第8章有色金属及其合金

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2、抗大气腐蚀性能好
铝和氧的化学亲和力大，在大气中，铝和铝合金表面会很 快形成一层致密的氧化膜，防止内部继续氧化。但在碱和 盐的水溶液中，氧化膜易破坏，因此不能用铝及铝合金制 作的容器盛放盐和碱溶液。
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3、加工性能好，比强度高
纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变，具有较高的 塑性（δ=30～50%，ψ=80%），易于压力加工成型，
在一般认为是Na等元素能促进硅的形核，并 吸附在硅晶体的表面，阻止硅的长大。同时钠的 存在使液态合金产生5～10℃的过冷度，并使共晶 点向右移动，这样不仅形核率增加，细化共晶组 织而且使合金组织中出现了初生α固溶体。
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纯铝与铝合金的细晶强化（变质处理）示意图
未变质处理
变质处理后
第八章 有色金属
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引言
工业生产中，通常把以铁为基的金属材料称为黑色金属， 如钢与铸铁，把非铁金属及其合金称为有色金属，如铅、 金属、镍、锌、钛、铜等金属及合金。
有色金属及合金与钢铁材料相比，具有许多特殊性能，是 现代工业生活中不可缺少的金属材料。
本章重点介绍铝及铝合金、铜及铜合金、轴承合金。
铝合金的分类
铝合金 的分类
变形铝合金 铸造铝合金
不能热处理 强化铝合金
能热处理 强化铝合金
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铝合金相图的一般形式
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1、固溶+时效处理（时效强化） 2、变质处理（细化晶粒强化） 3、 冷变形（加工硬化）
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1、时效强化
很低，不宜作为工业合金使用，若对其采用变质处理，在浇注
前向合金中加入占合金重量2～3%的变质剂（2份NaF和1份
NaCl），可将针状Si改变为细小粒状Si，得到细小均匀的共晶
体和初生α固溶体的亚共晶组织（α+Si）+α，显著提高合金
的强度和塑性。
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铸造铝合金中变质处理细化晶粒的原因
第8章有色金属及其合金
第八章 有色金属及其合金
§1 §2 §3 §4
铝及铝合金 铜及铜合金 轴承合金 钛及钛合金
第8章有色金属及其合金
§1 铝及铝合金
一.铝及铝合金的性能特点 二.提高铝及铝合金强度的主要途径 三.铝及铝合金的分类及用途
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一.铝及铝合金的性能特点
时效的进行。
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时效强化的原因
分析表明：在时效过程中溶质原子发生了如下的变 化，首先溶质原子发生富集，形成富集区，使晶格畸变加 大，使位错运动阻力增大，强度提高，其次随时间的延长， 富集区的原子趋于有序化，趋于形成第二相，但还没形成 第二相，其与原晶格保持共格关系，晶格畸变进一步增大， 使强度进一步提高，随时间的继续延长，第二相形成并逐 渐脱离母体的共格关系，这时晶格畸变减小，强度下降。
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三.铝及铝合金的分类及用途
（一）纯铝 （二）铝合金
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（一）纯铝
工业纯铝：99.0%～98.0% 作管、线、棒、代号L1～L6，数字大，其纯度愈低。
现在，我国工业纯铝的牌号是依其杂质的含量以国际四 位数字体系来编制，1070、1060、1035，第一位数字1表示纯 铝，后两位数字越小，其杂质含量越高。
并有良好的低温性能，纯铝的强度低，σb=70Mpa，
虽经冷变形强化，强度可提高到150～250 Mpa，但也
不能直接用于制作受力的结构件，而铝合金通过冷成
型和热处理，其抗拉强度可达到500～600 Mpa，相当
于低合金钢的强度，比强度高，成为飞机的主要结构
材料。
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二.提高铝及铝合金强度的主要途径
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细晶强化 对于铸造铝合金的作用
对于铸造铝合金：典型的铸造铝合金是铝硅系合金（硅铝
明），这类合金具有优良的铸造性能（熔点低，流动性好，收
缩性小）和焊接性能好，尤以含11～13%Si的二元铝硅合金铸造
性能最好。可见，二元铝硅合金铸造后几乎全部得到（α+Si）
的共晶体，其中Si呈粗大针叶状，使合金变脆，强度和塑性都
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2、细晶强化
纯铝和铝合金在浇注前进行变质处理，即在浇铸前向合 金溶液中加入变质剂，可有效地细化晶粒，从而提高合金强 度，称为细化晶粒强化。 细晶强化对于变形铝合金的作用 细晶强化对于铸造铝合金的作用
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细晶强化 对于变形铝合金的作用
对于纯铝和变形铝合金，常用的变质剂Ti、B、Nb、 Zr等元素，它们所起的作用Βιβλιοθήκη Baidu是形成外来晶核，从而细化 铝的晶粒。
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合金发生时效的条件
合金能在高温形成均匀的固溶体 固溶体中溶质的溶解度必须随温度的降低
而显著降低。
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含4%Cu的铝合金自然时效曲线
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含4%Cu的铝合金在不同温度下的人工时效曲线
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时效规律
时效温度越高, 强度峰值越低, 强化效果越小; 时效温度越高, 时效速度越快, 强度峰值出现所需时间越短; 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
1、优良的物理性能 2、抗大气腐蚀性能好 3、加工性能好，比强度高
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1、优良的物理性能
密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低。纯铝的 密度2.72g/cm3，仅为铁的1/3，熔点为660.4℃，导电性仅 次于Cu、Au、Ag。铝合金的密度也很小，熔点更低，但 导电、导热性不如纯铝、铝及铝合金的磁化率极低，属于 非铁磁材料。
固溶处理
将成分位于D～F之间的合金加热到固态溶解度线DF以上某 一温度，获得单相固溶体α，然后水冷（淬火），获得过饱和固 溶体α称为固溶处理。 时效强化
这种过饱和固溶体是不稳定的，在室温放置或在低于固溶度 线的某一温度下加热时，使过饱和α固溶体趋于发生某种程度的 分解，使合金的强度和硬度明显提高，这种现象称为时效或时效 硬化（时效强化）。在室温下进行的时效称为自然时效，在加热 条件下进行的时效称为人工时效。