【正文】 前面數(shù)值表示各元素的含量。這類鋁合金的主要特性是具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，因此而得名。這類合金不能進行熱處理強化，即時效強化，因而力學(xué)性能比較低。而防銹鋁合金由于切削加工工藝性差，一般適用于制造焊接管道、容器、鉚釘以及其他冷變形零件。由于該合金具有強度和硬度高，故稱之為硬鋁，又稱杜拉鋁。各種硬鋁合金的含銅量相當于圖 D‘ F范圍內(nèi)，屬于可熱處理強化的鋁合金，其強化方式為自然時效。 鋁及鋁合金 第 9章 有色金屬及其合金 硬鋁具有相當高的強度和硬度，經(jīng)自然時效后強度達到 380 MPa～ 490 MPa(原始強度為 290 MPa～ 300 MPa)，提高 25%～ 30%，硬度也明顯提高 (由 70HB～85HB提高到 l20HB)。常用的硬鋁合金有以下幾類。時效強化速度慢。主要用作鉚釘。常利用退火后良好的塑性進行冷沖、冷彎、軋壓等工藝，以制成鍛材、軋襯或沖壓件等半成品。 ③ 高強度硬鋁 (如 LYl2， LY6)：是合金元素含量較高的一類硬鋁。但承受塑性加工能力較低，可以制作航空模鍛件和重要的銷軸等。 ① 抗蝕性差：特別在海水中尤甚。 鋁及鋁合金 第 9章 有色金屬及其合金 ② 固溶處理溫度范圍很窄： LY11為 505℃ ～ 510℃ ， LY12為 495℃ ～ 503℃，低于此溫度范圍固溶處理，固溶體的過飽和度不足，不能發(fā)揮最大的時效效果；超過此溫度范圍，則容易產(chǎn)生晶界熔化。因其強度高達588MPa～ 686MPa，超過硬鋁合金，故此而得名。由于鋁合金中加入鋅，除時效強化相 θ和 S相外，尚有強化效果很大的 MgZn2(相 )及 (A12Mg2Zn3(T相 )。這類鋁合金的缺點也是抗蝕性差，一般也需包覆一層純鋁。該類超硬鋁合金可用作受力較大，又要求結(jié)構(gòu)較輕的零件，如飛機的大梁與起落架等。它們含合金元素種類多，但含量少。它們的熱塑性優(yōu)良，故鍛造性能甚佳，且力學(xué)性能也較好。 鋁及鋁合金 第 9章 有色金屬及其合金 鑄造鋁合金 很多重要的零件是用鑄造的方法生產(chǎn)的，一方面因為這些零件形狀復(fù)雜，用其他方法 (如鍛造 )不易制造；另一方面由于零件體積龐大，用其他方法生產(chǎn)也不經(jīng)濟。常用鑄造鋁合金的牌號、成分及性能見表 93。在鑄造鋁合金中，鑄造性能和力學(xué)性能配合最佳的是 A1Si合金，又稱硅鋁明。如圖 AlSi相圖中可知，該成分正是共晶成分，因而具有良好的鑄造性能 (熔點低、流動性好，收縮小 )。由于組織中粗大的針狀共晶硅的存在，合金的力學(xué)性能不高， σb不超過 140 MPa。為此，通過細化組織，以提高強度和塑性。且變質(zhì)處理后的組織是由初生固溶體與均勻細小的 (+Si)共晶體所組成的亞共晶組織。 簡單硅鋁明的鑄造性能、焊接性能均較好，抗蝕性及耐熱性尚可。故簡單硅鋁明強度不高，僅用于制造形狀復(fù)雜且受力不大的鑄件或薄壁零件，如壓鑄成形的儀表殼體、抽水機殼體等。并通過熱處理強化，進一步提高力學(xué)性能。在 ZL109中，由于鎂、銅同時加入，出現(xiàn)三種強化相 (CuAl Mg2Si、 Al2CuMg)，合金時效強化效果很好，并且還使合金的高溫強度有所提高，常用作發(fā)動機的活塞，有活塞合金之稱。 如前所述，鑄造鋁合金除 A1Si系之外，還有 A1Cu、 A1Mg、 A1Zn等系列 , 但由于所含共晶組織的相對量較少，鑄造性能較差，但卻各具不同的特點。由于銅和錳的加入，所形成固溶體的溶解度變化較大，經(jīng)時效后，可成為鑄鋁中強度最高的一類，在 300℃ 以下能保持較高的強度。這類合金具有優(yōu)良的耐蝕性，又因鎂的加入，密度特別小，但鑄件中疏松現(xiàn)象嚴重，常用作在海水中承載的鋁合金鑄件。 鋁及鋁合金 第 9章 有色金屬及其合金 表 93 鑄造鋁合金的牌號、成分、力學(xué)性能和用途 b?δ牌號 主要成分 /% 狀態(tài) 力學(xué)性能 應(yīng)用舉例 Si Cu Mg Mn 其他 /MPa /% HB ZL101 ～ ～ T5 T6 210 230 2 1 60 70 形狀復(fù)雜的中等負荷零件 ZL102 ～ T2 T2 140 150 4 3 50 50 形狀復(fù)雜的低負荷零件 200℃ 以下工作的高氣密性零件 ZL104 ～ ～ ～ T6 T6 240 230 2 2 70 70 200℃ 以下工作的汽缸體、機體等 ZL105 ～ ～ ～ T5 T5 200 240 1 0.5 70 70 225℃ 以下工作的風(fēng)冷發(fā)動機的汽缸頭、油泵殼體等 鋁及鋁合金 第 9章 有色金屬及其合金 ZL106 ～ ～ ～ ～ T6 250 1 90 在較高溫度下工作的零件 ZL109 ～ ～ ～ Ni ～ T1 T6 200 250 0.5 — 90 100 在較高溫度下工作的零件如活塞等 ZL110 ～ ～ ～ T1 150 80 在較高溫度下工作的零件如活塞等 ZL201 ～ ～ Ti ～ T4 T5 300 340 8 4 70 90 175℃ ～ 300℃ 以下工作的零件 ZL203 ～ T5 220 3 70 中等負荷形狀簡單的零件 ZL301 ～ T4 280 9 60 能承受較大振動載荷的零件 ZL302 ～ ～ ～ 150 1 55 耐腐蝕的低載荷零件 注： T1人工時效； T2退火； T4固溶處理； T5固溶處理 +部分人工時效； T6固溶處理 +完全人工時效。但銅的儲量較小，價格昂貴，屬于應(yīng)該節(jié)約使用的材料。 純銅外觀呈紫紅色，故又稱紫銅，是人類最早使用的金屬之一。純銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性優(yōu)良，僅次于銀而居第二位，在電氣工業(yè)及動力機械工業(yè)中獲得廣泛的應(yīng)用。純銅具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，具有良好的塑性，可以進行冷、熱加工。 純銅的強度極低，退火態(tài) σb為 250 MPa～ 270 MPa，為 35%～ 45%。 工業(yè)純銅按氧的含量和生產(chǎn)方法的不同可分為如下三種。 Tl、 T2主要用作導(dǎo)電材料和熔制高純度銅合金， T4用作一般銅材。牌號有 TUl、 TU2，“ U”表示無氧， 1號和 2號無氧銅主要用于電真空器件。用真空去氧得到的無氧銅，稱真空銅 (TK)。因此常用合金化來獲得強度較高的銅合金，作為結(jié)構(gòu)材料。 ① 固溶強化：最常用的固溶強化元素為 Zn、 Si、 Al、 Ni等，形成置換固溶體。因而，合金元素加入銅中后，可使合金具有時效強化的性能。過剩相多為硬而脆的金屬間化合物。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 黃銅 以鋅作為主要合金元素的銅合金稱為黃銅 (CuZn合金 )。 1. 黃銅的性能與成分之間的關(guān)系 由 CuZn相圖 (見圖 )可知，鋅在銅中的溶解度很大 (在室溫下可達 39%)，固溶強化效果好，鋅在銅中的溶解度隨溫度的降低而增大。隨著含鋅量的進一步增加，出現(xiàn)具有體心立方晶格的 相。 圖 銅 鋅合金相圖 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 當含鋅量達到 50%時，合金中將出現(xiàn)另一種脆性更大的電子化合物 γ相。 含鋅量對黃銅性能的影響如圖 ，結(jié)合 CuZn相圖的分析可知，由于鋅的溶入，能起到固溶強化的作用，使合金的強度不斷提高，塑性也有所改善。因此工業(yè)上使用的黃銅實際含鋅量大多不超過 47%，這樣工業(yè)黃銅的組織只可能是單相或兩相 (+)，分別稱之為黃銅 (或單相黃銅 )及 (+)黃銅 (或兩相黃銅 )。 CuZn合金在高溫下為單相組織，故在生產(chǎn)中多以鍛、軋態(tài)使用，并以形變作為強化手段。常用黃銅的分類、牌號、成分、性能和用途見表 94。塑性好，可以進行冷、熱加工成形，適用于制造冷軋板材、冷拉線材以及形狀復(fù)雜的深沖壓零件。 (2) 兩相黃銅。常用的有 H6 H59等，可用作散熱器、機械、電器用零件。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 黃銅的抗蝕能力與純銅相近，在大氣和淡水中是穩(wěn)定的 , 在海水中抗蝕性稍差。所謂“脫鋅”是指黃銅在酸性或鹽類溶液中，鋅優(yōu)先溶解而受到腐蝕，使工件表面殘存一層多孔 (海綿狀 )的純銅，因而合金遭到破壞；而“季裂”是指黃銅零件因內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，在潮濕大氣中，特別是含氨鹽的大氣中受到腐蝕而產(chǎn)生破裂的現(xiàn)象。 (3) 特殊黃銅。 錫黃銅 HSn62—1：錫主要用于提高耐蝕性。 鉛黃銅 HPb74—3：鉛在黃銅中溶解度很低，只有 %，基本呈獨立相存在于組織中，因而可以提高耐磨性和切削加工性。春秋晚期，人們就掌握了用青銅制作雙金屬劍的技術(shù)。制成的劍兩刃鋒利，不易折斷，克服了利劍易斷的缺點。 20世紀又研制生產(chǎn)了鋁青銅和硅青銅等。 青銅的編號用“青”字的漢語拼音第一個大寫字母“ Q”，后面加上主添加元素的化學(xué)符號，再加主添加元素的含量和輔助元素的含量來表示。如 QSn4—3，表示含 wSn=4%、 wZn=3%的錫青銅； QBe2，表示含 wBe=2%的鈹青銅。由于錫在銅中不易擴散，在實際鑄造生產(chǎn)條件下即非平衡條件不易獲得平衡組織，含錫量小于 6%時，合金呈單相固溶體；含錫量超過 6%時，就可能出現(xiàn) (+)共析體，其中是一個硬脆相。 含錫量大于 6%的錫青銅，因組織中出現(xiàn)硬脆相，塑性急劇降低，已不宜承受壓力加工，只能用作鑄造合金。工業(yè)用錫青銅的含錫量一般在 3%～ 14%范圍內(nèi)。由于錫青銅組織中共析體 (+)仍均勻分布在塑性好的固溶體中，從而構(gòu)成了堅硬相質(zhì)點均勻分布在塑性好的基體上的耐磨組織。 (3) 耐蝕性能。廣泛用于蒸汽鍋爐、海船的鑄件。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 (4) 鑄造性能。但鑄造收縮率很小，是有色金屬中鑄造收縮率最小的合金。在錫青銅中，還常加入其他合金元素以改善鑄造、切削、耐磨等性能。 表 95 常用青銅的牌號、成分、性能和應(yīng)用 類 別 牌 號 Cu以外的成分 /% 狀態(tài) 力學(xué)性能 應(yīng) 用 舉 例 σb /MPa /% HB 錫 青 銅 鑄造青銅 ZQSn10— 1 Sn 9～ 11 P ～ S 200～ 300 3 80～ 100 軸承、齒輪等 J 250～ 350 7～ 10 90～ 120 ZQSn6— 6—3 Sn5～ 7 Zn5～ 7 Pb1～ 4 S 150～ 250 8 60 軸承、齒輪等 J 180～ 250 10 65～ 70 壓力加工青銅 QSn4— 4— 4 Sn3～ 5 Zn3～ 5 ～ 軟 310 46 62 航空儀表材料 硬 550～ 650 2～ 4 160～ 180 — Sn6～ 7 ～ 軟 350～ 450 60～ 70 70～ 90 耐磨材料、彈簧等 硬 700～ 800 8～ 10 160～ 200 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 無 錫 青 銅 鋁青銅 QAl9— 4 Al8～ 9 Fe2～ 4 軟 500～600 40 110 有重要用途的齒輪、軸套等 硬 800～1000 5 160～200 鈹青銅 QBe2 ～ 軟 500 35 100 有重要用途的彈簧、齒輪等 硬 1250 2～ 4 330 注：表中 S表示砂型鑄造； J表示金屬型鑄造；軟表示 800?C退火狀態(tài)；硬表示變形度 50%的性能。工業(yè)用鈹青銅的含鈹量一般在 %～ %之間，由于鈹溶入銅中形成固溶體，其溶解度隨溫度的下降而急劇下降，室溫時其溶解度僅為 % Be。其時效硬化效果顯著，經(jīng)淬火時效后，抗拉強度可由固溶處理狀態(tài) 450MPa提高到1250MPa～ 1450MPa，硬度可達 350HB～ 400HB，遠遠超過其他所有銅合金，甚至可以和高強度鋼相媲美。此外還具有無磁性、受沖擊時不產(chǎn)生火花等特點。鈹青銅主要缺點是價格太貴，生產(chǎn)過程中有毒，故應(yīng)用受到很大的限制。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 白銅 以銅為基的 CuNi合金和 CuNiZn合金，稱為白銅。所以各種銅 鎳合金