第九章 有色金属及其合金

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二、铜合金
• 分类：按化学成分可分为（黄铜、青铜、 白铜）
• 1、黄铜（cu-zn合金）
• 性能：良好的力学性能，加工成型性，导 电性和导热性。
• ①普通黄铜（二元黄铜 c数”cu，zn能形
成a固溶体。黄铜的力学性能与锌的质量分
数的关系。（如图9-9）
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• （4）锻铝
• 锻铝合金分Al-Cu-Mn-Si系普通锻造铝 合金和Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻造铝 合金，具有良好的锻造性能，可作形 状复杂的大型锻件和膜锻件。
• 普通锻铝中Mg和Si的主要作用是形成 强化相Mg2Si,这类合金除具有良好的 耐热加工性能外，腐蚀倾向也很小。 耐热锻铝中的Fe和Ni元素的主要作用 是形成耐热强化相Al9FeNi。
• 随时间的延长”G.P”区Cu原子继续增多，
并发生有序化，化学成分接近CuAl2,呈正
方晶格，引起更严重的畸变，合金强度大
大提高。
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• 在人工时效时，温度升高到150-200℃时，由于原
子扩散能力强，铜原子在”G.P”区进一步富 集，逐步形成与CuAl2成分相同，但晶格不 同的θ’相。 θ’相已部分的与母体α固溶体 脱离共格关系，随θ’相形成和长大， α固 溶体的晶格畸变减轻，对位错的阻碍减少， 合金趋向软化。若温度在升高， θ’相变为 稳定的θ相，与α固溶体完全脱离共格关系， α固溶体的晶格畸变大大减轻，强化作用减 弱，出现过时效。
金加热到a单相区某一温度，获得单 相固溶体a（F-D′之间），随后进行 水冷，得到单相过饱和固溶体a组织。 • 淬火后，强度和硬度并不高，而塑性 仍很好。
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• 但将合金在室温放置或在低于固溶 体线某一温度加热时，不稳定的过 饱和a固溶体析出第二相，产生第 二相弥散强化，使合金强度、硬度 明显提高，塑性显著下降（时效强 化）自然时效（室温），人工时效 （加热）。
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向大。
§9-2 铜 及 其 合 金
• 一、纯铜 • 理化性能：玫瑰红色（紫铜） 熔点：
1083℃ 比重8.9g/cm3 • 导电性，导热性好 • 晶格结构：面心立方、无同素异构转变 • 力学性能σb =200-250Mpa δ=50% 不
能通过热处理强化，只能冷加工变形强 化 • 代号：T1 、T2、T3、T4
• 代号“LD”后面加顺序号 13
四、铸造Al合金
• 铸造Al合金——用来制造铸铝件的铝合 金，称为铸造Al合金。
• 代号：ZL102第一位数字是系号，后面 是顺序号。
• 处理方式：变质处理，使组织显著细 化。
• 缺点：吸气性高，产生大量缩孔，致 密性下降。
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• Al-si 1——铝硅系——流动性好，铸件热 裂倾向，抗蚀性，耐热性也很好。
• 塑性很好 δ=50% ψ=80%
• 纯Al代号：L
高钝铝 LG1-LG5
• 工业纯铝 L1-L7
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• 二、铝合金 • 1、铝合金分类：形变铝合金（不能热处理强化、
能热处理强化）；铸造铝合金。 • Al与某种元素形成合金的相图(图9-1、9-2)
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• 2、铝合金的热处理 • （1）固溶处理（淬火）——将Al合
第九章 有色金属及其合金
• 有色金属——把铁和铁基以外的金属称为有色金属
• §9-1 铝及其合金
• 一、纯铝
• 纯铝的理化性能：熔点660.37℃ 比重 2.7g/cm3
• 良好的导电性和导热性，良好的耐蚀性，Al2O3 • 晶格结构：面心立方晶格，无同素异构转变，呈银白色
• 力学性能：强度、硬度很低（σb=80 -100Mpa 20HBS）
• 从相图中知道：Zn能大量溶于Cu中形成α 固溶体（面心立方），在456℃，Zn在Cu 中的最大溶解度为39%，β相是以电子化 合物CuZn为基的固溶体（体心立方）。 当温度在456-468 ℃时转变为β’（以 CuZn为基的有序固溶体）相，性能硬而 脆。当Zn的质量分数超过32%时因组织 中出现β’，塑性开始下降，强度还在提 高，当Zn的含量达到45%时强度达到最 大值。因此，工业用的黄铜Zn的质量分 数小于46%，组织为α或α+ β’。
• 时效强化时比较可得以下两规律： （由图9-3、图9-4）
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• ①人工时效没有自然时效所达到的 硬度，强度高
• ②人工时效时，温度高比温度低时 强度低，但达到最高强度时间短。
• 强化原因：铝合金在淬火时抑制了 过饱和固溶体的分解过程。这种过 饱和固溶体极不稳定，在室温及加 热条件下都可以分解，只是加热条 件下分解的更快。
• Al-Cu 2——铝铜系——具有较高的强度和 耐热性，但只含有少量共晶体，铸造性能 差。
• Al-Mg 3——铝镁系——具有良好的力学性 能，耐蚀性和切削加工性能好。但流动性 差，铸造性能不好，铸造工艺复杂，耐热 性差。
• Al-Zn 4——铝锌系——具有较高强度，可 不经热处理直接使用，耐蚀性差，热裂倾
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• 在淬火状态下,过饱和的α固溶体的晶格内 部,Cu原子的分布是比较均匀的,而在自然 时效过程中,Cu原子在α固溶体晶格的某些 部位进行了聚集,于是在固溶体内就形成了 很多体积很小的 “富铜区”,称为”G.P” 区。Cu区域浓度大，晶格形式并没有改变， 并与α固溶体共格，引起α固溶体晶格严重 畸变。
• 硬铝分为低强度硬铝、标准硬铝、高强 度硬铝、耐热硬铝等四种。
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• （3）超硬铝 • 这类合金属于Al-Cu-Mg-Zn系合金，
另外加入少量铬、锰等元素。该合金 中有CuAl2、CuMgAl2、MnZn2、 Al2Mg3Zn3等四种强化相，强化相多， 强度在铝合金中最高。 • 代号：“LC”后面加顺序号
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• 3、形变铝合金 • 根据合金的特性，形变铝合金分为：
防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝等四类 • （1）防锈铝 主要是Al-Mn 、 Al-Mg
合金，该合金耐蚀性很高，有良好的 塑性和焊接性能，不能热处理强化。 代号“LF”，后面数字为顺序号
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• （2）硬铝
• 硬铝属于Al-Cu-Mg-Mn系合金，合金中的 铜和镁形成CuAl2和CuMgAl2，锰的作用 是改善合金的耐蚀性，中和铁的有害影 响，同时，锰可在基体中部分固溶，提 高热处理后的合金强度，而且对耐热性 也有一定影响。牌号“LY”，后面跟顺 序号。