机械制造基础有色金属

机械制造基础有色金属有色金属——本章主要内容铝及铝合金铜及铜合金钛及其合金滑动轴承合金粉末冶金材料铝及其合金工业纯铝工业纯铝特性：

物理性能：密度小、无磁性、导电及导热性能好、无打击火花化学性能：抗大气腐蚀性好力学性能：塑性高、强度低工艺性：易塑性变形，加工性良好工业纯铝牌号

铝锭：Al99.7、Al99.6、Al99.5、Al99.0、Al98.0纯度依次降低变形铝：107010601050…（L1L2L3…）变形铝表示方法：四位数字

“四位数字”体系表示规则

例如：1070表示纯度为99.70%的工业纯铝变形铝及其合金表示规则——四位数字体系四位数字体系XXXX纯铝：表示铝质量百分数小数点后的两位数铝合金：用来识别同一组铝合金中的不同序号纯铝：表示杂质元素的控制情况铝合金：表示改型情况（“0”为原始合金；“1-9”为改型合金，允许与原始合金有一定的成分偏差）表示组别：1-纯铝，2-铝，3-铝锰合金，4-铝硅合金，5-铝镁合金，6-铝镁硅合金，7-铝锌合金，8-其他铝合金，9-备用数字数字数字数字返回变形铝及其合金表示规则——四位字符体系四位字符体系XXXX纯铝：表示铝质量百分数小数点后的两位数铝合金：用来识别同一组铝合金中的不同序号A-表示原始铝或铝合金，B-Y表示改型合金(允许与原始合金有一定的成分偏差)表示组别：1-纯铝，2-铝，3-铝锰合金，4-铝硅合金，5-铝镁合金，6-铝镁硅合金，7-铝锌合金，8-其他铝合金，9-备用数字数字字符数字返回铝合金分类表铝合金分类表铝合金的分类变形铝合金铸造铝合金不能热处理强化能热处理强化铝合金分类依据分类依据——铝合金相图铝合金热处理强化热处理强化方法：固溶+时效

固溶处理：加热获得单相α固溶体后，在水中快冷，获得单相过饱和α固溶体组织。固溶处理后的铝合金强度、硬度并不高，而塑性韧性较好

时效处理：

固溶处理后的铝合金，在室温或加热时，过饱和α固溶体中会析出第二相，弥散分布于α固溶体基体上，起强化作用随后强度上升、塑性下降的现象

自然进效：固溶处理后的铝合金在室温保持

人工时效：固溶处理后的铝合金加热至室温以上保持背景资料:1906年德国Duralumin首次发现1910年德国A·Welmer发明并获专利1916年用于制造飞机1938年Guinier–Preston建立学说自然时效曲线含4%Cu的铝合金自然时效曲线人工时效曲线含4%Cu的铝合金的人工时效曲线变形铝合金（种类与表示）变形铝合金种类

防锈铝合金（代号LF）硬铝合金（代号LY）超硬铝合金（代号LC）锻铝合金（代号LD）变形铝合金牌号表示方法用四位字符表示

四位字符表示规则例如：2A11表示主要合金元素为铜的11号Al-Cu原始铝合金

防锈铝合金防锈铝合金(LF):

成分：

Al–Mn系：例如:LF21

Al–Mg系：例如:LF2、LF6

性能：不能用时效强化，加镁或锰固溶强化提高铝合金的强度抗蚀性比纯铝好

防锈铝合金应用：用于高耐腐蚀性的薄板容器（如焊接油箱）、防锈蒙皮、客车装饰条、窗框、灯具等用于制造受力小、轻质、耐腐蚀的结构件，如油管、铆钉铝合金门窗（一般用材6063）硬铝合金、超硬铝合金硬铝合金(LF):

成分：

Al–Cu–Mg，常用LY1、LY11、LY12

性能：能通过时效强化提高强度耐蚀性不高，构件表面包铝可改善耐蚀性超硬铝合金(LC):

成分：

Al–Cu–Mg–Zn，常用LC4、LC9

性能：通过时效强化显著提高强度耐蚀性不高，构件表面包铝可改善耐蚀性

硬铝和超硬铝应用：飞机翼梁飞机主起落架中等强度的轻质结构零件如飞机铆钉、大梁、桁条、隔框、蒙皮、空气螺旋桨叶片等锻铝合金锻铝合金成分：Al–Mg–Si–Cu。常用LD5、LD6、LD10性能：固溶+时效处理后力学性能与硬铝合金相当经软化退火后热塑性和耐腐蚀良好，适合于锻造成形，

锻铝合金应用：形状复杂的中等负荷零件，如压缩机叶片，飞机桨叶

压气机叶片铸造铝合金（分类与牌号表示）分类

铸造Al–Si合金铸造Al–Cu合金铸造Al–Mg合金铸造Al–Zn合金代号

铸造Al–Si合金：ZL1××，如ZL102表示2号铸造铝硅合金

铸造Al–Cu合金：ZL2××，ZL201表示1号铸造铝铜合金

铸造Al–Mg合金：ZL3××，ZL303表示3号铸造铝镁合金

铸造Al–Zn合金：ZL4××，ZL401表示4号铸造铝锌合金

牌号例：ZAlMg10表示铸造铝镁合金，镁的质量分数为10%铸造铝硅合金（俗称硅铝明）特性铸造性能优良（流动性好、收缩率小、热裂倾向小）密度小、强度较高耐腐蚀性和导热性良好

变质处理变质剂：氟化钠和氯化钠的复合盐目的：使共晶体中的硅呈细密分布，细化组织，提高强度变质处理性能变化：变质后强度可提高30%~40%

常用牌号（ZL102）、应用制造质量轻、形状复杂、耐蚀、但强度要求一般的结构件如汽车发动机活塞、气缸头及油泵壳体活塞(裙部为铝硅合金)ZL102未变质ZL102变质后其他铸造铝合金应用鼓风机用密封件(ZL102)及航空架件(ZL301)大型空压机活塞(ZL401)汽缸头（铝铜合金）铜及其合金工业纯铜特性

物理：密度8.9g.cm-3，熔点为1083℃；导电性、导热性良好；抗磁性化学：化学性能稳定，在大气、淡水中具有良好的耐腐蚀性能

力学：强度、硬度并不高，塑性、韧性良好。低温性能好工艺性：焊接性良好，适宜于进行各种冷热加工表示方法未加工产品（铜锭或电解铜）：代号为Cu-1、Cu-2

加工产品：T1、T2、T3

纯度依次降低应用应用于电气工业，制造电线、电缆、电刷、铜管及通信器材深冷冻的主要材料

纯铜金相组织铜合金分类黄铜:Cu–Zn

白铜:Cu–Ni

青铜:除黄铜和白铜外的所有铜合金按化学成分按制造方法加工铜合金铸造铜合金黄铜——普通黄铜普通黄铜Cu-Zn二元合金，性能与含锌量有关表示方法：常用牌号及应用H80、H92：艺术装饰品、纪念章、镀层、散热器、双金属片H68：冷冲压管、套类零件，如弹壳、冷凝器管、散热器管

H62：工业上应用较多，散热器、油管、垫片、螺钉、弹簧等

H90含铜量WCu=90%黄铜黄铜应用示例法兰阀闸阀冷凝器管冷凝器管冷凝器管黄铜中锌对组织和力学性能的影响50030405060700400300200100010205040302010506070809010011040HB+’bb(Mpa)(%)HB锌的质量分数(wZn)黄铜——特殊黄铜特殊黄铜

——在铜中主要加入锌，还加入铅、锡、铝、锰、硅等合金元素的铜合金。

特性：优良的切削加工性能、耐腐蚀性、铸造性能

表示方法：

常用特殊黄铜：HAl59-3含铝量WAl=3%含铜量WCu=59%铝黄铜海军黄铜---HSn62-1易切削黄铜---HPb59-1青铜种类普通青铜(锡青铜)特殊青铜(铝青铜、铍青铜、铅青铜、锰青铜、硅青铜等)表示方法：ZQSn10–1主加元素锡其含量为WSn=10%青铜铸造锡青铜特性

比黄铜的强度、硬度和耐磨性好力学性能与锡含量有关应用

主要用于耐磨、耐蚀及弹性元件如滑动轴承、弹簧、蜗轮、丝杠螺母等锡青铜中锡对组织和力学性能的影响371014压力加工铸造成形σbα+δδαδ特殊青铜(无锡青铜)

铝青铜:QAl7

特性：比锡青铜具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，还能进行热处理强化，铝青铜的价格也比较低，可作为锡青铜的代用品

应用：制作高强度的耐磨、耐蚀件和弹性元件

铍青铜:QBe2

特性：铍青铜具有很好的综合性能，弹性极限、疲劳极限、耐磨性、耐腐蚀性都较好；还具有良好的导电、导热、抗磁性；撞击时不产生火花等特性应用：主要用来制造重要用途的弹性元件、耐磨元件等。如精密仪器、仪表的弹簧，钟表齿轮、电接触器、航海罗盘等钛及其合金工业纯钛纯钛的特性物理性能：银白色、高熔点（1700℃）、轻金属（密度4.51g.cm-3）同素异构体：密排六方-Ti（<882℃），体心立方-Ti（>882℃）。化学性能：在淡水、海水、气体、碱溶液、有机酸和化合物有极好的抗蚀性；但被氢氟酸、磷酸、溶融碱侵蚀。力学性能：高温和低温下工业纯钛力学性能均优异钛的牌号（GB/T3620.1-1994）

TA0、TA1、TA2、TA3纯度下降纯钛的应用耐腐蚀件：化工设备、滨海发电、海水淡化置、舰船、电镀热交换器生物材料：与骨组织牢固结合生活用品：如高尔夫球杆、网球拍，在珠宝行业工业纯钛在不同温度下的力学性能工业纯钛在不同温度下的力学性能温度/℃b/MPas/MPa/%ψ/%205204002459-1969907504468-25312809002964-26912108703558钛合金分类分类

钛合金牌号用TA表示

据退火组织钛合金牌号用TB表示＋钛合金牌号用TC表示变形钛铸造钛各类钛合金特性

钛合金：焊接性好、组织稳定、抗蚀性高。强度比其它两类钛合金低，变形抗力大、热加工性能差

钛合金：强度和冲击韧性高，压力加工性能和焊接性能良好。组织和性能不太稳定

＋钛合金：热压力加工性能好，耐热性比较好，但组织不够稳定据加工方法钛合金的性能铸造和变形钛合金铁室温力学性能

合金热处理铸造锻造σb/MPaσ0.2/MPaδ/%σb/MPaσ0.2/MPaδ/%Ti-6Al-4V退火9498571.99849141.5Ti-6Al-4V固溶处理114610765.0112510559.7Ti-5Al-2.5Sn退火8867597.691484417.0Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo退火10198589.099191418.0钛合金的应用领域应用举例航空航天、军事隔热板、飞机襟翼滑轧、飞机刹车壳体、飞机变速装置、军用飞机蒙皮、机身、机翼，航运空发动机太气机盘、涡轮盘、叶片及机匣，人造卫星照相机架等。导弹尾翼、弹头壳体、火箭壳体及连接座，坦克回转炮塔板、化学和核武器对抗系统工程护盖、发动机顶盖、炮手主瞄准器罩、指挥舱盖，航海经军舰船热交换器管、各种船艇螺旋推进器、船艇用通信天线等化工、汽车、能源氯碱厂、纯碱厂、化肥厂、盐厂，发电厂冷凝管，海水淡化设备冷凝器、加热器。汽车发动机阀门、轴承座、阀簧、连杆、半轴、螺栓、紧固件、排气阀、喷油嘴。日常生活领域体育器材：如自行车、摩托艇、网球拍、马具、高尔夫球头等。医疗器材：牙种植、齿形矫正器，人工关节、心脏瓣膜、、假肢等照相器材：快门金属帘布、照相机外壳、取景镜架等其它：手表壳体、表带，珠宝，眼镜架等应用示例1应用示例2钛-钢复合板反釜全钛换热器钛-钢复合板氧化塔滑动轴承合金滑动轴承的结构与特点滑动轴承的结构：轴瓦、轴承内衬滑动轴承特点：与滚动轴承相比，承压面积大、工作平稳、无噪声、维修方便各类轴瓦滑动轴承的组织与性能性能（1）足够的抗压强度和抗疲劳性能（2）良好的减摩性（摩擦系数要小）（3）良好的储备润滑油的功能、良好的磨合性（4）良好的导热性和耐蚀性（5）良好的工艺性能组织（软硬兼备）（1）软基体和均匀分布的硬质点（2）硬基体上分布着软质点。常用滑动轴承材料：金属（锡基与铅基轴承合金、铜基合合、铝基合金）、非金属（塑料、橡胶）、含油轴承等铅基轴承合金组织(Sn,Cu3Sb,Pb-Sb共晶体)锡基与铅基轴承合金显微组织锡基轴承合金组织(SnSb+CuSb+α基体)锡基与铅基轴承合金（巴氏合金）牌号表示方法：例：特点及应用

锡基轴承合金性能好、价格昂贵，用作重要轴承。如发动机、汽轮机等高速轴承

铅基轴承合金价格便宜、性能比锡基合金稍差。常用作中低载荷的中速轴承。如汽车、拖拉机的曲轴和连杆轴承及电动机轴承铜的质量分数为4％元素铅的质量分数为10％锑的质量分数是12%铸造锡基轴承合金ZSnSb12Pb10Cu4铜基与铝基轴承合金铜基轴承合金（主要有锡青铜和铅青铜）。ZCuSn10Pb1（10－1锡青铜）高的强度，适用于中速及受力较大的轴承，如电动机、泵、金属切削机床轴承ZCuPb30（30铅青铜）较高的疲劳强度、导热性能，摩擦系数低，适于高速高压轴承。如航空发动机、高速柴油机轴承等铝基轴承合金（常用牌号ZAlSn6Cu1Ni1）

密度小、导热性好、疲劳强度高、耐腐蚀性好，价格低，广泛应用于高速重载的汽车、拖拉机、柴油机轴承轴承合金应用示例1汽轮发电机轴承轴承合金应用示例2内燃机轴瓦各种滑动轴承比较各种轴承合金性能、轴承合金与轴匹配的硬度对应关系轴承合金种类轴承合金硬度HBS与之匹配的轴硬度HBS最大允许压力/MPa最高允许温度/℃抗咬合性磨合性耐蚀性耐疲劳性锡基巴氏合金20~30150600~100150优优优劣铅基巴氏合金15~30150600~800150优优中劣锡青铜50~100300~400700~2000200中劣优优铅青铜40~803002000~3200220~250中差差良铝基合金45~503002000~2800100~150劣中优良铸铁160~180200~250300~600150差劣优优粉末治金材料粉末冶金工艺粉末冶金工艺步骤：制粉、配料、压制成型、坯块烧结和后处理。粉末冶金特点

（1）可生产普通熔炼方法无法生产的特殊性能材料，如多孔材料、复合材料等；

（2）可避免成分偏析、保证合金具有均匀的组织和稳定的性能；

可生产高熔点金属（如钨和钼）和不互熔的合金（如钨-银合金）；

（3）可大量减少产品的后续机加工量，节约金属材料，提高劳动生产率。这一点对贵重金属尤其重要；

（4）粉末冶金零件的缺点是塑性和韧性较差。

粉末冶金材料种按用途分为7类

粉末冶金减摩材料。