第七章 非铁合金

工程材料南阳理工学院第七章非铁合金学习目标主要内容本章小结思考练习工程材料南阳理工学院理解铝及铝合金、铜及铜合金等非铁合金的性能和特点；掌握常用铝合金、铜合金的牌号、特点及用途。工程材料南阳理工学院主要内容第一节铝及铝合金第二节铜及铜合金工程材料南阳理工学院一、有色金属综述力学性能：高的比强度物理性能：导电性、导热性、无磁性化学性能：耐腐蚀有色金属性能特点有色金属概念在工业生产中:把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属.工程材料南阳理工学院一、有色金属综述重金属：ρ＞5X103kg/m3Cu、Cr轻金属：ρ＜5X103kg/m3Mg、Al、Ti贵金属：Au（金）、Ag（银）、Pt（铂）稀有金属：Be（铍）、W有色金属分类工程材料南阳理工学院一、纯铝二、铝合金三、铸造铝合金四、变形铝合金第一节铝及铝合金工程材料南阳理工学院纯铝性能特点及应用一、纯铝密度小、熔点低→配置铝合金抗大气腐蚀→包覆材料（蒙皮）导电导热性好→导线加工性能好→塑性好，可采用压力加工抗磁性好→制造仪器仪表外壳强度低→不能作为承受较大载荷的结构材料无同素异构转变，不能通过热处理改变性能工程材料南阳理工学院工业纯铝分类及牌号一、纯铝工业纯铝分类：纯铝（WAl=99%～99.85%）高纯铝（WAl=＞99.85%）：科学研究、化学工业用铸造纯铝（未经压力加工）变形纯铝（经压力加工）工程材料南阳理工学院一、纯铝1—纯铝A—原始纯铝改型情况70—表示纯铝质量分数小数点后两位数1A70表示WAl=99.70%的变形原始纯铝工业纯铝牌号：铸造纯铝：GB/T8063-1994规定，ZAl+含铝量ZAl99.5表示WAl=99.5%的铸造纯铝变形纯铝：GB/T16474-1996，用四位字符，例：1A70工程材料南阳理工学院铝合金相图通用类型的铝合金相图二、铝合金向纯铝中加入合金元素→铝合金。常加的合金元素：主：Cu,Mg,Si,Zn,Mn等；微：Ti,Zr,Cr,B等；工程材料南阳理工学院铝合金分类铝合金变形铝合金（D以左）铸造铝合金（D以右）不能热处理强化铝合金（F以左）能热处理强化铝合金（F以右）二、铝合金工程材料南阳理工学院二、铝合金铝合金强化方式固溶强化：所有铝合金都有变形强化（加工硬化）：适合于变形铝合金变质处理（细晶强化）：适合于铸造铝合金工程材料南阳理工学院二、铝合金时效强化：（重点）可热处理强化铝合金铝合金淬火后在室温或者较低温度下加热保温一段时间，随时间延长其强度硬度显著增加的现象。含4%Cu的Al-Cu合金自然时效曲线工程材料南阳理工学院二、铝合金含4%Cu的Al-Cu合金在不同温度下的时效曲线结论：人工时效较自然时效节省时间，但强化效果稍差；温度越低，过饱和固溶体越稳定，强化很缓慢。工程材料南阳理工学院二、铝合金适用于：可热处理强化的变形铝合金及铸造铝合金时效强化步骤：固溶处理（淬火）时效得到过饱和的相过饱和相中析出强化相自然时效人工时效工程材料南阳理工学院三、铸造铝合金Al-Si系铸造铝合金:代号ZL1+两位数字顺序号铸造铝合金分类:Al-Cu系铸造铝合金:代号ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系铸造铝合金:代号ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系铸造铝合金:代号ZL4+两位数字顺序号工程材料南阳理工学院三、铸造铝合金1.Al-Si铸造铝合金（铝硅明）Al-Si合金相图相图：力学性能不如变形铝合金，铸造性能好，用于生产形状复杂的零件特点：主要合金元素：Si工程材料南阳理工学院变质处理对铝硅合金机械性能影响三、铸造铝合金硅含量对铝硅合金流动性的影响工程材料南阳理工学院ZL102：简单硅铝明（ZAlSi12）；性能：铸造性能好，强度低；用途：形状复杂、受力不大零件，如仪表外壳等。ZL105、ZL108、ZL111等合金中含有Cu与Mg，能形成CuAl2、Mg2Si、Al2CuMg等多种强化相，淬火时效后可获得很高的强度和硬度；用于制造形状复杂，性能要求较高、在较高温度下工作的零件，如摩托车发动机箱体。常用Al-Si铸造铝合金的性能及应用：ZL101、ZL102～ZL111Al-Si铸造铝合金分类、代号：三、铸造铝合金工程材料南阳理工学院2.Al-Cu铸造铝合金三、铸造铝合金优点：Cu的加入提高了室温和高温强度，强度较高，耐热性好，改善了切削加工性能。Al-Cu合金相图主要合金元素：CuWCu=4～11%代号：ZL201～ZL209缺点：铸造性能和耐蚀性差。应用：适于制造强度要求高、在高温下工作的形状简单、承受重载的零件，在航空上使用较多。工程材料南阳理工学院3.Al-Mg铸造铝合金三、铸造铝合金主要合金元素：Mg代号：ZL301～ZL305优点：强度高，比重小，有良好的耐蚀性；缺点：铸造性能差，易氧化和产生裂纹；应用：用于制作受冲击载荷、耐海水腐蚀、外形不太复杂的零件，如舰船配件、发动机机匣等。工程材料南阳理工学院主要合金元素：Zn代号：ZL401～ZL404优点：价格便宜，铸造性能良好，变质和时效处理后强度较高；缺点：抗蚀性差，热裂倾向大,密度大；应用：用来制造汽车、医疗器械、结构复杂的仪器元件。三、铸造铝合金4.Al-Zn铸造铝合金工程材料南阳理工学院四、变形铝合金硬铝合金:LY+序号超硬铝合金:LC+序号防锈铝:LF+序号锻铝:LD+序号变形铝合金分类GB3190-82中的旧牌号工程材料南阳理工学院四、变形铝合金变形铝合金牌号（GB/T16474-1996）四位字符（7A04）第一位数字:表示铝合金组别1：纯铝2：以铜（Cu）为主要合金元素3：以锰（Mn)为主要合金元素4:以硅（Si）为主要合金元素5：以镁（Mg）为主要合金元素6：以镁和硅（Mg/Si)为主要合金元素7:以锌（Zn）为主要合金元素第二位：A或0表示原始合金，其它字母（B、C等）表示改型合金第三、四位：顺序号，表示铝的纯度，数字越小，Al含量越高。工程材料南阳理工学院四、变形铝合金变形铝合金供货状态变形铝合金多通过压力加工制成各种型材、棒料、板料、管料供应，供应交货状态有：M-软状态，压力加工产生加工硬化后经退火处理（新国标：O）Y–硬状态，压力加工产生加工硬化后未经退火处理（新国标：HX8）C–淬火状态（新国标：W）CZ-淬火+自然时效（新国标：T4）CS-淬火+人工时效（新国标：T6）例如：2A12-T42A12-O工程材料南阳理工学院四、变形铝合金成分：AL-Cu-Mg-(Mn)元素作用：Cu,Mg:形成强化相（CuAL2,CuMgAL2）,时效强化Mn提高抗腐蚀性能，固溶强化；代号：LY+序号，如：LY12(2A12)硬铝合金工程材料南阳理工学院四、变形铝合金低合金硬铝：LY1、LY10，塑性好、强度低，采用固溶处理和自然时效提高其强度和硬度，主要用于制作铆钉、承力结构零件、蒙皮等。标准硬铝：LY11：强度和塑性属中等水平，退火后成形加工性能良好，时效后切削加工性能也较好。主要用于锻材、冲压件和螺旋桨叶片等重要零件。LY12、LY6：强度和硬度较高，塑性变形性能较差。主要用于制造航空模锻件，重要的锻件、销、轴等零件。性能、应用：工程材料南阳理工学院四、变形铝合金成分：Al－Zn－Cu－Mg优点：固溶处理+时效产生强烈的强化效果，强度很高（可达680MPa)；缺点：耐热性、抗蚀性差。提高抗蚀性方法：成品零件：采用阳极氧化提高抗蚀性；板材：用延伸方法包上一层铝。代号：LC+序号，如：LC4(7A04)应用：飞机大梁、起落架等受力构件超硬铝合金飞机主起落架工程材料南阳理工学院组成：Al-Mg-Si-Cu系合金。代号：LD5(2A50)、LD10(2A14)。特点：塑性好、易于变形加工，抗腐蚀性能好、焊接性能好。可热处理强化（固溶处理+人工时效）。应用：航空工业中的飞机浆叶、飞机操纵系统中的摇臂、支架等形状复杂零件等。四、变形铝合金锻铝合金压气机叶片工程材料南阳理工学院四、变形铝合金成分：AL-Mn系（3A21）或AL-Mg系（5A02）Mn、Mg作用：提高抗腐蚀性能及塑性，固溶强化代号：LF5(5A05)、LF21(3A21)。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）、防锈封皮、铆钉，需冷弯、冲压、焊接和在腐蚀环境下工作的零件。防锈铝合金卫星天线（LF2）工程材料南阳理工学院一、纯铜（紫铜）二、铜合金第二节铜及铜合金工程材料南阳理工学院纯铜：氧化后呈紫红色，常称紫铜；性能：导电性、导热性、塑性很好，抗腐蚀性强，良好的力学性能;作用：制造电线、铜管、铜棒、散热器及作为配制合金的原料。强度低，不宜作结构材料。一、纯铜（紫铜）工程材料南阳理工学院按含杂质及微量添加元素数量不同，纯铜分为：一、纯铜（紫铜）工业纯铜：T1：WCu=99.95%T2：WCu=99.90%T3：WCu=99.70%T4：WCu=99.50%杂质含量较高，含氧量较多脱氧铜：TP2(2号磷脱氧铜)：WCu=99.85%；WO≤0.01%，较低；杂质总和≤0.15%，较少；无氧铜：TU1、TU2，WCu=99.95%；WO≤0.003%，最低。杂质总和≤0.05%；主要用于电真空器件。工程材料南阳理工学院二、铜合金铜合金分类黄铜青铜白铜工程材料南阳理工学院普通黄铜二、铜合金黄铜（由锌和铜组成的合金）按化学成分不同黄铜分为普通黄铜和特殊黄铜。成分：铜锌二元合金牌号：H+两位数字（铜的百分含量）例如：H68工程材料南阳理工学院二、铜合金黄铜力学性能与锌含量关系性能：与含锌量有关WZn=30-32%,塑性最好；39%＜WZn＜40%，Rm↑、A↓WZn＞45%，Rm↓、A↓，无利用价值；工程材料南阳理工学院H90：金色黄铜，为单相黄铜，塑性、耐蚀性很好，制作奖章、纪念章；H68：为单相黄铜，塑性好，强度高，可进行压力加工，用于制造枪炮子弹的弹壳，有“弹壳黄铜”之称H62、H59：双相黄铜，强度高，塑性差，切削加工性能好，价格便宜，广泛用于制作螺钉、垫片、汽车上的散热片。二、铜合金常用黄铜工程材料南阳理工学院为提高性能，在铜锌合金中加入铝、铁、硅、锰、镍等元素后形成的铜合金，称为特殊黄铜。二、铜合金命名：特殊黄铜以加入的合金元素命名。例：加铅的黄铜叫铅黄铜，加铝的黄铜叫铝黄铜。工程材料南阳理工学院二、铜合金分类及牌号：加入合金元素少，塑性高，便于压力加工。编号：H＋除Zn外的主加元素符号＋铜含量＋主加元素含量，如：HPb60-1。★压力加工用特殊黄铜：★铸造用特殊黄铜：加入合金元素多，铸造性能、耐磨性好。编号：ZCuZn＋Zn含量＋第二主加元素符号＋第二主加元素含量，如：ZCuZn16Si4。工程材料南阳理工学院二、铜合金青铜（由铜和除Zn、Ni以外的其它元素组成的合金）命名：以锡为主加元素的铜合金，称为锡青铜；以Al为主加元素的铜合金，称为铝青铜；以铍为主加元素的铜合金，称为铍青铜……工程材料南阳理工学院压力加工青铜：Q＋主加元素符号＋主加元素含量＋其它元素含量。例：QSn4-3：含Sn4%，含Zn3%，余量为铜的锡青铜。QBe2：含Be2%，余量为铜的铍青铜二、铜合金青铜（由铜和除Zn、Ni以外的其它元素组成的合金）分类及牌号：铸造青铜：Z＋Cu＋主加元素符号及其含量＋其它元素符号及其含量。例：ZCuSn10Zn2：含Sn10%，含Zn2%，余量为铜的铸造锡青铜。ZCuAl10Fe3：含Al10%，含Fe3%，余量为铜的铸造铝青铜工程材料南阳理工学院WSn＜6%,WSn↑，Rm↑，A↑;WSn=6-7%,A↑↑,Rm↑WSn＞20%，硬而脆，无经济价值。∴工业用锡青铜的WSn=3-14%。WSn＜5%：Rm↓，A↑，适于冷塑性加工5%＜WSn＜7%：适于热塑性加工；WSn＞10%，适于铸造。性能：耐蚀、耐磨性好。应用：耐磨零件，如轴承、轴套二、铜合金常用铸造青铜：锡青铜：工程材料南阳理工学院铍青铜中WBe=1.7-2.5%性能：弹性极限、疲劳极限很高，导电性、耐磨