非铁金属材料与粉末冶金材料知

第五章非铁金属材料与粉末冶金材料

非铁金属材料是指除钢铁材料以外的其它金属及合金的总称(俗称有色金属)。 非铁金属材料种类繁多，应用较广的是 Al 、Cu 、Ti 及其合金以及滑动轴承合金。

§ 5-1铝及铝合金

一、 工业纯铝(阅读，回答问题)

1 •铝合金为什么不能进行热处理强化？可通过什么手段提高其强度？

2 .为什么纯铝在大气中有良好的耐蚀性？ 3.纯铝有哪些优点和缺点？主要应用？ 二、 铝合金

铝合金是向铝中加人适量的

Si 、Cu 、Mg 、Mn 等合金元素，进行固溶强化和第二相强化而得到

的。合金化可提高纯铝的强度并保持纯铝的特性。一些铝合金还可经冷变形强化或热处理，进一步 提高强度。

1.铝合金的分类

二元铝合金一般形成固态下局部互溶的共晶相图，如图 5-1所示。

根据铝合金的成分和工艺特点可把铝合 I

金分为变形铝合金和铸造铝合金。

(1)变形铝合金由图5-1可知，凡成分

亍

-

在D'点以左的合金(加热时能形成单相固溶体 组织，具有良好的塑性，适于压力加工)，均 称变形铝合金。

变形铝合金又可分为两类： •不能热处理强化的铝合金 成分在F 点

以左的合金；

•能热处理强化的铝合金 成分在F 点与 D'点之间的铝合金。

(2)铸造铝合金成分在D'点以右 的铝合金，具有共晶组织，塑性较差，但熔点 低，流动性好，适于铸造，故称铸造铝合金。上述分类并不是绝对的。

2、铝合金的时效强化 (1)概念

1） 固溶处理 将铝合金加热到 a 单相区某一温度，经保温，使第二相溶入

a 中，形成均匀的

pai

图5-1二元铝合金相图

可特it®僅

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理强化的 合金

单相a固溶体，随后迅速水冷，使第二相来不及从a固溶体中析出，在室温下得到过饱和的a固溶体，这种处理方法称为固溶热处理或固溶（俗称淬火）。

2）固溶处理的性能特点①硬度、强度无明显升高，而塑性、韧性得到改善；②组织不稳定，有向稳定组织状态过渡的倾向。

3）时效强化固溶处理后的铝合金，随时间延长或温度升高而发生硬化的现象，称为时效（即

时效强化）。

4）合金时效强化的前提条件合金在高温能形成均匀的固溶体，同时在冷却中，固溶体溶解度随之下降，并能析出强化相粒子。

5）合金时效各阶段的性能特点①孕育期即在自然时效初始阶段，铝合金的强度不高，塑性好，此时可进行各种冷变形加工（如铆接、弯曲等）。②超过孕育期后，强度、硬度迅速增高。

如图5-2 所示。

（2）时效规律铝合金时效强化效果与加热温度有关，如图5-3所示：

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；温度过高或时间过长，合金反而变软，这种现象称为“过时效”。

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。（生产中有实用意义）

（3）回归处理将已时效强化的铝合金重新加热，经短时保温后在水中急冷，使合金恢复到固溶后的状态的处理方法。（之后还可时效）

一切能时效强化的合金都有回归现象。

（4）退火的目的

铸造铝合金—是消除内应力及成分偏析，稳定组织。变形铝合金—是消除变形加工中出现的加工硬化现象，改善其加工工艺性。

3．变形铝合金

（1 ）变形铝合金的分类、代号与牌号

变形铝合金根据其性能特点和用途可分为防锈铝合金（LF ）、硬铝合金（LY ）、超硬铝合金

（LC ）及锻铝合金（LD ），其代号后的数字为顺序号。如LF5、LY12、LC4、LD5等。

牌号（见P143）

（2）常用的变形铝合金（见P i44表5-2）

① 不能热处理强化的铝合金

② 能热处理强化的铝合金

4．铸造铝合金铸造铝合金铸造性能良好，可获得各种近乎最终使用形状和尺寸的毛坯铸件，但塑性较低，不能承受压力加工。

（1）铸造铝合金的分类、代号及牌号按主加合金元素的不同，铸造铝合金可分为A1-Si 系、A1-Cu 系、A1-

Mg 系、A1-Zn 系。代号由“ ZL+三位阿拉伯数字”组成。“ ZL”是“铸铝”二字汉语拼音字首，其后第一位数字表示合金系列，如1、2、3、4 分别表示铝硅、铝铜、铝镁、铝锌系列合金；第二、三位数字表示顺序号。例如：ZL102表示铝硅系02号铸造铝合金。若为优质合金在代号后加“ A ”，压铸合金

在牌号前面冠以字母“ YZ”。

牌号是由“ Z+基体金属的化学元素符号+合金元素符号+数字”组成。其中，“ Z”是“铸” 字汉语拼音字首，合金元素符号后的数字是以名义百分数表示的该元素的质量分数。例如：ZA1Si12

表示W si~ 12%的铸造铝合金。

（2）常用的铸造铝合金（见表5-3）

（仅简介）铝硅合金（A1-Si 系）这类合金密度小，有优良的铸造性能（如流动性好，收缩及热裂倾向小），一定的强度和良好的耐蚀性，但塑性较差。在生产中对它采用变质处理，可显著改善其塑性和强度。

ZAlSi12 （ZL102 ）是一种典型的铝硅合金，属于共晶成分，通常称为简单硅铝明。铸造后（组织是硅溶于铝中形成的a固溶体和硅晶体组成的共晶体一a+Si，且硅本身脆性，又呈粗大针状分布

在组织中。）合金力学性能很低，需采用变质处理（变质处理后，合金为亚共晶组织，硅晶体变为细小粒状，均布在铝基体上，并生成塑性好的初晶a固溶体。），提高合金的力学性能（强度和塑

性都有所提高）。

ZL102 的致密性较差，且不能热处理强化。

§ 5-2 铜及铜合金

铜在自然界中既可以以矿石的形式存在，又可以以纯金属的形式存在，是我国历史上使用较早、用途较广的一种非铁金属材料。

一、工业纯铜（阅读，回答）

1 ．铝合金为什么不能进行热处理强化？可通过什么手段提高其强度？2．什么杂质使铜出现“热脆” ？什么

杂质使铜出现“冷脆”？

3．纯铜有哪些优点和缺点？主要应用？

二、铜合金工业纯铜的强度低，尽管通过冷变形强化可使其强度提高，但塑性却急剧下降，因此不适合作结构材料。工业上，常对纯铜作合金化处理，加入一些如Zn、A1、Sn、Mn 、Ni 等合金元素，获得

强度和韧性都满足要求的铜合金。

1．铜合金的分类按化学成分不同，铜合金分为黄铜、白铜和青铜；按生产方式不同，铜合金分为加工铜合金和

铸造铜合金。

黄铜是以Zn 为主加元素的铜合金，白铜是Cu、Ni 合金，青铜是除黄铜和白铜以外的所有铜合金。工业上应用较多的是黄铜和青铜。

2．黄铜