工程材料 第四章 有色金屬

工程材料第四章有色金屬第1頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一有色金屬4.3第2頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

4.3.1鋁及鋁合金P.83

特點(diǎn)：比強(qiáng)度高，比剛度大（相當(dāng)于高強(qiáng)度鋼與超高強(qiáng)度鋼）抗腐蝕性、工藝性良好、塑性好。

航空上主要用于飛機(jī)的蒙皮、隔框、長(zhǎng)梁、桁條和鍛、鑄件等。一架波音747客機(jī)，需要消耗約18.6噸鋁；

航天技術(shù)上主要用于氣動(dòng)加熱溫度在150℃以下的運(yùn)載火箭和宇宙飛行器，也用在衛(wèi)星、航天飛機(jī)等其他航天器結(jié)構(gòu)上。

第3頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

熔點(diǎn)為660℃,面心立方晶格,無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。具有高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，比重輕2.7克/厘米3。在大氣中易氧化，但抗蝕性良好。

舊牌號(hào)：L1～L7

L即“鋁”。數(shù)字：序號(hào)，越大雜質(zhì)越多。

新牌號(hào):1XXX

X：數(shù)字或字母

XX：數(shù)字（代表純度）

用途：鋁箔、蜂窩、電線、電纜和生活用品等。

純鋁是極其柔軟的金屬，塑性好，但強(qiáng)度

不高，不易做承力結(jié)構(gòu)材料使用。純鋁第4頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第5頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、

鋁合金的編號(hào)方法 根據(jù)GB/T16474-1996《變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示方法》，凡是化學(xué)成分與變形鋁合金國(guó)際牌號(hào)注冊(cè)協(xié)議組織命名的合金相同的所有合金，其牌號(hào)直接采用國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)。未與國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)的變形鋁合金接軌的，采用四位字符牌號(hào)）。

四位字符牌號(hào)的第一、第三、第四位為阿拉伯?dāng)?shù)字，第二位為英文大寫(xiě)字母。第一位數(shù)字表示鋁合金組別，第6頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2XXX Al-Cu系，3XXX Al-Mn系，4XXX Al–Si系，5XXX Al–Mg系6XXXAl–Mg-Si系，7XXX Al–Zn系，8XXXAl-其他元素，9XXX 備用系。如：第7頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表4-8鋁合金分類及編號(hào)（1）示例分類鑄造鋁合金ZL102ZL101ZL107ZL105，ZL110ZL109ZL201ZL301ZL401合金名稱簡(jiǎn)單鋁硅合金

特殊鋁硅合金鋁銅鑄造合金鋁鎂鑄造合金鋁鋅鑄造合金鋁稀土鑄造合金合金系A(chǔ)l–SiAl–Si-MgAl–Si–CuAl-Si–Mg–CuAl-Si–Mg–Cu–NiAl-–CuAl-–MgAl–ZnAl–Re

第8頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Al–-MnAl-–MgAl-Cu-MgAl-Cu-Mg-ZnAl-–Mg-Si–CuAl-Cu-Mg--Fe-Ni變形鋁合金不可熱處理強(qiáng)化防銹鋁3A21(LF21)5A05 (LF10)可熱處理強(qiáng)化硬鋁2A11 (LY11)2A12 (LY12)超硬鋁7A04 (LC4)7A09 (LC9)鍛鋁2A14 (LD10)2A50 (LD5)2B70 (LD7-1)2A80 (LD8)表4-8鋁合金分類及編號(hào)（2）第9頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.防銹鋁合金

特點(diǎn)：抗蝕好、易于加工成形和焊接。但不能熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度較低。

用途：要求抗腐蝕及受力不大的零部件，如油管、油箱等。

合金系：Al-Mn系和Al-Mg系。4.3.2變形鋁合金第10頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一用途：制造飛行器各種承力構(gòu)件，如蒙皮、壁板、槳葉、活塞及火箭上的液體燃料箱等。2.硬鋁合金特點(diǎn)：具有強(qiáng)烈的時(shí)效硬化能力。強(qiáng)度高,抗蝕性和焊接性能較差。合金系：A1-Cu-Mg和A1-Cu-Mn系。第11頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一性能：強(qiáng)度高于硬鋁，故稱超硬鋁合金，應(yīng)用：飛機(jī)結(jié)構(gòu)件，如翼梁、螺旋槳葉、起落架等。

合金系：在硬鋁的基礎(chǔ)上再加鋅3.超硬鋁合金第12頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.鍛造鋁合金性能：鍛鋁具有良好的熱塑性、焊接、抗蝕、冷加工等性能。應(yīng)用：中等強(qiáng)度鍛件。合金系：以Al-Mg-Si系為主。第13頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

鑄造鋁合金的優(yōu)點(diǎn)是比重小，比強(qiáng)度較高，并有良好的抗蝕性和鑄造工藝性。鑄造鋁合金按成分不同可分為以下五類：4.3.3鑄造鋁合金第14頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Al-Si系合金

鋁硅合金又稱為硅鋁明，

特點(diǎn)：這類合金具有優(yōu)良的鑄造性能。加入Cu、Mg、Mn等元素使合金強(qiáng)化，并通過(guò)熱處理進(jìn)一步提高機(jī)械性能。

如ZL-105抗拉強(qiáng)度可達(dá)230Mpa。鋁硅合金廣泛應(yīng)用于各種形狀復(fù)雜的鋁鑄件等，該系合金可做內(nèi)燃機(jī)活塞、汽缸體、汽缸頭、汽缸套，及輪緣、剎車轂、電機(jī)殼、儀表殼體等。鋁硅合金占鑄鋁總產(chǎn)量的50%以上。第15頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.Al-Cu系合金

特點(diǎn)：有較高的強(qiáng)度，適合在較高溫度下工作。

如ZL-201熱處理后的抗拉強(qiáng)度為330MPa。強(qiáng)度值相當(dāng)于較好的灰口鑄鐵，比強(qiáng)度超過(guò)鑄銅。含鎳、錳的鋁銅合金有較好的耐熱性，工作溫度可達(dá)300℃，鋁銅合金用于強(qiáng)度要求較高，在較高溫度下工作的零件，如工作溫度較高的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。第16頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.Al-Mg系合金

鋁鎂合金屬于高強(qiáng)和高耐蝕性合金，化工部門(mén)、造船工業(yè)應(yīng)用較多。缺點(diǎn)是耐熱性和鑄造工藝性較差。第17頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.Al-Zn系合金

這類合金的特點(diǎn)是具有自淬火效應(yīng)，鑄造成型后即可進(jìn)行人工時(shí)效。由于省去了淬火工序，鑄件的內(nèi)應(yīng)力大為減小，適于制造要求尺寸穩(wěn)定性高的鑄件。如儀表零件，醫(yī)療器械等。第18頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.Al-Re系合金

Re表示稀土元素。這類合金由于是以A1-Si系為基礎(chǔ)，所以具有良好的鑄造工藝性和耐熱性。目前用它制作柴油機(jī)、拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，使用壽命比一般鋁合金活塞高七倍以上。

鑄造鋁合金牌號(hào)用ZAl表示“鑄鋁”后標(biāo)注合金元素及百分含量。鑄鋁也常用代號(hào)表示，在ZL后有三位數(shù)字：第一位代表合金系，其余為合金順序號(hào)。第19頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.比強(qiáng)度高：鈦合金的σb可達(dá)1500MPa，可與超高強(qiáng)度鋼媲美，而比重只有鋼的一半，比強(qiáng)度是常用工程材料中最高的。

2.熱強(qiáng)度高：鈦合金可在550℃以下工作，可望提高到800℃，斷裂韌性也較高，優(yōu)于鋁合金和一些結(jié)構(gòu)鋼。4.3.5純鈦和鈦合金P.87

純鈦熔點(diǎn)1667℃,比重4.5g/cm3,室溫下為密排六方結(jié)構(gòu),882.5℃以上為體心立方結(jié)構(gòu)。鈦合金的主要優(yōu)點(diǎn)是：第20頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.低溫性能好：鈦合金低溫韌性很好，在-253℃時(shí)仍具有良好的韌性，是唯一能在超低溫下使用的工程金屬。

4.抗蝕性好：鈦在大氣、水、海水、硝酸、稀硫酸等腐蝕介質(zhì)中的抗蝕性優(yōu)于不銹鋼。例如，某冷凝管在海水中試驗(yàn)16年之后，尚未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。鈦合金的主要優(yōu)點(diǎn)第21頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

鈦合金的主要缺點(diǎn)是工藝性差，另外，鈦合金成本高，應(yīng)用受到限制。

鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)小、摩擦系數(shù)大、切削性差；鈦合金的彈性模量小，變形時(shí)回彈大，σ0.2/σb比值高，冷變形困難；鈦合金硬度低，不耐磨，不能作抗磨結(jié)構(gòu)件。

第22頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一分類及牌號(hào)（按組織分）：α型(TA)β型(TB)α+β型(TC)第23頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

用于制造工作溫度不超過(guò)400℃的各種飛機(jī)結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)零部件。如發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤(pán)、葉片，蒙皮等。

液體燃料火箭的儲(chǔ)氫罐也是鈦合金制造的，其工作溫度為-253℃。

許多民用領(lǐng)域如氯堿化工業(yè)及海水用泵、閥、管道、換熱器、冷凝器等，也廣泛采用鈦合金，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用第24頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.3.6鎂合金P.88

特點(diǎn)：

輕：用量較大的工程金屬材料中密度最小，為1.8g/m3，約為鋁合金的2/3，鈦合金的1/3，鋼的1