有色金属与粉末冶金材料

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1、有色金属与粉末冶金材料金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属主要是指钢和铸铁。而把其余金属，如铝、铜、锌、镁、铅、钛、锡等及其合金统称为有色金属。与黑色金属相比，有色金属及其合金具有许多特殊的力学、物理和化学性能。因此，在空间技术、原子能、计算机等新型工业部门中有色金属材料应用很广泛。例如，铝、镁、钛等金属及其合金，具有比密度小、比强度高的特点，在航天航空工业、汽车制造、船舶制造等方面应用十分广泛。银、铜、铝等金属，导电性能和导热性能优良，是电器工业和仪表工业不可缺少的材料。第一节铝及铝合金一、工业纯铝1．

2、工业纯铝性能工业上使用的纯铝，一般指其纯度为99%~99.99%。纯铝具有下述性能特点：（1）纯铝的密度较小；熔点为660℃；具有面心立方晶格；无同素异晶转变。（2）纯铝的导电性、导热性很高，仅次于银、铜、金。（3）纯铝是无磁性、无火花材料，而且反射性能好，既可反射可见光，也可反射紫外线。（4）纯铝的强度很低，但塑性很高。通过加工硬化，可使纯铝的硬度提高，但塑性下降。（5）在空气中，铝的表面可生成致密的氧化膜，在大气中具有良好的耐蚀性，但铝不能耐酸、碱、盐的腐蚀。工业纯铝的主要用途是：代替贵重的铜合金，制作导线；配

3、制各种铝合金以及制作要求质轻、导热或耐大气腐蚀但强度要求不高的器具。2．工业纯铝分类工业纯铝分为纯铝和高纯铝两类。纯铝分未压力加工产品（铸造纯铝）及压力加工产品（变形铝）两种。铸造纯铝牌号由“Z”和铝的化学元素符号及表明铝含量的数字组成，例如ZA199.5表示wAl=99.5%的铸造纯铝；变形铝按GB/T16474—1996规定，其牌号用四位字符体系的方法命名，即用1×××表示，牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量中小数点后面两位数字，牌号第二位的字母表示原始纯铝的改型情况，如果字母为A，则表示为原始纯铝。例如，牌

4、号1A30的变形铝表示wAl=99.30%的原始纯铝，若为其他字母，则表示为原始纯铝的改型。按GB/T3190—1996规定，我国变形铝的牌号有1A50、1A30等，高纯铝的牌号有1A99、1A97、1A93、1A90、1A85等。二、铝合金1．铝合金的分类铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金是将合金熔融铸成锭子后，再通过压力加工（轧制、挤压、模锻等）制成半成品或模锻件，故要求合金应有良好的塑性变形能力。铸造铝合金则是将熔融的合金直接铸成复杂的甚至是薄壁的成型件，故要求合金应具有良好的塑性变形能力。

5、铸造铝合金则是将熔融的合金直接铸成形状复杂的甚至是薄壁的成型体，故要求合金应具有良好的铸造流动性。铝合金一般都具有如图8.1所示的相图。图8.1铝合金分类示意图2．铝合金的强化（1）铝合金的时效强化：当加热到相区，保温后在水中快冷，其强度、硬度并没有明显升高，而塑性却得到改善，这种热处理称为固溶淬火（或固溶热处理）。淬火后的铝合金，如在室温下停留相当长的时间，它的强度、硬度才显著提高，同时塑性则下降。淬火后，铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象称为时效强化和时效硬化。室温下进行的时效称为自然时效，加热条件下

6、进行的时效称为人工时效。（2）铝合金的回归处理：将已经时效强化的铝合金，重新加热到200～270℃，经短时间保温，然后在水中急冷，使合金恢复到淬火状态的处理称为回归处理。经回归处理后合金与新淬火的合金一样，仍能进行正常的自然时效。但每次回归处理后，其再时效后强度逐次下降。（3）细化组织强化：通常有三种方法。①改变冷却条件：铝合金特别是变形铝合金的塑性较好，在铝合金结晶过程中，若采取一些强冷措施提高铸造的冷却速度，增大结晶的过冷度，结晶时一般不会开裂，但可以有效地细化晶粒，改善合金的性能。②铸造铝合金的变质处理：铝硅

7、系铸造合金具有优良的流动性，并具有很小的收缩率，铸造性能很好。最简单的铝硅合金ZAlSi12（ZL102）含wSi=11%～13%，其铸态组织很粗，由（α+Si）组成，其中硅呈粗大针状，致使合金强度很低，σb仅为130MPa。浇注前往液态合金中加入变质剂，进行变质处理，获得α+（α+Si）组织，并可以细化晶粒，提高其力学性能（σb可达180MPa，δ可达6％）。图8.4ZALSi12合金的铸态组织传统变质剂是钠盐的混合物。试验发现，加入wNa=0.01%～0.014%即可达到理想的变质效果，但为了防止沸腾和飞溅现象

8、发生，通常采取钠盐进行变质处理。为确保良好的变质效果，一般加入变质剂的量占合金液的2%～3%。③变形铝合金的变质处理：在各类变形铝合金的连续铸造中，已广泛采用变质处理细化基体组织。生产应用表明，同时加入钛和硼，变质效果最好，其中钛的加入量为wTi=0.0025%～0.05%，硼的加入量为wB=0.0006%～0.01%。3．铸造铝合金及其热处理铸造铝合金要求