第4章有色金属及其合金 黑色金属:铁、铬、锰及它们的合金。 有色金属:除铁、铬、锰以外的83种金属。 分为五大类 (1)轻金属—4.5gcm的有色金属;包括铜、镍、 铅、锌、钴、锡、汞、镉、铋。 (3)贵金属—在地壳中含量少,开采和提取比较困难, 价格比较贵。包括金、银和铂族元素(铂、铱、锇、钌、钯、 铑)。特点是:密度大(104~224gcm3),其中铂、铱 锇是金属元素中最重的几种金属;熔点高(916~3000%C); 化学性质稳定,能抵抗酸、碱,难于腐蚀(除银和钯外)
第4章 有色金属及其合金 黑色金属：铁、铬、锰及它们的合金。 有色金属：除铁、铬、锰以外的83种金属。 分为五大类： （1）轻金属——ρ＜4.5g/cm3的有色金属；密度小，化学 活性大，与O、S、C和卤素的化合物都相当稳定。包括铝、镁、 铍、锂、钠、钾、钙、锶、钡、钛。 （2）重金属——ρ＞4.5g/cm3的有色金属；包括铜、镍、 铅、锌、钴、锡、汞、镉、铋。 （3）贵金属——在地壳中含量少，开采和提取比较困难， 价格比较贵。包括金、银和铂族元素（铂、铱、锇、钌、钯、 铑）。特点是：密度大（10.4～22.4g/cm3），其中铂、铱、 锇是金属元素中最重的几种金属；熔点高（916～3000℃）； 化学性质稳定，能抵抗酸、碱，难于腐蚀（除银和钯外）
(4)稀有金属——在自然界中含量少、分布稀散或难从 原料中提取的金属 稀有高熔点金属:熔点高,自1830℃C(锆)至3400°C (钨),硬度高,抗腐蚀性强,可与一些非金属元素生成非常 硬和非常难熔的稳定化合物,如碳化物、氮化物、硅化物和硼 化物。包括钨、钼、钽、铌、锆、铪、钒和铼 稀有分散金属:镓、铟、铊、锗; 稀土金属:镧系元素以及与镧系元素性质很相近的钪、钇, 共17个元素;它们的原子结构相同,理化性质很近似,在矿石 中它们总是伴生在一起。化学性质活泼,与硫、氧、氢、氮等 有强烈的亲和力。 稀有放射性金属:钋、镭、锕、钍、镤和铀6个天然放射 性元素及12个人造超铀元素,如钫、钚、锝、镅等。 (5)半金属——指硅、硒、碲、砷、硼5种元素,其物理 化学性质介于金属与非金属之间,故称半金属
（4）稀有金属——在自然界中含量少、分布稀散或难从 原料中提取的金属。 稀有高熔点金属：熔点高，自1830℃（锆）至3400℃ （钨），硬度高，抗腐蚀性强，可与一些非金属元素生成非常 硬和非常难熔的稳定化合物，如碳化物、氮化物、硅化物和硼 化物。包括钨、钼、钽、铌、锆、铪、钒和铼; 稀有分散金属：镓、铟、铊、锗; 稀土金属：镧系元素以及与镧系元素性质很相近的钪、钇， 共17个元素；它们的原子结构相同，理化性质很近似，在矿石 中它们总是伴生在一起。化学性质活泼，与硫、氧、氢、氮等 有强烈的亲和力。 稀有放射性金属：钋、镭、锕、钍、镤和铀6个天然放射 性元素及12个人造超铀元素，如钫、钚、锝、镅等。 （5）半金属——指硅、硒、碲、砷、硼5种元素，其物理 化学性质介于金属与非金属之间，故称半金属
有色金属的应用: 铝、钛合金:比强度高、比刚度大,在航空、航海等工业 应用最广,铝的产量已超过有色金属总产量的1/3。 铜:军工和电气设备的基本材料; 铅:化工方面制耐酸管道、蓄电池等有广泛应用 锌:镀锌钢材广泛应用于工业和生活方面; ■镍、钴:是制造高温合金与不锈钢的重要战略物资。 贵金属:广泛地应用于电气、电子工业、宇宙航空工业, 以及高温仪表和接触剂等。 稀有高熔点金属的碳化物、氮化物、硅化物和硼化物:是 生产硬质合金的重要材料。 锆:由于中子吸收截面小,还是核燃料的包壳材料。 稀土金属:在冶炼中有脱硫、脱氧作用,能纯净金属,且 能减少、消除钢的枝晶结构和细化晶粒,能使铸铁中石墨球化
有色金属的应用： ◼ 铝、钛合金：比强度高、比刚度大，在航空、航海等工业 应用最广，铝的产量已超过有色金属总产量的1/3。 ◼ 铜：军工和电气设备的基本材料； ◼ 铅：化工方面制耐酸管道、蓄电池等有广泛应用； ◼ 锌：镀锌钢材广泛应用于工业和生活方面； ◼ 镍、钴：是制造高温合金与不锈钢的重要战略物资。 ◼ 贵金属：广泛地应用于电气、电子工业、宇宙航空工业， 以及高温仪表和接触剂等。 ◼ 稀有高熔点金属的碳化物、氮化物、硅化物和硼化物：是 生产硬质合金的重要材料。 ◼ 锆：由于中子吸收截面小，还是核燃料的包壳材料。 ◼ 稀土金属：在冶炼中有脱硫、脱氧作用，能纯净金属，且 能减少、消除钢的枝晶结构和细化晶粒，能使铸铁中石墨球化
4.1铝及铝合金 4.11纯铝 (1)物理性能 外观:银白色; 周期表中的位置:第Ⅲ周期主族,z=13,化合价为+3价; 晶体结构:面心立方,无同素异构转变 熔点:660°C; 密度:272gcm3,约为铁的1/3。 导电、导热性:仅次于金、银和铜。 (2)化学性能 在大气中极易与氧作用在表面生成一层牢固致密的氧化膜, 阻止了氧与内部金属基体的作用,所以铝在大气和淡水中具有 良好的耐蚀性,但在酸、碱和盐的水溶液中,表面的氧化膜易 破坏,使铝很快被腐蚀
4.1 铝及铝合金 4.1.1 纯铝 （1）物理性能 外观：银白色； 周期表中的位置：第Ⅲ周期主族，Z=13，化合价为+3价； 晶体结构：面心立方，无同素异构转变。 熔点：660℃； 密度：2.72g/cm3，约为铁的1/3。 导电、导热性：仅次于金、银和铜。 （2）化学性能 在大气中极易与氧作用在表面生成一层牢固致密的氧化膜， 阻止了氧与内部金属基体的作用，所以铝在大气和淡水中具有 良好的耐蚀性，但在酸、碱和盐的水溶液中，表面的氧化膜易 破坏，使铝很快被腐蚀
(3)力学性能 较低的强度、硬度:σb=80~100MPa,HBS=15~25; 很高的塑性:δ=30~50%,ψ=70-90%; 力学性能与纯度和加工状态有关,纯度愈高,塑性愈好,但 强度愈低。 具有良好的低温性能,在0~-253℃塑性和冲击韧性不降低 (4)工艺性能 易于铸造,易于切削,还具有很好的焊接性能; 由于铝的塑性很好,便于进行各种冷、热压力加工,可加工 成厚度为00006mm的铝箔和冷拔成极细的细丝
（3）力学性能 较低的强度、硬度：σb = 80~100 MPa，HBS=15~25； 很高的塑性：δ= 30~50 %，ψ=70~90%； 力学性能与纯度和加工状态有关，纯度愈高，塑性愈好，但 强度愈低。 具有良好的低温性能，在0～-253℃塑性和冲击韧性不降低。 （4）工艺性能 易于铸造，易于切削，还具有很好的焊接性能； 由于铝的塑性很好，便于进行各种冷、热压力加工，可加工 成厚度为0.0006mm的铝箔和冷拔成极细的细丝
不同状态的工业纯铝的力学性能 材料的加工状态 力学性能 压力加工 铸态 退火(软质)未退火(硬质) 抗拉强度o/MPa 90~12080~110150~250 屈服强度on/MPa 50~80 120~240 断后伸长率8(% 11~2532~40 4~8 断面收缩率ψ(%) 70~90 50~60 布氏硬度HB 24~3215~25 40~65 抗剪强度GMPa 42 60 100 弯曲疲劳强度σ1/MPa 50 40
不同状态的工业纯铝的力学性能 力学性能 材料的加工状态 铸态 压力加工 退火(软质) 未退火(硬质) 抗拉强度 σb/MPa 90～120 80～110 150～250 屈服强度σ0.2/MPa － 50～80 120～240 断后伸长率 δ(%) 11～25 32～40 4～8 断面收缩率 ψ(%) － 70～90 50～60 布氏硬度 HB 24～32 15～25 40～65 抗剪强度 σr/MPa 42 60 100 弯曲疲劳强度 σ-1/MPa － 50 40
(5)牌号 我国变形铝的牌号表示方法,GBT3190-1996较 GB/T319082有很大的变化。 GB3190-1996:采用了国际四位数字体系牌号和四位 字符体系牌号两种牌号的命名方法。 第一位数字:“1”:纯铝; 第二位数字或字母:数字0或字母A,原始纯铝,1~9 或B~Y,原始纯铝的改型。 最后两位数字:最低铝百分含量中小数点后面的两位
（5）牌号 我 国 变 形 铝 的 牌 号 表 示 方 法 ， GB/T3190-1996较 GB/T3190-82有很大的变化。 GB3190-1996：采用了国际四位数字体系牌号和四位 字符体系牌号两种牌号的命名方法。 第一位数字： “1”：纯铝； 第二位数字或字母：数字0或字母A，原始纯铝，1～9 或B～Y，原始纯铝的改型。 最后两位数字：最低铝百分含量中小数点后面的两位
新牌号1A991A971A951A931A901A851A801A80A10701070A1370 旧牌号原LG5原LG4 原LG3原LG2原LG1 代L1 A99999799599939.999.859899899799797 新牌号106010501050A1A50135014510351A301100120012358A06 旧牌号代L2 代L3原LB2 代L4原L41代L5-1代L5 原L6 99699599.599.599.5994599359939999935余量
新牌号 1A99 1A97 1A95 1A93 1A90 1A85 1A80 1A80A 1070 1070A 1370 旧牌号 原LG5* 原LG4* － 原LG3* 原L G2* 原LG1* － － － 代L1 － Al 99.99 99.97 99.95 99.93 99.9 99.85 99.8 99.8 99.7 99.7 99.7 新牌号 1060 1050 1050A 1A50 1350 1145 1035 1A30 1100 1200 1235 8A06 旧牌号 代L2 － 代L3 原LB2* － － 代L4 原L4-1 * 代L5-1 代L5 － 原L6* Al 99.6 99.5 99.5 99.5 99.5 99.45 99.35 99.3 99 99 99.35 余量
(6)用途 1A99~1A85:工业高纯铝,科学试验、化学工业 和其他特殊需求。 1A70A、1060、1050A、1035、1200:工业纯铝, 配制铝合金,也能加工成板、箔、管、线等形状,用 于制作垫片及电容器、电子管隔离罩、电线保护套管、 电缆电线线芯、飞机通风系统零件、化工容器、日用 炊具等产品,是目前有色金属中应用最多的一种材料
（6）用途 1A99～1A85：工业高纯铝，科学试验、化学工业 和其他特殊需求。 1A70A、1060、1050A、1035、1200：工业纯铝， 配制铝合金，也能加工成板、箔、管、线等形状，用 于制作垫片及电容器、电子管隔离罩、电线保护套管、 电缆电线线芯、飞机通风系统零件、化工容器、日用 炊具等产品，是目前有色金属中应用最多的一种材料
412铝合金概述 铝合金仍保持纯铝的密度小和抗腐蚀性好的特点,且力学 性能比纯铝高得多。 经过热处理后铝合金的力学性能可以和钢铁材料相比美。 铝合金与钢铁材料的相对力学性能比较 材料名称 力学性能 低碳钢低合金钢高合金钢铸铁铝合金 相对比重 1.0 1.0 1.0 0.92 0.35 相对比抗拉强度 1.0 1.6 2.5 0.60 8~3.3 相对比屈服强度1.01.7 4.2 0.702.9~43 相对比刚度1.01.01.00.5185
4.1.2 铝合金概述 铝合金仍保持纯铝的密度小和抗腐蚀性好的特点，且力学 性能比纯铝高得多。 经过热处理后铝合金的力学性能可以和钢铁材料相比美。 铝合金与钢铁材料的相对力学性能比较 力学性能 材料名称 低碳钢 低合金钢 高合金钢 铸铁 铝合金 相对比重 1.0 1.0 1.0 0.92 0.35 相对比抗拉强度 1.0 1.6 2.5 0.60 1.8～3.3 相对比屈服强度 1.0 1.7 4.2 0.70 2.9～4.3 相对比刚度 1.0 1.0 1.0 0.51 8.5