第九章非铁金属及硬质合金课件.ppt

第九章 非铁金属及硬质合金,通常把铁或以铁为主而形成的合金称为铁金属，除铁金属以外的其它金属称为非铁金属非铁金属的种类很多，按其特点可分为轻金属（铝、镁等）、重金属（铜、铅等）、稀有金属（钨、钼等）、贵金属（金、银、铂）和放射性金属（镭、铀等）非铁金属广泛地用于机械制造、航空、航海、化工、电器等部门生产上常用的非铁金属有：铝及铝合金、铜及铜合金、滑动轴承合金等第一节 铝及铝合金,铝及铝合金是非铁金属中应用最广的一类金属材料，其产量仅次于钢铁材料，广泛用于电气、车辆、化工、航空等部门第九章 非铁金属及硬质合金 通常把铁或以铁为主而形成,根据新国家标准变形铝及铝合金牌号表示方法中的规定，我国铝及变形铝合金牌号采用国际四位数字体系牌号和四位字符体系牌号两种命名方法化学成分已在国际牌号注册组织中注册命名的铝及铝合金，直接采用四位数字体系牌号；国际牌号注册组织中未命名的，则按四位字符体系牌号命名两种牌号命名方法的区别仅在第二位牌号第一位数字表示铝及变形铝合金的组别，见表91；牌号第二位数字（国际四位数字体系）或字母（四位字符体系，除字母C、I、L、N、Q、P、Z外）表示原始纯铝或铝合金的改型情况，数字0或字母A表示原始合金，如果是1,9或B,Y 中的一个，则表示对原始合金的改型情况；最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金，对于纯铝则表示铝的最低质量分数中小数点后面的两位数。

我国非铁金属产品的牌号或代号表示方法比较复杂，目前正逐步向国际标准化组织规定的方法靠拢在新旧牌号命名方法的过渡时期，国内原国家标准中使用的牌号仍可继续使用根据新国家标准变形铝及铝合金牌号表示方法中的规定,表91 铝及铝合金的组别表示方法,牌 号,组 别,1,纯铝（铝含量大于99,.,00%）,2,以铜为主要合金元素的铝合金,3,以锰为主要合金元素的铝合金,4,以硅为主要合金元素的铝合金,5,以镁为主要合金元素的铝合金,6,以镁和硅为主要合金元素的铝合金,7,以锌为主要合金元素的铝合金,8,以其他元素为主要合金元素的铝合金,9,备用合金组,一、铝,铝的质量分数不低于99.00%时为纯铝纯铝是一种银白色金属，具有面心立方晶格，无同素异构转变，塑性好（=50%，=80%），强度低（,b,=80,100MPa），适于压力加工纯铝的熔点为660，密度为2.7g/cm,3,表91 铝及铝合金的组别表示方法牌 号组,铝和氧的亲和力较强，容易在其表面形成一层致密的Al,2,O,3,薄膜，能有效地防止金属的继续氧化，所以纯铝在大气中具有良好的耐腐蚀性纯铝的导电性、导热性好，仅次于银、铜、金室温下铝的导电能力约为铜的62%，但按单位质量的导电能力计算，则为铜的200%。

纯铝不能用热处理的方法予以强化，冷变形是提高其强度的唯一手段经冷变形强化后，纯铝的强度可以提高到150,200 MPa，而断面收缩率则下降到50%,60%根据纯铝的特点，纯铝主要用于配制各种铝合金，代替铜制作电线或电缆，以及制作要求质轻、导热、耐大气腐蚀而强度不高的器具工业纯铝中的杂质为铁和硅，杂质的质量分数越多，铝的导电性、耐腐蚀性和塑性越低铝和氧的亲和力较强，容易在其表面形成一层致密的Al2,表92 工业纯铝的牌号、化学成分及用途,牌 号,化学成分（%）,用 途 举 例,旧牌号,铝,杂质总量,1070,9970,030,电容、电子管隔离罩、电缆、导电体、装饰品等,L1,1060,9960,040,L2,1050,9950,050,L3,1035,9935,065,L4,1200,9900,100,电缆保护套管、仪表零件、垫片、装饰品等,L5,表92 工业纯铝的牌号、化学成分及用途牌 号化学成分（,二、铝合金的分类及热处理,1铝合金的分类,二、铝合金的分类及热处理,2铝合金的热处理,铝合金的热处理机理与钢不同，当铝合金加热到相区，经保温获得单相固溶体后，在水中快速冷却，其强度和硬度并没有明显升高，而塑性却有所改善，这种热处理称为固溶处理。

由于固溶处理后获得的过饱和固溶体是不稳定的，如果在室温下放置一定的时间，这种过饱和固溶体将逐渐向稳定状态转变，使强度和硬度明显升高，塑性下降固溶处理后铝合金的力学性能随时间而发生显著变化的现象，称为时效或时效强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在自然时效的最初一段时间内，强度变化不大，这段时间称为孕育期在孕育期内对固溶处理后的铝合金可进行冷加工铝合金的时效强化过程，实质上是固溶处理后所获得的过饱和固溶体分解并形成强化相的过程，这一过程必须通过原子扩散才能进行，因此，铝合金的时效强化效果与时间及温度有密切关系如果人工时效时的时间过长（或温度过高），反而会使合金软化，这种现象称为过时效2铝合金的热处理,第九章非铁金属及硬质合金课件,三、常用变形铝合金,变形铝合金按其主要性能特点可分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝一般都由冶金厂加工成各种规格的型材（板、带、管、线等）供应给用户在原国家标准中规定，变形铝合金的代号用“L+代号+数字”表示，L是“铝”字汉语拼音的字首；代号表示变形铝合金的类别，F代表防锈铝，Y代表硬铝，C代表超硬铝，D代表锻铝；数字表示合金的顺序号。

例如，LF21表示21号防锈铝1防锈铝,防锈铝主要是指AlMn系、AlMg系合金属于不能热处理强化的变形铝合金，只能通过冷压力加工来提高其强度这类铝合金具有良好的耐腐蚀性，并具有一定的强度和良好的塑性，主要用于制造各种高耐腐蚀性的薄板容器、防锈蒙皮及受力小、质轻、耐腐蚀的结构件因此，在飞机、车辆、制冷装置及日用器具中应用很广三、常用变形铝合金,2硬铝,硬铝主要是指AlCuMg系合金这类铝合金经固溶和时效处理后能获得很高的强度，但硬铝的耐腐蚀性比纯铝差，更不耐海水的腐蚀，所以硬铝板材的表面常包覆一层纯铝，以提高其耐腐蚀性主要用于制造中等强度的结构零件，如铆钉、螺栓及航空工业中的结构件另外，在仪器制造中也有广泛的应用3超硬铝,超硬铝主要是指AlCuMgZn系合金这类铝合金是在硬铝的基础上再加入锌而形成的，经固溶和时效处理后，其强度超过了硬铝，是室温条件下强度最高的一类铝合金，但耐腐蚀性较差超硬铝主要用于制造飞机上受力较大的结构件，如飞机大梁、桁架、起落架、螺旋桨叶片等4锻铝,锻铝主要是指AlCuMgSi系合金这类铝合金的力学性能与硬铝相近由于其热塑性较好，适于采用压力加工方法成形，所以可用于制造航空及仪表工业中形状复杂的零件。

2硬铝,表93 常用变形铝合金的牌号、力学性能及用途,类别,牌号,状态,抗拉强度/MPa,伸长率（%）,用途举例,旧牌号,防锈铝,5A02,退火,245,12,油箱、油管、液压容器、饮料罐、焊接件、冷冲压件、防锈蒙皮等,LF2,3A21,退火,185,16,LF21,硬铝,2A11,退火,245,12,螺栓、铆钉、空气螺旋桨叶片等,LY11,2A12,淬火+自然时效,390440,10,飞机上骨架零件、翼梁、铆钉、蒙皮等,LY12,超硬铝,7A04,退火,245,10,飞机大梁、桁条、加强框、起落架等,LC4,锻铝,2A50,淬火+人工时效,353,12,压气机叶轮及叶片、内燃机活塞、在高温下工作的复杂锻件等,LD5,2A70,淬火+人工时效,353,8,LD7,表93 常用变形铝合金的牌号、力学性能及用途类别牌号状态,四、铸造铝合金,铸造铝合金同变形铝合金相比，合金元素的质量分数较高，具有良好的铸造性能，可进行各种成形铸造，生产形状复杂的零件但塑性和韧性较差，不宜进行压力加工按铸造铝合金中所加合金元素的不同，可分为AlSi系、AlCu系、AlMg系、AlZn系等四类铸造铝合金铸造铝合金的代号用“铸铝”二字汉语拼音的字首ZL与三位数字表示，第一位数字表示铸造铝合金的类别，1代表AlSi系；2代表AlCu系；3代表AlMg系；4代表AlZn系；第二位与第三位数字表示合金的顺序号。

例如，ZL102表示2号AlSi系铸造铝合金铸造铝合金的牌号由铝和主要合金元素符号及其表示平均质量分数的数字组成，并在牌号的前面冠以“铸”字汉语拼音的字首Z例如，ZAlSi12表示w,Si,=12%的铸造铝合金四、铸造铝合金,1铝硅合金,ZAlSi12是典型的铸造用铝硅合金，其铸态组织为共晶体，如图94所示力学性能较差（,b,=130,140MPa，=1%,2%）为此，可在浇注前向合金液中加入2%,3%的变质剂，进行变质处理常用的变质剂为钠盐，可改善硅晶体的结晶条件，使之成为细小的颗粒状组织，同时，变质剂还能使相图中的共晶点向右下方移动，如图95所示变质处理后的组织为亚共晶组织，如图96所示变质处理后力学性能得到了改善（,b,=180MPa，=8%）铝硅系铸造铝合金可用于制造质轻、耐腐蚀、形状复杂及有一定力学性能要求的零件，如汽缸体、活塞、风扇叶片、仪表外壳等1铝硅合金,2铝铜合金,铝铜系铸造铝合金强度较高，加入镍、锰可提高其耐热性能，用于制造高强度或高温条件下工作的零件，如内燃机汽缸、活塞等ZAlCu5Mn是典型的铸造用铝铜合金3铝镁合金,铝镁系铸造铝合金具有良好的耐腐蚀性，适于制造在腐蚀介质条件下工作的零件，如泵体、船舰配件或在海水中工作的构件等。

ZAlMg10是典型的铸造用铝镁合金4铝锌合金,铝锌系铸造铝合金具有较高的强度，价格便宜，适于制造医疗器械、仪表零件、飞机零件和日用品等ZAlZn11Si7是典型的铸造用铝锌合金2铝铜合金,表94 常用铸造铝合金的牌号、代号、力学性能及用途,牌 号,代号,状态,抗拉强度/MPa,伸长率（%）,硬度 HBS,用途举例,ZAlSi7Mg,ZL101,金属型铸造、固溶+不完全人工时效,205,2,60,形状复杂的零件，如飞机及仪表零件、抽水机壳体等,ZAlSi12,ZL102,金属型铸造、铸态,155,2,50,工作温度在200,以下的高气密性和低载荷零件，仪表、水泵壳体等,ZAlSi12Cu2Mg1,ZL108,金属型铸造、固溶+完全人工时效,255,90,要求高温强度及低膨胀系数的内燃机活塞、耐热件等,ZAlCu5Mn,ZL201,砂型铸造、固溶+自然时效,295,8,70,175300,以下工作的零件，如内燃机气缸头、活塞等,ZAlMg10,ZL301,砂型铸造、固溶+自然时效,280,10,60,在大气或海水中工作的零件，承受大振动载荷、工作温度低于200,的零件，如氨用泵体、船用配件等,ZAlZn11Si7,ZL401,金属型铸造、人工时效,245,15,90,工作温度低于200,，形状复杂的汽车、飞机零件，仪器零件及日用品等,表94 常用铸造铝合金的牌号、代号、力学性能及用途牌,第二节 铜及铜合金,一、纯铜,纯铜呈玫瑰红色，表面氧化后呈紫色，故俗称紫铜。

纯铜具有面心立方晶格，无同素异构转变，强度不高（,b,=200,250MPa），硬度较低（40,50HBS），但塑性很好（=45%,50%），适于压力加工纯铜的熔点为1083，密度为8.9g/cm,3,纯铜的化学稳定性好，在大气、海水中具有良好的耐腐蚀性纯铜无磁性转变，有很好的导电性和导热性纯铜不能用热处理的方法予以强化，只能借助于冷塑性变形来提高其强度，经冷变形强化后纯铜的强度提高到400,500 MPa，但会使其塑性显著降低（=5%）工业纯铜中的杂质主要是铅、铋、氧、硫、砷等，它们对铜的力学性能和工艺性能有很大的影响工业纯铜很少用于制造机械零件，一般作为导电、导热、耐腐蚀材料使用表95为纯铜（加工产品）的牌号、化学成分及用途举例第二节 铜及铜合金 一、纯铜,表95 纯铜的牌号、化学成分及用途,类别,代号,化学成分（%）,用 途 举 例,铜,杂质总量,纯铜,T1,9995,005,导电、导热、耐腐蚀器具材料，如电线、蒸发器、雷管、储藏器等,T2,9990,010,T3,9970,030,无氧铜,T。