第08章 非铁金属材料

第四阶段，θ相形成与长大，形成稳定的CuAl2。与母相完全脱离共格联 系，形成和θ两独立相（图8-4 b），晶格畸变大为减轻，强化效果显著 减弱，合金发生软化，这种现象称“过时效“。
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3、回归处理
• 将经过自然时效处理的铝合金在200-250C短时间（几 秒至几分钟）加热然后迅速水冷，可是合金的性能又 回到接近新淬火状态的水平，即可重新变软。这种性 能复原的现象称为回归。经回归处理的合金在室温下 放置一段时间，硬度和强度又重新上升，类似自然时 效处理的状态，但回归次数一般不超过四次。在飞机 制造业中，常采用回归处理使铝合金软化，以便进行 铆接和修复工作。 • 人工时效处理后的铝合金没有回归现象。
① Zn能明显改善力学性能，并随Zn含量的增加，强度和塑性同时提高。 单相黄铜：相,单相固溶体，冷塑性变形能力极好，当WZn=30-32％时，延 伸率δ达到最大值(10％)；当Zn含量增加到45％时，强度σb达到最大 值(约650MPa)，一般Wzn50%,超过此值后合金很脆，无应用价值。
② 双相黄铜：WZn>32%,组织为和’两相。强度较高，但塑性比单相黄铜差 许多，在一定温度下，转变成单相，提高塑性，可进行热加工变形。 22
190MPa 230MPa 320MPa
硬铝：牌号LYxx 通常为Al-Cu-Mg合金。主要用来制 造飞机的大梁和蒙皮等，也用来制造机械构件。
GB/T16475-1996 GB3190-82 抗拉强度
2A01 2A11 2A12
LF1 LF11 LF12
Al-Cu-Mg 420MPa 475MPa
程中所产生的共 格及半共格沉淀相（尺寸小于100nm的第二相） 有关。
两相独立
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例子：Cu-Al 合金
Cu和Al形成有限固溶体， 两者原子半径相近且晶 格均为FCC

θ
Wcu=4.3%：室温为和θ，加热至550C，淬火，得过饱和，室温下缓慢向+θ转变
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铸造青铜
用途：用于电工导体材料，制作电线、电缆、电气开关、 导电垫圈、螺杆等。T3、T4为一般用铜材，制作 油管、油嘴等。
再结晶退火是工业纯铜常用的热处理方式，以消除内应力，改变晶粒大小， 退火温度一般在500-700C。 退火铜应在水中快速冷却，减少加热时形成的氧化皮，得到光洁表面
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二、铜合金
单相黄铜 黄铜（Cu－Zn系合金)
③．特殊黄铜
在Cu-Zn黄铜的基础上加入Sn、Pb、
AL、Si、Mn等元素，改变相应的性能。
牌号：H元素符号XX-X，元素符号为Zn以外的主元 素，第一部分数字为含铜量，第二部分数字为Zn
外的主元素量，余量为Zn。 例如： HPb64-2表示
含铜量为64%，含铅2%，其余为锌的黄铜。 用途：品种繁多，例如铅黄铜HPb64-2可用来制作 钟表或汽车用一般零件；铝黄铜HAl77-2可用来制 作齿轮、涡轮、衬套、螺旋桨的耐腐蚀零件等等。
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2. 青铜
以Sn或Al或Be为主要合金元素的铜合金 表面呈青灰色，Cu-Sn合金为主
牌号：Q元素符号XX-X； 其中：Q表示青铜 元素符号为主元素 第一部分数字为主合金元素的含量 第二部分数字为其它合金元素的含量。 对铸造青铜在前面加字母Z。
压力加工青铜 青铜
锡青铜：Cu-Sn合金 铝青铜：Cu-Al合金 铍青铜：Cu-Be合金
超硬铝：牌号LCxx，通常为Al-Cu-Mg-Zn合金。主要 用来制造飞机上受力大的零件。
GB/T16475-1996 GB3190-82 抗拉强度
7A04 7A09
LC4 LC9
Al-Cu-Mg-Zn
600MPa 660MPa
锻铝：牌号LDxx，常为Al-Cu-Mg-Si合金。塑性较好， 可锻造成型，用来制造一些复杂的结构零件。
（1）工业纯铝（Al＝99～99.85%） 铸造纯铝: 如 ZAl99.5 （ GB/T8063－1994） Z ―― 铸造 Al ――铝的元素符号 99.5 ―― Al的含量99.5 wt％ 变形铝：如 lA99 （GB/T16474－1996） l ―― 表示组别 （1：纯Al， 2：含Cu 3：含Mn， 4：含Si， 5：含Mg） A ―― 原始铝或铝合金 （B：改型） 99 ―― 铝的含量99 wt％
1) 优异的导电性和导热性； 2) 对大气、水有良好的耐腐蚀性；
3) 良好的加工性能，可以冷、热变形成型，可以铸造成型， 便于切削加工；
4) 强度不高、硬度低（σb=200–250 MPa，40-50HB）、塑性 好（δ= 50% ，ψ=70%）；但有些合金有好的减摩性、耐 磨性，有些合金有高的弹性极限和疲劳极限； 5) 外表色泽美观。
含4％Cu的铝合金，固溶强化后强度为250MPa自然失效后（4－5天）达到 400MPa。
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时效规律
时效温度越高, 强度峰值越低, 强化效果越小； 时效温度越高, 时效速度越快, 强度峰值出现所需 时间越短；
低温使原子扩散能力弱，固溶处理获得的过饱和固 溶体保持相对的稳定性, 抑制时效的进行。
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3．常见Al合金
根据合金的成分和生产工艺不同， 将铝合金分为两类：变形铝合金 和铸造铝合金。
成分小于D点的合金，可由铝合金铸锭经过冷、热加工后形成的各种规格 的板、棒、带、丝、管状等型材——变形铝合金。 在变形铝合金中，成分小于F点的合金不能热处理强化（防锈铝） ，成分 在F-D点之间的合金能热处理强化（硬铝） 。 成分大于D点的合金，由于凝固时发生共晶反应，熔点低、流动性好，塑 性较差，可由液态直接浇注成工件毛坯，适于铸造——铸造铝合金；
第八章 非铁金属材料
非铁金属材料是指钢铁材料以外的各种金属材料， 又称为有色金属，而把钢铁材料称为黑色金属。
这些金属及其合金具有许多特殊的性能，例如比强 度高、导电性或导热性好、耐腐蚀性及耐热性高等。 因为他们有着钢铁材料无法替代的性能，所以在机 电、仪表、特别是航海、航空、航天等工业中具有 重要的作用。本章仅介绍几种工程材料中常用的非 铁金属的性能特点及使用状况。
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一、工业纯铜
牌号：T1-T4 其铜的含量为99.95-99.5％。纯铜呈玫 瑰红色，表面形成氧化膜后呈紫色，故称为 紫铜。
T1 成分：以铜为主体，其他为杂质，其中常见元素有Pb、 T2 Bi、O、S、P等，它们降低了材料的导电、导热 T3 性能，特别是高温或低温下明显降低材料的塑性。 T4
99.95% 99.90% 99.70% 99.5%
第一阶段，形成富铜区（GP[I]区），溶质原子的富集，引起晶格畸变， 位错受阻，强度提高。 第二阶段，形成GP[II]，Gp区有序化,随着原子的进一步富集，原子有序的 排列起来，成分结构接近CuAl2，称θ”，与母相共格，引起晶格进一步畸变， 位错进一步受阻，强度进一步提高。 第三阶段，形成过渡相θ′，溶质原子继续富集，化学成分逐渐达到CuAl2 的化学成分，部分与母相脱离共格联系，晶格畸变减轻，对位错阻碍减少， 合金趋向软化。
用途：电线、电缆、器皿等
（2）高纯Al（Al > 99.85%） 牌号： L01、L02、L03、L04 编号愈大，表示纯度愈高 用途： 电子器件、科学研究
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二、铝合金
1、定义：由于纯Al的强度低，通常加入合金元素来提高纯Al 的强度，添加了合金元素的材料统称为Al合金。 2、Al合金的相图 Al合金中的主要添加元素： Cu、Mg、Zn、Si、Mn和 Re 铝和大部分金属元素的相图如图 所示。 它们与Al常构成共晶相图， 如右图所示 。 不同元素在Al中的固溶度不 同，即在右图中的D、F点位置不 同
③良好的加工性能 强度不高(σb＝80－100MPa)，塑性很好(δ＝35－40 ％ ψ＝80％),熔点低(Tm=660℃)。冷变形、切削、铸造、焊接都比 较容易。
④含杂质。Fe, Si, Cu, Zn, Mg等，前两者常见。形成杂质相，降低Al的塑 性、导电性和耐腐蚀性
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2、工业纯铝的牌号和用途
铝及铝合金
钛及钛合金
铜及铜合金
铸造轴承合金
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第一节
一、纯铝
铝及铝合金
二、常用铝合金 三、铝合金的热处理
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一、工业纯铝
1．特点
①比重小、比强度高 比重为2.7g/cm3，仅为钢的三分之一，铝合金经处 理后，单位质量材料能承受的载荷远大于高强度钢。 ②优良的物理、化学性能 导电性和导热性仅次于Au、Ag、Cu，但单位 重量的导电能力却是铜的200％。铝表面可生成致密的氧化膜，可以 有效的抵抗大气腐蚀，但不耐酸、碱、盐液腐蚀。铝为非铁磁性材料。
双相黄铜
特殊黄铜
白铜（Cu－Ni系合金）
青铜（Cu-Zn、Cu-Ni外的其余铜合金）
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1. 黄铜
Zn在很大范围内可以在Cu中溶解， Zn加入到Cu中形成的合金称为黄铜，
这时材料呈颜色淡黄色。
牌 号 ： H+ 铜 平 均 含 量 （ 数 字 ） 。
H70:WCu=70%
真金不怕火炼
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Zn对黄铜性能的影响：
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三．铝合金的热处理
1、退火 三种工艺
退火
时效 回归
工艺：固相线以下20－40℃，保温几个小时至几十个小时 目的：使成分均匀化，消除加工硬化，消除内应力，改善性能。
2、时效强化
（1）时效强化处理 钢淬火后得到含碳过饱和的马氏体组织，强度、硬度显著提高而塑性、韧 性急剧降低，回火时马氏体发生分解，强度、硬度降低，塑性、韧性提高 铝合金的时效强化处理也要进行淬火，得到过饱和固溶体，但其强度、硬 度并不高，而塑性、韧性较好，过饱和固溶体在随后的室温或加热条件下 再发生分解，并出现时效现象
防锈铝合金 硬铝合金 超硬铝合金 锻铝合金
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不可热处理强化
可热处理强化
防锈铝：牌号LFxx，主要用来制造航空油箱、油管、 以及器皿、日用品、门窗装饰品等。