《金屬材料工程概論（第2版）》10有色金屬及合金課件

10有色金屬及合金除鐵、鉻、錳及其合金之外的其他金屬均屬有色金屬。特點及應用：

（1）具有相對密度小、比強度高

飛機制造、汽車制造、船舶制造

（2）導電性和導熱性優(yōu)良

電氣工業(yè)和儀表工業(yè)制造

（3）耐高溫性

在1300℃以上使用的高溫零件及電真空元件本章主要內容10.1有色金屬及生產(chǎn)110.2銅及銅合金210.4鎂及鎂合金410.3鋁及鋁合金3有色金屬的分類輕有色金屬：相對密度在4.5以下。

鋁、鎂、鈦、鈉、鈣、鉀等。熔鹽電解及金屬熱還原法提取。重有色金屬：相對密度在4.5以上。

銅、鎳、鈷、鉛、鋅、錫、銻、汞、鎘等?；鸱ㄒ睙捄蜐穹ㄒ睙挕?/p>

10.1有色金屬及生產(chǎn)稀有金屬：在地殼中分布不廣，而且又很分散，難于冶煉，工業(yè)上應用較晚。鋯、釩，鋰、鈹、鉛、鋅、錫、汞等。按其物理化學性質、提取的方法及在地殼中存在的特征又可分為以下五類。(1)稀有輕金屬：鋰、銣、銫、鈹?shù)?。特點是比重輕，如鋰比重為0.53，是最輕的金屬。(2)稀有高熔點金屬：鎢、鉬、鉭、鈮、鋯、鉿、釩、錸等。其特點是硬度高，抗蝕性強，熔點高。

10.1有色金屬及生產(chǎn)10.1有色金屬及生產(chǎn)(3)稀有分散金屬：鎵、銦、鉈、鍺、硒、碲等。特點是在地殼中很分散，大多數(shù)沒有形成單獨的礦物和礦床。(4)稀土金屬：鈧、釔，鑭及鑭系元素。特點是各種稀土金屬一起伴生于礦物中。(5)稀有放射性金屬：錒及錒系元素(釷、鏷、鈾等)，是原子能工業(yè)的主要原料。

貴金屬：金、銀及鉑族金屬(鉑、鈀、釘、銠、銥、娥)。金和銀一直是當作貨幣儲備的。10.1有色金屬及生產(chǎn)生產(chǎn)比較復雜1)采礦和選礦

有色金屬在礦石中的含量低，需要原礦石多2)冶煉

火法冶金、濕法冶金和電冶金。3）加工

軋制、擠壓、拉伸、鍛造、等靜壓加工、擴散焊接、超塑成型等方法4）綜合利用回收有色金屬許多稀有金屬沒有單純礦床，主要是從鋼鐵、有色金屬及化工廠的廢料、廢氣中綜合回收。10.2銅及銅合金

銅及銅合金概述：銅是人類最早使用的金屬，即從銅器時代人類就應用銅。

銅的強度低，硬度低，限制了工程應用

高導電性和導熱率，易于成型，良好的耐蝕性。工業(yè)純銅純度99．70％～99.95％

玫瑰紅色的金屬，表面形成氧化亞銅(Cu2O)膜后呈紫色，故又稱紫銅。

密度為8.96g／cm3，熔點為1083℃，

具有面心立方晶格，無同素異晶轉變。

優(yōu)點是具有良好的導電性、導熱性及良好的耐蝕性(抗大氣及海水腐蝕)。銅還具有抗磁性。10.2銅及銅合金強度不高(σb＝230～240MPa)，硬度低，塑性高。冷塑性變形后，可以使銅的強度提高到400～500MPa，但延伸率急劇下降到2％左右。分類：冶煉產(chǎn)品(銅錠、電解銅)和壓力加工產(chǎn)品(銅材)兩種。應用：制作導體和抗磁性干擾的儀器、儀表零件以及配制銅合金等。10.2銅及銅合金黃銅以鋅為主加元素的銅合金稱為黃銅，其相圖如圖10-1所示。圖10-1Cu-Zn相圖圖10-2Cu-Zn合金的顯微組織，OM黃銅分類：普通黃銅和特殊黃銅。1)普通黃銅不含其它合金元素的黃銅稱為普通黃銅。α黃銅具有優(yōu)良的塑性、焊接性和鍛造性，適宜于冷加工。β相是以電子化合物CuZn為基的固溶體，具有體心立方晶格，其塑性良好，β相在453℃～468℃時，將發(fā)生有序化轉變，即銅鋅原子由雜亂無序分布轉變?yōu)榉謩e占據(jù)頂角和體心位置有序分布的固溶體。圖為H62普通黃。銅棒材2）特殊黃銅在銅鋅二元合金的基礎上再加入其它合金元素，就形成特殊黃銅。加入其它合金元素是為了改善黃銅的力學性能、抗蝕性能以及鑄造性能。鋁黃銅

鋁能提高黃銅的耐蝕性，也能提高其強度、硬度，但降低塑性。鋁黃銅主要用來制造船舶上要求具有高強度、高耐蝕性零件。

硅黃銅

硅可降低黃銅的裂紋敏感性，并能顯著提高黃銅的強度、耐磨性、鑄造性能和焊接性能。硅黃銅主要用來制造船舶及化工機械零件。鉛黃銅

鉛對黃銅的強度影響不大，但能提高其耐磨性，并可改善黃銅的切削加工性。鉛黃銅主要用來制造要求耐磨性和切削加工性能較好的零件，如軸承等。錳黃銅

錳可提高黃銅的強度和彈性極限，并且不降低塑性。錳還可提高黃銅在海水中和過熱蒸汽中的抗蝕性能。錳黃銅主要用來制作耐蝕零件等。錫黃銅

錫可提高黃銅在海水中和海洋大氣中的抗蝕性能。并能改善黃銅的切削加工性能。錫黃銅主要用來制造船舶零件。圖為HSn62-1特殊黃銅棒材鐵黃銅·鐵可提高黃銅的力學性能和耐磨性。如果再加入少量的錳，可提高黃銅的耐蝕性。鐵黃銅一般用來制作要求耐磨、耐大氣和海水腐蝕的零件。鎳黃銅

鎳可提高黃銅的力學性能、熱強性和耐蝕性。也可改善其壓力加工性能，并能降低黃銅的裂紋敏感性。鎳黃銅主要用來制作電機及船舶零件。特殊黃銅的牌號表示方法是“H”加上主加元素符號(除鋅以外)加上銅含量再加上主加元素含量。如HSi80-3表示含銅為80％、含硅為3％(余量為鋅)的硅黃銅。如是鑄造產(chǎn)品，則在其前加上字母“Z”即可。黃銅的主要熱處理：低溫退火和再結晶退火。

低溫退火

低溫退火的主要目的是消除內應力，防止黃銅應力腐蝕破裂及切削加工過程中的變形。退火加熱溫度為200℃～300℃。

再結晶退火

黃銅的再結晶退火目的是消除加工硬化和恢復塑性。黃銅的再結晶溫度約為300℃～400℃，因此常用的再結晶退火溫度為500℃～700℃。青銅早期，人們把以錫為主加元素的銅錫合金稱為青銅。近年來，工業(yè)上應用了大量的含鋁、硅、鈹、錳、鉛等的銅基合金，習慣上統(tǒng)稱為青銅。為了區(qū)別起見，分別稱為鋁青銅、硅青銅、鈹青銅等。圖為QSn-3普通青銅棒材青銅的牌號：用“青”字的漢語拼音第一個字母“Q”加上主加元素的化學符號和其百分含量再加上其它元素的百分含量來表示。如是鑄造產(chǎn)品，則在牌號前加“Z”字。如QAl5表示含鋁量為5％的鋁青銅；ZQSnl0—l表示含錫為10％，其它合金元素的含量為1％的鑄造錫青銅。白銅定義：以鎳為主要添加元素的銅基合金，稱鎳白銅，呈銀白色，有金屬光澤，故名白銅。（鎳含量一般為25%）性能及應用：

（1）耐蝕性優(yōu)異，且易于塑型、加工和焊接，廣泛用于造船、石油、化工、建筑、電力、精密儀表、醫(yī)療器械、樂器制作等部門作耐蝕的結構件。（2）某些白銅還有特殊的電學性能，可制作電阻元件、熱電偶材料和補償導線。非工業(yè)用白銅主要用來制作裝飾工藝品。

10.3鋁及鋁合金工業(yè)純鋁的主要特性銀白色金屬光澤的金屬，地殼中儲量最多的一種元素，約占地殼總重量的8.2％，工業(yè)上冶煉鋁應用電解制鋁，其純度為99.7％～98％。

性能特點：它的相對密度小(2.72)，熔點低(660.4℃)，沸點高(2477℃)。具有面心立方晶格，無同素異構轉變。純鋁耐大氣和淡水耐蝕性好，耐堿和鹽水腐蝕性差。純鋁具有良好的低溫性能。純鋁易于鑄造，易于切削，易通過壓力加工制成各種規(guī)格的半成品。鋁具有良好的導電性和導熱性。不能熱處理強化的變形鋁合金：固溶體成分不隨溫度而改變，不能熱處理強化，稱為不能熱處理強化的變形鋁合金；可熱處理強化的變形鋁合金：其固溶體成分隨溫度變化而變化，可用熱處理強化，稱為可熱處理強化的變形鋁合金。鋁合金的分類鋁合金的時效強化固溶處理：把鋁合金加熱到固相線溫度以下，保溫一定時間，然后將其迅速淬入水中冷卻，使之成為單相的過飽和固溶體。時效強化或時效：合金在室溫下放置或低溫加熱時，因第二相析出，使強度、硬度明顯提高。這種現(xiàn)象稱為時效強化或時效。自然時效：室溫放置過程中使合金產(chǎn)生強化的效應稱為自然時效；人工時效：重新加熱過程中使合金產(chǎn)生強化的效應稱為人工時效。變形鋁合金按性能和用途可分為：

防銹鋁合金Al—Mg系或Al—Mn系合金；制作容器、管道、鉚釘?shù)葓D為防銹鋁帶硬鋁合金也稱杜拉鋁鋁-銅-鎂系合金。經(jīng)熱處理后，強度從200N/mm2可增加到400N/mm2，耐蝕性較防銹鋁差，使用時外包一層純鋁，可提高防蝕能力。

超硬鋁合金是鋁-銅-鎂-鋅系合金。經(jīng)熱處理強化后，強度超過硬鋁，達600N/mm2，耐蝕性差，使用時常外包純鋁圖為硬鋁棒材圖為超硬鋁帶鍛鋁合金鋁-銅-鎂-硅系合金。機械性能與硬鋁相近，熱塑性、耐蝕性較高，適宜鍛造。

鑄造鋁合金

發(fā)動機的缸蓋、進氣歧管、活塞、輪轂、轉向助力器殼體圖為某公司的客車鍛造鋁圈10.4鎂及鎂合金銀白色的輕質堿土金屬，在實用金屬中是最輕的金屬性能：力學性能差。拉伸強度115MPa，延伸率8%，硬度HB36，冷加工態(tài)下，拉伸強度200MPa，延伸率11.5%，硬度HB36?；瘜W活性很強，電極電位很低，抗蝕性較差，用途：配制鎂合金；在化工中常用做還原劑，去置換鈦、鋯、鈾、鈹?shù)冉饘?；制煙火、鎂鹽、照明彈、信號彈等；未成為大規(guī)模使用的結構材料。按化學成分：Mg-Al、Mg-Mn、Mg-Zn等二元鎂合金Mg-Al-Zn、Mg-Al-Mn等三元系

多組分系鎂合金。按成形工藝：

鑄造鎂合金

變形鎂合金如圖10-6所示為晶粒大小不同的組織形貌。鎂合金的分類(1)重量輕

現(xiàn)代社會的手提類產(chǎn)品（如3C用品）減輕重量，車輛減少能耗具有非常重要的意義。鎂合金的特點及其應用(2)高的阻尼和吸震、減震性能

鎂合金具有極好的吸收能量的能力，可吸收震動和噪音，保證設備能安靜工作。(3)良好的抗沖擊和抗壓縮能力

旋轉草坪切割機機蓋采用鎂合金壓鑄件的原因之一。(4)良好的鑄造性能

鎂合金鑄造制品的壁厚可以小于0.6mm(5)尺寸穩(wěn)定性

在100℃以下，鎂合金可以長時間保持其尺寸的穩(wěn)定性(6)鑄模生產(chǎn)率高

鎂合金的單位熱含量低，可在模具內快速凝固。(7)良好的機械加工性能

鎂合金的切削阻力小，其切削速度大大高于其它金屬，切削加工時間短，切削加工而且加工成本低。(8)良好的耐蝕性

在大氣中，鎂具有很好的耐蝕性，比鐵的耐蝕性好。鎂合金的特點及其應用(9)高散熱性鎂合金具有高的