温热稳定性越好。
细晶强化：
铝合金中添加微量合金元素使铝合金固溶体基体和过剩相组织细
化，以提高铝合金机械性能，这是细晶强化。
1.5.1.4 各种元素在铝合金中的作用
1.硅（Si）
硅是大多数压铸铝合金的主要元素。它能改善合金的铸造性能。
硅与铝能组成固溶体。在577℃时，硅在铝中的溶解度为1.65％，室温
时为0.2％、含硅量至11.7％时，硅与铝形成共晶体。提高合金的高温
造型性，减少收缩率，无热裂倾向。二元铝基合金有高的耐蚀性。当合
金中含硅量超过共晶成分，而铜、铁等杂质又多时，即出现游离硅的硬
质点，使切削加工困难，高硅铝合金对铸件坩埚的熔蚀作用严重。
2.铜（Cu）
铜和铝组成固溶体，当温度在548℃时，铜在铝中的溶解度应为
