非铁金属材料与粉末冶金材料知识

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

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

图5-1 二元铝合金相图

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α单相区某一温度,经保温，使第二相溶入α中,形成均匀的单相α固溶体，随后迅速水冷，使第二相来不及从α固溶体中析出,在室温下得到过饱和的α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P14４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:ＺA1Si １2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α固溶体和硅晶体组成的共晶体—α＋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α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”?