第7章非铁金属材料.

复习与思考题
7-1 试从组织与性能变化上比较铝合金固溶处理+时效处理与钢 的淬火；铝合金的变质处理与灰铸铁的变质处理的异同处。 7-2下列牌号中何种材料？说明其符号、数字所代表的意义 A199、2A10、2A50、ZL40l、T2、HPb59-1、H68、、 ZPbSb16Sn16Cu2 7-3简述纯铝及各类铝合金的牌号表示方法、性能特点及应用。 7-4简述纯铜及各类铜合金的牌号表示方法、性能特点及应用。
3）其它铸造铝合金 •A1-Cu铸造铝合金耐热性好，但由于其铸造性能不好，有热裂和疏松倾
向，耐蚀性差，比强度低于一般优质硅铝明，故有被其它铸造铝合金取 代的趋势。常用牌号有ZL201、ZL202。 •A1-Mg铸造铝合金耐蚀性好，强度高，密度小(为2.55×103kg/m3)，但 其铸造性能差，耐热性低，熔铸工艺复杂，时效强化效果小，常用牌号 有ZL301，ZL302。
•A1-Zn铸造铝合金铸造性能好，铸态下可自然时效，是一种铸态下高强
度合金，价格是铝合金中最便宜的，但耐蚀性差，热裂倾向大，有应力 腐蚀断裂倾向，密度大。常用牌号有ZL40l、ZL402。
7.2铜及铜合金 7.2.1工业纯铜
铜是贵重有色金属。工业纯铜又称紫铜，密度为8.96×103kg/m3，熔点 为l083℃。纯铜具有良好的导电、导热性，其晶体结构为面心立方晶格， 因而塑性好，容易进行冷热加工。同时纯铜有较高的耐蚀性，在大气、 海水中及不少酸类中皆能耐蚀。但其强度低，强度经冷变形后可以提高， 但塑性显著下降。
2、青铜
青铜原指Cu-Sn合金。但逐渐地把除锌以外的其它元素的铜基合金， 也称为青铜。 所以青铜包含有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜和铅青铜等。
1）青铜牌号的表示方法
青铜的代号为： “Q(青)+主加元素符号及其质量分数+其它元素符号及质量分数” 铸造青铜则在代号（牌号）前加“ZCu”。
2）锡青铜
7.1.2铝合金分类 （1）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、超硬铝与锻铝等。 通常由冶金厂加工成各种规格的型材（板、带、线、管等）产品供应。
1）变形铝合金牌号的表示方法
变形铝合牌号用（GB/T16474—1996规定）2×××～8×××系列表示。 牌号第一位数字表示组别，按铜、锰、硅、镁、镁和硅、锌，其它元 素的顺序来确定合金组别；牌号第二位的字母表示原始合金的改型情况。
如果牌号第二位的字母是A，表示为原始合金，如果是B~Y的其它字母， 则表示为原始合金的改型合金；牌号的最后两位数字没有特殊意义，仅 用来区分同一组中不同的铝合金。
2）防锈铝合金
防锈铝合金属于热处理不能强化的铝合金，常采用冷变形方法提 高其强度。主要有A1-Mn、A1-Mg合金。锰的作用是固溶强化和提 高抗蚀性能，镁的作用是固溶强化与降低合金的密度。这类铝合 金具有适中的强度、优良的塑性和良好的焊接性，并具有很好的 抗蚀性，故称为防锈铝合金，常用于制造油罐、各式容器，防锈 蒙皮等。常用牌号有5A05等。
工业纯铝分未加压力加工产品（铝锭）和压力加工产品（铝材）： 按GB1196-88规定，铝锭的牌号有： A199.7、A199.6、A199.5、A199、A198五种。铝的质量分数不低于 99.0％的铝材为纯铝， 按GB/T16474-1996规定，铝材的牌号有： 1070A、1060、1050A、1035、1200等。（即化学成分近似于旧牌号 L1、L2、L3、L4、L5），牌号中数字越大，表示杂质的含量越高。
3）铝青铜
铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，它不仅价格低廉，且强度、耐磨性、 耐蚀性及耐热性比黄铜和锡青铜都高，还可进行热处理(淬火、回火)强化。 当含A1量小于5％时，强度很低，塑性高；当含A1量达到12％时，塑性已很 差，加工困难。故实际应用的铝青铜的Al一般在5～10％之间。当Al＝ 5～7％时，塑性最好，适于冷变形加工。当Al＝10％左右时，常用于铸 造。 铝青铜在大气、海水、碳酸及大多数有机酸中具有比黄铜和锡青铜更 高的抗蚀性。因此铝青铜是无锡青铜中应用最广的一种，也是锡青铜 的重要代用品，缺点是其焊接性能较差。铸造铝青铜常用来制造强度 及耐磨性要求较高的摩擦零件，如齿轮、轴套、蜗轮等。
•工业纯铜按杂质含量可分为T1、T2、T3、T4四种。“T”为铜的汉语
拼音字头，其后数字越大，纯度越低。如T1的Cu＝99.95％，而T4的 Cu＝99.50％，余为杂质含量。
•纯铜一般不作结构材料使用，主要用于制造电线、电缆、导热零件
及配制铜合金。
7.2.2铜合金
1、黄铜
黄铜是以锌为主要合金元素的铜锌合金。 按化学成分分为普通黄铜和特殊黄铜两类：
1）铸造铝合金牌号的表示方法
铸造铝合金代号用“ZL”（铸铝）及三位数字表示。第一位数字表示 合金类别（如1表示铝-硅系，2表示铝-铜系，3表示铝-镁系，4表 示铝-锌系等）；后两位数字为顺序号，顺序号不同，化学成分不同。
2）Al-Si系合金
A1-Si系铸造铝合金又称硅铝明，是铸造铝合金中应用最广泛 的一类。这种合金流动性好，熔点低，热裂倾向小，耐蚀性和 耐热性好，易气焊。但粗大的硅晶体严重降低合金的机械性能。 因此生产中常采用“变质处理”提高合金的机械性能。
4）锻铝合金
锻铝合金大多是A1-Mg-Si-Cu系，含合金元素较少，有良好的热 塑性和耐蚀性，适于用压力加工来制造各种零件，有较高的机械 性能。一般锻造后再经固溶处理和时效处理。常用牌号2A50、 2A70等。
（2）铸造铝合金
铸造铝合金中有一定数量的共晶组织，故具有良好的铸造性能，但塑性 差，常采用变质处理和热处理的办法提高其机械性能。铸造铝合金可分 为A1-Si系、A1-Cu系、A1-Mg系和A1-Zn系四大类。
4）铍青铜
铍青铜的含Be量很低，约Be＝1.7～2.5％，Be在Cu中的溶解度随温度而变 化，故它是唯一可以固溶时效强化的铜合金，经固溶处理及人工时效后， 其性能可达σb＝1200MPa， δ＝2～4％，330～400HBS。 铍青铜还有较高的耐蚀性和导电、导热性，无磁性。此外，有良好的工 艺性，可进行冷、热加工及铸造成型。通常制作弹性元件及钟表、仪表、 罗盘仪器中的零件，电焊机电极等7.1铝及铝合金
7.1.1工业纯铝
纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变，呈银白色。塑性好(80％)、强度 低(b＝80～100MPa)，一般不能作为结构材料使用，可经冷塑性变形使其强 化。铝的密度较小(约2.7×103Kg/m3)，仅为铜的三分之一；熔点660℃；磁 化率低，接近非磁材料；导电导热性好，仅次于银、铜、金而居第四位。铝 在大气中其表面易生成一层致密的Al2O3薄膜而阻止进一步的氧化，故抗大气 腐蚀能力较强。纯铝主要用于制作电线、电缆，配制各种铝合金以及制作要 求质轻、导热或耐大气腐蚀但强度要求不高的器具。
•普通黄铜由铜与锌组成的二元合金。它的色泽美观，对海水和大气腐蚀有
很好的抗力。黄铜的机械性能与含Zn量有关。当Zn≤30～32％时，组织为 α单相黄铜。单相黄铜塑性好，适宜于冷、热压力加工。当Cu≥32％后， 组织为α＋ 双相黄铜，适宜于热压力加工。当Cu≥45％后，铜合金组织 全部为相，强度与塑性急剧下降，此时的合金已无使用价值。 常用的单相黄铜有H80、H70等。“H”为“黄”的汉语拼音字首，数字 表示平均含Cu量。H80色泽好，可以用来制造装饰品。H70强度高、塑性 好，可用深冲压的方法制造弹壳、散热器、垫片等零件。常用的+双 相黄铜有H62、H59，它们具有较高的强度与耐蚀性，且价格便宜，主要 用于热压、热轧零件。
•为改善黄铜的某些性能，常加入少量A1、Mn、Sn、Si、Pb、Ni等合金元素，
形成特殊黄铜。合金元素能分别提高铜合金的机械性能(A1、Mn、Si)、耐蚀 性(A1、Mn、Sn)和抗磨性(当Si和Pb共存时)等。Pb还能改善切削加工性，Fe 可细化晶粒，Ni能使铜合金的应力腐蚀开裂倾向降低。 特殊黄铜的代号是在“H”之后标以主加元素的化学符号，并在其后标以 铜及合金元素的质量分数。例HPb59-1表示Cu=59％、Pb=1％，余量为 Zn的铝黄铜。
是以Sn为主加入元素的铜合金。锡青铜的机械性能与含Sn量有关。当 Sn≤5～6％时，随着含Sn量的增加，合金的强度和塑性都增加。当Sn ＞6％时，强度还继续增高，但塑性急剧下降。当含Sn量大于20％时，强 度显著下降，合金变得很脆，故工业用锡青铜的Sn一般等于3～14％。 Sn≤5％的锡青铜具有良好的塑性和一定的强度，适于压力加工。 Zn≥10％的锡青铜，由于塑性差只适于铸造。 锡青铜的耐腐蚀性比纯铜和黄铜都高，特别是在大气、海水等环境中。 抗磨性能也高，多用于制造轴瓦、轴套等耐磨零件。
3）硬铝、超硬铝
硬铝、超硬铝都属于热处理能强化的铝合金，其中硬铝属于A1-CuMg系，超硬铝属于Al-Cu-Mg-Zn系。铝中加入铜、镁、锌等是为了 得到热处理所必须的强化相。牌号2A01硬铝有很好的塑性，大量用 于制造铆钉。飞机上常用铆钉的硬铝牌号为2A10。它比2A01铜的含 量稍高，镁的含量低，塑性好，且孕育期长，又有较高的抗剪强度。 牌号2A11硬铝既有相当高的硬度又有足够的塑性，在仪器、仪表及 飞机制造成中获得广泛的应用。牌号为7A04超硬铝，多用于制造飞 机上受力大的结构零件，如起落、大梁等。