在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属（ferrous metals） ，把其他非铁金属及其合金称为有色金属(non ferrous metals)。有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度（强度与密度之比）等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料。

目前，变形有色金属及其合金的牌号表示方法还不统一，但铸造有色金属及其合金的牌号表示方法根据国标GB/T 8063-94的规定已统一如下：①铸造有色纯金属的牌号为Z（“铸”字汉语拼音字首）+ 该金属元素符号 + 纯度百分含量数字（或用一短横加顺序号），如ZAl99.5和ZTi-1；②铸造有色合金的牌号为Z（“铸”字汉语拼音字首）+ 基体金属元素符号 + 主要合金元素符号及其名义百分含量数字 + 其他合金元素符号及其名义百分含量数字。混合稀土元素符号用RE表示。优质合金在其牌号后标注大写字母“A”。

有色金属的种类很多，本章仅对机械、仪表、飞机制造等工业中广泛使用的铝、铜、钛及轴承合金作简要介绍。

一、铝及铝合金的性能特点

纯铝具有银白色金属光泽，密度小（2.72 g/cm3），熔点低（660.4℃），导电、导热性能优良；具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性；纯铝在空气中易氧化，在表面形成一层致密牢固的氧化膜，因而抗大气腐蚀性能好；具有极好的塑性和低的强度（纯度为99.99%时，sb=45MPa，d=50%），易于加工成形；还具有良好的低温塑性，直到-253℃时其塑性和韧性也不降低。纯铝的主要用途是配制铝合金，还可用来制造导线、包覆材料及耐蚀器具等。

纯铝的强度、硬度低，不适于制作受力的机械零件。向铝中加入适量的合金元素制成铝合金，可改变其组织结构，提高性能。常加入的元素主要有铜、锰、硅、镁、锌等，此外还有铬、镍、钛、锆等辅加元素。由于这些合金元素的强化作用，使得铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性，因此铝合金可用于制造承受较大载荷的机械零件或构件，成为工业中广泛使用的有色金属材料，由于铝合金具有高的比强度，所以又成为飞机的主要结构材料。

二、铝合金的分类

铝合金一般具有如图8- 1所示的有限固溶型共晶相图。根据相图，以D点成分为界可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。D点以左的合金为变形铝合金，其特点是加热到固溶线D F以上时为单相a 固溶体组织，塑性好，适于压力加工；D点以右的合金为铸造铝合金，其组织中存在共晶体，适于铸造。

在变形铝合金中，成分在F点以左的合金，其固溶体成分不随温度变化，不能通过热处理强化，为不可热处理强化的铝合金；成分在F、D 两点之间的合金，其固溶体成分随温度变化，可通过热处理强化，为可热处理强化的铝合金。

                            图8-1  铝合金分类示意图

三、铝合金的热处理

对于可热处理强化的变形铝合金，其热处理方法为固溶处理加时效(solid solution plus ageing)。固溶处理是指将图8-1中F、D两点之间的合金加热到DF线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相a固溶体组织的处理。时效是指将过饱和的a固溶体加热到固溶线DF以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。在室温下进行的时效称自然时效(natural ageing)；在加热条件下进行的时效称人工时效(artificial ageing)。

时效强化的实质，是第二相从不稳定的过饱和固溶体中析出和长大，当与母相晶格常数不同的第二相（GP溶质原子偏聚区及q’’中间相）与母相共格时，由于晶格畸变严重，位错运动阻力大，强化效果最好；当形成稳定化合物q相，共格被破坏时，强化效果消失，即产生过时效。时效强化效果与加热温度和保

温时间有关，如图8-2所示。当温度一定

时，随时效时间延长，在时效曲线上出现

一峰值，超过峰值时间，析出相聚集长大，

强度下降，即为过时效。随时效温度提高，

峰值强度下降，出现峰值的时间提前。

                                          图8-2  含4%Cu的铝合金在不同温度下的时效曲线

四、铝合金的牌号、性能及用途

1、变形铝合金

⑴ 变形铝及铝合金牌号表示方法根据国家标准GB/T 16474-1996规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号。未命名为国际四位数字体系牌号的变形铝及铝合金，应采用四位字符牌号命名。两种编号方法如表8-1所示。

根据GB/T 3190-1996的说明，GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，其牌号用LF（防锈铝合金）、LY（硬铝合金）、LC（超硬铝合金）、LD（锻铝合金）加顺序号表示。

⑵ 常用变形铝合金

① 防锈铝合金  主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。锰和镁的主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后为单相固溶体组织，抗蚀性好，塑性高，易于变形加工，焊接性能好，但切削性能差。这类合金不能进行热处理强化，常利用加工硬化来提高其强度。常用的Al-Mn系合金有3A21（LF21），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有5A05（LF5），其密度比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。

② 硬铝合金  主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量锰。这类合金可进行时效强化，也可进行变形强化。合金中铜和镁的作用是形成强化相CuAl2（q相）和CuMgAl2（S相），产生时效硬化；锰的作用是提高抗蚀性，并起一定的固溶强化作用。硬铝合金的强度、硬度高，加工性能良好，但耐蚀性低于防锈铝合金。常用的硬铝合金如2A11（LY11）、2A12（LY12）等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、铆钉等。

③ 超硬铝合金  属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量铬和锰。其强化相除q相和S相外，还有MgZn2（h相）和Al2Mg3Zn3（T相）等。时效强化效果超过硬铝合金，是时效后强度最高的一种铝合金。超硬铝合金的热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有7A04（LC4）、7A09（LC9）等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机的大梁、起落架等。

④ 锻铝合金  有两类，一类是Al-Cu-Mg-Si系合金，镁和硅的作用是形成强化相Mg2Si。常用牌号有6A02（LD2）、2A50（LD5）、2B50（LD6）、2A14（LD10）等。这类合金可锻性好，力学性能高，主要用于制造形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机的压气机叶轮、导风轮及飞机上的接头、框架、支杆等。另一类是Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金，铁和镍可形成耐热强化相Al9FeNi，为耐热锻铝合金。常用牌号有2A70（LD7）、2A80（LD8）、2A90（LD9）等。这类合金耐热性较好，主要用于制造150~225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机的蒙皮等。

常用变形铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途列于表8-2。

2、铸造铝合金

铸造铝合金主要有Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四种，其代号分别用ZL1、ZL2、ZL3和ZL4加两位数字的顺序号表示（ZL表示“铸铝”）。表8-3为常用铸造铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途。

⑴ Al-Si系铸造铝合金  又称硅铝明。其中ZL102是含硅为12%的铝硅二元合金，称为简单硅铝明，在普通铸造条件下，其组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和a固溶体组成（如图8-3(a)所示），强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次a固溶体组织（如图8-3(b)所示），以提高性能。加入其他合金元素 

                           (a) 未变质处理                               (b)经变质处理

图8-3  ZL102合金的铸态组织 200×

的铝硅铸造合金称复杂（或特殊）硅铝明。Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。简单硅铝明强度较低，不能热处理强化，用于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，如飞机、仪表壳体等。复杂硅铝明可热处理强化，常用的代号有ZL101、ZL104、ZL105、ZL109等，用于制造低、中强度形状复杂的铸件，如电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。

⑵ Al-Cu系铸造铝合金  这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。常用代号有ZL201、ZL203等，主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。

⑶ Al-Mg系铸造铝合金  这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐热性低。常用代号为ZL301、ZL303等，主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。

⑷ Al-Zn系铸造铝合金  这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。常用代号为ZL401、ZL402等，主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。