有色金属概述

加热固溶
时效析出
固溶处理：指将合金加热
到固溶线以上，保温并 淬火后获得过饱和的单 相固溶体组织的处理。
淬火过饱和
时效：指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度
保温，以析出弥散强化相的热处理。
时效过程中的组织变化
以Al-Cu合金为例：
GPⅠ区 GPⅡ区（过
渡相θ″） 溶质原子（Cu）富集区， 可以是片状、针状或球状 溶质原子继续富集，且GP区 有序化→弹性畸变更严重 与CuAl2化学成分相当，与 母相共格关系开始破坏 θ '相长大到一定尺寸时与 母相完全脱离（非共格）
⑴ Al-Si系铸造铝合金
如ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的铝硅二元合金， 称为简单硅铝明。
11.7%
577℃
ZL102组织和性能：（粗针硅晶体+固溶体）共晶，
强度和塑性都较差。 生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小 均匀的共晶体+初生组织，以提高性能。
ZL102的铸态组织
压气机叶片
Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金：常用牌号有LD7
(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等 。用于制造
150 ~225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音 速飞机蒙皮等。
2、铸造铝合金
牌号表示：ZAl＋主要合金元素符号和平均百分含量 注：若平均含量小于1％，一般不标数字。
未变质处理 经变质处理
加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)
特点：锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接
性能好，易于变形加工，但切削性能差。
不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。
应用：制作要求抗腐蚀而受力不大的零部件，如
管道、油箱、液体容器、铆钉、防绣蒙皮。
如 LF21（ 3A21 ）， LF5（ 5A05 ）
卫星天线 （LF2）
（2）硬铝合金
应用：主要用于工作温度较
低、受力较大的结构件, 如
飞机大梁、起落架、螺旋
桨叶片等。
飞 机 前 起 落 架
常用合金有 LC4 (7A04 )、
LC9 (7A09 )、7075等。
（4）锻铝合金 Al-Cu-Mg-Si系普通锻铝：
可锻性好，力学性能高，
用于形状复杂的锻件和模
锻件，如喷气发动机压气
机叶轮、导风轮等。
于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热
性能，耐蚀性能及高的比强度(强度与密度之比)
等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料.
空客 A350
复合材料用量 37% 铝锂合金用量23%
钛合金用量9% 钢用量14% 其它用量6%
铝合金用量11%
A380已正式选用铝锂合金制造地板梁，用作机身蒙皮和下翼面 的桁条。
Fra Baidu bibliotek
过渡相θ'
平衡相θ
时效机理：过饱和固溶体中形成溶质原子偏聚区
和由之脱溶出微粒弥散分布——沉淀硬化。 时效强化条件：固溶体有一定溶解度，且随T↓， 溶解度↓↓。 过饱和程度越大，时效温度越高，时效进行得越 强烈。
自然时效：在室温下进 行的时效，以GP区强 化为主； 人工时效：在加热条件 下进行的时效，以过渡 沉淀相强化为主。
过时效
含4%Cu铝合金的时效曲线
时效时间/d
三、铝合金相图及分类
铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。
可分为：
铸造铝合金 变形铝合金
铝合金分类示意图
1、变形铝合金 变形铝及铝合金牌号表示方法：
第一位数字表示铝及其合金的组别，用1、2、 3，……9依次表示纯铝以及以铜、锰、硅、镁、镁 +硅、锌、其他合金元素为主要合金元素的铝合金 及备用组
主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。
Cu 、Mg 形成强化相θ（CuAl2）和S（Al2CuMg） Mn （主要）改善合金的抗蚀性，（还有）固溶强 化，不参与时效过程
特点：强度、硬度高，加工性能好，但焊接
性和耐蚀性差。
如何提高 耐蚀性？
应用：中等强度冲压件、模锻件和铆接件，
如螺旋桨、梁、铆钉、飞机蒙皮、壁板
第九章 有色金属
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 铝及铝合金 铜及铜合金 钛及钛合金 轴承合金 镁及镁合金 粉末冶金材料
工业生产中，通常把钢铁材料称为黑色金属 （ferrous metal），而把其它的金属材料称为有
色金属（nonferrous metal）。
有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由
等。
常用硬铝合金如LY11 (2A11)、 LY12 (2A12)等。
飞机翼梁(腹板 为硬铝合金)
（3）超硬铝合金
属Al-Zn-Mg-Cu系合金，含少量Cr和Mn。
强化相： θ、S、η（MgZn2）、T（Al2Mg3Zn3）
时效强化效果超过硬铝合金。
特点：热态塑性好，经淬火和120℃左右的人工
时效后可获得最高强度；但耐蚀性很差。
耐大气腐蚀性好，但不抗盐碱。
强、硬度低，塑性好，易于加工成形 。
牌号：1×××（变形纯铝）
如1A97、1070（纯度分别为99.97%、99.70% 的纯铝）。
Z +铝元素符号+ 纯度百分含量数字（铸造纯铝） 如 ZAl99.5。
注意：
1）纯铝铸造性能差，易产生热裂等铸造缺陷 （因收缩率较大）； 2）工业纯铝常含铁、硅等杂质，↓塑性、导电 性和导热性，↓化学稳定性。
有色金属强化方式：
★ ★ ★ 固溶强化 较弱
加工硬化、细晶强化 沉淀强化（时效强化） 很强
如Al-Cu，Al-Cu-Mg，Al-Mg-Si（形成CuAl2、 Mg2Si、Al2CuMg等强化相）
第一节 铝及铝合金
一、纯铝
纯铝: 银白色金属光泽，fcc，无同素异构转变，无磁性。
密度小，熔点低(660.4℃), 导电、导热性能优良。
GB 3190-82中的旧牌号表示方法为:
防锈铝合金：LF+序号
硬铝合金： 锻铝合金： LY +序号
可热处理的铝合金
不可热处理的铝合金
超硬铝合金：LC +序号
LD +序号
（1）防锈铝合金 Al-Mn系（3×××）
Al-Mg系 （5×××）
Mn和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶 强化作用。
用途：配制铝合金，制作电线、电缆和日用器具等
（纯铝力学性能低，铸造性能差）
电线
纯铝笔记本散热垫
二、铝合金及时效强化
铝合金: 既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。
主加元素：Cu、Mn、Si、Mg、Zn、Li等 辅加元素：Cr、Ni、Ti、Zr 、RE等。
折叠梯
可热处理强化铝合金的热
处理方法：
固溶处理 + 时效