第五章非鐵金屬材料與粉末冶金材料

1、稱變形鋁合金。變形鋁合金又可分為兩類：不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金成分在F點以左的合金；能熱處理強(qiáng)化的鋁合金成分在F點與D'點之間的鋁合金。(2)鑄造鋁合金成分在D'點以右 的鋁合金，具有共晶組織，塑性較差，但熔點不可荃曼 理強(qiáng)化的 合金、變足常徉金/7；一可電就理僅LA1F0*圖5-1二元鋁合金相圖第五章非鐵金屬材料與粉末冶金材料非鐵金屬材料是指除鋼鐵材料以外的其它金屬及合金的總稱(俗稱有色金屬)。非鐵金屬材料種類繁多，應(yīng)用較廣的是Al、Cu、Ti及其合金以及滑動軸承合金。§ 5-1鋁及鋁合金一、工業(yè)純鋁(閱讀，回答問題)1 鋁合金為什么不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化？可通過什么手段

2、提高其強(qiáng)度？2 .為什么純鋁在大氣中有良好的耐蝕性？3.純鋁有哪些優(yōu)點和缺點？主要應(yīng)用？二、鋁合金鋁合金是向鋁中加人適量的Si、Cu、Mg、Mn等合金元素，進(jìn)行固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化而得到的。合金化可提高純鋁的強(qiáng)度并保持純鋁的特性。一些鋁合金還可經(jīng)冷變形強(qiáng)化或熱處理，進(jìn)一步 提高強(qiáng)度。1.鋁合金的分類二元鋁合金一般形成固態(tài)下局部互溶的共晶相圖，如圖5-1所示。根據(jù)鋁合金的成分和工藝特點可把鋁合I金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。(1)變形鋁合金由圖5-1可知，凡成分亍 在D'點以左的合金(加熱時能形成單相固溶體 組織，具有良好的塑性，適于壓力加工)，均低，流動性好，適于鑄造，故稱鑄造鋁合金。

3、上述分類并不是絕對的。2、鋁合金的時效強(qiáng)化(1)概念1） 固溶處理 將鋁合金加熱到 a單相區(qū)某一溫度，經(jīng)保溫，使第二相溶入a中，形成均勻的單相a固溶體，隨后迅速水冷，使第二相來不及從a固溶體中析出，在室溫下得到過飽和的a固溶體，這種處理方法稱為固溶熱處理或固溶（俗稱淬火）。2） 固溶處理的性能特點硬度、強(qiáng)度無明顯升高，而塑性、韌性得到改善；組織不穩(wěn)定， 有向穩(wěn)定組織狀態(tài)過渡的傾向。3） 時效強(qiáng)化 固溶處理后的鋁合金， 隨時間延長或溫度升高而發(fā)生硬化的現(xiàn)象，稱為時效 （即 時效強(qiáng)化）。4） 合金時效強(qiáng)化的前提條件合金在高溫能形成均勻的固溶體，同時在冷卻中，固溶體溶解 度隨之下降，并能析出強(qiáng)化相粒

4、子。5） 合金時效各階段的性能特點孕育期 即在自然時效初始階段，鋁合金的強(qiáng)度不高，塑 性好，此時可進(jìn)行各種冷變形加工（如鉚接、彎曲等）。超過孕育期后，強(qiáng)度、硬度迅速增高。如圖 5-2 所示。（ 2） 時效規(guī)律 鋁合金時效強(qiáng)化效果與加熱溫度有關(guān)，如圖 5-3 所示： 時效溫度越高，強(qiáng)度峰值越低，強(qiáng)化效果越小。 時效溫度越高，時效速度越快，強(qiáng)度峰值出現(xiàn)所需時間越短；溫度過高或時間過長，合金反而變軟，這種現(xiàn)象稱為“過時效”。 低溫使固溶處理獲得的過飽和固溶體保持相對的穩(wěn)定性，抑制時效的進(jìn)行。（生產(chǎn)中有實用意義）（ 3）回歸處理將已時效強(qiáng)化的鋁合金重新加熱，經(jīng)短時保溫后在水中急冷，使合金恢復(fù)到固溶后的

5、狀態(tài)的處 理方法。（之后還可時效）一切能時效強(qiáng)化的合金都有回歸現(xiàn)象。（ 4）退火的目的鑄造鋁合金是消除內(nèi)應(yīng)力及成分偏析，穩(wěn)定組織。 變形鋁合金是消除變形加工中出現(xiàn)的加工硬化現(xiàn)象，改善其加工工藝性。3變形鋁合金（ 1 ）變形鋁合金的分類、代號與牌號變形鋁合金根據(jù)其性能特點和用途可分為防銹鋁合金（ LF ）、硬鋁合金（ LY ）、超硬鋁合金 （LC ）及鍛鋁合金（LD ），其代號后的數(shù)字為順序號。如LF5、LY12、LC4、LD5等。牌號 （見 P143）（ 2）常用的變形鋁合金（見 P144 表 5-2 ） 不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金 能熱處理強(qiáng)化的鋁合金4鑄造鋁合金 鑄造鋁合金鑄造性能良好，可獲得

6、各種近乎最終使用形狀和尺寸的毛坯鑄件，但塑性較低，不 能承受壓力加工。（ 1）鑄造鋁合金的分類、代號及牌號 按主加合金元素的不同，鑄造鋁合金可分為A1-Si 系、 A1-Cu 系、 A1-Mg 系、 A1-Zn 系。代號 由“ ZL+三位阿拉伯?dāng)?shù)字”組成?！?ZL”是“鑄鋁”二字漢語拼音字首，其后第一位數(shù) 字表示合金系列，如 1、2、3、 4 分別表示鋁硅、鋁銅、鋁鎂、鋁鋅系列合金；第二、三位數(shù)字表 示順序號。例如：ZL102表示鋁硅系02號鑄造鋁合金。若為優(yōu)質(zhì)合金在代號后加“A ”，壓鑄合金在牌號前面冠以字母“ YZ”。牌號 是由“ Z+基體金屬的化學(xué)元素符號 +合金元素符號+數(shù)字”組成。其

7、中，“ Z”是“鑄” 字漢語拼音字首， 合金元素符號后的數(shù)字是以名義百分?jǐn)?shù)表示的該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例如： ZA1Si12表示 Wsi 12%的鑄造鋁合金。（ 2）常用的鑄造鋁合金（見表 5-3）（僅簡介）鋁硅合金（ A1-Si 系） 這類合金密度小，有優(yōu)良的鑄造性能（如流動性好，收縮及 熱裂傾向?。?，一定的強(qiáng)度和良好的耐蝕性，但塑性較差。在生產(chǎn)中對它采用變質(zhì)處理，可顯著改 善其塑性和強(qiáng)度。ZAISi12 （ZL102 ）是一種典型的鋁硅合金，屬于共晶成分，通常稱為簡單硅鋁明。鑄造后（組 織是硅溶于鋁中形成的a固溶體和硅晶體組成的共晶體一a+Si，且硅本身脆性，又呈粗大針狀分布在組織中。）合金力

8、學(xué)性能很低，需采用變質(zhì)處理（變質(zhì)處理后，合金為亞共晶組織，硅晶體變?yōu)?細(xì)小粒狀，均布在鋁基體上，并生成塑性好的初晶a固溶體。），提高合金的力學(xué)性能（強(qiáng)度和塑性都有所提高）。ZL102 的致密性較差，且不能熱處理強(qiáng)化。§ 5-2 銅及銅合金銅在自然界中既可以以礦石的形式存在， 又可以以純金屬的形式存在， 是我國歷史上使用較早、 用途較廣的一種非鐵金屬材料。一、工業(yè)純銅（閱讀，回答）1 鋁合金為什么不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化？可通過什么手段提高其強(qiáng)度？2什么雜質(zhì)使銅出現(xiàn)“熱脆”？什么雜質(zhì)使銅出現(xiàn)“冷脆”？3純銅有哪些優(yōu)點和缺點？主要應(yīng)用？二、銅合金 工業(yè)純銅的強(qiáng)度低，盡管通過冷變形強(qiáng)化可使其強(qiáng)度

9、提高，但塑性卻急劇下降，因此不適合作 結(jié)構(gòu)材料。工業(yè)上，常對純銅作合金化處理，加入一些如Zn、A1、Sn、Mn 、Ni 等合金元素，獲得強(qiáng)度和韌性都滿足要求的銅合金。1銅合金的分類 按化學(xué)成分不同，銅合金分為黃銅、白銅和青銅；按生產(chǎn)方式不同，銅合金分為加工銅合金和 鑄造銅合金。黃銅是以 Zn 為主加元素的銅合金， 白銅是 Cu、Ni 合金， 青銅是除黃銅和白銅以外的所有銅合 金。工業(yè)上應(yīng)用較多的是黃銅和青銅。2黃銅（ 1）普通黃銅（銅鋅二元合金） Zn 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響 普通黃銅的代號及牌號普通黃銅中的加工黃銅，其代號由“H+數(shù)字”組成。其中“ H ”是“黃”字漢語拼音字首，數(shù)字是以名義百分?jǐn)?shù)

10、表示的 Cu 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。普通黃銅中的鑄造黃銅，其牌號表示方法有兩種。（ 2）特殊黃銅特殊黃銅是在銅鋅的基礎(chǔ)上加入Pb、A1、Sn、Mn、Si 等元素后形成的銅合金，并相應(yīng)稱之為鉛黃銅、鋁黃銅、錫黃銅等。它們具有比普通黃銅更高的強(qiáng)度、硬度、耐蝕性和良好的鑄造性能。 合金元素的影響Pb 可改善切削加工性和耐磨性； Si 可改善鑄造性能，也有利于提高強(qiáng)度和耐蝕性； A1 可提高 強(qiáng)度、硬度和耐蝕性； Sn、Al 、Si、Mn 可以提高耐蝕性，減少應(yīng)力腐蝕破裂的傾向。若特殊黃銅中加入的合金元素較少，塑性較高，則稱為加工特殊黃銅；加入的合金元素較多， 強(qiáng)度和鑄造性能好，則稱為鑄造特殊黃銅。 特殊黃銅的

11、代號及牌號加工特殊黃銅代號由“ H+主添加合金元素符號（Zn除外）+數(shù)字-數(shù)字” 組成。鑄造特殊黃銅的牌號表示方法有兩種，（ 3）黃銅的熱處理 去應(yīng)力退火目的 是消除應(yīng)力，防止黃銅零部件發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂及切削加工后的變形。 既適用于加工黃銅，也適用于鑄造黃銅。 再結(jié)晶退火目的 是消除加工黃銅的加工硬化現(xiàn)象。（ 4）黃銅的用途（見表 5-4、見表 5-5 ） 3青銅除黃銅和白銅（銅 - 鎳合金）以外的其它銅合金稱為青銅，其中含錫元素的稱為普通青銅（錫青 銅），不含錫元素的稱為特殊青銅（也叫無錫青銅）。按生產(chǎn)方式，還可分為加工青銅和鑄造青銅。（ 1）青銅的代號、牌號及用途加工青銅的代號由“Q +第

12、一個主加元素符號+數(shù)字-數(shù)字” 組成。其中“ Q”是“青”字漢語拼音字首，第一組數(shù)字是以名義百分?jǐn)?shù)表示的第一個主加元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，第二組數(shù)字是以名義 百分?jǐn)?shù)表示的其它合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例如：QSn4-3表示平均 Ws仟4%、Wz仟3%,其余為Cu的加工錫青銅。鑄造青銅的牌號表示方法有兩種。舊牌號表示法與加工錫青銅相似，只是在其代號前加“Z” ,如ZQSn10-1 ;新牌號表示法是由“ Z+Cu+合金元素符號+數(shù)字” 組成。其中“ Z”是“鑄”字漢語 拼音字首,合金元素符號后的數(shù)字是以名義百分?jǐn)?shù)表示的該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例如：zQSn10-1 還可以寫成ZCuSn10Zn1，表示平均 Wsn 1

13、0%、Wzn 1%，其余為Cu的鑄造錫青銅。（ 2）普通青銅（錫青銅） Sn 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Sn在Cu中可形成固溶體，也可形成金屬化合物。Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對青銅的組織和性能的影響如 圖 5-5 所示。 錫青銅的性能及用途 錫青銅在大氣、海水、淡水以及蒸汽中的耐蝕性比純銅和黃銅好,但在鹽酸、硫酸和氨水中的耐蝕性較差；具有良好的減摩性，無磁性、無冷脆現(xiàn)象；錫青銅中加入少量Pb,可提高耐磨性和切削加工性能;加入 P 可提高彈性極限、疲勞強(qiáng)度及耐磨性;加入 Zn 可縮小結(jié)晶溫度范圍,改善鑄 造性能。加工錫青銅適于制造儀表上要求耐磨、 耐蝕的零件及彈性零件、 滑動軸承、 軸套及抗磁零件等。 鑄造錫青銅適宜制造形狀復(fù)雜, 外形尺寸要求嚴(yán)格, 致密性要求不高的耐磨、 耐蝕件, 如軸瓦、 軸套、齒輪、蝸輪、蒸汽管等。（ 3）特殊青銅（無錫青銅） 鋁青銅 以 Al 為主要添加元素的銅合金稱為鋁青銅，應(yīng)用最廣泛。其耐蝕性、耐磨性高于 錫青銅與黃銅，并有較高的耐熱性、硬度、韌性和強(qiáng)度。加工鋁青銅主要用來制造各種要求耐蝕的 彈性元件及高強(qiáng)度零件。鑄造鋁青銅用于制造要求有較高強(qiáng)度和耐磨性的摩擦零件。 鈹青銅 以Be為基本合金元素的銅合金 （WBe