4-铝铜

（一）铝及铝合金11.1概述1825年由丹麦化学家奥斯德发现。1827年德国化学家武勒重复了奥斯德的实验，并不断改进制取铝的方法。1854年德国化学家德维尔用钠代替钾还原氯化铝，制得铝锭。地壳中含量7%以上，在全部化学元素中含量占第三位(仅次于氧和硅)，在全部金属元素中占第一位。铝呈银白色，密度2.702g/cm3，熔点660.37℃，沸点2467℃。铝热法：用铝从其它氧化物中置换金属。如：8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe+795千卡高温下铝也与非金属反应，亦溶于酸或碱中。但与水、硫化物，浓硫酸、任何浓度的醋酸，以及一切有机酸类均无作用。铝以化合态存在于各种岩石或矿石里，如长石、云母、高岭土、铝土矿、明矾。铝由其氧化物与冰晶石（Na3AlF6）共熔电解制得。纯铝大量用于电缆、日用器皿；其合金质轻而坚韧，是制造飞机、火箭、汽车的结构材料。21.2工业纯铝1.2.1纯铝的特性铝：原子序数为13，原子量为26.98，面心立方结构，熔点660℃，密度2.702，晶格常数4.05Å，原子直径2.86Å，标准电极电位－1.67V高的耐大气腐蚀性：铝在大气中极易和氧作用生成一层牢固致密的氧化膜，厚度约为50～100Å，可防止铝继续氧化；即使在熔融状态，仍然能维持氧化膜的保护作用。因此，铝在大气环境中是抗蚀的。Al2O3膜具有酸、碱两重性，因此，纯铝除在氧化性的浓硝酸(80～98％)中有极高的稳定性外(优于Ni—Cr系不锈钢)，在硫酸、盐酸、碱、盐和海水中均不稳定。良好的低温性能、无低温脆性：在摄氏零度以下随着温度的降低，其强度和塑性提高。高的导电性：位于银、铜、金之后。高的导热性：热交换器。无磁性：冲击不产生火花，用于制作如仪表材料、电气设备的屏蔽材料，易燃、易爆物的生产器材等。低强度、高塑性：强度为80MPa~130MPa，延伸率30~50%，铝箔。341.2.2铝中杂质主要杂质为Fe和Si，其次有Cu、Zn、Mn、Ni、Ti等。Fe、Si含量及相对比例(铁硅比)对纯铝性能有很大影响。共晶温度时的极限溶解度，铁0.052％、硅1.65％，并随温度下降而急剧减小。铝中存在很少的铁或硅时就出现FeAl3或β(Si)，它们性质硬脆，使纯铝塑性变差，尤其针状的FeAl3影响更甚。Fe、Si共存时，出现FeAl3和β(Si)相、α(Fe3SiAll2)及β(Fe2Si2Al9)。WFeWSi，富Fe化合物α(Fe3SiAl12)。WSiWFe，富Sip(Fe2Si2)，骨骼状α(Fe3SiAll2)，枝条状α(Fe3SiAll2)，粗针状β(Fe2Si2Al9)。这些相又硬又脆，使铝的塑性急剧下降，后者尤为严重。硅含量控制要求更严格，Fe：Si≥2～3。铝中铁硅比不当时，会引起纯铝铸锭产生裂纹。W(Fe+Si)小于0.65％时，WFeWSi以减少铸锭开裂倾向。W(Fe+Si)大于0.65％时，共晶数量增加，热裂纹易被共晶液体充填而愈合。所以铁硅比的影响减小。FeAl3、α、β相的电位比铝高，破坏了纯铝表面氧化膜的连续性，因而降低了纯铝的耐蚀性，同时也降低了纯铝的导电性。1.2工业纯铝51.2工业纯铝1.2.3纯铝的牌号旧标准新标准LG1、LG2、LG3、LG4、LG5L2、L3、L4、L6、L4-1、L5-18A06：Al：余量、Si≤0.55、Cu≤0.10、Mg≤0.10、Zn≤0.10、Mn≤0.10、Fe：0.000～0.500、FeSi：0.000～1.500注：单个:≤0.05;合计:≤0.151A85、1A90、1A93、1A97、1A99、1060、1050A、1035、8A06、1A30、1100LG1、LG2、LG3、LG4、LG5、L2、L3、L4、L6、L4-1、L5-162.2铝合金2.2.1铝合金的牌号、分类与应用旧标准新标准按铝合金加入合金元素种类分类：按加入合金元素后铝合金的性能特点分类：7旧标准2.2铝合金新标准2.2.1铝合金的牌号、分类与应用加工状态8铸造有色金属及其合金牌号表示方法统一如下:①铸造有色纯金属的牌号为Z+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。铝锭2.2.4铸造铝合金2.2铝合金9②铸造有色合金的牌号为Z+基体元素符号+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百分含量数字。如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。混合稀土元素符号用RE表示。优质合金在牌号后标注字母“A”。10铸造铝合金铝锌系合金铝镁系合金铝铜系合金铝硅系合金铸造、机械性能良好高温强度高（耐热），易腐蚀强度、塑性高，耐腐蚀，铸造时易氧化强度高，易腐蚀，价格低2.2.4铸造铝合金2.2铝合金11铸造铝合金包括：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Al-Si系铸造铝合金又称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明.577℃12.7%12（二）铜及铜合金13（二）铜及铜合金铜及铜合金是人类历史上使用最早的金属材料之一。由于铜具有优良的性能及美丽的色泽而被广泛用于电缆、电器核电子设备的导电材料、各种热交换器的传热材料、建筑材料以及装饰品等。随着科学技术的发展，使用范围不断扩大，如大规模集成电路、超导电线、超导电磁体、磁力悬浮铁路核聚变装置以及形状记忆合金等方面都有应用。14上左:编钟上右:永乐大钟下左:越王勾践青铜剑15铜合金：黄铜、白铜，青铜。黄铜：简单黄铜和复杂黄铜。简单黄铜：为Cu—Zn二元合金，以“H”表示，H后面的数字表示合金的平均含铜量如H70表示含铜量为70％，其余为锌。复杂黄铜：在Cu-Zn会金中加入少量铅、锡、铝、锰等，组成多元合金。第三组元为铅的称铅黄铜，为铝的称铝黄铜，如HSn70-1表示含70％Cu、1％Sn、余为锌的锡黄铜。多元合金则以第三种含量最多的元素相称，如：HMn57-3－1：57％Cu、3％Mn、1％Al、余为锌的锰黄铜；HAl66-6－3－2：66％Cu、6％Al、3％Fe、2％Mn、余Zn的铝黄铜白铜：铜为基、镍为主要合金元素的铜合金。以B表示。如：BlO为10％Ni、余为铜；B30为30%Ni、余Cu的铜镍合金。青铜：除黄铜、白铜之外的铜合金。按主加元素(如Sn、Al，Be等)命名为锡青铜、铝青铜、铍青铜，并以Q＋主添元素化学符号及百分含量表示，如QSn6.5-0.1为6.5％Sn、0.1％P、余为铜的锡磷青铜。QA15为5％A1、余为铜的铝青铜。QBe2为2%Be、余下为铜的铍青铜。16一、普通黄铜组织＜36%Zn的合金为单相α黄铜，36～46%Zn合金为α+β双相黄铜，易热加工，为热加工黄铜。性能随Zn↑,导电导热性↓，线胀系数↑＜30%Zn时,随Zn↑,强度和塑性↑,δ达到最高值;＞32%Zn时，由于出现脆性β′相，塑性↓，强度↑,在45%Zn时达最大值黄铜有良好的铸造性能，即流动性高，偏析倾向小，适用于铸造复杂和精致的铸造制品。H96、H90等：有金色黄铜之称。导热性、抗蚀性好。用于冷凝器、散热器和工艺品等H70、H68：为三七黄铜。强度较高，塑性好，用于冷冲压、深拉伸的形状复杂件。大量用于弹壳，所以也称为弹壳黄铜。铝?H62：强度高，塑性也好，常、用于水管、油管，也称为商业黄铜。二、特殊黄铜锡黄铜锡黄铜在普通黄铜中+0.5~1.5%Sn，↑强度和硬度及耐蚀性，改善切削加工性。锡黄铜主要以管、棒、板材大量用于舰艇制造工业，如冷凝管、船舶零件、船舰焊接件的焊条等，故有海军黄铜之称。铝黄铜黄铜中加入少量铝（0.7~3.5%）可在表面形成致密和牢固的Al2O3膜，↑耐蚀性。铝能细化晶粒，↑硬度和强度。但＞2%Al时塑韧性↓。含2%Al、20%Zn的铝黄铜具有最高热塑性，所以HAl77-2合金得到广泛应用。含铝特殊黄铜焊接比较困难，且有高的应力腐蚀倾向，必须进行充分低温退火加以消除。镍黄铜添加镍可扩大α相区，故双相黄铜添加适当的镍可转变为单相黄铜。镍能↑强度、韧性、耐蚀性及耐磨性。镍黄铜适合于冷、热加工。镍黄铜具有小的应力腐蚀破裂倾向，可用来制造海船工业的压力表及冷凝管等，还可作锡磷青铜的代用品。硅黄铜加入1.5~4.0%Si，能↑↑黄铜在海水中的耐蚀性以及抗应力腐蚀能力，改善铸造性和焊接性。HSi80-3硅黄铜显微组织为α+β，主要用于舰船制造和其它工业中的耐蚀零件和接触蒸汽的配件等。硅黄铜铅黄铜HPb74-3是单相α铅黄铜，铅呈细小质点分布在晶界；HPb59-1是双相（α+β）铅黄铜。因为HPb59-1切削性特别好，称为易切黄铜，有足够高的强度、耐磨性和耐蚀性。广泛用作钟表机芯的基础部件和汽车、拖拉机等机械零件如衬套、螺钉、电器插座等。1、铜锡二元合金组织α是Sn固溶于Cu固溶体，FCC结构；β是β电子化合物Cu5Sn为基的固溶体；γ是CuSn化合物为基的固溶体；δ是电子化合物Cu31Sn8；ε是电子化合物Cu3Sn。锡青铜的显微组织与锡含量和合金状态有关。2青铜性能较高强度、硬度和耐磨性。Sn↑,强度↑，当Sn＞6%后，↓↓伸长率;Sn＞20%，出现大量δ相，合金变脆，强度↓。因此，工业用Sn青铜的Sn含量均在3~14%之间。Sn＜7~8%的合金，有高的塑性和强度，适用于塑性加工；含Sn＞10%的合金，因塑性低，只适用于铸造用。2、铝青铜特点强度和耐蚀最好，应用广泛。是锡青铜的重要代用品，但铸造性和焊接性较差。铝作用↑Al，强度和硬度↑，塑性↓。当Al＞10~11%时，强度、塑性均↓。→由于出现了硬脆γ2相所致。→≯12%Al。压力加工用铝青铜Al≯5~7%.应用铝青铜应用较广泛。用于制造耐磨、耐蚀和弹性零件，如齿轮、轴套、弹簧以及船舶制造中的特殊设备等3、铍青铜铍青铜是加入1.5~2.5%Be的铜合金，除Be外，还加入镍、钛、镁等合金元素。常用QBe2.5、QBe1.7。性能特点淬火状态塑性好，可冷加工成管、棒、带材等各种型材。若经过固溶处理及冷变形后，不仅能提高强度（σb可1200MPa），而且能↑↑σp，→特别适用于仪表弹簧处理特点固溶处理和快冷是为了获得过饱和固溶体，→时效强化。铍青铜淬火时必须严格控制加热温度。否则会产生过热和过烧。加热温度过低，富铍相不能充分溶解，↓沉淀硬化能力小结铜合金中固溶强化的合金元素主要是锌、铝、锡、锰、镍等。许多元素在固态铜中的溶解度随温度降低而急剧减小，如铍、钛、锆、铬等，因而它们具有时效强化效果。过剩相强化在铜合金中的应用也较普遍。黄铜和青铜中的Cu31Sn8等相均产生过剩相强化作用。由于锌在铜中的固溶度随温度降低而增大，故黄铜不能热处理强化。黄铜常用的热处理是去应力退火和再结晶退火。此外，一般青铜也不能热处理强化，但铍青铜经过固溶处理并时效后，强化效果十分显著。