金属学及热处理 第9章 有色合金
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硬铝 超硬铝
锻铝
铝硅 铸造合金
铝铜 铸造合金
铝镁 铸造合金
铝锌 铸造合金
合金系
性能特点
示例
Al-Mn Al-Mg Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg-Zn
强度低，抗蚀性好， 3A21 压力加工与焊接性能好 5A05
强度高
2A11
室温强度最高
7A04
Al-Mg-Si-Cu 锻造性能、耐热性好 2A50
GP区急剧长大， GP 区铜原子有序化，形 成θ″相
θ″相与基体仍然保 持完全共格，具有正 方点阵
点阵常数a=b=0.404nm，c=0.768nm。它比GP区 周围的畸变更大，因此时效强化作用更大
(3) 形成过渡相θ＇
θ″ 相转变成过 渡相θ′
θ′ 是正方点阵，成分 接近CuAl2
强度、硬度开始↓ ，合金 此时处于过时效阶段。
铝合金的时效强化
铝合金的强化热处理包括固溶处理和时效强化。
固溶 处理
α+β→ α′ 单相区
快冷 过饱和α′
固溶度↑
强度/硬度↓ 塑性明显↑
时效 强化
第二相从固溶 体中析出
强度、硬度明显↑ 塑性↓
加热固溶 时效析出 淬火过饱和
（a）固溶状态
（b）时效状态
铝合金固溶与时效过程的组织变化示意图
时效形式：人工时效、自然时效
第9章 有色合金及硬质合金
[目标] 1.了解有色金属性能、用途； 2.掌握常用有色金属的类别和牌号； 3.了解硬质合金的分类、牌号、用途
[重点] 1.铝及铝合金的分类、牌号、热处理、应用； 2.铜及铜合金的分类、牌号、热处理、应用； 3.硬质合金的分类、牌号、用途；
[难点] 1.铝及铝合金的热处理； 2.铜及铜合金的热处理。
铝合金人工时效曲线
9.1.3 变形铝合金
四位字符体系：第一位数字表示组别，2～9表示合金。后两 位数字是区别同一组不同的铝合金。第二位字母表示原始合金 的改型情况，A表示原始合金；B～Y表示改型情况。如2A06表 示主要合金元素为铜的6号原始铝合金。
变形铝合金分类
➢ 防锈铝：Al-Mn系，Al-Mg系 ➢ 硬铝： Al-Cu-Mg系，又称杜拉铝 ➢ 超硬铝：Al-Zn-Mg-Cu系 ➢ 锻铝：Al-Mg-Si-Cu 系，Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金
黑色金属——钢铁材料 金属
有色金属——非铁金属（80余种）
有色金属： 高比强度：如铝、镁、钛及其合金； 优良导电性、导热性、耐蚀性，如银、
铜、铝等。 在飞机制造、汽车制造、船舶制造等 工业上应用十分广泛。
各种材料在先进汽车中占的重量百分比
近年来虽然纤维增强树脂复 合材料在飞机机体和运载火箭箭 体结构上的应用日益增多，但由 于铝的资源丰富，性能优良（铝 合金密度小、塑性好、耐腐蚀） 、加工容易、成本低廉等一系列 优点，在航空工业中，铝合金依 然占绝对优势。
线、箔、片、棒、管和带等。
9.1.2 铝合金的分类与时效强化
1.铝合金的分类
铸造铝合金
按成形方法 变形铝合金
不可热处理强化 可热处理强化
防锈铝合金 硬铝铝合金 超硬铝铝合金
锻铝铝合金
铝合金分类示意图
9.1.2 铝合金的分类与时效强化
分类 不能热
处理强化 变形 铝合金 能热处理强化铸造铝合金 Nhomakorabea名称
防锈铝
铝合金制造的机翼
9.1 铝及铝合金
9.1.1 纯铝的特点及应用
➢ 铝的熔点为660.37℃，密度为2.72g/cm3，具有面心立方晶格， 无同素异构转变。
➢ 铝的强度、硬度很低(Rm= 90～120MPa，20HBW)，塑性很 好(A = 30～50%，Z = 80%)。
➢ 铝的导电和导热性能良好，仅次于银、铜、金而居第四位。 ➢ 工业纯铝牌号： L1 ～ L5。 ➢ 铝适合于各种冷、热压力加工，制成各种形式的材料，如丝、
完全共格 → 局部共格
(4) 形成稳定的θ
过渡相θ′完全 脱溶
形成稳定相CuAl2，(θ) 与基体非共格
合金的强度、硬度进一步↓
合金的种类不同，形成的GP区、过渡相以及最后 析出的稳定相各不相同，时效强化效果也不一样
铝合金时效曲线
铝合金的时效强化 效果取决于固溶体的 浓度和时效温度及时 效时间。
Al-Cu-Mg-Fe-Ni
2A14
Al-Si Al-Si-Mg Al-Si-Cu
铸造性能、耐蚀性和 ZL102
力学性能好，不能进行 ZL104
压力加工
ZL107
Al-Cu
耐热性好， 耐蚀性差
铸造
性和
ZL201
Al-Mg
耐蚀性好，力学 和机加工性好
性能
ZL301
Al-Zn
能铸自造动性淬和火机，加耐工蚀性性差好，ZL401
一般“回火”用于晶型转变的淬火合金，“时效” 用于非晶型转变的淬火合金
铝合金的时效过程（Al-Cu二元合金为例） (1) 形成铜原子富集区
铜富集区 称GP区
晶体结构与基体α同，但 产生了共格应变区
强度、硬度↑。GP区呈盘状，仅几个原子层厚， 室温下直径约5nm，超过200℃就不再出现GP区。
(2) 铜原子富集区有序化
时效温度过高，时 效时间过长，将使合 金软化，称为过时效。
铝合金自然时效曲线 铝合金人工时效曲线
铝合金的时效过程（另一种表达，供选择）
脱溶
时间t > 5h
温度T或时间t ↑
过时效
过饱和α 溶质偏聚GP区 过渡相θ″ 过渡相θ′ 稳定相θ
弱
强
最大值
开始软化
降低
（a）固溶状态
（b）时效状态
铝合金固溶与时效过程的组织变化示意图
备注 不可热处理强化 高纯铝牌号为1A×× 可热处理强化 不可热处理强化 若含镁，则可热处理强化 不可热处理强化 可热处理强化 可热处理强化 可热处理强化
——
防锈铝合金
Al- Mn和Al- Mg两个合金系。用“3A” 或“5A”加 一组顺序号表示。具有优良的抗蚀性、焊接性和塑性。 不能进行热处理强化。用于需深冲、弯曲、焊接和耐腐 蚀的零件，油罐、壳体、管道、低压容器、热交换器等。
变形铝合金系列
牌号标记
1×××
2××× 3××× 4××× 5××× 6××× 7××× 8××× 9×××
主要合金元素 工业纯铝，铝含量大于99.00% 高纯铝，铝含量大于99.85% Al-Cu合金，Al-Cu-Li合金 Al-Mn合金 Al-Si合金 Al-Mg合金 Al-Mg-Si合金 Al-Zn-Mg合金 Al-Li，Al-Sn，Al-Zr或Al-B合金 备用合金系列
汽化器热交换管 LF21
铝合金波纹管
锻铝
铝硅 铸造合金
铝铜 铸造合金
铝镁 铸造合金
铝锌 铸造合金
合金系
性能特点
示例
Al-Mn Al-Mg Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg-Zn
强度低，抗蚀性好， 3A21 压力加工与焊接性能好 5A05
强度高
2A11
室温强度最高
7A04
Al-Mg-Si-Cu 锻造性能、耐热性好 2A50
GP区急剧长大， GP 区铜原子有序化，形 成θ″相
θ″相与基体仍然保 持完全共格，具有正 方点阵
点阵常数a=b=0.404nm，c=0.768nm。它比GP区 周围的畸变更大，因此时效强化作用更大
(3) 形成过渡相θ＇
θ″ 相转变成过 渡相θ′
θ′ 是正方点阵，成分 接近CuAl2
强度、硬度开始↓ ，合金 此时处于过时效阶段。
铝合金的时效强化
铝合金的强化热处理包括固溶处理和时效强化。
固溶 处理
α+β→ α′ 单相区
快冷 过饱和α′
固溶度↑
强度/硬度↓ 塑性明显↑
时效 强化
第二相从固溶 体中析出
强度、硬度明显↑ 塑性↓
加热固溶 时效析出 淬火过饱和
（a）固溶状态
（b）时效状态
铝合金固溶与时效过程的组织变化示意图
时效形式：人工时效、自然时效
第9章 有色合金及硬质合金
[目标] 1.了解有色金属性能、用途； 2.掌握常用有色金属的类别和牌号； 3.了解硬质合金的分类、牌号、用途
[重点] 1.铝及铝合金的分类、牌号、热处理、应用； 2.铜及铜合金的分类、牌号、热处理、应用； 3.硬质合金的分类、牌号、用途；
[难点] 1.铝及铝合金的热处理； 2.铜及铜合金的热处理。
铝合金人工时效曲线
9.1.3 变形铝合金
四位字符体系：第一位数字表示组别，2～9表示合金。后两 位数字是区别同一组不同的铝合金。第二位字母表示原始合金 的改型情况，A表示原始合金；B～Y表示改型情况。如2A06表 示主要合金元素为铜的6号原始铝合金。
变形铝合金分类
➢ 防锈铝：Al-Mn系，Al-Mg系 ➢ 硬铝： Al-Cu-Mg系，又称杜拉铝 ➢ 超硬铝：Al-Zn-Mg-Cu系 ➢ 锻铝：Al-Mg-Si-Cu 系，Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金
黑色金属——钢铁材料 金属
有色金属——非铁金属（80余种）
有色金属： 高比强度：如铝、镁、钛及其合金； 优良导电性、导热性、耐蚀性，如银、
铜、铝等。 在飞机制造、汽车制造、船舶制造等 工业上应用十分广泛。
各种材料在先进汽车中占的重量百分比
近年来虽然纤维增强树脂复 合材料在飞机机体和运载火箭箭 体结构上的应用日益增多，但由 于铝的资源丰富，性能优良（铝 合金密度小、塑性好、耐腐蚀） 、加工容易、成本低廉等一系列 优点，在航空工业中，铝合金依 然占绝对优势。
线、箔、片、棒、管和带等。
9.1.2 铝合金的分类与时效强化
1.铝合金的分类
铸造铝合金
按成形方法 变形铝合金
不可热处理强化 可热处理强化
防锈铝合金 硬铝铝合金 超硬铝铝合金
锻铝铝合金
铝合金分类示意图
9.1.2 铝合金的分类与时效强化
分类 不能热
处理强化 变形 铝合金 能热处理强化铸造铝合金 Nhomakorabea名称
防锈铝
铝合金制造的机翼
9.1 铝及铝合金
9.1.1 纯铝的特点及应用
➢ 铝的熔点为660.37℃，密度为2.72g/cm3，具有面心立方晶格， 无同素异构转变。
➢ 铝的强度、硬度很低(Rm= 90～120MPa，20HBW)，塑性很 好(A = 30～50%，Z = 80%)。
➢ 铝的导电和导热性能良好，仅次于银、铜、金而居第四位。 ➢ 工业纯铝牌号： L1 ～ L5。 ➢ 铝适合于各种冷、热压力加工，制成各种形式的材料，如丝、
完全共格 → 局部共格
(4) 形成稳定的θ
过渡相θ′完全 脱溶
形成稳定相CuAl2，(θ) 与基体非共格
合金的强度、硬度进一步↓
合金的种类不同，形成的GP区、过渡相以及最后 析出的稳定相各不相同，时效强化效果也不一样
铝合金时效曲线
铝合金的时效强化 效果取决于固溶体的 浓度和时效温度及时 效时间。
Al-Cu-Mg-Fe-Ni
2A14
Al-Si Al-Si-Mg Al-Si-Cu
铸造性能、耐蚀性和 ZL102
力学性能好，不能进行 ZL104
压力加工
ZL107
Al-Cu
耐热性好， 耐蚀性差
铸造
性和
ZL201
Al-Mg
耐蚀性好，力学 和机加工性好
性能
ZL301
Al-Zn
能铸自造动性淬和火机，加耐工蚀性性差好，ZL401
一般“回火”用于晶型转变的淬火合金，“时效” 用于非晶型转变的淬火合金
铝合金的时效过程（Al-Cu二元合金为例） (1) 形成铜原子富集区
铜富集区 称GP区
晶体结构与基体α同，但 产生了共格应变区
强度、硬度↑。GP区呈盘状，仅几个原子层厚， 室温下直径约5nm，超过200℃就不再出现GP区。
(2) 铜原子富集区有序化
时效温度过高，时 效时间过长，将使合 金软化，称为过时效。
铝合金自然时效曲线 铝合金人工时效曲线
铝合金的时效过程（另一种表达，供选择）
脱溶
时间t > 5h
温度T或时间t ↑
过时效
过饱和α 溶质偏聚GP区 过渡相θ″ 过渡相θ′ 稳定相θ
弱
强
最大值
开始软化
降低
（a）固溶状态
（b）时效状态
铝合金固溶与时效过程的组织变化示意图
备注 不可热处理强化 高纯铝牌号为1A×× 可热处理强化 不可热处理强化 若含镁，则可热处理强化 不可热处理强化 可热处理强化 可热处理强化 可热处理强化
——
防锈铝合金
Al- Mn和Al- Mg两个合金系。用“3A” 或“5A”加 一组顺序号表示。具有优良的抗蚀性、焊接性和塑性。 不能进行热处理强化。用于需深冲、弯曲、焊接和耐腐 蚀的零件，油罐、壳体、管道、低压容器、热交换器等。
变形铝合金系列
牌号标记
1×××
2××× 3××× 4××× 5××× 6××× 7××× 8××× 9×××
主要合金元素 工业纯铝，铝含量大于99.00% 高纯铝，铝含量大于99.85% Al-Cu合金，Al-Cu-Li合金 Al-Mn合金 Al-Si合金 Al-Mg合金 Al-Mg-Si合金 Al-Zn-Mg合金 Al-Li，Al-Sn，Al-Zr或Al-B合金 备用合金系列
汽化器热交换管 LF21
铝合金波纹管