第7章-有色金属及其合金课件

1、 第第7章章有色金属及其合金有色金属及其合金l 金属材料通常分为有金属材料通常分为有黑色金属材料黑色金属材料和和有色金属材料有色金属材料两两大类。黑色金属材料是指铁和以铁为基体的合金，除大类。黑色金属材料是指铁和以铁为基体的合金，除此之外的金属材料均属有色金属，如铝、铜、镁、钛、此之外的金属材料均属有色金属，如铝、铜、镁、钛、锡、铅、锌、金、银等及其合金。锡、铅、锌、金、银等及其合金。l有色金属在金属材料中占有很重要的地位。它不仅是有色金属在金属材料中占有很重要的地位。它不仅是制造各种优质合金钢的合金元素，而且由于许多有色制造各种优质合金钢的合金元素，而且由于许多有色金属具有密度小、比强度高、

2、耐热、耐腐蚀、和良好金属具有密度小、比强度高、耐热、耐腐蚀、和良好的导电性、导热性、弹性及一些特殊物理性能等特点，的导电性、导热性、弹性及一些特殊物理性能等特点，因此，已成为国防工业、航天航空、原子能、石油化因此，已成为国防工业、航天航空、原子能、石油化工、计算机等行业必不可少的结构材料。工、计算机等行业必不可少的结构材料。铝是元素周期表中第三周期主族元素，原子序数为铝是元素周期表中第三周期主族元素，原子序数为13，原子量为，原子量为26.9815。 铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性，如铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性，如密度小，仅为密度小，

3、仅为2.7 g / cm3，约为铜或钢的，约为铜或钢的1/3；良好的耐蚀性和耐候性；良好的耐蚀性和耐候性；良好的塑性和加工性能；良好的导热性和导电性；良好的耐低温性能，对良好的塑性和加工性能；良好的导热性和导电性；良好的耐低温性能，对光热电波的反射率高、表面性能好；无磁性；基本无毒；有吸音性；耐酸光热电波的反射率高、表面性能好；无磁性；基本无毒；有吸音性；耐酸性好；抗核辐射性能好；弹性系数小；良好的力学性能；优良的铸造性能性好；抗核辐射性能好；弹性系数小；良好的力学性能；优良的铸造性能和焊接性能；良好的抗撞击性。此外，铝材的高温性能、成型性能、切削和焊接性能；良好的抗撞击性。此外，铝材的高温性

4、能、成型性能、切削加工性、铆接性以及表面处理性能等也比较好。因此，铝材在航天、航海、加工性、铆接性以及表面处理性能等也比较好。因此，铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、能源动力、冶金化工、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、能源动力、冶金化工、农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得了十分广泛的应用。了十分广泛的应用。7.1 铝及铝合金铝及铝合金 在有色金属中，铝及铝合金是应用最广泛的一类金属结构材料，其产在有色金属中，铝及铝合金是应用最广泛的一类金属结构材料，其产量仅次于

5、钢铁。铝是地壳中储量最多的一种元素，量仅次于钢铁。铝是地壳中储量最多的一种元素，含量占前四位的金属元含量占前四位的金属元素为：铝，素为：铝，7.73%；铁，；铁，4.75% ；钙，；钙，3.45% ；钠，；钠，2.74% ） 7.1.1 7.1.1 工业纯铝工业纯铝 一种银白色光泽的金属，密度较小，熔点为一种银白色光泽的金属，密度较小，熔点为660.2660.2，具有优良的导电、导热性能。纯铝为面心立，具有优良的导电、导热性能。纯铝为面心立方晶格金属，无同素异晶转变。方晶格金属，无同素异晶转变。 纯铝的强度很低，但塑性很高，通过加工硬化可提纯铝的强度很低，但塑性很高，通过加工硬化可提高纯铝的力

6、学性能，纯铝一般不适宜作为结构材料使高纯铝的力学性能，纯铝一般不适宜作为结构材料使用。用。 l纯铝按纯度可分为三类：纯铝按纯度可分为三类： l（1） 工业纯铝工业纯铝 纯度为纯度为 98%99%，牌号，牌号有有 L1、L2、L3、L4、L5、L6和和 L7。l（2）工业高纯铝）工业高纯铝 纯度为纯度为 98.85%99.9%，牌号有牌号有 L0 和和 L00 等等l（3）高纯铝）高纯铝 纯度为纯度为 99.93%99.99%，牌号有牌号有 L01、L02、L03、L04 等。等。 7.1.2 7.1.2 铝合金铝合金1 1、铝合金分类、铝合金分类 加入其它合金元素的铝合金，提高了铝的力学性能。

7、加入其它合金元素的铝合金，提高了铝的力学性能。分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。 （1 1）变形铝合金）变形铝合金 成分在成分在D D点左边的合金。点左边的合金。 成分在成分在F F点以左的合金，不点以左的合金，不可热处理强化铝合金；成分可热处理强化铝合金；成分在在FDFD之间的铝合金可热处理之间的铝合金可热处理强化铝合金。强化铝合金。 图图7-1铝合金相图分类示意图铝合金相图分类示意图（2）铸造铝合金）铸造铝合金 成分在成分在D点点右边的铝合金，具有共晶组织，右边的铝合金，具有共晶组织，熔点低、流动性好，适宜铸造。熔点低、流动性好，适宜铸造。 l变形铝合金按

8、其能否进行热处理强化，又可分为两类：变形铝合金按其能否进行热处理强化，又可分为两类：l（1）不可热处理强化的铝合金。（应用较少）不可热处理强化的铝合金。（应用较少）l（2）可热处理强化的铝合金。（应用较多）可热处理强化的铝合金。（应用较多）l2、铝合金的代号、牌号表示方法、铝合金的代号、牌号表示方法l变形铝合金根据其性能特点和用途可分为变形铝合金根据其性能特点和用途可分为防锈铝合金（防锈铝合金（LF）、硬铝合金（）、硬铝合金（LY）、超）、超硬铝合金（硬铝合金（LC）及锻铝合金（）及锻铝合金（LD），其典），其典型代号有型代号有LF5、LY12、LC4、LD5等，其等，其中数字为顺序号。中数字

9、为顺序号。根据根据GB/T16474 1996“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”，凡化学成分与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织（简称凡化学成分与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织（简称国际国际牌号注册组织牌号注册组织）命名的合金相同的所有合金，其牌号直接采用国）命名的合金相同的所有合金，其牌号直接采用国际四位数字体系牌号，未与国际四位数字体系牌号的变形铝合金际四位数字体系牌号，未与国际四位数字体系牌号的变形铝合金接轨的，采用四位字符牌号（但试验铝合金在四位字符牌号前加接轨的，采用四位字符牌号（但试验铝合金在四位字符牌号前加X）命名，并按要求注册化学成分。命名，并按要求注

10、册化学成分。四位字符体系牌号的第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为四位字符体系牌号的第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母（英文大写字母（C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外）。牌号的字母除外）。牌号的第一位数字表示铝及铝合金的组别，如第一位数字表示铝及铝合金的组别，如1系为工业纯铝，系为工业纯铝，2为为Al-Cu系合金，系合金，3为为Al-Mn系合金，系合金，4为为Al-Si系合金，系合金，5为为Al-Mg系合金，系合金，6为为Al-Mg-Si系系合金，合金，7为为Al-Zn-Mg系合金，系合金，8为为Al-其它元素合金，其它元素合金，9为备用合金组。为备用合金组。我国的变形铝及

11、铝合金表示方法与国际上较通用的方法基本一我国的变形铝及铝合金表示方法与国际上较通用的方法基本一致。致。按按GB8063规定，铸造铝合金牌号用化学元素及数字表示，规定，铸造铝合金牌号用化学元素及数字表示，数字表示该元素的平均含量。在牌号的最前面用数字表示该元素的平均含量。在牌号的最前面用“z”表示表示铸造，例如：铸造，例如：ZAISi7Mg，表示铸造铝合金，平均含硅量为，表示铸造铝合金，平均含硅量为7，平均含镁量小于，平均含镁量小于1。另外还有用合金代号表示法，。另外还有用合金代号表示法，合金代号由字母合金代号由字母“z”、“L”(分别是分别是“铸铸”、“铝铝”的汉语的汉语拼音第一个字母拼音第一

12、个字母)及其后的三位数字组成。及其后的三位数字组成。zL后面第一个数后面第一个数字表示合金系列如字表示合金系列如1、2、3、4分别表示铝硅、铝铜，铝分别表示铝硅、铝铜，铝镁铝锌系列合金，镁铝锌系列合金，ZL后面第二位、第三位两个数字表示后面第二位、第三位两个数字表示顺字号。优质合金的数字后面附加字母顺字号。优质合金的数字后面附加字母“A”，压铸合金在，压铸合金在牌号前面冠以字母牌号前面冠以字母“YZ”。3、常用的变形铝合金、常用的变形铝合金（1）不可热处理强化的铝合金）不可热处理强化的铝合金 AlMn系合金。系合金。 AlMg系合金。系合金。 AlZnMgCu系合金。系合金。（2）可热处理强化

13、的铝合金）可热处理强化的铝合金 硬铝合金（硬铝合金（AlCuMg系）。系）。 超硬铝合金（超硬铝合金（AlZnMgCu系）。系）。 锻铝合金（锻铝合金（AlCuMgSi系）。系）。常用的变形铝合金的牌号、代号、化学成分、处理状态、常用的变形铝合金的牌号、代号、化学成分、处理状态、力学性能及用途见表力学性能及用途见表8-2。l4、常用的铸造铝合金、常用的铸造铝合金l（1）铝硅合金（）铝硅合金（AlSi系）。系）。l（2）铝铜合金（）铝铜合金（AlCu系）。系）。l（3）铝镁合金（）铝镁合金（AlMg系）。系）。l（4）铝锌合金（）铝锌合金（AlZn系）。系）。l常用的铸造铝合金的牌号、代号、化学

14、成分、处理状常用的铸造铝合金的牌号、代号、化学成分、处理状态、力学性能及用途见表态、力学性能及用途见表8-3。l名词：名词：l硅铝明（硅铝明（silumin） l性质：铝硅铸造合金，有时特指简单硅铝明或普性质：铝硅铸造合金，有时特指简单硅铝明或普通硅铝明。是以硅为主要合金元素的一类铸造铝合金。通硅铝明。是以硅为主要合金元素的一类铸造铝合金。如果还加入其他合金元素，称为复杂硅铝明如果还加入其他合金元素，称为复杂硅铝明(或特殊或特殊硅铝明硅铝明)。具有良好的铸造性能、焊接性能、抗蚀性。具有良好的铸造性能、焊接性能、抗蚀性能和足够的力学性能。简单硅铝明用来制造力学性能能和足够的力学性能。简单硅铝明用

15、来制造力学性能要求不高的复杂铸体，复杂的硅铝明主要用在强度要要求不高的复杂铸体，复杂的硅铝明主要用在强度要求较高的部件。求较高的部件。l5、铝合金的强化、铝合金的强化l（1）固溶强化）固溶强化 纯铝中加入合金元素，形成铝基纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了位错的运动，起到固溶体，造成晶格畸变，阻碍了位错的运动，起到固溶强化的作用，可使其强度提高。根据合金化的固溶强化的作用，可使其强度提高。根据合金化的一般规律，形成无限固溶体或高浓度的固溶体型合一般规律，形成无限固溶体或高浓度的固溶体型合金时，不仅能获得高的强度，而且能获得优良的塑金时，不仅能获得高的强度，而且能获得优良的

16、塑性与良好的压力加工性能。性与良好的压力加工性能。l（2）时效强化）时效强化 l经过固溶处理的过饱和铝合金在室温下或加热到某一温度后，经过固溶处理的过饱和铝合金在室温下或加热到某一温度后，放一段时间，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、韧放一段时间，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、韧性则降低，这个过程称为时效。在室温下进行的时效称为性则降低，这个过程称为时效。在室温下进行的时效称为自然自然时效，时效，在加热条件下进行的时效称为在加热条件下进行的时效称为人工时效人工时效。时效过程中使。时效过程中使铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效

17、强化或时效硬化。7.2 铜及其合金l7.2.1 纯铜纯铜l纯铜呈玫瑰红色，但容易和氧化合，表面形成氧化铜纯铜呈玫瑰红色，但容易和氧化合，表面形成氧化铜薄膜后，外观呈紫红色，故又称紫铜。纯铜具有面心薄膜后，外观呈紫红色，故又称紫铜。纯铜具有面心立方晶格，无同素异晶转变，密度为立方晶格，无同素异晶转变，密度为 8.9 g/cm3，熔，熔点为点为1083。纯铜具有优良的导电、导热性，其导。纯铜具有优良的导电、导热性，其导电性在各种元素中仅次于银，故纯铜主要用做导电材电性在各种元素中仅次于银，故纯铜主要用做导电材料。料。l纯铜中还有无氧铜，牌号有纯铜中还有无氧铜，牌号有TU1、TU2。含氧极低。含氧极

18、低（小于（小于0.003%）,主要用于制作电真空器件及高导电主要用于制作电真空器件及高导电性铜线。性铜线。l 工业纯铜的代号用工业纯铜的代号用 “T”加顺序号表示，有四个代加顺序号表示，有四个代号：号：T1、T2、T3和和T4。 7.2.2 铜的合金化和铜合金的分类及牌号铜的合金化和铜合金的分类及牌号 纯铜的强度不高，用加工硬化方法虽可提高铜的强度，但纯铜的强度不高，用加工硬化方法虽可提高铜的强度，但却使塑性大大下降，因此常用合金化的方法来获得强度较高却使塑性大大下降，因此常用合金化的方法来获得强度较高的铜合金，作为结构材料。的铜合金，作为结构材料。 根据化学成分，可将铜合金分为黄铜、青铜、白

19、铜三大类。根据化学成分，可将铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。最常用的是前两类。最常用的是前两类。1、黄铜、黄铜 以锌为唯一或主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜具有以锌为唯一或主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜具有良好的塑性和耐腐蚀性、良好的变形加工性能和铸造性能，良好的塑性和耐腐蚀性、良好的变形加工性能和铸造性能，在工业中有很好的应用价值。按化学成分的不同，黄铜可分在工业中有很好的应用价值。按化学成分的不同，黄铜可分为普通黄铜和特殊黄铜两类。表为普通黄铜和特殊黄铜两类。表7-4是常用黄铜的牌号、成分、是常用黄铜的牌号、成分、性能和用途。性能和用途。代号代号化学成分化学成分, %机械性能机械性

20、能CuZn加工加工状态状态bMPa%HBH969597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300420255103l（1）普通黄铜）普通黄铜l普通黄铜是铜普通黄铜是铜锌二元合金。图锌二元合金。图8-2是是CuZn合金相图。合金相图。普通黄铜是铜锌二元合金。图普通黄铜是铜锌二元合金。图8-2是是Cu-Zn合金相图。合金相图。相相是锌溶于铜中的固溶体是锌溶于铜中的固溶体，其溶解度随温度的下降而增大。，其溶解度随温度的下降而增大。相具有面心立方晶格，塑性好，适于进行冷、热加工，相具有面心立方晶

21、格，塑性好，适于进行冷、热加工，并有优良的铸造、焊接和镀锡的能力。并有优良的铸造、焊接和镀锡的能力。相是以电子化合相是以电子化合物物CuZn为基的有序固溶体为基的有序固溶体，具有体心立方晶格，性能硬，具有体心立方晶格，性能硬而脆。而脆。黄铜的含锌量对其机械性能有很大的影响。当黄铜的含锌量对其机械性能有很大的影响。当Zn30%32%时，随着含锌量的增加，强度和延伸率都升高，当时，随着含锌量的增加，强度和延伸率都升高，当Zn32%后，因组织中出现后，因组织中出现相，塑性开始下降，而强相，塑性开始下降，而强度在度在Zn=45%附近达到最大值。含附近达到最大值。含Zn更高时，黄铜的组织更高时，黄铜的组

22、织全部为全部为相，强度与塑性急剧下降。相，强度与塑性急剧下降。普通黄铜分为单相黄铜和双相黄铜两种类型，从变形特普通黄铜分为单相黄铜和双相黄铜两种类型，从变形特征来看，单相黄铜适宜于冷加工，而双相黄铜只能热加征来看，单相黄铜适宜于冷加工，而双相黄铜只能热加工。常用的单相黄铜牌号有工。常用的单相黄铜牌号有H80、H70、H68等，等，“H”为黄铜的汉语拼音字首，数字表示平均含铜量。它们的为黄铜的汉语拼音字首，数字表示平均含铜量。它们的组织为组织为，塑性很好，可进行冷、热压力加工，适于制，塑性很好，可进行冷、热压力加工，适于制作冷轧板材、冷拉线材、管材及形状复杂的深冲零件。作冷轧板材、冷拉线材、管材

23、及形状复杂的深冲零件。而常用双相黄铜的牌号有而常用双相黄铜的牌号有H62、H59等，退火状态组织等，退火状态组织为为。由于室温。由于室温相很脆，冷变形性能差，而高相很脆，冷变形性能差，而高温温相塑性好，因此它们可以进行热加工变形。通常双相塑性好，因此它们可以进行热加工变形。通常双相黄铜热轧成棒材、板材，再经机加工制造各种零件。相黄铜热轧成棒材、板材，再经机加工制造各种零件。（2）特殊黄铜）特殊黄铜为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，在铜锌合金中加入铝、为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，在铜锌合金中加入铝、铁、硅、锰、镍等元素，形成各种特殊黄铜。铁、硅、锰、镍等元素，形成各种特

24、殊黄铜。特殊黄铜的编号方法是：特殊黄铜的编号方法是：“H主加元素符号铜含量主加元素含主加元素符号铜含量主加元素含量量”。特殊黄铜可分为压力加工黄铜（以黄铜加工产品供应）和铸造黄。特殊黄铜可分为压力加工黄铜（以黄铜加工产品供应）和铸造黄铜两类，其中铸造黄铜在编号前加铜两类，其中铸造黄铜在编号前加“Z”。 例如：例如：HPb60-1表示平均成分表示平均成分为为60%Cu，1%Pb，余为，余为Zn的铅黄铜；的铅黄铜；ZCuZn31Al2表示平均成分为表示平均成分为31%Zn，2%Al，余为，余为Cu的铝黄铜。的铝黄铜。锡黄铜：锡黄铜：锡可显著提高黄铜在海洋大气和海水中的抗蚀性，也可使黄铜锡可显著提高

25、黄铜在海洋大气和海水中的抗蚀性，也可使黄铜的强度有所提高。压力加工锡黄铜广泛应用于制造海船零件。的强度有所提高。压力加工锡黄铜广泛应用于制造海船零件。铅黄铜：铅黄铜：铅能改善切削加工性能，并能提高耐磨性。铅对黄铜的强度影铅能改善切削加工性能，并能提高耐磨性。铅对黄铜的强度影响不大，略为降低塑性。压力加工铅黄铜主要用于要求有良好切削加工响不大，略为降低塑性。压力加工铅黄铜主要用于要求有良好切削加工性能及耐磨的零件（如钟表零件），铸造铅黄铜可以制作轴瓦和衬套。性能及耐磨的零件（如钟表零件），铸造铅黄铜可以制作轴瓦和衬套。l铝黄铜：铝黄铜：铝能提高黄铜的强度和硬度，但使塑性降低。铝能使黄铝能提高黄铜

26、的强度和硬度，但使塑性降低。铝能使黄铜表面形成保护性的氧化膜，因而改善黄铜在大气中的抗蚀性。铜表面形成保护性的氧化膜，因而改善黄铜在大气中的抗蚀性。铅黄铜可制作海船零件及其它机器的耐蚀零件。铅黄铜中加入适铅黄铜可制作海船零件及其它机器的耐蚀零件。铅黄铜中加入适量的镍、锰、铁后，可得到高强度、高耐蚀性的特殊黄铜，常用量的镍、锰、铁后，可得到高强度、高耐蚀性的特殊黄铜，常用于制作大型蜗杆、海船用螺旋桨等需要高强度、高耐蚀性的重要于制作大型蜗杆、海船用螺旋桨等需要高强度、高耐蚀性的重要零件。零件。硅黄铜：硅黄铜：硅能显著提高黄铜的机械性能、耐磨性和耐蚀性。硅黄硅能显著提高黄铜的机械性能、耐磨性和耐蚀

27、性。硅黄铜具有良好的铸造性能，并能进行焊接和切削加工。主要用于制铜具有良好的铸造性能，并能进行焊接和切削加工。主要用于制造船舶及化工机械零件。造船舶及化工机械零件。锰黄铜：锰黄铜：锰能提高黄铜的强度，不降低塑性，也能提高在锰能提高黄铜的强度，不降低塑性，也能提高在海水中及过热蒸汽中的抗蚀性。锰黄铜常用于制造海船零海水中及过热蒸汽中的抗蚀性。锰黄铜常用于制造海船零件及轴承等耐磨部件。件及轴承等耐磨部件。铁黄铜：铁黄铜：黄铜中加入铁，同时加入少量的锰，可起到提高黄铜中加入铁，同时加入少量的锰，可起到提高黄铜再结晶温度和细化晶粒的作用，使机械性能提高，同黄铜再结晶温度和细化晶粒的作用，使机械性能提高

28、，同时使黄铜具有高的韧性、耐磨性及在大气和海水中优良的时使黄铜具有高的韧性、耐磨性及在大气和海水中优良的抗蚀性，因而铁黄铜可以用于制造受摩擦及受海水腐蚀的抗蚀性，因而铁黄铜可以用于制造受摩擦及受海水腐蚀的零件。零件。镍黄铜：镍黄铜：镍可提高黄铜的再结晶温度和细化其晶粒，提高镍可提高黄铜的再结晶温度和细化其晶粒，提高机械性能和抗蚀性，降低应力腐蚀开裂倾向。镍黄铜的热机械性能和抗蚀性，降低应力腐蚀开裂倾向。镍黄铜的热加工性能良好，在造船工业、电机制造工业中广泛应用。加工性能良好，在造船工业、电机制造工业中广泛应用。l2、青铜、青铜青铜是我国历史上使用最早的有色合金。青铜原指铜锡合金，但青铜是我国历

29、史上使用最早的有色合金。青铜原指铜锡合金，但是，工业上习惯把铜基合金中不含锡而含有铝、镍、锰、硅、铍、是，工业上习惯把铜基合金中不含锡而含有铝、镍、锰、硅、铍、铅等特殊元素组成的合金也叫青铜。所以青铜实际上包含锡青铜、铅等特殊元素组成的合金也叫青铜。所以青铜实际上包含锡青铜、铝青铜、铍青铜和硅青铜等。青铜也可分为压力加工青铜（以青铝青铜、铍青铜和硅青铜等。青铜也可分为压力加工青铜（以青铜加工产品供应）和铸造青铜两类。青铜的编号规则是：铜加工产品供应）和铸造青铜两类。青铜的编号规则是：“Q主加元素符号主加元素含量（其它元素含量）主加元素符号主加元素含量（其它元素含量）”，“Q”表示表示青的汉语拼

30、音字头。如青的汉语拼音字头。如QSn4-3表示成分为表示成分为4%Sn（锡）、（锡）、3%Zn（锌）、其余为铜的锡青铜。铸造青铜的编号前加（锌）、其余为铜的锡青铜。铸造青铜的编号前加“Z”。l1)锡青铜锡青铜 锡青铜是我国历史上使用最早的有色合金。锡青铜是我国历史上使用最早的有色合金。l2)铝青铜铝青铜 以铝为主要合金元素的铜合金称为铝青铜。以铝为主要合金元素的铜合金称为铝青铜。l3)铍青铜铍青铜 铍青铜具有很高的弹性极限、疲劳强度、铍青铜具有很高的弹性极限、疲劳强度、耐磨性和耐蚀性，导电性、导热性极好，而且耐热、耐磨性和耐蚀性，导电性、导热性极好，而且耐热、无磁性，受冲击时不产生火花。无磁性

31、，受冲击时不产生火花。l4)硅青铜硅青铜 以以Si为主加元素的铜合金，含硅量一般在为主加元素的铜合金，含硅量一般在3.5%以内。以内。3、白铜、白铜l即即Cu-Ni二元合金。铜与镍形成无限固溶体，为单相固溶二元合金。铜与镍形成无限固溶体，为单相固溶体。体。l 普通白铜在各种腐蚀介质中有极高的化学稳定性，广泛普通白铜在各种腐蚀介质中有极高的化学稳定性，广泛应用于海船、医疗器械、化工等。普通白铜的冷热加工性应用于海船、医疗器械、化工等。普通白铜的冷热加工性能好，可生产各种尺寸的板、带、管、棒等半成品。能好，可生产各种尺寸的板、带、管、棒等半成品。 锌白铜：锌白铜亦称锌白铜：锌白铜亦称“镍银镍银”或

32、或“德国银德国银”。锌能大量溶。锌能大量溶于于Cu-Ni合金中，形成单相合金中，形成单相固溶体。锌起固溶强化作用，固溶体。锌起固溶强化作用，提高强度及抗大气腐蚀能力。提高强度及抗大气腐蚀能力。l铝白铜：铝能显著提高白铜的强度和耐蚀性，但使合铝白铜：铝能显著提高白铜的强度和耐蚀性，但使合金的冷加工性能变差。高的机械性能和耐蚀性，抗寒，金的冷加工性能变差。高的机械性能和耐蚀性，抗寒，有很好的弹性并能承受冷热加工。有很好的弹性并能承受冷热加工。l锰白铜又称锰铜。具有高的电阻和低的电阻温度系数，锰白铜又称锰铜。具有高的电阻和低的电阻温度系数，电阻值很稳定，与铜接触时的热电势不大。用来制作电阻值很稳定，

33、与铜接触时的热电势不大。用来制作工作温度在工作温度在100以下的标准电阻、电桥、电位差计以下的标准电阻、电桥、电位差计以及其它精密电气测量仪器仪表中的电阻元件。以及其它精密电气测量仪器仪表中的电阻元件。7.3 滑动轴承合金滑动轴承合金l滑动轴承合金用来制造滑动轴承中的轴瓦及内衬。滑动轴承合金用来制造滑动轴承中的轴瓦及内衬。当轴旋转时，轴瓦和轴发生强烈的摩擦，并承受周当轴旋转时，轴瓦和轴发生强烈的摩擦，并承受周期性载荷。由于轴的制造成本高，所以应首先考虑期性载荷。由于轴的制造成本高，所以应首先考虑使轴磨损最小，然后再尽量提高轴承的耐磨性。为使轴磨损最小，然后再尽量提高轴承的耐磨性。为此，滑动轴承

34、合金应具备较高的抗压强度和疲劳强此，滑动轴承合金应具备较高的抗压强度和疲劳强度，高的耐磨性，良好的磨合性和较小的摩擦系数，度，高的耐磨性，良好的磨合性和较小的摩擦系数，足够的塑性和韧性，良好的耐蚀性和导热性，较小足够的塑性和韧性，良好的耐蚀性和导热性，较小的膨胀系数和良好的工艺性。的膨胀系数和良好的工艺性。l为了满足上述要求，轴承合金的理想组织是在软的基体上分为了满足上述要求，轴承合金的理想组织是在软的基体上分布着硬质点，如图布着硬质点，如图8-4所示，或者在硬基体上分布着软质点。所示，或者在硬基体上分布着软质点。由于基体软，不仅抗振动、抗冲击能力较强，同时还具有良由于基体软，不仅抗振动、抗冲

35、击能力较强，同时还具有良好的磨合性，能够保证机构的安全运行。好的磨合性，能够保证机构的安全运行。 最能满足上述要求的最能满足上述要求的有铅基和锡基轴承合有铅基和锡基轴承合金，也称为金，也称为“巴氏合巴氏合金金”。巴氏合金为减。巴氏合金为减磨合金磨合金,由美国著名冶由美国著名冶金学家金学家巴比特巴比特(Isaac Bab-bitt)而得名。而得名。 1、锡基轴承合金（锡基巴氏合金）、锡基轴承合金（锡基巴氏合金） 锡基轴承合金是以锡、锑为基础的合金。锡基轴承合金是以锡、锑为基础的合金。主要优点主要优点是摩擦系数和膨胀系数小，塑性和导热性好，抗腐蚀性是摩擦系数和膨胀系数小，塑性和导热性好，抗腐蚀性高

36、。高。主要缺点是抗疲劳强度较差，因锡较稀缺，故这种主要缺点是抗疲劳强度较差，因锡较稀缺，故这种轴承合金价格较高。轴承合金价格较高。 2 2、铅基轴承合金（铅基巴氏合金）、铅基轴承合金（铅基巴氏合金） 铅基轴承合金的强度、塑性、韧性及导热性、耐蚀铅基轴承合金的强度、塑性、韧性及导热性、耐蚀性均较锡基轴承合金低，且摩擦系数较大，不能承受大性均较锡基轴承合金低，且摩擦系数较大，不能承受大的压力，但价格较便宜。的压力，但价格较便宜。 3、铜基轴承合金、铜基轴承合金常用的铜基轴承合金有铅青铜、锡青铜等。常用的铜基轴承合金有铅青铜、锡青铜等。 硬基体加软质点的组织。用于制造高速、高压下工作硬基体加软质点的

37、组织。用于制造高速、高压下工作的轴承，如制造航空发动机、高速柴油机和其它高速设备的轴承，如制造航空发动机、高速柴油机和其它高速设备上的主要轴承。上的主要轴承。 4 4、铝基轴承合金、铝基轴承合金 密度小、导热性好、疲劳强度高和耐蚀性好的特点，能密度小、导热性好、疲劳强度高和耐蚀性好的特点，能在较大的压力与速度下运行，并具有原料丰富、价格低廉等在较大的压力与速度下运行，并具有原料丰富、价格低廉等优点。优点。 l7.4 钛及钛合金钛及钛合金钛是钛是20世纪世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被钛合金因具有强度高、

38、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。用。 第一个实用的钛合金是第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的业中的王牌合金，该合金使用量已占全部

39、钛合金的75%85%。其他许多钛合金都可以看作是。其他许多钛合金都可以看作是Ti-6Al-4V合合金的改型。金的改型。 7.4.1 纯钛纯钛l 钛是一种化学元素，化学符号钛是一种化学元素，化学符号Ti，原子序数，原子序数22，是，是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽，亦有良好的抗腐蚀能力（包括海水、具金属光泽，亦有良好的抗腐蚀能力（包括海水、王水及氯气）。由于其稳定的化学性质，良好的耐王水及氯气）。由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉

40、为密度，被美誉为“太空金属太空金属”。钛于。钛于1791年由格年由格雷戈尔（雷戈尔（William Gregor）于英国康沃尔郡发现，）于英国康沃尔郡发现，并由克拉普罗特（并由克拉普罗特（Martin Heinrich Klaproth）用）用希腊神话的泰坦为其命名。希腊神话的泰坦为其命名。 7.4.2 钛合金钛合金钛是同素异构体，钛是同素异构体，熔点熔点为为1668，在低于，在低于882时呈密排六方晶时呈密排六方晶格结构，称为格结构，称为钛；在钛；在882以上呈体心立方晶格结构，称为以上呈体心立方晶格结构，称为钛。钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其利用钛的上述两种结

41、构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：合金合金,(+)合金和合金和合金。合金。中国中国分别以分别以TA、TC、TB表示。表示。 （1）钛合金（钛合金（TA）。）。（2）钛合金（钛合金（TB）。）。（3）+钛合金（钛合金（TC）。）。7.5 镁合金l镁镁合金合金是以镁为基加入其他是以镁为基加入其他元素组成元素组成的合金。其特点的合金。其特点是：是：密度密度小（小（1.8g/cm3镁合金左右）

42、，比强度高，镁合金左右），比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比力比铝合金铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合合金元素金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是前使用最广的是镁铝合金镁铝合金，其次是，其次是镁锰合金镁锰合金和镁锌锆和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭火箭等工等工业部门。在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约业部门。在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的是铝的

43、2/3，是铁的，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。属，高强度、高刚性。 元素周期表中原子序数元素周期表中原子序数为为12，属，属A族的金属族的金属元素。元素符号元素。元素符号Mg。发现过程发现过程1808年，年，英英国国的戴维，用钾还原白的戴维，用钾还原白镁氧（即氧化镁镁氧（即氧化镁MgO），最早制得少），最早制得少量的镁。量的镁。物理性质物理性质：银：银白色的金属，密度白色的金属，密度1.738克克/厘米厘米3，熔点熔点648.9。沸点沸点1090。化合价化合价+2，电离能，电离能7.646电子伏特，是电子伏特，是轻轻金属金属之一，具有之一，

44、具有延展性延展性，金属镁无金属镁无磁性磁性，且有良，且有良好的热消散性。好的热消散性。 7.6 7.6 粉末冶金材料粉末冶金材料 硬质合金硬质合金 以碳化钨（以碳化钨（WCWC）或碳化钨与碳化钛（）或碳化钨与碳化钛（TiCTiC）、碳化钽）、碳化钽（TaCTaC）等高熔点、高硬度的碳化物为主要成分，并加入）等高熔点、高硬度的碳化物为主要成分，并加入钴（或镍）作为粘结剂通过粉末冶金法制得的一种粉末冶钴（或镍）作为粘结剂通过粉末冶金法制得的一种粉末冶金材料。金材料。 （1 1）硬质合金的性能特点）硬质合金的性能特点 硬度高、热硬性高、耐磨性好硬度高、热硬性高、耐磨性好 抗压强度高抗压强度高 在大气

45、、酸、碱等介质中具有良好的耐蚀性及抗在大气、酸、碱等介质中具有良好的耐蚀性及抗氧化性。氧化性。 线膨胀系数小线膨胀系数小 （2 2）常用的硬质合金）常用的硬质合金 钨钴类硬质合金主要成分为碳化钨及钴钨钴类硬质合金主要成分为碳化钨及钴。 钨钴钛类硬质合金主要成分为碳化钨、碳化钛钨钴钛类硬质合金主要成分为碳化钨、碳化钛及钴。及钴。 钨钛钽（铌）类硬质合金又称通用硬质合金或钨钛钽（铌）类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金，是由碳化钨、碳化钛、碳化钽（或碳化铌）万能硬质合金，是由碳化钨、碳化钛、碳化钽（或碳化铌）和钴组成的硬质合金。和钴组成的硬质合金。 （3 3）硬质合金的应用）硬质合金的应用 主

46、要用来制造高速切削及加工高硬度材料的刃具，主要用来制造高速切削及加工高硬度材料的刃具，也可用于制造某些冷作模具、量具及不受冲击、振动的也可用于制造某些冷作模具、量具及不受冲击、振动的高耐磨零件（如磨床顶尖等）。高耐磨零件（如磨床顶尖等）。 l第十三章第十三章l材料的选用材料的选用第一节失效分析l一、失效的概念一、失效的概念l所谓失效是指零部件在使用过程中，由于所谓失效是指零部件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料的组织与性能等的变化尺寸、形状或材料的组织与性能等的变化而失去预定功能的现象。具体表现为：完而失去预定功能的现象。具体表现为：完全破坏不能使用；虽然能工作但不能满意全破坏不能使用；虽然能

47、工作但不能满意地起到预定的作用；损伤不严重但继续工地起到预定的作用；损伤不严重但继续工作不安全作不安全l二、失效的形式二、失效的形式l1、过量变形过量变形l过量变形包括过量弹性变形、塑性变形和过量变形包括过量弹性变形、塑性变形和蠕变等。蠕变等。l2、断裂断裂 （1）韧性断裂。（）韧性断裂。（2）低温脆）低温脆性断裂。（性断裂。（3）疲劳断裂。（）疲劳断裂。（4）蠕变断裂。）蠕变断裂。（5）环境破断失效。）环境破断失效。l3、表面损伤（表面损伤（1）磨损失效（）磨损失效（2）腐蚀失）腐蚀失效（效（3）接触疲劳失效）接触疲劳失效l三、失效的原因三、失效的原因l1、设计不合理设计不合理l2、选材不恰

48、当选材不恰当l3、加工工艺不当加工工艺不当l4、装配使用不当装配使用不当l四、失效分析四、失效分析l1、调查研究调查研究l2、残骸收集和分析残骸收集和分析l3、试验分析（试验分析（1）无损检测（）无损检测（2）断口分析（）断口分析（3）化学成分分析（化学成分分析（4）金相分析（）金相分析（5）力学性能分析）力学性能分析（6）其他实验方法）其他实验方法l4、综合分析，得出结论，写出报告综合分析，得出结论，写出报告第二节 选材的原则l一、使用性原则一、使用性原则l1、受力情况受力情况l包括受力形式（拉伸、压缩、弯曲、扭转等）、包括受力形式（拉伸、压缩、弯曲、扭转等）、载荷性质（静载、循环变载、冲击

49、、载荷分布载荷性质（静载、循环变载、冲击、载荷分布等）、受摩擦情况等。等）、受摩擦情况等。l2、工作环境工作环境l如工作温度、环境介质的性质、是否有腐蚀性等。如工作温度、环境介质的性质、是否有腐蚀性等。l3、特殊性能要求特殊性能要求l如导电、导热以及密度、外观、色泽等。如导电、导热以及密度、外观、色泽等。l二、工艺性原则二、工艺性原则l1、金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能l2、高分子材料的工艺性能高分子材料的工艺性能l3、陶瓷材料的工艺性能陶瓷材料的工艺性能l三、经济性原则三、经济性原则l1、尽量降低材料及其加工成本尽量降低材料及其加工成本 l2、用非金属材料代替金属材料用非金属材料代替金

50、属材料 l3、零件的总成本零件的总成本 l四、选材的方法和步骤四、选材的方法和步骤l1、经验法经验法l2、类比法类比法l3、类比法类比法l4、试差法试差法l掌握了以上方法之后，可根据具体情况，有选择性地按照以下步骤掌握了以上方法之后，可根据具体情况，有选择性地按照以下步骤进行选材：进行选材：l（1）分析零件的工作条件及失效形式，确定零件的性能要求（使用）分析零件的工作条件及失效形式，确定零件的性能要求（使用性能和工艺性能）。一般主要考虑力学性能，特殊情况应考虑物理、性能和工艺性能）。一般主要考虑力学性能，特殊情况应考虑物理、化学性能。化学性能。l（2）对同类零件的用材情况进行调查研究，从使用性

51、能、原材料供）对同类零件的用材情况进行调查研究，从使用性能、原材料供应和加工等方面分析选材是否合理，以此作为选材的参考。应和加工等方面分析选材是否合理，以此作为选材的参考。l（3）从确定的零件性能要求中找出最关键的性能要求，然后通过力）从确定的零件性能要求中找出最关键的性能要求，然后通过力学计算或实验等方法，确定零件应具有的力学性能指标或物理、化学计算或实验等方法，确定零件应具有的力学性能指标或物理、化学性能指标。学性能指标。l（4）合理选择材料。所选材料除应满足零件的使用性能和工艺性能）合理选择材料。所选材料除应满足零件的使用性能和工艺性能要求外，还要能适应高效加工和组织现代化生产。要求外，

52、还要能适应高效加工和组织现代化生产。l（5）确定热处理方法或其他强化方法。）确定热处理方法或其他强化方法。l（6）审核所选材料的经济性（包括材料费、加工费、使用寿命等）。）审核所选材料的经济性（包括材料费、加工费、使用寿命等）。l（7）关键零件投产前应对所选材料进行实验，以验证所选材料与热）关键零件投产前应对所选材料进行实验，以验证所选材料与热处理方法能否达到各项性能指标要求，冷热加工有无困难等。当实处理方法能否达到各项性能指标要求，冷热加工有无困难等。当实验结果基本满意后，可小批投产。验结果基本满意后，可小批投产。第三节 典型零件选材实例及工艺分析l一、齿轮类零件的选材一、齿轮类零件的选材l

53、1、齿轮的工作条件齿轮的工作条件l齿轮工作时的受力情况为：齿轮工作时的受力情况为：l（1）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。力。l（2）齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触应力，）齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触应力，并发生强烈的摩擦。并发生强烈的摩擦。l（3）由于换挡、启动或啮合不良，齿部承受一定）由于换挡、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击。的冲击。l2、齿轮的失效形式齿轮的失效形式l由于齿轮的工作特点，其主要失效形式有以下几种：由于齿轮的工作特点，其主要失效形式有以下几种：l（1）疲劳断裂。主要发生在齿根，常常一齿断裂引起数齿、）疲劳断裂。主要发生在齿根，常常一齿断裂引起数齿、甚至更多的齿断裂。它是齿轮最严重的失效形式。甚至更多的齿断裂。它是齿轮最严重的失效形式。l（2）齿面磨损。齿面接触区摩擦，使齿厚变小，齿隙增大。）齿面磨损。齿面接触区摩擦，使齿厚变小，齿隙增大。l（3）齿面接触疲劳破坏。在交变接触应力作用下，齿面产生）齿面接触疲劳破坏。在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹并逐渐发展，引起点状剥落。微裂纹并逐渐发展，引起点状剥落。l（4）过载断裂。主要是冲击载荷过大造成的断齿。）过载断裂。主要是冲击载荷过大造成的断齿。l3、齿轮的性能要求齿轮的性能要求l根据工作