第八章有色金属及其合金

第八章有色金属及其合金

(Non-ferrous metal and alloy)

教学目的：掌握铝合金、铜合金的强化机理及组织、性能特点；熟悉铝合金、铜合金的表示方法；了解滑动轴承合金的组织性能特点。

本章重点：1、铝合金的强化机理及组织、性能特点

2、铜合金的强化机理及组织、性能特点

本章难点：铝合金、铜合金的强化机理

参考文献：1、戴起勋，金属材料学，化学工业出版社，2005

2、史美堂，金属材料及热处理，上海科学技术出版社，2001

3、史美堂，金属材料及热处理习题集与实验指导书，上海科学技术

出版社，1997

专业词汇：non-ferrous metal; non-ferrous alloy; aluminum alloy; copper alloy;

deformation aluminum alloy; wrought copper alloy; wrought magnesium

alloy; cast aluminum alloy; cast copper alloy; cast magnesium alloy;

aging;

有色金属：除钢铁以外的所有金属统称为有色金属。

有色金属：a、轻金属：密度<3.5, Al 2.72, Mg 1.74, Be, Li。

b、重金属：Pb，Cu，Ni，Hg。

c、贵金属：Au，Ag，Pt，Pd。

e、稀有金属：W，Mo，V，Ti，Nb，Zr，Ta。

f、放射性金属：Ra，U。

有色金属及其合金与钢铁相比，具有许多特性：

Al，Mg，Ti及其合金密度小。

Au，Cu，Ag及其合金导电性好。

Ni，Mo，Nb，Co及其合金耐高温。

Cr，Ni，Ti及合金具有优良的耐蚀性。

故有色金属及其合金的应用越来越多，在国民经济中占重要地位。如飞机制造业中，轻金属占总重量的95%，钢铁及其它材料占5%。近年来，汽车制造业中铝合金、镁合金的使用量越来越多，而镁合金在家电、信息产业的应用近年来急剧增长（年递增20%）。镁合金是最轻的工程金属材料，具有高强度、导热性好、减震性好、电磁屏蔽能力强、加工性好（压铸表面质量高），易回收利用，属绿色环保材料。我国是镁资源大国，储量和原镁产量居首位，约占世界总量的三分之一以上，主要分布在西部地区，但长期以来，由于技术水平落后，镁只能作为初级产品低价出口，精加工产品却大量进口（以吨为单位出口，以克为单位进口）。钛及其合金不论在化学介质中，还是在海水或淡水中都有良好的抗腐蚀性。

第一节铝及其合金

一、工业纯铝

1、铝的性质

①具有面心立方晶格，无同素异构转变。

②密度2.72，约为铁的三分之一，铝合金密度一般为2.5~2.88之间。

③具有良好的导电、导热性，仅次于银、铜、金。

④在大气中具有优良的抗腐蚀性（与氧亲和力大，能形成一层致密的氧化

膜）。

⑤具有高塑性、较低的强度L04 99.996% δ=45%

σb=50MN/m2

2、纯铝的表示方法

L04 L03 L02 L0 L00 L1 4#高纯铝3#高纯铝2#高纯铝1#工业高纯铝2#工业高纯铝1#工业纯铝

99.996% 99.99% 99.96% 99.90% 99.85% 99.7%

L2 ……L7

2#工业纯铝7#工业纯铝

98%

二、铝合金的成分、组织和性能特点

1、成分：纯铝的机械性能不高，为了提高铝的机械性能，在铝中加入Cu、Zn、

Mg、Si、Mn、RE等元素制成铝合金。铝合金仍保持纯铝密度小，抗蚀好等特点，但机械性能高的多。

2、组织特点：合金元素在铝中的溶解度一般都是有限的，因此铝合金组织中除

了形成铝基固溶体（α）外，还有第二相（金属间化合物）出现。CuAl2θ相; Mg2Si β相;Al2CuMg S相，二元铝合金状态图的基本形式为有限固溶体类性。

3、性能特点：

机械性能对比

低碳钢低合金钢高合金钢铸铁铝合金

相对密度 1.0 1.0 1.0 0.92 0.35

相对比强度极限 1.0 1.6 2.5 0.60 1.8

相对比屈服极限 1.0 1.7 4.2 0.70 2.9～4.3

相对比刚度 1.0 1.0 1.0 0.51 8.5

三、铝合金的分类

根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，铝合金分为：加工变形铝合金、铸造铝合金两大类。

1 —变形铝合金

2—铸造铝合金

3—不能热处理强化的铝合金

4—能热处理强化的铝合金

3 4 α+β

1、铸造铝合金

一般而言，具有共晶成分的合金具有优良的铸造性能。铸造铝合金为了保证足够的机械性能，并不完全都是共晶成分，只是合金元素含量较高，在8~25% 2、变形铝合金

这类铝合金要经冷、热加工成各种型材，因此要求具有良好的冷热加工工

艺性能，组织中不允许有过多的脆性第二相。所以变形铝合金中合金元素的含量比较低，一般不超过B点成分。合金元素总量∠5%

变形铝合金按其成分和性能特点，又可分为不能热处理强化的铝合金和可热处理强化的铝合金。

不能热处理强化的铝合金，合金含量少于状态图中D点的成分，其中包括一些热处理强化效果不明显的合金。这类合金具有良好的抗蚀性，故称防锈铝合金。

可热处理强化的铝合金，合金元素含量位于B、D之间，可通过热处理显著提高机械性能，包括硬铝合金、超硬铝合金及锻铝合金。

四、铝合金的强化机理

1、固溶强化

合金元素加入纯铝中，形成铝基固溶体，其固溶强化作用，使其强度提高。

铝的合金化一般都形成有限固溶体，且都具有较大的极限溶解度。

2、时效强化

由于铝没有同素异构转变，故其热处理相变与钢不同。铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝中有较大固溶度且随温度降低而急剧减小，故铝合金经加热到一定温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体，这种过饱和的铝基固溶体放置在室温或加热到某温度时，其强度、硬度随时间的延长而提高，塑性、韧性则降低，这一过程称为时效（时效强化）。淬火加时效处理是铝合金强化的重要手段。

3、过剩相强化

当铝中加入的合金元素超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能