机械工程材料及选用 第六章有色金属

可用于制造常温下使用的各类形状复杂的铸件，是
铸造铝合金中用量最大的一类合金。
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6.1.4 铸造铝合金
2. 铝铜系铸造合金
有较强的时效硬化能力和热稳定性，强度高、耐热 性好，但铸造性能和耐蚀性不足。适合在较高的温 度下工作。 在Al-Cu系中加入稀土元素可进一步提高合金的耐 热性。 主要牌号：ZL201， ZL202， ZL203等。可用于航 空发动机的气冷汽缸、柴油机活塞等。
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6.3.2 钛合金
根据退火组织，钛合金分为型、型和 + 型三大 类，牌号分别用TA、TB、TC作字头，其后以数字
标明顺序号，如TA5表示第5号型钛合金。
根据性能特点，钛合金可分为高塑低强、中强、高
强和耐热钛合金等类型。
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第三节 钛及钛合金
8.9g/cm3，熔点1083℃，导热﹑导电性好、塑性好、
强度低。
纯铜分为工业纯铜、无氧铜和磷脱氧铜三种类型。
可用于制作电线、电缆、电刷、散热器、冷却器等， 不能用作承力构件。
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纯 铜 管
第二节 铜及铜合金
6.2.1 纯铜 6.2.2 铜合金
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6.2.2 铜合金
铜合金分为黄铜、青铜和白铜三大类。
我国变形铝合金过去是按照合金类型来命名，如防 锈铝合金为LF 、 硬铝合金为LY 、 超硬铝合金为 LC、锻铝合金为LD，英文字母后再加合金编号。
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6.1.3 变形铝合金
从1997年起，我国开始使用与国际接轨的新的变形 铝合金命名方法。
按化学成分，凡是已有国际牌号的铝合金，直接采 用国际牌号来命名；没有国际牌号的铝合金，采用 四位字符体系牌号来命名。
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6.2.2 铜合金
电工白铜以锰白铜为主，具有特殊的热电性能，广 泛用于电工技术和仪器仪表行业中。
普通白铜编号为“B＋镍的平均含量”，如B19。
特殊白铜编号为“B＋其它元素符号＋镍含量＋其
它元素含量”，如BZn15-20，表示合金中含Ni15%、
Zn20％。
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第六章 有色金属及应用
第一节 铝及铝合金 第二节 铜及铜合金 第三节 钛及钛合金
第四节 滑动轴承合金
第五节 特殊性能合金
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第三节 钛及钛合金
6.3.1 纯钛
6.3.2 钛合金
6.3.3 钛合金组织、性能及应用 6.3.4 钛合金热处理
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6.3.1 纯钛
纯钛为银白色，熔点1680℃，密度4.5g/cm3 ，强度 约为铝的６倍，500℃以下耐热性好， 在-253℃仍 具优良的塑性和韧性。
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第一节 铝及铝合金
6.1.1 纯铝 6.1.2 铝的合金化及其强化 6.1.3 变形铝合金 6.1.4 铸造铝合金
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6.1.2 铝的合金化及其强化
纯铝的强度很低，不适合作为结构材料使用。通
过向铝中加入Cu、Mg、Si等形成铝合金，可显著
改善铝的强度和加工性能。
1. 铝合金的分类 按照生产和加工方法不同，铝合金可分为变形铝 合金和铸造铝合金两大类。 变形铝合金又分为可热处理强化铝合金和不可热
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6.2.2 铜合金
2. 青铜
以锌、镍以外的元素为合金元素的铜合金统称为青 铜，有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜等。 青铜牌号：“Q＋主加元素＋主加元素含量＋其它 元素含量”。
例：QSn4-3表示含Sn4%、其它元素3%、其余为 Cu的锡青铜。
铸造青铜在牌号前加“Z”，如 ZQSn10-2。 青铜耐蚀性高于纯铜和黄铜，弹性和耐磨性好。
6.1.4 铸造铝合金
1. 铝硅系铸造合金（ZL101-ZL111）
硅是铸造铝合金中最常用的合金元素，由于存在大 量 Al-Si 共晶体，合金流动性好，铸造性能优异。 在Al-Si 系中加入Mg和Cu形成的合金可通过沉淀强 化提高强度，改善力学性能。
Al-Si 系合金抗腐蚀性和焊接性能良好、强度中等，
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第六章 有色金属及应用
第一节 铝及铝合金 第二节 铜及铜合金 第三节 钛及钛合金
第四节 滑动轴承合金
第五节 特殊性能合金
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第二节 铜及铜合金
6.2.1 纯铜 6.2.2 铜合金
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6.2.1 纯铜
1. 纯铜的性质与用途 纯铜呈紫红色，又称紫铜。为面心立方晶体，比重
1. 黄铜：Cu-Zn合金，分普通黄铜和复杂黄铜两种。
① 普通黄铜：Cu-Zn二元合金称普通黄铜，以“H＋
铜含量”表示，如H96、H80等。 普通黄铜中Zn<32%时，退火组织为相，称单相黄 铜，其强度和塑性随锌含量的增加而提高。 Zn>32%后，组织中出现脆性的 ′相，为+′双相，
工程材料材料力学性能
金属晶体结构与塑性变形


第三章
第四章 第五章 第六章 第七章
金属结晶及合金相图
钢的热处理 钢铁材料及其应用 有色金属及应用 非金属材料

第八章
材料选择基础
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第六章 有色金属及应用
铁基合金以外的金属统称为有色金属。
有色金属具有许多钢铁材料所不具备的优
四位字符体系牌号的命名方法与国际四位数字体系 相类似，只是在第二位上不用数字，而是用大写英 文字母表示合金的改型，例如： 3A21。
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6.1.3 变形铝合金
国际变形铝合金的命名方法
合金系 纯铝 牌号 1××× 合金系 铝硅 牌号 4××× 合金系 铝锌 牌号 7×××
铝铜
铝锰
2×××
铝镁
5×××
称双相黄铜，随锌含量增加，强度提高而塑性下降。
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锌 含 量 对 黄 铜 力 学 性 能 的 影 响 含Zn45~47%时，组织几乎全为 ′相，并开始出现 硬而脆的相 Cu5Zn8，合金强度和塑性急剧降低。 通常工业黄铜中 Zn＜47%。
铜锌合金的 显微组织 双相黄铜
单相黄铜
6.2.2 铜合金
2. 铝合金的强化
铝合金的强度可达400~700MPa，远高于纯铝，其
强化机理主要有固溶强化、沉淀（时效）强化、亚
结构强化、细晶强化等，其中沉淀强化作用最大。 1) 固溶强化 固溶强化是铝合金的基本强化方法。铝中加入合金 元素后将产生晶格畸变，强度提高，但提高幅度有
限。
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固溶强化是 合金成分低
其它
备用
8×××
9×××
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3××× 铝镁硅 6×××
6.1.3 变形铝合金
1. 不能热处理强化的铝合金
这类铝合金主要是我国旧牌号中的防锈铝合金，包
括Al-Mn系合金（3000系列）和Al-Mg系合金
（ 5000系列）两类。 Al-Mn系合金中3A21（LF21）最常用，抗蚀性好。
Al-Mg系合金强度高于Al-Mn系，塑性、焊接性好， 但耐腐蚀性稍差。 这类铝合金抗蚀性好、易加工成形和焊接，但强度 低、切削性不好，主要用于管道、容器等。 17
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6.2.2 铜合金
3. 白铜：Cu-Ni合金 白铜分为普通白铜（Cu-Ni二元合金）、特殊白铜
（Cu-Ni合金中加Mn、Zn、Fe、Al等）。
根据用途不同白铜又分为结构白铜和电工白铜。
结构白铜以普通白铜为主，有高的力学性能、耐蚀
性、耐热性及耐寒性，用于高温和强腐蚀介质中工
作的零件。
1. 纯铝的性质特点
熔点660℃，比重2.7g/cm3，导电、导热性仅次于铜。 化学性质活泼，在大气中生成厚度约10nm的致密 Al2O3膜，抗氧化性好，但不耐海水腐蚀。 铝为面心立方晶体结构，塑性好，强度、硬度低。 2. 纯铝的分类及应用 按纯度不同，纯铝分为：高纯铝、工业高纯铝、工 业纯铝三类，主要用于制作电容器、铝箔、导线等。
② 复杂黄铜
在Cu-Zn合金中加入Al、Sn、Pb、Si、Mn等元素 形成的多元合金，分别称为铝黄铜、锡黄铜、铅 黄铜、硅黄铜和锰黄铜，统称复杂黄铜。 编号：H+主加元素＋铜含量＋主加元素含量。 HPb63-3表示含Cu63%、Pb3%，其余为Zn的铅 黄铜。
铸造黄铜在牌号前加“Z”，如ZH62。
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6.1.4 铸造铝合金
铸造铝合金工艺性好，比重小，比强度高，抗蚀性 好，广泛用于航空航天、仪器仪表及机械制造业。
铸造铝合金中合金元素含量一般为8~25%，目的是 保证良好的铸造性能和足够的强度。 我国铸造铝合金代号由字母ZL及其后面的3个阿拉 伯数字组成，其中第一个数字表示合金系列：1-铝 硅合金；2-铝铜合金；3-铝镁合金；4-铝锌合金，后 两位数字表示合金的顺序号。此外对于优质合金， 在代号后面标注大写字母A，例如 ZL101A 。 21
钛耐腐蚀性极好，在硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠 等介质中稳定，是制作海水热交换器的最佳材料。
钛的化学活性很高，冶炼、加工和热处理难度大， 生产成本高。
工业纯钛有TA1、TA2、TA3三个牌号。编号越大， 杂质含量越高。 38
第三节 钛及钛合金
6.3.1 纯钛
6.3.2 钛合金
6.3.3 钛合金组织、性能及应用 6.3.4 钛合金热处理
锻铝合金分为Al-Cu-Mg-Si系（LD2、LD5）和AlCu-Mg-Fe-Ni 系（LD7、LD9）。
锻铝具有优良的热塑性，用于生产锻件，还有良好 的焊接、抗蚀、加工、抗疲劳等性能。 19
第一节 铝及铝合金
6.1.1 纯铝
6.1.2 铝的合金化及其强化
6.1.3 变形铝合金 6.1.4 铸造铝合金
代表为2024合金，广泛应用于多种航空航天结构。
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6.1.3 变形铝合金
6000系列铝合金（Al-Mg-Si系）密度比2000系列合金 小，耐腐蚀性好，可用于飞机机体等。