机械工业出版社 金属工艺学第四章 非铁金属及其合金

第四章 非铁金属及其合金 一、铝及铝合金 二、铜及铜合金 四、滑动轴承合金 五、硬质合金 三、钛及钛合金 第一节　铝及铝合金 铝及铝合金是非铁金属中应用最广的金属材料,其在地球的储存量比铁多,其产量仅次于钢铁材料,广泛用于电气、汽车、车辆、化工、航空等行业。 根据GB/T 16474—2011《变形铝及铝合金牌号表示方法》的规定,我国变形铝及铝合金牌号表示采用国际四位数字体系牌号和四位字符体系牌号两种命名方法。在国际牌号注册组织中注册命名的铝及铝合金,直接采用四位数字体系牌号,按化学成分在国际牌号注册组织未命名的,应按四位字符体系牌号命名。 两种牌号命名方法的区别仅在第二位。牌号第一位数字表示变形铝及铝合金的组别,见表4-1所示;牌号第二位数字(国际四位数字体系)或字母(四位字符体系,除字母C、I、L、N、O、P、Q、Z外)表示对原始纯铝或铝合金的改型情况,数字“0”表示原始合金,数字“1~9”表示对铝合金的修改次数,或是对纯铝中某一种或几种杂质或合金元素加以专门的控制;字母“A”表示原始合金,字母“B~Y”则表示对原始合金的改型情况;最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金,对于纯铝则表示铝的最低质量分数中小数点后面的两位数。 一、纯铝的性能、牌号及用途 1.纯铝的性能 铝的质量分数不低于99.00%时为纯铝。纯铝是银白色的轻金属,其密度是2.7g/cm3,约为铁的1/3;铝的熔点是660℃,结晶后具有面心立方晶格,无同素异构转变现象,无铁磁性;纯铝有良好的导电和导热性能,仅次于银和铜,室温下导电能力约为铜的60%~64%;铝和氧的亲和力强,容易在其表面形成致密的Al2O3薄膜,该薄膜能有效地防止内部金属继续氧化,故纯铝在非工业污染的大气中有良好的耐蚀性,但纯铝不耐碱、酸、盐等介质的腐蚀;纯铝的塑性好(A11.3≈40%,Z≈80%),但强度低(Rm≈80~100MPa);纯铝不能用热处理进行强化,合金化和冷变形是其提高强度的主要手段,纯铝经冷变形强化后,其强度可提高到150~250MPa,而塑性则下降到Z=50%~60%。 2.纯铝的牌号及用途 纯铝牌号用1×××四位数字或四位字符表示,牌号的最后两位数字表示最低铝的质量分数。当最低铝的质量分数精确到0.01%时,牌号的最后两位数字就是最低铝的质量分数中小数点后面的两位数。例如,1A99(原LG5),其w(Al)=99.99%;1A97(原LG4),其w(Al)=99.97%。 纯铝主要用于熔炼铝合金,制造电线、电缆、电器元件、换热器件以及要求制作质轻、导热与导电、耐大气腐蚀但强度要求不高的机电构件等。 二、铝合金 铝合金是以铝为基础,加入一种或几种其他元素(如铜、镁、硅、锰、锌等)构成的合金。向纯铝中加入适量的铜、镁、硅、锰、锌等合金元素,可得到具有较高强度的铝合金。若再经过冷加工或热处理,其抗拉强度可进一步提高到500MPa以上,而且铝合金的比强度(抗拉强度与密度的比值)高,有良好的耐蚀性和可加工性,因此,在航空和航天工业中得到广泛应用。 1.铝合金的分类 铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类。图4-1所示是铝合金的相图,图中的DF线是合金元素在α固溶体中的溶解度变化曲线,D点是合金元素在α固溶体中的最大溶解度。合金元素含量低于D点化学成分的合金,当加热到DF线以上时,能形成单相固溶体(α)组织,因而其塑性较高,适于压力加工,故称为变形铝合金。其中合金元素含量在F点以左的合金,由于其固溶体化学成分不随温度而变化,不能进行热处理强化,故称为热处理不能强化铝合金。而化学成分在F点以右的铝合金(包括铸铝合金),其固溶体化学成分随温度变化而沿DF线变化,可以用热处理的方法使合金强化,故称为热处理能强化铝合金。合金元素含量超过D点化学成分的铝合金,具有共晶组织,适合于铸造加工,不适于压力加工,故称为铸造铝合金。铝合金的分类如图4-2所示。 图4-1　二元铝合金相图的一般类型 图4-2　铝合金分类 2.变形铝合金 变形铝合金一般由冶金厂加工成各种规格的型材(板、带、管、线等)供应给用户。 (1)防锈铝　它属于热处理不能强化的变形铝合金,可通过冷压力加工提高其强度,主要是Al-Mn系和Al-Mg系合金,如5A02、3A21等。防锈铝具有比纯铝更好的耐蚀性,具有良好的塑性及焊接性能,强度较低,易于成形和焊接。防锈铝主要用于制造要求具有较高耐蚀性的油箱、导油管、生活用器皿、窗框、铆钉、防锈蒙皮、中载荷零件和焊接件等。 (2)硬铝。它属于Al-Cu-Mg系合金,如2A11、2A12等。硬铝具有强烈的时效硬化能力,在室温具有较高的强度和耐热性,但其耐蚀性比纯铝差,尤其是耐海洋大气腐蚀的性能较低,可焊接性也较差,所以,有些硬铝的板材常在其表面包覆一层纯铝后使用。硬铝主要用于制作中等强度的