第十二章有色金属

第十二章有色金属及其合金[概述][重点掌握][教学内容]概述有色金属及合金的应用：σ.航空及宇航业（飞机等）；

σ.表面工程业（表面镀Zn等）；σ.电气工程业（电缆铜芯等）；

σ.机械及轻工业（如机械加工中线切割Mo丝）；重点掌握§6.1铝及铝合金§6.2铜及铜合金§6.3滑动轴承合金

§12.1铝及铝合金一、铝及铝合金的特性：

（2）优良的物理、化学性能；（1）比重小，比强度高（强度与相对密度之比）；ρ纯铝=2.7g/cm3i导电性好，仅次于Ag,Cu,Au；ii极好的抗大气腐蚀能力；“钝化”iii非磁性，即磁化率极低。（3）加工性能良好：塑性好，可冷成形；

切削性能好；超高强度铝合金成形后热处理

铸造铝合金铸造性能极好。铝合金丝二、铝及其合金的分类与牌号：

（一）高纯铝（Fcc）L01,L02,L03,L04,由L01~L04，Al的含量由99.93~99.99%.（二）工业纯铝：L5,L4,L3,L2,L1,由L5~L1，Al的含量由98.8~99.7%.（三）铝合金分类

——变形铝合金、铸造铝合金1、变形铝合金合金类别代号主要化学成分,%热处理机械性能CuMgMn其它σb

MPa

%HB防锈铝LF54.5~5.50.3~0.6可热处理退火2702370LF114.8~5.50.3~0.6V0.02~0.22702370LF211.0~1.61302330硬铝LY12.2~3.00.2~0.5不可热处理固溶处理+自然时效3002470LY113.8~4.80.4~0.80.4~0.842018100LY123.8~4.91.2~1.80.3~0.948011131超硬铝LC41.4~2.01.8~2.80.2~0.6Zn5.0~7.0不可热处理固溶处理+人工时效60012150LC62.2~2.82.5~3.20.2~.5Zn7.6~8.66807190锻铝LD51.8~2.60.4~0.80.4~0.8Si0.7~1.242013105LD71.9~2.51.4~1.8Ni1~1.5Fe1.0~1.544013120LD103.9~4.80.4~0..80.4~1.0Si0.5~1.248010135

防锈铝

——LF，做油箱、油管、铆钉。

硬铝

——LY，做螺旋桨叶片、支柱。超硬铝

——LC，做飞机大梁、起落架。

锻铝

——LD，做锻件、模锻件。2、铸造铝合金合金代号主

要

化

学

成

分,%机

械

性

能SiCuMg铸造方法热处理bMPa%HB铝硅ZL1016.0~8.00.2~0.4SBT6230170ZL10210~13SBJT2T2143153425050ZL1104.0~6.05.0~8.00.2~0.5JT1170－90铝铜ZL2034.0~5.0JT4210660铝镁ZL3019.5~11.5ST4280920铝锌ZL4026.0~8.0Zn5~70.4~0.7JT1240470铸造方法：SB——砂型变质；J——金属砂；S——砂型热处理：T1——不淬火，人工时效；T2——退火；T4——淬火+自然时效；T6——淬火+人工时效铸造铝合金的应用

三、铝合金的强化2、时效强化：经长时间室温停留或加热至100-200℃一定时间保温后，在母相固溶体的一定晶面上出现一个原子层厚度的铜或其它原子的偏聚区，偏聚区边缘发生晶格略变，阻碍位错运动，因而合金强度，硬度提高。3、第二相强化和细晶强化；1、固溶强化:如Cu,Mg,Zn,Si,Mn等加入可形成有限固溶体。4、冷变形强化。四、常用铝合金选用原则：

（1）考虑其机械性能特点：σ.比强度高（强度与相对密度之比）可用于机构件；σ.良好的塑性加工性能可用于挤压件；σ.小的弹性模量可用于抗震性好的工件；σ.低温性能好可用于低温构件；等等。（2）考虑其使用性能特点：熔点为660℃，使用温度不能过高；良好的耐蚀性，导电导热性及抛光性能，宜做腐蚀环境零件及导电及某些电器材料。（3）考虑其工性能特点：熔点低、熔炼和铸造方便，以及好的加工性能和铸造性能等。§12.2铜及铜合金一、铜及铜合金的特性：（1）优异的物理化学性能：导电性、导热性好；抗蚀能力高；铜（紫铜）抗磁性；

（2）良好的加工性能：塑性好，铸造性能好；（3）特殊机械性能：减摩性耐磨性好，高的弹性极限和疲劳极限；（4）色泽美观。铜组织二、铜及其合金的分类与牌号：

(一)紫铜（纯铜）：Fcc无磁性，无同素异构转变，熔点1083℃。密度8.9g/cm3。据铜中的含氧量可将铜分为三类：a.工业纯铜：O%=0.02-0.10%.牌号为T1,T2,T3,由1—3，含Cu为99.95---99.70%。b.磷脱氧铜：O%<0.01%.牌号TP1(99.90%)，TP2(99.85%)c.无氧铜：O%<0.003%.牌号为TU1(99.97%)，TU2(99.95%)紫铜丝纯铜管(二)黄铜（以Zn为主要合金元素的铜合金）黄铜分普通黄铜和复杂黄铜两种。1.普通黄铜

——Cu-Zn系合金单相黄铜

——如H80，含80%Cu，单相α，塑性好，可冷成型。双相黄铜

——如H62，α+β，可热变形。铸造黄铜

——如ZCuZn38，含38%Zn。组织、牌号、性能

(a)单相黄铜α

Cu-Zn合金的显微组织(b)双相黄铜α+β’代号化学成分,%机械性能CuZn加工

状态bMPa%HBH9695~97余量退火25035－H8079~81余量退火27050－H6867~70余量退火30040－H5957~60余量退火变形300420255－103H68可用于散热器外壳和子弹弹壳。2.复杂黄铜——改善Cu-Zn合金的耐蚀性、机械性能。在Cu-Zn二元合金基础上加入其它合金元素形成的。如Pb黄铜，Sn黄铜，Al黄铜，Si黄铜等。组

别代

号主要化学成分,%机械性能(变形)Cu其它bMPa%HBPb黄铜HPb63-3HPb60-162.0~65.059.0~61.0Pb2.4~3.0Pb0.6~1.060061054－－Sn黄铜HSn90-1HSn62-188.0~91.061.0~63.0Sn0.25~0.75Sn0.7~1.152070054148－Al黄铜HAl77-276.0~79.0Al1.8~2.665012170Si黄铜HSi65-1.5-363.5~66.5Si1.0~2.0Pb2.5~3.56008160Mn黄铜Fe黄铜HMn58-2HFe59-1-157.0~60.057.0~60.0Mn1.0~1.2Fe0.6~1.27007001010175160Ni黄铜HNi65-564.0~67.0Ni5.0~6.57004－应用黄铜制品（三）青铜（含有Sn.Al.Si.Pb.Be,Mn等的铜基合金）包括：锡青铜，铝青铜，铍青铜等等。分类：压力加工青铜（以压力加工产品的形式供应）和铸造青铜。压力加工青铜

Sn青铜——如QSn4-3，含4%Sn、3%Zn，其余为Cu。做轴承、弹簧等。Al青铜——如QAl10-3-1.5，做耐蚀、抗磨的齿轮、轴套等。

Be青铜——如QBe2，做弹簧，高速轴承等。铸造青铜——如Sn青铜，ZCuSn10Zn2。编号方法：

①Q+主加元素符号+主加元素含量+其它元素含量；如：QSn4-3,表示含4%Sn、3%Zn，其余为Cu的锡青铜。

②铸造青铜在编号前加“Z”字，如：ZQSn10-5。师趁鬲

西周早期50.8X47厘米（四）白铜（以Ni为主要合金元素的铜合金）编号方法：

B+镍的平均含量，“B”意指“白铜”如：B19表示含19%Ni的普通白铜，做船舶仪器零件等。易切削白铜

锌白铜

三、铜合金选用原则：（1）充分考虑其导电导热性能特点可制：导体及散热器片、线材、管材、薄板材、电缆等。（2）考虑其机械性能及耐磨，耐蚀性能等对于一些耐蚀件、散热器件、减摩零件及弹性元件等，可选用铜合金。（3）考虑其工艺性能特点

塑性好：冲压或锻轧成型件可选用之；

铸造性能好：普通铸件和压铸件可用之；

切削加工性好和光洁度高：大量生产的切削成型件可用之；

但是Cu的储量小，价格较贵，应节约使用§12.3滑动轴承合金滑动轴承是汽车、拖拉机、机床及其他机器中的重要部件，轴承合金是制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料。一.轴承合金的性能组织要求：A.性能要求：当轴旋转时，轴瓦和轴发生强烈摩擦，并承受轴颈传给的周期性载荷，故需如下性能：1)足够的强度和硬度，以承受轴颈较大的单位压力。2）足够的塑性和韧性，高的疲劳强度，以承受轴颈的周期性载荷，并抵抗冲击和振动。轴瓦3）良好的磨合能力，使其与轴能较快地紧密配合。4）高的耐磨性，与轴的摩擦因数小，并能保留润滑油，减轻磨损。5）良好的耐蚀性、导热性，较小的膨胀系数，防止因摩擦升温而发生咬合。B.组织要求：最好是在软基体上分布着硬质点轴在轴瓦中转动时:

软基体(软质点)被磨损而凹陷,保持润滑油。硬质点(硬基体)耐磨相对凸起,支持轴的压力并使轴与轴瓦接触面积减小。------使轴与轴瓦接触面积减小，保证近乎理想的摩擦条件和极低的摩擦因数。二.轴承合金的划分及介绍:1)常用的轴承合金划分:

锡基.铅基,铝基,铜基和铁基轴承合金(其中最常用的为:锡基和铅基轴承合金,又称巴氏合金)2)巴氏合金表示方法

Z+基本元素符号+主加元素含量+辅加元素含量(其中Z是铸造的意思)如:ZSnSb11Cu6表示:主加元素铅的成分为 =11%,辅加元素铜的成分为=6%,余量为锡.3)巴氏合金介绍:a.锡基轴承合金——ZChSnSb11-6（含11%Sb，6%Cu）组成:α软基体+硬质点（白方块是β-SnSb

＋白针状Cu6Sn5）。软基体由锑在锡中的α固溶体组成,硬质点由以锡,锑化合物SnSb为基的固溶体及锡与铜形成的化物。性能:导热性,耐腐蚀性,工艺性良好;摩擦因数与膨胀系数较小,抗咬合能力强。应用:广泛应用于制作航空发动机,气轮机,内燃机等大型机器中的高速轴承体。ZChSnSb11-6的组织，×100b.铅基轴承合金——

ZChPbSb16-16-2

组成:

(α＋β)共晶软基体+硬质点。软基体由(α+β)共晶体组成,α为锑溶于铅的固溶体,β为铅溶于锑的固溶体,硬质点与锡基合金相同,制造成本低廉