第7章非鐵金屬材料

1、機(jī)機(jī) 械械 制制 造造 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)第第7 7章章 非鐵金屬材料非鐵金屬材料 7.17.1鋁及鋁合金鋁及鋁合金7.1.17.1.1工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁 純鋁為面心立方晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，呈銀白色。塑性好純鋁為面心立方晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，呈銀白色。塑性好( (8080) )、強(qiáng)度、強(qiáng)度低低( ( b b8080100MPa)100MPa)，一般不能作為結(jié)構(gòu)材料使用，可經(jīng)冷塑性變形使其強(qiáng)化。，一般不能作為結(jié)構(gòu)材料使用，可經(jīng)冷塑性變形使其強(qiáng)化。鋁的密度較小鋁的密度較小( (約約2.72.7103Kg/m103Kg/m3 3) )，僅為銅的三分之一；熔點(diǎn)，僅為銅的三分之一；熔點(diǎn)660660；磁化率低，；

2、磁化率低，接近非磁材料；導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，僅次于銀、銅、金而居第四位。鋁在大氣中其接近非磁材料；導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，僅次于銀、銅、金而居第四位。鋁在大氣中其表面易生成一層致密的表面易生成一層致密的AlAl2 2O O3 3薄膜而阻止進(jìn)一步的氧化，故抗大氣腐蝕能力較強(qiáng)。薄膜而阻止進(jìn)一步的氧化，故抗大氣腐蝕能力較強(qiáng)。純鋁主要用于制作電線、電纜，配制各種鋁合金以及制作要求質(zhì)輕、導(dǎo)熱或耐純鋁主要用于制作電線、電纜，配制各種鋁合金以及制作要求質(zhì)輕、導(dǎo)熱或耐大氣腐蝕但強(qiáng)度要求不高的器具。大氣腐蝕但強(qiáng)度要求不高的器具。工業(yè)純鋁分未加壓力加工產(chǎn)品（鋁錠）和壓力加工產(chǎn)品（鋁材）：工業(yè)純鋁分未加壓力加工產(chǎn)品（鋁錠）和壓力加

3、工產(chǎn)品（鋁材）：按按GB1196-88GB1196-88規(guī)定，鋁錠的牌號(hào)有：規(guī)定，鋁錠的牌號(hào)有：A199.7A199.7、A199.6A199.6、A199.5A199.5、A199A199、A198A198五種。鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于五種。鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99.099.0的鋁材為純鋁，的鋁材為純鋁，按按GB/T16474-1996GB/T16474-1996規(guī)定，鋁材的牌號(hào)有：規(guī)定，鋁材的牌號(hào)有：1070A1070A、10601060、1050A1050A、10351035、12001200等。（即化學(xué)成分近似于舊牌號(hào)等。（即化學(xué)成分近似于舊牌號(hào)L1L1、L2L2、L3L3、L4L4、L5L5

4、），牌號(hào)中數(shù)字越大，表示雜質(zhì)的含量越高。），牌號(hào)中數(shù)字越大，表示雜質(zhì)的含量越高。7.1.27.1.2鋁合金分類鋁合金分類 （1 1）變形鋁合金）變形鋁合金1 1）變形鋁合金牌號(hào)的表示方法）變形鋁合金牌號(hào)的表示方法 變形鋁合金按其主要性能特點(diǎn)可分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁與鍛鋁等。通變形鋁合金按其主要性能特點(diǎn)可分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁與鍛鋁等。通常由冶金廠加工成各種規(guī)格的型材（板、帶、線、管等）產(chǎn)品供應(yīng)。常由冶金廠加工成各種規(guī)格的型材（板、帶、線、管等）產(chǎn)品供應(yīng)。變形鋁合牌號(hào)用（變形鋁合牌號(hào)用（GB/T16474GB/T1647419961996規(guī)定）規(guī)定）2 28 8系列表示。系列表示。牌號(hào)第一位

5、數(shù)字表示組別，按銅、錳、硅、鎂、鎂和硅、鋅，其它元牌號(hào)第一位數(shù)字表示組別，按銅、錳、硅、鎂、鎂和硅、鋅，其它元素的順序來(lái)確定合金組別；牌號(hào)第二位的字母表示原始合金的改型情況素的順序來(lái)確定合金組別；牌號(hào)第二位的字母表示原始合金的改型情況。 如果牌號(hào)第二位的字母是如果牌號(hào)第二位的字母是A A，表示為原始合金，如果是，表示為原始合金，如果是BBY Y的其它字母，則的其它字母，則表示為原始合金的改型合金；牌號(hào)的最后兩位數(shù)字沒(méi)有特殊意義，僅用來(lái)表示為原始合金的改型合金；牌號(hào)的最后兩位數(shù)字沒(méi)有特殊意義，僅用來(lái)區(qū)分同一組中不同的鋁合金。區(qū)分同一組中不同的鋁合金。2 2）防銹鋁合金）防銹鋁合金 防銹鋁合金屬于

6、熱處理不能強(qiáng)化的鋁合金，常采用冷變形方法提防銹鋁合金屬于熱處理不能強(qiáng)化的鋁合金，常采用冷變形方法提高其強(qiáng)度。主要有高其強(qiáng)度。主要有A1-MnA1-Mn、A1-MgA1-Mg合金。錳的作用是固溶強(qiáng)化和提合金。錳的作用是固溶強(qiáng)化和提高抗蝕性能，鎂的作用是固溶強(qiáng)化與降低合金的密度。這類鋁合高抗蝕性能，鎂的作用是固溶強(qiáng)化與降低合金的密度。這類鋁合金具有適中的強(qiáng)度、優(yōu)良的塑性和良好的焊接性，并具有很好的金具有適中的強(qiáng)度、優(yōu)良的塑性和良好的焊接性，并具有很好的抗蝕性，故稱為防銹鋁合金，常用于制造油罐、各式容器，防銹抗蝕性，故稱為防銹鋁合金，常用于制造油罐、各式容器，防銹蒙皮等。常用牌號(hào)有蒙皮等。常用牌號(hào)有

7、5A055A05等。等。 3 3）硬鋁、超硬鋁硬鋁、超硬鋁 硬鋁、超硬鋁都屬于熱處理能強(qiáng)化的鋁合金，其中硬鋁屬于硬鋁、超硬鋁都屬于熱處理能強(qiáng)化的鋁合金，其中硬鋁屬于A1-Cu-A1-Cu-MgMg系，超硬鋁屬于系，超硬鋁屬于Al-Cu-Mg-ZnAl-Cu-Mg-Zn系。鋁中加入銅、鎂、鋅等是為了得系。鋁中加入銅、鎂、鋅等是為了得到熱處理所必須的強(qiáng)化相。牌號(hào)到熱處理所必須的強(qiáng)化相。牌號(hào)2A012A01硬鋁有很好的塑性，大量用于硬鋁有很好的塑性，大量用于制造鉚釘。飛機(jī)上常用鉚釘?shù)挠蹭X牌號(hào)為制造鉚釘。飛機(jī)上常用鉚釘?shù)挠蹭X牌號(hào)為2A102A10。它比。它比2A012A01銅的含量銅的含量稍高，鎂的含

8、量低，塑性好，且孕育期長(zhǎng)，又有較高的抗剪強(qiáng)度。稍高，鎂的含量低，塑性好，且孕育期長(zhǎng)，又有較高的抗剪強(qiáng)度。牌號(hào)牌號(hào)2A112A11硬鋁既有相當(dāng)高的硬度又有足夠的塑性，在儀器、儀表及硬鋁既有相當(dāng)高的硬度又有足夠的塑性，在儀器、儀表及飛機(jī)制造成中獲得廣泛的應(yīng)用。牌號(hào)為飛機(jī)制造成中獲得廣泛的應(yīng)用。牌號(hào)為7A047A04超硬鋁，多用于制造飛超硬鋁，多用于制造飛機(jī)上受力大的結(jié)構(gòu)零件，如起落、大梁等。機(jī)上受力大的結(jié)構(gòu)零件，如起落、大梁等。4 4）鍛鋁合金）鍛鋁合金 鍛鋁合金大多是鍛鋁合金大多是A1-Mg-Si-CuA1-Mg-Si-Cu系，含合金元素較少，有良好的熱塑系，含合金元素較少，有良好的熱塑性和耐蝕

9、性，適于用壓力加工來(lái)制造各種零件，有較高的機(jī)械性性和耐蝕性，適于用壓力加工來(lái)制造各種零件，有較高的機(jī)械性能。一般鍛造后再經(jīng)固溶處理和時(shí)效處理。常用牌號(hào)能。一般鍛造后再經(jīng)固溶處理和時(shí)效處理。常用牌號(hào)2A502A50、2A702A70等。等。（2 2）鑄造鋁合金）鑄造鋁合金 1 1）鑄造鋁合金牌號(hào)的表示方法）鑄造鋁合金牌號(hào)的表示方法鑄造鋁合金中有一定數(shù)量的共晶組織，故具有良好的鑄造性能，但塑性差，鑄造鋁合金中有一定數(shù)量的共晶組織，故具有良好的鑄造性能，但塑性差，常采用變質(zhì)處理和熱處理的辦法提高其機(jī)械性能。鑄造鋁合金可分為常采用變質(zhì)處理和熱處理的辦法提高其機(jī)械性能。鑄造鋁合金可分為A1-SiA1-S

10、i系、系、A1-CuA1-Cu系、系、A1-MgA1-Mg系和系和A1-ZnA1-Zn系四大類。系四大類。 鑄造鋁合金代號(hào)用鑄造鋁合金代號(hào)用“ZL”ZL”（鑄鋁）及三位數(shù)字表示。第一位數(shù)字表示（鑄鋁）及三位數(shù)字表示。第一位數(shù)字表示合金類別（如合金類別（如1 1表示鋁表示鋁- -硅系，硅系，2 2表示鋁表示鋁- -銅系，銅系，3 3表示鋁表示鋁- -鎂系，鎂系，4 4表表示鋁示鋁- -鋅系等）；后兩位數(shù)字為順序號(hào)，順序號(hào)不同，化學(xué)成分不同。鋅系等）；后兩位數(shù)字為順序號(hào)，順序號(hào)不同，化學(xué)成分不同。2 2）Al-SiAl-Si系合金系合金 A1-SiA1-Si系鑄造鋁合金又稱硅鋁明，是鑄造鋁合金中應(yīng)

11、用最廣泛的系鑄造鋁合金又稱硅鋁明，是鑄造鋁合金中應(yīng)用最廣泛的一類。這種合金流動(dòng)性好，熔點(diǎn)低，熱裂傾向小，耐蝕性和耐一類。這種合金流動(dòng)性好，熔點(diǎn)低，熱裂傾向小，耐蝕性和耐熱性好，易氣焊。但粗大的硅晶體嚴(yán)重降低合金的機(jī)械性能。熱性好，易氣焊。但粗大的硅晶體嚴(yán)重降低合金的機(jī)械性能。因此生產(chǎn)中常采用因此生產(chǎn)中常采用“變質(zhì)處理變質(zhì)處理”提高合金的機(jī)械性能。提高合金的機(jī)械性能。 3 3）其它鑄造鋁合金）其它鑄造鋁合金 A1-CuA1-Cu鑄造鋁合金耐熱性好，但由于其鑄造性能不好，有熱裂和疏松傾向，鑄造鋁合金耐熱性好，但由于其鑄造性能不好，有熱裂和疏松傾向，耐蝕性差，比強(qiáng)度低于一般優(yōu)質(zhì)硅鋁明，故有被其它鑄造

12、鋁合金取代的趨耐蝕性差，比強(qiáng)度低于一般優(yōu)質(zhì)硅鋁明，故有被其它鑄造鋁合金取代的趨勢(shì)。常用牌號(hào)有勢(shì)。常用牌號(hào)有ZL201ZL201、ZL202ZL202。A1-MgA1-Mg鑄造鋁合金耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度小鑄造鋁合金耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度小( (為為2.552.55103kg/m103kg/m3 3) )，但其，但其鑄造性能差，耐熱性低，熔鑄工藝復(fù)雜，時(shí)效強(qiáng)化效果小，常用牌號(hào)有鑄造性能差，耐熱性低，熔鑄工藝復(fù)雜，時(shí)效強(qiáng)化效果小，常用牌號(hào)有ZL301ZL301，ZL302ZL302。A1-ZnA1-Zn鑄造鋁合金鑄造性能好，鑄態(tài)下可自然時(shí)效，是一種鑄態(tài)下高強(qiáng)度鑄造鋁合金鑄造性能好，鑄態(tài)下可自然時(shí)效

13、，是一種鑄態(tài)下高強(qiáng)度合金，價(jià)格是鋁合金中最便宜的，但耐蝕性差，熱裂傾向大，有應(yīng)力腐蝕合金，價(jià)格是鋁合金中最便宜的，但耐蝕性差，熱裂傾向大，有應(yīng)力腐蝕斷裂傾向，密度大。常用牌號(hào)有斷裂傾向，密度大。常用牌號(hào)有ZL40lZL40l、ZL402ZL402。 7.2銅及銅合金銅及銅合金7.2.1工業(yè)純銅工業(yè)純銅 銅是貴重有色金屬。工業(yè)純銅又稱紫銅，密度為銅是貴重有色金屬。工業(yè)純銅又稱紫銅，密度為8.968.96103kg/m3103kg/m3，熔點(diǎn)為，熔點(diǎn)為l083l083。純銅具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，其晶體結(jié)構(gòu)為面心立方晶格，因。純銅具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，其晶體結(jié)構(gòu)為面心立方晶格，因而塑性好，容易進(jìn)

14、行冷熱加工。同時(shí)純銅有較高的耐蝕性，在大氣、海水而塑性好，容易進(jìn)行冷熱加工。同時(shí)純銅有較高的耐蝕性，在大氣、海水中及不少酸類中皆能耐蝕。但其強(qiáng)度低，強(qiáng)度經(jīng)冷變形后可以提高，但塑中及不少酸類中皆能耐蝕。但其強(qiáng)度低，強(qiáng)度經(jīng)冷變形后可以提高，但塑性顯著下降。性顯著下降。工業(yè)純銅按雜質(zhì)含量可分為工業(yè)純銅按雜質(zhì)含量可分為T1T1、T2T2、T3T3、T4T4四種。四種?！癟”T”為銅的漢語(yǔ)拼為銅的漢語(yǔ)拼音字頭，其后數(shù)字越大，純度越低。如音字頭，其后數(shù)字越大，純度越低。如T1T1的的 CuCu99.9599.95，而，而T4T4的的 CuCu99.5099.50，余為雜質(zhì)含量。，余為雜質(zhì)含量。純銅一般不作

15、結(jié)構(gòu)材料使用，主要用于制造電線、電纜、導(dǎo)熱零件及純銅一般不作結(jié)構(gòu)材料使用，主要用于制造電線、電纜、導(dǎo)熱零件及配制銅合金。配制銅合金。7.2.27.2.2銅合金銅合金1 1、黃銅、黃銅 黃銅是以鋅為主要合金元素的銅鋅合金。黃銅是以鋅為主要合金元素的銅鋅合金。 按化學(xué)成分分為普通黃銅和特殊黃銅兩類：按化學(xué)成分分為普通黃銅和特殊黃銅兩類：普通黃銅由銅與鋅組成的二元合金。它的色澤美觀，對(duì)海水和大氣腐蝕有普通黃銅由銅與鋅組成的二元合金。它的色澤美觀，對(duì)海水和大氣腐蝕有很好的抗力。黃銅的機(jī)械性能與含很好的抗力。黃銅的機(jī)械性能與含ZnZn量有關(guān)。當(dāng)量有關(guān)。當(dāng) Zn30Zn303232時(shí)，組織為時(shí)，組織為單相

16、黃銅。單相黃銅塑性好，適宜于冷、熱壓力加工。當(dāng)單相黃銅。單相黃銅塑性好，適宜于冷、熱壓力加工。當(dāng) Cu32Cu32后，后，組織為組織為 雙相黃銅，適宜于熱壓力加工。當(dāng)雙相黃銅，適宜于熱壓力加工。當(dāng) Cu45Cu45后，銅合金組織后，銅合金組織全部為全部為 相，強(qiáng)度與塑性急劇下降，此時(shí)的合金已無(wú)使用價(jià)值。相，強(qiáng)度與塑性急劇下降，此時(shí)的合金已無(wú)使用價(jià)值。常用的常用的 單相黃銅有單相黃銅有H80H80、H70H70等。等?！癏”H”為為“黃黃”的漢語(yǔ)拼音字首，數(shù)字表的漢語(yǔ)拼音字首，數(shù)字表示平均含示平均含CuCu量。量。H80H80色澤好，可以用來(lái)制造裝飾品。色澤好，可以用來(lái)制造裝飾品。H70H70強(qiáng)

17、度高、塑性好，強(qiáng)度高、塑性好，可用深沖壓的方法制造彈殼、散熱器、墊片等零件。常用的可用深沖壓的方法制造彈殼、散熱器、墊片等零件。常用的 + + 雙相黃銅雙相黃銅有有H62H62、H59H59，它們具有較高的強(qiáng)度與耐蝕性，且價(jià)格便宜，主要用于熱壓、，它們具有較高的強(qiáng)度與耐蝕性，且價(jià)格便宜，主要用于熱壓、熱軋零件。熱軋零件。為改善黃銅的某些性能，常加入少量為改善黃銅的某些性能，常加入少量A1A1、MnMn、SnSn、SiSi、PbPb、NiNi等合金元素，等合金元素，形成特殊黃銅。合金元素能分別提高銅合金的機(jī)械性能形成特殊黃銅。合金元素能分別提高銅合金的機(jī)械性能(A1(A1、MnMn、Si)Si)

18、、耐蝕性、耐蝕性(A1(A1、MnMn、SnSn) )和抗磨性和抗磨性( (當(dāng)當(dāng)SiSi和和PbPb共存時(shí)共存時(shí)) )等。等。PbPb還能改善切削加工性，還能改善切削加工性，F(xiàn)eFe可細(xì)可細(xì)化晶粒，化晶粒，NiNi能使銅合金的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向降低。能使銅合金的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向降低。特殊黃銅的代號(hào)是在特殊黃銅的代號(hào)是在“H”H”之后標(biāo)以主加元素的化學(xué)符號(hào)，并在其后標(biāo)以之后標(biāo)以主加元素的化學(xué)符號(hào)，并在其后標(biāo)以銅及合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例銅及合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例HPb59-1HPb59-1表示表示 Cu=59Cu=59、 PbPb=1=1，余量為，余量為 ZnZn的鋁黃銅。的鋁黃銅。2 2、青銅、青

19、銅 青銅原指青銅原指Cu-SnCu-Sn合金。但逐漸地把除鋅以外的其它元素的銅基合金，合金。但逐漸地把除鋅以外的其它元素的銅基合金，也稱為青銅。也稱為青銅。所以青銅包含有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅和鉛青銅等。所以青銅包含有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅和鉛青銅等。1 1）青銅牌號(hào)的表示方法）青銅牌號(hào)的表示方法青銅的代號(hào)為：青銅的代號(hào)為：“Q(Q(青青)+)+主加元素符號(hào)及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)主加元素符號(hào)及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)+ +其它元素符號(hào)及質(zhì)量分?jǐn)?shù)其它元素符號(hào)及質(zhì)量分?jǐn)?shù)”鑄造青銅則在代號(hào)（牌號(hào)）前加鑄造青銅則在代號(hào)（牌號(hào)）前加“ZCu”ZCu”。2 2）錫青銅）錫青銅 是以是以SnSn為主加入元素的銅合金

20、。錫青銅的機(jī)械性能與含為主加入元素的銅合金。錫青銅的機(jī)械性能與含SnSn量有關(guān)。當(dāng)量有關(guān)。當(dāng) Sn5Sn56 6時(shí)，隨著含時(shí)，隨著含SnSn量的增加，合金的強(qiáng)度和塑性都增加。當(dāng)量的增加，合金的強(qiáng)度和塑性都增加。當(dāng) SnSn6 6時(shí)，強(qiáng)度還繼續(xù)增高，但塑性急劇下降。當(dāng)含時(shí)，強(qiáng)度還繼續(xù)增高，但塑性急劇下降。當(dāng)含SnSn量大于量大于2020時(shí)，強(qiáng)度顯時(shí)，強(qiáng)度顯著下降，合金變得很脆，故工業(yè)用錫青銅的著下降，合金變得很脆，故工業(yè)用錫青銅的 SnSn一般等于一般等于3 31414。 Sn5Sn5的錫青銅具有良好的塑性和一定的強(qiáng)度，適于壓力加工。的錫青銅具有良好的塑性和一定的強(qiáng)度，適于壓力加工。 Zn10Z

21、n10的的錫青銅，由于塑性差只適于鑄造。錫青銅，由于塑性差只適于鑄造。 錫青銅的耐腐蝕性比純銅和黃銅都高，特別是在大氣、海水等環(huán)境中。錫青銅的耐腐蝕性比純銅和黃銅都高，特別是在大氣、海水等環(huán)境中。抗磨性能也高，多用于制造軸瓦、軸套等耐磨零件。抗磨性能也高，多用于制造軸瓦、軸套等耐磨零件。 3 3）鋁青銅）鋁青銅 鋁青銅是以鋁為主加元素的銅合金，它不僅價(jià)格低廉，且強(qiáng)度、耐磨性、耐鋁青銅是以鋁為主加元素的銅合金，它不僅價(jià)格低廉，且強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性及耐熱性比黃銅和錫青銅都高，還可進(jìn)行熱處理蝕性及耐熱性比黃銅和錫青銅都高，還可進(jìn)行熱處理( (淬火、回火淬火、回火) )強(qiáng)化。當(dāng)強(qiáng)化。當(dāng)含含A1A1量

22、小于量小于5 5時(shí)，強(qiáng)度很低，塑性高；當(dāng)含時(shí)，強(qiáng)度很低，塑性高；當(dāng)含A1A1量達(dá)到量達(dá)到1212時(shí)，塑性已很差，時(shí)，塑性已很差，加工困難。故實(shí)際應(yīng)用的鋁青銅的加工困難。故實(shí)際應(yīng)用的鋁青銅的 AlAl一般在一般在5 51010之間。當(dāng)之間。當(dāng) AlAl5 57 7時(shí)，塑性最好，適于冷變形加工。當(dāng)時(shí)，塑性最好，適于冷變形加工。當(dāng) AlAl1010左右時(shí)，常用于鑄造。左右時(shí)，常用于鑄造。鋁青銅在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機(jī)酸中具有比黃銅和錫青銅更高鋁青銅在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機(jī)酸中具有比黃銅和錫青銅更高的抗蝕性。因此鋁青銅是無(wú)錫青銅中應(yīng)用最廣的一種，也是錫青銅的重的抗蝕性。因此鋁青銅是無(wú)錫青銅中應(yīng)用最廣的一種，也是錫青銅的重要代用品，缺點(diǎn)是其焊接性能較差。鑄造鋁青銅常用來(lái)制造強(qiáng)度及耐磨要代用品，缺點(diǎn)是其焊接性能較差。鑄造鋁青銅常用來(lái)制造強(qiáng)度及耐磨性要求較高的摩擦零件，如齒輪、軸套、蝸輪等。性要求較高的摩擦零件，如齒輪、軸套、蝸輪等。4