第五章有色金属及其合金

2013-7-8
25
② 硬铝合金 主要是Al-Cu-Mg系合金，并 含少量锰。这类合金可进行时效强化，也可 进行变形强化。合金中铜和镁的作用是形成 强化相CuAl2（相）和CuMgAl2（S相），产 生时效硬化；锰的作用是提高抗蚀性，并 起一定的固溶强化作用。硬铝合金的强度、 硬度高，加工性能良好，但耐蚀性低于防锈 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。
2013-7-8 14
纯铝的强度、硬度低，不适于制作受力的机 械零件。向铝中加入适量的合金元素制成铝 合金，可改变其组织结构，提高性能。常加 入的元素主要有铜、锰、硅、镁、锌等，此 外还有铬、镍、钛、锆等辅加元素。由于这 些合金元素的强化作用，使得铝合金既具有 高强度又保持纯铝的优良特性，因此铝合金 可用于制造承受较大载荷的机械零件或构件， 成为工业中广泛使用的有色金属材料，由于 铝合金具有高的比强度，所以又成为飞机的 主要结构材料。
2013-7-8 24
常用的Al-Mn系合金有3A21（LF21）， 其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油 罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲 压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有 5A05（LF5），其密度比纯铝小，强度 比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广 泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承 受中等载荷的零件。
2013-7-8
28
常用变形铝合金的牌号、化学成分、力 学性能及用途列于表1-2。 表1-2 常用变形铝合金的牌号、化学 成分、力学性能及用途（摘自GB/T 3190-1996）
2013-7-8
29
2、铸造铝合金 铸造铝合金主要有Al-Si系、Al-Cu系、 Al-Mg系和Al-Zn系四种，其代号分别用 ZL1、ZL2、ZL3和ZL4加两位数字的顺序 号表示（ZL表示“铸铝”）。表1-3为 常用铸造铝合金的牌号、化学成分、力 学性能及用途。 表1-3 常用铸造铝合金的牌号、化学 成分、力学性能及用途（摘自GB/T 1173-1995）
第五章有色金属及其合金
金属材料为黑色和有色金属两大类。金属材料
主要指钢铁；有色金属或非铁合金为铝、镁、铜、
铅、锌等及其合金。 与黑色金属比，具有密度小，比强度 高的特点，在空间技术、原子能、计算机等领域得 到广泛应用。
2013-7-8
1
在工业生产中，通常把铁及其合金称为 黑色金属（ferrous metals） ，把其 他非铁金属及其合金称为色金属(non ferrous metals)。有色金属的产量和 用量不如黑色金属多，但由于其具有许 多优良的特性，如特殊的电、磁、热性 能，耐蚀性能及高的比强度（强度与密 度之比）等，已成为现代工业中不可缺 少的金属材料。
2013-7-8
26
③ 超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系合 金，并含有少量铬和锰。其强化相除 相和S相外，还有MgZn2（相）和 Al2Mg3Zn3（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。超硬铝合金的热态塑性好， 但耐蚀性差。常用合金有7A04（LC4）、 7A09（LC9）等，主要用于工作温度较 低、受力较大的结构件，如飞机的大 梁、起落架等。
2013-7-8 16
的合金，其固溶体成分不随温度变化， 不能通过热处理强化，为不可热处理 强化的铝合金；成分在F、D 两点之间 的合金，其固溶体成分随温度变化， 可通过热处理强化，为可热处理强化 的铝合金。
2013-7-8
17
图1-1 铝合金分类示意图
2013-7-8
18
三、铝合金的热处理 对于可热处理强化的变形铝合金，其热处理 方法为固溶处理加时效(solid solution plus ageing)。固溶处理是指将图1-1中F、D 两点之间的合金加热到DF线以上，保温并淬 火后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DF 以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处 理。在室温下进行的时效称自然时效 (natural ageing)；在加热条件下进行的时 效称人工时效(artificial ageing)。
2013-7-8 15
二、铝合金的分类 铝合金一般具有如图1- 1所示的有限固 溶型共晶相图。根据相图，以D点成分 为界可将铝合金分为变形铝合金和铸造 铝合金两大类。D点以左的合金为变形 铝合金，其特点是加热到固溶线D F以 上时为单相 固溶体组织，塑性好，适 于压力加工；D点以右的合金为铸造铝 合金，其组织中存在共晶体，适于铸造。 在变形铝合金中，成分在F点以左
2013-7-8 34
⑵ Al-Cu系铸造铝合金 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。常用代号有ZL201、ZL203等， 主要用于制造在较高温度下工作的高 强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞 等。
2013-7-8
35
⑶ Al-Mg系铸造铝合金 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。常用代号为ZL301、 ZL303等，主要用于制造外形简单、承 受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零 件，如舰船配件、氨用泵体等。
2013-7-8
31
(a) 未变质处理
2013-7-8
32
(b)经变质处理 图1-3 ZL102合金的铸态组织 200×
2013-7-8
33
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。简单硅铝明强度较 低，不能热处理强化，用于制造形状复 杂但强度要求不高的铸件，如飞机、仪 表壳体等。复杂硅铝明可热处理强化， 常用的代号有ZL101、ZL104、ZL105、 ZL109等，用于制造低、中强度形状复 杂的铸件，如电动机壳体、汽缸体、风 机叶片、发动机活塞等。
2013-7-8
2
目前，变形有色金属及其合金的牌号表示方 法还不统一，但铸造有色金属及其合金的牌 号表示方法根据国标GB/T 8063-94的规定已 统一如下： ①铸造有色纯金属的牌号为Z（“铸”字汉 语拼音字首）+ 该金属元素符号 + 纯度百 分含量数字（或用一短横加顺序号），如 ZAl99.5和ZTi-1； ②铸造有色合金的牌号为Z（“铸”字汉语 拼音字首）+ 基体金属元素符号 + 主要合 金元素符号及其名义百分含量数字 + 其他 合金元素符号及其名义百分含量数字。混合 稀土元素符号用RE表示。优质合金在其牌号 后标注大写字母“A”。
2013-7-8 21
表1-1 变形铝及铝合金的编号方法 （GB/T 16474-1996）
2013-7-8
22
根据GB/T 3190-1996的说明，GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，其 牌号用LF（防锈铝合金）、LY（硬铝 合金）、LC（超硬铝合金）、LD（锻 铝合金）加顺序号表示。
2013-7-8 39
2013-7-8 5
2013-7-8
6
2013-7-8
7
2013-7-8
8
2013-7-8
9
2013-7-8
10
2013-7-8
11
2013-7-8
12
2013-7-8
13
第一节
铝及铝合金
一、铝及铝合金的性能特点 纯铝具有银白色金属光泽，密度小（2.72 g/cm3），熔点低（660.4℃），导电、导热 性能优良；具有面心立方晶格，无同素异构 转变，无磁性；纯铝在空气中易氧化，在表 面形成一层致密牢固的氧化膜，因而抗大气 腐蚀性能好；具有极好的塑性和低的强度 （纯度为99.99%时，b=45MPa，=50%），易 于加工成形；还具有良好的低温塑性，直到253℃时其塑性和韧性也不降低。纯铝的主要 用途是配制铝合金，还可用来制造导线、包 覆材料及耐蚀器具等。
2013-7-8 27
④ 锻铝合金 有两类，一类是Al-Cu-Mg-Si 系合金，镁和硅的作用是形成强化相Mg2Si。 常用牌号有6A02（LD2）、2A50（LD5）、 2B50（LD6）、2A14（LD10）等。这类合金 可锻性好，力学性能高，主要用于制造形状 复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机的压气 机叶轮、导风轮及飞机上的接头、框架、支 杆等。另一类是Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金，铁 和镍可形成耐热强化相Al9FeNi，为耐热锻 铝合金。常用牌号有2A70（LD7）、2A80 （LD8）、2A90（LD9）等。这类合金耐热性 较好，主要用于制造150-225℃下工作的零 件，如压气机叶片、超音速飞机的蒙皮等。
2013-7-8 30
⑴ Al-Si系铸造铝合金 又称硅铝明。 其中ZL102是含硅为12%的铝硅二元合金， 称为简单硅铝明，在普通铸造条件下， 其组织几乎全部为共晶体，由粗针状的 硅晶体和固溶体组成（如图1-3(a)所 示），强度和塑性都较差。生产上通常 用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小 均匀的共晶体加一次固溶体组织（如 图1-3(b)所示），以提高性能。
2013-7-8
23
⑵ 常用形变铝合金 ① 防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg 系合金。锰和镁的主要作用是提高抗 蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。 防锈铝合金锻造退火后为单相固溶体 组织，抗蚀性好，塑性高，易于变形 加工，焊接性能好，但切削性能差。 这类合金不能进行热处理强化，常利 用加工硬化来提高其强度。
2013-7-8 38
铜合金是在纯铜中加入合金元素后制 成的，常用合金元素为锌、锡、铝、 锰、镍、铁、铍、钛、锆、铬等。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 保持了纯铜的特性，因而在机械工业 中得到了广泛应用。 根据化学成分，可将铜合金分为黄铜、 青铜、白铜三大类。