第7章有色金屬及其合金除黑色金屬(鋼、鐵)以外的所有金屬分類重金屬(密度＞3.5);Cu、Ni等。輕金屬(密度＜3.5);Al、Mg等。貴重金屬;Au、Ag、Pt等。稀有金屬;W、Ti、Ra、Nb等。

7.1鋁及其合金純鋁是銀白色的金屬，相對密度2.7g/cm3，熔點660.4oC。呈面心立方晶格。純鋁具有良好導電性和導熱性、塑性也很好、強度和硬度很低。純鋁不宜用來制作承重結構件，可主要用來制作電線、電纜、強度要求不高的器皿、用具以及配置各種鋁合金等工業純鋁的牌號是用四位數字體系表示,如1070、1060等。(老牌號以“L加順序號”表示，L1，L2、L3……L7,其后的序號越大，純度越低)。

純鋁的強度很低,但若加入錳、鎂、銅、鋅、硅等合金元素，就可以極大地提高其力學性能，而仍保持其比重小、耐腐蝕的優點、一些鋁合金還可以通過熱處理強化，是制作輕質結構零件的重要材料。工業應用的鋁合金，加入的許多合金元素都能與鋁形成有限固溶體。這些元素在鋁中的溶解度都隨溫度的降低而減少，因此，二元鋁合金狀態圖一般都具有圖7~l所示的共晶形狀。按此可將將鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。成分位于B點以左的合金，加熱時能形成單相固溶體(α)，塑性高，適于進行壓力加工，屬形變鋁合金。成分位于B點以右的合金為鑄造鋁合金。7.1.1形變鋁合金分為：（1）熱處理不可強化的形變鋁合金，即成分位于D點以左的合金，在固態加熱時不發生相變（2）熱處理可強化的形變鋁合金，即成分在D和B點之間的合金，這類合金加熱到DB線以上時，形成單相固溶體。如將其淬火，形成過飽和固溶體。這種固溶體的強度僅比淬火前略有提高。將此合金在室溫下放置或在低于固相線下適當溫度加熱保溫，由于第二相從過飽和固溶體中的析出，引起固溶體晶格嚴重畸變，致使合金的強度、硬度顯著提高，這種現象稱為時效強化。

在室溫下進行的時效強化又稱為自然時效。將淬火后的鋁合金略微加熱(150oC)進行時效，則稱為人工時效。鋁合金的強化方式主要有固溶強化、加工硬化、時效強化、細晶強化等。

根據其主要性能特點，形變鋁合金又分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、鍛鋁合金等。

形變鋁合金牌號采用國際四位數字體系和四位字符體系表示:

×

×

××序號改型情況,0、A表示原始合金,其余為改型合金鋁合金組別,表示主加元素種類第一位數字為1~9:1為純鋁、2為以銅為主合金元素、3為以錳為主合金元素、4以硅為主合金元素、5以鎂為主合金元素、6以鎂硅為主合金元素、7鋅為主合金元素、8其它元素為主合金元素的、9備用合金組。

1．防銹鋁合金（防銹鋁）

防銹鋁合金主要是A1—Mg和A1—Mn合金。這類合金在鍛造退火后呈單相固溶體，故抗腐蝕性能高，塑性好。合金元素鎂和錳的加入，均起到固溶強化的作用，使合金具有比純鋁高的強度。鎂加入鋁中，能使合金的比重降低，使制成的零件比純鋁還輕。錳加入鋁中，能使合金具有很好的抗蝕性。防銹鋁合金不能熱處理強化,常用加工硬化提高強度。牌號有:5A05(LF5)、3A21(LF21)用途有焊接油箱、油管等.2.硬鋁合金（硬鋁）

硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg合金，還含有少量的錳。合金中加入銅和鎂是為了形成強化相，在時效時起強化作用。加入錳主要是為了提高合金的耐蝕性，并有一定的固溶強化作用，但錳的析出傾向小，不參與時效過程。各種硬鋁均可進行時效強化，也可進行冷作強化，故具有較高的力學性能。但它的耐蝕性比純鋁和防銹鋁低得多。

硬鋁合金分為以下3類：

(1)低合金硬鋁：如2A01(LY1)。合金中鎂和銅含量較低，塑性好，強度低，可進行淬火自然時效，但時效速度較慢，主要用于制作鉚釘。

(2)標準硬鋁：如2A11(LY11)為標準硬鋁。合金元素含量中等，強度和塑性均屬中等水平。經退火后工藝性能良好，可以進行冷彎、沖壓等工藝過程；時效后，切削加工性也比較好。主要用于制作中等負荷的結構零件（3）高合金硬鋁：如2A12(LY12)，2A06(LY16)等。合金中鎂和銅等合金元素含量較多，強度和硬度較高，但塑性及變形加工性能較差，主要用于制作航空模鍛件和重要的銷、軸等零件

飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)3.超硬鋁合全（超硬鋁）

超硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg-Zn合金，還含有少量的鉻和錳。常用的牌號有7A04(LC4)。合金元素鋅、銅、鎂與鋁可形成固溶體和多種復雜的強化相，經淬火和人工時效后，可獲得很高的強度和硬度。它是強度最高的鋁合金，但塑性降低，沖壓性能不好。它的耐蝕性和耐熱性均較差，當工作濕度超過l20°C時，就會很快軟化。超硬鋁合金主要用于制作受力大的重要結構件，如飛機大梁、起落架等。

飛機主起落架4.鍛鋁合金（鍛鋁）鍛鋁合金主要是Al-Cu-Mg-Si合金。這類合金中的合金元素種類多，但用量都較少。鍛鋁合金具有良好的熱塑性、鍛造性和較高的力學性能，適于制作形狀復雜、承受重負荷的鍛件。常用牌號2A50(LD5)壓氣機葉片

7．1.2鑄造鋁合金

按照主要合金元素的不同，鑄造鋁合金可分為A1-Si，A1-Cu，A1-Mg,Al-Zn等4類。它們的代號是以ZL+三位數表示，第一位數字以1，2，3，4分別代表鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金；第二、三位數字表示各自的序號。如ZL101為01號鑄造鋁硅合金、ZL302即為02號鑄造鋁鎂合金。牌號用Z+基本鋁元素符號+主加合金元素符號+主加合金元素百分含量,如ZAlSi12.

1.鋁硅合金鑄造鋁硅合金又稱硅鋁明。具有良好的力學性能、耐蝕性和鑄造性能，是應用最廣泛的鑄造鋁合金。硅鋁明的含硅量一般為10％~13％、鑄造后幾乎全部得到共晶組織，因此具有良好的鑄造性能。由于共晶體由粗大針狀硅晶體和固溶體構成，強度低，脆性大。如在澆注前向合金溶液中加入占合金重量2%~3%的鈉鹽(2／3NaF+1／3NaCl)，進行變質處理，則能細化合金的組織，提高合金的強度和塑性。活塞(裙部為鋁硅合金)2.．鋁銅合金鑄造鋁銅合金具有較高的強度和耐熱性，但比重大，鑄造性能差，耐蝕性也差，主要用于要求在較高強度和較高溫度下工作的零件。

汽缸頭3．鋁鎂合金鑄造鋁鎂合金強度高，相對密度小(為2.55)，耐蝕性好，但鑄造性能不好，耐熱性低。該合金可以進行淬火時效處理。主要用于制造能承受沖擊載荷、可在腐蝕介質中工作的、外形不太復雜便于鑄造的零件。4．鋁鋅合金鑄造鋁鋅合金價格便宜，鑄造性能優良，經變質處理和時效處理后強度較高，但抗蝕性差，熱裂傾向大。常用于制造汽車、拖掄機的發動機零件、儀器儀表零件及日用品等。鼓風機用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)大型空壓機活塞(ZL401)7.2鈦及鈦合金7.2.1工業純鈦及鈦的合金化1.純鈦性能鈦的熔點1667°C，密度4.5，約相當于鐵密度的一半。鈦具有同素異構轉變，低于882°C為密排六方結構，稱為-Ti,高于882°C為體心立方結構，稱為-Ti。工業純鈦的力學性能和低碳鋼相似，具有較高的強度和較好的塑性。其塑性比其他密排六方結構的金屬要高，可以直接用于航空產品。常用來制造350°C以下工作的飛機構件，如超音速飛機的蒙皮、構架等。

2.鈦的合金化及鈦合金分類

鈦中加入的合金元素會影響鈦的同素異構轉變溫度，升高轉變溫度的合金元素，擴大

相區，稱為

穩定元素，主要有鋁、氮及硼等；降低轉變溫度合金元素，擴大相區稱為

穩定元素，主要有釩、鉬、鉻、錳等(圖7-2(b))。錫、鉛等元素對轉變溫度影響不明顯，稱為中性元素。

鈦合金按其退火組織可分為3種類型。（1）型鈦合金，組織為固溶體。其牌號以“TA”加序號表示，工業純鈦編號與其相同。（2）

型鈦合金，組織為固溶體。其牌號以“TB”加序號表示（3）+

鈦合金，組織為+

兩相固溶體。其牌號以“TC”加序號表示。工業上常用鈦合合的牌號和成分如下表所示。7.2.2鈦及其合金的主要特性（1）比強度高這是鈦合金適于用作航空材料的主要原因。(2)熱強度高(3)抗蝕性高缺點：（1）切削加工性差；(2)熱加工工藝性差；(3)冷壓加工性差；(4)硬度較低，抗磨性較差。

7．2．3鈦合金的熱處理熱處理主要有為強化而進行的淬火和時效，以及為提高塑性、韌性、消除應力、穩定組織而進行的退火。1．淬火:鈦合金淬火時因成分及淬火溫度不同，可形成不同的介穩定相，以含有

穩定元素的鈦合金相圖為例，說明鈦合金淬火相變特點。

當

鈦合金和含

穩定元素較少的

+

鐵鈦合金自高溫

相區淬火時，發生無擴散型的馬氏體轉變，其轉變產物有

ˊ、ˊˊ

兩種馬氏體。

ˊ、ˊˊ是

穩定元素在密排六方結構的

-Ti中的過飽和固溶體，‘具有板條或針狀組織形態，

?具有正交結構，呈細針狀。鈦合金中的馬氏體為置換式的過飽和固溶體，固溶強化作用較小，仍保持著相較軟的特性。

當

鈦合金和含

穩定元素較多的

+

合金自高溫相區淬火時，來不及析出

相，形成過飽和的

固溶體，稱為亞穩

相或

′相，在—定條件下，它能轉變成平衡組織，起到時效強化作用。

型鈦合金淬火得不到亞穩的

相，得到的

’相強化效果又不大，因此

型鐵合金一般不進行淬火，多在退火狀態下使用。

2．時效與鋁合金時效不同，鈦合金時效主要是依靠

′，

′，

′′等相在時效過程中分解析出高度彌散的

+組織，使合金強化。鈦合金的時效強化效果與淬火加熱溫度有關，強化效果決定于時效溫度。時效溫度一般在500°C左右。

3.退火(1)再結晶退火：其目的是為了消除加工硬化，恢復塑性，并獲得比較穩定的組織。〔2)去應力退火：其目的是為了消除機械加工或焊接過程中所形成的內應力。（3）穩定化退火：對于一些含有鐵、錳、鉻等成分，并在高溫下長期工作的鈦合金，為使合金組織盡可能接近平衡狀態，以免在使用過程中發生分解，使合金的熱穩定性降低，須進行穩定化退火。這種退火多采用雙重退火法(或稱分級退火法)，例如TC9合金退火時．先在930°C加熱1h，空冷進行再結晶，然后再在500°C加熱1h，空冷，以穩定組織。

7.3銅及銅合金7.3.1純銅純銅呈玫瑰色、當表面形成氧化膜后呈紫紅色，因此稱為紫銅。銅的密度為8.92g/cm3，熔點1083°C，無同素異構轉變、無磁性。最突出的特點是導電、導熱性好，僅次于銀，故在電器工業和動力機械中得到廣泛的應用，用來制造電導線、散熱器、冷凝器。純銅具有很高的化學穩定性，純銅具有面心立方結構，強度雖不高，但塑性高。純銅的力學性能不高，在機械結構零件中使用的都是銅合金。常用的銅合金有黃銅和青銅兩類。

工業純銅分為四種:T1、T2、T3、T4,編號數字越大,純度越低,除工業純銅外,還有一類叫無氧銅,牌號為TU1、TU2,主要用于制造電真空器件及高導電性能銅線。

表工業純銅牌號、成分及用途牌號代號含銅量%Bi%Pb%雜質總量%用途一號銅T199.950.0020.0050.05導電材料二號銅T299.900.0020.0050.1電線電纜三號銅T399.700.0020.010.3電氣開關、墊圈、油管、鉚釘四號銅T499.500.0030.50.5同上7.3.2黃銅1.黃銅的分類和編號黃銅是以鋅為主加元素的銅合金，因含鋅而呈金黃色，故稱黃銅，按其化學成分的不同分為普通黃銅和特殊黃銅。普通黃銅是銅鋅二元合金，牌號以“H”+數字表示，數字表示銅的百分含量，如H80即表示含80％銅和20%Zn的普通黃銅。特殊黃銅是在銅鋅合金中再加入其它合金元素的銅合金，又稱為復雜黃銅。特殊黃銅的牌號用“H”+主加元素的化學符號+銅含量十主加元素含量表示。如HPb59-1表示含59％銅，1％鉛，其余為鋅。鑄造用黃銅在牌號“H”前加“Z”，如ZHAl67-2.5表示含67%銅，2.5%鋁的鑄造鋁黃銅。常用的黃銅:

金獎黃銅---H90彈殼黃銅---H70(H68)日用黃銅---H62(H59)冷凝器管法蘭閥閘閥常用的特殊黃銅:海軍黃銅---HSn62-1易切削黃銅---HPb59-1黃銅的熱處理:去應力退火:在200～300℃左右退火,提高塑性和彈性極限,消除應力腐蝕。黃銅的熱處理:再結晶退火:在500～700℃左右退火,消除加工硬化,恢復塑性。

7．3.3青銅1．青銅的分類和編號青銅中使用最早的是銅錫合金，因其外觀呈青黑色，稱之為錫青銅。近代廣泛應用了含鋁、鈹、鉛、硅等的銅基合金，統稱為無錫青銅。青銅的牌號以“Q”為首，其后標出主要的合金元素及其含量。鑄造用青銅，在牌號“Q”前冠以“Z”字，例如ZQSnl0表示含錫10％的鑄造錫青銅。常用青銅的牌號、成分、性能和用途如下表所示。2．錫青銅

錫青銅的力學性能隨錫含量的不同而變化(圖)。當含錫量在5%~6%以下時，錫溶于銅中形成固溶體，合金的強度隨錫含量的增加而增高，當含錫量超出5%~6％時，合金組織中出現脆性的Cu31Sn8化合物，使塑性急劇下降，工業用的錫青銅含錫量都在3%~14％之間。

含錫量小于8%的錫青銅具有較好的塑性，適用于壓力加工；含錫大于10％的錫青銅，由于塑性低，只適于鑄造。錫青銅在鑄造時，由于流動性差，易于形成分散縮孔，因此鑄造收縮率很小．適于鑄造外形從尺寸要求較嚴的鑄件〔藝術品)。但不宜用作要求致密度較高的鑄件。錫青銅對大氣、海水與