有色金属其合金.doc

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1、第六章有色金属及其合金我们通常把铁基合金（钢铁）称为黑色金属，铁基合金以外的金属称为有色金属。有色金属及其合金具有钢铁材料所没有的许多特殊的机械、物理和化学性能，是现代工业中不可缺少的金属材料。它们的种类很多，本章仅简单介绍较常用的几种，如铝、铜等。6.1铝及其合金铝及铝合金有下列特性：⑴比重小、比强度高纯铝的比重只有，故其合金的比重（约2.5～2.88）也很小，采用各种强化手段后，铝合金可以达到与低合金高强钢相近的强度，因此比强度要比一般高强钢高得多。⑵有优良的物理、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64％。铝资源丰富，成本较低。铝及铝合金有相当好

2、的抗大气腐蚀能力，其磁化率极低，接近于非铁磁性材料。⑶加工性能良好铝及铝合金（退火状态）的塑性很好，可以冷成形。切削性能也很好。超高强铝合金成形后经热处理，可达到很高的强度。铸造铝合金的铸造性能极好。由于上述优点，铝及铝合金在电气工程、航空及宇航工业、一般机械和轻工业中都有广泛的用途。6.1.1纯铝纯铝是一种银白色的金属，熔点(与其纯度有关，99.996％时)为660.24℃，具有面心立方晶格，无同素异构转变。纯铝中含有、、、等杂质元素，使性能略微降低。纯铝材料按纯度可分为三类。⑴高纯铝纯度为99.93～99.99％，牌号有、、、等四种，编号越大，纯度越高。高纯铝主要用于科学研

3、究及制作电容器等。⑵工业高纯铝纯度为98.85～99.9％，牌号有、等，用于制作铝箔、包铝及冶炼铝合金的原料。⑶工业纯铝纯度为98.0～99.0％，牌号有、、、、等五种，编号越大，纯度越低。工业纯铝可制作电线、电缆、器皿及配制合金。工业纯铝的抗拉强度和硬度很低，分别（铸态）为90～120,24～32,不能作为结构材料使用。但其塑性极高，延伸率（退火）为32～40％，断面收缩率（退火）为70～90％。能通过各种压力加工制成型材。6.1.2铝合金铝中加入合金元素(、、、、等)后，就形成了铝合金,除了保留纯铝的低密度、良好的导电性和导热性等优点外，通过合金化和其他工艺方法，可获得较高

4、的强度，并保持良好的加工性能。许多铝合金不仅可通过冷变形提高强度，而且可用热处理来大幅度地改善性能。因此铝合金可用于制造承受较大载荷的机器零件和构件。图6.1铝合金分类示意图6.1.2.1铝合金的分类根据铝合金的成分和工艺特点，可将其分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。其分类方法是根据二元铝合金相图（如图6.1）而确定的。图中成分为点左边的铝合金，加热到高温时能形成单相固溶体，具有良好的塑性，适于变形加工，称为变形铝合金。成分位于点左边的变形铝合金，在加热冷却过中，固溶体不发生成分的改变，不能通过热处理手段来强化，称为不可热处理强化的变形铝合金。成分位于和之间的铝合金，在一定的温

5、度区间内改变条件，会析出第二相提高强度，称为可热处理强化的形变铝合金。成分位于点以右的合金，组织里有共晶组织，液态金属流动性较好，适于铸造成形，称为铸造铝合金。6.1.2.2铝合金的热处理特点铝合金是通过时效处理来改变性能的。下面以合金二元相图为例来说明（如图6.2）。将成分位于之间的合金加热到相区，经保温得到单相固溶体，然后迅速水冷，在室温就得到了过饱和的固溶体，它的强度和硬度变化不大，但塑性却较高，这个过程类似于钢的淬火，可以称为铝合金的淬火处理。过炮和的固溶体是不稳定的，有降低溶解度、析出第二相图6.2Al-Cu合金相图、过渡到稳定状态的趋势。因此在室温下放置或低温加热时

6、，析出细小弥散的第二相能有效地强化铝合金，使强度、硬度明显升高，塑性下降，这种现象称为时效或时效硬化。在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。例如，含4％的合金(如图6.2)加热到550℃保温一段时间淬火并在水中快冷时，相（）来不及析出，得到的是过饱和的固溶体，强度仅为250，在室温下放置，随时间延长合金的强度逐渐升高，4～5天以后，强度可升至400。淬火后开始放置数小时内，合金的强度基本不变化，这段时间称为孕育期。时效时间超过孕育期后，强度迅速升高。所以一般均在孕育期内对铝合金进行铆接、弯曲、矫直、卷边等冷变形成形。自然时效后的铝合金，在230～2

7、50℃短时间（几秒至几分种）加热后，快速水冷至室温时，可以重新变软。如再在室温下放置，则又能发生正常的自然时效。这种现象称为回归。一切能时效硬化的合金都有回归现象。回归现象在实际生产中具有重要意义。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。例如，利用这种现象，可随时进行飞机的铆接和修理等。6.1.2.3变形铝合金根据化学成分和性能的不同，变形铝合金可分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金四类，详见表6.1。变形铝合金代号以汉语拼音字首+顺序号表示，如、、、分别代表防锈铝、