第六章有色金属及其合金

1、在工业生产中，通常把铁及其合金称在工业生产中，通常把铁及其合金称为为黑色金属黑色金属，把其他非铁金属及其合，把其他非铁金属及其合金称为金称为有色金属。有色金属。 重金属重金属(密度密度3.5); Cu、Ni 等。等。轻金属轻金属(密度密度3.5); Al、Mg 等。等。贵重金属贵重金属; Au、Ag、Pt 等。等。稀有金属稀有金属; W、Ti、Ra、Nb 等。等。有色金属有色金属分类分类 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 n一、铝及铝合金性能特点一、铝及铝合金性能特点 n纯铝具有纯铝具有银白色金属光泽银白色金属光泽，密度小密度小(2.72 )(2.72 )，熔点，熔点低低(660.4), (

2、660.4), 导电、导热性能优良导电、导热性能优良。n耐大气腐蚀，易于加工成形耐大气腐蚀，易于加工成形 。n具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。l二、铝合金的分类二、铝合金的分类n1.变形铝合金（适于压力加工）变形铝合金（适于压力加工）n 能热处理强化的能热处理强化的 n 不能热处理强化的不能热处理强化的n2.铸造铝合金铸造铝合金n 塑性差，不宜变形加工；但适于铸塑性差，不宜变形加工；但适于铸造。造。n（1 1） 常用变形铝合金常用变形铝合金n 防锈铝合金防锈铝合金n主要主要是是Al-MnAl-Mn和和Al-MgAl-Mg系合金系合金。nMnM

3、n和和MgMg主要作用是主要作用是提高抗蚀能力和塑性。提高抗蚀能力和塑性。n不能进行热处理强化不能进行热处理强化，常利用，常利用加工硬化加工硬化提高其强度。提高其强度。 三、铝合金的性能及用途三、铝合金的性能及用途 n常用的常用的Al-MnAl-Mn系合金有系合金有 LF21LF21（ 3A21 3A21 ），），其其抗蚀性抗蚀性和强度高于纯铝和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道等需，用于制造油罐、油箱、管道等需要弯曲、冲压加工的零件。要弯曲、冲压加工的零件。n常用的常用的Al-MgAl-Mg系合金系合金有有 LF5LF5（ 5A05 5A05 ），），其其密度比纯密度比纯铝小，强度比铝小

4、，强度比Al-MnAl-Mn合金高合金高，在航空工业中得到广泛，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应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。零件。n 硬铝合金硬铝合金n主要主要是是Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系合金，并含少量系合金，并含少量MnMn。n强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。n常用硬铝合金如常用硬铝合金如LY11 (2A11)LY11 (2A11)、 LY12 (2A12)LY12 (2A12)等，等，用于制造用于制造冲压件、模锻件和铆接件冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、，如螺旋桨、

5、梁、铆钉等铆钉等. . n 超硬铝合金超硬铝合金n属属Al-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少系合金，并含有少量量CrCr和和MnMn。n时效强化效果超过硬铝合金时效强化效果超过硬铝合金. .n但但耐蚀性差耐蚀性差。常用合金有。常用合金有 LC4 LC4 (7A04 )(7A04 )、LC9 (7A09 )LC9 (7A09 )等，主要等，主要用于工作温度较低、受力较大的用于工作温度较低、受力较大的结构件结构件, , 如飞机大梁、起落架等如飞机大梁、起落架等. .飞机前起落架飞机前起落架n 锻铝合金锻铝合金nAl-Cu-Mg-SiAl-Cu-Mg-Si系合金系合金可锻性好可

6、锻性好，力学性能高力学性能高，用于，用于形状复杂的形状复杂的锻件和模锻件锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等轮、导风轮等. . nAl-Cu-Mg-Fe-NiAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金系耐热锻铝合金 常用牌号有常用牌号有LD7 LD7 (2A70)(2A70)、LD8(2A80)LD8(2A80)、LD9(2A90)LD9(2A90)等等 。用于制造。用于制造250250下工作的零件下工作的零件，如压气机叶片等。，如压气机叶片等。叶轮叶轮导风轮导风轮n2 2、铸造铝合金、铸造铝合金l又称又称硅铝明硅铝明。其中。其中ZL102(ZAlSi12)ZL

7、102(ZAlSi12)是含是含12%Si12%Si的铝硅二元合金，称为的铝硅二元合金，称为简单硅铝明简单硅铝明。 n加入其他合金元素的铝硅铸造合金称加入其他合金元素的铝硅铸造合金称n复杂复杂(或特殊或特殊)硅铝明硅铝明。1）Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金nAl-SiAl-Si系铸造铝合金的系铸造铝合金的铸造性能好铸造性能好，具有优良的具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。耐蚀性、耐热性和焊接性能。 n用于制造仪表的外壳、电动机壳体、汽缸体、发用于制造仪表的外壳、电动机壳体、汽缸体、发动机活塞等。动机活塞等。活塞活塞电动机壳体电动机壳体n Al-Cu Al-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金n这类

8、合金的这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差性能、耐蚀性能差。l常用代号有常用代号有ZL201 (ZAlCu5Mn)ZL201 (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)ZL203 (ZAlCu4)等。等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内内燃机汽缸头、汽车活塞燃机汽缸头、汽车活塞等。等。n Al-Mg Al-Mg系铸造铝合金系铸造铝合金n这类合金的这类合金的耐蚀性好，密度小；但铸造性能差耐蚀性好，密度小；但铸造性能差, ,耐耐热性低。热性低。n常用代号为常用代号为ZL301(Z

9、AlMg10)ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)ZL303(ZAlMg5Si1)等。等。n主要用于制造主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。，如舰船配件、氨用泵体等。n Al-Zn Al-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金n这类合金的这类合金的铸造性能好，强度较高，价格便宜；但铸造性能好，强度较高，价格便宜；但密度大，耐蚀性较差。密度大，耐蚀性较差。n常用代号为常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)ZL4

10、02(ZAlZn6Mg)等等. .n主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、医疗器械、主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、医疗器械、仪器零件。仪器零件。 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 n一、铜及铜合金性能特点一、铜及铜合金性能特点n纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。异构转变，无磁性。 n纯铜具有纯铜具有优良的导电性和导热性优良的导电性和导热性，在大气、淡水中有，在大气、淡水中有良好良好的耐蚀性的耐蚀性，塑性好塑性好。n铜合金铜合金常加元素为常加元素为ZnZn、SnSn、AlAl、MnMn、NiNi、FeFe、

11、BeBe、TiTi、ZrZr（锆）、（锆）、CrCr等，既等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。提高了强度，又保持了纯铜特性。n铜合金分为铜合金分为黄铜、青铜、白铜黄铜、青铜、白铜三大类。三大类。 n1 1、黄铜、黄铜n以以锌锌为为主要合金元素主要合金元素的铜合金称为的铜合金称为黄铜黄铜。n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。n按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。 黄铜棒黄铜棒二、常用铜合金二、常用铜合金 n1 1）普通黄铜）普通黄铜n铜铜与与锌锌的二元合金称为的二元合金称为普通黄铜普通黄铜。n加工普通黄铜的牌号为：加工普通黄

12、铜的牌号为：H (H (黄黄) + ) + 表示铜平均百分表示铜平均百分含量的数字，如含量的数字，如H68H68。l黄铜有黄铜有 和和 + + 两种组织两种组织, ,分别称分别称单相黄铜单相黄铜和和双相黄铜双相黄铜。 单相黄铜单相黄铜 两相黄铜两相黄铜 n单相黄铜单相黄铜塑性好塑性好。n常用牌号有常用牌号有H80H80、H70H70、H68H68。n适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。n两相黄铜两相黄铜热塑性好热塑性好, , 强度高。强度高。n常用牌号有常用牌号有H59H59、H62H62。n适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热适于制造受力件，如

13、垫圈、弹簧、导管、散热器等器等。n2 2）特殊黄铜）特殊黄铜n在普通黄铜的基础上加入在普通黄铜的基础上加入AlAl、 FeFe、SiSi、MnMn、PbPb、 SnSn、NiNi等元素等元素形成形成特殊黄铜特殊黄铜。 n特殊黄铜特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。 n常用牌号有常用牌号有HPb63-3HPb63-3、HAl60-1-1HAl60-1-1、HSn62-1HSn62-1、HFe59-1-1HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4ZCuZn16Si4等。等。n主要用于主要用于船舶

14、及化工零件船舶及化工零件，如齿轮、螺旋桨、轴承、衬套，如齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。及阀体等。 l2 2、白铜、白铜l以以镍镍为主要合金元素的铜合金称为主要合金元素的铜合金称白铜白铜。分。分普通白普通白铜铜和和特殊白铜特殊白铜。l普通白铜普通白铜是是Cu-NiCu-Ni二元合金，具有二元合金，具有较高的耐蚀性较高的耐蚀性 和抗腐蚀性能及优良的冷热加工性能。和抗腐蚀性能及优良的冷热加工性能。 l普通白铜牌号：普通白铜牌号：B+B+镍的平均百分含量，如镍的平均百分含量，如B5B5。 常用牌号有常用牌号有B5B5、B19B19等等 。l用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械用于在蒸汽和海水环境下

15、工作的精密机械, ,仪表零仪表零件及冷凝器件及冷凝器, ,蒸馏器蒸馏器, ,热交换器等。热交换器等。n特殊白铜特殊白铜是在普通白铜基础上添加是在普通白铜基础上添加ZnZn、MnMn、AlAl等元等元素形成的，分别称素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜锌白铜、锰白铜、铝白铜等。等。n其其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。耐蚀性、强度和塑性高，成本低。n用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械等。等。n3 3、青铜、青铜n除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜青铜。 n加工青铜的牌号为加工青铜的牌号为：Q +Q +主加元素符号及其平均百分

16、含量主加元素符号及其平均百分含量+ +其他元素平均百分含量其他元素平均百分含量n如如QSn4-3(QSn4-3(含含4%Sn4%Sn、3%Zn).3%Zn).n铸造青铜的牌号为：铸造青铜的牌号为：ZCuZCu+ +元素符号及其平均百分含量元素符号及其平均百分含量n常用青铜有常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等等。 n是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为3-3-14%14%。 n锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但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最小体积收缩率在有色金

17、属中最小 。n1 1）锡青铜）锡青铜n锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。中的耐蚀性较差。n常用牌号有常用牌号有QSn4-3QSn4-3、QSn6.5-0.4QSn6.5-0.4。 n主要用于主要用于耐蚀承载件耐蚀承载件, ,如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。轮、垫圈等。n2 2）铝青铜）铝青铜n以以铝铝为主加元素的铜合金，铝含量为为主加元素的铜合金，铝含量为5-11%5-11%。n强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀

18、性高于黄铜强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。但焊接性能差。 n常用牌号有常用牌号有QAl5QAl5、QAl7QAl7等。等。n主要用于制造船舶、飞机及仪器中的主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、高强、耐磨、耐蚀件耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、螺旋桨等。，如齿轮、轴承、蜗轮、螺旋桨等。n3 3）铍青铜）铍青铜n以铍为主加元素的铜合金，铍含量为以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.7-2.5%1.7-2.5%。n具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸

19、造性能，但价格的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵较贵. .n常用牌号有常用牌号有QBe2QBe2、QBe1.7QBe1.7、QBe1.9QBe1.9等等 。n用于用于重要的弹性件、耐磨件重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧，高速、，如精密弹簧，高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件. . 第三节第三节 轴承合金轴承合金 n制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。合金。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑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，由轴承体和轴瓦两部分组成。作用

20、的重要部件，由轴承体和轴瓦两部分组成。n与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平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。稳，无噪音及拆装方便等优点。 n一、组织性能要求一、组织性能要求n当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈施加当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈施加的的交变载荷和冲击力交变载荷和冲击力。n对轴承合金的对轴承合金的性能要求性能要求： n 足够的强韧性足够的强韧性，以承受轴颈施加的交变冲击载荷，以承受轴颈施加的交变冲击载荷. .n 较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，以防止轴以防

21、止轴与轴瓦之间咬合。与轴瓦之间咬合。n 较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性，以减，以减少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的磨合。少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的磨合。n为满足上述性能要求，为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是软的基轴承合金的组织应是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体上分布着硬的质点或硬的基体上分布着软的质点. . 轴承合金理想组织示意图1轴瓦 2轴 3硬颗粒物 4软基体n当轴旋转时，软的基体（或质点）被磨损而凹陷，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，有利于储存润滑减少了轴颈与轴瓦的接触面积，有

22、利于储存润滑油油和轴与轴瓦间的磨合，而硬的质点和轴与轴瓦间的磨合，而硬的质点 ( (基体基体) )则支则支撑着轴颈，起承载和耐磨作用撑着轴颈，起承载和耐磨作用. .牌号表示方法：牌号表示方法：ZCh+基本元素符号主加元素符号含量辅加元基本元素符号主加元素符号含量辅加元素平均含量素平均含量 例：例：ZChSnSb11-6 n1 1、锡基轴承合金、锡基轴承合金 n是以是以锡锡为主并加入少量锑、为主并加入少量锑、铜等元素组成的合金，熔点铜等元素组成的合金，熔点较低，是较低，是软基体硬质点组织软基体硬质点组织类型的轴承合金。类型的轴承合金。n典型牌号为典型牌号为ZChSnSb11Cu6ZChSnSb1

23、1Cu6。l二、常用轴承合金二、常用轴承合金l工业上常用的是工业上常用的是锡基、铅基轴承合金锡基、铅基轴承合金, , 又称又称巴氏合金。巴氏合金。ZSnSb11Cu6ZSnSb11Cu6合金的显微组织合金的显微组织 n锡基轴承合金具有锡基轴承合金具有较高的耐磨性、导热性、耐较高的耐磨性、导热性、耐蚀性，摩擦系数和热膨胀系数小，但疲劳强度蚀性，摩擦系数和热膨胀系数小，但疲劳强度较低，工作温度不超过较低，工作温度不超过 150 150 ，价格高。，价格高。l广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃机等大型机器的高速轴瓦。内燃机等大型机器的高速轴瓦。 n2

24、 2、铅基轴承合金、铅基轴承合金n是以是以铅铅为主加入为主加入少量锑、锡、铜少量锑、锡、铜等元素的合金，等元素的合金，也是也是软基体硬质软基体硬质点型轴承合金点型轴承合金。n典 型 牌 号 为典 型 牌 号 为ZChPbSb16Sn16CuZChPbSb16Sn16Cu2 2ZChPbSb16Sn16Cu2合金的显微组织合金的显微组织n铅基轴承合金的铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不如锡基强度、硬度、耐蚀性和导热性都不如锡基轴承合金轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自润滑性。但其成本低，高温强度好，有自润滑性。l常用于常用于低速、低载条件下工作的设备低速、低载条件下工作的设备, ,

25、如汽车、拖拉机曲如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。轴的轴承等。 l锡基和铅基轴承合金强度都比较低，锡基和铅基轴承合金强度都比较低，为提高其承为提高其承载能力和使用寿命载能力和使用寿命，生产上常采用，生产上常采用离心浇注法离心浇注法，将它们镶铸在将它们镶铸在低碳钢轴瓦低碳钢轴瓦上，形成一层薄而均匀上，形成一层薄而均匀的内衬，成为的内衬，成为双金属轴承双金属轴承。 第四节第四节 钛及钛合金钛及钛合金 n一、工业纯钛一、工业纯钛 n纯钛纯钛密度小，熔点高密度小，熔点高。882.5882.5发生同素异构转变发生同素异构转变 -Ti-Ti -Ti-Ti, , 由由体心立方体心立方 -Ti-Ti转变为转变为密排

26、六方密排六方 - -Ti.Ti.n纯钛纯钛强度低，塑性、低温韧性和耐蚀性好。强度低，塑性、低温韧性和耐蚀性好。n纯钛主要用于纯钛主要用于 350350以下工作、强度要求不高的以下工作、强度要求不高的零件零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。化装置及舰船零部件。 n二、钛合金二、钛合金n纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝。铝能提高钛合金的强度和再结晶温度铝能提高钛合金的强度和再结晶温度. .l按退火组织，钛合金可分为按退火组织，钛合金可分为 型钛合金型钛合金、 型钛合金型钛合

27、金和和 + + 型钛合金型钛合金三类，它们的牌号分别用三类，它们的牌号分别用TATA、TBTB、TCTC加顺序号加顺序号表示表示 。如。如TA5TA5、TB2TB2、TC4TC4等。其中等。其中TA0-TA3TA0-TA3为工业纯钛。为工业纯钛。 n1 1、钛合金的性能、钛合金的性能n(1)强度高强度高 n钛合金的密度一般在钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的左右，仅为钢的60，纯钛的，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度强度/密度密度)远大于其远大于其他金属结构材料。他金属结构材料。 n(2)热强度高热强度高n使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度的强度,可在可在450500的温度下长期工作的温度下长期工作 。 (3)抗蚀性好抗蚀性好 钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特