g第九章 非鐵金屬及其合金

第九章非鐵金屬及其合金姜波在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把鐵及其合金稱為黑色金屬，把其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。有色金屬的產(chǎn)量和用量不如黑色金屬多，但由于其具有許多優(yōu)良的特性，如特殊的電、磁、熱性能，耐蝕性能及高的比強(qiáng)度（強(qiáng)度與密度之比）等，已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料。第一節(jié)鋁及鋁合金變形鋁合金的牌號表示方法一：四位數(shù)字體系牌號第一位數(shù)字：表示鋁及鋁合金的組別（主加元素），１純Al、２Cu、３Mn、４Si、5Mg、6MgSi、7Zn、8其他元素、9備用合金組第二位數(shù)字（或字母）純鋁及鋁合金的改型情況。0或字母A表示原始純鋁及合金，1～9或B～Y表示改型情況，如70XX或7AXX最后兩位數(shù)字用來標(biāo)示同一系列中的不同合金，如7A04純鋁的表示方法當(dāng)鋁含量不低于99.00%時(shí)，其牌號用1XXX表示。牌號的最后兩位數(shù)字表示最低鋁含量，當(dāng)最低鋁含量精確至0.01%時(shí)，牌號的最后兩位數(shù)字就是最低鋁含量百分?jǐn)?shù)中小數(shù)點(diǎn)后面的兩位。牌號第二位的字母表示原始純鋁的改型情況。如果第二位的字母為A，則表示為原始純鋁；如果是B~Y的其他字母，則表示為原始純鋁的改型；與原始純鋁相比，其元素含量略有改變1A501L50鋁合金的牌號命名法鋁合金的牌號用2XXX~8XXX來表達(dá)。牌號的最后兩位沒有特殊的意義，僅用來區(qū)分同一組中不同的鋁合金。牌號第二位的字母表示原始純鋁的改型情況。如果牌號第二位的字母為A，則表示為原始合金；如果是B~Y的其他字母，則表示為原始合金的改型合金；改型合金與原始合金相比，其元素含量略有改變5A022B16國際四位數(shù)字體系牌號簡介牌號及成分注冊登記秘書處設(shè)在美國鋁業(yè)協(xié)會(huì)AA國際四位數(shù)字體系牌號組別的劃分第1位數(shù)字表示組別，純鋁（含量不低于99.00%），1XXXCu，2XXXMn，3XXXSi，4XXXMg，5XXXMgSi，6XXXZn，7XXX其他元素，8XXX備用組，9XXX國際四位數(shù)字體系1XXX牌號系列1XXX組表示純鋁，其鋁含量不低于99.00%；最后兩位數(shù)字表示最低鋁百分含量中小數(shù)點(diǎn)后面的兩位；牌號的第2位數(shù)字表示合金元素或雜質(zhì)含量極限的控制情況；如果第2位為0，則表示其雜質(zhì)極限含量無特殊控制；如果是1~9，則表示對一項(xiàng)或一項(xiàng)以上的單個(gè)雜質(zhì)或合金元素極限含量有特殊控制國際四位數(shù)字體系2XXX~8XXX牌號系列2XXX~8XXX牌號中的最后兩位數(shù)字沒有特殊意義，僅用來識別同一組中的不同合金；其第2位表示改型情況。如果第2位為0，則表示為原始合金；如果是1~9，則表示為改型合金。國際四位數(shù)字體系國家間相似鋁及鋁合金牌號國家間相似鋁及鋁合金表示某一國家新注冊的，與已注冊的某牌號成分相似的純鋁或鋁合金。國家間相似鋁及鋁合金采用與其成分相似的四位數(shù)字牌號后綴一個(gè)大寫英文字母（按國際字母表的順序，由A開始依次選用，但I(xiàn)、O、Q除外）來命名一、純鋁純鋁具有銀白色金屬光澤，密度?。?.72），熔點(diǎn)低（660.4℃），導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。抗大氣腐蝕性能好，易于加工成形。具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。工業(yè)純鋁一般定為純度為99.0％～99.9％的鋁，中國定為純度為98.8％～99.7％的鋁。中國塑性變形加工工業(yè)純鋁牌號有1080、1080A、1070、107000A(L1)、1370、1060(L2)、1050、1050A(L3)、1A50(LB2)、1350、1145、1035(L4)、1A30(L4-1)、1100(L5-1)、1200(L-5)、1235等。鐵和硅是其主要雜質(zhì)，并按牌號數(shù)字增加而遞增。純鋁中雜質(zhì)含量增加，純鋁的性能有所下降。

二、鋁合金的分類及熱處理鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。1.鋁合金的分類鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為可熱處理強(qiáng)化和不可熱處理強(qiáng)化兩類。鋁合金分類示意圖鋁合金既具有高強(qiáng)度又保持純鋁的優(yōu)良特性。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。

鋁合金型材鋁鑄件2.鋁合金的熱處理可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金的熱處理方法：固溶處理+時(shí)效。固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。時(shí)效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。在室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱自然時(shí)效；在加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效稱人工時(shí)效。時(shí)效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。溫度一定時(shí),隨時(shí)效時(shí)間延長,時(shí)效曲線上出現(xiàn)峰值,超過峰值時(shí)間,析出相聚集長大,強(qiáng)度下降,為過時(shí)效。隨時(shí)效溫度提高，峰值強(qiáng)度下降，出現(xiàn)峰值的時(shí)間提前。含4%Cu鋁合金的時(shí)效曲線

三、常用變形鋁合金常用變形鋁合金分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛鋁合金。防銹鋁合金屬于不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金冷凝器GB3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為：防銹鋁合金：LF+序號硬鋁合金：LY+序號超硬鋁合金：LC+序號鍛鋁合金：LD+序號鋁合金波紋管鋁合金制品1.防銹鋁主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg的主要作用是提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強(qiáng)化作用。防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，常利用加工硬化提高其強(qiáng)度。衛(wèi)星天線（LF2）汽化器（熱交換管為LF21）常用的Al-Mn系合金有

LF21（3A21）其抗蝕性和強(qiáng)度高于純鋁，用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有

LF5（5A05）其密度比純鋁小，強(qiáng)度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。

2.硬鋁主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，也可進(jìn)行變形強(qiáng)化。強(qiáng)度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)取ｏw機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)3.超硬鋁屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時(shí)效強(qiáng)化效果超過硬鋁合金。熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)的大梁、起落架等。飛機(jī)主起落架4.鍛鋁Al-Cu-Mg-Si系合金可鍛性好，力學(xué)性能高，用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等。Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金常用牌號有LD7（2A70）、LD8（2A80）、LD9（2A90）等。用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機(jī)葉片、超音速飛機(jī)蒙皮等。壓氣機(jī)葉片葉導(dǎo)輪美F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)

（所用材料大部分是鋁合金）四、鑄造鋁合金

Al-Si系：代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號Al-Zn系：代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號1.Al-Si系鑄造鋁合金

又稱硅鋁明。其中ZL102（ZAlSi12）是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明。在普通鑄造條件下，ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和固溶體組成，強(qiáng)度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，得到細(xì)小均勻的共晶體加一次固溶體組織，以提高性能。未變質(zhì)處理

經(jīng)變質(zhì)處理

ZL102的鑄態(tài)組織加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復(fù)雜(或特殊)硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。用于制造飛機(jī)、儀表、電動(dòng)機(jī)殼體、汽缸體、風(fēng)機(jī)葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞等?；钊?裙部為鋁硅合金)2.Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強(qiáng)度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差。常用代號有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強(qiáng)零件，如內(nèi)燃機(jī)汽缸頭、汽車活塞等。汽缸頭3.Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度??；但鑄造性能差，耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等。主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。鼓風(fēng)機(jī)用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)4.Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強(qiáng)度較高，可自然時(shí)效強(qiáng)化；但密度大，耐蝕性較差，熱裂傾向大。常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等。主要用于制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車、飛機(jī)、儀器零件。大型空壓機(jī)活塞(ZL401)國內(nèi)外常用鋁及鋁合金牌號對照表類別中國美國英國日本法國德國前蘇聯(lián)GBASTMBSJISNFDINГОСТ工業(yè)純鋁1A991199

A199.99RA991A97

A199.98RA971A95

A951A80

1080(1A)10801080AA199.90A81A5010501050(1B)10501050AA199.50A5國內(nèi)外常用鋁及鋁合金牌號對照表類別中國美國英國日本法國德國前蘇聯(lián)GBASTMBSJISNFDINГОСТ防銹鋁5A025052NS450525052A1Mg2.5Amg5A03

NS5

AMg35A055056NB65056

A1Mg5AMg5V5A305456NG6155565957

硬鋁2A012036

21172117AlCu2.5Mg0.5D182A11

HF1520172017SAlCuMg1D1

2A122124

20242024AlCuMg2D16AVTV2B162319

國內(nèi)外常用鋁及鋁合金牌號對照表類別中國美國英國日本法國德國前蘇聯(lián)GBASTMBSJISNFDINГОСТ鍛鋁2A80

2N01

AK42A902218

2018

AK22A142014

20142014AlCuSiMnAK8超硬鋁7A097175

70757075AlZnMgCu1.5V95P國內(nèi)外常用鋁及鋁合金牌號對照表類別中國美國英國日本法國德國前蘇聯(lián)GBASTMBSJISNFDINГОСТ

鑄造鋁合金

ZAlSi7Mn356.2LM25AC4C

G-AlSi7Mg

ZAlSi12413.2LM6AC3AA-S12-Y4G-Al12AL2ZAlSi5Cu1Mg355.2

AL5ZAlSi2Cu2Mg1413.0

AC8A

G-Al12(Cu)

ZAlCu5Mn

AL19ZAlCu5MnCdVA201.0

ZAlMg10520.2LM10

AG11G-AlMg10AL8ZAlMg5Si

G-AlMg5SiAL13一、純銅純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。1.純銅的性能

純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。第二節(jié)銅及其合金

2.純銅的牌號及用途純銅的牌號用“T+順序號”表示，如T1、T2、T3等?！癟”代表純銅，后面的順序號越大，則其純度就越低。純銅由于強(qiáng)度硬度低，不宜制作結(jié)構(gòu)零件，主要用于制造電線、電纜、銅管以及用作冶煉銅合金的原料。

銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強(qiáng)度，又保持了純銅特性。銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。銅管銅冷卻器二、黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅按化學(xué)成分可分為普通黃銅和特殊黃銅。按工藝可分為加工黃銅和鑄造黃銅。法蘭閥閘閥1、普通黃銅銅與鋅的二元合金稱為普通黃銅。加工普通黃銅的牌號為：H（黃）+表示銅平均百分含量的數(shù)字，如H68。從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有和+’兩種組織，分別稱單相黃銅和兩相黃銅。普通黃銅的顯微組織

單相黃銅

兩相黃銅

單相黃銅塑性好。常用牌號有H80、H70、H68。適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。兩相黃銅熱塑性好，強(qiáng)度高。常用牌號有H59、H62。適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導(dǎo)管、散熱器等。冷凝器管汽車機(jī)油泵襯套2、特殊黃銅在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黃銅。加工特殊黃銅的牌號為：H（黃）+主加元素符號（Zn除外）+銅平均百分含量+主加元素平均百分含量，如HPb59-1。特殊黃銅強(qiáng)度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。

黃銅制品常用牌號有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe95-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，