第九章有色金属及其合金

1、一、工业纯铝一、工业纯铝1.1.工业纯铝性能特点工业纯铝性能特点纯铝纯铝的导电、导热性较高，的导电、导热性较高，具有良好的抗大气腐蚀能力，具有良好的抗大气腐蚀能力，强度较低强度较低（ b b=80100MPa),=80100MPa),但塑性较高但塑性较高(=3050%,=80%(=3050%,=80%）。）。2.2.工业纯铝产品的分类、代号及用途工业纯铝产品的分类、代号及用途工业纯铝分铸造纯铝和变形纯铝两种。工业纯铝分铸造纯铝和变形纯铝两种。 铸造纯铝铸造纯铝牌号由牌号由“Z”Z”和铝的化学元素符号及表示铝纯度百分含量和铝的化学元素符号及表示铝纯度百分含量的数字组成。的数字组成。 变形纯铝变形

2、纯铝采用采用“1 1”表示表示 。牌号的最后两位数字表示铝百。牌号的最后两位数字表示铝百分含量中小数点后面的两位数字，牌号第二位的字母表示原始铝分含量中小数点后面的两位数字，牌号第二位的字母表示原始铝的改型情况，如字母为的改型情况，如字母为A A，则表示原始纯铝，若为其他字母，则表，则表示原始纯铝，若为其他字母，则表示为原始纯铝的改型。示为原始纯铝的改型。 二、铝合金概述二、铝合金概述1.1.铝合金的分类铝合金的分类铝合金相图的一般类型铝合金相图的一般类型 铝合金分铝合金分 铸造铝合金：铸造铝合金：DD点右侧合金点右侧合金 变形铝合金：变形铝合金：DD点左侧合金点左侧合金 热处理能强化的铝合金

3、：热处理能强化的铝合金：F F点右侧合金点右侧合金 热处理不能强化的铝合热处理不能强化的铝合金：金：F F点左侧合金点左侧合金 2.2.铝合金的时效硬化铝合金的时效硬化固溶处理固溶处理后铝合金随时间延续而发后铝合金随时间延续而发生进一步强化的现象称为生进一步强化的现象称为“时效硬时效硬化化”。人工时效：人工时效：在加热条件下进行的时效在加热条件下进行的时效自然时效：自然时效：在在室温下进行的时效称室温下进行的时效称 含含4%Cu4%Cu的铝合金自然时效曲线的铝合金自然时效曲线 4%Cu4%Cu的铝合金在不同温度下的铝合金在不同温度下的时效曲线的时效曲线3.3.变形铝合金变形铝合金牌号牌号用用2

4、 27 7系列表示。牌号的第一位数字是系列表示。牌号的第一位数字是依主要合金元素依主要合金元素CuCu、MnMn、SiSi、MgMg、Mg2SiMg2Si、ZnZn、其他元素、其他元素的顺序来表示变形铝合金的组别。牌号第二位的字母表示原始的顺序来表示变形铝合金的组别。牌号第二位的字母表示原始铝的改型情况，如字母为铝的改型情况，如字母为A A，则表示原始纯铝，若为其他字母，则表示原始纯铝，若为其他字母，则表示为原始纯铝的改型。牌号的最后两位数字用来区别同一则表示为原始纯铝的改型。牌号的最后两位数字用来区别同一组中不同的铝合金。组中不同的铝合金。 变形铝合金变形铝合金可分为防锈铝合金、硬铝合金、超

5、硬铝合金和锻造可分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻造铝合金。其中，后三类铝合金可进行热处理强化。铝合金。其中，后三类铝合金可进行热处理强化。 几种变形铝合金的牌号、化学成分、性能特点及用途几种变形铝合金的牌号、化学成分、性能特点及用途 4.4.铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金的的代号代号用用“铸铝铸铝”的汉语拼音字首的汉语拼音字首“ZL”+3ZL”+3位数字表示，位数字表示，其中第一位数字表示合金的类别（其中第一位数字表示合金的类别（1 1为为Al-SiAl-Si系、系、2 2为为Al-CuAl-Cu系、系、3 3为为Al-Al-MgMg系、系、4 4为为Al-ZnAl-Zn系）

6、，后二位数字为合金顺序号。系），后二位数字为合金顺序号。 铸造铝合金铸造铝合金的的牌号牌号用用“Z”Z”和基体金属元素铝的化学元素符号、主要和基体金属元素铝的化学元素符号、主要合金化学元素符号以及表明合金化学元素质量分数的数字组成合金化学元素符号以及表明合金化学元素质量分数的数字组成 。Al-SiAl-Si系铸造铝合金（硅铝明）系铸造铝合金（硅铝明） 简单硅铝明简单硅铝明 简单硅铝明简单硅铝明中含有中含有111113%Si13%Si，铸，铸造后几乎全部得到共晶体组织，因造后几乎全部得到共晶体组织，因而这种合金的流动性很好，铸件发而这种合金的流动性很好，铸件发生热裂的倾向小。但是铸件的致密生热裂

7、的倾向小。但是铸件的致密度不高，塑性较差。度不高，塑性较差。 Al-SiAl-Si合金相图合金相图 ZL102ZL102合金变质前的铸态组织合金变质前的铸态组织 ZL102ZL102合金变质后的铸态组织合金变质后的铸态组织 粗大的针状硅晶体严重降粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑性、强度低合金的塑性、强度 。通过通过变质变质处理，可使简单硅铝处理，可使简单硅铝明退火状态的明退火状态的 b b由由140MPa140MPa提高到提高到150 MPa150 MPa，%由约由约3%3%提高到提高到4%4%。 特殊硅铝明特殊硅铝明 在简单硅铝明的基础上，再加入铜、镁、锌等元素，强度较简单硅铝明高。在简单硅

8、铝明的基础上，再加入铜、镁、锌等元素，强度较简单硅铝明高。铸造铝合金的牌号、成分、热处理、性能及用途铸造铝合金的牌号、成分、热处理、性能及用途 续表续表铸造铝合金热处理及用途铸造铝合金热处理及用途 铸造铝合金的机械性能铸造铝合金的机械性能 一、工业纯铜一、工业纯铜1.1.特点特点 工业纯铜工业纯铜( (简称纯铜简称纯铜) )呈玫瑰红色，表面氧化膜呈紫色，故又呈玫瑰红色，表面氧化膜呈紫色，故又称称紫铜紫铜，其纯度为，其纯度为WWCuCu= 99= 995 599999 9，相对密度为，相对密度为8 89696，熔点熔点10831083，固态下具有面心立方晶格。，固态下具有面心立方晶格。2.2.工

9、业纯铜的分类、牌号及用途工业纯铜的分类、牌号及用途工业纯铜有工业纯铜有T1T1、T2T2、T3T3、T4T4四个牌号，四个牌号，“T”T”为铜的汉语拼音字为铜的汉语拼音字首，其后的首，其后的数字愈大，纯度愈低数字愈大，纯度愈低。 工业纯铜的牌号、成分及主要用途工业纯铜的牌号、成分及主要用途 二、铜合金二、铜合金1.1.黄铜黄铜 黄铜的组织黄铜的组织Cu-ZnCu-Zn二元合金相图二元合金相图 单单相相黄黄铜铜 + + 双双相相黄黄铜铜黄铜的性能特点黄铜的性能特点 机械性能：机械性能： 铸造性能：铸造性能：流动性很好，偏析流动性很好，偏析倾向小，并且容易形成集中缩倾向小，并且容易形成集中缩孔，铸

10、件组织比较致密。孔，铸件组织比较致密。 耐蚀性：耐蚀性：黄铜具有良好的耐海水黄铜具有良好的耐海水和大气抗蚀的能力，并且单相黄和大气抗蚀的能力，并且单相黄铜优于双相黄铜。但在氨、氨盐铜优于双相黄铜。但在氨、氨盐和酸类存在的介质中抗蚀性较差，和酸类存在的介质中抗蚀性较差，特别是在硫酸和盐酸中的抗蚀性特别是在硫酸和盐酸中的抗蚀性极差。极差。 黄铜机械性能与含锌量的关系黄铜机械性能与含锌量的关系 黄铜的牌号及应用黄铜的牌号及应用普通黄铜：普通黄铜：把铜锌二元合金称为普通黄铜或简单黄铜。把铜锌二元合金称为普通黄铜或简单黄铜。 普通黄铜的普通黄铜的牌号牌号用用“黄黄”字汉语拼音字首字汉语拼音字首“H”H”

11、表示，其后附以数表示，其后附以数字表示平均含铜量。字表示平均含铜量。 特殊黄铜：特殊黄铜：除锌以外还有一定数量的其他合金元素的黄铜称为特殊除锌以外还有一定数量的其他合金元素的黄铜称为特殊黄铜或复杂黄铜。黄铜或复杂黄铜。 特殊黄铜的特殊黄铜的牌号牌号表示方法为：表示方法为：H+H+主加元素符号主加元素符号+ +铜含量铜含量+ +主加元素含量。主加元素含量。 例如例如HPb59-1 HPb59-1 如如H80H80 一些加工黄铜的牌号、成分、性能及用途一些加工黄铜的牌号、成分、性能及用途 续表续表 续表续表 一些铸造黄铜的牌号、成分、性能及用途一些铸造黄铜的牌号、成分、性能及用途 2.2.青铜青铜

12、人们把除人们把除镍镍和和锌锌之外的其他合金元素为主之外的其他合金元素为主要添加元素的铜基合金，统称为青铜。要添加元素的铜基合金，统称为青铜。 青铜的青铜的牌号牌号表示方法为：表示方法为：QQ（青）（青）+ +主加元主加元素符号素符号+ +主加元素含量。主加元素含量。铸造铸造青铜在牌号前青铜在牌号前加加“Z”Z”。 锡青铜锡青铜 以以锡锡为主要或基本合金元素为主要或基本合金元素的铜基合金称为锡青铜。的铜基合金称为锡青铜。 锡青铜的组织锡青铜的组织 Cu-SnCu-Sn合金相图合金相图 锡青铜的性能特点锡青铜的性能特点 机械性能：机械性能： 铸造性：铸造性：流动性小、偏析倾向大及流动性小、偏析倾向

13、大及易于形成分散缩孔等特点。易于形成分散缩孔等特点。 抗蚀性：抗蚀性：在大气（包括海洋大气）、在大气（包括海洋大气）、海水、淡水以及蒸汽中的抗腐蚀性海水、淡水以及蒸汽中的抗腐蚀性比纯铜和黄铜更好，但对酸类的抗比纯铜和黄铜更好，但对酸类的抗蚀性较差。蚀性较差。 锡青铜机械性能与含锡量的关系锡青铜机械性能与含锡量的关系 铝青铜铝青铜 以铝为主要以铝为主要合金元素的铜基合金合金元素的铜基合金称为铝青铜。称为铝青铜。 铍青铜铍青铜 以铍为主要合以铍为主要合金元素的铜基合金金元素的铜基合金 硅青铜硅青铜 以硅为主要合金以硅为主要合金元素的铜基合金元素的铜基合金 含含AlAl量对铝青铜力学性能的影响量对铝

14、青铜力学性能的影响 Cu-BeCu-Be合金相图合金相图 硅青铜的性能与含硅青铜的性能与含SiSi量的关系量的关系 压力加工锡青铜的牌号、成分、性能及主要用途压力加工锡青铜的牌号、成分、性能及主要用途 续表续表铸造锡青铜的牌号、成分、性能及主要用途铸造锡青铜的牌号、成分、性能及主要用途 轴承合金是用来制造轴承合金是用来制造滑动轴承滑动轴承中的轴瓦及其内衬的合金。中的轴瓦及其内衬的合金。一、对轴承合金性能的要求一、对轴承合金性能的要求具有良好的减摩性具有良好的减摩性具有足够的力学性能具有足够的力学性能良好的耐蚀性和导热性良好的耐蚀性和导热性二、轴承合金的组织二、轴承合金的组织滑动轴承理想组织示意

15、图滑动轴承理想组织示意图三、常用轴承合金三、常用轴承合金1.1.锡基轴承合金锡基轴承合金锡基轴承合金是锡基轴承合金是Sn-Sb-CuSn-Sb-Cu系合金，又称巴氏合金。属于系合金，又称巴氏合金。属于低熔点低熔点合金。合金。 锡基轴承合金锡基轴承合金膨胀系数较小，嵌藏膨胀系数较小，嵌藏性和减摩性较好，还具有优良的韧性和减摩性较好，还具有优良的韧性、导热性和耐蚀性，所以在汽车、性、导热性和耐蚀性，所以在汽车、拖拉机、汽轮机等机械的高速轴瓦拖拉机、汽轮机等机械的高速轴瓦上应用极广。锡基轴承合金的疲劳上应用极广。锡基轴承合金的疲劳强度比较低，同时由于锡的熔点较强度比较低，同时由于锡的熔点较低，其工作

16、温度也较低，不宜大于低，其工作温度也较低，不宜大于150150。 ZChSnSb9-7ZChSnSb9-7的铸态组织的铸态组织 常用锡基轴承合金成分、性能及主要用途 2.2.铅基轴承合金铅基轴承合金铅基轴承合金是铅基轴承合金是Pb- Sb- Sn- Pb- Sb- Sn- CuCu系合金，也属于巴氏合金。系合金，也属于巴氏合金。是是低熔点低熔点合金。合金。 铅基轴承合金铅基轴承合金的性能低于锡基轴的性能低于锡基轴承合金，但由于价格便宜，故通承合金，但由于价格便宜，故通常用于制作低速、低负荷或在静常用于制作低速、低负荷或在静载下工作的中负荷轴瓦，而不适载下工作的中负荷轴瓦，而不适于制作在剧烈震动

17、或冲击条件下于制作在剧烈震动或冲击条件下工作的轴瓦。工作的轴瓦。 ZChPbSbSn16-16-2ZChPbSbSn16-16-2的铸态组织的铸态组织 常用铅基轴承合金成分、性能及主要用途 3.3.铜基轴承合金铜基轴承合金锡青铜：锡青铜：锡青铜组织中存在大量的分散缩孔，有利于储存润锡青铜组织中存在大量的分散缩孔，有利于储存润滑油。这种合金能承受较大的载荷，广泛用于中等速度及较大滑油。这种合金能承受较大的载荷，广泛用于中等速度及较大载荷的轴承，如电动机、泵、金属切削机床等设备的轴承。锡载荷的轴承，如电动机、泵、金属切削机床等设备的轴承。锡青铜可直接制成轴瓦，但与其配合的轴颈应具有较高的硬度，青铜

18、可直接制成轴瓦，但与其配合的轴颈应具有较高的硬度，为为300300400HBS400HBS。铅青铜：铅青铜：其组织是由硬基体（铜）和软质点（铅）所组成。其组织是由硬基体（铜）和软质点（铅）所组成。铅青铜制作的轴承比巴氏合金具有更高的疲劳强度与抗压、抗铅青铜制作的轴承比巴氏合金具有更高的疲劳强度与抗压、抗冲击能力，而且散热能力强、耐热性好，能在较高温度冲击能力，而且散热能力强、耐热性好，能在较高温度（300300320320）下工作。所以铅青铜广泛用于制造高速滑动）下工作。所以铅青铜广泛用于制造高速滑动的双金属轴承，如航空发动机、高速柴油机轴承和其它高速重的双金属轴承，如航空发动机、高速柴油机轴承和其它高速重载轴承。载轴承。 与锡基和铅基轴承合金以及铜基轴承合金相比，铝基轴承合与锡基和铅基轴承合金以及铜基轴承合金相比，铝基轴承合金具有原料丰富、价格低廉、比重小、导热性好、疲劳强度金具有原料