(冶金行业)第五章非铁金属材料与粉末冶金材料

（冶金行业）第五章非铁金属材料与粉末冶

金材料

第五章非铁金属材料和粉末冶金材料

非铁金属材料是指除钢铁材料以外的其它金属及合金的总称（俗称有色金属）。

非铁金属材料种类繁多，应用较广的是Al、Cu、Ti及其合金以及滑动轴承合金。

§5-1铝及铝合金

壹、工业纯铝（阅读，回答问题）

1．铝合金为什么不能进行热处理强化？可通过什么手段提高其强度？

2．为什么纯铝在大气中有良好的耐蚀性？

3．纯铝有哪些优点和缺点？主要应用？

二、铝合金

铝合金是向铝中加人适量的Si、Cu、Mg、Mn等合金元素，进行固溶强化和第二相强化而得到的。合金化可提高纯铝的强度且保持纯铝的特性。壹些铝合金仍可经冷变形强化或热处理，进壹步提高强度。

1．铝合金的分类

二元铝合金壹般形成固态下局部互溶的共晶相图，如图5-１所示。

根据铝合金的成分和工艺特点可把铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。

（1）变形铝合金由图5-１可知，凡成分在D'点以左的合金（加热时能形成单相固溶体组织，具有良好的塑性，适于压力加工），均称变形铝合金。

变形铝合金又可分为俩类：

·不能热处理强化的铝合金成分在Ｆ点以左的合金；

·能热处理强化的铝合金成分在Ｆ点和D'点之间的铝合金。

（2）铸造铝合金成分在D'点以右的铝合金，具有共晶组织，塑性较差，但熔点低，流动性好，适于铸造，故称铸造铝合金。上述分类且不是绝对的。

2、铝合金的时效强化

（1）概念

1）固溶处理将铝合金加热到α单相区某壹温度，经保温，使第二相溶入α中，形成均匀的单相α固溶体，随后迅速水冷，使第二相来不及从α固溶体中析出，在室温下得到过饱和的α固溶体，这种处理方法称为固溶热处理或固溶（俗称淬火）。

2）固溶处理的性能特点①硬度、强度无明显升高，而塑性、韧性得到改善；②组织不稳定，有向稳定组织状态过渡的倾向。

3）时效强化固溶处理后的铝合金，随时间延长或温度升高而发生硬化的现象，称为时效（即时效强化）。

4）合金时效强化的前提条件合金在高温能形成均匀的固溶体，同时在冷却中，固溶体溶解度随之下降，且能析出强化相粒子。

5）合金时效各阶段的性能特点①孕育期即在自然时效初始阶段，铝合金的强度不高，塑性好，此时可进行各种冷变形加工（如铆接、弯曲等）。

②超过孕育期后，强度、硬度迅速增高。如图5-2所示。

（2）时效规律铝合金时效强化效果和加热温度有关，如图5-3所示：

①时效温度越高，强度峰值越低，强化效果越小。

②时效温度越高，时效速度越快，强度峰值出现所需时间越短；温度过高或时间过长，合金反而变软，这种现象称为“过时效”。

③低温使固溶处理获得的过饱和固溶体保持相对的稳定性，抑制时效的进行。（生产中有实用意义）

（3）回归处理

将已时效强化的铝合金重新加热，经短时保温后在水中急冷，使合金恢复到固溶后的状态的处理方法。（之后仍可时效）

壹切能时效强化的合金都有回归现象。

（4）退火的目的

铸造铝合金—是消除内应力及成分偏析，稳定组织。

变形铝合金—是消除变形加工中出现的加工硬化现象，改善其加工工艺性。

3．变形铝合金

（1）变形铝合金的分类、代号和牌号

变形铝合金根据其性能特点和用途可分为防锈铝合金（LF）、硬铝合金（LY）、超硬铝合金（LC）及锻铝合金（LD），其代号后的数字为顺序号。如LF5、LY12、LC4、LD5等。

牌号（见P143）

（2）常用的变形铝合金（见P144表5-2）

①不能热处理强化的铝合金

②能热处理强化的铝合金

4．铸造铝合金

铸造铝合金铸造性能良好，可获得各种近乎最终使用形状和尺寸的毛坯铸件，但塑性较低，不能承受压力加工。

（1）铸造铝合金的分类、代号及牌号

按主加合金元素的不同，铸造铝合金可分为A1-Si系、A1-Cu系、A1-Mg 系、A1-Zn系。

代号由“ZL+三位阿拉伯数字”组成。“ZL”是“铸铝”二字汉语拼音字首，其后第壹位数字表示合金系列，如1、2、3、4分别表示铝硅、铝铜、铝镁、铝锌系列合金；第二、三位数字表示顺序号。例如：ZL102表示铝硅系02号铸造铝合金。若为优质合金在代号后加“A”，压铸合金在牌号前面冠以字母“YZ”。

牌号是由“Z+基体金属的化学元素符号+合金元素符号+数字”组成。其中，“Z”是“铸”字汉语拼音字首，合金元素符号后的数字是以名义百分数表示的该元素的质量分数。例如：ZA1Si12表示W si≈12%的铸造铝合金。

（2）常用的铸造铝合金（见表5-3）

（仅简介）铝硅合金（A1-Si系）这类合金密度小，有优良的铸造性能（如流动性好，收缩及热裂倾向小），壹定的强度和良好的耐蚀性，但塑性较差。在生产中对它采用变质处理，可显著改善其塑性和强度。

ZAlSi12（ZL102）是壹种典型的铝硅合金，属于共晶成分，通常称为简单硅铝明。铸造后（组织是硅溶于铝中形成的α固溶体和硅晶体组成的共晶体—α+Si，且硅本身脆性，又呈粗大针状分布在组织中。）合金力学性能很低，需采用变质处理（变质处理后，合金为亚共晶组织，硅晶体变为细小粒状，均布在铝基体上，且生成塑性好的初晶α固溶体。），提高合金的力学性能（强度和塑性都有所提高）。

ZL102的致密性较差，且不能热处理强化。

§5-2铜及铜合金

铜在自然界中既能够以矿石的形式存在，又能够以纯金属的形式存在，是我国历史上使用较早、用途较广的壹种非铁金属材料。

壹、工业纯铜（阅读，回答）

1．铝合金为什么不能进行热处理强化？可通过什么手段提高其强度？

2．什么杂质使铜出现“热脆”？什么杂质使铜出现“冷脆”？

3．纯铜有哪些优点和缺点？主要应用？

二、铜合金

工业纯铜的强度低，尽管通过冷变形强化可使其强度提高，但塑性却急剧下降，因此不适合作结构材料。工业上，常对纯铜作合金化处理，加入壹