第9章有色金属及其合金 教学提示:通常将金属分成两大类,一类是铁及其合金称为黑色金属;另一类称有色 金属,除铁、铬、锰之外的其他金属均属有色金属。有色金属及其合金的种类很多,显然 其产量和使用量不及黑色金属多。但由于有色金属具有许多优良的特性,从而决定了有色 金属在国民经济中占有十分重要的地位:例如,铝、镁、钛等金属及其合金,具有密度小, 比强度高的特点,在飞机制造、汽车制造、船舶制造等工业中应用十分广泛;而银、铜、 铝等有色金属,导电性及导热性优良,是电气工业和仪表工业不可缺少的材料。再如,钨 钼、钽、铌及其合金是制造1300℃以上使用的高温零件及电真空元件的理想材料。本章仅 对铝及其合金、镁及其合金、铜及其合金、钛及其合金、轴承合金作一些简要介绍。 教学要求:本章内容学习应该以金属材料的结构、性能为基础,理解产生有色金属性 能特点的原因,熟悉铝、铜、镁、钛及其合金的分类、牌号和用途。掌握铝、铜及其合金 的性能参数和热处理方法。了解轴承合金的成分、组织特征以及应用。达到以上要求才能 在实际工作中正确地选择和使用有色金属材料及其合金 91铝及铝合金 铝合金是仅次于钢铁用量的金属材料。据调查,在铝合金市场中,有23%用量消耗于 建筑业和结构业,2%用于运输业,21%用于容器和包装,而电气工业占10%。在航空工 业中,铝合金的用量占着绝对优势 9.11工业纯铝 铝是元素周期表中排第三位的主族元素。纯铝是一种具有银白色金属光泽的金属,具 有如下独特的性能和优点 ①密度小,仅为铁的Ⅳ3左右,熔点低(604℃)。 ②具有面心立方晶格,塑性好(δ可达25%),可采用锻轧、挤压等压力加工方法制成 各种管、板、棒、线等型材。 ③导电、导热性能很好,仅次于银和铜居第三位,约为纯铜电导率的62%。可用来制 造电线、电缆等各种导电制品和各种散热器等导热元件。 ④在大气和淡水中具有良好的耐蚀性。因为铝的表面能生成一层极致密的氧化铝膜, 防止了氧与内部金属基体的相互作用。但铝的氧化膜在碱和盐的溶液中抗蚀性低。此外, 在热的稀硝酸和硫酸中也极易溶解 ⑤强度很低,抗拉强度仅为50MPa,虽然可通过冷作硬化的方法强化,但仍不能直 接用于制作结构材料。 上述主要特性决定了工业纯铝的用途,适于制作电线、电缆以及要求具有导热和抗大
第 9 章 有色金属及其合金 教学提示：通常将金属分成两大类，一类是铁及其合金,称为黑色金属；另一类称有色 金属，除铁、铬、锰之外的其他金属均属有色金属。有色金属及其合金的种类很多，显然 其产量和使用量不及黑色金属多。但由于有色金属具有许多优良的特性，从而决定了有色 金属在国民经济中占有十分重要的地位：例如，铝、镁、钛等金属及其合金，具有密度小， 比强度高的特点，在飞机制造、汽车制造、船舶制造等工业中应用十分广泛；而银、铜、 铝等有色金属，导电性及导热性优良，是电气工业和仪表工业不可缺少的材料。再如，钨、 钼、钽、铌及其合金是制造 1300℃以上使用的高温零件及电真空元件的理想材料。本章仅 对铝及其合金、镁及其合金、铜及其合金、钛及其合金、轴承合金作一些简要介绍。 教学要求：本章内容学习应该以金属材料的结构、性能为基础，理解产生有色金属性 能特点的原因，熟悉铝、铜、镁、钛及其合金的分类、牌号和用途。掌握铝、铜及其合金 的性能参数和热处理方法。了解轴承合金的成分、组织特征以及应用。达到以上要求才能 在实际工作中正确地选择和使用有色金属材料及其合金。 9.1 铝及铝合金 铝合金是仅次于钢铁用量的金属材料。据调查，在铝合金市场中，有 23%用量消耗于 建筑业和结构业，22%用于运输业，21%用于容器和包装，而电气工业占 10%。在航空工 业中，铝合金的用量占着绝对优势。 9.1.1 工业纯铝 铝是元素周期表中排第三位的主族元素。纯铝是一种具有银白色金属光泽的金属，具 有如下独特的性能和优点： ① 密度小，仅为铁的 l/3 左右，熔点低(660.4℃)。 ② 具有面心立方晶格，塑性好( δ 可达 25%)，可采用锻轧、挤压等压力加工方法制成 各种管、板、棒、线等型材。 ③ 导电、导热性能很好，仅次于银和铜居第三位，约为纯铜电导率的 62%。可用来制 造电线、电缆等各种导电制品和各种散热器等导热元件。 ④ 在大气和淡水中具有良好的耐蚀性。因为铝的表面能生成一层极致密的氧化铝膜， 防止了氧与内部金属基体的相互作用。但铝的氧化膜在碱和盐的溶液中抗蚀性低。此外， 在热的稀硝酸和硫酸中也极易溶解。 ⑤ 强度很低，抗拉强度仅为 50 MPa，虽然可通过冷作硬化的方法强化，但仍不能直 接用于制作结构材料。 上述主要特性决定了工业纯铝的用途，适于制作电线、电缆以及要求具有导热和抗大
第9章有色金属及其合金 气腐蚀性能而对强度要求不高的一些用品或器皿 912铝的合金化及铝合金的分类 纯铝的力学性能不高,不适宜作承受较大载荷的结构材料,为了提高铝的力学性能, 在纯铝中加入合金元素配制成铝合金。铝合金不仅保持纯铝的熔点低、密度小、导热性良 好、耐大气腐蚀以及良好的塑性、韧性和低温性能,且由于合金化,使铝合金大都可以实 现热处理强化,某些铝合金强度可达400MPa~600MPa。铝合金与钢铁的相对力学性能比 较列于表9-1,由表可见铝合金的相对比强度极限甚至超过了合金钢,而其相对比刚度则 大大超过钢铁材料。故质量相同的零件采用铝合金制造时,可以得到最大的刚度 表9-1铝合金与钢相对力学性能比较 材料名称 力学性能 低合金钢 高合金钢 铝合金 相对密度 相对比强度极限10 2.5 相对比屈服极限10 29~4.3 相对比刚度 铝在合金化时,常加入的合金元素有Cu、Mg、Zn、Si、Mn和RE(稀土元素)等,这些 元素与铝均能形成固态下有限互溶的共晶型相图,如图9.1所示。根据该相图,铝合金通 常分为两大类别,相图上最大饱和溶解度D是这两类合金的理论分界线 形变合金A造合 Al F B/% 图9.1铝合金相图的一般类型 (1)凡成分位于D’点以左的合金,由于在室温或高温下可获得以铝为基的固溶体单相 区,因而具有良好的塑性,可承受各类压力加工。对于需经轧制或挤压成形的板材、管材 或棒材等,均可选用该成分范围内的合金,故称之为形变铝合金 形变铝合金又分为两类,凡成分在F点以左的合金,其固溶体成分不随温度而变化, 故不能进行时效强化,称之为不能热处理强化的铝合金。凡成分在FD'之间的合金,其固 溶体的成分将随温度的变化而变化,故可进行时效强化,称之为能热处理强化的铝合金。 (2)凡成分大于D’点成分的合金,由于有共晶组织存在,其流动性较好,且高温强度
第 9 章 有色金属及其合金 ·183· ·183· 气腐蚀性能而对强度要求不高的一些用品或器皿。 9.1.2 铝的合金化及铝合金的分类 纯铝的力学性能不高，不适宜作承受较大载荷的结构材料，为了提高铝的力学性能， 在纯铝中加入合金元素配制成铝合金。铝合金不仅保持纯铝的熔点低、密度小、导热性良 好、耐大气腐蚀以及良好的塑性、韧性和低温性能，且由于合金化，使铝合金大都可以实 现热处理强化，某些铝合金强度可达 400MPa～600MPa。铝合金与钢铁的相对力学性能比 较列于表 9-1，由表可见铝合金的相对比强度极限甚至超过了合金钢，而其相对比刚度则 大大超过钢铁材料。故质量相同的零件采用铝合金制造时，可以得到最大的刚度。 表 9-1 铝合金与钢相对力学性能比较 材料名称 力学性能 低碳钢 低合金钢 高合金钢 铸铁 铝合金 相对密度 1.0 1.0 1.0 0.92 0.35 相对比强度极限 1.0 1.6 2.5 0.6 1.8～3.3 相对比屈服极限 1.0 1.7 4.2 0.7 2.9～4.3 相对比刚度 1.0 1.0 1.0 0.51 8.5 铝在合金化时，常加入的合金元素有 Cu、Mg、Zn、Si、Mn 和 RE(稀土元素)等，这些 元素与铝均能形成固态下有限互溶的共晶型相图，如图 9.1 所示。根据该相图，铝合金通 常分为两大类别，相图上最大饱和溶解度 D' 是这两类合金的理论分界线。 图 9.1 铝合金相图的一般类型 (1) 凡成分位于 D' 点以左的合金，由于在室温或高温下可获得以铝为基的固溶体单相 区，因而具有良好的塑性，可承受各类压力加工。对于需经轧制或挤压成形的板材、管材 或棒材等，均可选用该成分范围内的合金，故称之为形变铝合金。 形变铝合金又分为两类，凡成分在 F 点以左的合金，其固溶体成分不随温度而变化， 故不能进行时效强化，称之为不能热处理强化的铝合金。凡成分在 FD' 之间的合金，其固 溶体的成分将随温度的变化而变化，故可进行时效强化，称之为能热处理强化的铝合金。 (2) 凡成分大于 D' 点成分的合金，由于有共晶组织存在，其流动性较好，且高温强度
金属学与热处理 也较高,可以防止热裂现象,故适合于铸造,称之为铸造铝合金 9.1.3铝合金的热处理 纯铝加入合金元素形成铝基固溶体a,有较大的极限固溶度,有一定的固溶强化效果。 但随着温度的降低,固溶度急剧减小,强化效果有限。显然,铝合金也须通过热处理进 步提高强度。铝合金的热处理原理与钢不同。钢经淬火后得到马氏体组织,强度、硬度显 著提高,塑性下降。铝无同素异构转变,加热时晶体结构不发生变化,固溶处理后得到的 是过饱和固溶体,强度、硬度并不高,塑性却明显増加。所以铝合金经高温加热急冷固溶 处理后获得过饱和固溶体的热处理操作,称为固溶处理。经固溶处理的铝合金在室温下停 放或重新加热到一定温度后保温,其强度、硬度明显升高,塑性降低。因此,铝合金的强 化热处理包括固溶处理和时效处理。时效时,过饱和固溶体分解,强度、硬度会明显提高。 固溶处理后的合金随时间的延长而发生的强化现象,称为时效强化。在室温下进行的时效 称为自然时效;在加热条件下进行的时效,称为人工时效。自然时效时,铝合金放置4天 强化即可达到最大值。铝合金的时效强化效果取决于α固溶体的浓度和时效温度及时效时 间。一般来说α固溶体的浓度越高时效效果越好。提高时效温度可以显著加快时效硬化速 度,但显著降低时效获得的最高硬化值。时效温度过高,时效时间过长,将使合金软化 称为过时效。 以A-Cu合金系为例,由相图(图92)可见,铜在α固溶体中的溶解度,在室温时最大 为wc=0.5%,而加热到548℃时,极限溶解度为wc=5.7%。现以研究较为透彻的νc=4% 合金为例,讨论时效时合金的组织与性能的变化。该合金在室温下的平衡组织为a+CuAl 加热到BD线以上时,获得单相α固溶体,如快冷(固溶处理),则可以获得铜在铝中的过饱 和α固溶体,其抗拉强度为250MPa(未经固溶处理时抗拉强度为200MPa)。过饱和α固溶 体在室温下搁置数天,强度和硬度显著提高,强度可提高到400MPa。图9.3表示νc=4% 合金在130℃下时效时,合金硬度随时效保温时间的变化规律。研究表明,时效过程包括 四个阶段 548℃ 02区 GPIII 400 GP区尺寸 0.10 ,0 Cu/% 时效时间d 图92ACuA2相图 图93W=4%CuA合金在130℃下时效曲线 第一阶形段,形成铜原子富集区(GP凹区):在过饱和α固溶体中,溶质原子(Cu)在局 部区域形成了铜原子的富集区域,称为GP区)。GP印区呈薄片形状,其厚度为0nm
·184· 金属学与热处理 ·184· 也较高，可以防止热裂现象，故适合于铸造，称之为铸造铝合金。 9.1.3 铝合金的热处理 纯铝加入合金元素形成铝基固溶体α ，有较大的极限固溶度，有一定的固溶强化效果。 但随着温度的降低，固溶度急剧减小，强化效果有限。显然，铝合金也须通过热处理进一 步提高强度。铝合金的热处理原理与钢不同。钢经淬火后得到马氏体组织，强度、硬度显 著提高，塑性下降。铝无同素异构转变，加热时晶体结构不发生变化，固溶处理后得到的 是过饱和固溶体，强度、硬度并不高，塑性却明显增加。所以铝合金经高温加热急冷固溶 处理后获得过饱和固溶体的热处理操作，称为固溶处理。经固溶处理的铝合金在室温下停 放或重新加热到一定温度后保温，其强度、硬度明显升高，塑性降低。因此，铝合金的强 化热处理包括固溶处理和时效处理。时效时，过饱和固溶体分解，强度、硬度会明显提高。 固溶处理后的合金随时间的延长而发生的强化现象，称为时效强化。在室温下进行的时效， 称为自然时效；在加热条件下进行的时效，称为人工时效。自然时效时，铝合金放置 4 天， 强化即可达到最大值。铝合金的时效强化效果取决于 α 固溶体的浓度和时效温度及时效时 间。一般来说α 固溶体的浓度越高时效效果越好。提高时效温度可以显著加快时效硬化速 度，但显著降低时效获得的最高硬化值。时效温度过高，时效时间过长，将使合金软化， 称为过时效。 以 Al-Cu 合金系为例，由相图(图 9.2)可见，铜在α 固溶体中的溶解度，在室温时最大 为 wCu=0.5%，而加热到 548℃时，极限溶解度为 wCu=5.7%。现以研究较为透彻的 wCu=4% 合金为例，讨论时效时合金的组织与性能的变化。该合金在室温下的平衡组织为α +CuAl2， 加热到 BD 线以上时，获得单相α 固溶体，如快冷(固溶处理)，则可以获得铜在铝中的过饱 和α 固溶体，其抗拉强度为 250 MPa(未经固溶处理时抗拉强度为 200 MPa)。过饱和α 固溶 体在室温下搁置数天，强度和硬度显著提高，强度可提高到 400 MPa。图 9.3 表示 wCu=4% 合金在 130℃下时效时，合金硬度随时效保温时间的变化规律。研究表明，时效过程包括 四个阶段。 图 9.2 Al-CuAl2相图 图 9.3 wCu=4%Cu-Al 合金在 130℃下时效曲线 第一阶形段，形成铜原子富集区(GP[I]区)：在过饱和 α 固溶体中，溶质原子(Cu)在局 部区域形成了铜原子的富集区域，称为(GP[I]区)。GP[I]区呈薄片形状，其厚度为 0.4nm～
第9章有色金属及其合金 06mm,直径约为90mm,密度达1047cm3~1018/cm3。其晶体结构类型仍与基体相同,并与 基体保持共格关系。所不同之处是GP区中铜原子浓度较高,引起点阵的严重畸变,阻碍 位错运动,因而合金的强度、硬度升高 第二阶段,铜原子富集区有序化(GP区):在GP区的基础上铜原子进一步偏聚 GP区进一步扩大,并使溶质原子和溶剂原子呈规则排列,发生有序化。即形成有序的富铜 区,称为GP山区,常用O”表示。这种有序化的铜原子富集区直径为100m~400m,厚 度可达10nm~40nm。其晶体结构为正方点阵,与基体仍保持共格关系,故畸变更加严重 并有很大的弹性应变区,使位错运动受阻很大,从而使合金的强度和硬度进一步提高,时 效强化的作用最大 第三阶段,形成过渡相θ:随着时效过程的进一步进行,铜原子在GP[区继续偏聚, 当铜与铝原子之比为1:2时,形成过渡相O,其化学成分和CuA2相相近。θ相与基体保 持局部共格关系,因此,θ"相周围基体的共格畸变减弱,位错运动的阻力也随之减小,致 使合金的强度、硬度有所下降。由此看来,共格畸变的存在,是造成合金时效强化的重要 第四阶段,稳定的θ相的形成与长大:时效后期,θ′相与母相的共格关系消失,与基 体有明显界面的独立相θ相形成,其点阵结构亦是正方点阵,与基体的共格关系完全破坏 α固溶体的畸变大大减小,硬度明显下降,强化效果明显减弱。由时效硬化曲线(见图9.3) 可以看出,合金在发生时效硬化之前有一段孕育期,即固溶处理后合金尚有一个阶段处于 较软状态,生产上常利用这个阶段完成对零件的加工成型。而第三、四阶段会导致合金强 化效果下降,称为过时效。 以上讨论表明,wc=4%合金时效的基本过程可以概括为:过饱和固溶体→形成铜原子 富集区(GP凹区)→铜原子富集区有序化(GP[山区)→形成过渡相0′→析出稳定的相θ相 (CuA2)+平衡的a固溶体。 9.14形变铝合金 形变铝合金包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻造铝合金等,其主要牌号的 化学成分与力学性能见表9-2 表9-2变形铝合金的牌号、化学成分、力学性能和用途 力学性能 类合金 化学成分 热处理 用途举例 别牌号 状态 HB MPa% 退火|13023 储液体用焊接件、管道、 LF21 Al-2.4Mn 容器等 油管、焊接油箱和管道 LF2Al-1.3Mg-0.3Mn 退火180 2345 铝 配件 高强度焊接结构(板 LF3Al-3.5Mg-0.5Mn-07Si 退火200 LF6A163Mg07Mn.020003e退火|32015 焊丝、铆钉及挤压制品
第 9 章 有色金属及其合金 ·185· ·185· 0.6nm，直径约为 9.0nm，密度达 1017/cm3 ～1018/cm3 。其晶体结构类型仍与基体相同，并与 基体保持共格关系。所不同之处是 GP[I]区中铜原子浓度较高，引起点阵的严重畸变，阻碍 位错运动，因而合金的强度、硬度升高。 第二阶段，铜原子富集区有序化(GP[II]区)：在 GP[l]区的基础上铜原子进一步偏聚， GP 区进一步扩大，并使溶质原子和溶剂原子呈规则排列，发生有序化。即形成有序的富铜 区，称为 GP[II]区，常用 θ'' 表示。这种有序化的铜原子富集区直径为 10.0nm～40.0nm，厚 度可达 1.0nm～4.0nm。其晶体结构为正方点阵，与基体仍保持共格关系，故畸变更加严重， 并有很大的弹性应变区，使位错运动受阻很大，从而使合金的强度和硬度进一步提高，时 效强化的作用最大。 第三阶段，形成过渡相 θ′：随着时效过程的进一步进行，铜原子在 GP[II]区继续偏聚， 当铜与铝原子之比为 1∶2 时，形成过渡相 θ′，其化学成分和 CuAl2相相近。θ′相与基体保 持局部共格关系，因此，θ′相周围基体的共格畸变减弱，位错运动的阻力也随之减小，致 使合金的强度、硬度有所下降。由此看来，共格畸变的存在，是造成合金时效强化的重要 因素。 第四阶段，稳定的 θ 相的形成与长大：时效后期，θ′ 相与母相的共格关系消失，与基 体有明显界面的独立相 θ 相形成，其点阵结构亦是正方点阵，与基体的共格关系完全破坏， α 固溶体的畸变大大减小，硬度明显下降，强化效果明显减弱。由时效硬化曲线(见图 9.3) 可以看出，合金在发生时效硬化之前有一段孕育期，即固溶处理后合金尚有一个阶段处于 较软状态，生产上常利用这个阶段完成对零件的加工成型。而第三、四阶段会导致合金强 化效果下降，称为过时效。 以上讨论表明，wCu=4%合金时效的基本过程可以概括为：过饱和固溶体→形成铜原子 富集区(GP[I]区)→铜原子富集区有序化(GP[II]区) →形成过渡相 θ′→析出稳定的相 θ 相 (CuAl2)+平衡的α 固溶体。 9.1.4 形变铝合金 形变铝合金包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻造铝合金等，其主要牌号的 化学成分与力学性能见表 9-2。 表 9-2 变形铝合金的牌号、化学成分、力学性能和用途 力学性能 类 别 合金 牌号 化学成分 热处理 状态 σb /MPa δ / % HB 用途举例 LF21 Al-2.4Mn 退火 130 23 30 储液体用焊接件、管道、 容器等 LF2 Al-1.3Mg-0.3Mn 退火 180 23 45 油管、焊接油箱和管道 配件 LF3 Al-3.5Mg-0.5Mn-0.7Si 退火 200 15 — 高强度焊接结构(板、 带、棒) 防 锈 铝 合 金 LF6 Al-6.3Mg-0.7Mn-0.02Ti-0.003Be 退火 320 15 — 焊丝、铆钉及挤压制品
金属学与热处理 (续 力学性能 类|合金 热处理 化学成分 用途举例 别牌号 状态 淬火+自 中等强度,工作温度不超 LYIAl-2.6Cu-04-Mg 然时效|320 过100℃的铆钉 中等强度的零件和构件 淬火+自 LY11 A1-4.3Cu-0.6Mg-06Mn 然时效130|9100如2架、螺旋桨叶片、 淬火+自 高强度构件及在150℃ LY12 AL-4 4Cu-0 5Mg-06Mn 然时/480 以下工作的零件、铆钉等 淬火+人 60012150受力构件及高载荷零件 硬 LC4Al-6Zn-2.3Mg-1.7Cu-0.4Mn-0.18Cr 工时效 淬火+人 受力构件及高载荷零件 ILC6Al-7. 1Zn-2.8Mg-2.5Cu-0.4Mn-02Cr 190 工时效 如飞机大梁、起落架等 金 淬火+ 等载荷零件,形状复杂 LD2AI-0.4Cu-0.7Mg-0.25Mn-0.8Si 工时/30 的锻件 淬火+人 内燃机活塞及在高温下 锻铝合金 LD7A1-2.2Cu-l.6Mg-1.3Fe-1.3Ni-006Ti 工时效 工作的零件 LDS AI-0.4Cu-0.7Mg-0.25Mn-0.8Si 13105中等载荷的航空零件,如 工时效 叶轮、接头 淬火+ LDIOAI-0.4Cu-0. 7Mg-0.25Mn-0.8Si 19135高载荷锻件及模锻件 注:表中元素前面数值表示各元素的含量 1.防锈铝合金 防锈铝合金包括铝-镁系和铝-锰系,编号采用“铝”和“防”二字汉语拼音第一个大 写字母“LF”加顺序号表示,如LF5、LF21。这类铝合金的主要特性是具有优良的抗腐蚀 性能,因此而得名。此外,还具有良好塑性和焊接性,适合于压力加工和焊接。这类合金 不能进行热处理强化,即时效强化,因而力学性能比较低。为了提高其强度、可用冷加工 方法使其强化。而防锈铝合金由于切削加工工艺性差,一般适用于制造焊接管道、容器 铆钉以及其他冷变形零件。 2.硬铝合金 Al-Cu-Mg系合金是使用最早、用途最广,具有代表性的一种铝合金。由于该合金具有 强度和硬度高,故称之为硬铝,又称杜拉铝。硬铝的编号采用“铝”、“硬”二字汉语拼 音第一个大写字母“LY”加顺序号来表示,如LY2、LY5等。各种硬铝合金的含铜量相 当于图9.1所示相图的DF范围内,属于可热处理强化的铝合金,其强化方式为自然时效。 186
·186· 金属学与热处理 ·186· (续) 力学性能 类 别 合金 牌号 化学成分 热处理 状态 σb /MPa δ /% HB 用途举例 LY1 Al-2.6Cu-0.4-Mg 淬火+自 然时效 320 24 70 中等强度，工作温度不超 过 100℃的铆钉 LY11 Al-4.3Cu-0.6Mg-0.6Mn 淬火+自 然时效 380 19 100 中等强度的零件和构件， 如骨架、螺旋桨叶片、铆 钉等 硬 铝 合 金 LY12 Al-4.4Cu-0.5Mg-0.6Mn 淬火+自 然时效 480 17 131 高强度构件及在 150℃ 以下工作的零件、铆钉等 LC4 Al-6Zn-2.3Mg-1.7Cu-0.4Mn-0.18Cr 淬火+人 工时效 600 12 150 受力构件及高载荷零件 超 硬 铝 合 金 LC6 Al-7.1Zn-2.8Mg-2.5Cu-0.4Mn-0.2Cr 淬火+人 工时效 680 7 190 受力构件及高载荷零件， 如飞机大梁、起落架等 LD2 Al-0.4Cu-0.7Mg-0.25Mn-0.8Si 淬火+人 工时效 330 16 95 中等载荷零件，形状复杂 的锻件 LD7 Al-2.2Cu-1.6Mg-1.3Fe-1.3Ni-0.06Ti 淬火+人 工时效 440 13 120 内燃机活塞及在高温下 工作的零件 LD5 Al-0.4Cu-0.7Mg-0.25Mn-0.8Si 淬火+人 工时效 420 13 105 中等载荷的航空零件，如 叶轮、接头 锻 铝 合 金 LD10 Al-0.4Cu-0.7Mg-0.25Mn-0.8Si 淬火+人 工时效 480 19 135 高载荷锻件及模锻件 注：表中元素前面数值表示各元素的含量。 1. 防锈铝合金 防锈铝合金包括铝-镁系和铝-锰系，编号采用“铝”和“防”二字汉语拼音第一个大 写字母“LF”加顺序号表示，如 LF5、LF21。这类铝合金的主要特性是具有优良的抗腐蚀 性能，因此而得名。此外，还具有良好塑性和焊接性，适合于压力加工和焊接。这类合金 不能进行热处理强化，即时效强化，因而力学性能比较低。为了提高其强度、可用冷加工 方法使其强化。而防锈铝合金由于切削加工工艺性差，一般适用于制造焊接管道、容器、 铆钉以及其他冷变形零件。 2. 硬铝合金 AI-Cu-Mg 系合金是使用最早、用途最广，具有代表性的一种铝合金。由于该合金具有 强度和硬度高，故称之为硬铝，又称杜拉铝。硬铝的编号采用“铝”、“硬”二字汉语拼 音第一个大写字母“LY”加顺序号来表示，如 LYl2、LYl5 等。各种硬铝合金的含铜量相 当于图 9.1 所示相图的 D' F 范围内，属于可热处理强化的铝合金，其强化方式为自然时效
第9章有色金属及其合金 合金中加入铜和镁是为了形成强化相CuAl2)和S( CuNeAl2),含有少量的锰是为了提高抗 蚀性能,而对时效强化不起作用。 硬铝具有相当高的强度和硬度,经自然时效后强度达到380MPa~490MPa(原始强度 为290MPa~300MPa,提高25%~30%,硬度也明显提高(由70HB~85HB提高到12OHB)。 与此同时仍能保持足够的塑性。常用的硬铝合金有以下几类。 ①铆钉硬铝(如LY1、LY0等):合金中含铜量较低,固溶处理后冷态下塑性较好。 效强化速度慢。故可利用孕育期进行铆接,然后以自然时效提高强度。主要用作铆钉 ②标准硬铝(如LYI):含有中等数量的合金元素,通过淬火与自然时效可获得好的 强化效果。常利用退火后良好的塑性进行冷冲、冷弯、轧压等工艺,以制成锻材、轧衬或 冲压件等半成品。标准硬铝还用作大型铆钉、螺旋桨叶片等重要构件。 ③高强度硬铝(如LY2,LY6):是合金元素含量较高的一类硬铝。在这类合金中,镁 的含量较LYll高(约1.5%),故强化相含量高,因而具有更高的强度和硬度,自然时效后σ 可达500MPa。但承受塑性加工能力较低,可以制作航空模锻件和重要的销轴等。 硬铝合金有两个重要特性在使用或加工时必须注意。 ①抗蚀性差:特别在海水中尤甚。因此需要防护的硬铝部件,其外部都包一层高纯度 铝,制成包铝硬铝材,但是包铝的硬铝热处理后强度较未包铝的为低。 ②固溶处理温度范围很窄:LY11为505℃~510℃,LY12为495℃~503℃,低于此 温度范围固溶处理,固溶体的过饱和度不足,不能发挥最大的时效效果:超过此温度范围 则容易产生晶界熔化。 3.超硬铝合金 -Zn-MgCu系合金是变形铝合金中强度最高的一类铝合金。因其强度高达588MPa 686MPa,超过硬铝合金,故此而得名。LC4、LC6等属于这类合金。由于铝合金中加入锌, 除时效强化相θ和S相外,尚有强化效果很大的MgZn4(相)及(A12Mg2Zn(T相)。 经过适当的固溶处理和120℃左右的人工时效之后,超硬铝的抗拉强度可达600MPa, δ为12%。这类铝合金的缺点也是抗蚀性差,一般也需包覆一层纯铝。其优点是有良好的 焊接性能。该类超硬铝合金可用作受力较大,又要求结构较轻的零件,如飞机的大梁与起 落架等。 4.锻造铝合金 锻造铝合金包括A1Si-MgCu合金和A1Cu-NiFe合金,常用的锻造铝合金有LD2、 LD5、LD0等。它们含合金元素种类多,但含量少。锻造铝合金通常采用固溶处理和人工 时效的方法强化。它们的热塑性优良,故锻造性能甚佳,且力学性能也较好。这类合金主 要用于承受载荷的模锻件以及一些形状复杂的锻件 91.5铸造铝合金 很多重要的零件是用铸造的方法生产的,一方面因为这些零件形状复杂,用其他方法 (如锻造)不易制造:另一方面由于零件体积庞大,用其他方法生产也不经济。 常用铸造铝合金有Al-Si系、A1Cu系、A-Mg系和A-Zn系四大类,其牌号用ZL和 后面加三位数字表示。常用铸造铝合金的牌号、成分及性能见表9-3
第 9 章 有色金属及其合金 ·187· ·187· 合金中加入铜和镁是为了形成强化相 θ(CuAl2)和 S(CuMgAl2)，含有少量的锰是为了提高抗 蚀性能，而对时效强化不起作用。 硬铝具有相当高的强度和硬度，经自然时效后强度达到 380 MPa～490 MPa(原始强度 为 290 MPa～300 MPa)，提高 25%～30%，硬度也明显提高(由 70HB～85HB 提高到 l20HB)。 与此同时仍能保持足够的塑性。常用的硬铝合金有以下几类。 ① 铆钉硬铝(如 LYl、LYl0 等)：合金中含铜量较低，固溶处理后冷态下塑性较好。时 效强化速度慢。故可利用孕育期进行铆接，然后以自然时效提高强度。主要用作铆钉。 ② 标准硬铝(如 LY11)：含有中等数量的合金元素，通过淬火与自然时效可获得好的 强化效果。常利用退火后良好的塑性进行冷冲、冷弯、轧压等工艺，以制成锻材、轧衬或 冲压件等半成品。标准硬铝还用作大型铆钉、螺旋桨叶片等重要构件。 ③ 高强度硬铝(如 LYl2，LY6)：是合金元素含量较高的一类硬铝。在这类合金中，镁 的含量较 LY1l 高(约 1.5%)，故强化相含量高，因而具有更高的强度和硬度，自然时效后σ b 可达 500 MPa。但承受塑性加工能力较低，可以制作航空模锻件和重要的销轴等。 硬铝合金有两个重要特性在使用或加工时必须注意。 ① 抗蚀性差：特别在海水中尤甚。因此需要防护的硬铝部件，其外部都包一层高纯度 铝，制成包铝硬铝材，但是包铝的硬铝热处理后强度较未包铝的为低。 ② 固溶处理温度范围很窄：LY11 为 505℃～510℃，LY12 为 495℃～503℃，低于此 温度范围固溶处理，固溶体的过饱和度不足，不能发挥最大的时效效果；超过此温度范围， 则容易产生晶界熔化。 3. 超硬铝合金 A1-Zn-Mg-Cu 系合金是变形铝合金中强度最高的一类铝合金。因其强度高达 588MPa～ 686MPa，超过硬铝合金，故此而得名。LC4、LC6 等属于这类合金。由于铝合金中加入锌， 除时效强化相 θ 和 S 相外，尚有强化效果很大的 MgZn2( η相)及(A12Mg2Zn3(T 相)。 经过适当的固溶处理和 120℃左右的人工时效之后，超硬铝的抗拉强度可达 600MPa， δ 为 12%。这类铝合金的缺点也是抗蚀性差，一般也需包覆一层纯铝。其优点是有良好的 焊接性能。该类超硬铝合金可用作受力较大，又要求结构较轻的零件，如飞机的大梁与起 落架等。 4. 锻造铝合金 锻造铝合金包括 A1-Si-Mg-Cu 合金和 A1-Cu-Ni-Fe 合金，常用的锻造铝合金有 LD2、 LD5、LDl0 等。它们含合金元素种类多，但含量少。锻造铝合金通常采用固溶处理和人工 时效的方法强化。它们的热塑性优良，故锻造性能甚佳，且力学性能也较好。这类合金主 要用于承受载荷的模锻件以及一些形状复杂的锻件。 9.1.5 铸造铝合金 很多重要的零件是用铸造的方法生产的，一方面因为这些零件形状复杂，用其他方法 (如锻造)不易制造；另一方面由于零件体积庞大，用其他方法生产也不经济。 常用铸造铝合金有 A1-Si 系、A1-Cu 系、Al-Mg 系和 Al-Zn 系四大类，其牌号用 ZL 和 后面加三位数字表示。常用铸造铝合金的牌号、成分及性能见表 9-3
188· 金属学与热处理 对于铸造铝合金,除了要求必要的力学性能和耐蚀性外,还应具有良好的铸造性能 在铸造铝合金中,铸造性能和力学性能配合最佳的是A1-Si合金,又称硅铝明 1.Al-Si铸造合金 简单的A-Si铸造合金,牌号为ZL102,含s=10%13%。如图94所示A-Si相图中 可知,该成分正是共晶成分,因而具有良好的铸造性能(熔点低、流动性好,收缩小)。 =10%-13% 硅铝明 AI11.6 图94A-Si相图 ZL102铸造后的组织为粗大的针状硅与铝基固溶体组成的共晶体,加上少量的板块状 初晶硅。由于组织中粗大的针状共晶硅的存在,合金的力学性能不高,ob不超过140MPa 伸长率δ<3%。为此,通过细化组织,以提高强度和塑性。通常采用变质处理,即浇注前 在合金熔液中加入2%~3%的变质剂(钠盐混合物),可使共晶组织细化。且变质处理后的组 织是由初生a固溶体与均匀细小的(a+Si)共晶体所组成的亚共晶组织。因而变质处理后的 ZL102合金的抗拉强度a达180MPa,伸长率可达8%。 简单硅铝明的铸造性能、焊接性能均较好,抗蚀性及耐热性尚可。尽管经变质处理后 可以提高力学性能,但由于硅在铝中的固溶度变化不大,且硅在铝中的扩散速度很快,极 易从固溶体中析出,并聚集长大,时效处理时不能起强化作用。故简单硅铝明强度不高, 仅用于制造形状复杂且受力不大的铸件或薄壁零件,如压铸成形的仪表壳体、抽水机壳 体等。 为了提高二元铝硅合金的力学性能,常加入Cu、Mg等合金元素,形成时效强化相 并通过热处理强化,进一步提高力学性能。表9-3所示的ZL104、ZL05、ZL10等合金, 在时效后均可获得较高的力学性能,可用作高载荷的发动机零件以及较高温度下工作的铸 件。在ZL109中,由于镁、铜同时加入,出现三种强化相(CuAl2、Mg2Si、Al2CuMg),合 金时效强化效果很好,并且还使合金的高温强度有所提高,常用作发动机的活塞,有活塞 合金之称。用这类合金制作活塞,不仅结构轻便,铸造性能好,且又耐磨、耐蚀、耐热,膨 胀系数又小,目前在汽车、拖拉机及各种内燃机的发动机上应用甚广 如前所述,铸造铝合金除A1-Si系之外,还有A1-Cu、A-Mg、A1-Zn等系列,但由于 所含共晶组织的相对量较少,铸造性能较差,但却各具不同的特点。A1-Cu合金的典型牌 号为ZL20。由于铜和锰的加入,所形成固溶体的溶解度变化较大,经时效后,可成为铸 铝中强度最高的一类,在300℃以下能保持较高的强度。A1-Mg系合金的典型牌号为ZL30l 这类合金具有优良的耐蚀性,又因镁的加入,密度特别小,但铸件中疏松现象严重,常用
·188· 金属学与热处理 ·188· 对于铸造铝合金，除了要求必要的力学性能和耐蚀性外，还应具有良好的铸造性能。 在铸造铝合金中，铸造性能和力学性能配合最佳的是 A1-Si 合金，又称硅铝明。 1. Al-Si 铸造合金 简单的 Al-Si 铸造合金，牌号为 ZL102，含 wSi=l0%～13%。如图 9.4 所示 Al-Si 相图中 可知，该成分正是共晶成分，因而具有良好的铸造性能(熔点低、流动性好，收缩小)。 图 9.4 Al-Si 相图 ZL102 铸造后的组织为粗大的针状硅与铝基固溶体组成的共晶体，加上少量的板块状 初晶硅。由于组织中粗大的针状共晶硅的存在，合金的力学性能不高，σb 不超过 140 MPa。 伸长率δ ＜3%。为此，通过细化组织，以提高强度和塑性。通常采用变质处理，即浇注前 在合金熔液中加入 2%～3%的变质剂(钠盐混合物)，可使共晶组织细化。且变质处理后的组 织是由初生 α 固溶体与均匀细小的( α +Si)共晶体所组成的亚共晶组织。因而变质处理后的 ZL102 合金的抗拉强度 σb达 180 MPa，伸长率可达 8%。 简单硅铝明的铸造性能、焊接性能均较好，抗蚀性及耐热性尚可。尽管经变质处理后 可以提高力学性能，但由于硅在铝中的固溶度变化不大，且硅在铝中的扩散速度很快，极 易从固溶体中析出，并聚集长大，时效处理时不能起强化作用。故简单硅铝明强度不高， 仅用于制造形状复杂且受力不大的铸件或薄壁零件，如压铸成形的仪表壳体、抽水机壳 体等。 为了提高二元铝硅合金的力学性能，常加入 Cu、Mg 等合金元素，形成时效强化相。 并通过热处理强化，进一步提高力学性能。表 9-3 所示的 ZL104、ZLl05、ZLl10 等合金， 在时效后均可获得较高的力学性能，可用作高载荷的发动机零件以及较高温度下工作的铸 件。在 ZL109 中，由于镁、铜同时加入，出现三种强化相(CuAl2、Mg2Si、Al2CuMg)，合 金时效强化效果很好，并且还使合金的高温强度有所提高，常用作发动机的活塞，有活塞 合金之称。用这类合金制作活塞,不仅结构轻便，铸造性能好，且又耐磨、耐蚀、耐热，膨 胀系数又小，目前在汽车、拖拉机及各种内燃机的发动机上应用甚广。 如前所述，铸造铝合金除 A1-Si 系之外，还有 A1-Cu、A1-Mg、A1-Zn 等系列, 但由于 所含共晶组织的相对量较少，铸造性能较差，但却各具不同的特点。A1-Cu 合金的典型牌 号为 ZL20l。由于铜和锰的加入，所形成固溶体的溶解度变化较大，经时效后，可成为铸 铝中强度最高的一类，在 300℃以下能保持较高的强度。A1-Mg 系合金的典型牌号为 ZL30l。 这类合金具有优良的耐蚀性，又因镁的加入，密度特别小，但铸件中疏松现象严重，常用
第9章有色金属及其合金 作在海水中承载的铝合金铸件。还因其切削加工后具有高的光洁度,适宜作承受中等载荷 的光学仪器零件 表9-3铸造铝合金的牌号、成分、力学性能和用途 主要成分/% 力学性能 牌号 状态σ 应用举例 Mn其他 ZL10160~8.0 0.2~0.4 T51210260形状复杂的中等负荷 110零件 ZL10210.0~130 1n2|140450|形状复杂的低负荷零 以下工作的 高气密性零件 ZL10480~10 0.7~0.302~0.5 T61240270200℃以下工作的汽缸 ZL054.5~5510~1.5035~06 T5200170225℃以下工作的风冷 T52400.570发动机的汽缸头、油泵 壳体等 L10670~851.0~2.00.2~06102~0.6 T6250190在较高温度下工作的 ZL109110~1300.5~1.50.8-1.5 T1|2000.590在较高温度下工作的 ZL1104.0~60|5.0~8.002~0.5 80在较高温度下工作的 零件如活塞等 175℃~300℃以下工 05~0.35T5340490作的零件 ZL203 4.0~5.0 T510370中等负荷形状简单的 ZL301 9.5~11.5 T42809|60能承受较大振动载荷 的零件 ZL30208~13 1~0.4 耐腐蚀的低载荷零件 注:T1人工时效;T2退火:T4固溶处理;T5固溶处理+部分人工时效:T6固溶处理+完全人工时效 92铜及其合金 铜及其合金在电气工业、仪表工业、造船工业及机械制造工业部门中获得了广泛应用。 但铜的储量较小,价格昂贵,属于应该节约使用的材料。铜及其合金中,有80%是以加工 成各种形状供应的,而且50%以上的铜及其合金制品是作为导电材料使用的
第 9 章 有色金属及其合金 ·189· ·189· 作在海水中承载的铝合金铸件。还因其切削加工后具有高的光洁度，适宜作承受中等载荷 的光学仪器零件。 表 9-3 铸造铝合金的牌号、成分、力学性能和用途 主要成分/% 力学性能 牌号 Si Cu Mg Mn 其他 状态 σ b /MPa δ /% HB 应用举例 ZL101 6.0～8.0 0.2～0.4 T5 T6 210 230 2 1 60 70 形状复杂的中等负荷 零件 ZL102 10.0～13.0 T2 T2 140 150 4 3 50 50 形状复杂的低负荷零 件 200℃以下工作的 高气密性零件 ZL104 8.0～ 10.5 0.17～0.3 0.2～0.5 T6 T6 240 230 2 2 70 70 200℃以下工作的汽缸 体、机体等 ZL105 4.5～5.5 1.0～1.5 0.35～0.6 T5 T5 200 240 1 0.5 70 70 225℃以下工作的风冷 发动机的汽缸头、油泵 壳体等 ZL106 7.0～8.5 1.0～2.0 0.2～0.6 0.2～0.6 T6 250 1 90 在较高温度下工作的 零件 ZL109 11.0～13.0 0.5～1.5 0.8～1.5 Ni 0.5～1.5 T1 T6 200 250 0.5 — 90 100 在较高温度下工作的 零件如活塞等 ZL110 4.0～6.0 5.0～8.0 0.2～0.5 T1 150 80 在较高温度下工作的 零件如活塞等 ZL201 4.5～5.3 0.6～1.0 Ti 0.15～0.35 T4 T5 300 340 8 4 70 90 175℃～300℃以下工 作的零件 ZL203 4.0～5.0 T5 220 3 70 中等负荷形状简单的 零件 ZL301 9.5～11.5 T4 280 9 60 能承受较大振动载荷 的零件 ZL302 0.8～1.3 4.5～5.5 0.1～0.4 150 1 55 耐腐蚀的低载荷零件 注：T1 人工时效；T2 退火；T4 固溶处理；T5 固溶处理+部分人工时效；T6 固溶处理+完全人工时效。 9.2 铜及其合金 铜及其合金在电气工业、仪表工业、造船工业及机械制造工业部门中获得了广泛应用。 但铜的储量较小，价格昂贵，属于应该节约使用的材料。铜及其合金中，有 80%是以加工 成各种形状供应的，而且 50%以上的铜及其合金制品是作为导电材料使用的
金属学与热处理 921纯铜 铜外观呈紫红色,故又称紫铜,是人类最早使用的金属之一。铜的密度为89×10kg/m3, 熔点为1083℃。纯铜的导电、导热性优良,仅次于银而居第二位,在电气工业及动力机械 工业中获得广泛的应用。铜具有抗磁性,因而用于制造抗磁性干扰的仪器、仪表零件,如 罗盘、航空仪器和瞄准器等零件。纯铜具有面心立方晶格,无同素异构转变,具有良好的 塑性,可以进行冷、热加工。 纯铜在大气、淡水或非氧化性酸液中,具有很高的化学稳定性,但在海水中抗蚀性较 差,在氧化性酸、盐中极易被腐蚀。 纯铜的强度极低,退火态a为250MPa~270MPa,6为35%~45%。经强烈冷加工后, a为392MPa~441MPa,δ下降为1%~3% 工业纯铜按氧的含量和生产方法的不同可分为如下三种。 l)韧铜 含氧量为002%~0.1%的纯铜,用符号“T”加数字表示,常有T1、T2、T3、T4等, 其中顺序号越大,纯度越低。∏、T2主要用作导电材料和熔制高纯度铜合金,T4用作一般 铜材。 2)无氧铜 这种铜是在碳和还原性气体保护下进行熔炼和铸造的,含氧量极低,不大于0.003% 牌号有TUl、TU2,“U”表示无氧,1号和2号无氧铜主要用于电真空器件。 3)脱氧铜 用磷或锰脱氧的铜,分别称为磷脱氧铜或锰脱氧铜,用符号TUP或TUM表示,前者 主要用于焊接结构方面,后者主要用于真空器件方面。用真空去氧得到的无氧铜,称真空 铜(TK) 922铜的合金化 纯铜强度不高,用加工硬化方法虽可提高铜的强度,但塑性大大下降。因此常用合金 化来获得强度较高的铜合金,作为结构材料。加入合金元素使铜的强度提高,主要通过以 下方式 ①固溶强化:最常用的固溶强化元素为Zn、Si、Al、Ni等,形成置换固溶体。 ②热处理强化:Be、Si等元素在铜中的溶解度随温度的降低而减小。因而,合金元 素加入铜中后,可使合金具有时效强化的性能 ③过剩相强化:当合金元素超过最大溶解度后,便会出现过剩相。过剩相多为硬而脆 的金属间化合物。数量少时,可使强度提高,塑性降低;数量多时,会使强度和塑性同时 92.3黄铜 以锌作为主要合金元素的铜合金称为黄铜(Cu-Zn合金)。黄铜具有优良的力学性能,易 于加工成形,并对大气有相当好的耐蚀性,且色泽美观,因而在工业上应用广泛
·190· 金属学与热处理 ·190· 9.2.1 纯铜 纯铜外观呈紫红色，故又称紫铜，是人类最早使用的金属之一。铜的密度为 8.9×103 kg/m3 ， 熔点为 1083℃。纯铜的导电、导热性优良，仅次于银而居第二位，在电气工业及动力机械 工业中获得广泛的应用。铜具有抗磁性，因而用于制造抗磁性干扰的仪器、仪表零件，如 罗盘、航空仪器和瞄准器等零件。纯铜具有面心立方晶格，无同素异构转变，具有良好的 塑性，可以进行冷、热加工。 纯铜在大气、淡水或非氧化性酸液中，具有很高的化学稳定性，但在海水中抗蚀性较 差，在氧化性酸、盐中极易被腐蚀。 纯铜的强度极低，退火态 σb为 250 MPa～270 MPa，δ 为 35%～45%。经强烈冷加工后， σb为 392 MPa～441 MPa，δ 下降为 1%～3%。 工业纯铜按氧的含量和生产方法的不同可分为如下三种。 1) 韧铜 含氧量为 0.02%～0.1%的纯铜，用符号“T”加数字表示，常有 T1、T2、T3、T4 等， 其中顺序号越大，纯度越低。Tl、T2 主要用作导电材料和熔制高纯度铜合金，T4 用作一般 铜材。 2) 无氧铜 这种铜是在碳和还原性气体保护下进行熔炼和铸造的，含氧量极低，不大于 0.003%。 牌号有 TUl、TU2，“U”表示无氧，1 号和 2 号无氧铜主要用于电真空器件。 3) 脱氧铜 用磷或锰脱氧的铜，分别称为磷脱氧铜或锰脱氧铜，用符号 TUP 或 TUMn 表示，前者 主要用于焊接结构方面，后者主要用于真空器件方面。用真空去氧得到的无氧铜，称真空 铜(TK)。 9.2.2 铜的合金化 纯铜强度不高，用加工硬化方法虽可提高铜的强度，但塑性大大下降。因此常用合金 化来获得强度较高的铜合金，作为结构材料。加入合金元素使铜的强度提高，主要通过以 下方式。 ① 固溶强化：最常用的固溶强化元素为 Zn、Si、Al、Ni 等，形成置换固溶体。 ② 热处理强化：Be、Si 等元素在铜中的溶解度随温度的降低而减小。因而，合金元 素加入铜中后，可使合金具有时效强化的性能。 ③ 过剩相强化：当合金元素超过最大溶解度后，便会出现过剩相。过剩相多为硬而脆 的金属间化合物。数量少时，可使强度提高，塑性降低；数量多时，会使强度和塑性同时 降低。 9.2.3 黄铜 以锌作为主要合金元素的铜合金称为黄铜(Cu-Zn 合金)。黄铜具有优良的力学性能，易 于加工成形，并对大气有相当好的耐蚀性，且色泽美观，因而在工业上应用广泛
第9章有色金属及其合金 黄铜的性能与成分之间的关系 由Cu-Zn相图(见图95)可知,锌在铜中的溶解度很大(在室温下可达39%),固溶强化 效果好,锌在铜中的溶解度随温度的降低而增大。α相是锌在铜中的固溶体,具有面心立 方晶格,因而具有良好的塑性。随着含锌量的进一步增加,出现具有体心立方晶格的β相。 β′相是有序固溶体,在室温下塑性差,不适宜冷加工变形;但加热到高温时,发生无序转 变,转变为无序固溶体β相,β相具有良好的塑性,适宜进行热加工 1084.5 6983805 598℃ C 468℃Y 98.3 39.0 图9.5铜-锌合金相图 当含锌量达到50%时,合金中将出现另一种脆性更大的电子化合物γ相。含有这种相 的合金在工业上已不能使用。 含锌量对黄铜性能的影响如图96所示,结合Cu-Zn相图的分析可知,由于锌的溶入, 能起到固溶强化的作用,使合金的强度不断提高,塑性也有所改善。当含锌量为30%时, 强度和塑性达到最优化:进一步增加锌,由于β′相的出现,合金塑性开始下降,而合金的 σ却继续升高,当含锌量增加到45%时,强度达到最大值,而塑性急剧下降:当含锌量达 到47%时,全部为β相,强度和塑性均很低,已无实用价值。因此工业上使用的黄铜实际 含锌量大多不超过47%,这样工业黄铜的组织只可能是a单相或两相(α+β),分别称之为a 黄铜(或单相黄铜)及(α+β)黄铜(或两相黄铜)。 由Cu-Zn合金相图中可见,其固、液相线间距较小,故黄铜铸造时流动性较好,偏析 小,铸件的致密度高,铸造性能良好。 Cu-Zn合金在高温下为单相组织,故在生产中多以锻、轧态使用,并以形变作为强化 手段。 2.黄铜的牌号、分类及用途 黄铜牌号是以字母H为首(H为“黄”的汉语拼音第一个大写字母),其后注明含铜量 的百分数。常用黄铜的分类、牌号、成分、性能和用途见表9-4
第 9 章 有色金属及其合金 ·191· ·191· 1. 黄铜的性能与成分之间的关系 由 Cu-Zn 相图(见图 9.5)可知，锌在铜中的溶解度很大(在室温下可达 39%)，固溶强化 效果好，锌在铜中的溶解度随温度的降低而增大。α 相是锌在铜中的固溶体，具有面心立 方晶格，因而具有良好的塑性。随着含锌量的进一步增加，出现具有体心立方晶格的β′相。 β′相是有序固溶体，在室温下塑性差，不适宜冷加工变形；但加热到高温时，发生无序转 变，转变为无序固溶体β 相，β 相具有良好的塑性，适宜进行热加工。 图 9.5 铜-锌合金相图 当含锌量达到 50%时，合金中将出现另一种脆性更大的电子化合物 γ 相。含有这种相 的合金在工业上已不能使用。 含锌量对黄铜性能的影响如图 9.6 所示，结合 Cu-Zn 相图的分析可知，由于锌的溶入， 能起到固溶强化的作用，使合金的强度不断提高，塑性也有所改善。当含锌量为 30%时， 强度和塑性达到最优化；进一步增加锌，由于β′相的出现，合金塑性开始下降，而合金的 σb 却继续升高，当含锌量增加到 45%时，强度达到最大值，而塑性急剧下降；当含锌量达 到 47%时，全部为β′相，强度和塑性均很低，已无实用价值。因此工业上使用的黄铜实际 含锌量大多不超过 47%，这样工业黄铜的组织只可能是α 单相或两相( α +β )，分别称之为α 黄铜(或单相黄铜)及( α +β )黄铜(或两相黄铜)。 由 Cu-Zn 合金相图中可见，其固、液相线间距较小，故黄铜铸造时流动性较好，偏析 小，铸件的致密度高，铸造性能良好。 Cu-Zn 合金在高温下为单相组织，故在生产中多以锻、轧态使用，并以形变作为强化 手段。 2. 黄铜的牌号、分类及用途 黄铜牌号是以字母 H 为首(H 为“黄”的汉语拼音第一个大写字母)，其后注明含铜量 的百分数。常用黄铜的分类、牌号、成分、性能和用途见表 9-4
