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| 第11章 有色金属及其合金 在工业生产中，通常把钢、铸铁、铬和锰称为黑色金属；称其他金属或合金为有色金属及合金或非铁金属及合金，主要包括铝、铜、铅、、锌、镁、钛等。有色金属及其合金的种类很多，虽然它们的产量和使用量总的来说不及黑色金属，但它们具有某些独特的性能和优点。例如，铝、镁、钛等有色金属的密度小，比强度高，并具有优良的抗蚀性；铜具有优良的导电性、导热性、抗蚀性和无磁性等。因此有色金属及其合金无论是作为结构材料还是功能材料，在工业领域特别是高新技术领域具有非常重要的地位。它不仅是生产各种有色金属合金、耐热、耐蚀、耐磨等特殊钢以及合金结构钢所必须的合金元素，而且是现代工业，尤其是航空、航天、航海、汽车、石化、电力、核能以及计算机等工业部门赖以发展的重要战略物资和工程材料。 ； 但是，各种有色金属在地壳中的储量极不均衡。铝、镁、钛等在地壳中的储存量较丰富，如铝的储存量甚至比铁还多；某些有色金属(如M。、v、Nb、w等)储量很稀缺，且在不同地域和国家的分布情况差别很大，而且大多有色金属的化学活性很高，冶炼、提取困难，产量低、成本高，所以要十分注意节约有色金属材料和矿产资源。 有色金属及其合金大致可以按如下方法进行分类： 1)有色金属分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀有金属五类。其中重有色金属是指密度大于4．5g·cm”的有色金属，主要包括铜、镍、钴、铅、锌、锑、镉、铋、锡等。轻有色金属是密度小于4．5g·cm”的有色金属，主要包括铝、镁、钾、钠、钙等。贵金属在地壳中含量极少，开采和提炼比较困难，所以价格昂贵。主要包括金、银和铂族元素。半金属的物理化学性质介于金属与非金属之间，主要包括硅、硒、砷、硼等元素。稀有金属通常指在自然界中储量少、分布稀散、提炼困难的金属，主要包括钛、钨、钼、钒、锗、铀等。 2)有色合金按合金系统可分为重有色金属合金、轻有色金属合金、贵金属合金、稀有金属合金等；按合金用途则可分为变形(压力加工用)合金、铸造合金、轴承金、印刷合金、硬质合金、焊料、中间合金、金属粉末等。 3)有色金属材料按化学成分可分铜和铜合金材料、铝和铝合金材料、铅和铅合金材料、镍和镍合金材料、钛和钛合金材料等。按加工后形状分类可分为板、条、带、箔、管、棒、线、型等品种。 11．1 铝及铝合金 铝是一种轻金属，密度小，具有良好的塑性；铝的导电性较好，用于制造各种导线；铝具有良好的导热性，可用作各种散热材料；铝还具有良好的抗腐蚀性能和较好的塑性，适合于各种压力加工。铝及其合金是机械工业(尤其是航空、航天等工业)中用量最大的有色金属。目前，工业上实际应用的主要是工业纯铝及铝合金。 |
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| 铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高力学性能，它分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。 11．1．1 工业纯铝 铝是地壳中储量最多的一种金属元素，其总质量分数约为地壳的8．o％。工业纯铝(简称纯铝)的纯度为98％~99．7％，常存杂质元素主要是Pe与Si，熔点为660C，固态下具有面心立方晶格，无同素异构转变现象，所以铝的热处理机理与钢不同。工业用纯铝呈银白色，并具有下列特征： 1)密度小。纯铝的密度为2．7s·cm”，仅为铁的三分之一。 2)导电性和导热性较好。室温时铝的导电能力约为铜的62％，若按单位重量材料的导电能力计算，铝的导电能力约为铜的200％。 3)强度、硬度低而塑性好，可进行冷热压力加工。铝的抗拉强度仅为40-50MPa，硬度为20~35HBS，断面收缩率为80％。 4)抗大气腐蚀性能好。因为在铝的表面能生成一层极致密的氧化铝薄膜，能有地隔绝铝与氧的接触，而阻止铝表面的进一步氧化，但是在酸、碱、盐溶液中则不抗腐蚀。 5)无低温脆性，无磁性，无火花、反射光和热的能力较强，耐核辐射等。 6)可以通过合金化处理和热处理的方法获得不同程度的强化，超硬铝合金的强度可达600MPa，普通硬铝合金的抗拉强度也达200-450MPa，它的比强度基本与钢相同 由于工业纯铝的上述特性，纯铝一般可制造导电体，例如电线、电缆等。还可以制造要求质轻、导热性好、具有一定的耐大气腐蚀能力但强度不高的器具。 工业纯铝分为冶炼产品(铝锭)和压力加工产品(铝材)两种。铝锭一般用于冶炼铝合金，配制合金钢成分或脱氧剂，或作为加工铝材的坯料。铝锭的牌号按杂质含量可分为AL99．7、AL99．6、AL99．5、AL99．O、AL98．0五种。铝材的代号包括L1、12、U、14、15、16。符号I表示铝，后面的数字越大，表示杂质含量越高。工业纯铝一般是通过冷、热压力加工制成的各种规格的线、管、板、棒以及型材、箔材等。 11．1．2 铝合金的分类及热处理 在纯铝中加入适量的硅、铜、镁、锌等合金元素后，可以配制成具有较高强度和良好加工性能的铝合金。 (1)铝合金的分类 根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。铝与其他合金元素组成的合金一般为共晶合金。 1)变形铝合金。变形铝合金能够适合压力加工，所以要求具有塑性较高的单相结构。如图u．1所示。在0点左侧的合金在加热到固溶线以上时，可形成单相的e固溶体，适合压力加工，所以在D点左侧的铝合金称为变形铝合金。 |
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