有色金属及合金钢

普通黄铜
普通黄铜是铜锌二元合金，其退火组织
可以是单相 α 或双相 α+ β ’, 并分别称 为 α 黄铜(或单相黄铜)和双相黄铜。
单相黄铜

wZn＜39%时，室 温组织为单相α 固 溶体， α 相是锌 溶于铜中的固溶体， 塑性好，适宜冷、 热加工。适于制作 冷轧板材、冷拉线 材、管材及形状复 杂的深冲零件。
铝合金的分类
用于制作铝合金的合金元素
大致分为主加元素（硅、铜、 镁、锌、锰等）和辅加元素 （铬、钛、锆等）。铝与主 加元素的二元相图一般都具 有右图所示形式，根据该相 图上最大溶解度D点，把铝合 金分为变形铝合金和铸造铝 合金。 ①变形铝合金：成分在D点以 左的合金，加热到固溶线以 上时，可得到单相固溶体， 塑性好，宜于进行压力加工， 称为变形铝合金。
特殊黄铜

全部是双相组织，第三种的元素的 加入目的是改善黄铜的某些性能， 如 Sn 能提高耐蚀性， Pb 能提高切削 加工性、 Mn 能提高强度、 Si 能提高 铸造性能等。
特殊黄铜
锡黄铜 HSn62-1 锡显著提高黄铜在海洋
大气和海水中的抗蚀性，并使强度有所 提高。压力加工锡黄铜广泛用于制造海 船零件。 铅黄铜 HPb63-3 铅改善切削加工性能， 提高耐磨性，对强度影响不大，略微降 低塑性。用于要求良好切削性能及耐磨 性能的零件(如钟表零件等)，铸造铅黄铜 可制作轴瓦和衬套。
铝及铝合金钢
1、金属材料通常可分为几类？
答:通常将金属材料分为有色金属和黑色金 属两大类。黑色金属是指铁、锰、铬及 其合金；除此之外的所有金属都称为有 色金属。 2、与黑色金属相比，有色金属有何特点？ 答：比密度小、比强度高，在空间技术、 原子能、计算机等新型工业部门应用广 泛。
1、工业纯铝的特性、用途及分类；
工业纯铝的分类及牌号
分类：工业纯铝分纯铝(99%﹤wAL﹤99.85)和高纯铝
(wAL﹥99.85%)两类。纯铝又分为铸造纯铝和变形铝两 种。 牌号：铸造纯铝的牌号由“Z”和铝的化学元素符号及 表明铝含量的数字组成，如ZAl99.5表示wAl=99.5%的 铸造纯铝；变成铝的牌号用四位字符体系的方法命名， 即用1×××表示，牌号的最后两位数字表示最低铝百 分含量×100后小数点后两位数字，第二位的字母表示 原始纯铝的改型情况，如为A，表示原始纯铝，若为其 它字母，则表示为原始纯铝的改型。如变形铝1A30表 示wAl=99.30%的原始纯铝。
铝合金的分类
变形铝合金又分为两类：成分在F点以
左的合金，固溶体成分不随温度而变， 属热处理不可强化合金；成分在D～F 点之间的合金，固溶体成分随温度而变， 属热处理可强化铝合金。
铸造源自文库合金
成分在D点以右的合金，由于有共晶组织存在，
适于铸造，称为铸造铝合金。铸造铝合金中有 成分随温度变化的固溶体，也能用热处理强化。 但距D点越远，强化效果愈不明显。
2、铜及铜合金的分类及牌号
3、黄铜
4、白铜
5、青铜
纯铜的特性
纯铜为紫红色,常称紫铜。密度为
8.96g/cm3，熔点为1083℃，面心立方晶 格,无同素异晶转变。 纯铜导电性、导热性极佳，铜合金的导 电、导热性也很好。 铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高。 铜是抗磁性物质。
纯铜分类、用途及牌号
铝—硅系合金
变质处理
仅含硅元素的铝硅合金（如ZL102）通常称硅铝明。铸
造后几乎全部得到共晶体组织(α +Si), 具有优良的铸造 性能(熔点低、流动性好、收缩小)。 在一般情况下，ZL102的共晶体由粗针状硅晶体和α 固溶体构成, 强度和塑性都较差。 浇铸前向合金液中加 入占合金重量2%～3%的变质剂(常用钠盐混合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以细化合金组织, 显著提高合金的强 度及塑性。这种处理方法即是变质处理。 经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生 α 固 溶体,获得亚共晶组织是由于加入钠盐后，铸造冷却较 快时共晶点右移的缘故。
双相黄铜

当 wZn=39～45%时，室温下的组织 为α+ β ’。在实际生产条件下，当wZn ＞32%时，即出现α+ β ’组织。β ’相 是以电子化合物CuZu为基的固溶体， 在室温下较硬脆，但加热到456℃以上 时，却有良好的塑性，故含有β ’相的 黄铜适宜热压力加工。广泛用来制作 电器上要求导电、耐蚀及适当强度的 结构件，如螺栓、螺母、垫圈、弹簧 及机器中的轴套等，有商业黄铜之称。
铸造铝合金
铸造铝合金主要有：
铝—硅系、铝—铜系、铝—镁系及铝—锌系四种，以 铝硅系应用最广泛。 代号用“ZL”加三位数字表示，第一位数表示合金类 别（1为铝—硅系，2为铝—铜系，3为铝—镁系，4为 铝—锌系），第二、三位数字为合金序号。例如ZL102 表示2号铝—硅系铸造铝合金。 牌号由Z和铝的化学元素符号、主要合金元素符号及 合金元素名义百分含量的100倍的数字组成。
分末加工产品（铜锭、电解铜）和
加工产品（铜材）两种。 末加工产品的代号有Cu-1、Cu-2两 种；加工产品代号有T1、T2、T3三 种。代号中数字越大，表示杂质含 量越多，导电性越差。 主要用于制作各种导电材料、导热 材料及配制各种铜合金。
铜合金分类
按化学成分，铜合金可分为黄铜
（铜锌合金）、青铜、白铜（铜镍 合金）三大类。 青铜是以除锌和镍以外的其它元素 作为主要合金元素的铜合金。按其 所含主要合金元素的种类可分为锡 青铜、铅青铜、铝青铜、铍青铜等。
变形铝合金
变形铝合金包括： 防锈铝合金 硬铝合金 硬铝合金 锻铝合金
防锈铝合金
防锈铝合金中主要合金元素是锰和镁。锰提高
抗蚀能力，并起固溶强化作用。镁固溶强化， 同时降低比重。 防锈铝合金锻造退火后是单相固溶体，抗蚀 性能高，塑性好。不能进行时效硬化，属于不 可热处理强化的铝合金，但可冷变形，利用加 工硬化提高强度。 LF21(Al-Mn合金) 抗蚀性和强度比纯铝高, 有 良好的塑性和焊接性能, 但因太软而切削加工 性能不良。 用于焊接件、容器、管道，或需用 深延伸、弯曲等方法制造的低载荷零件、制品 以及铆钉等。
时间后, 在水中快冷时, θ 相(CuAl2)来不及析出, 合金获得过饱和的 α 固溶体组织, 其强度为 σ b＝250MPa。 若在室温下放置, 随着时间的延续, 强度将逐渐 提高, 经4～5天后, σ b可达400MPa。
回 归
自然时效后的铝合金, 在230～250℃短时
间(几秒至几分钟)加热后, 快速水冷至室 温时, 可以重新变软。如再在室温下放置, 则又能发生正常的自然时效。这种现象 称为回归。一切能时效硬化的合金都有 回归现象。自然时效后的铝合金在反复 回归处理和再时效时强度有所降低。时 效后的铝合金可在回归处理后的软化状 态进行各种冷变形。利用这种现象，可 随时进行飞机的铆接和修理等。
超硬铝
超硬铝合金多用于制造受力大的重要构件，例
如飞机大梁、起落架等。
锻铝合金
锻铝合金为Al-Mg-Si-Cu或Al-Cu-
Mg-Ni-Fe系合金。牌号有LD5、LD7、 LD10等。合金的元素种类多但用量 少，有良好的热塑性、铸造性能和 锻造性能，并有较高的机械性能。 这类合金主要用于承受重载荷的锻 件和模锻件，通常要进行固溶处理 和人工时效。
铝合金的时效强化
固溶处理：将成分位于D～F点之间的合金，加热到α
相区，经保温获得单相α 固溶体后迅速水冷，可在室 温下获得过饱和的α 固溶体，这种处理方式称为固溶 处理。 时效强化：固溶处理后得到的组织是不稳定的，有分 解出强化相过渡到稳定状态的倾向。在室温下放置或 低温加热时，强度和硬度会明显升高。这种现象称为 时效强化。在室温下进行的称自然时效；在加热条件 下进行的称人工时效。 时效条件： 合金能在高温形成均匀的固溶体，并且固 溶体中溶质的溶解度必须随温度的降低而显著降低。
双相黄铜显微组织
普通黄铜的应用
H90 （ H80）有优良的耐蚀性、导热性和冷变
形能力，并呈金黄色，有金色黄铜之称。常用 于镀层、艺术装饰品、奖章、散热器等。 H70（H68）俗称三七黄铜，有优良的冷热塑 性变形能力，适宜用冷冲压制造形状复杂而要 求耐蚀的管、套类零件，如弹壳、波纹管等， 故又有弹壳黄铜之称。 双相黄铜 H62、H59 可进行热变形，通常热 轧成棒材、板材。可铸造。
时效硬化规律
(1) 时效温度越高, 强度峰值越低, 强化效果越小; (2) 时效温度越高, 时效速度越快, 强度峰值出现 所需时间越短; (3) 低温使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。
时效实例
含4%Cu的Al-Cu合金的自然时效曲线
硬度
时间
4%Cu的Al-Cu合金，加热到550℃并保温一段
硬铝的应用
超硬铝合金
超硬铝合金为Al-Mg-Zn-Cu系合金, 含有少量的
铬和锰。牌号有LC4、LC6等。锌、铜、镁与 铝形成固溶体和多种复杂的第二相(例如MgZn2、 Al2CuMg、AlMgZnCu等)，合金经固溶处理和 人工时效后，可获得很高的强度和硬度，是强 度最高的一类铝合金。但这类合金的抗蚀性较 差，高温下软化快。用包铝法可提高抗蚀性。
硬铝合金
硬铝合金为Al-Cu-Mg系合金, 另含有少量
锰。它们可以进行时效强化，属于可热 处理强化的铝合金 。
硬
铝
① 低合金硬铝 LY1、LY10等, Mg、Cu含量较低, 塑性好, 强度低。
采用固溶处理和自然时效提高强度和硬度，时效速度较慢。主要 用于制作铆钉，常称铆钉硬铝。形加工性能良好，时效后切削加 工性能也较好。主要用于轧材、锻材、冲压件和螺旋浆叶片及大 型铆钉等重要零件。 ②标准硬铝 LY11等，合金元素含量中等，强度和塑性属中等水 平。退火后变强化的铝合金，亦可进行形变强化。合金中的Cu、 Mg可形成强化相及s相; Mn主要提高抗蚀性, 并起一定固溶强化 作用, 因其析出倾向小, 不参与时效过程; 少量钛或硼可细化晶粒, 提高合金强度 ③ 高合金硬铝 LY12、LY6等，合金元素含量较多，强度和硬度 较高，塑性及变形加工性能较差。用于制作航空模锻件和重要的 销、轴等零件。
ZL102的铸态显微组织
变质前显微组织
变质后显微组织
硅铝明的性能与应用
硅铝明的主要缺点是铸件致密程度低，强度较低，且
不能热处理强化。为了提高铝硅合金的强度可加入镁、 铜以形成强化相Mg2Si、CuAl2、CuMgAl2等。这样的合 金在变质处理后进行淬火时效，以提高强度，如ZL105、 ZL108等合金。 ZL102铸造性能很好，焊接性能也好，密度小，并有相 当好的抗蚀性和耐热性，但不能时效强化，强度较低， 经变质处理后, σb最高不超过180 MPa。该合金仅适于 制造形状复杂但强度要求不高的铸件，例如仪表、水 泵壳体以及一些承受低载荷的零件。加入镁、铜的 铝—硅系合 金还有较好的耐热性与耐磨性，是制造内 燃机活塞的合适材料。

铜及铜合金
材料工程系金工教研室
课前复习题
1、什么叫时效强化？ 答：淬火后，铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象叫 时效强化，亦称沉淀硬化。 2、纯铝的主要用处是什么？ 答：代替贵重的铜合金，制作导线；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。
本课内容
1、铜及铜合金的特性
2、铝合金的分类； 3、铝合金的时效强化；
4、变形铝合金；
5、铸造铝合金。
工业纯铝的特性
密度较小，约为2.7g/cm3 ；面心立方晶格
（FCC）；无同素异晶转变； 导电、导热性好，仅次于银、金、铜。 极强的抗大气腐蚀能力，在空气中铝的表面生 成致密的氧化膜，保护了内部金属不被腐蚀— —钝化现象。但铝不能耐酸、碱、盐的腐蚀； 非磁性、无火花材料； 强度低，塑性好，比强度高；可通过冷变动强 化提高强度、硬度；
黄 铜
黄铜以锌为主要合金元素的铜
合金称为黄铜。 按照化学成分，黄铜分普通黄 铜和复杂黄铜两种。
黄铜的牌号
普 通 黄 铜 ： H90 、 H80 、 H70 、
H68 、 H62 、 H59 ；其中数字是铜 的含量； 特殊黄铜： HSn62-1 、 HPb59-1 、 HMn55-1 ；前面的数字是铜的含 量，后面的数是第三种元素的含 量，余量是锌；