工程材料学
第二节 铝及铝合金
3、常用铝合金
一）形变铝合金
卫星天线LF2
1、防锈铝合金
有Al—Mn系合金和Al—Mg系合金。因时效硬化效果不好，
不宜热处理强化，可通过冷加工提高其强度和硬度。常用
来制造航空油箱、油管、以及器皿、日用品、门窗装饰品
等。
GB/T16475 GB3190-
-1996
82
抗拉强度时间
如：4%Cu的Al-Cu合金，加热到550℃并保温, 在 水中快冷时, θ相(CuAl2)来不及析出, 合金获得过饱和的 α 固溶体组织, 其强度为σb＝250MPa
若在室温下放置, 随着时间的延续, 强度将逐渐提 高, 经4～5天后, σb可达400MPa。
工程材料学
铝合金热处理
Al-Cu合金时效处理析出相顺序：GP区——θ’’——θ’——θ（CuAl2） 共格 半共格 非共格 工程材料学
第八章 非铁金属材料
主讲人：胡树兵
Outline
1 概论 2 铝及铝合金 3 铜及铜合金 4 钛及钛合金 5 滑动轴承合金
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第一节 概论
1.定义 : 除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有金 属。
2.性能特点:密度小、比强度高、耐蚀性好、导 电导热性优良等
3.分类
重金属(密度＞3.5)： Cu、Ni 等。 轻金属(密度＜3.5)：Al、Mg 等。 贵重金属： Au、Ag、Pt 等。 稀有金属：W、Ti、Ra、Nb 等。 半金属：Si、Te、B 等。
铸造铝合金 成分高于D的合 金, 由于冷却时有共晶反应发生, 流动性较好, 适于铸造生产, 称为 可铸造铝合金。
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、铝合金热处理
形变铝合金
退火
铝合金铸锭：使成分均匀化，塑形得 到提高，便于随后的轧制加工，均匀 化退火
冷变形加工中的铝合金：消除加工硬 化效应，再结晶退火
铸造铝合金 消除成分不均匀性和内应力
水上飞机配件ZL301
工程材料学
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第二节 铝及铝合金
4、铸造铝 —锌合金 ZAlZn11温Si7(ZL401)、ZAlZn6Mg(ZL402)
度
Al-Zn合金(ZL401、ZL402)价格便宜，铸造件性能
优良，经变质处理和时效处理后强度较高，但抗蚀性
差，热裂倾向大。
ZL401适用于大型复杂的承受高的静载荷的200℃以
飞机主起落架 时间
热处理方式： 固溶+人工时效
工程材料学
第二节 铝及铝合金
4、锻铝合金
通合金常。为良Al温度-好C热u-M塑g性-S，i 可以锻造成型，用来 制造一些复杂的结构 零件，如直升机的旋 翼、航空发动机活塞 等。
GB/T1647 GB31905-1996 82
2A50 LD5 Al-Cu2B50 LD6 Mg-Si
工程材料学
第一节 概论
• 有色金属因具 有特殊的性能 ，如电、磁、 热性能、耐蚀 性、高比强而 在现代工业中 起重要作用
工程材料学
第二节 铝及铝合金
1、性能特点
一、纯铝
密度小、比强度高：密度为2.7g/cm3，铝合 金经处理后，单位质量材料能承受的载荷远 大于高强度钢。
优良的物理、化学性能：导电性和导热性仅 次于Ag、Cu、Au，单位重量的导电能力是 铜的2倍；表面可生成致密的氧化膜，可以 有效的抵抗大气腐蚀，但不耐酸、碱、盐液 腐蚀；非铁磁性材料。
ZL202塑性较低，多用于高
温下不受冲击的零件，
时间
ZL203经淬火时效后，强度 较高，可作结构材料，铸造
汽缸头
承受中等载荷和形状较简单
的零件.
工程材料学
第二节 铝及铝合金
3、铸造铝—镁合金 ZAlMg10(ZL301)、ZAlMg5Si1(ZL303)、 ZAlMg8Zn温度1(ZL305)
Al-Mg合金(ZL301、ZL302) 强度高，比重小(为2.55)，有 良好的耐蚀性，但铸造性能 不好。耐热性低。这类合金 可进行时效处理，通常采用 自然时效，多用于制造承受 冲击载荷、在腐蚀性介质时中间 工作的、外形不太复杂的零 件，例如舰船配件等。
铸造铝合金 形变铝合金
不能热处理 强化铝合金
能热处理 强化铝合金
工程材料学
第二节 铝及铝合金
二、铝合金
1、铝合金分类
形变铝合金 成分低于D的合金， 加热时能形成单相固溶体组织， 塑性较好，适于变形加工，称为 形变铝合金。变形铝合金中成分 低于F的合金，因不能进行热处 理强化，称为不可热处理强化的 铝合金; 成分位于F-D之间的合金, 可进行固溶－时效强化, 称为可 热处理强化的铝合金。
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第二节 铝及铝合金 含4%Cu的铝合金自然时效曲线
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第二节 铝及铝合金 含4%Cu的铝合金在不同温度下的
人工时效曲线
工程材料学
时效温度越高，达到最高硬度所用时间越短，能达 到的最高硬度值也越低，常用人工时效工艺为130℃约 10小时。
工程材料学
回归 温 度
第二节 铝及铝合金
时间
时效后的铝合金可在回归处理后的软化状态进行 各种冷变形。利用这种现象，可随时进行飞机的 铆接和修理等零件。
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、铝合金热处理
固溶处理+时效强化
（1）固溶处理 将成分位于相图中D-F之间的合 金加热到 α 相区, 经保温获得 单相 α 固溶体后迅速水冷，可 在室温得到过饱和的 α 固溶体, 这种处理方式称固溶处理。
工程材料学
第二节 铝及铝合金
(2)时效
固溶处理后得到的组织是不稳定的，有分解出强化 相过渡到稳定状态的倾向。在室温下放置或低温加热 时，强度和硬度会明显升高。这种现象称为时效或时 效硬化。在室温下进行的称自然时效；在加热条件下 进行的称人工时效。
工程材料学
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第三节 铜及铜合金
温 度
铜合金的分类
黄铜 : Cu – Zn 白铜 : Cu – Ni
青铜 : 除黄铜和白 时间 铜外的所有 铜合金。
工程材料学
第三节 铜及铜合金
二、黄铜（铜－锌合金）
Cu对Z温n在很大的范围内可以溶解，Zn加入到Cu中形成的 合金称为度黄铜，这时材料呈颜色淡黄色，故称为黄铜。
型，便于切削加工； 4) 强度不高(σ b=200－250MPa)，硬度低(HB=40－50)， 时间
塑性很好(δ ＝45－50％)；但构成的一些合金有好的 减摩性、耐磨性，有些有高的弹性极限和疲劳极限； 5) 外表色泽美观。
工程材料学
纯铜在微电子制造中的应用
铜引线框架
引线键合丝：金丝、铜丝、铝丝
• 单晶铜丝替代键合金丝的原因
2A14 LD10
抗拉强度
420MPa 340MPa 480MPa
时间
热处理方式： 固溶+人工时 效
工程材料学
第二节 铝及铝合金
二）铸造铝合金
1、铸造铝温—硅系合金
度 简单硅铝明，ZL102(含10—13%Si)
活塞，裙带为硅铝合金
时间
铸造后几乎全部得到共晶体组织(α +Si), 具有 优良的铸造性能(熔点低、流动性好、收缩小)。 在一般情况下，ZL102的共晶体由粗针状硅晶体 和固溶体构成, 强度和塑性都较差。
工程材料学
超纯键合铜丝的制备工艺流程
• 铜的提纯（5N－6N）——微合金化—— 单晶制备方法与工艺——拉丝——生产 工艺研究——性能对比测试——应用。
图1-1 丝球焊键合过程
工程材料学
铜键合丝
工程材料学
第三节 铜及铜合金
一、工业纯铜
T1
温 工业纯铜 T1～T4
度
T2 T3
纯铜的分类
T4
无氧铜 TU1、TU2
时间
(a) 未变质处理
(b) 变质处理后
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、铸造铝—铜系合金
ZAlCu5Mn(ZL201)～ZAlCu4(ZL203）
温
有较高的度强度、塑性及耐热
性,但铸造性能和耐蚀性较差。
ZL201的室温强度、塑性比
较好，可制作在300℃以下
工作的零件，常用于铸造内
燃机气缸头、活塞等零件。
工业纯铝
变形纯铝（经压力加工产品）：国际四位字符体系表示。如 1A93，1—纯铝，字母A—原始纯铝，其它字母（如B）表示原 始纯铝或铝合金的改型；后面两位数字，对于纯铝，表示铝含 量的百分数99.93％中小数点后的数字。
工程材料学
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第二节 铝及铝合金 二、铝合金
1、铝合金分类
铝合金
GB/T16475 GB3190-
-1996
82
抗拉强度
2A01 LY1 Al-Cu-Mg
2A11 LY11
420MPa
2A12 LY12
475MPa
热处理方式： 时间 固溶+时效
工程材料学
第二节 铝及铝合金
2、硬铝合金
温 度
飞机翼梁腹板为硬铝合金
时间 工程材料学
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第二节 铝及铝合金
工程材料学
第二节 铝及铝合金
1、铸造铝—硅系合金 变质处理 浇铸前向合金液中加入占合金重量2～3%的变质(常用
钠盐混温度合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以细化合金组织, 显著提高 合金的强度及塑性。 经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生α 固溶体,获得 亚共晶组织。这是由于加入钠盐后，铸造冷却较快时共晶点 右移的缘故。
热处理方式：退火
3A21 LF21 Al-Mn 190MPa 5A02 LF2 Al-Mg 230MPa