有色金属及非金属材料.pdf

第 3 章 有色金属及非金属材料 金属通常可分为黑色金属和有色金属两大类。铁碳合金、Cr、Mn 属于黑色金属，除此以 外的金属及合金称为有色金属。有色金属及其合金具有很多钢铁材料不具备的特殊性能，与 黑色金属相比较，具有密度小、强度高的特点，在现代工业中是不可缺少的材料，在汽车中 的应用也日益广泛，如发动机的活塞、轮辐、冷凝器管等。除金属以外的所有材料均为非金 属材料，它们在汽车上的应用呈逐年增长趋势，如汽车轮胎、密封圈、汽车内饰等。 3.1 有色金属及合金 铝及铝合金的密度小，属轻金属，在地球上的储量丰富，居金属元素之首。有关试验说 明，若采用铝合金制造汽车的缸体和车身，整个汽车的自重可减轻40% 。目前轿车车身材料 主要是金属薄钢板，一般厚度在0.6～2.0mm 。随着现代轿车技术的发展，轿车材料要求强度 高而质量轻，采用铝合金是一条出路。但铝材的加工成本高，而且冲压及焊接技术要求比较 特殊，以目前的技术还不是一般厂家可以做得到的。因此，大部分轿车的部分零部件采用铝 合金，如车圈、发动机缸盖等。 1．工业纯铝 3 工业纯铝的纯度ωAl=99%～99.99%，呈银白色，具有密度小（2.7g/cm ），熔点低（660℃）， 导电性、导热性良好（仅次于铜），反光性好，无磁性，塑性高（δ =35%～40% 、ψ =80% ）， 强度低（σ =80～100MPa），硬度低（25～30HBS ）等特点。 b 工业纯铝牌号有1070A、1060、1050A、1035 等（化学成分近似于旧牌号L1 、L2 、L3 、 L4 、L5 ），编号越大，纯度越低。工业纯铝主要用途是代替铜制作导线，配制不同的铝合金， 制作强度不高的器皿。在汽车上，纯铝主要用于制作空气压缩机垫圈、排气阀垫片、汽车铭 牌等。 2 ．铝合金 纯铝强度很低，不适于制造机器零件。在纯铝中加入Si、Cu、Mg 、Zn 、Mn 等合金元素 形成铝合金，可使其力学性能提高，而且仍保持其密度小、耐腐蚀的优点。 根据铝合金的成分及生产工艺特点，将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。 铝合金相图的一般类型如图3.1 所示。成分位于D 点以左的合金，当加热到固溶线以上 时，可得到α 固溶体，其塑性很好，宜于压力加工，称为变形铝合金。而成分在D 点以右的 合金，由于共晶组织的存在宜于铸造，称为铸造铝合金。 变形铝合金又分为两类：成分位于F 点以左的合金，其α 固溶体成分不随着温度改变而 变化，故不能用热处理使之强化，称为不能用热处理强化铝合金。成分在F 点以右的铝合金， 其α 固溶体成分随着温度而发生变化，可用热处理强化，称为热处理可强化铝合金。 铸造铝合金也能用热处理强化。但是，合金成分距D 点越远，合金中α相越少，强化效 果越不明显。 ·55 · 图3.1 铝合金相图的一般类型 1）变形铝合金 变形铝合金可由冶金厂加工成各种型材（板、带、管等）产品供应。按其主要性能特点 分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻造铝合金。 变形铝合金牌号也用四位字符体系表示。牌号的一、三、四位数为数字，第二位为A 字 母。牌号中第一位数字是依主要合金元素Cu、Mn 、Si、Mg 、Zn 的顺序来表示变形铝合金的 组别。三、四位数表示同一组别中的不同铝合金。如2A11 表示以Cu 为主添加元素的变形铝 合金，标识号为11。 （1）防锈铝合金。防锈铝合金是铝—锰系或铝—镁系合金，属于热处理不能强化铝合金。 因具有良好的抗蚀性，故称为防锈铝合金。在常用的防锈铝合金中，铝—镁系铝合金其强度 和耐蚀性高于铝—锰系防锈铝合金。 防锈铝合金的特点是强度适中，塑性和焊接性好，常用拉延法制造各种高耐蚀性薄板容 器，受力小、质轻的耐蚀制品，如油箱、蒙皮、管道、窗框、灯具等。 （2 ）硬铝合金。硬铝合金是铝—铜—镁系合金，比强度与高强度钢（σ =1000～1200MPa） b 相近，故名硬铝合金。其强度、耐热性随合金