有色金屬與粉末冶金材料

1、有色金屬與粉末冶金材料有色金屬與粉末冶金材料金屬材料分為黑色金屬和有色金屬兩大類。黑色金屬主要是指鋼和鑄鐵。而把其余金屬，如鋁、銅、鋅、鎂、鉛、鈦、錫等及其合金統(tǒng)稱為有色金屬。與黑色金屬相比，有色金屬及其合金具有許多特殊的力學(xué)、物理和化學(xué)性能。因此，在空間技術(shù)、原子能、計(jì)算機(jī)等新型工業(yè)部門中有色金屬材料應(yīng)用很廣泛。例如，鋁、鎂、鈦等金屬及其合金，具有比密度小、比強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在航天航空工業(yè)、汽車制造、船舶制造等方面應(yīng)用十分廣泛。銀、銅、

2、鋁等金屬，導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能優(yōu)良，是電器工業(yè)和儀表工業(yè)不可缺少的材料。第一節(jié)第一節(jié)鋁及鋁合金鋁及鋁合金一、工業(yè)純鋁一、工業(yè)純鋁1工業(yè)純鋁性能工業(yè)純鋁性能工業(yè)上使用的純鋁，一般指其純度為99%~99.99%。純鋁具有下述性能特點(diǎn)：（1）純鋁的密度較小；熔點(diǎn)為660℃；具有面心立方晶格；無同素異晶轉(zhuǎn)變。（2）純鋁的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性很高，僅次于銀、銅、金。（3）純鋁是無磁性、無火花材料，而且反射性能好，既可反射可見光，也可反射紫外線。（4）純鋁

3、的強(qiáng)度很低，但塑性很高。通過加工硬化，可使純鋁的硬度提高，但塑性下降。（5）在空氣中，鋁的表面可生成致密的氧化膜，在大氣中具有良好的耐蝕性，但鋁不能耐酸、堿、鹽的腐蝕。工業(yè)純鋁的主要用途是：代替貴重的銅合金，制作導(dǎo)線；配制各種鋁合金以及制作要求質(zhì)輕、導(dǎo)熱或耐大氣腐蝕但強(qiáng)度要求不高的器具。2工業(yè)純鋁分類工業(yè)純鋁分類工業(yè)純鋁分為純鋁和高純鋁兩類。純鋁分未壓力加工產(chǎn)品（鑄造純鋁）及壓力加工產(chǎn)品（變形鋁）兩種。鑄造純鋁牌號(hào)由“Z”和鋁的化學(xué)元素

4、符號(hào)及表明鋁含量的數(shù)字組成，例如ZA199.5表示wAl=99.5%的鑄造純鋁；變形鋁按GBT16474—1996規(guī)定，其牌號(hào)用四位字符體系的方法命名，即用1表示，牌號(hào)的最后兩位數(shù)字表示最低鋁百分含量中小數(shù)點(diǎn)后面兩位數(shù)字，牌號(hào)第二位的字母表示原始純鋁的改型情況，如果字母為A，則表示為原始純鋁。例如，牌號(hào)1A30的變形鋁表示wAl=99.30%的原始純鋁，若為其他字母，則表示為原始純鋁的改型。按GBT3190—1996規(guī)定，我國變形鋁的牌

5、號(hào)有1A50、1A30等，高純鋁的牌號(hào)有1A99、1A97、1A93、1A90、1A85等。二、鋁合金二、鋁合金1鋁合金的分類鋁合金的分類鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。圖8.4ZALSi12合金的鑄態(tài)組織傳統(tǒng)變質(zhì)劑是鈉鹽的混合物。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入wNa=0.01%～0.014%即可達(dá)到理想的變質(zhì)效果，但為了防止沸騰和飛濺現(xiàn)象發(fā)生，通常采取鈉鹽進(jìn)行變質(zhì)處理。為確保良好的變質(zhì)效果，一般加入變質(zhì)劑的量占合金液的2%～3%。③變形鋁合

6、金的變質(zhì)處理：在各類變形鋁合金的連續(xù)鑄造中，已廣泛采用變質(zhì)處理細(xì)化基體組織。生產(chǎn)應(yīng)用表明，同時(shí)加入鈦和硼，變質(zhì)效果最好，其中鈦的加入量為wTi=0.0025%～0.05%，硼的加入量為wB=0.0006%～0.01%。3鑄造鋁合金及其熱處理鑄造鋁合金及其熱處理鑄造鋁合金要求具有良好的鑄造性能，因此，合金組織中應(yīng)有適當(dāng)數(shù)量的共晶體。鑄造鋁合金的合金元素含量一般高于變形鋁合金。常用的鑄造鋁合金中，合金元素總量約為8%～25%。鑄造鋁合金有鋁

7、硅系、鋁銅系、鋁鎂系、鋁鋅系四種，其中以鋁硅系合金應(yīng)用最廣。國家標(biāo)準(zhǔn)GB11731986規(guī)定，鑄造鋁合金牌號(hào)由Z（鑄）Al、主要合金元素的化學(xué)符號(hào)及其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）組成。如果平均含量小于1，一般不標(biāo)數(shù)字，必要時(shí)可用一位小數(shù)表示。（1）鋁硅系鑄造鋁合金：又稱為硅鋁明，其特點(diǎn)是鑄造性能好，線收縮小，流動(dòng)性好，熱裂傾向小，具有較高的抗蝕性和足夠的強(qiáng)度。這類合金最常見的是ZL102，硅含量wSi=10%～13%，相當(dāng)于共晶成分，鑄造后幾乎全

8、部為（αSi）共晶體組織。它的最大優(yōu)點(diǎn)是鑄造性能好，但強(qiáng)度低，鑄件致密度不高，經(jīng)過變質(zhì)處理后可提高合金的力學(xué)性能。該合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，主要在退火狀態(tài)下使用。為了提高鋁硅系合金的強(qiáng)度，滿足較大負(fù)荷零件的要求，可在該合金成分基礎(chǔ)上加入銅、錳、鎂、鎳等元素，組成復(fù)雜硅鋁明，這些元素通過固溶實(shí)現(xiàn)合金強(qiáng)化，并能使合金通過時(shí)效處理進(jìn)行強(qiáng)化。例如，ZL108經(jīng)過淬火和自然時(shí)效后，強(qiáng)度極限可提高到200～260MPa，適用于強(qiáng)度和硬度要求較高的零

9、件，如鑄造內(nèi)燃機(jī)活塞，因此也叫活塞材料。（2）鋁銅系鑄造鋁合金這類合金的銅含量不低于wCu=4%。由于銅在鋁中有較大的溶解度，且隨溫度的改變而改變，因此這類合金可以通過時(shí)效強(qiáng)化提高強(qiáng)度，并且時(shí)效強(qiáng)化的效果能夠保持到較高溫度，使合金具有較高的熱強(qiáng)性。由于合金中只含少量共晶體，故鑄造性能不好，抗蝕性和比強(qiáng)度也較優(yōu)質(zhì)硅鋁明低，此類合金主要用于制造在200～300℃條件下工作、要求較高強(qiáng)度的零件，如增壓器的導(dǎo)風(fēng)葉輪等。（3）鋁鎂系鑄造鋁合金這類

10、合金有ZL301、ZL303兩種，其中應(yīng)用最廣的是ZL301。該類合金的特點(diǎn)是密度小，強(qiáng)度高，比其它鑄造鋁合金耐蝕性好。但鑄造性能不如鋁硅合金好，流動(dòng)性差，線收縮率大，鑄造工藝復(fù)雜。它一般多用于制造承受沖擊載荷，耐海水腐蝕，外型不太復(fù)雜便于鑄造的零件，如艦船零件。（4）鋁鋅系鑄造鋁合金與ZL102相類似，這類合金鑄造性能很好，流動(dòng)性好，易充滿鑄型，但密度較大，耐蝕性差。由于在鑄造條件下鋅原子很難從過飽和固溶體中析出，因而合金鑄造冷卻時(shí)能