西华大学,工程材料,期末考试总复习有色金属

1、10 10 有色金属有色金属10.1 10.1 铝及铝合金铝及铝合金10.2 10.2 铜及铜合金铜及铜合金10.3 10.3 滑动轴承合金滑动轴承合金 在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属。金称为有色金属。 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，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(强度与密度之比强度与密度之比)等，已成等，已成为现代工业中不可缺少

2、的金属材料。为现代工业中不可缺少的金属材料。AlFe各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比有色金属的牌号表示方法：有色金属的牌号表示方法：变形有色金属及其合金的牌号表示方法还不统一变形有色金属及其合金的牌号表示方法还不统一。铸造有色金属及其合金牌号表示方法统一如下铸造有色金属及其合金牌号表示方法统一如下: 铸造有色纯金属铸造有色纯金属的牌号为：的牌号为：Z +该金属元素符号该金属元素符号+ 纯度百分含纯度百分含量数字量数字(或用一短横加顺序号或用一短横加顺序号)。如。如ZAl99.5和和ZTi-1。 铸造有色合金铸造有色合金的牌号为：的牌号为：Z+基体元素符号基体

3、元素符号+主要合金元素符号主要合金元素符号及其名义百分含量数字及其名义百分含量数字+其他合金元素符号及其百分含量数字。其他合金元素符号及其百分含量数字。如如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。等。混合稀土元素符号用混合稀土元素符号用RE表示。表示。优质合金在牌号后标注字母优质合金在牌号后标注字母“A”。 有色金属种类很多，本章仅对机械、仪表等有色金属种类很多，本章仅对机械、仪表等工业中广泛使用的铝、铜、钛及轴承合金作简工业中广泛使用的铝、铜、钛及轴承合金作简要介绍。要介绍。 10.1 10.1 铝及铝合金铝及铝合金1.铝及铝合金性能特点铝及铝合金性能特点 纯铝具有

4、银白色金属光泽，密度小纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72 ) ；熔点低；熔点低(660.4)；导电、导热；导电、导热性能优良；具有面心立方晶格，无同素性能优良；具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性；耐大气腐蚀；塑性异构转变，无磁性；耐大气腐蚀；塑性极好，强度低，切削性好，可冷成型。极好，强度低，切削性好，可冷成型。 工业纯铝工业纯铝 L1 L5，做散热器、，做散热器、器皿等。器皿等。铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼 纯纯Al强度、硬度低，不适合制作受力的机械零件。加入适量的强度、硬度低，不适合制作受力的机械零件。加入适量的合金元素制成铝合金，可改变组织结构，提高性能。铝合金常加合金元

5、素制成铝合金，可改变组织结构，提高性能。铝合金常加入的元素主要有入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特等辅加元素。铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性性 ，可制造承受较大载荷的机械零件或构件；铸，可制造承受较大载荷的机械零件或构件；铸Al合金的铸造合金的铸造性能好；铝合金具有高的比强度，成为航空航天器的主要结构材性能好；铝合金具有高的比强度，成为航空航天器的主要结构材料。料。铝合金型材铝合金型材铝铸件铝铸件2铝合金的分类铝合金的分类 铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共

6、晶相图。 可将铝合金分为可将铝合金分为变形铝合金变形铝合金和和铸造铝合金铸造铝合金两大类。变形铝合金两大类。变形铝合金又分为又分为可热处理强化可热处理强化和和不可热处理强化不可热处理强化两类。两类。强化方法：固溶、冷强化方法：固溶、冷变形、时效强化，变变形、时效强化，变质处理。质处理。3.铝合金的热处理铝合金的热处理 可热处理强化变形铝合金的可热处理强化变形铝合金的热处理方法：固溶处理热处理方法：固溶处理 + 时效。时效。 固溶处理固溶处理是指将合金加热到是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的得过饱和的单相固溶体组织的处理。处理。 时效时

7、效是指将过饱和的固溶体是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。以析出弥散强化相的热处理。自然时效自然时效 在室温长时间在室温长时间停留，如，数天。停留，如，数天。人工时效人工时效 加热至加热至100200，保温一定时间。，保温一定时间。 加热固溶淬火过饱和时效析出 时效强化实质是第二相从不稳定的过饱和固溶体中析出和长时效强化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与母相共格时，由于晶格大，当与母相晶格常数不同的第二相与母相共格时，由于晶格畸变严重，位错运动阻力大，强化效果最好；当形成稳定化合畸变严

8、重，位错运动阻力大，强化效果最好；当形成稳定化合物相，共格被破坏时，强化效果消失，即产生过时效。如含物相，共格被破坏时，强化效果消失，即产生过时效。如含4Cu的的Al-Cu合金。合金。 时效强化效果与加热温度和保温时间有关。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，为过时效。随时效温峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，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。度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。含含4%Cu铝合金的时效曲线铝合金的时效

9、曲线 时效时间时效时间/d-CuAl24 .铝合金的牌号、性能及用途铝合金的牌号、性能及用途（1）变形铝合金）变形铝合金变形铝及铝合金牌号表示方法变形铝及铝合金牌号表示方法 ： 根据国标规定根据国标规定 ，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。国标规定的四位字符牌号。 GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为: 防锈铝防锈铝 LF+序号序号，主要是主要是Al-Mn和和Al-Mg系合金。锻造退火后组织为系合金。锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于

10、变形加工，但切削性能差。单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。不可热不可热处理强化，处理强化，常利用加工硬化提高其强度。常利用加工硬化提高其强度。做油箱、油管、铆钉。做油箱、油管、铆钉。硬铝硬铝 LY+序号序号，主要是主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量系合金，并含少量Mn。可进行时效。可进行时效强化，也可进行变形强化。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝强化，也可进行变形强化。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。做螺旋桨叶片、支柱。做螺旋桨叶片、支柱。飞机翼梁飞机翼梁(腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金)卫星天卫星天线线（LF2）超硬铝超硬铝 LC+序号序号，

11、属属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量系合金，并含有少量Cr和和Mn。时效。时效强化效果超过硬铝合金。热态塑性好，但耐蚀性差。强化效果超过硬铝合金。热态塑性好，但耐蚀性差。做飞机大梁、起落架。做飞机大梁、起落架。锻铝锻铝 LD+序号序号，Al-Cu-Mg-Si系合金。可锻性好，力学性能高。系合金。可锻性好，力学性能高。做形状做形状复杂的锻件、模锻件。复杂的锻件、模锻件。飞机主起落架飞机主起落架合金合金类别类别代号代号主主 要要 化化 学学 成成 分分, %热处理热处理机械性能机械性能CuMgMgMn其它其它b bMPa%HB防锈防锈铝铝LF54.55.50.30.6退火退火2702370

12、LF114.85.50.30.6V 0.020.22702370LF211.01.61302330硬铝硬铝LY12.23.00.20.5固溶处理固溶处理+自然时效自然时效3002470LY113.84.80.40.80.40.842018100LY123.84.91.21.80.30.948011131超硬超硬铝铝LC41.42.01.82.80.20.6Zn 5.07.0固溶处理固溶处理+人工时效人工时效60012150LC62.22.82.53.20.20.5Zn 7.68.66807190锻铝锻铝LD51.82.60.40.80.40.8Si 0.71.242013105LD71.92.

13、51.41.8Ni 11.5Fe 1.01.544013120LD103.94.80.40.80.41.0Si 0.51.248010135（2）铸造铝合金）铸造铝合金 包括：包括：Al- Si系系： 代号为代号为ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Cu系系：代号为：代号为ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Mg系系：代号为：代号为ZL3+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Zn系系： 代号为代号为ZL4+两位数字顺序号两位数字顺序号1） Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金 又称又称硅铝明硅铝明。其中。其中ZL102(ZAlSi12)是含是含12%Si的铝硅的铝硅二元合金，称为简单硅

14、铝明。二元合金，称为简单硅铝明。57712.7% 在普通铸造条件下，在普通铸造条件下， ZL102组织几乎全部为共晶体（由粗针组织几乎全部为共晶体（由粗针状的硅晶体和状的硅晶体和 固溶体组成），强度和塑性都较差。生产上通常固溶体组成），强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂（使共晶点右移；促进硅形核，阻碍其长大）进行用钠盐变质剂（使共晶点右移；促进硅形核，阻碍其长大）进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次 固溶体组织，以提高固溶体组织，以提高性能。性能。未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织 加入其他合金元素的铝硅铸造

15、加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂合金称复杂(或特殊或特殊)硅铝明。硅铝明。 Al-Si系铸造铝合金的铸造性系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。性和焊接性能。 活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) ) 用于制造飞机、仪用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片缸体、风机叶片、发动发动机活塞等。机活塞等。合金合金代号代号主主 要要 化化 学学 成成 分分, , %机机 械械 性性 能能SiCuMg铸造铸造方法方法热处热处理理bMPa%HB铝硅铝硅ZL1016.08.00.20.4SBT6230170ZL102

16、1013SBJT2T2143153425050ZL1104.06.05.08.00.20.5JT117090铝铜铝铜ZL2034.05.0JT4210660铝镁铝镁ZL3019.511.5ST4280920铝锌铝锌ZL4026.08.0Zn570.40.7JT1240470铸造方法：铸造方法：SBSB砂型变质；砂型变质；J金属砂；金属砂；S S砂型砂型热处理：热处理：T1T1不淬火，人工时效；不淬火，人工时效； T2T2退火；退火；T4T4淬火淬火+ +自然时效；自然时效；T6T6淬火淬火+ +人工时效人工时效10.210.2铜及铜合金铜及铜合金1 .铜及铜合金的性能特点铜及铜合金的性能特点

17、纯铜呈紫红色，故又称纯铜呈紫红色，故又称紫铜紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性；性； 具有优良的导电性和导热性；在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性；具有优良的导电性和导热性；在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性；纯铜强度不高，硬度较低，塑性好，可冷、热成形。主要用于配制铜合金，纯铜强度不高，硬度较低，塑性好，可冷、热成形。主要用于配制铜合金，制作导电、导热材料及耐蚀器件等。工业纯铜制作导电、导热材料及耐蚀器件等。工业纯铜 T1 T4 ，做电导体。，做电导体。 铜合金常加元素为铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Z

18、r、Cr等，既提等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。铸高了强度，又保持了纯铜特性。铸Cu合金的铸造性能好。合金的铸造性能好。 铜合金分为铜合金分为黄铜、青铜、白铜黄铜、青铜、白铜三大三大类。类。铜管铜管铜与黄铜带铜与黄铜带2.黄铜黄铜 Cu-Zn系合金系合金 黄铜按化学成分可分为黄铜按化学成分可分为普通黄铜普通黄铜和和特殊黄铜特殊黄铜。按工艺可分为。按工艺可分为加加工黄铜工黄铜和和铸造黄铜铸造黄铜。（1）普通黄铜）普通黄铜 铜与锌的二元合金称为铜与锌的二元合金称为普通黄铜普通黄铜。 加工普通黄铜的牌号为：加工普通黄铜的牌号为：H (黄黄) + 表示铜平均百分含量的数字，表示铜平均百分含量的数字

19、，如如H68。黄铜棒黄铜棒 从铜锌合金相图可以看出从铜锌合金相图可以看出黄铜有黄铜有 和和 + 两种组织，两种组织，分别称单相黄铜和双相黄铜。分别称单相黄铜和双相黄铜。 Zn的含量对普通黄铜力学的含量对普通黄铜力学性能的影响很大。性能的影响很大。Zn%Zn%32%时（得到时（得到 + 两相组织）两相组织） ，塑性急剧，塑性急剧下降，强度继续增加，在下降，强度继续增加，在Zn%=45%时达最大值；时达最大值；Zn%45%时（得到时（得到 ），），塑性、强度急剧降低。塑性、强度急剧降低。组织组织代号代号化学成分化学成分, %, %机械性能机械性能CuZn加工加工状态状态bMPa%HBH96H969

20、597余量余量退火退火25035H807981余量余量退火退火27050H686770余量余量退火退火30040H595760余量余量退火退火变形变形300420255103牌号、性能牌号、性能 单相黄铜单相黄铜 两相黄铜两相黄铜 单相黄铜（如单相黄铜（如 H80）塑性好，）塑性好，适于制造冷变形零件，如弹壳、冷适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。凝器管等。双相黄铜（如双相黄铜（如 H62）强度高，可热变形，强度高，可热变形，适于制造受力适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等等。 普通黄铜变形加工性能好，铸普通黄铜变形加工性能好，铸造性能也优良。造性能也

21、优良。 铸造黄铜（如铸造黄铜（如 ZCuZn38）含）含38% Zn 。冷凝器管冷凝器管汽车机油泵衬套汽车机油泵衬套（2）复杂（特殊）黄铜）复杂（特殊）黄铜 在普通黄铜的基础上加入在普通黄铜的基础上加入Al、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni等元素形成等元素形成特殊黄铜。特殊黄铜。 加工特殊黄铜的牌号为：加工特殊黄铜的牌号为：H(黄黄)+主加元素符号主加元素符号(Zn除外除外)+铜平均百分铜平均百分含量含量+主加元素平均百分含量主加元素平均百分含量, 如如HPb59-1。 特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。铜好，铸造性能改善。 常用牌号有常用牌号有

22、HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。等。 主要用于船舶及化工零件，如冷主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。及阀体等。 黄铜制品黄铜制品3.青铜青铜 Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Be系等合金。系等合金。 除黄铜和白铜外的其他铜合金统除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为称为青铜青铜。 加工青铜的牌号为：加工青铜的牌号为：Q +主加元素主加元素符号及其平均百分含量符号及其平均百分含量+其他元素平其他元素平均百分含量。如均百分含量。如QSn4-3(含含4%

23、Sn、3%Zn)。 常用青铜有常用青铜有锡青铜锡青铜、铝青铜铝青铜、铍铍青铜青铜、硅青铜硅青铜、铅青铜铅青铜等。等。青铜制品青铜制品（1）锡青铜）锡青铜 是以锡为主加元素的铜合金，锡含是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为量一般为314%。Sn%5%（单相（单相 固溶体）固溶体）的锡青铜适合冷加工，的锡青铜适合冷加工，Sn%=5%7%（两相）的锡青铜两相）的锡青铜塑性好，适合热加工，塑性好，适合热加工，Sn%=10%14%的锡青铜强度较高，的锡青铜强度较高，适合铸造。适合铸造。 锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中易渗漏，但体积收缩率

24、在有色金属中最小最小 。 锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。蚀性较差。 锡青铜锭锡青铜锭Cu-Sn相图相图 常用牌号有常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。等。 主要用于耐蚀承载件主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。蜗轮、垫圈等。 锡青铜管锡青铜管船用青铜软船用青铜软管快速接头管快速接头阀阀( (锡青铜阀锡青铜阀体、阀盖体、阀盖) )4.白铜白铜 Cu-Ni

25、系合金系合金 分分普通白铜普通白铜和和特殊白铜特殊白铜。 普通白铜普通白铜是是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。冷热加工性能。 普通白铜普通白铜牌号：牌号：B+镍的平均百分含量，如镍的平均百分含量，如B5。常用牌号有。常用牌号有B5、B19等等 。用。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器仪表零件及冷凝器,蒸馏器蒸馏器,热交换器等。热交换器等。 特殊白铜是在普通白铜基础上添加特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白等元素形成的

26、，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。常用牌号如铜、锰白铜、铝白铜等。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。常用牌号如BMn40-1.5(康铜康铜)、BMn43-0.5(考铜考铜)。用于制造精密机械、仪表零件及医疗器。用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械等。械等。康铜热偶康铜热偶白铜型材白铜型材10.310.3滑动轴承合金滑动轴承合金 制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为为轴承合金轴承合金。滑动轴承是许多机器设备中对旋。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑作用的重要部件，由轴承体和轴瓦转轴起支撑作用的重要部件，由轴承体和轴瓦两部

27、分组成。两部分组成。 与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平稳，无噪音及拆装方便等优点。工作平稳，无噪音及拆装方便等优点。 1.轴承合金的组织性能特点轴承合金的组织性能特点 当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈施加的交变载荷和冲击力。擦，承受轴颈施加的交变载荷和冲击力。 对轴承合金的性能要求：对轴承合金的性能要求： 足够的强韧性，以承受轴颈施加的交变冲击载荷足够的强韧性，以承受轴颈施加的交变冲击载荷. 较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，以防止轴与轴瓦之间咬合。较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性

28、，以防止轴与轴瓦之间咬合。 较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性，以减少轴颈磨损，保证轴与轴较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性，以减少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。瓦良好的跑合。 为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是软的基体上分布着硬的质点或软的基体上分布着硬的质点或硬的基体上分布着软的质点硬的基体上分布着软的质点。 当轴旋转时，软的基体（或质点）被磨损而凹陷，减少了轴颈与轴瓦的接当轴旋转时，软的基体（或质点）被磨损而凹陷，减少了轴颈与轴瓦的接触面积，有利于储存润滑油和轴与轴瓦间的磨合，而硬的质点触面积，有利于储存润滑油和轴与轴瓦间的磨合，而硬的质

29、点 (基体基体)则支撑则支撑着轴颈，起承载和耐磨作用。着轴颈，起承载和耐磨作用。 软基体软基体 (或质点或质点)还能起嵌藏外来硬杂质颗粒的作用还能起嵌藏外来硬杂质颗粒的作用, 以避免擦伤轴颈。以避免擦伤轴颈。 （1）Sn基轴承合金基轴承合金 是以锡为主并加入少量锑、铜等元素是以锡为主并加入少量锑、铜等元素组成的合金，熔点较低，是软基体硬质组成的合金，熔点较低，是软基体硬质点组织类型的轴承合金。典型牌号为点组织类型的轴承合金。典型牌号为ZSnSb11Cu6（ZChSnSb11-6）（含）（含ZChSnSb11-6的组织，的组织，1002.常用轴承合金常用轴承合金 工业上常用的是工业上常用的是锡基锡基、铅基铅基、铜基铜基和和铝铝基基轴承合金等轴承合金等, 其中前两种又称其中前两种又称巴氏合金巴氏合金