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第六章有色金属及其合金
1/27/2018
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一、工业纯铝
铝是地球上储量最丰富的金属,比铁的储量约多两倍,比其他有色金属的总储量还多铝的产量仅次于铁占第二位,应用也十分广泛。
铝的密度小,铝合金的密度也小,~。
铝的导电性和导热性好,在电力、械工业中常用于制作导线电缆和电容器,以及导热或散热用的机械零件和设备
铝在空气中优良好的抗浊性,以为铝的表面易生成一层稳定而致密AL2O3薄膜,阻止进一步的氧化。但是铝不耐碱、盐溶液及热的稀硫酸或稀***腐蚀。
铝有很高的塑性,便于通过各种冷、热压力加工制成型材、线材、板材和铝箔。
工业纯铝中最常见的杂质是铁和硅。铝中所含的杂质数量愈多,其导电性、导热性、抗蚀性及塑性就愈低。
我国纯铝的牌号用“铝”字的汉语拼音字首“L”加上按杂质限量编号得数字组成,有L1、L2、L3…….等。数字愈大,纯度愈低。
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(一)铝合金的分类
铝合金按其成分、组织、性能及生产工艺的不同,可以分为两大类,一类为形变铝合金,一类为铸造铝合金。对铝合金进行分类的示意相图见图6-1所示。
二、铝合金
工业纯铝中加入适量的铜、硅、锰、镁、锌等合金元素就成为铝合金,铝合金的强度显著提高。
铝合金经热处理或冷加工硬化后,Rm可增高到500~600Mpa,而且铝合金的密度小,比强度(σ/r)较高,广泛地应用于要求重量轻承载构件。
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(二)形变铝合金
形变铝合金中如其合金元素B的含量介于F~D%之间,在加热或冷却过程中,固液体的溶解度将有变化,因此就可采用淬火的方法进行强化。这种成分范围的铝合金即为热处理能强化的合金。而B元素含量如果小于F点含量的铝合金,在固态时始终是单一的固溶体,采用淬火的方法已不能进行强化。这种成分的铝合金即为热处理不能强化的合金。
在工程上形变铝合金通常分为防锈铝合金及硬铝、超硬铝。
1.  防锈铝合金
防锈铝合金属于热处理不能强化的合金,只能靠冷变形加工硬化来提高强度。这类合金主要是Al-Mg或Al-Mn合金。防锈铝合金耐蚀性高,塑性、韧性及焊接性能好,具有比纯铝高的强度。在火电厂中常用于热交换器、管子、容器、壳体及铆钉等。
防锈铝合金的牌号用拼音字母“LF”再加数字序号表示,如LF4、LF21等,数字愈大,表示含锰或镁愈多。
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2 .   硬铝及超硬铝
硬铝属于Al-Cu-Mn的合金;超硬铝属于Al-Mg-Zn-Cu的合金。这两类铝合金均可通过淬火和时效来提高其强度和硬度。所谓时效,是指将淬火后的铝合金在室温下停放5~7d(自然时效)或在100~150的温度下停放几小时(人工时效),使过饱和的固溶体析出一些新相,因而使铝合金的强度和硬度提高。
硬铝及超硬铝的牌号分别用“LY”及“LC”加上数字序号表示。
硬铝和超硬铝是制造飞机的重要材料。在火电厂中,硬铝主要用做铆钉、冲压件及发电机离心式风扇叶片等。
(三)铸造铝合金铸造铝合金有Al-Si、Al-Mg及Al-Cu等合金,其中以Al-Si合金(常称为硅铝明)应用最广。铸造铝合金由于铸造性能好,适于制造形状复杂的零部件。铸造铝合金的牌号用“ZL”加上数字序号来表示。铸造铝合金所含的合金元素较形变铝合金为高,铸造铝合金中有共晶体,熔点也较低,这样可以增加液态金属的流动性,增高铸件的致密度,减少收缩率,有利于改善铸造性能。合金中的共晶体愈多,铸造性能愈好;共晶成分的合金,铸造性能最佳。
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第二节铜及其合金
一、工业纯铜
纯铜表面一般呈玫瑰红色,氧化后呈紫色,故又称紫铜。纯铜的熔点为1083℃,,固态下具有面心立方晶格,无同素异晶转变。
纯铜的塑性较高(A=40~50%,Z≤70%),强度、硬度低(Rm=200~240MPa,HBS约35)。经冷变形加工后其强度、硬度有所提高,但塑性下降,故纯铜不宜用作结构材料,而主要用于电线、电缆、垫片、铜管以及配制铜合金等。
纯铜具有优良的导电性、导热性,其导电率仅次于银,居金属元素的第二位。
我国工业纯铜按其纯度的不同,分别用T1、T2、T3、T4四种编号表示,“T”是汉语拼音“铜”字的首字母,后面数字越大,纯度越低。
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二、黄铜黄铜是以铜锌为主的合金,按照化学成份可分为普通黄铜和特殊黄铜两种。
普通黄铜是铜和锌的二元合金,锌含量对合金性能影响较大。
当锌含量小于32%时,锌可溶入铜中形成α固溶体,这种固溶体具有良好的塑性,适合冷热压力加工;当含锌量约在32%~38%范围内时,由于合金组织中开始出现CuZn化合物相,所以随着含锌量的增加,其强度增加而塑性略有下降