工程材料学 第8章 有色金属材料(修改)
合集下载
工程材料第八章PPT
原理：大量人工晶核→结晶均匀→截面上组织均匀 →性能均匀→断面敏感性小
应用：
孕育铸铁用来制造力学性能要求高，截面尺寸
变化较大的大型铸件，如:箱体,重型机床的床身、
液压件、齿轮和导轨《工,程缸材料体第八等章》。PPT课件
25
《工程材料第八章》PPT课件
26
《工程材料第八章》PPT课件
27
2. 球墨铸铁 球墨铸铁的石墨呈球状。 具有很高的强度，良好的塑性和韧性。综合机 械性能接近于钢，铸造性能好，成本较低，生产 方便，得到广泛应用。
可锻铸铁应用： 制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件， 如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门 等。
与球墨铸铁比，可锻铸铁成本低、质量稳定、 铁水处理简单、容易组织流水生产。尤其对于 薄壁件，若采用球墨铸铁易生成白口，需要进 行高温退火，采用可锻铸铁更为适宜。
《工程材料第八章》PPT课件
39
5. 特殊性能铸铁 铸铁中加入合金元素，得到具有特殊性能的合 金铸铁。 (1) 耐磨铸铁 激冷铸铁 白高口磷铸铁耐磨。采用激冷的办法使铸件表面获 得白磷高口的 铬铸质 耐铁量 磨。分 铸数 铁提、高奥到－贝0.4球%墨～铸0铁.6%，生成磷共 晶，用加呈金入断属Cr续型、网铸M状造o、形铸W 态件分、的布C耐u在磨等珠表合光面金体，元基其素体它，上部提。位高磷采基共用 砂晶体型硬强。度调 高 和整 ， 韧铁 改 性水 善 ，化珠铸学光铁成体的分灰耐（口磨高铸性碳铁能、的等低 耐 得硅 磨 到） 性 更， 。 大保 提证 高。 白口层的深度。表面为白口铸铁，心部为灰口铸 铁组织，有一定的强度。 应用：制造轧辊、车轮等。
（3）石墨有良好的润滑作用，并能储存 润滑油，使铸件有很好的耐磨性能。
（4）石墨对振动的传递起削弱作用，使铸 铁有很好的抗振性能。
工程材料-有色金属及其合金PPT
造性能和耐热性较差。
鼓风机用密封件(ZL102) 及抗空架件(ZL301)
.
15
4.铸造铝 – 锌合金 ( ZL401、ZL402 ) : 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)
.
16
三、 铜及铜合金
（一）.铜的性能特点:密度大;导电及导热 性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强 度低;无磁性;无打击火花;加工工艺 性好等。 工业纯铜 T1～T4，
普通青铜 ( 锡青铜 ) ( tin bronze )
特殊青铜 ( 无锡青铜 ) ( tin – free bronze )
.
27
青铜牌号的表示方法
Z Q Sn10 – 1
.
其它合金元 素含量为1% 主加元素锡其含 量为WSn = 10% 青铜
铸造
28
一) 锡青铜 ( tin bronze )
叶片(2A11)等重要零件。
（2）铝锰合金（防锈铝合金） 成分：AL—Mn（主）－Mg Mn,Mg的作用： 提高抗腐蚀性能及塑性，固溶强化
.
10
性能：抗蚀性高，塑性好，不能热处理强化，可冷变形强化。 应用：油箱、 油管（罐）、铆钉（3A21）等。
（3）铝锌合金（超硬铝）
成分：Al－Zn－Cu－Mg
纯铝的牌号：四位字符（以1开头，第二位表示纯铝的成分 状况，第三、四位表示铝的质量分数小数点后两位数。）
二、铝合金：
向铝中加入合金元素 → 铝合金 。
常加的合金元素 ：主：Cu,Mg,Si,Zn,Mn等；
微：Ti,Z. r,Cr,B等；
4
共晶点
合金元素
1 铝合金的分类
变形铝合金 （D以左）
鼓风机用密封件(ZL102) 及抗空架件(ZL301)
.
15
4.铸造铝 – 锌合金 ( ZL401、ZL402 ) : 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)
.
16
三、 铜及铜合金
（一）.铜的性能特点:密度大;导电及导热 性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强 度低;无磁性;无打击火花;加工工艺 性好等。 工业纯铜 T1～T4，
普通青铜 ( 锡青铜 ) ( tin bronze )
特殊青铜 ( 无锡青铜 ) ( tin – free bronze )
.
27
青铜牌号的表示方法
Z Q Sn10 – 1
.
其它合金元 素含量为1% 主加元素锡其含 量为WSn = 10% 青铜
铸造
28
一) 锡青铜 ( tin bronze )
叶片(2A11)等重要零件。
（2）铝锰合金（防锈铝合金） 成分：AL—Mn（主）－Mg Mn,Mg的作用： 提高抗腐蚀性能及塑性，固溶强化
.
10
性能：抗蚀性高，塑性好，不能热处理强化，可冷变形强化。 应用：油箱、 油管（罐）、铆钉（3A21）等。
（3）铝锌合金（超硬铝）
成分：Al－Zn－Cu－Mg
纯铝的牌号：四位字符（以1开头，第二位表示纯铝的成分 状况，第三、四位表示铝的质量分数小数点后两位数。）
二、铝合金：
向铝中加入合金元素 → 铝合金 。
常加的合金元素 ：主：Cu,Mg,Si,Zn,Mn等；
微：Ti,Z. r,Cr,B等；
4
共晶点
合金元素
1 铝合金的分类
变形铝合金 （D以左）
工程材料习题集
工程材料习题集绪论1．一铜棒的最大拉应力为70MPa，若要承受2000kgf的载荷，它的直径是多少？2．有一直径15mm的钢棒所能承受的最大载荷为11800kgf，问它的强度是多少。
3．一根2米长的黄铜棒温度升高80℃，伸长量是多少？要使该棒有同样的伸长，问需要作用多少力？（黄铜线膨胀系数为20×10－6/℃，平均弹性模量为110000MPa）4．一根焊接钢轨在35℃时铺设并固定，因此不能发生收缩。
问当温度下降到9℃时，钢轨内产生的应力有多大？（钢的线膨胀系数为12×10－6/℃，弹性模量为206000MPa）5．零件设计时，选取σ0.2（σS）还是选取σb，应以什么情况为依据？6．δ与ψ这两个指标，哪个能更准确地表达材料的塑性？并说明以下符号的意义和单位：σe；σs(σ0.2)；σb；δ；ψ；σ-1；ɑk7．常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？8．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。
哪种方法合理？为什么？参考答案：1．18.9mm 2．871MPa 3．3.2mm，176MPa 4．64.3MPa第一章金属的结构与结晶1．金属中常见的晶体结构类型有哪几种?α-Fe、γ-Fe、A1、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn 各属何种晶体结构?2．单晶体与多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，而多晶体材料通常不表现出各向异性？3．简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。
4．晶体缺陷有哪些？对材料有哪些影响？对所有的材料都有影响吗？5. 分别说明以下概念：晶格；晶胞；晶格常数；致密度；配位数；晶面；晶向；单晶体；多晶体；晶粒；晶界；各向异性；同素异构。
6.在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同，该晶面与晶向间存在着什么关系？7. 何谓过冷度?为什么结晶需要过冷度?它对结晶后晶粒大小有何影响?8. 何谓同素异构转变?纯铁在常压下有哪几种同素异构体?各具有何种晶体结构?1．金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？2．过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶后的晶粒大小有何影响？3．如果其它条件相同，试比较在下列条件下，铸件晶粒的大小：（1）砂型铸造与金属铸造；（2）厚壁铸件与薄壁铸件；（3）加变质剂与不加变质剂；（4）浇注时振动与不振动。
工程材料学(第8章 铝合金)
均匀，弥散的共格或半共格的亚稳相，在基体中 能形成强烈的应变场。
3、过剩相强化：
1）定义： 当合金元素加入量超过其极限溶解度时，合 金固溶处理时就有一部分第二相不能溶入固溶体，这部分 第二相称作过剩相。
2）过剩相对合金性能的影响 ： 过剩相一般为强硬脆的 金属间化合物，当其数量一定且分布均匀，对铝合金有较 好的强化作用，但会使合金塑性韧性下降；数量过多还会 脆化合金，其强度也会下降。
如：变形铝合金的形 变再结晶退火，铸造铝合 金通过改变铸造工艺（如 变质处理）及加入微量元 素（如0.1～0.3%Ti）的方 法（分析铝钛相图）都可 以达到细化组织的目的。
5、形变强化： 对合金进行冷塑性变形，利用金属的加工硬化提高合
金强度。这是不能热处理强化铝合金的主要强化方法。
沉淀强化相的脱溶过程
的其他相）强化之间的差异造成的。
（注：淬火加热时，第二相会出现溶解）
若淬火前第二相的强化效果 ＜ 淬火后固溶强化的效果， 则淬火后合金的强度↑；
若淬火前第二相的强化效果 ＞ 淬火后固溶强化的效 果，则淬火后合金的强度↓。
5）淬火后进行时效处理的必要性： 大多数铝合金，淬火后强度有所提高，但幅度不大；要
2）平衡相 ：
θ 也是正方点阵：a＝b＝0.606nm，c＝0.487nm，一般 与基体不共格，但亦存在一定的结晶学位向关系，其界面 能高，形核功也高。为减小形核功，往往在晶界处形核， 所以平衡相形核是不均匀的。
课堂提问：实验研究指出，不少合金时效时，往往先析出 亚稳定的过渡相，而不直接析出平衡相这是为什么？ 提示：从能量与相的稳定性方面考虑。
为纪念这两位发现者，将这种两维原子偏聚区命名 为G.P区。现在人们把其他合金中的偏聚区也成为G.P区。
3、过剩相强化：
1）定义： 当合金元素加入量超过其极限溶解度时，合 金固溶处理时就有一部分第二相不能溶入固溶体，这部分 第二相称作过剩相。
2）过剩相对合金性能的影响 ： 过剩相一般为强硬脆的 金属间化合物，当其数量一定且分布均匀，对铝合金有较 好的强化作用，但会使合金塑性韧性下降；数量过多还会 脆化合金，其强度也会下降。
如：变形铝合金的形 变再结晶退火，铸造铝合 金通过改变铸造工艺（如 变质处理）及加入微量元 素（如0.1～0.3%Ti）的方 法（分析铝钛相图）都可 以达到细化组织的目的。
5、形变强化： 对合金进行冷塑性变形，利用金属的加工硬化提高合
金强度。这是不能热处理强化铝合金的主要强化方法。
沉淀强化相的脱溶过程
的其他相）强化之间的差异造成的。
（注：淬火加热时，第二相会出现溶解）
若淬火前第二相的强化效果 ＜ 淬火后固溶强化的效果， 则淬火后合金的强度↑；
若淬火前第二相的强化效果 ＞ 淬火后固溶强化的效 果，则淬火后合金的强度↓。
5）淬火后进行时效处理的必要性： 大多数铝合金，淬火后强度有所提高，但幅度不大；要
2）平衡相 ：
θ 也是正方点阵：a＝b＝0.606nm，c＝0.487nm，一般 与基体不共格，但亦存在一定的结晶学位向关系，其界面 能高，形核功也高。为减小形核功，往往在晶界处形核， 所以平衡相形核是不均匀的。
课堂提问：实验研究指出，不少合金时效时，往往先析出 亚稳定的过渡相，而不直接析出平衡相这是为什么？ 提示：从能量与相的稳定性方面考虑。
为纪念这两位发现者，将这种两维原子偏聚区命名 为G.P区。现在人们把其他合金中的偏聚区也成为G.P区。
工程材料学有色金属
12
第二节 铜及铜合金
一、工业纯铜
牌号 T1－T4 铜含量为99.95－99.5％。纯铜有玫瑰红色，表面 形成氧化膜后呈紫色，故一般称为紫铜。
成分 铜为主体 + 为杂质，其中常见元素 T1
有Pb、Bi、O、S、P等，它们降低了材料 T2
的导电、导热性能,特别是高温或低温下 明显降低了材料的塑性。
T3 T4
99.95% 99.90% 99.70% 99.5%
用途 T1、T2用于电工导体材料，制作电线、电缆、电气开关、 导电垫圈、螺杆等。T3、T4为一般用铜材，制作油管、油嘴 等。
用于真空电气元件的纯铜，还需要经过还原气氛保护熔炼得到 的无氧铜，以及用P或Mn进行脱氧铜。
13
第二节 铜及铜合金
二、黄铜（Cu-Zn合金)
一、工业纯铝
1．性能特点
①比重小、比强度高 铝的密度(比重)为2.7g/cm3，仅为钢的 三分之一，铝合金经处理后，单位质量材料能承受的载荷 远大于高强度钢。
②优良的物理、化学性能 铝的导电性和导热性仅次于Ag、Cu、 Au，但单位重量的导电能力却是铜的200％。铝表面可生成 致密的氧化膜，可以有效的抵抗大气腐蚀，但不耐酸、碱、
号越大纯度越高。主要用来制作铝箔、电容器、科研材料。 工业纯铝 L1、L2、L3、L4、L5，纯度从99%－98％，编号越大
纯度越低。主要用来制作电线、电缆、器皿等。纯铝的强度 较低，一般不用来制作机械构件。
按GB/T8063－1994对铸造纯铝规定为ZAl99.5，数字表示 铝含量的百分数。
按GB/T16474－1996对变形纯铝规定为1A93，数字表示铝 含量的百分数99.93％中小数点后的数字。
4
第一节 铝及铝合金
第二节 铜及铜合金
一、工业纯铜
牌号 T1－T4 铜含量为99.95－99.5％。纯铜有玫瑰红色，表面 形成氧化膜后呈紫色，故一般称为紫铜。
成分 铜为主体 + 为杂质，其中常见元素 T1
有Pb、Bi、O、S、P等，它们降低了材料 T2
的导电、导热性能,特别是高温或低温下 明显降低了材料的塑性。
T3 T4
99.95% 99.90% 99.70% 99.5%
用途 T1、T2用于电工导体材料，制作电线、电缆、电气开关、 导电垫圈、螺杆等。T3、T4为一般用铜材，制作油管、油嘴 等。
用于真空电气元件的纯铜，还需要经过还原气氛保护熔炼得到 的无氧铜，以及用P或Mn进行脱氧铜。
13
第二节 铜及铜合金
二、黄铜（Cu-Zn合金)
一、工业纯铝
1．性能特点
①比重小、比强度高 铝的密度(比重)为2.7g/cm3，仅为钢的 三分之一，铝合金经处理后，单位质量材料能承受的载荷 远大于高强度钢。
②优良的物理、化学性能 铝的导电性和导热性仅次于Ag、Cu、 Au，但单位重量的导电能力却是铜的200％。铝表面可生成 致密的氧化膜，可以有效的抵抗大气腐蚀，但不耐酸、碱、
号越大纯度越高。主要用来制作铝箔、电容器、科研材料。 工业纯铝 L1、L2、L3、L4、L5，纯度从99%－98％，编号越大
纯度越低。主要用来制作电线、电缆、器皿等。纯铝的强度 较低，一般不用来制作机械构件。
按GB/T8063－1994对铸造纯铝规定为ZAl99.5，数字表示 铝含量的百分数。
按GB/T16474－1996对变形纯铝规定为1A93，数字表示铝 含量的百分数99.93％中小数点后的数字。
4
第一节 铝及铝合金
工程材料第八章铸铁
目的：将基体转换为细珠光体组织，提高强度、硬度和耐磨性。 工艺：850～900C加热保温后出炉空冷。 适用的铸件：组织为F＋P＋G球的铸件。 正火后的组织：P＋G球
目的：获得B下，使球墨铸铁具有良好的综合力学性能。 工艺：830～870C加热保温后投入280～350C的熔盐中保持。 组织：B下＋A＋G球。
抗拉强度不小于200MPa
“灰铁”之汉语拼音字头
2.灰铸铁的组织 第八章 铸铁－§8.2 常用铸铁的组织和性能 F + G片 （F+P）+ G片 P + G片 电镜下的石墨片 石墨片的三维形貌
3.灰铸铁的性能特点 （1）力学性能低 抗拉强度低、塑性和韧性近于零，属于脆性材料。 片状石墨对钢基体的分割作用大。 抗压强度与钢相近。 用于制造承受压力载荷的零件和结构，如机座、机床床身等。 （2）耐磨性和减振性好 石墨的存在，有利于润滑和储油、吸收振动能量。 （3）工艺性能好 液态流动性好，具有非常优良的铸造性能；切削时易断屑。
第八章 铸铁－§8.2 常用铸铁的组织和性能
4.球墨铸铁的应用 球墨铸铁具有与钢相近的力学性能，可部分替代钢制造承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。
核燃料贮存运输容器
铸铁曲轴
球墨铸铁制品
第八章 铸铁－§8.2 常用铸铁的组织和性能
蠕墨铸铁（Vermicular Graphite iron） 蠕墨铸铁的牌号 RuT××× 字母“RuT”表示“蠕铁”，3位数字“×××”表示最低抗拉强度值。 举例：RuT 420
01
晶格 ⑵晶体缺陷 ⑶结构起伏 ⑷合金
02
相 ⑹滑移 ⑺同素异构转变 ⑻枝晶偏析
03
铁素体 ⑽奥氏体 ⑾滑移变形 ⑿固溶强化
工程材料学知到章节答案智慧树2023年成都工业学院
工程材料学知到章节测试答案智慧树2023年最新成都工业学院第一章测试1.金属抵抗明显变形的能力，称为（）。
参考答案:屈服极限（屈服强度）2.检验钢制锉刀、冷作模具的硬度，应选用的测试法是（）。
参考答案:HRC3.在进行拉伸试验、硬度试验、冲击试验和疲劳试验时，材料所受的载荷依次属于哪种类型的载荷（）。
参考答案:静载荷、静载荷、冲击载荷、循环载荷4.齿轮受到的力有（）。
参考答案:交变力;静力;冲击力5.下列零件中，其力学性能要求具有良好综合力学性能（即：强度、硬度、塑性、韧性均衡）的是（）。
参考答案:轴6.一批钢制拉杆，工作时不允许出现明显的塑性变形，最大工作应力σmax＝350 MPa。
今欲选用某钢制做该拉杆。
现将该钢制成d0＝10mm的标准拉抻试样进行拉抻试验，测得Ps＝21500N，Pb＝35100N,试判断该钢是否满足使用要求？其选材依据计算值是多少？（）参考答案:不能满足要求;依据бs≈274MPa7.金属塑性的指标主要有（）两种。
参考答案:δ;ψ8.通过拉伸实验能够测出的力学性能有（）。
参考答案:强度;塑性9.下列性能中，不属于力学性能的有（）。
参考答案:密度;耐蚀性10.下列材料中可以用布氏硬度测量的有（）。
(本题源自18材控4班袁桥组)（）参考答案:材料毛坯;有色金属原料11.制造各种型号的弹簧，若选取最重要的两种力学性能要求，从高到低的排序应该是（）。
参考答案:强度;冲击韧性12.下列零件中，其力学性能要求高硬度高耐磨性的是（）。
参考答案:滚动轴承;高速切削钻头13.下列材料中，其主要性能要求高硬度高耐磨性的是（）。
参考答案:锉刀;冷冲压模具14.某公司小王在测试一批即将入库的钢制刀具硬度时使用布氏硬度测试，他的选择是否正确。
（）参考答案:错15.某些零件承受的力并非静力，在设计冲床冲头时必须考虑所选材料的冲击韧性。
（）参考答案:对16.维氏硬度试验测试的精度较高，测试的硬度范围大，被测试样厚度几乎不受限制，故在生产现场常常使用。
Ch8有色金属材料
§ 8.1 铝及其合金
一、工业纯铝
1. 性能特点
（1）无同素异构转变、无磁性。 （2）具有良好的导电、导热性 。 （3）质量轻，比强度高。
（4）极好的塑性，适于冷热加工成形。
（5）耐腐蚀性好。
2. 分类
（1） 高纯铝：L01 ~ L05 主要用于科学试验和化学工业。
（2）工业高纯铝：LG1 ~ LG5。 （3） 工业纯铝：L1 ~ L7 主要用于配制铝合金。
§ 8.1 铝及其合金
拿破仑的餐叉和纽扣
不久，拿破仑三世决定摆脱这种“寒酸”局面。 他给提炼铝的法国科学家和工业家圣克莱尔· 德维利提 供了一大笔资金，用来大量生产铝，他准备用这些铝 为法国军队士兵的所有服装上都安上铝钮扣并装备铝 胸甲。但是，由于当时铝的冶炼方法很落后，又没有 足够的电力，因此铝的产量一直很少，德维利生产的 铝仍然很贵，结果，拿破仑三世用铝钮扣和铝胸甲装 备法国军队的计划没有实现。但是，他对保卫他的安 全的警卫部队则另眼相看，为他们装备了新的铝胸甲。
§ 8.1 铝及其合金
§ 8.1 铝及其合金
二、铝合金
§ 8.1 铝及其合金
二、铝合金
铝合金的牌号：
1×××系列：纯铝（铝含量不小于99.00%）； 2×××系列：以铜为主要合金元素的铝合金； 3×××系列：以锰为主要合金元素的铝合金； 4×××系列：以硅为主要合金元素的铝合金； 5×××系列：以镁为主要合金元素的铝合金； 6×××系列：以镁为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相 的铝合金； 7×××系列：以锌为主要合金元素的铝合金； 8×××系列：以其他元素为主要合金元素的铝合金； 9×××系列：备用合金组。
二、铝合金
§ 8.1 铝及其合金
下列零件进行时效处理的意义与作用：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
工程材料学
第二节 铝及铝合金
3、常用铝合金
一）形变铝合金
卫星天线LF2
1、防锈铝合金
有Al—Mn系合金和Al—Mg系合金。因时效硬化效果不好，
不宜热处理强化，可通过冷加工提高其强度和硬度。常用
来制造航空油箱、油管、以及器皿、日用品、门窗装饰品
等。
GB/T16475 GB3190-
-1996
82
抗拉强度时间
如：4%Cu的Al-Cu合金，加热到550℃并保温, 在 水中快冷时, θ相(CuAl2)来不及析出, 合金获得过饱和的 α 固溶体组织, 其强度为σb＝250MPa
若在室温下放置, 随着时间的延续, 强度将逐渐提 高, 经4～5天后, σb可达400MPa。
工程材料学
铝合金热处理
Al-Cu合金时效处理析出相顺序：GP区——θ’’——θ’——θ（CuAl2） 共格 半共格 非共格 工程材料学
第八章 非铁金属材料
主讲人：胡树兵
Outline
1 概论 2 铝及铝合金 3 铜及铜合金 4 钛及钛合金 5 滑动轴承合金
2016/4/1
第一节 概论
1.定义 : 除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有金 属。
2.性能特点:密度小、比强度高、耐蚀性好、导 电导热性优良等
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。
铸造铝合金 成分高于D的合 金, 由于冷却时有共晶反应发生, 流动性较好, 适于铸造生产, 称为 可铸造铝合金。
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、铝合金热处理
形变铝合金
退火
铝合金铸锭：使成分均匀化，塑形得 到提高，便于随后的轧制加工，均匀 化退火
冷变形加工中的铝合金：消除加工硬 化效应，再结晶退火
铸造铝合金 消除成分不均匀性和内应力
水上飞机配件ZL301
工程材料学
4
2016/4/1
第二节 铝及铝合金
4、铸造铝 —锌合金 ZAlZn11温Si7(ZL401)、ZAlZn6Mg(ZL402)
度
Al-Zn合金(ZL401、ZL402)价格便宜，铸造件性能
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。
ZL401适用于大型复杂的承受高的静载荷的200℃以
飞机主起落架 时间
热处理方式： 固溶+人工时效
工程材料学
第二节 铝及铝合金
4、锻铝合金
通合金常。为良Al温度-好C热u-M塑g性-S，i 可以锻造成型，用来 制造一些复杂的结构 零件，如直升机的旋 翼、航空发动机活塞 等。
GB/T1647 GB31905-1996 82
2A50 LD5 Al-Cu2B50 LD6 Mg-Si
工程材料学
第一节 概论
• 有色金属因具 有特殊的性能 ，如电、磁、 热性能、耐蚀 性、高比强而 在现代工业中 起重要作用
工程材料学
第二节 铝及铝合金
1、性能特点
一、纯铝
密度小、比强度高：密度为2.7g/cm3，铝合 金经处理后，单位质量材料能承受的载荷远 大于高强度钢。
优良的物理、化学性能：导电性和导热性仅 次于Ag、Cu、Au，单位重量的导电能力是 铜的2倍；表面可生成致密的氧化膜，可以 有效的抵抗大气腐蚀，但不耐酸、碱、盐液 腐蚀；非铁磁性材料。
ZL202塑性较低，多用于高
温下不受冲击的零件，
时间
ZL203经淬火时效后，强度 较高，可作结构材料，铸造
汽缸头
承受中等载荷和形状较简单
的零件.
工程材料学
第二节 铝及铝合金
3、铸造铝—镁合金 ZAlMg10(ZL301)、ZAlMg5Si1(ZL303)、 ZAlMg8Zn温度1(ZL305)
Al-Mg合金(ZL301、ZL302) 强度高，比重小(为2.55)，有 良好的耐蚀性，但铸造性能 不好。耐热性低。这类合金 可进行时效处理，通常采用 自然时效，多用于制造承受 冲击载荷、在腐蚀性介质时中间 工作的、外形不太复杂的零 件，例如舰船配件等。
铸造铝合金 形变铝合金
不能热处理 强化铝合金
能热处理 强化铝合金
工程材料学
第二节 铝及铝合金
二、铝合金
1、铝合金分类
形变铝合金 成分低于D的合金， 加热时能形成单相固溶体组织， 塑性较好，适于变形加工，称为 形变铝合金。变形铝合金中成分 低于F的合金，因不能进行热处 理强化，称为不可热处理强化的 铝合金; 成分位于F-D之间的合金, 可进行固溶－时效强化, 称为可 热处理强化的铝合金。
2
第二节 铝及铝合金 含4%Cu的铝合金自然时效曲线
2016/4/1
第二节 铝及铝合金 含4%Cu的铝合金在不同温度下的
人工时效曲线
工程材料学
时效温度越高，达到最高硬度所用时间越短，能达 到的最高硬度值也越低，常用人工时效工艺为130℃约 10小时。
工程材料学
回归 温 度
第二节 铝及铝合金
时间
时效后的铝合金可在回归处理后的软化状态进行 各种冷变形。利用这种现象，可随时进行飞机的 铆接和修理等零件。
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、铝合金热处理
固溶处理+时效强化
（1）固溶处理 将成分位于相图中D-F之间的合 金加热到 α 相区, 经保温获得 单相 α 固溶体后迅速水冷，可 在室温得到过饱和的 α 固溶体, 这种处理方式称固溶处理。
工程材料学
第二节 铝及铝合金
(2)时效
固溶处理后得到的组织是不稳定的，有分解出强化 相过渡到稳定状态的倾向。在室温下放置或低温加热 时，强度和硬度会明显升高。这种现象称为时效或时 效硬化。在室温下进行的称自然时效；在加热条件下 进行的称人工时效。
工程材料学
5
2016/4/1
第三节 铜及铜合金
温 度
铜合金的分类
黄铜 : Cu – Zn 白铜 : Cu – Ni
青铜 : 除黄铜和白 时间 铜外的所有 铜合金。
工程材料学
第三节 铜及铜合金
二、黄铜（铜－锌合金）
Cu对Z温n在很大的范围内可以溶解，Zn加入到Cu中形成的 合金称为度黄铜，这时材料呈颜色淡黄色，故称为黄铜。
型，便于切削加工； 4) 强度不高(σ b=200－250MPa)，硬度低(HB=40－50)， 时间
塑性很好(δ ＝45－50％)；但构成的一些合金有好的 减摩性、耐磨性，有些有高的弹性极限和疲劳极限； 5) 外表色泽美观。
工程材料学
纯铜在微电子制造中的应用
铜引线框架
引线键合丝：金丝、铜丝、铝丝
• 单晶铜丝替代键合金丝的原因
2A14 LD10
抗拉强度
420MPa 340MPa 480MPa
时间
热处理方式： 固溶+人工时 效
工程材料学
第二节 铝及铝合金
二）铸造铝合金
1、铸造铝温—硅系合金
度 简单硅铝明，ZL102(含10—13%Si)
活塞，裙带为硅铝合金
时间
铸造后几乎全部得到共晶体组织(α +Si), 具有 优良的铸造性能(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 和固溶体构成, 强度和塑性都较差。
工程材料学
超纯键合铜丝的制备工艺流程
• 铜的提纯（5N－6N）——微合金化—— 单晶制备方法与工艺——拉丝——生产 工艺研究——性能对比测试——应用。
图1-1 丝球焊键合过程
工程材料学
铜键合丝
工程材料学
第三节 铜及铜合金
一、工业纯铜
T1
温 工业纯铜 T1～T4
度
T2 T3
纯铜的分类
T4
无氧铜 TU1、TU2
时间
(a) 未变质处理
(b) 变质处理后
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、铸造铝—铜系合金
ZAlCu5Mn(ZL201)～ZAlCu4(ZL203）
温
有较高的度强度、塑性及耐热
性,但铸造性能和耐蚀性较差。
ZL201的室温强度、塑性比
较好，可制作在300℃以下
工作的零件，常用于铸造内
燃机气缸头、活塞等零件。
工业纯铝
变形纯铝（经压力加工产品）：国际四位字符体系表示。如 1A93，1—纯铝，字母A—原始纯铝，其它字母（如B）表示原 始纯铝或铝合金的改型；后面两位数字，对于纯铝，表示铝含 量的百分数99.93％中小数点后的数字。
工程材料学
1
2016/4/1
第二节 铝及铝合金 二、铝合金
1、铝合金分类
铝合金
GB/T16475 GB3190-
-1996
82
抗拉强度
2A01 LY1 Al-Cu-Mg
2A11 LY11
420MPa
2A12 LY12
475MPa
热处理方式： 时间 固溶+时效
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、硬铝合金
温 度
飞机翼梁腹板为硬铝合金
时间 工程材料学
3
2016/4/1
第二节 铝及铝合金
工程材料学
第二节 铝及铝合金
1、铸造铝—硅系合金 变质处理 浇铸前向合金液中加入占合金重量2～3%的变质(常用
钠盐混温度合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以细化合金组织, 显著提高 合金的强度及塑性。 经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生α 固溶体,获得 亚共晶组织。这是由于加入钠盐后，铸造冷却较快时共晶点 右移的缘故。
热处理方式：退火
3A21 LF21 Al-Mn 190MPa 5A02 LF2 Al-Mg 230MPa
第二节 铝及铝合金
3、常用铝合金
一）形变铝合金
卫星天线LF2
1、防锈铝合金
有Al—Mn系合金和Al—Mg系合金。因时效硬化效果不好，
不宜热处理强化，可通过冷加工提高其强度和硬度。常用
来制造航空油箱、油管、以及器皿、日用品、门窗装饰品
等。
GB/T16475 GB3190-
-1996
82
抗拉强度时间
如：4%Cu的Al-Cu合金，加热到550℃并保温, 在 水中快冷时, θ相(CuAl2)来不及析出, 合金获得过饱和的 α 固溶体组织, 其强度为σb＝250MPa
若在室温下放置, 随着时间的延续, 强度将逐渐提 高, 经4～5天后, σb可达400MPa。
工程材料学
铝合金热处理
Al-Cu合金时效处理析出相顺序：GP区——θ’’——θ’——θ（CuAl2） 共格 半共格 非共格 工程材料学
第八章 非铁金属材料
主讲人：胡树兵
Outline
1 概论 2 铝及铝合金 3 铜及铜合金 4 钛及钛合金 5 滑动轴承合金
2016/4/1
第一节 概论
1.定义 : 除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有金 属。
2.性能特点:密度小、比强度高、耐蚀性好、导 电导热性优良等
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。
铸造铝合金 成分高于D的合 金, 由于冷却时有共晶反应发生, 流动性较好, 适于铸造生产, 称为 可铸造铝合金。
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、铝合金热处理
形变铝合金
退火
铝合金铸锭：使成分均匀化，塑形得 到提高，便于随后的轧制加工，均匀 化退火
冷变形加工中的铝合金：消除加工硬 化效应，再结晶退火
铸造铝合金 消除成分不均匀性和内应力
水上飞机配件ZL301
工程材料学
4
2016/4/1
第二节 铝及铝合金
4、铸造铝 —锌合金 ZAlZn11温Si7(ZL401)、ZAlZn6Mg(ZL402)
度
Al-Zn合金(ZL401、ZL402)价格便宜，铸造件性能
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。
ZL401适用于大型复杂的承受高的静载荷的200℃以
飞机主起落架 时间
热处理方式： 固溶+人工时效
工程材料学
第二节 铝及铝合金
4、锻铝合金
通合金常。为良Al温度-好C热u-M塑g性-S，i 可以锻造成型，用来 制造一些复杂的结构 零件，如直升机的旋 翼、航空发动机活塞 等。
GB/T1647 GB31905-1996 82
2A50 LD5 Al-Cu2B50 LD6 Mg-Si
工程材料学
第一节 概论
• 有色金属因具 有特殊的性能 ，如电、磁、 热性能、耐蚀 性、高比强而 在现代工业中 起重要作用
工程材料学
第二节 铝及铝合金
1、性能特点
一、纯铝
密度小、比强度高：密度为2.7g/cm3，铝合 金经处理后，单位质量材料能承受的载荷远 大于高强度钢。
优良的物理、化学性能：导电性和导热性仅 次于Ag、Cu、Au，单位重量的导电能力是 铜的2倍；表面可生成致密的氧化膜，可以 有效的抵抗大气腐蚀，但不耐酸、碱、盐液 腐蚀；非铁磁性材料。
ZL202塑性较低，多用于高
温下不受冲击的零件，
时间
ZL203经淬火时效后，强度 较高，可作结构材料，铸造
汽缸头
承受中等载荷和形状较简单
的零件.
工程材料学
第二节 铝及铝合金
3、铸造铝—镁合金 ZAlMg10(ZL301)、ZAlMg5Si1(ZL303)、 ZAlMg8Zn温度1(ZL305)
Al-Mg合金(ZL301、ZL302) 强度高，比重小(为2.55)，有 良好的耐蚀性，但铸造性能 不好。耐热性低。这类合金 可进行时效处理，通常采用 自然时效，多用于制造承受 冲击载荷、在腐蚀性介质时中间 工作的、外形不太复杂的零 件，例如舰船配件等。
铸造铝合金 形变铝合金
不能热处理 强化铝合金
能热处理 强化铝合金
工程材料学
第二节 铝及铝合金
二、铝合金
1、铝合金分类
形变铝合金 成分低于D的合金， 加热时能形成单相固溶体组织， 塑性较好，适于变形加工，称为 形变铝合金。变形铝合金中成分 低于F的合金，因不能进行热处 理强化，称为不可热处理强化的 铝合金; 成分位于F-D之间的合金, 可进行固溶－时效强化, 称为可 热处理强化的铝合金。
2
第二节 铝及铝合金 含4%Cu的铝合金自然时效曲线
2016/4/1
第二节 铝及铝合金 含4%Cu的铝合金在不同温度下的
人工时效曲线
工程材料学
时效温度越高，达到最高硬度所用时间越短，能达 到的最高硬度值也越低，常用人工时效工艺为130℃约 10小时。
工程材料学
回归 温 度
第二节 铝及铝合金
时间
时效后的铝合金可在回归处理后的软化状态进行 各种冷变形。利用这种现象，可随时进行飞机的 铆接和修理等零件。
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、铝合金热处理
固溶处理+时效强化
（1）固溶处理 将成分位于相图中D-F之间的合 金加热到 α 相区, 经保温获得 单相 α 固溶体后迅速水冷，可 在室温得到过饱和的 α 固溶体, 这种处理方式称固溶处理。
工程材料学
第二节 铝及铝合金
(2)时效
固溶处理后得到的组织是不稳定的，有分解出强化 相过渡到稳定状态的倾向。在室温下放置或低温加热 时，强度和硬度会明显升高。这种现象称为时效或时 效硬化。在室温下进行的称自然时效；在加热条件下 进行的称人工时效。
工程材料学
5
2016/4/1
第三节 铜及铜合金
温 度
铜合金的分类
黄铜 : Cu – Zn 白铜 : Cu – Ni
青铜 : 除黄铜和白 时间 铜外的所有 铜合金。
工程材料学
第三节 铜及铜合金
二、黄铜（铜－锌合金）
Cu对Z温n在很大的范围内可以溶解，Zn加入到Cu中形成的 合金称为度黄铜，这时材料呈颜色淡黄色，故称为黄铜。
型，便于切削加工； 4) 强度不高(σ b=200－250MPa)，硬度低(HB=40－50)， 时间
塑性很好(δ ＝45－50％)；但构成的一些合金有好的 减摩性、耐磨性，有些有高的弹性极限和疲劳极限； 5) 外表色泽美观。
工程材料学
纯铜在微电子制造中的应用
铜引线框架
引线键合丝：金丝、铜丝、铝丝
• 单晶铜丝替代键合金丝的原因
2A14 LD10
抗拉强度
420MPa 340MPa 480MPa
时间
热处理方式： 固溶+人工时 效
工程材料学
第二节 铝及铝合金
二）铸造铝合金
1、铸造铝温—硅系合金
度 简单硅铝明，ZL102(含10—13%Si)
活塞，裙带为硅铝合金
时间
铸造后几乎全部得到共晶体组织(α +Si), 具有 优良的铸造性能(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 和固溶体构成, 强度和塑性都较差。
工程材料学
超纯键合铜丝的制备工艺流程
• 铜的提纯（5N－6N）——微合金化—— 单晶制备方法与工艺——拉丝——生产 工艺研究——性能对比测试——应用。
图1-1 丝球焊键合过程
工程材料学
铜键合丝
工程材料学
第三节 铜及铜合金
一、工业纯铜
T1
温 工业纯铜 T1～T4
度
T2 T3
纯铜的分类
T4
无氧铜 TU1、TU2
时间
(a) 未变质处理
(b) 变质处理后
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、铸造铝—铜系合金
ZAlCu5Mn(ZL201)～ZAlCu4(ZL203）
温
有较高的度强度、塑性及耐热
性,但铸造性能和耐蚀性较差。
ZL201的室温强度、塑性比
较好，可制作在300℃以下
工作的零件，常用于铸造内
燃机气缸头、活塞等零件。
工业纯铝
变形纯铝（经压力加工产品）：国际四位字符体系表示。如 1A93，1—纯铝，字母A—原始纯铝，其它字母（如B）表示原 始纯铝或铝合金的改型；后面两位数字，对于纯铝，表示铝含 量的百分数99.93％中小数点后的数字。
工程材料学
1
2016/4/1
第二节 铝及铝合金 二、铝合金
1、铝合金分类
铝合金
GB/T16475 GB3190-
-1996
82
抗拉强度
2A01 LY1 Al-Cu-Mg
2A11 LY11
420MPa
2A12 LY12
475MPa
热处理方式： 时间 固溶+时效
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、硬铝合金
温 度
飞机翼梁腹板为硬铝合金
时间 工程材料学
3
2016/4/1
第二节 铝及铝合金
工程材料学
第二节 铝及铝合金
1、铸造铝—硅系合金 变质处理 浇铸前向合金液中加入占合金重量2～3%的变质(常用
钠盐混温度合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以细化合金组织, 显著提高 合金的强度及塑性。 经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生α 固溶体,获得 亚共晶组织。这是由于加入钠盐后，铸造冷却较快时共晶点 右移的缘故。
热处理方式：退火
3A21 LF21 Al-Mn 190MPa 5A02 LF2 Al-Mg 230MPa