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1、第七章第七章 有色金属及其合金有色金属及其合金有有有有色色色色金金金金属属属属及及及及其其其其合合合合金金金金具具具具有有有有钢钢钢钢铁铁铁铁材材材材料料料料所所所所没没没没有有有有的的的的许许许许多多多多特特特特殊殊殊殊的的的的力力力力学学学学、物物物物理理理理和和和和化化化化学学学学性性性性能能能能，为为为为现现现现代代代代工工工工业业业业中中中中不不不不可可可可缺缺缺缺少少少少的的的的金金金金属属属属材材材材料料料料。它它它它们们们们的的的的种种种种类类类类很很很很多多多多，本本本本章章章章仅仅仅仅就就就就机机机机械械械械、仪仪仪仪器器器器、飞飞飞飞机机机机制制制制造造造造等等等等工工工
2、工业业业业中中中中广广广广泛泛泛泛使使使使用用用用的的的的铝铝铝铝、铜铜铜铜作作作作一一一一些些些些基基基基本本本本的的的的介绍。介绍。介绍。介绍。第七章第七章有色金属及其合金有色金属及其合金铝合金扳状抛物面天线铝合金扳状抛物面天线 1.1.比重小、比强度高比重小、比强度高 纯纯铝铝的的比比重重只只有有 2.72.7，仅仅为为铁铁的的1/31/3。合合金金的的比比重重也也很很小小，采采用用各各种种强强化化手手段段后后，铝铝合合金金可可以以达达到到与与低低合合金金高高强强钢钢相相近近的的强强度度，因因此此比比强强度度要要比比一般高强钢高得多。一般高强钢高得多。2.2.优良的物理、化学性能优良的物
3、理、化学性能 铝的导电性好。仅次于银、铜和金。在室温时的导电率约为铜的铝的导电性好。仅次于银、铜和金。在室温时的导电率约为铜的6464。铝资源丰富，成本较低。铝及铝合金有相当好的抗大气腐蚀能力。其磁铝资源丰富，成本较低。铝及铝合金有相当好的抗大气腐蚀能力。其磁 化率极低，接近于非铁磁性材料。化率极低，接近于非铁磁性材料。第一节第一节铝及铝合金铝及铝合金一一一一.特性特性特性特性3 3.加工性能良好加工性能良好 铝铝及及铝铝合合金金（退退火火状状态态）的的塑塑性性很很好好，可可以以冷冷成成形形。切切削削性性能能也也很很好好。超超高高强强铝铝合合金金成成形形后后经经热热处处理理，可可达达到到很很高
4、高的的强强度度。铸铸造造铝铝合合金金的的铸铸造造性性能极好。能极好。铝铝及及铝铝合合金金在在电电器器工工程程、航航空空及及宇宇航航工工收收、一一般般机机械械和和轻轻工工业业中中都都有有广广泛的用途。泛的用途。工业铝合金型材工业铝合金型材纯纯铝铝中中含含有有铁铁、硅硅、铜铜、锌锌等等杂杂质质元元素素，使使性性能能略略微微降降低低。纯纯铝材料按纯度可分为三类铝材料按纯度可分为三类:1.工工业业纯纯铝铝纯纯度度为为98.099.0%，牌牌号号有有L1,L2.L3.L4.L5等等，编编号号越越大大，纯纯度度越越低低。工工业业纯纯铝铝可可制制作作电电线线、电电缆缆、器器皿皿及及配配制制合合金。金。2.工
5、工业业高高纯纯铝铝纯纯度度为为98.8599.9%，牌牌号号有有LG1,LG2等等，用用于于制作铝箔、冶炼铝合金的原料。制作铝箔、冶炼铝合金的原料。3.高高纯纯铝铝纯纯度度为为99.9399.99%，牌牌号号有有LG3,LG4,LG5等等，编编号越大，纯度越高。高纯铝主要用于科学研究及制作电容器等。号越大，纯度越高。高纯铝主要用于科学研究及制作电容器等。纯铝的强度很低纯铝的强度很低,不能作为结构材料使用不能作为结构材料使用二二二二.纯铝纯铝纯铝纯铝铝铝中中加加入入合合金金元元素素后后，可可获获得得较较高高的的强强度度、并并保保持持良良好好的的加加工工性性能能。许许多多铝铝合合金金不不仅仅可可通
6、通过过冷冷变变形形提提高高强强度度，而而且且可可用用热热处处理理来来大大幅幅度度地地改改善善性性能能，因因此此铝铝合合金金可可用用于于制制造造承承受受较较大大载载荷荷的的机机械械零件构件零件构件 1 1铝合金的时效铝合金的时效 1 1）固溶处理）固溶处理 将将成成分分位位于于相相图图图图中中 D-FD-F之之间间的的合合金金加加热热到到相相区区，经经保保温温获获得得单单相相固固溶溶体体后后迅迅速速水水冷冷，可可在在室室温温得得到到过过饱饱和和的的固固溶溶体体，这这种种处处理理方方式式称称固固溶溶处处理理。这这种种组组织织是是不不稳稳定定的的有有分分解解出出强强化化相相过过度度到到稳定状态的倾向
7、。硬化曲线稳定状态的倾向。硬化曲线如图如图如图如图 三三三三.铝合金铝合金铝合金铝合金2）时效硬化）时效硬化在在室室温温下下放放置置或或低低温温加加热热时时，强强度度和和硬硬度度会会明明显显升升高高.这这种种现现象象为为时时效效或或时时效效硬硬化化.在室温下进行的称在室温下进行的称自然时效自然时效；在加热条件下进行的称；在加热条件下进行的称人工时效人工时效.例例如如:含含4%Cu的的Al-Cu合合金金(图图图图)，加加热热到到500并并保保温温一一段段时时间间后后，在在水水中中快快冷冷时时来来不不及及析析出出.合合金金获获得得过过饱饱和和的的固固溶溶体体组组织织、其其强强度度为为250MPa.
8、若若在在室室温温下下放放置置，随随着着时时间间的的延延续续,强强度度逐逐渐渐提提高高，经经15天天后后,可可400MPa.图图图图示示出出该该合合金金的的自自然然时时效效曲线曲线3 3）时效发生的条件）时效发生的条件 能在高温形成均匀的固溶体，并且固溶能在高温形成均匀的固溶体，并且固溶体中溶质的溶解度必须随温度的降低而体中溶质的溶解度必须随温度的降低而显著降低显著降低4 4）时效规律）时效规律 图图图图为其在不同温度下的时效曲线为其在不同温度下的时效曲线.可以看可以看出：出：(1)(1)时效温度越高时效温度越高,强度峰值越低强度峰值越低,强化效果强化效果越小越小;(2)(2)时效温度越高时效温
9、度越高,时效速度越快时效速度越快,强度峰值强度峰值出现所需时间越短出现所需时间越短;(3)(3)低温使固溶处理获得的过饱和固溶体保低温使固溶处理获得的过饱和固溶体保持相对的稳定性持相对的稳定性,抑制时效的进行抑制时效的进行.5）回归现象）回归现象自自然然时时效效后后的的铝铝合合金金,在在230250短短时时间间(几几秒秒至至几几分分钟钟)加加热热后后，快快速速水水冷冷至至室室温温时时，可可以以重重新新变变软软,如如再再在在室室温温下下放放置置，则则又又能能发发生生正正常常的的自自然然时时效效.这这种种现现象象称称为为回回归归。一一切切能能时时效效硬硬化化的的合合金金都都有有回回归归现现象象.自
10、自然然时时效效后后的的铝铝合合金金在在反反复复回回归归处处理理和和再再时时效效时强度有所降低时强度有所降低.回归现象在实际生产中意义回归现象在实际生产中意义: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.例例如：利用这种现象，可随时进行飞机的铆接和修理等如：利用这种现象，可随时进行飞机的铆接和修理等.两类：两类：变变形形铝铝合合金金：成成分分低低于于D D的的合合金金，加加热热时时能能形形成成固固溶溶体体组组织织，塑塑性性较较好好.适适于于变变形形加加工工，称称为为变变形形铝铝合合金金.变变形形铝铝合合金金中中成成分分低低于于F F的
11、的合合金金，因因不不能能进进行行热热处处理理强强化化，称称为为不不可可热热处处理理强强化化的的铝铝合合金金;成成分分位位于于F-DF-D之之间间的的合合金金，可可进进行行固固溶溶时时效效强强化化，称称为为可可热热处理强化的铝合金处理强化的铝合金.铸铸造造铝铝合合金金：成成分分高高于于D D的的合合金金，由由于于冷冷却却时时有有共共晶晶反反应应发发生生，流流动动性性较较好好，适适于于铸铸造造生生产产，称称为为铸铸造造铝铝合合金金.2 铝合金的分类 变形铝合金变形铝合金:防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金金.主要的牌号、化学成分与机械性能见主要的牌号
12、、化学成分与机械性能见表表表表.1.防锈铝合金防锈铝合金防锈铝合金主要是防锈铝合金主要是Al-Mn-Mg锰的主要作用是提高抗蚀能力，并起固溶强化作用。锰的主要作用是提高抗蚀能力，并起固溶强化作用。镁镁亦有固溶强化作用，同时降低比重。亦有固溶强化作用，同时降低比重。防锈铝合金锻造退火后是单相固溶体，抗蚀性能高，塑性防锈铝合金锻造退火后是单相固溶体，抗蚀性能高，塑性好。这类合金不能进行时效硬化，属于不可热处理强化的铝好。这类合金不能进行时效硬化，属于不可热处理强化的铝合金，但可冷变形，利用加工硬化提高强度。合金，但可冷变形，利用加工硬化提高强度。四四四四.变形铝合金变形铝合金变形铝合金变形铝合金L
13、F21(Al-Mn合金合金)：抗抗蚀蚀性性和和强强度度均均比比纯纯铝铝高高，并并有有良良好好的的塑塑性性和和焊焊接接性性能能，但但因因太太软软而而切切削削加加工工性性能能不不良良.主主要要用用于于焊焊接接件件、容容器器、管管道道，或或需需用用深深延伸、弯曲等方法制造的低载荷零件、制品以及铆钉等延伸、弯曲等方法制造的低载荷零件、制品以及铆钉等.LF5、LF11(Al-Mg合金合金)：比比重重比比纯纯铝铝小小，强强度度比比Al-Mn合合金金高高，具具有有高高的的抗抗蚀蚀性性和和塑塑性性，焊焊接接性性能能良良好好，但但切切削削加加工工性性能能差差.主主要要用用于于焊焊接接容容器器、管管道道，以以及承
14、受中等载荷的零件及制品，也可用作铆钉及承受中等载荷的零件及制品，也可用作铆钉.2.硬铝合金硬铝合金见表见表见表见表硬硬铝铝合合金金为为Al-Cu-Mg系系合合金金，另另含含有有少少量量锰锰.它它们们可可以以进进行行时时效效强强化化.属属于于可可热热处处理理强强化化的的铝铝合合金金.亦亦可可进进行行形形变变强强化化.合合金金中中的的Cu、Mg可可形形成成强强化化相相；Mn主主要要提提高高抗抗蚀蚀性性，并并起起一一定定固固溶溶强强化化作作用用.因因其其析析出出倾倾向向小小，不不参参与与时时效效过过程程；少少量量钛钛或或硼硼可可细细化化晶晶粒粒，提提高合金强度高合金强度.a.a.低低低低合合合合金金
15、金金硬硬硬硬铝铝铝铝 例例如如LY1，LY10等等，Mg，Cu含含量量较较低低，塑塑性性好好，强强度度低低。采采用用固固溶溶处处理理和和自自然然时时效效提提高高强强度度和和硬硬度度，时时效效速速度度较较慢慢.主要用于制作铆铆钉，常称铆钉硬铝主要用于制作铆铆钉，常称铆钉硬铝.b.标标准准硬硬铝铝例例如如LY11等等，合合金金元元素素含含量量中中等等，强强度度和和塑塑性性属属中中等等水水平平.退退火火后后变变形形加加工工性性能能良良好好，时时效效后后切切削削加加工工性性能能也也较较好好.主主要要用于轧材、锻材、冲压件和螺旋浆叶片及大型铆钉等重要零件用于轧材、锻材、冲压件和螺旋浆叶片及大型铆钉等重要
16、零件.c.高高合合金金硬硬铝铝例例如如LY12、LY6等等，合合金金元元素素含含量量较较多多，强强度度和和硬硬度度较较高高，塑塑性性及及加加工工性性能能较较差差.用用于于制制作作航航空空模模锻锻件件和和重重要要的的销销、轴轴等零件等零件.硬铝合金的不足：硬铝合金的不足：1）抗蚀性差：）抗蚀性差：特特别别是是在在海海水水等等环环境境中中.因因为为合合金金中中含含有有较较高高的的铜铜，而而含含铜铜固固溶溶体体和和化化合合物物的的电电极极电电位位比比晶晶粒粒边边界界高高，会会促促进进晶晶间间的的腐腐蚀蚀，所所以以需需要要防防护护的的硬硬铝铝材材料料的的外外部部，都都要要包包一一层层高高纯纯度度铝铝，
17、作作成成包包铝铝硬硬铝铝材材料料.但但包包铝铝硬硬铝材料热处理后强度比未包铝者低铝材料热处理后强度比未包铝者低.2）固溶处理的加热温度范围很窄：）固溶处理的加热温度范围很窄：例例如如LY11的的固固溶溶化化温温度度为为505510，L12为为495503低低于于以以上上范范围围时时，固固溶溶体体过过饱饱和和度度不不足足，不不能能获获得得最最大大的的时时效效效效果果，超超过过以以上上范范围围时，容易发生晶界熔化时，容易发生晶界熔化.所以温度必须严格控制所以温度必须严格控制.3.3.超硬铝合金超硬铝合金超超硬硬铝铝合合金金为为Al-Mg-Zn-Cu系系合合金金，并并含含有有少少量量的的铬铬和和锰锰
18、.牌牌号号有有LC4、LC6等等.锌锌、铜铜、镁镁与与铝铝形形成成固固溶溶体体和和第第二二相相(例例如如AlMgZnCu2）等等，合合金金经经固固溶溶处处理理和和人人工工时时效效后后，可可获获得得很很高高的的强强度度和和硬硬度度，所所以以它它们们是是强强度度最最高高的的一一类类铝铝合合金金.但但这这类类合合金金的的抗抗蚀蚀性性较较差差，高高温温下下软软化化快快.用用包包铝铝法法可可提提高高抗抗蚀蚀性性.超超硬硬铝铝合合金金多多用用于于制制造造受受力力大大的的重重要要构构件件，例例如如飞飞机机大梁、起落架等大梁、起落架等.4.锻铝合金锻铝合金锻锻铝铝合合金金为为A1-Mg-Si-Cu或或AL-C
19、u-Mg-Ni-Fe系系合合金金.牌牌号号有有LD5、LD7、LD10等等.合合金金的的元元素素种种类类多多但但用用量量少少，有有良良好好的的热热塑塑性性、铸铸造造性性能能和和锻锻造造性性能能，并并有有较较高高的的机机械械性性能能.这这类类合合金金主主要要用用于于承承受受重重载载荷荷的的锻锻件件和和模模锻锻件件，通通常常要要进进行固溶处理和人工时效行固溶处理和人工时效.各类铸造铝合金的牌号、成分、机械性能及用途见各类铸造铝合金的牌号、成分、机械性能及用途见表表表表.(1)Al-Si(1)Al-Si 铸造铝合金铸造铝合金(硅铝明硅铝明)Al-Si合金相图合金相图如图如图简单硅铝明简单硅铝明ZL1
20、02(含含10%13%Si)铸造后几乎全部得到共晶体组织铸造后几乎全部得到共晶体组织(+Si),具有优良具有优良的铸造性能的铸造性能(熔点低、流动性好、收缩小熔点低、流动性好、收缩小).在在一一般般情情况况下下，ZL102的的共共晶晶体体由由粗粗针针状状硅硅晶晶体体和和固固溶溶体体构构成成,强强度度和和塑塑性都较差性都较差.浇浇铸铸前前向向合合金金液液中中加加入入占占合合金金重重量量2%3%的的变变质质剂剂(常常用用钠钠盐盐混混合合物物:2/3NaF+1/3NaCl)以以细细化化合合金金组组织织,显显著著提提高高合合金金的的强强度度及及塑塑性性,这这种种处处理理方法即是变质处理方法即是变质处理
21、.五五.铸造铝合金铸造铝合金经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体(+Si)+初生初生固溶体（固溶体（如图如图）,获得亚共晶组织是由于加入钠盐后，铸造冷却较快时共晶点右移的缘故获得亚共晶组织是由于加入钠盐后，铸造冷却较快时共晶点右移的缘故.ZL102铸造性能很好，焊接性能也好，密度小，并有相当好的抗蚀性和耐铸造性能很好，焊接性能也好，密度小，并有相当好的抗蚀性和耐热性，但不能时效强化，强度较低，经变质处理后热性，但不能时效强化，强度较低，经变质处理后,b最高不超过最高不超过180MPa.仅适于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，例如仪表、水泵壳体以及仅适于制造形
22、状复杂但强度要求不高的铸件，例如仪表、水泵壳体以及一些承受低载荷的零件一些承受低载荷的零件.未变质处理未变质处理变质处理变质处理特殊硅铝明特殊硅铝明为为了了提提高高硅硅铝铝明明的的强强度度，在在合合金金中中加加入入一一些些能能形形成成强强化化相相CuAl2(相相)、Mg2Si(相相)、Al2CuMg(s相相)的的Cu、Mg等等元元素素，以以获获得得能能进进行行时时效效硬硬化化的特殊硅铝明的特殊硅铝明.这样的合金也可进行变质处理这样的合金也可进行变质处理.ZL101和和ZL104含含有有少少量量Mg，能能生生成成Mg2Si相相，除除变变质质处处理理外外，还还可可进进行行淬淬火火及及人人工工时时效
23、处理效处理.ZL104的的热热处处理理工工艺艺为为:530540加加热热，保保温温5h,在在热热水水中中淬淬火火，然然后后在在17080时效时效67h.经热处理后，合金的强度经热处理后，合金的强度b可达可达200230MPa.制制造造低低强强度度的的、形形状状复复杂杂的的铸铸件件，例例如如电电动动机机壳壳体体、气气缸缸体体以以及及一一些些承承受低载荷的零件等受低载荷的零件等.(2)Al-Cu铸造铝合金铸造铝合金Al-Cu合合金金的的强强度度较较高高，耐耐热热性性好好，但但铸铸造造性性能能不不好好，有有热热裂裂和和疏疏松松倾倾向向，耐耐蚀蚀性性较较差差.ZL201的的室室温温强强度度、塑塑性性比
24、比较较好好，可可制制作作在在300以以下下工工作作的的零零件件，常常用用于于铸铸造造内内燃燃机机气气缸缸头头、活活塞塞等等零零件件。ZL202塑塑性性较较低低，多多用用于于高高温温下下不不受受冲冲击击的的零零件件，ZL203经经淬淬火火时时效效后后，强强度度较较高高，可可作作结结构构材材料料，铸铸造造承承受受中中等等载载荷荷和形状较简单的零件和形状较简单的零件.(3)Al-Mg(3)Al-Mg铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金Al-Mg合合金金(ZL301、ZL302)强强度度高高，比比重重小小(为为2.55)，有有良良好好的的耐耐蚀蚀性性，但但铸铸造造性性能能不不好好。耐耐热热性性低低
25、。这这类类合合金金可可进进行行时时效效处处理理，通通常常采采用用自自然然时时效效，多多用用于于制制造造承承受受冲冲击击载载荷荷、在在腐腐蚀蚀性介质中工作的、外形不太复杂的零件，例如舰船配件等。性介质中工作的、外形不太复杂的零件，例如舰船配件等。(4)Al-Zn铸造铝合金铸造铝合金Al-Zn合合金金(ZL401、ZL402)价价格格便便宜宜，铸铸造造件件能能优优良良，经经变变质质处处理理和和时时效效处处理理后后强强度度较较高高，但但抗抗蚀蚀性性差差，热热裂裂倾倾向向大大，常常用用于于制制造造拖拖拉拉机机的发动机零件及形状复杂的仪器元件，也可用于制造日用品的发动机零件及形状复杂的仪器元件，也可用于
26、制造日用品.铸铸造造铝铝合合金金的的铸铸件件形形状状较较复复杂杂，组组织织较较粗粗大大，并并有有严严重重偏偏析析.因因此此与与变变形形铝铝合合金金热热处处理理相相比比，淬淬火火温温度度应应高高些些，保保温温时时间间要要长长些些，以以使使粗粗大大析析出出物物尽尽量量溶溶解解，并并使使固固溶溶体体成成分分均均匀匀化化.淬淬火火一一般般用用水水冷冷却却，且且多多采采用人工时效用人工时效.一一.特性特性 1.1.优异的物理、化学性能优异的物理、化学性能 纯纯铜铜导导电电性性、导导热热性性极极佳佳，铜铜合合金金的的导导电电、导导热热性性也也很很好好.铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高铜及铜合金对大气和水
27、的抗蚀能力很高.铜是抗磁性物质铜是抗磁性物质.2.2.良好的加工性能良好的加工性能 铜铜及及其其某某些些合合金金塑塑性性很很好好，容容易易冷冷、热热成成形形；铸铸造造铜铜合合金金有很好的铸造性能有很好的铸造性能.第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金3.3.某些特殊机械性能某些特殊机械性能 优优良良的的减减摩摩性性和和耐耐磨磨性性（如如青青铜铜及及部部分分黄黄铜铜），高高 的的弹弹性性极极限限和和疲劳极限疲劳极限(如铁青铜等如铁青铜等).).4.4.色泽美观色泽美观 铜铜及及铜铜合合金金在在电电气气工工业业，仪仪表表工工业业，造造船船工工业业及及机机械械制制造造工工业业部部门门中中获获得得了了广广泛
28、泛的的应应用用,但但铜铜的的储储量量较较小小，价价格格较较贵贵，属属于于应应节节约约使使用用的的材材料料，只只有有在在特特殊殊需需要要的的情情况况下下，例例如如要要求求特特殊殊的的磁磁性性、耐耐蚀蚀性性、加加工工性性能能、机机械械性性能能以以及及特特殊殊的的外外观观等等条条件件下下才才考考虑虑使使用用.二.纯铜纯铜呈紫红色，主要用于制作电导体及配制合金纯铜呈紫红色，主要用于制作电导体及配制合金.根根据据杂杂质质含含量量的的不不同同，工工业业纯纯铜铜分分为为四四种种：T1，T2，T3，T4.编编号号越越大大，纯纯度度越越低低.工工业业纯纯铜铜的的牌号，成分及用途牌号，成分及用途见表见表.除除工工
29、业业纯纯铜铜外外，还还有有一一类类无无氧氧铜铜，其其氧氧含含量量极极低低小小于于0.003%.牌牌号号有有TU1，TU2，主主要要用用于于制制作作电电真真空空器器件件及及高高导导电电性性导导线线.这这种种导导线线能能抗抗氢氢的的作作用用，不不发发生生氢氢脆脆.纯纯铜铜的的强强度度低低，不不宜宜用用作作结结构材料构材料.纯铜管纯铜管三.铜合金铜铜中中加加入入合合金金元元素素后后，可可获获得得较较高高的的强强度度，同同时时保保持持纯纯铜铜的的某某些些优优良良性性能能.一一般般铜铜合合金金分分黄黄铜铜，青青铜铜和和白白铜铜三三大大类类.1.黄铜黄铜以以锌锌为为主主要要合合金金元元素素的的铜铜合合金金
30、成成为为黄黄铜铜，按按照照化化学学成成分分，黄黄铜铜分分普普通通黄黄铜铜和复杂黄铜两种和复杂黄铜两种.黄黄 铜铜 （1）普通黄铜 普通黄铜是铜锌二元合金，相图见图图.黄铜的锌含量对机械性能的影响:在30-32以下，随锌含量的增加强度和延伸率升高；过32后，组织中出现相，塑性开始下降，但少量相的存在对强度无坏影响，合金强度仍然很高。锌含量高于45以后，组织全部为 相，强度急剧下降，塑性继续降低。铜锌合金的显微组织 l黄铜不仅有良好的变形加工性能，而且有优良的铸造性能.由于结晶温度间隔很小，它的流动很好，易形成集中缩孔，铸件组织致密，偏析倾向较小.l 黄铜的耐蚀性比较好，与纯铜接近.但锌含量7(持
31、别是20%后)的冷加工黄铜，由于有残余应力存在，在潮湿的大气或海水中，持别是在含有氨的环境中，容易产生应力腐蚀，使黄铜开裂.这种现象叫做应力腐蚀开裂或“季裂”.所以冷加工后的黄铜应进行低温退火(250300度加热保13小时)以消除内应力，或加入适量的锡、硅、铝、锰、镍等元素来显著降低对应力腐蚀开裂的敏感性.l常常用用单单相相黄黄铜铜的的牌牌号号有有H80、H70、H68等等.“H”为为“黄黄铜铜”，数数字字表表示示平平均均铜铜含含量量.由由于于塑塑性性很很好好，这这类类黄黄铜铜适适于于制制作作冷冷轧轧板板材材、冷冷拉拉线线材材、管管材材及及形形状状复复杂杂的的深深冲冲零零件件。双双相相黄黄铜铜
32、的的牌牌号号有有H62、H59等等，因因可可进进行行热热变变形形,通通常常热热轧轧成成棒棒材、板材材、板材.这类黄铜也可铸造这类黄铜也可铸造.l普普通通黄黄铜铜的的牌牌号号，成成分分，性性能能和和用用途途见见表表.黄铜制品黄铜制品（2 2）复杂黄铜）复杂黄铜复复杂杂黄黄铜铜为为了了获获得得更更高高的的强强度度、抗抗蚀蚀性性和和良良好好的的铸铸造造性性能能，在在铜铜锌锌合合金金中中加加入入铝铝、铁铁、硅硅、锰锰、镍镍等等元元素素，形形成成各各种种复复杂杂黄黄铜铜：铅铅黄黄铜铜、锡锡黄黄铜铜、铝铝黄黄铜铜、硅硅黄黄铜铜、锰黄铜、铁黄铜及镍黄铜等锰黄铜、铁黄铜及镍黄铜等.编编号号方方法法：H+主主加
33、加元元素素符符号号+铜铜含含量量+主主加加元元素素含含量量.例例如如HPb60-1，表表示示平平均均成成分分为为60Cu、1Pb、其其余余为为锌锌的的铅铅黄黄铜铜.铸铸造造黄黄铜铜则则在在编编号号前前加加“Z”字字.复复杂杂黄黄铜铜分分压力加工黄铜和铸造黄铜两类压力加工黄铜和铸造黄铜两类.a.铅黄铜 铅改善切削加工性能，提高耐磨性，对强度影响不大，略微降低塑性.压力加工铅黄铜主要用于要求良好切削性能及耐磨性能的零件(如钟表零件等)，铸造铅黄铜可制作铀瓦和衬套.b.锡黄铜 锡显著提高黄铜在海洋大大气和海水中的抗蚀性，并使强度有所提高.压力加工锡黄铜广泛用于制造海船零件.c.c.铝黄铜铝黄铜 铝提
34、高黄铜的强度和硬度铝提高黄铜的强度和硬度(但使塑件降低但使塑件降低)，改善在大，改善在大气中的抗蚀性气中的抗蚀性.铝黄铜可制作海船零件及其它机器的耐蚀零件铝黄铜可制作海船零件及其它机器的耐蚀零件.铝黄铜中加入适量的镍、锰、铁后，还可得到高强度、高耐蚀铝黄铜中加入适量的镍、锰、铁后，还可得到高强度、高耐蚀性的复杂黄铜，用于制造大型蜗杆，海船用螺旋浆等重要零件性的复杂黄铜，用于制造大型蜗杆，海船用螺旋浆等重要零件.d.d.硅硅黄黄铜铜 硅硅显显著著提提高高黄黄铜铜的的机机械械性性能能、耐耐磨磨性性和和耐耐蚀蚀性性.硅硅黄黄铜铜具具有有良良好好的的铸铸造造性性能能，并并能能进进行行焊焊接接和和切切削
35、削加加工工.主主要要用用于于制制造船舶及化工机械零件造船舶及化工机械零件.e.e.锰锰黄黄铜铜 锰锰提提高高黄黄铜铜的的强强度度但但不不降降低低塑塑性性，也也能能提提高高在在海海水水及及过过热热蒸蒸气气中中 的的抗抗蚀蚀性性.锰锰黄黄铜铜常常用用于于制制造造海海船船零零件件及及轴轴承承等等耐耐磨件磨件.f.f.铁铁黄黄铜铜 黄黄铜铜中中加加入入铁铁，同同时时加加入入少少量量锰锰，可可提提高高再再结结晶晶温温度度和和细细化化晶晶粒粒，改改善善机机械械性性能能，使使其其具具有有高高的的韧韧性性和和耐耐磨磨性性，并并在在大大气气和和海海水水中中有有优优良良的的抗抗蚀蚀性性，因因而而可可制制造造受受摩
36、摩擦擦及及海海水水腐蚀的零件腐蚀的零件.g.g.镍镍黄黄铜铜 镍镍提提高高黄黄铜铜的的再再结结晶晶温温室室并并细细化化其其晶晶敞敞，改改善善机机械械性性能能和和抗抗蚀蚀性性.降降低低应应力力腐腐蚀蚀开开型型倾倾向向.镍镍黄黄铜铜的的热热加加工工性性能能良好，在造船和电机制造工业中广泛应用良好，在造船和电机制造工业中广泛应用.部分复杂黄铜加工产品的牌号、成分、机械性能及用途部分复杂黄铜加工产品的牌号、成分、机械性能及用途 2 2青铜青铜 青青铜铜：青青铜铜原原指指铜铜锡锡合合金金，但但工工业业上上都都习习惯惯称称含含铝铝、硅硅、铅铅、铍铍、锰锰等等的的铜铜基基合合金金为为青青铜铜，所所以以青青铜
37、铜实实际际上上包包括括有有锡锡青青铜铜、铝铝青青铜铜、铍铍青青铜铜，等等等等.青青铜铜也也可可分分为为压压力力加工青铜和铸造青铜两类加工青铜和铸造青铜两类.青铜工艺品青铜工艺品 编号方法：Q+Q+主主加加元元素素符符号号+主主加加元元素素含含量量+其其它它元元素素含含量量。“Q Q”为为“青青铜铜”.例例如如，QSn4-3QSn4-3表表尔尔含含4 4Sn.3%ZnSn.3%Zn，其其余余为为CuCu的的锡锡青青铜铜.铸造青铜是在编外前加铸造青铜是在编外前加“Z Z”字字.部分青铜加工产品的牌号、成分、机械性能及用途(1)1)锡青铜锡青铜以锡为主要合金元素的铜基合金称锡青铜以锡为主要合金元素的
38、铜基合金称锡青铜.Cu-Sn.Cu-Sn合金相图合金相图.相相是是锡锡溶溶于于铜铜中中的的固固溶溶体体，具具有有面面心心立立方方晶晶格格，塑塑性性良良好好，容容易易冷冷、热变形热变形.相相是是以以电电子子化化合合物物Cu5Sn为为基基的的固固溶溶体体，具具有有体体心心立立方方品品格格，在在高高温温下下塑塑性性很很好好，可可热热变变形形.相相在在586度度发发生共析分解，形成生共析分解，形成(+)共析体共析体.是是一一电电子子化化合合物物Cu3Sn为为基基的的固固溶溶体体，在在520发发生生共共析析分分解解，形形成成(+)共析体共析体.相是以电子化合物相是以电子化合物Cu31Sn8为基的固溶体，
39、具有复杂立为基的固溶体，具有复杂立方晶格方晶格.在在350，相发生共析反应，相发生共析反应，转变为转变为+共析体共析体.但在实际生产但在实际生产条件下，条件下，相的分解极困难，一般得相的分解极困难，一般得不到不到(+)共析体，只能得到共析体，只能得到(+)共共析体析体.相极硬和脆，不能塑性变形，相极硬和脆，不能塑性变形，因此含较多因此含较多相的铜锡合金在室温下相的铜锡合金在室温下进行冷变形是非常困难的进行冷变形是非常困难的锡锡原原子子在在铜铜中中的的扩扩散散比比较较困困难难，生生产产条条件件下下的的铜铜锡锡合合金金的的组组织织，与与平平衡衡状状态态的的相相差差很很远远.在在一一般般铸铸造造状状
40、态态下下，只只有有含含低低于于56%Sn的的锡锡青青铜铜能能获获得得a单单相相组组织织。大大于于56Sn时时，组组织织中中出出现现(+)共共析析体体.铜铜锡锡合合金金的的结结晶晶温度范围较大，温度范围较大，相常呈枝晶状，并发生枝晶偏析相常呈枝晶状，并发生枝晶偏析.锡锡(Sn)对对铸铸态态时时机机械械性性能能的的影影响响锡锡含含量量较较少少时时，锡锡含含量量的的增增加加使使强强度度和和塑塑性性增增大大.锡锡含含量量大大于于6-7后后，合合金金中中出出现现硬硬脆脆的的相相，塑塑性性急急剧剧下下降降，但但强强度度继继续续增增高高.当当含含量量大大于于20后后，大大量量的的相相使使强强度度显显著著下下
41、降降，合合金金变变得得很很硬硬而而脆脆，无无使使用用价价值值.工工业业中中使使用用的的锡锡青青铜铜，锡锡含含量量大大多多在在3-14之之间间.锡锡含含量量小小于于5的的锡锡青青铜铜适适于于冷冷加加工工使使用用；锡锡含含过过为为5-7的的锡锡青青铜铜适适于于热热加加工工；锡锡含含量量大大干干10的的锡青铜适于铸造。锡青铜适于铸造。锡青铜的铸造收缩率很小，可铸造形状复杂的零件锡青铜的铸造收缩率很小，可铸造形状复杂的零件.但铸件易生成分散缩但铸件易生成分散缩孔，使密度降低，在高压下容易渗漏孔，使密度降低，在高压下容易渗漏.锡青铜在大气、海水、淡水以及蒸气中的抗蚀性比纯铜和黄铜好，但在锡青铜在大气、海
42、水、淡水以及蒸气中的抗蚀性比纯铜和黄铜好，但在盐酸、硫酸和氨水中的抗蚀性较差盐酸、硫酸和氨水中的抗蚀性较差.锡青铜中加入少量铅，可提高耐磨性和切削加工性能锡青铜中加入少量铅，可提高耐磨性和切削加工性能.加入磷可提高弹性极限、疲劳极限及耐磨性加入磷可提高弹性极限、疲劳极限及耐磨性.加入锌可缩小结晶温度范围，改善铸造性能加入锌可缩小结晶温度范围，改善铸造性能.锡青铜在造船、化工、机械、仪表等工业中广泛应用，主要制造轴承、锡青铜在造船、化工、机械、仪表等工业中广泛应用，主要制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件，以及抗蚀、抗磁零件等轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件，以及抗蚀、抗磁零件等.(2)(2)
43、(2)(2)铝青铜铝青铜铝青铜铝青铜 以以铝铝为为主主要要合合金金元元素素的的铜铜合合金金称称铝铝青青铜铜.Cu-Al合合金金相相图图见见图图.相相是是铝铝在在铜铜中中的的固固溶溶体体，具具有有面面心心立立方方晶晶格格，强强度度较较高高，塑塑性性良良好好，可可以以进进行行冷冷、热热变变形形.相相是是以以电电子子化化合合物物Cu3Al为为基基的的固固溶溶体体，为为体体心心立立方方晶晶格格，在在565度度时时发发生生共共析析反反应应；(+2),2相相是是以以电电子子化化合合物物Cu9Al4为为基基的的固固溶溶体体，为为复复杂杂立立正正方方晶晶格格，极极硬硬且且脆脆.在在实实际际铸铸造造条条件件下下
44、，铝铝含含量量为为8-9的的合合金金，由由于于冷冷却却速速度度较较快快-转转变变不不完完全全，部部分分相相被被保保留留，并并随随后后发发生生共共析析反反应应，所所以以组组织织中中常常有有部部分分(+2)共析体共析体.铝铝青青铜铜的的耐耐蚀蚀性性优优良良，在在大大气气、海海水水、碳碳酸酸及及大大多多数数有有机机酸酸中中的的耐耐蚀蚀性性，均均比比黄黄铜铜和和锡锡青青铜铜高高。铝铝青青铜铜的的耐耐磨磨性性亦亦比比黄黄铜铜和和锡青铜好。锡青铜好。主主要要用用于于制制造造齿齿轮轮、轴轴套套、蜗蜗轮轮等等在在复复杂杂条条件件下下工工作作的的高高强强度度抗抗磨磨零零件件，以以及及弹弹簧簧和其它高耐蚀性弹性元
45、件和其它高耐蚀性弹性元件(3)(3)铍青铜铍青铜以以铍铍为为基基本本合合金金元元素素的的铜铜合合金金(铍铍含含量量1.72.5%)称称铍铍青青铜铜.右右图图为为铜铜铍铍合合金金相相图图.铍铍溶溶于于钢钢中中形形成成a固固溶溶体体.铍铍在在铜铜中中的的溶溶解解度度随随温温度度变变化化很很大大在在866度度时时最最大大溶溶解解度度为为2.7，而而在在室室温温下下仅仅为为0.2，因因此此铍铍青青铜铜能发生时效硬化能发生时效硬化.特点：特点：a）能通过热处理强化，有很高的强度、硬度、疲劳极限和弹）能通过热处理强化，有很高的强度、硬度、疲劳极限和弹性极限，而且耐蚀、耐磨、无磁性，导电和导热性好性极限，而
46、且耐蚀、耐磨、无磁性，导电和导热性好b）受冲击无火化）受冲击无火化c）冷热加工性能好，铸造性能也好）冷热加工性能好，铸造性能也好应用：应用：a）高级精密弹性零件及特殊要求的耐磨零件）高级精密弹性零件及特殊要求的耐磨零件b）高速、高温、高压零件）高速、高温、高压零件c）防爆合金，如炼油厂常用的防爆工具）防爆合金，如炼油厂常用的防爆工具3 3白铜白铜白白铜铜：以以镍镍为为主主要要合合金金元元素素的的铜铜合合金金称称为为白白铜铜.主主要要有有普普通通白白铜铜、铝铝白白铜铜和和锰锰白白铜铜等。等。普通白铜仅含铜和镍普通白铜仅含铜和镍.特点：特点：具有很高的耐蚀性，具有很高的耐蚀性，电电阻率高，阻率高，
47、优良的冷、热加工性优良的冷、热加工性.应用：应用：广泛用于制造广泛用于制造船舶、船舶、精密仪器、仪表、化工机精密仪器、仪表、化工机械及医疗器械中的关键零械及医疗器械中的关键零件件.白铜管白铜管编编号号：B+镍镍的的平平均均含含量量.“B”为为“白白铜铜”.例例如如，B19表示含表示含19Ni的普通白铜的普通白铜.常用白铜的牌号、成分、机械性能和用途见表常用白铜的牌号、成分、机械性能和用途见表.作业及思考题1 根据二元铝合金一般相图，说明铝合金是如何分类的？2 什么是铝合金热处理强化方法？简述其强化机理？3 变形铝合金分为哪几类？主要性能特点是什么？4 如何提高ZL102的力学性能？5 试述Cn
48、-Zn(黄铜）的主要性能特点及应用？（为什么黄铜H62的强度高而塑性低？黄铜H68的塑性却比H62好？返回钛是化学活泼性极高的金属，呈灰白色钛是化学活泼性极高的金属，呈灰白色 钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐高钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点，同时资温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点，同时资源丰富，所以有着广泛应用前景。但目前钛及源丰富，所以有着广泛应用前景。但目前钛及钛合金的加工条件复杂，成本较昂贵，在很大钛合金的加工条件复杂，成本较昂贵，在很大程度上限制了它们的应用。钛及钛合金程度上限制了它们的应用。钛及钛合金见表见表第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金
49、一、纯钛一、纯钛1.纯钛性能纯钛性能密度小密度小（4.5g/cm3），），熔点高熔点高（1688），），热膨胀系数小，导热性差。热膨胀系数小，导热性差。纯纯钛钛塑塑性性好好（=40%、=60%）、强强度度、硬硬度度低低（b=290MPa、100HBW)。钛的成形性、焊接性和切削加工性良好，可制成细丝和薄片。钛的成形性、焊接性和切削加工性良好，可制成细丝和薄片。钛钛在在大大气气和和海海水水中中有有优优良良的的耐耐蚀蚀性性，在在硫硫酸酸、盐盐酸酸、硝硝酸酸、氢氢氧氧化化钠钠等等介质中都很稳定。介质中都很稳定。钛钛与与氧氧、氮氮形形成成致致密密的的保保护护膜膜，因因此此在在大大气气、高高温温气气体体
50、及及许许多多腐腐蚀蚀性性介介质中有良好的耐蚀性。质中有良好的耐蚀性。钛的抗氧化能力优于大多数奥氏体不锈钢钛的抗氧化能力优于大多数奥氏体不锈钢2.晶体结构晶体结构钛具有同素异晶转变。钛具有同素异晶转变。钛在固态有两种结构：钛在固态有两种结构：882.5以以上上直到熔点为体心立方晶格直到熔点为体心立方晶格,称称-Ti。882.5以下为密排六方晶格以下为密排六方晶格,称称-Ti。冷却时在冷却时在882.5发生同素异构转变发生同素异构转变:-Ti-Ti3.牌号及用途牌号及用途TA0、TA1、TA2、TA3四四种。种。编号越大杂质越多。编号越大杂质越多。用途：用途：纯钛可制作在纯钛可制作在350以下工作