4.3 有色金属材料

§4.3.1铝及铝合金 铝及铝合金
1、工业纯铝（铝含量不低于99.00％） 工业纯铝（铝含量不低于99.00％） 99.00
纯铝是一种银白色的金属。特性如下： 纯铝是一种银白色的金属。特性如下： (1)质轻 密度小，仅为2.7 g/cm， 质轻、 (1)质轻、密度小，仅为2.7 g/cm，是轻金属 (2)铝的导电性仅次于银 铝的导电性仅次于银、 虽然它的导电率只有铜的2/3 2/3， (2)铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的2/3，但密度只有 铜的1/3 所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。 1/3， 铜的1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的 氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性， 氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造 工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。 工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。 (3)铝是热的良导体 它的导热能力比铁大3 铝是热的良导体， (3)铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍 (4)铝有较好的延展性 它的延展性仅次于金和银) 铝有较好的延展性( ℃～ ℃时 (4)铝有较好的延展性(它的延展性仅次于金和银)，在100 ℃～150 ℃时 可制成薄于0.01 mm的铝箔 这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等， 的铝箔。 可制成薄于0.01 mm的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还 可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品 铝制品。 可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品。 耐低温，铝在温度低时，它的强度反而增加而无脆性， （5）耐低温，铝在温度低时，它的强度反而增加而无脆性，因此它是理想 的用于低温装置材料，如冷藏库、冷冻库、南极雪上车辆、 的用于低温装置材料，如冷藏库、冷冻库、南极雪上车辆、氧化氢的生 产装置。 产装置。
铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金
（1）形变铝合金 ）
形变铝合金按其主要性能和用途又分为防锈铝（ ）、硬铝（ ）、 ）、硬铝 ）、超 形变铝合金按其主要性能和用途又分为防锈铝（LF）、硬铝（LY）、超 硬铝（ ）、锻铝（ ）四类。 ）、锻铝 硬铝（LC）、锻铝（LD）四类。
系及Al-Mg系合金。这类合金主要 系合金。 ①防锈铝：主要是Al-Mn系及 防锈铝：主要是 系及 系合金 性能特点是具有优良的抗蚀性 。主要使用在一些防腐性能 还有强度要求比较高的行业，比如造船， 还有强度要求比较高的行业，比如造船，容器还有地铁高速 列车 。 硬铝：铝合金中以Cu为主要合金元素的 为主要合金元素的（ ②硬铝：铝合金中以 为主要合金元素的（含2.2—4.9％ ％ Cu、0.2—1.8％Mg、0.3—0.9%Mn、少量的硅）。有良好 ）。有良好 、 ％ 、 、少量的硅）。 的机械性能，强度大又便于加工，而且密度小， 的机械性能，强度大又便于加工，而且密度小，可作轻型结 构材料。硬铝的缺点主要有： 构材料。硬铝的缺点主要有：耐蚀性金。这类合金是室温强 硬铝合金为铝、 合金为铝 镁系合金。 度最高的铝合金，经固溶处理和时效后，其强度达680MPa， 度最高的铝合金，经固溶处理和时效后，其强度达 ， 其比强度已相当于超强度钢，，故名超硬铝。 ，，故名超硬铝 其比强度已相当于超强度钢，，故名超硬铝。主要用于飞机 上受力较大的结构件。如飞机蒙皮、螺钉、 上受力较大的结构件。如飞机蒙皮、螺钉、以及受力构件如 大梁桁条、隔框、翼肋、 大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等 。 锻铝：铝镁硅铜系变形铝合金和铝镁硅系变形铝合金 铝合金， ④锻铝：铝镁硅铜系变形铝合金和铝镁硅系变形铝合金，因 主要用作形状复杂的锻件 故名。 锻件， 主要用作形状复杂的锻件，故名。镁和硅可形成强化相 Mg2Si；铜可以改善热加工性能，并形成强化相 热加工性能 ； 可以改善热加工性能， Cu4Mg5Si4Al；锰可以防止加热时出现过热。可锻造加工 加热时出现过热。 锻造加工 ； 可以防止加热时出现过热 成形状复杂的锻件和模锻件 主要用于飞机结构件上 飞机结构件 成形状复杂的锻件和模锻件 。主要用于飞机结构件上。
§4.3 有色金属材料
有色金属材料，即指铁、 有色金属材料，即指铁、铬、锰三种金 属以外的所有金属。 属以外的所有金属。有色金属材料是金属材 料的一类，主要是铜、 料的一类，主要是铜、铝、铅和镍及其合金 等。
一、有色金属材料的分类 1、有色金属 分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀有 分为重金属 轻金属、贵金属、半金属和 重金属、 、 金属五类 五类。 金属五类。 2、有色合金 按合金系统分：重有色金属合金、轻有色金属 按合金系统分：重有色金属合金 合金、 、 合金、贵金属合金、稀有金属合金等；按合金用途则可分： 合金、贵金属合金、稀有金属合金等；按合金用途则可分： 变形（压力加工用合金）、铸造合金、轴承合金、印刷合金、 变形（压力加工用合金）、铸造合金、轴承合金、印刷合金、 ）、铸造合金 硬质合金、焊料、中间合金、金属粉末等。 硬质合金、焊料、中间合金、金属粉末等。 3、有色材 按化学成份分类：铜和铜合金材、铝和铝合金材、 按化学成份分类：铜和铜合金材、铝和铝合金材、 、 铅和铅合金材、镍和镍合金材、钛和钛合金材。 铅和铅合金材、镍和镍合金材、钛和钛合金材。按形状分类 时，可分为：板、条、带、箔、管、棒、线、型等品种。 可分为： 型等品种。 有色金属应用最广泛的是铝、 有色金属应用最广泛的是铝、铜及其合金和滑动轴承合金
波音767客机采用的铝合金约占机体结构重量 81％ 客机采用的铝合金约占机体结构重量 ％ 波音
F-15高性能战斗机使 15高性能战斗机使 35.5％ 用35.5％铝合金
发射“阿波罗” 发射“阿波罗”号飞 土星” 号运 船的 “土星” 5号运 载火箭各级的燃料箱、 载火箭各级的燃料箱、 氧化剂箱、箱间段、 氧化剂箱、箱间段、 级间段、 级间段、尾段和仪器 舱都用铝合金制造
铸造铝合金代号用“ 铸造铝合金代号用“铸”和“铝”两字的汉语拼音字首ZL加 两字的汉语拼音字首ZL加 ZL 三位数字表示。第一位数字表示合金类别（ 铝硅系、 铝铜、 三位数字表示。第一位数字表示合金类别（1铝硅系、2铝铜、 铝镁4铝锌），第二、三位数字表示合金顺序号。 ），第二 3铝镁4铝锌），第二、三位数字表示合金顺序号。
③铝镁合金，密度最小(2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右)的铸造铝 铝镁合金，密度最小(2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右) 最小(2.55g/cm3) (355MPa左右 大气和 中的抗腐蚀性能好， 合金，含镁12％，强化效果最佳 合金在大气 海水中的抗腐蚀性能好 12％，强化效果最佳。 合金，含镁12％，强化效果最佳。合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好， 室温下有良好的综合力学性能和可切削 切削性 可用于作雷达底座、飞机的 雷达底座 室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的 发动机机匣 螺旋桨、起落架等零件 也可作装饰材料 机匣、 等零件， 装饰材料。 发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰材料。 铝锌系合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明” ④铝锌系合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。 在铸造条件下，该合金有淬火作用， 淬火作用 自行淬火” 不经热处理 热处理就可 在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。不经热处理就可 使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。经稳定化处理后， 使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。经稳定化处理后，尺寸稳 常用于制作模型 型板及设备支架等 模型、 设备支架 定，常用于制作模型、型板及设备支架等。
§ 4.3.2 铜及铜合金
1、纯铜 、 顾名思义就是含铜量最高的铜， 顾名思义就是含铜量最高的铜，因为颜色紫红又称紫铜 。 铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一， 铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一，稍 极坚韧、耐磨损。还有很好的延展性 导热和导电性 延展性。 导电性能 硬、极坚韧、耐磨损。还有很好的延展性。导热和导电性能 较好。铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力， 较好。铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，在干燥的空 气里很稳定。 气里很稳定。但在潮湿的空气里在其表面可以生成一层绿色 碱式碳酸铜Cu2 OH）2CO3，这叫铜绿。可溶于硝酸 Cu2（ 硝酸和热 的碱式碳酸铜Cu2（OH）2CO3，这叫铜绿。可溶于硝酸和热 浓硫酸，略溶于盐酸。容易被碱侵蚀。 浓硫酸，略溶于盐酸。容易被碱侵蚀。
铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、 铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、 轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色 轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色 金属材料的消费中仅次于铝 的消费中仅次于铝。 金属材料的消费中仅次于铝。 铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大， 铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大，占总消费量一 半以上。用于各种电缆和导线，电机和变压器的这种 的这种， 半以上。用于各种电缆和导线，电机和变压器的这种，开关 在机械和运输车辆制造中， 以及印刷线路板 在机械和运输车辆制造中，用于制造工业 阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。 阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。 在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅 酿造锅等。 在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。 在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等， 在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等，每生产 300万发子弹，需用铜 万发子弹， 万发子弹 需用铜13-14吨。 吨 在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、装饰器件等。 在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、装饰器件等。
2、铝合金 、 纯铝的密度小（ ），大约是铁的 纯铝的密度小（ρ=2.7g/m3），大约是铁的 1/3，熔点低 ）， ， 铝是面心立方结构， （660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，易于 ℃），铝是面心立方结构 故具有很高的塑性， 加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好； 加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的 强度很低，故不宜作结构材料。 强度很低，故不宜作结构材料。 加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝， 加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，在保持纯铝质 轻等优点的同时还能具有较高的强度。 轻等优点的同时还能具有较高的强度。 广泛用于机械制造、运输机械、 广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方 飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造， 面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻 自重。 自重。