06第五章金属材料-3有色合金课件

06第五章金属材料－3有色合金(3)加工性能良好

铝及铝合金(退火状态)的塑性很好，可以冷成形。切削性能也很好超高强铝合金成形后可通过热处理，获得很高的强度。铸铝合金的铸造性能极好。

由于上述优点，铝及铝合金在电气工程、航空及宇航工业、一般机械和轻工业中都有广泛的用途。

美F-117隐身战斗机

(所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼一.纯铝

ZAl99.5：铸造纯铝，Al的质量分数不低于99.5%变形纯铝：1A30，Al不低于99.30%1_纯铝A_改型A，表示为原始合金30_二.铝合金

铝中加入合金元素后，可获得铝合金.铝合金具有较高的强度，良好的加工性能。许多铝合金不仅可通过冷变形提高强度，而且可用热处理来大幅度地改善性能。铝合金可用于制造承受较大载荷的机器零件和构件。

铝合金分类根据成分及工艺特点，铝合金分变形铝合金和铸造铝合金两类。

铝合金的分类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制造的机翼1.铝合金的时效

(1)固溶处理

将成分位于相图中D-F之间的合金加热到α相区,经保温获得单相α固溶体后迅速水冷，可在室温得到过饱和的α固溶体,这种处理方式称固溶处理。(2)时效

固溶处理后得到的组织是不稳定的，有分解出强化相过渡到稳定状态的倾向。在室温下放置或低温加热时，强度和硬度会明显升高。这种现象称为时效或时效硬化。在室温下进行的称自然时效；在加热条件下进行的称人工时效。含4%Cu的Al-Cu合金，加热到550℃并保温一段时间后,在水中快冷时,θ相(CuAl2)来不及析出,合金获得过饱和的α固溶体组织,其强度为

σb＝250MPa若在室温下放置,随着时间的延续,强度将逐渐提高,经4～5天后,σb可达400MPa。Al-Cu合金相图含4%Cu的Al-Cu合金的自然时效曲线

硬度时间 (1)时效温度越高,强度峰值越低,强化效果越小; (2)时效温度越高,时效速度越快,强度峰值出现所需时间越短;

(3)

低温使固溶处理获得的过饱和固溶体保持相对的稳定性,抑制时效的进行。(5)回归

自然时效后的铝合金,在230～250℃短时间(几秒至几分钟)加热后,快速水冷至室温时,可以重新变软。如再在室温下放置,则又能发生正常的自然时效。这种现象称为回归。一切能时效硬化的合金都有回归现象。自然时效后的铝合金在反复回归处理和再时效时强度有所降低。时效后的铝合金可在回归处理后的软化状态进行各种冷变形。利用这种现象，可随时进行飞机的铆接和修理等。

回归(regression)时间温度

加热200～270℃水淬时效组织原淬火组织*人工时效后的铝合金没有回归现象。(二）变形铝合金 包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻铝合金。96年标准牌号：四位字符2×××——8×××第一位字符：Cu、Mn、Si、Mg、Mg+Si、Zn、其他第二位字母：原始纯铝的改型

如果牌号第二位的字母是A，则表示为原始合金；如果是B~Y的其他字母（按国际规定用字母表的次序选用），则表示为原始合金的改型合金。

最后二位数字：区分同组

1.防锈铝合金

老国标ＬＦ２／ＬＦ５ 防锈铝合金中主要合金元素是锰和镁。3×××、5×××

Mn和Mg主要作用是:提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，密度小,易于变形加工，但切削性能差。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。卫星天线（LF2）2.硬铝合金ＬＹ１／ＬＹ２

Al-Cu-Mg系合金,另含有少量锰。可以进行时效强化，2×××3.超硬铝合金7×××——7A04Al-Mg-Zn-Cu系合金,含有少量的铬和锰。牌号有LC4、LC6等。锌、铜、镁与铝形成固溶体和多种复杂的第二相，合金经固溶处理和人工时效,很高的强度和硬度，是强度最高的一类铝合金。抗蚀性较差，高温下软化快。用包铝法可提高抗蚀性。超硬铝合金多用于制造受力大的重要构件，例如飞机大梁、起落架等。4.锻铝合金锻铝合金为Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。

2×××——2A50牌号有LD5、LD7、LD10等。合金的元素种类多但用量少，有良好的热塑性、锻造性能，并有较高的机械性能。主要用于承受重载荷的锻件和模锻件，通常要进行固溶处理和人工时效。三.铸造铝合金

铸造铝合金的牌号、成分、机械性能1.Al-Si铸造铝合金(硅铝明)

铸造铝合金的应用

ZL102合金的铸态组织变质处理后

未变质处理2.Al-Cu铸造铝合金

Al-Cu合金的强度较高,耐热性好，但铸造性能不好，有热裂和疏松倾向，耐蚀性较差。

ZL201ＺＡｌＣｕ５Ｍｎ室温强度、塑性比较好，可制作在300℃以下工作的零件，常用于铸造内燃机气缸头、活塞等零件。

ZL202

塑性较低，多用于高温下不受冲击的零件。

ZL203

经淬火时效后，强度较高，可作结构材料，铸造承受中等载荷汽缸头3.Al-Mg铸造铝合金

ZL301、ZL302强度高,密度小(为2.55×103kg/m2),有良好的耐蚀性,但铸造性能不好,耐热性低。可进行时效处理（自然时效），用于制造承受冲击载荷、在腐蚀性介质中工作的、外形不太复杂的零件，例如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)4.Al-Zn铸造铝合金

ZL401、ZL402

价格便宜,铸造性能优良，经变质处理和时效处理后强度较高，但抗蚀性差，热裂倾向大，用于制造汽车、拖拉机的发动机零件及形状复杂的仪器元件，也可用于制造日用品。 大型空压机活塞(ZL401)5.4.2铜及铜合金

性能特点

(1)优异的物理、化学性能纯铜导电性、导热性极佳，铜合金的导电、导热性也很好。铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高。铜是抗磁性物质

(2)良好的加工性能塑性很好，容易冷、热成形；铸造铜合金有很好的铸造性能。

(3)某些特殊机械性能例如优良的减摩性和耐磨性(如青铜及部分黄铜)，高的弹性极限和疲劳极限(如铍青铜等)。

(4)色泽美观一.纯铜(紫铜)

纯铜呈紫红色，常称紫铜，工业纯铜分为四种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。

用途用于制作电导体及配制合金。纯铜的强度低,不宜作结构材料。紫铜加工产品的牌号、成分及应用二、铜合金的分类黄铜:Cu–Zn

白铜:Cu–Ni

青铜:除黄铜和白铜外的所有铜合金。（一）黄铜

以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。按照化学成分，黄铜分普通黄铜和复杂黄铜两种。

(1)普通黄铜

普通黄铜牌号 普通黄铜是铜锌二元合金，其退火组织可以是单相α或双相α+β’,并分别称为α黄铜(或单相黄铜H80（80黄铜）、H70、H68)和双相黄铜H62、H59

。

(b)双相黄铜

(a)单相黄铜

冷凝器管汽车机油泵衬套弹壳黄铜---H70(H68)部分普通黄铜的牌号、成分、机械性能及用途

黄铜铸件黄铜棒法兰阀闸阀单相黄铜

H80、H70、H68塑性很好，适于制作冷轧板材、冷拉线材、管材及形状复杂的深冲零件。双相黄铜

H62、H59可进行热变形，通常热轧成棒材、板材。可铸造。

(2)复杂黄铜

（特殊黄铜）

黄铜制品

①铅黄铜

HPb63-3

铅改善切削加工性能，提高耐磨性，对强度影响不大，略微降低塑性。用于要求良好切削性能及耐磨性能的零件(如钟表零件等)，铸造铅黄铜可制作轴瓦和衬套。 ②锡黄铜

HSn62-1

锡显著提高黄铜在海洋大气和海水中的抗蚀性，并使强度有所提高。压力加工锡黄铜广泛用于制造海船零件。 ③铝黄铜

HAl60-1-1铝提高黄铜的强度和硬度(但使塑性降低)，改善在大气中的抗蚀性。制作海船零件及其它机器的耐蚀零件。铝黄铜中加入适量的镍、锰、铁后，还可得到高强度、高耐蚀性的复杂黄铜，制造大型蜗杆、海船螺旋浆等重要零件。 ④硅黄铜

HSi65-1.5-3硅显著提高黄铜的机械性能、耐磨性和耐蚀性。硅黄铜具有良好的铸造性能，并能进行焊接和切削加工，主要用于制造船舶及化工机械零件。常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等.主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。2.青铜

青铜原指铜锡合金，但工业上都习惯称含铝、硅、铅、铍、锰等的铜基合金为青铜，所以青铜实际上包括有锡青铜、铝青铜、铍青铜，等等。青铜也可分为压力加工青铜(以青铜加工产品的形式供应)和铸造青铜两类。(1)锡青铜

以锡为主要合金元素的铜基合金称锡青铜。在一般铸造状态下,锡含量低于6%的锡青铜能获得单相组织。α相是锡溶于铜中的固溶体,具有面心立方晶格，塑性良好，容易冷、热变形。锡含量大于6%时,组织中出现(α+δ)共析体。δ相极硬和脆,不能塑性变形。锡青铜管船用青铜软管快速接头阀(锡青铜阀体、阀盖)青铜制品性能锡青铜的铸造收缩率很小，可铸造形状复杂的零件。但铸件易生成分散缩孔，使密度降低，在高压下容易渗漏。锡青铜在大气、海水、淡水以及蒸气中的抗蚀性比纯铜和黄铜好，但在盐酸、硫酸和氨水中的抗蚀性较差。锡青铜中加入少量铅，可提高耐磨性和切削加工性能；加入磷可提高弹性极限、疲劳极限及耐磨性；加入锌可缩小结晶温度范围，改善铸造性能。

应用在造船、化工、机械、仪表等工业中广泛应用，主要制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件，以及抗蚀、抗磁零件等。(2)铝青铜

以铝为主要合金元素的铜合金称铝青铜。铝青铜的耐蚀性优良，在大气、海水、碳酸及大多数有机酸中的耐蚀性，均比黄铜和锡青铜高。铝青铜的耐磨性亦比黄铜和锡青铜好。

应用制造齿轮、轴套、蜗轮等在复杂条件下工作的高强度抗磨零件，以及弹簧和其它高耐蚀性弹性元件。大型水力发电设备中的抗磨环(3)铍青铜

以铍为基本合金元素的铜合金(铍含量1.7～2.5%)称铍青铜。铍青铜在淬火状态下塑性好，可进行冷变形和切削加工，制成零件经人工时效处理后，获得很高的强度和硬度：Rm达1200MPa～1500MPa，硬度达350HBW～400HBW,超过其它铜合金。

铍青铜的弹性极限、疲劳极限都很高，耐磨性和抗蚀性也很优异。它有良好的导电性和导热性，并有无磁性、耐寒、受冲击时不产生火花等一系列优点，但价格较贵。

应用制作精密仪器的重要弹簧和其它弹性元件，钟表齿轮，高速高压下工作的轴承及衬套等耐磨零件，以及电焊机电极、防爆工具、航海罗盘等重要机件。铍青铜制品3.白铜

以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜。在固态下，铜与镍无限固溶，因此工业白铜的组织为单相α

固溶体。它有较好的强度和优良的塑性，能进行冷、热变形。冷变形能提高强度和硬度。它的抗蚀性很好，电阻率较高

用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等。锰含量高的锰白铜可制作热电偶丝。常用白铜B30、B19、B5白铜件用途香港女王伍毫(白铜)白铜暖手壶部分白铜的牌号、成分、机械性能及用途5.4.3钛及钛合金空间合金 钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点，同时资源丰富，所以有着广泛应用前景。但目前钛及钛合金的加工条件复杂，成本较昂贵。特点：比强度高、热强度高、耐腐蚀（400℃的海水中工作）工艺性能差：难铸造、

难焊接、难机加工5万一吨美F-22战机约36%重量的零件用钛合金制造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钛合金氢泵诱导轮钛合金氢泵壳体-Ti合金组织钛合金卫星框架钛合金液下泵钛合金管钛合金管应用钛合金棒β钛合金眼镜架钛离心泵生物医用材料飞机压气机叶片

钛飞船叶片

钛合金泵二十一世纪的金属材料—钛和钛合金可作人造骨的钛合金用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线轴承合金

性能要求

1.足够的强度和硬度，2.足够的塑性和韧性3.高的耐磨性，

轴瓦ZChSnSb11-6轴承合金的显微组织

ZCh轴承一.锡基轴承合金

锡基轴承合金(锡基巴氏合金)是一种软基体硬质点类型的轴承合金。最常用的牌号是ZSnSb11Cu6（含11%Sb和6%Cu，余Sn）。显微组织为α＋β

＋Cu6Sn5。其中黑色部分是α相软基体，白方块是β

相硬质点，白针状或星状组成物是Cu6Sn5。锡基轴承合金的摩擦系数和膨胀系数小，塑性和导热性好适于制作最重要的轴承，如汽轮机、发动机和压气机等大型机器的高速轴瓦。但锡基轴承合金的疲劳强度较低，许用温度也较低(不高于150℃)巴氏合金轴瓦黑色部分是α相软基体，白方块是β

相SnSb硬质点，白针状或星状组成物是Cu6Sn5二.铅基轴承合金

这种合金的铸造性能和耐磨性较好(但比锡基轴承合金低)，价格较便宜，可用于制造中、低载荷的轴瓦，例如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。内燃机轴瓦双金属轴承表面保护层

减磨层

镍栅层（镀层）

轴承合金

衬背

三.铜基轴承合金

铅青铜

ZQPb30(ZCuSn11)，成分为30%Pb,其余为Cu。这是一种硬基体软质点类型的轴承合金。具有高的疲劳强度和承载能力，优良的耐磨性、导热性和低的摩擦系数，能在较高温度(250℃)下正常工作，因此可制造大载荷、高速度的重要轴承，例如航空发动机、高速柴油机的轴承等。四、铝基轴承合金成本低第5章

小结

1.碳钢可按成份、质量、用途和冶炼方法来分类。碳钢通常分为

普通碳素结构钢Q215、Q235等

优质碳素结构钢20、45、60等

碳素工具钢T8、T10、T12等

不同牌号的钢材其应用领域不同。

2.合金钢分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。常用钢号有：

低合金结构钢Q345

调质钢40Cr、40CrB、40CrNiMo、38CrSi

渗碳钢20Cr、20MnVB、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA

弹簧钢65Mn、50CrV、60Si2Mn

轴承钢GCr9、GCr15、GCr15SiMn

低合金刃具钢9SiCr、CrWMn

高速钢W18Cr4V

不锈钢1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17、1Cr18Ni9Ti

冷模具钢Cr12MoV

热模具钢5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V

合金结构钢可用于制造各种结构件、机械零件、齿轮、轴承、弹簧等

合金工具钢可用于制造各种刃具、模具、量具；

特殊性能钢有不锈钢、耐磨钢、耐高温钢等,分别用于制造要求耐蚀、耐磨、耐高温零件。

通过各种热处理方法可调整合金钢的性能

3.铸钢主要用于制造形状复杂、需要一定强度、塑性和韧性的零件件。

铸铁是碳质量份数大于2.11%铁碳合金。铸铁中石墨形态、基体组织对铸铁的性能有很大的影响。铸铁分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁几类。可通过加入合金元素和热处理来改善其性能。4．铝合金、铜合金有特殊的机械性能和理化性能

常用铝合金有：LF5、LY11、LC4、ZL102等

常用铜合金有：H80、H62、QSn6.5-0.1、QAl9-4、QBe2等

锡基轴承合金：ZChSnSb11-6

表5-3普通碳素结构钢的牌号、成分、性能与应用第三章常用金属材料钢有色金属粉末冶金第一节钢

碳素结构钢碳素结构钢碳素钢优质碳素结构钢碳素工具钢钢合金结构钢低合金结构钢合金结构钢合金钢合金工具钢特殊性能钢一、碳素钢（一）碳及杂质对钢的性能的影响1、碳2、S：热脆性0.02～0.05%3、P：冷脆性0.03～0.045%4、Si(<0.5)Mn(<0.8)(二）碳素钢分类1、碳素结构钢1）碳素结构钢C0.06～0.38%，S<0.045%、P<0.05%成本低牌号：Qxxx

如Q235A·F2)优质碳素结构钢C0.05～0.9S<=0.035、P<=0.035牌号：xx

如：45含碳量的万分之4508～25低碳钢，塑韧性好，焊接、冲压30～55中碳钢，综合性能好，齿轮、轴60～85高碳钢，强硬度高，弹性件C0.7～1.3，S<0.03、P<0.035硬度、耐磨性高，作刀具、模具牌号：Tx(xx)

如：T7、T13A含碳量的千分之几A表示：S<0.02、P<0.03高级优质T7、T8斧子镐，T9、T10、T11钻头丝锥车刀，T12、T13锉刀量具刮刀2、碳素工具钢二、合金钢Si>0.5、Mn>0.8，或有意加入其它合金元素形成的钢，称为合金钢低、中、高合金钢的区分（一）合金结构钢优点：机械性能高、淬透性好牌号：两位数字+元素符号+两位数字如：30Mn2，12Cr2Ni4A，38CrMoAl1、低合金结构钢C<0.25%，加入少量合金元素，强度提高，结构轻，如16Mn（长江大桥）、15MnTi、15MnV2、优质合金结构钢优质碳素结构钢的基础上加入合金元素1）渗碳钢：C<0.25，15Cr、20Cr、MnTi、12CrNi22）合金调质钢C0.3～0.6，高强度、高韧性的复杂机械零件，40Cr、40MnB、35CrMo、38CrMoAl3)合金弹簧钢C0.55～0.82，60Si2Mn、50CrVA（高级优质钢，S0.02P0.030)(二）合金工具钢牌号：一位数字+元素符号+数字第一位数字表示含碳量的千分之几，超过千分之十，不再标出；此外，高速钢等不标含碳量1、低合金工具钢：9SiCr、9Cr2、Cr06、CrWMnN(二）合金工具钢2、高速钢：W18Cr4V、W9Cr4V、W6Mo5Cr4V23、冷变形模具钢：Cr12C12MoCr12MoV4、热变形模具钢：5CrMnMo5CrNiMo5、压铸模具钢：3Cr2W8VA（三）特殊性能钢

1、不锈钢：1）铬不锈钢：1Cr132Cr131Cr172)铬镍不锈钢：0Cr19Ni91Cr18Ni9Ti2、耐热钢：20Cr2Mo1V1Cr13Mo3、耐磨钢：50Mn2ZGMn13牌号碳素结构钢Q235优质碳素结构钢084085碳素工具钢T8T13T8A合金结构钢16Mn12CrNi240Cr60Si2Mn合金工具钢9SiCrWCrWMnNW18Cr4V第二节常用有色金属材料一、铝及铝合金（一）纯铝（二）变形铝合金加入CuMgMn等合金元素，强硬度较高1）防锈铝合金：LFxx2)硬铝合金：LYx3)超硬铝：LCx4)锻铝二、铜及铜合金（一）纯铜（二）铜合金1、黄铜：以锌为主加元素1)普通黄铜：铜锌二元合金，价格低，牌号Hxx，如H622)特殊黄铜二、铜及铜合金牌号：H+主加元素符号+铜含量+主加元素含量，如，HPb59-12、青铜：铜锌及铜镍以外的铜合金牌号：Q+主加元素符号+主加元素含量如QSn6.5-0.1P0.1%1)锡青铜2）特殊青铜合金结构钢的分类：

低合金高强度钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、轴承钢、超高强度钢（一）低合金高强度结构钢应用：在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件，如建筑结构、桥梁、车辆、船舶、输油输气管道、压力容器等。性能：好的塑性韧性及焊接性能，强度高，可抵抗大气腐蚀。成分：低碳、含Mn、Ti、V、Nb、RE元素牌号：Q+数字（Q345，Q390，Q420，Q460）屈服强度（二）、合金