金属材料及热处理第八章 有色金属
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第八章 有色金属
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
▲ 有色金属及其合金的应用越来越多，在国 民经济中占据越来越重要的地位。
合金元素加入纯铝中，形成铝基固溶体， 起固溶强化作用，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
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一温度时，其强 度、硬度随时间的延长而提高，塑性、韧性则
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，把铝合金分为：
变形铝合金 铸造铝合金
A
3
4B
C
Al D
1
2
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
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% 。
牌号中第二位数字或字母表示原始纯铝或铝 合金的改型情况，其中数字0和字母A分别表示 原始纯铝和原始合金，1~9或B~Y表示改型情况。
牌号中最后两位数字用以标识同一组中不同 的铝合金，纯铝则表示铝的最低质量分数中小数 点后面的两位。
如1070代表原始纯铝，AL含量99.7%
一、工业纯铝
① 具有面心立方晶格，无同素异构转变。
第一节 铝及其合金
铝是自然界中储量最丰富的金属元素之 一，在工业中成为仅次于钢铁材料的一种重 要工业金属。
我国新的国家标准对变形铝及铝合金的 命名方法，采用的是国际四位数字体系牌号 和四位字符体系牌号两种方式。
牌号中第一位数字表示铝及铝合金的组别， 其中1代表纯铝，2~7分别代表以铜、锰、硅、 镁、锌等为合金元素的铝合金，8代表以其它合 金元素为主要合金元素的铝合金，9代表备用合 金组。
※ 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
五、铝合金的表示方法
1、铸造铝合金
ZL * ** 表示合金顺序号 表示合金系列 1-Si 2-Cu 3-Mg 4-Zn
铸造铝合金
2、变形铝合金
表示方法同前铝合金的牌号表示（P6）
六、常用铸造铝合金
1、 Al-Si 系铸造铝合金（硅铝明）
a、简单硅铝明
含11～13% Si，铸造后几乎全部得到
共晶组织，因而流动性很好，铸造发生热 裂的倾向小，但铸件致密度不高。可采用 压铸，增加致密度。
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。
飞机制造业：轻金属占总重量的95%， 钢铁及其它材料占5%。
▲ 汽车制造业中铝合金、镁合金的使用量越 来越多。
▲ 镁合金在“3C”产品的应用近年来急剧增 长（年递增20%）。
C：COMPUTER C：COMMUNICATION C：CONSUMER ELECTRONICS PRODUCTS
▲钛及其合金在航天、航空、化工等领域应用 越来越多。
械性能，在铝中加入Cu、Zn、Mg、Si、Mn、
等元素制成铝合金。
ห้องสมุดไป่ตู้铝合金仍保持纯铝密度小，抗蚀好等特 点，但机械性能比纯铝高得多。
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。
CuAl2 θ相；Mg2Si β相；Al2CuMg S相。
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溶入固溶 体的第二相出现，成为过剩相。
这类过剩相多为硬而脆的金属间化合物，起 阻碍滑移和位错运动的作用，使铝合金强度、硬 度提高，但塑、韧性下降，过剩相过多时，合金 变脆，强度急剧下降。
优点：耐蚀性好，强度高，密度小（2.55 比纯铝还轻）。
缺点：铸造性能差。
4、Al-Zn系铸造铝合金 ZL401
优点：铸造性能好，强度高（铸造冷却时 自行淬火），经时效后就有较高的 强度，价格低。
② 密度2.72g/cm3，约为铁的三分之一，铝合金 密度一般为2.5~2.88 g/cm3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Al2O3）。
⑤ 具有高塑性、较低的强度
二、铝合金
• 1、成分特点
纯铝的机械性能不高，为了提高铝的机
b、特殊硅铝明
为了增加铝合金强度，向合金加入能 形成强化相 CuAl2（θ相），Mg2Si（β相）， Al2CuMg（S相）的合金元素 Cu、Mg。
2、Al-Cu系铸造铝合金
合金中含有少量共晶组织，故铸造性 能不好，抗蚀性及强度也低于硅铝明，应 用较少。
如：ZL203 ZL201
3、Al-Mg系铸造铝合金 ZL301 ZL302
对于铸造铝合金，过剩相强化是主要手段。
4、细化晶粒强化
在铝合金中添加微量合金元素细化组织 是提高机械性能的另一种重要手段。细化组 织包括细化铝合金固溶体基体和过剩相组织。
铸造铝合金常加入微量变质剂，进行变 质处理。
常用变质剂：2/3 NaF +1/3 NaCl
变形铝合金中添加微量的钛、锆、铍及 稀土元素，它们能形成难溶化合物，在合金 结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用， 以提高强度及塑性。
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
▲ 有色金属及其合金的应用越来越多，在国 民经济中占据越来越重要的地位。
合金元素加入纯铝中，形成铝基固溶体， 起固溶强化作用，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
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一温度时，其强 度、硬度随时间的延长而提高，塑性、韧性则
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，把铝合金分为：
变形铝合金 铸造铝合金
A
3
4B
C
Al D
1
2
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
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% 。
牌号中第二位数字或字母表示原始纯铝或铝 合金的改型情况，其中数字0和字母A分别表示 原始纯铝和原始合金，1~9或B~Y表示改型情况。
牌号中最后两位数字用以标识同一组中不同 的铝合金，纯铝则表示铝的最低质量分数中小数 点后面的两位。
如1070代表原始纯铝，AL含量99.7%
一、工业纯铝
① 具有面心立方晶格，无同素异构转变。
第一节 铝及其合金
铝是自然界中储量最丰富的金属元素之 一，在工业中成为仅次于钢铁材料的一种重 要工业金属。
我国新的国家标准对变形铝及铝合金的 命名方法，采用的是国际四位数字体系牌号 和四位字符体系牌号两种方式。
牌号中第一位数字表示铝及铝合金的组别， 其中1代表纯铝，2~7分别代表以铜、锰、硅、 镁、锌等为合金元素的铝合金，8代表以其它合 金元素为主要合金元素的铝合金，9代表备用合 金组。
※ 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
五、铝合金的表示方法
1、铸造铝合金
ZL * ** 表示合金顺序号 表示合金系列 1-Si 2-Cu 3-Mg 4-Zn
铸造铝合金
2、变形铝合金
表示方法同前铝合金的牌号表示（P6）
六、常用铸造铝合金
1、 Al-Si 系铸造铝合金（硅铝明）
a、简单硅铝明
含11～13% Si，铸造后几乎全部得到
共晶组织，因而流动性很好，铸造发生热 裂的倾向小，但铸件致密度不高。可采用 压铸，增加致密度。
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。
飞机制造业：轻金属占总重量的95%， 钢铁及其它材料占5%。
▲ 汽车制造业中铝合金、镁合金的使用量越 来越多。
▲ 镁合金在“3C”产品的应用近年来急剧增 长（年递增20%）。
C：COMPUTER C：COMMUNICATION C：CONSUMER ELECTRONICS PRODUCTS
▲钛及其合金在航天、航空、化工等领域应用 越来越多。
械性能，在铝中加入Cu、Zn、Mg、Si、Mn、
等元素制成铝合金。
ห้องสมุดไป่ตู้铝合金仍保持纯铝密度小，抗蚀好等特 点，但机械性能比纯铝高得多。
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。
CuAl2 θ相；Mg2Si β相；Al2CuMg S相。
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溶入固溶 体的第二相出现，成为过剩相。
这类过剩相多为硬而脆的金属间化合物，起 阻碍滑移和位错运动的作用，使铝合金强度、硬 度提高，但塑、韧性下降，过剩相过多时，合金 变脆，强度急剧下降。
优点：耐蚀性好，强度高，密度小（2.55 比纯铝还轻）。
缺点：铸造性能差。
4、Al-Zn系铸造铝合金 ZL401
优点：铸造性能好，强度高（铸造冷却时 自行淬火），经时效后就有较高的 强度，价格低。
② 密度2.72g/cm3，约为铁的三分之一，铝合金 密度一般为2.5~2.88 g/cm3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Al2O3）。
⑤ 具有高塑性、较低的强度
二、铝合金
• 1、成分特点
纯铝的机械性能不高，为了提高铝的机
b、特殊硅铝明
为了增加铝合金强度，向合金加入能 形成强化相 CuAl2（θ相），Mg2Si（β相）， Al2CuMg（S相）的合金元素 Cu、Mg。
2、Al-Cu系铸造铝合金
合金中含有少量共晶组织，故铸造性 能不好，抗蚀性及强度也低于硅铝明，应 用较少。
如：ZL203 ZL201
3、Al-Mg系铸造铝合金 ZL301 ZL302
对于铸造铝合金，过剩相强化是主要手段。
4、细化晶粒强化
在铝合金中添加微量合金元素细化组织 是提高机械性能的另一种重要手段。细化组 织包括细化铝合金固溶体基体和过剩相组织。
铸造铝合金常加入微量变质剂，进行变 质处理。
常用变质剂：2/3 NaF +1/3 NaCl
变形铝合金中添加微量的钛、锆、铍及 稀土元素，它们能形成难溶化合物，在合金 结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用， 以提高强度及塑性。