有色金属及其合金

1、 第第8 8章章 有色金属及其合金有色金属及其合金 除钢铁以外的所有其他金属，称除钢铁以外的所有其他金属，称为为有色金属有色金属。 8.1 铝及铝合金铝及铝合金 8.2 铜及铜合金铜及铜合金 8.3 轴承合金轴承合金 小结小结 思考题思考题8.1 铝及铝合金铝及铝合金8.1.1 铝及铝合金的特点铝及铝合金的特点纯铝纯铝：具有：具有FCC晶格，无同素异构转变，比晶格，无同素异构转变，比重小，熔点低，具有良好的导电、导热、耐重小，熔点低，具有良好的导电、导热、耐蚀性，强度低，塑性好，冷热成型性好。蚀性，强度低，塑性好，冷热成型性好。纯纯度高，用于科研；纯度低，用于导线度高，用于科研；纯度低，用于导

2、线。向铝中加入合元向铝中加入合元Cu、Mn、Si、Mg、Zn等制等制成铝合金，改变组织，提高性能。用于制造成铝合金，改变组织，提高性能。用于制造承受大载荷机械零件或构件。承受大载荷机械零件或构件。按成分及生产工艺特点可分为：按成分及生产工艺特点可分为：变形铝合金变形铝合金：合金熔化后浇成铸锭，再经压：合金熔化后浇成铸锭，再经压力加工（锻造、轧制、挤压等）制成板材、力加工（锻造、轧制、挤压等）制成板材、带材、棒材、管材、线材等各种型材。带材、棒材、管材、线材等各种型材。铸造铝合金铸造铝合金：将熔融的合金液直接浇入铸型：将熔融的合金液直接浇入铸型中获得成型铸件。中获得成型铸件。8.1.2 铝合金的

3、分类铝合金的分类大于大于D点的合金点的合金，有共晶组织，有共晶组织存在，流动性好，高温时强度存在，流动性好，高温时强度高，可防热裂，适于铸造。高，可防热裂，适于铸造。小于小于D点的合金点的合金，加热到固溶，加热到固溶线以上，得单相固溶体，塑性线以上，得单相固溶体，塑性好，适于变形加工。好，适于变形加工。小于小于F点的合金点的合金，不能热处理，不能热处理强化，因为得不到过饱和固溶强化，因为得不到过饱和固溶体。体。F与与D之间的合金之间的合金，可得到过，可得到过饱和的固溶体，可热处理强化。饱和的固溶体，可热处理强化。1. 固溶处理固溶处理+时效时效向向Al中加入中加入Cu、Mg、Mn、Si、Zn等

4、元素，得等元素，得过饱和过饱和，时效析出弥散强化相。如，时效析出弥散强化相。如Al-Cu合金，合金，含含Cu4的合金，加热得到的合金，加热得到，快冷（固溶处理），快冷（固溶处理）得过饱和得过饱和，过饱和，过饱和（+ CuAl2）转变趋势。转变趋势。在室温进行称为在室温进行称为自然时效自然时效，在一定温度下进行称，在一定温度下进行称为为人工时效人工时效。时效后强度、硬度升高，见图。时效后强度、硬度升高，见图8-2，P154。2. 细化组织强化细化组织强化变质处理：向液态合金中加入一种或数种元素或变质处理：向液态合金中加入一种或数种元素或化合物，通过细化组织，达到提高性能的方法。化合物，通过细化组

5、织，达到提高性能的方法。 8.1.3 强化方式强化方式 编号方法见表编号方法见表8-1，P155。按性能分为四类：按性能分为四类：防锈铝防锈铝：5A05（LF5），退火，用于管道、容），退火，用于管道、容器。器。5-Mg硬铝硬铝：2A12（LY12），固溶处理），固溶处理+自然时效，自然时效，用于飞机骨架。用于飞机骨架。2-Cu超硬铝超硬铝：7A04（LC4），固溶处理），固溶处理+人工时效，人工时效，用于飞机大梁。用于飞机大梁。7-Zn锻铝锻铝：2A50（LD5），固溶处理），固溶处理+人工时效，人工时效，用于锻件。用于锻件。2-Cu常用铝合金的牌号、成分、力性、用途见表常用铝合金的牌号、成

6、分、力性、用途见表8-2，P156。 8.1.4 变形铝合金变形铝合金分四大类：分四大类：Al-Si（1），），Al-Cu（2），），Al-Mg（3），），Al-Zn（4）。）。编号：编号：ZL+三位数字，第一位合金系列，第三位数字，第一位合金系列，第二、三位合金序号。二、三位合金序号。如如ZL102，1指指Al-Si系，系，02号铝合金。号铝合金。（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。简单硅铝明简单硅铝明：只含铝、硅两种元素的合金只含铝、硅两种元素的合金。铸造后的组织见铸造后的组织见图图8-3（a），），P158。 8.1.5 铸造铝合金铸造铝合金 （a）图为）图

7、为未变质处理的组织未变质处理的组织（粗针状的（粗针状的Si晶体晶体+），由），由于组织粗大，机械性能低，为细化组织，改善性能，加钠于组织粗大，机械性能低，为细化组织，改善性能，加钠盐变质剂进行变质处理。（盐变质剂进行变质处理。（b）图为）图为变质处理后的组织变质处理后的组织（细小均匀的共晶体（细小均匀的共晶体+初晶），组织细小，性能提高。初晶），组织细小，性能提高。简单硅铝明由于强度低，不能热处理强化，用于制造形状简单硅铝明由于强度低，不能热处理强化，用于制造形状复杂但强度要求不高的件。如飞机仪表壳体等。复杂但强度要求不高的件。如飞机仪表壳体等。加入其他元素的加入其他元素的Al-Si系铸造铝合

8、金系铸造铝合金，称为，称为复杂硅铝明复杂硅铝明，它可热处理强化，用于制造低、中强度件，如电动机壳体，它可热处理强化，用于制造低、中强度件，如电动机壳体，汽缸体等。汽缸体等。 （2）其他铸造铝合金其他铸造铝合金Al-Cu系系：耐热性好，强度较高。用于高温下：耐热性好，强度较高。用于高温下工作的高强度零件，如汽车活塞等。工作的高强度零件，如汽车活塞等。Al-Mg系系：耐蚀性好，强度高，但铸造性差，：耐蚀性好，强度高，但铸造性差，耐热性低。用于外形简单，承受冲击载荷，在耐热性低。用于外形简单，承受冲击载荷，在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件等。腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件等。 Al-Zn系系

9、：铸造性能好，强度较高，但耐蚀性：铸造性能好，强度较高，但耐蚀性差。用于制造形状复杂、受力较小的汽车、飞差。用于制造形状复杂、受力较小的汽车、飞机、仪器零件。机、仪器零件。常用铸造铝合金的牌号、成分、力性、用途见常用铸造铝合金的牌号、成分、力性、用途见表表8-3，P157。8.2.1 铜及铜合金的特点铜及铜合金的特点纯纯Cu（紫（紫Cu）具有良好的导电性、导热性、）具有良好的导电性、导热性、抗蚀性，具有抗蚀性，具有FCC，无同素异构转变，塑性高，无同素异构转变，塑性高，强度低，适合各种冷热加工。主要用于电线、强度低，适合各种冷热加工。主要用于电线、电缆、电刷等导电、导热器材。电缆、电刷等导电、

10、导热器材。由于纯由于纯Cu贵，强度低，所以配成贵，强度低，所以配成Cu合金，加合金，加入合元（固溶强化、第二相强化），以提高入合元（固溶强化、第二相强化），以提高Cu的强度，同时保持的强度，同时保持Cu的特性，得到广泛的应用。的特性，得到广泛的应用。铜合金按其化学成分可分为三大类：黄铜合金按其化学成分可分为三大类：黄Cu、青、青Cu、白、白Cu。 8.2 Cu及及Cu合金合金 8.2.2 黄黄Cu黄黄Cu：以锌为主加元素的铜合金。：以锌为主加元素的铜合金。按按成分成分可分为：普通黄可分为：普通黄Cu和特殊黄和特殊黄Cu；按；按工艺工艺可分为：加工黄可分为：加工黄Cu和铸造黄和铸造黄Cu。1.

11、普通黄普通黄Cu：Cu与与Zn的二元合金。的二元合金。加工普通黄加工普通黄Cu牌号：牌号：H（黄）（黄）+数字（数字（Cu 含量）含量）单相黄铜单相黄铜，H80（装饰品）、（装饰品）、H68（子弹壳），（子弹壳），组织见组织见图图8-5（a）；）；两相黄铜两相黄铜，H62、H59，用，用于散热器、垫圈等，组织见于散热器、垫圈等，组织见图图8-5（b）。）。铸造用普通黄铸造用普通黄Cu：ZCuZn38，用于一般构件及，用于一般构件及耐蚀件。耐蚀件。2. 特殊黄特殊黄Cu：在普通黄：在普通黄Cu基础上加入基础上加入Al、Mn、Si、Pb等元素形成。等元素形成。牌号牌号：H（黄）（黄）+主加元素符号

12、主加元素符号+铜含量铜含量+主加元素主加元素含量，如含量，如HPb59-1。特殊黄特殊黄Cu强度、耐蚀性好，强度、耐蚀性好，用于用于船舶及化工零件，船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承等。如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承等。常用黄铜牌号、成分、力性、用途见表常用黄铜牌号、成分、力性、用途见表8-4，P1608.2.3 青铜青铜 除黄除黄Cu和白和白Cu以外的其他以外的其他Cu合金统称为合金统称为青青Cu。 按按生产方法生产方法分为：分为：加工青加工青Cu：如：如QSn4-3，4%Sn，3%Zn，叫锡青，叫锡青铜。常用牌号、成分、力性、用途见表铜。常用牌号、成分、力性、用途见表8-5，P16

13、2。铸造青铸造青Cu：如：如ZCuSn10Zn2，用于齿轮、叶轮等。，用于齿轮、叶轮等。常用牌号、成分、力性、用途见表常用牌号、成分、力性、用途见表8-6，P163。按按主加元素主加元素不同分为：锡青铜、铝青铜、铍青铜不同分为：锡青铜、铝青铜、铍青铜等。等。1. 锡青铜锡青铜一般，一般， Sn含量为含量为57%的锡青铜的锡青铜塑性好，塑性好，适适于冷于冷热加工热加工； 7%的锡青铜强度较高，的锡青铜强度较高，适适于铸造于铸造。锡青铜具有良好的抗蚀性、耐磨性。广泛用于锡青铜具有良好的抗蚀性、耐磨性。广泛用于制造蒸汽锅炉、海船等制造蒸汽锅炉、海船等耐蚀零件耐蚀零件，还用于制造，还用于制造轴承、轴套

14、和齿轮等轴承、轴套和齿轮等耐磨零件耐磨零件。2. 铝青铜铝青铜一般，铝含量为一般，铝含量为57%时宜于时宜于冷加工冷加工；铝含量为；铝含量为712%时宜于时宜于热加工和铸造热加工和铸造。主要用来制造耐磨、耐蚀零件。主要用来制造耐磨、耐蚀零件。3. 铍青铜铍青铜是典型的时效强化合金。是典型的时效强化合金。是铜合金中性能最好的一种，具有高的强度、是铜合金中性能最好的一种，具有高的强度、弹性、耐磨、耐蚀及耐低温等性能，且具有好弹性、耐磨、耐蚀及耐低温等性能，且具有好的导电、导热性，无磁性，受冲击时不产生火的导电、导热性，无磁性，受冲击时不产生火花。花。用来制造高级弹簧、膜片等弹性元件，还可用用来制造

15、高级弹簧、膜片等弹性元件，还可用于制造耐磨、耐蚀零件等。于制造耐磨、耐蚀零件等。 8.2.4 白铜白铜 以镍为主加元素的以镍为主加元素的Cu合金称为合金称为白白Cu 。分为：。分为：1. 普通白铜普通白铜：Cu-Ni二元合金。二元合金。牌号牌号：B+Ni含量，如含量，如B5，5%Ni。特点特点：在各种腐蚀介质如海水、有机酸和各种：在各种腐蚀介质如海水、有机酸和各种盐液中具有高的化学稳定性，优良的冷热加工盐液中具有高的化学稳定性，优良的冷热加工性。性。主要主要用于用于制造蒸汽和海水环境中工作的精密仪制造蒸汽和海水环境中工作的精密仪器、仪表零件、冷凝器和热交换器，常用牌号器、仪表零件、冷凝器和热交

16、换器，常用牌号B5、B19等。等。部分加工白铜的牌号、成分、力性、用途见表部分加工白铜的牌号、成分、力性、用途见表8-7，P164。 2. 特殊白铜特殊白铜：在普通白铜的基础上添加其它合金：在普通白铜的基础上添加其它合金元素的铜镍合金。元素的铜镍合金。牌号牌号：B+特殊元素符号特殊元素符号+Ni的质量分数的质量分数+特殊元特殊元素的质量分数，如素的质量分数，如BMn40-1.5，40%Ni，1.5%Mn。常用特殊白铜是常用特殊白铜是锰白铜锰白铜：具有电阻高、电阻温：具有电阻高、电阻温度系数小的特点，用于制造低温热电偶、热电度系数小的特点，用于制造低温热电偶、热电偶补偿导线及变阻器和加热器等。如

17、称为偶补偿导线及变阻器和加热器等。如称为康铜康铜的锰白铜的锰白铜BMn40-1.5和称为和称为考铜考铜的锰白铜的锰白铜BMn43-0.5等。等。 8.3 轴承合金轴承合金用来制造轴瓦及其内衬的合金，称为用来制造轴瓦及其内衬的合金，称为轴承轴承合金合金。8.3.1 组织性能要求组织性能要求1性能：足够的强韧性；良好的导热性和性能：足够的强韧性；良好的导热性和 耐蚀性；良好的耐磨性。耐蚀性；良好的耐磨性。2组织：软基体组织：软基体+硬质点或硬基体硬质点或硬基体+软质点软质点8.3.2 常用轴承合金常用轴承合金1Sn基轴承合金基轴承合金牌号：牌号：ZSnSb11Cu6，用于汽轮机，内燃机中，用于汽轮机，内燃机中高速轴瓦。组织见图高速轴瓦。组织见图8-7，P171。 ZPbSb16Sn16Cu2，用于低速轴承，如汽车拖，用于低速轴承，如汽车拖拉机曲轴轴承。组织见图拉机曲轴轴承。组织见图8-8，P171 2铅基轴承合金铅基轴承合金轴承合金的牌号、成分、力学性能、用途见表轴承合金的牌号、成分、力学