第10章 有色金属及其合金

第十章有色金属及其合金

第一节铝及其合金第二节铜及其合金第五节轴承合金第四节钛及其合金通常把铁/铬/锰及其合金以外的金属及其合金称为有色金属。轻/重、贵/稀有/半金属、变形/铸造第一节铝及其合金一、工业纯铝1、

密度小，仅为铜或铁的1/3；3、较好的抗大气腐蚀性，生成三氧化二铝2、

具有良好的导电性、导热性。4、塑性极高，δ＝50％，ψ＝80％，通过冷、热加工可制成各种型材；强度、硬度低，σb=80~100MPa、20HBS工业纯铝纯度大于99%，具有银白色金属光泽，熔点低（660℃），具有FCC晶格，无同素异构转变，无磁性。主要用于电缆、散热件、铝箔制品等强度要求不高的器具。二、铝合金1、比强度高（强度与密度之比）2、加工性能良好

3、具有优良的物理、化学性能

在纯铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素就成了铝合金。

4、具有较高的强度，可作为承受较大载荷的结构材料。铝合金型材铝铸件美F-117隐形战斗机

(所用材料大部分是铝合金)高比强度的铝合金机翼铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。二、铝合金的分类2、铸造铝合金：合金熔融后直接铸成形态复杂或薄壁件，良好的铸造流动性。Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn1、变形铝合金：合金熔融铸锭后，可在冷态或热态下通过压力加工(轧制、挤压)制成半成品和模锻件，良好的塑性变形能力。室温下进行的时效称自然时效；某温度下进行的时效称人工时效加热固溶淬火过饱和时效析出固溶处理：将D-F之间的合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体α组织的处理。三、铝合金的强化提高铝合金强度的基本途径：固溶+时效。再配合热处理和其他措施，可进一步改善铝合金的强度和韧性。ADF时效强化：过饱和的固溶体有自发分解出强化相、使强度、硬度明显提高的现象。 GB3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为:

防锈铝合金：LF+序号硬铝合金：LY+序号超硬铝合金：LC+序号锻铝合金：LD+序号四、变形铝合金根据国标规定，变形铝及铝合金可直接采用国标规定的四位字符牌号。表10-1铝合金波纹管铝合金制品1、防锈铝合金（LF）

Al-Mn、Al-Mg系——3A21、5A05

卫星天线（LF2）汽化器(热交换管为LF21)单相固溶体，采用固溶强化和加工硬化可提高强度；塑性、焊接性良好；加入元素提高电位，耐腐蚀性好；用于制造各种耐蚀性薄板、焊接件、容器（如油箱）及一些受力小的构件。2、

硬铝合金（LY）

Al-Cu-Mg系——2A01、2A11、2A12飞机翼梁(腹板为硬铝合金)的大梁采用淬火+时效(析出CuAl2、CuMgAl2)，故其强度、硬度高，比强度高，可在150℃以下工作，但塑性低、韧性差；耐蚀性差。常用来制造铆钉、螺旋桨叶片、航空结构件如：飞机大梁等。3、

超硬铝合金（LC）

Al-Mg-Zn-Cu系——7A04增加Zn后，淬火+人工时效(析出CuAl2、CuMgAl2、MgZn2、Al2Mg3Zn3)强度、硬度更高，比强度相当于超高强度钢，但抗蚀性差，对应力腐蚀敏感。用于工作温度不超过120-130℃大的受力构件，如飞机大梁、桁架、起落架等。

4、

锻造铝合金（LD）（1）Al-Mg-Si-Cu、Al-Cu-Mg-Ni-Fe系—6A02、2A50、2A14

采用淬火+人工时效(析出强化相分别为：Mg2Si、Al9FeNi)

具有良好的热塑性、铸造性和锻造性及较高力学性能；（2）锻铝合金可用于制作压缩机/压气机的叶轮、导风轮、叶片等。压气机叶片四、铸造铝合金Al-Si系合金:ZAlSi12（ZL102）

ZAlSi5Cu1Mg（ZL105）Al-Cu系合金:ZAlCu5Mn（ZL201）

ZAlCu4（ZL203）Al-Mg系合金:ZAlMg10（ZL301）Al-Zn系合金:ZAlZn11Si7（ZL401）性能、用途和热处理见P189表10-2奥迪全铝车身骨架奥迪A2是1997年法兰克福车展，奥迪公司推出、大批量生产的全铝轿车。它的车身重895公斤，比型式同样大小的车的重量轻约150公斤。燃油消耗4L/100KM每降低100KG，燃油降低0.5-0.8LA8采用大型铸铝件，减少车身零件数量，提高扭转刚度50%，减少车身质量40%铸铝发动机进气歧管铝合金缸体奔驰SL500铝合金轮毂科鲁兹15寸铝合金轮毂发动机散热器汽车空调冷凝器汽车悬架系统本田CRV前后保险杠护板（铝合金）三菱前保险杠第二节铜及铜合金

1、纯铜又称紫铜，具有FCC晶格，无同素异构转变，无磁性2、纯铜具有极佳的导电性和导热性3、优良的减摩和耐磨性4、塑性好、强度低，冷热压力加工成型，加工硬化提高强度5、钝化能力高，耐水，冷凝器水管热轧铜合金一、铜及铜合金性能特点铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。铜管铜与黄铜带黄铜、青铜、白铜三大类。纯铜主要用途：电工元件、导线、不宜做结构材料。纯铜牌号：T+数字（1-4），数字越大越不纯二、黄铜黄铜铸件黄铜棒以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和复杂黄铜。1、普通黄铜黄铜有和+’两种组织，分别称单相黄铜和两相黄铜。单相黄铜两相黄铜铜+锌的二元合金称为普通黄铜。加工普通黄铜的牌号为：H(黄)+表示铜平均百分含量的数字，如H68。（1）单相黄铜塑性好。常用牌号有H70、H68。适于制造冷变形零件，如弹壳、散热器等。（2）两相黄铜热塑性好，常用牌号有H59、H62。适于热轧成型，制造板/棒材等受力件，可铸造。汽车机油泵衬套（1）在普通黄铜的基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黄铜。黄铜制品黄铜棒2、特殊黄铜（2）压力加工黄铜的牌号为：H(黄)+主加元素符号(Zn除外)+铜百分含量+主加元素平均百分含量,如HPb59-1.（3）特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。（4）铸造黄铜的牌号为：ZCuZn38常用青铜：锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。

青铜制品三、青铜以锡为主要合金元素的铜合金称青铜加工青铜的牌号为：Q+主加元素符号+其平均百分含量+其他元素平均百分含量如：QSn4-3（含4%Sn、3%Zn）铸造Z/压力加工（1）普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。（2）普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量，如B5。（3）常用牌号有B5、B19等。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械，仪表零件及冷凝器，蒸馏器，热交换器等.四、白铜

以镍为主要合金元素的铜合金称白铜，分普通白铜和特殊白铜。白铜件白铜件白铜山水墨盒清代白铜暖壶白铜手炉

宋代白铜钱特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。用于制造精密机械、船舶仪表零件及疗器械等。康铜热偶白铜型材第四节钛及钛合金（1）性能：比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好，导热差美F-22战机约36%重量的零件用钛合金制造一、工业纯钛

（2）具有发生同素异构转变：由BCC的-Ti转变为HCP的-Ti（3）牌号：TA1、TA2、TA3（4）钛及合金的应用：

成本高、昂贵，航天、医疗、化工等领域纯钛主要用于350℃以下工作、强度要求不高的零件，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。钛钢复合反应釜钛管换热器钛制蒸馏塔合金元素加入-Ti形成固溶体；合金元素加入-Ti形成固溶体。按退火组织，钛合金可分为型钛合金、型钛合金和+型钛合金三类，它们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示。钛合金泵二、钛合金主加元素为铝、硼等。不能热处理强化，通常在退火状态下使用，组织为单相固溶体.钛合金氢泵诱导轮钛合金氢泵壳体1、钛合金强度低于另两类钛合金，但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越.常用牌号有TA5、TA7等主要用于制造500℃以下工作的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。

钛合金卫星框架钛合金液下泵-Ti合金组织加入合金元素钼、铬、钒等。经淬火加时效处理后，组织为相基体上分布着细小的相粒子。钛合金管钛合金管应用2、钛合金这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，难于焊接，应用受到限制。钛合金牌号TB1主要用于350℃以下工作的结构件和紧固件,如飞机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等。钛合金棒β钛合金眼镜架钛离心泵加入的合金元素有铝、钒、钼铬等。可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、耐蚀性和低温韧性。钛合金列管式换热器3、+型钛合金+型钛合金共有九个牌号，其中以TC4应用最广、用量最大，其经过淬火加时效处理后，组织为++时效析出的针状。α+β钛合金组织α+β钛合金组织（电镜）+型钛合金主要用于制造400℃以下工作的飞机压气机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等.

生物医用材料飞机压气机叶片第五节轴承合金

制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金

定位口油孔轴承座轴承盖双头螺柱剖分轴瓦

当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈施加的交变载荷和冲击力。

（1）软的基体上分布着硬的质点；较好的磨合能力（2）硬的基体上分布着软的质点；较大的承载能力（1）强硬韧性，承受交变冲击载荷（2）良好的耐磨性和磨合性（3）热膨胀系数小，导热性和耐蚀性为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是：既硬又软对轴承合金的性能要求：一、性能要求和组织特点1、锡基轴承合金二、常用轴承合金

工业上常用的是锡基、铅基轴承合金,又称巴氏合金。典型牌号为ZSnSb11Cu6。(基体+白亮块状SnSb+星状Cu3Sn)ZSnSb11Cu6合金的显微组织是以锡锑合金为