● 本次课内容 3.4有色金属及其合金 1、铝及铝合金 2、铜及铜合金 3、钛及钛合金 4、镁及镁合金 5、镍及镍合金 6、轴承合金
本次课内容 3.4 有色金属及其合金 1、铝及铝合金 2、铜及铜合金 3、钛及钛合金 4、镁及镁合金 5、镍及镍合金 6、轴承合金
3.4有色金属及其合金 3.4.1铝及铝合金 (纯)铝：铝的质量分数不小于99.00%的金属。 1、纯铝 GB/T16474变形铝及铝合金牌号表示方法 Designation system for wrought aluminum and aluminum alloy 牌号系列 组别 热处理强化 2、铝合金 1××× 纯铝（铝含量不小于99.00%） 不可 2××X 以铜为主要合金元素的铝合金 可以 1) 变形铝合金 3××× 以锰为主要合金元素的铝合金 不可 4××× 以硅为主要合金元素的铝合金 若含镁，则可 Al-Me 5××× 以镁为主要合金元素的铝合金 不可 + 6××× 以镁和硅为主要合金元素并以 可以 Mg2Si相为强化相的铝合金 变形铝合金 7××× 以锌为主要合金元素的铝合金 可以 a+B 8××× 以其他合金为主要合金元素的 可以 铸造铝合金 铝合金 9××× 备用合金组
3.4 有色金属及其合金 3.4.1 铝及铝合金 1、纯铝 2、铝合金 Al-Me L L+α α+β α 1）变形铝合金 铸造铝合金 变形铝合金 GB/T 16474 变形铝及铝合金牌号表示方法 Designation system for wrought aluminum and aluminum alloy 牌号系列 组别 热处理强化 1××× 纯铝（铝含量不小于99.00%） 不可 2××× 以铜为主要合金元素的铝合金 可以 3××× 以锰为主要合金元素的铝合金 不可 4××× 以硅为主要合金元素的铝合金 若含镁,则可 5××× 以镁为主要合金元素的铝合金 不可 6××× 以镁和硅为主要合金元素并以 Mg2Si相为强化相的铝合金 可以 7××× 以锌为主要合金元素的铝合金 可以 8××× 以其他合金为主要合金元素的 铝合金 可以 9××× 备用合金组 (纯)铝：铝的质量分数不小于99.00%的金属
T20 42 L Al-Me 100 -5C L+a 变形铝合金 a+B 时效时间/d b》不到组度下的时效监线 围325铝合金的偏归和再时效示意图 围子24铜质量分数为4%的AC合金的时效曲线 可热处理强化铝合金 1、3、5和部分4系列铝合金属于不可热处理强化铝合金。 2、6、7、8和部分4系列铝合金属于可热处理强化~。 表3-33变形铝合金加工状态表示方法 代号 加工状态 代号 加工状态 0 退火状态 T4 固溶处理，自然时效 H 加工硬化状态 T5 自热加工温度冷却，人工时效 W 固溶处理态 T6 固溶处理，人工时效 T 时效硬化态 T7 固溶处理，过时效稳定化 T1 自热加工温度冷却，自然时效 T8 固溶处理，冷加工，人工时效 T2 自热加工温度冷却，冷加工，自然时效 T9 固溶处理，人工时效，冷加工 T3 固溶处理，冷加工，自然时效 T10 自热加工温度冷却，冷加工，人工时效
3.4 有色金属及其合金 Al-Me L L+α α+β α 3.4.1 铝及铝合金 2、铝合金 1）变形铝合金 1、3、5和部分4系列铝合金属于不可热处理强化铝合金。 2、6、7、8和部分4系列铝合金属于可热处理强化~ 。 变形铝合金 不可热处理强化铝合金 可热处理强化铝合金 固溶处理 将合金加热到α 单相区，经过保 温获得α单相固 溶体后迅速水冷， 在室温下得到过 饱和的α固溶体。 时效硬化 过饱和的α固溶体是 不稳定的，在室温 下或低温加热时分 解出强化相（θ’’ 、 θ’ ），使材料强度 和硬度明显升高的 现象。 回归 自然时效后的铝合 金在(230~250)℃短 时间加热后，快速 水冷至室温，可以 重新变软。这种现 象叫回归。 表3-33 变形铝合金加工状态表示方法 代号 加工状态 代号 加工状态 O 退火状态 T4 固溶处理，自然时效 H 加工硬化状态 T5 自热加工温度冷却，人工时效 W 固溶处理态 T6 固溶处理，人工时效 T 时效硬化态 T7 固溶处理，过时效稳定化 T1 自热加工温度冷却，自然时效 T8 固溶处理，冷加工，人工时效 T2 自热加工温度冷却，冷加工，自然时效 T9 固溶处理，人工时效，冷加工 T3 固溶处理，冷加工，自然时效 T10 自热加工温度冷却，冷加工，人工时效
2、铝合金 2) 铸造铝合金 3铸造铝合金(Casting aluminum alloy） 铸造方法 热处理 应用 Zn The an 0 T2 不受力的仪表盘壳体 Z☑L101 6.5-7.5 铝 Z☑L104 8-10.5 金属模 铸造性能很好，适于制造形状 金 ZL105 4.5-5.5 铸造 5 复杂但强度要求不高的铸件， 577℃ 6.5-7.5 用于制造仪表、水泵及电动机 ZL107 a +Si T7 壳体、气缸体、活塞等 ZL109 11-13 (见表3-35) 铸造铝硅合金又叫硅铝明(Silumin)。仅含有Si和AI合金的铸造铝合金叫简单硅铝明。 简单硅铝明(ZL102)的铸态组织为α固溶体和粗针状Si,需要变质处理。 特殊硅铝明为加入Cu、Mg等元素的硅铝明，形成CuA2、Mg2Si等强化相， 提高材料的强度，其既需要变质处理，也可进行热处理
3.4 有色金属及其合金 3.4.1 铝及铝合金 GB/T 1173-2013 铸造铝合金（Casting aluminum alloy） 种 类 代号 成分 铸造方法 热处理 应用 Si Cu Mg Zn 铝 硅 合 金 ZL102 10-13 0 0 0 金属模 铸造 T2 不受力的仪表盘壳体 ZL101 6.5~7.5 T1 T4 T5 T6 T7 (见表3-35) 铸造性能很好，适于制造形状 复杂但强度要求不高的铸件， 用于制造仪表、水泵及电动机 壳体、气缸体、活塞等 ZL104 8~10.5 ZL105 4.5~5.5 ZL107 6.5~7.5 ZL109 11~13 2、铝合金 2）铸造铝合金 577℃ α +Si 11.7 铸造铝硅合金又叫硅铝明(Silumin)。仅含有Si和Al合金的铸造铝合金叫简单硅铝明。 简单硅铝明（ZL102）的铸态组织为α固溶体和粗针状Si，需要变质处理 。 特殊硅铝明为加入Cu、Mg等元素的硅铝明，形成CuAl2 、Mg2 Si 等强化相， 提高材料的强度，其既需要变质处理，也可进行热处理
3.4有色金属及其合金 3.4.1铝及铝合金 2、铝合金 2)铸造铝合金 GBT1173-2013铸造铝合金(Casting aluminum alloy） 成分 代号 铸造方法 热处理 应用 Si Cu Mg Zn 铝 Z☑L201 4.5-5.3 强度高，耐热，铸造性差，密 度大，耐蚀性较差。用于制造 ZL203 4.0-5.0 金属模 T1 内燃机气缸头、汽车活塞 铸造 ZL301 9.5-11 T4 强度高，密度小，耐蚀性好， 镁 铸造性差，耐热性低，用于制 Z乙L303 4.5-5.5 砂模铸造 (见表3-35) 造舰船配件、氨用泵体等 ZL401 9-13 变质处理 价廉，铸造性好，抗蚀性差， 锌 热裂倾向大，用于制造车辆发 ZL402 5-6.5 动机零件及仪器元件和日用品 种类 代号 铸造性能 密度 强度 耐蚀性 耐热性 价格 铝铜合金 ZL20X 不好 高 高 不好 好 铝镁合金 ZL30X 不好 低 高 好 不好 铝锌合金 ZL40X 好 高高 不好 不好 便宜
3.4 有色金属及其合金 3.4.1 铝及铝合金 GB/T 1173-2013 铸造铝合金（Casting aluminum alloy） 种 类 代号 成分 铸造方法 热处理 应用 Si Cu Mg Zn 铝 铜 ZL201 4.5~5.3 金属模 铸造 砂模铸造 变质处理 T1 T4 T5 (见表3-35) 强度高，耐热，铸造性差，密 度大，耐蚀性较差。用于制造 ZL203 4.0~5.0 内燃机气缸头、汽车活塞 铝 镁 ZL301 9.5~11 强度高，密度小，耐蚀性好， 铸造性差，耐热性低，用于制 ZL303 4.5~5.5 造舰船配件、氨用泵体等 铝 锌 ZL401 9~13 价廉，铸造性好，抗蚀性差， 热裂倾向大，用于制造车辆发 ZL402 5~6.5 动机零件及仪器元件和日用品 2、铝合金 2）铸造铝合金 种类 代号 铸造性能 密度 强度 耐蚀性 耐热性 价格 铝铜合金 ZL20X 不好 高 高 不好 好 - 铝镁合金 ZL30X 不好 低 高 好 不好 - 铝锌合金 ZL40X 好 高 高 不好 不好 便宜
3.4有色金属及其合金 单相双相铸造黄铜 3.4.2铜及铜合金 1、纯铜（紫铜） 2、铜合金 成分 牌号 用途 *c 类 Cu Zn H90 -90 金色黄铜 通黄 H70 -70 鑫 弹壳黄铜 ZCuZn38 62 商业黄铜 Fig.2 The co -zinc phase diagram.S efg 600 60r sa+β 季裂(season cracking) 400 40 含锌量超过7%的黄铜经冷变形后有拉伸， 200 20 应力存在，同时又处于含有氨的环境中所 32 发生的断裂。20世纪初，英军在印度贮存 ℃u 1020304050 的黄铜弹壳，每当雨季就频繁发生大量裂 w(Zn)/% 图3-31 黄铜的机械性能与锌含置的关系 缝， 当时称之为季裂
3.4 有色金属及其合金 3.4.2 铜及铜合金 1、纯铜（紫铜） 1）工业纯铜99.70~99.95% 2）无氧铜w(o)%≤ 0.003% T3、T2、T1 TU2、TU1 2、铜合金 种 类 牌号 成分 用途 Cu Zn 普 通 黄 铜 H90 ～90 余 量 金色黄铜 H70 ～70 弹壳黄铜 ZCuZn38 ～62 商业黄铜 1）黄铜 以锌为主要合金元素的铜基合金 α α+β’ 32 47 单相\双相\铸造黄铜 固溶 体， 面心 立方 晶格 以化合物 CuZn为基体 的固溶体，高 温(β)塑性好， 低温(β ´ )差 以CuZn3为 基体的固 溶体，塑 性与强度 均差 季裂(season cracking) 含锌量超过7%的黄铜经冷变形后有拉伸 应力存在，同时又处于含有氨的环境中所 发生的断裂。20世纪初，英军在印度贮存 的黄铜弹壳，每当雨季就频繁发生大量裂 缝，当时称之为季裂
3.4有色金属及其合金 3.4.2铜及铜合金 在铜、锌合金中加入铅、锡、铝、硅、锰、 铁、镍等合金元素形成复杂黄铜，以提高强度和 2、铜合金 耐蚀性。 铅黄铜切削加工性能好，主要用作钟表零件。 1) 黄铜 其余复杂黄铜对空气和海水的耐蚀性好，主要在 船舶上使用。 GBT5231-2012加工铜及铜合金牌号和化学成分 Designationand chemical composition of wrought copper and copper alloys 成分 类 组别 牌号 用途 Cu Zn Pb Sn Si Mn Fe Ni 铅黄铜 HPb63-3 62-65 2.4-3 钟表零件、一般机器零件 锡黄铜 HSn90-1 88-91 025- 0.75 船舶零件、车辆弹性套管 复 铝黄铜 HAI77-2 76-79 船舶冷凝器管、耐蚀零件 余 货 硅黄铜 HSi80-3 79-81 8 耐磨零件、船舶及化工零件 铜 锰黄铜 HMn58-2 57-60 1.0- 2.0 船舶零件、轴承、耐蚀零件 铁黄铜 HFe59-1-1 57-60 8 98 海水腐蚀工况下的零件 镍黄铜 HNi65-5 64-67 5.0 6.5 船舶冷凝器管、电机零件
3.4 有色金属及其合金 3.4.2 铜及铜合金 GB/T 5231-2012 加工铜及铜合金牌号和化学成分 Designation and chemical composition of wrought copper and copper alloys 种 类 组别 牌号 成分 用途 Cu Zn Pb Sn Al Si Mn Fe Ni 复 杂 黄 铜 铅黄铜 HPb63-3 62-65 余 量 2.4-3 钟表零件、一般机器零件 锡黄铜 HSn90-1 88-91 0.25- 0.75 船舶零件、车辆弹性套管 铝黄铜 HAl77-2 76-79 1.8- 2.5 船舶冷凝器管、耐蚀零件 硅黄铜 HSi80-3 79-81 2.5- 4.0 耐磨零件、船舶及化工零件 锰黄铜 HMn58-2 57-60 1.0- 2.0 船舶零件、轴承、耐蚀零件 铁黄铜 HFe59-1-1 57-60 0.5- 0.8 0.6- 1.2 海水腐蚀工况下的零件 镍黄铜 HNi65-5 64-67 5.0- 6.5 船舶冷凝器管、电机零件 1）黄铜 在铜、锌合金中加入铅、锡、铝、硅、锰、 铁、镍等合金元素形成复杂黄铜，以提高强度和 耐蚀性。 铅黄铜切削加工性能好，主要用作钟表零件。 其余复杂黄铜对空气和海水的耐蚀性好，主要在 船舶上使用。 2、铜合金
龟青铜器 明皇室吉祥物 10 855. HRE 7 Y+7 6. a+7 3456 w(Be/ CrB跳合金相图（铜编） 围3-3垃细的制 外的铜基合金 分戴的关系(70℃火 300 GBT5231-2012加工铜及铜合金牌号和化学成分 Designation and chemical composition of wrought copper and copper alloys GBT1176-2013铸造铜及铜合金(Casting copperand copper alloys) 成分 铜合金 组别 牌号 应用 Cu Sn AI Be Si Pb Ni 其他 QSn4-3 余量 霜 WZn)=2.7-3.3 弹簧、抗磁零件 锡青铜 ZCuSn10P1 余量 WP=0.8-1.1 水管附件、轴承，工艺品 QAI9-4 余量 8-10 MFe)=2.0-4.0 耐磨零件 铝青铜 青铜 ZCuAl9-2 余量 8-10 WMn=1.5-2.5 轴承、轴套 硅青铜 QSi3-1 余量 站 弹簧、涡轮、涡杆 铅青铜 ZCuPb30 余量 33 高速发动机的轴承 铍青铜 TBe1.9 余量 1 WCu)=96-99.3 重要的弹性元件、电极 硅青铜：W(Si=(1~3.5)%。 较高强度和弹性，耐热性好，耐磨性好
3.4 有色金属及其合金 3.4.2 铜及铜合金 2、铜合金 2）青铜 除了黄铜、白铜之外的铜基合金 GB/T 5231-2012 加工铜及铜合金牌号和化学成分 Designation and chemical composition of wrought copper and copper alloys GB/T 1176-2013 铸造铜及铜合金（Casting copper and copper alloys） 铜合金 组别 牌号 成分 应用 Cu Sn Al Be Si Pb Ni 其他 青铜 锡青铜 QSn4-3 余量 3.5- 4.5 W(Zn)=2.7-3.3 弹簧、抗磁零件 ZCuSn10P1 余量 9- 11.5 W(P)=0.8-1.1 水管附件、轴承，工艺品 铝青铜 QAl9-4 余量 8-10 W(Fe)=2.0-4.0 耐磨零件 ZCuAl9-2 余量 8-10 W(Mn)=1.5-2.5 轴承、轴套 硅青铜 QSi3-1 余量 2.7- 3.5 弹簧、涡轮、涡杆 铅青铜 ZCuPb30 余量 27- 33 高速发动机的轴承 铍青铜 TBe1.9 余量 1.85- 2.1 W(Cu)=96-99.3 重要的弹性元件、电极 锡青铜： 铍 铝 硅青铜：：W(Be)=(1.7~2.5) % W(Sn)=(3~5),(5~7),(10~14)% W(Al)=(5~7), (8~12)% W(Si)=(1~3.5) %。较高强度和弹性，耐热性好，耐磨性好。 。高弹性 分别适应于冷加工和铸造生产。 ,抗疲劳 分别适应于冷、热加工和铸造生产。 ,电阻小,无磁性,受冲击无火花。 龟鹤青铜器 明皇室吉祥物
3.4有色金属及其合金 3.4.2铜及铜合金 老白铜酒壶 民国时期 2、铜合金 3)白铜 以镍为主要合金的铜合金 GBT5231-2012加工铜及铜合金牌号和化学成分 Designation and chemical composition of wrought copper and copper alloys 成分 铜合金 组别 牌号 应用 Cu Sn Al Be Si Ni+Co 普通白铜 B25 24.0-26.0 船舶、化工仪器零件 白铜 锌白铜 BZn15-20 13.5-16.5 抗腐蚀仪表零件 锰白铜 BMn3-12 2.0-3.5 弹簧 1500 1400 ?二者无限互溶，形成单向固溶体，抗蚀性及 1300 1200 400 68 塑性好 1100 300 1000 200 冬普通白铜含镍量越高，颜色越白， 100 0 W(N)>16%时接近银的颜色。 钥磁 -100 200 冬锌白铜15世纪已在中国使用。 -273 Cu 20 40 60 80 W(Ni)/%
3.4 有色金属及其合金 3.4.2 铜及铜合金 2、铜合金 GB/T 5231-2012 加工铜及铜合金牌号和化学成分 Designation and chemical composition of wrought copper and copper alloys 铜合金 组别 牌号 成分 应用 Cu Sn Al Be Si Ni+Co 白铜 普通白铜 B25 24.０-26.０ 船舶、化工仪器零件 锌白铜 BZn15-20 13.5-16.5 抗腐蚀仪表零件 锰白铜 BMn3-12 2.0-3.5 弹簧 ❖二者无限互溶,形成单向固溶体,抗蚀性及 塑性好 ❖普通白铜含镍量越高，颜色越白， W(Ni) ＞16%时接近银的颜色。 ❖ 锌白铜15世纪已在中国使用。 3）白铜 以镍为主要合金的铜合金 1500 1400 1300 1200 1100 1000 Cu 20 40 60 80 Ni 温度/℃ W(Ni )/% 400 300 200 100 0 -100 -200 -273 368 铁磁性 顺磁性 L α+L α 老白铜酒壶 民国时期
3.4有色金属及其合金 3.4.3钛及钛合金 1、纯钛 GB/T3620.1-2007钛及钛合金牌号和化学成分 Designation and composition of titanium and titanium alloys GB/T2965-2007钛及钛合金棒材 室温机械性能 组别 牌号 成分 应用 热处理 Op 6 TA1 Ti(杂质极微) 退火 240 24 在350C以下工 工业纯钛 TA2 Ti(杂质微) 退火 400 20 作，强度要求 1、具有两种同素异构体。882℃以下，a-Ti(密六)， 882c以上，B-Ti(体心)。 2、密度较小(4.51g/cm3), 纯钛的强度较低，合金的比强度较高。 3、抗氧化能力强于大多数A不锈钢，钝化层(TiO2)保护性极好。 4、低温性能很好，在液氮温度(196℃下仍具有良好的机械性能。 5、塑性好，容易加工成型，可制成细丝和薄片。 6、导热系数比铁低4.5倍，线膨胀系数也比较低。 7、唯一无毒且与人体组织和血液有良好相容性的金属
3.4 有色金属及其合金 3.4.3 钛及钛合金 GB/T 3620.1-2007 钛及钛合金牌号和化学成分 Designation and composition of titanium and titanium alloys GB/T 2965-2007 钛及钛合金棒材 组别 牌号 成分 室温机械性能 应用 热处理 σb δ 工业纯钛 TA1 Ti（杂质极微） 退火 240 24 在350℃以下工 作，强度要求 不高的零件 TA2 Ti（杂质微） 退火 400 20 TA3 Ti（杂质微） 退火 500 18 1、纯钛 1、具有两种同素异构体。882℃以下, α-Ti(密六)，882℃以上, β-Ti (体心) 。 2、密度较小(4.51g/cm3 )，纯钛的强度较低，合金的比强度较高。 3、抗氧化能力强于大多数A不锈钢，钝化层（ Ti O2）保护性极好。 4。、低温性能很好，在液氮温度(-196℃)下仍具有良好的机械性能。 5、塑性好，容易加工成型，可制成细丝和薄片。 6、导热系数比铁低4.5倍，线膨胀系数也比较低。 7、唯一无毒且与人体组织和血液有良好相容性的金属