09-《工程材料》第九章

1、主編：東南大學(xué) 戴枝榮 張遠(yuǎn)明 主講：張 建學(xué)時：54 工 程 材 料（工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)）第九章 有色金屬及其合金第一節(jié) 鋁及其合金一、純鋁性能特點:(1)密度小，熔點低，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好，磁化率低。 純鋁：密度2.72g/cm3，僅為鐵的1/3，熔點為 660.4，導(dǎo)電性僅次于Au、Ag、Cu。 鋁合金：密度也很小，熔點更低，但導(dǎo)電、導(dǎo)熱 性不如純鋁。鋁及鋁合金的磁化率極低， 屬于非鐵磁材料。(2)抗大氣腐蝕性能好 鋁和氧的化學(xué)親和力大，在大氣中，鋁和鋁合金 表面會很快形成一層致密的氧化膜，防止內(nèi)部繼 續(xù)氧化。但在堿和鹽的水溶液中，氧化膜易破壞, 故不能用鋁及鋁合金制作的容器盛放鹽和堿

2、溶液。(3)加工性能好，比強(qiáng)度高 純鋁：塑性較高（=3050%，=80%），易于壓 力加工成型，低溫性能良好，強(qiáng)度低，常態(tài) 為b=70Mpa, 冷變形強(qiáng)化達(dá)150250 Mpa, 但也不能直接用于制作受力的結(jié)構(gòu)件。 鋁合金：通過冷成型和熱處理，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到 500600 Mpa，相當(dāng)于低合金鋼的強(qiáng)度， 比強(qiáng)度高，成為飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料。分類:高純鋁：99.996%99.93% 用于科研，代號為 L04L01； 工業(yè)高純鋁：99.9%99.85% 用于作Al合金原 料、鋁箱，代號為L0、L00； 工業(yè)純鋁：99.0%98.0%用作管、線、棒，代 號為L1L6。二、鋁合金的分類分類：變形鋁合金

3、-成分小于D 點的合金 不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金-成分小于F點的合金 能熱處理強(qiáng)化的鋁合金-成分位于F與D之間的合金鑄造鋁合金-成分大于D點的合金表 鋁合金的分類及性能特點 鋁及其合金的牌號：1.純鋁：采用四位字符牌號，用1表示。 第一位數(shù)字“1”表示為純鋁；第二位字母“A” 表示原始純鋁“BY”表示改型情況；最后兩 位數(shù)字表示鋁的最低百分含量，如1A35。2.變形鋁合金：采用四位字符牌號，用2 8系列表示。 第一位數(shù)字：鋁合金的組別； 第二 位字母：原始合金的改型情況，“A” 表示原始合金，BY為原始合金的改 型合金。最后兩位數(shù)字：區(qū)分同一組 中不同的鋁合金。例：5A02。 合金元素：Cu 、

4、Mn 、Si、 Mg、Zn等牌號：X X X X 第一位：數(shù)字-表示鋁合金的組別 2-表示Al-Cu 系的鋁合金 3-表示Al-Mn 系的鋁合金 4-表示Al-Si 系的鋁合金 5-表示Al-Mg 系的鋁合金 6-表示Al-Mg+Si系的鋁合金 7-表示Al-Zn 系的鋁合金 8-表示其他元素的鋁合金 9-表示備用合金組 第二位：數(shù)字或字母-表示改型情況 A-表示原始鋁合金 BY-表示已改型 后兩位：數(shù)字-區(qū)別同一系的不同鋁合金3.鑄造鋁合金：用“Z+Al+元素符號+數(shù)字”表示。數(shù)字 是合金元素百分含量。例：ZAlSi9Mg。鋁及其合金代號：代號是舊標(biāo)準(zhǔn)使用的牌號。1.純鋁：用“L+數(shù)字”表示

5、。如前所示。2.變形鋁合金：用“L+字母+數(shù)字”表示。字母表示類 型，“F”為防銹鋁合金，“A”為硬鋁合 金，“C”為超硬鋁合金，“D”為鍛造鋁 合金；數(shù)字表示同類型的不同合金。3.鑄造鋁合金：用“ZL +三位數(shù)字表示。第一個數(shù)字表 示合金系列，其中1,2,3,4分別表示鋁 硅、鋁銅、鋁鎂、鋁鋅系列合金，后面 第二、三個數(shù)字表示順序號。優(yōu)質(zhì)合金 在數(shù)字后面附加字母“A.新 牌 號舊 牌 號新 牌 號舊 牌 號新 牌 號舊 牌 號1A99原LG52B12原LY930031A97原LG42A13原LY1331031A952A14原LD1030041A93原LG32A16原LY1630051A90原

6、LG22B16曾用Ly16-131051A85原LG12A17原LY174A01原LT110802A20曾用LY204A11原LD111080A2A21曾用2144A13原LT1310702A25曾用2254A17原LT171070A代L12A49曾用149400413702A50原LD540321060代L22B50原LD6404310502A70原LD74043A1050A代L32B70 曾用LD7140471A50原LB22A80原LD84047A13502A90原LD95A01曾用2101、L02原LF21035代L420115A03原LF31A30原L412

7、0145A05原LF51100代LF512014A5B05原LF101200代L522145A06原LF6123520175B06原LF142A01原LY12017A5A12原LF122A02原LY221175A13 原LF132A04原LY422185A30曾用2103、LF162A06原LY626185A33原LF332A10原LY10 2219曾用LY19、1475A41原LT412A11原LY1120245A43原LF432B11原LY821245A66原LT662A12原LY123A21原LF21500550196B02原LD217A09原LC950506A51曾用6517A10原L

8、C10525161017A15曾用LC15 7A19曾用919、LC19515460057A31曾用183-15154A 6005A7A33曾用LB73354546351 7A52曾用LC52、521055546060 7003原LC1257546061原LD307005 5056 原LF516063原LD31702053566063A70225456 6070原LD22 705050826181 7075 518260827475 5083原LF47A01原LB18A06原L651837A03 原LC3 8011曾用LT9850867A04原LC480906A02原

9、LD27A05曾用705三、鋁合金的熱處理 固溶處理：是將成分位于DF 之間的合金加熱 到固態(tài)溶解度線DF 以上某一溫度， 獲得單相固溶體，然后水冷(淬火), 獲得過飽和固溶體的過程。固溶強(qiáng) 化效果不明顯。 時效強(qiáng)化：在室溫放置或在低于固溶度線的某一 溫度下加熱時，使過飽和固溶體趨 于發(fā)生某種程度的分解，使合金的強(qiáng) 度和硬度明顯提高的現(xiàn)象,又稱為時 效或時效硬化。 自然時效：在室溫下進(jìn)行的時效。 人工時效：在加熱條件下進(jìn)行的時效。影響時效強(qiáng)化的因素：固溶體濃度，濃度越大，強(qiáng)化效果越大；時效溫度，溫度越高，時效加快，但降低最高硬度值;時效時間，時間越長，強(qiáng)化效果越好，但超過一定時 間，產(chǎn)生軟化。

10、過時效：若時效溫度過高，等溫時間過長，導(dǎo)致合金 軟化。自然時效的特點：時效開始階段，強(qiáng)度變化不大，稱 為孕育期；5-15h內(nèi)，強(qiáng)化速度最 快；4-5天后，強(qiáng)度達(dá)到最高值。人工時效的特點：時效溫度愈高，時效速度愈快，強(qiáng) 化效果愈低。時效過程： 第一階段：溶質(zhì)原子發(fā)生富集，形成富集區(qū)，使晶 格畸變加大 第二階段：隨時間的延長，富集區(qū)的原子趨于有序 化，晶格畸變進(jìn)一步增大 第三階段：溶質(zhì)原子繼續(xù)富集，形成過渡相，晶格 畸變減輕 第四階段：穩(wěn)定的相形成與長大，晶格畸變顯著減 輕特點：自然時效只出現(xiàn)第一、第二階段； 人工時效主要出現(xiàn)第三、第四階段四、形變鋁合金(一) 熱處理不能強(qiáng)化的形變鋁合金-防銹鋁合

11、金分類：主要有Al-Mn，Al-Mg合金特點：耐蝕性高，塑性和焊接性好，切削加工性差。Al-Mn系防銹鋁：主要為LF21，1.01.6%Mn，退火狀態(tài)為 +MnAl6。Mn作用為固溶強(qiáng)化及彌散強(qiáng) 化（少量MnAl6），提高耐蝕性。Al-Mg系防銹鋁：常用的為LF2，3，5，6等。Mg作用為固 溶強(qiáng)化。類別牌號代號（%）處理狀態(tài)力學(xué)性能用途舉例CuMgMnZn其它b/MPa（%）HBS不能熱處理強(qiáng)化防銹鋁合金5A05LF50.14.85.50.30.60.2Si0.5Fe0.5.M2802070焊接油箱、油管、焊條、鉚釘以及中等載荷零件及制品3A21LF210.20.051.01.60.1Si0

12、.6Ti0.15Fe0.7.M1302030焊接油箱、油管、焊條、鉚釘以及輕載荷零件及制品(二)熱處理強(qiáng)化的形變鋁合金1.硬鋁合金（杜拉鋁） 典型硬鋁：Al-Cu-Mg系合金， 特點：是時效后強(qiáng)度、硬度很高，加工性能好，但 耐蝕性差，易晶間腐蝕，常采用包鋁。 合金元素：加入Cu、Mg形成強(qiáng)化相S(CuMgAl2)、 (CuAl2)、T(CuMg2Al6)和(Mg2Al3) (強(qiáng)化效果依次減弱)，在Al中有較大溶 解度。合金元素總量增加，強(qiáng)化相數(shù)量 增多，強(qiáng)度提高，CuMg = 2.61，強(qiáng) 化效果最好。(1)低強(qiáng)度硬鋁合金：如LY1LY10，主要析出相， 強(qiáng)度低，塑性高，鉚接材料。(2)中強(qiáng)度

13、硬鋁合金：(標(biāo)準(zhǔn)) 如LY11，主要為，其 次為S，強(qiáng)度較高，塑性較好， 中等載荷結(jié)構(gòu)件。(3)高強(qiáng)度硬鋁合金：典型LY12，主要為S，其次為, 強(qiáng)度較高，良好的耐熱性，塑 性較差, 較高載荷結(jié)構(gòu)件。2.超硬鋁合金 典型：Al-Zn-Mg-Cu系合金 特點：時效后強(qiáng)度、硬度更高，熱加工性能好， 但塑性及耐蝕性差，采用包鋁。 Al-Zn-Mg形成穩(wěn)定性更高的強(qiáng)化相(MgZn2) 和T(Al2Mg3Zn3),其次還有（MgZn5）和 （Mg2Al3）。Zn、Mg含量增加，強(qiáng)度提高，但 塑性和耐蝕性下降。 超硬鋁LC4，強(qiáng)化相主要為+T，其次為S， 強(qiáng)度較高；LC6，+T更多，強(qiáng)度更高。3.鍛鋁合金

14、 典型：Al-Mg-Si-Cu系合金 特點：為熱塑性及耐蝕性高。Al-Mg-Si形成Mg2Si， 加Cu形成W（Cu4Mg5Si4Alx）、（CuAl2） 和S（CuMgAl2），主要為Mg2Si和 W。常用 的有LD2、LD5、LD6、LD10等。類別牌號代號化學(xué)成分（%）處理狀態(tài)力學(xué)性能用途舉例CuMgMnZn其它b/MPa（%）HBS能熱處理強(qiáng)化的鋁合金硬鋁合金2A01LY12.23.00.20.50.20.1Si0.5Ti0.15Fe0.5線材CZ3002470工作溫度不超過100的結(jié)構(gòu)用中等強(qiáng)度鉚釘2A11LY113.84.80.40.80.40.80.3Si0.7Fe0.7Ni0.

15、1Ti0.15板材CZ42018100中等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)零件，如骨架、模鍛的固定接頭、支柱、螺旋漿葉片、局部鐓粗的零件、螺栓和鉚釘2A12LY123.84.91.21.80.30.90.3Si0.5Ni0.1Ti0.15Fe0.5.板材CZ47017105高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)零件，如骨架、蒙皮、隔框、肋、梁、鉚釘?shù)?50以下工作的零件超硬鋁合金7A04LC41.42.01.82.80.20.65.07.0Si0.5 ；Fe0.5.Cr0.10.25CS60012150結(jié)構(gòu)中主要受力件，如飛機(jī)大梁、桁架、加強(qiáng)框、蒙皮、接頭及起落架鍛鋁合金2A50LD51.82.60.40.80.40.80.3Si0.71.2C

16、S42013105形狀復(fù)雜中等強(qiáng)度的鍛件及模鍛件2A70LD71.92.51.41.80.20.3Ti0.020.1Ni0.91.5Fe0.91.5CS41513120內(nèi)燃機(jī)活塞、高溫下工作的復(fù)雜鍛件、板材，可作高溫下工作的結(jié)構(gòu)件五、鑄造鋁合金 鑄造鋁合金除了要有足夠的機(jī)械性能及耐蝕性外，還要有優(yōu)良的鑄造性能。共晶合金的鑄造性能最好，但由于有大量脆性相，使脆性增加，因此實際使用的并非都是共晶合金，只是比形變鋁合金的合金元素高一些，一般Me = 825%。用ZL（鑄鋁）表示，第一位數(shù)表示合金系（1：Al-Si，2：Al-Cu，3：Al-Mg，4：Al-Zn），后兩位數(shù)為順序號。(一)Al-Si系

17、鑄造鋁合金（鋁硅明） 航空業(yè)應(yīng)用最廣的材料，特點是有良好的鑄造、耐蝕和機(jī)械性能。1.簡單鋁硅合金（簡單鋁硅明）： 典型牌號:ZL102，1113%Si，屬于過共晶(共晶點 11.7%Si)，組織為少量塊狀初晶Si+(+ 粗大針狀Si),強(qiáng)度、塑性及韌性差。 變質(zhì)處理:即加入23%的鈉鹽變質(zhì)劑可得+(+Si) 的細(xì)小組織。具有良好的鑄造、耐熱、耐 蝕和焊接性能，但不能時效強(qiáng)化，強(qiáng)度較 低。2.含Mg的特殊鋁硅合金（特殊鋁硅明）： 制造方法:在Al-Si合金中加入Mg，形成Mg2Si。 牌號:ZL101、ZL104，經(jīng)過變質(zhì)處理加人工時效， 組織為細(xì)小亞共晶+Mg2Si，使強(qiáng)度提高。3.含Cu的特

18、殊鋁硅合金（特殊鋁硅明）： 制造方法：加入Cu形成（CuAl2）。 常用牌號：ZL107，經(jīng)過變質(zhì)處理加人工時效，使 強(qiáng)度明顯提高。4.含Cu、Mg的特殊鋁硅合金（特殊鋁硅明）： 制造方法：同時加入Cu、Mg，除形成Mg2Si、外, 還形成W(Cu4Mg5Si4Alx)、S(CuMgAl2) 相。 常用牌號：ZL103、105、110，強(qiáng)度更高且具有高 的耐熱性（使用溫度小于250）。(二)Al-Cu系鑄造鋁合金 特點：是耐熱性在鋁合金中最高。 缺點：是鑄造性和耐蝕性差，隨著Cu增加，鑄造 性能越好，耐蝕性增加，但強(qiáng)度降低（共 晶點33.2%Cu），因此Cu14%。 常用牌號：ZL201為Al

19、-Cu-Mn系，除形成外， 還形成耐熱性更高的T(CuMn2Al12), 使用溫度小于300； ZL202、203為Al-Cu系，前者含8 10%Cu，鑄造性能較好。 應(yīng)用：可用作內(nèi)燃機(jī)氣缸頭、活塞、增壓器的導(dǎo) 風(fēng)輪等。 (三)鋁鎂系鑄造鋁合金 特點：是密度最小，耐蝕性最好，強(qiáng)度最高，有較好 的韌性。 缺點：是鑄造性差，熱強(qiáng)性低，使用溫度小于200。 常用牌號：ZL301、302。ZL301的室溫組織為 +Mg5Al8。因為時效時直接析出平衡相， 強(qiáng)化效果較差，故一般溫油或溫水淬火后 使用，綜合力學(xué)性能較高。 應(yīng)用：可用作為腐蝕和沖擊條件下服役的零件，如船 舶零件，氨用泵體等。(四)鋁鋅系鑄造

20、鋁合金 特點：是強(qiáng)度較高，有良好的鑄造、切削加工性能。 缺點：是耐蝕性差。 常用牌號：ZL401（含Zn鋁硅明），屬于Al-Zn-Si系。 應(yīng)用：機(jī)動車輛發(fā)動機(jī)零件及形狀復(fù)雜的儀表零件。類別牌號代號用 途鋁硅合金ZAlSi7MgZL101形狀復(fù)雜的零件，如飛機(jī)、儀器零件等ZAlSi12ZL102儀表、抽水機(jī)殼體等外型復(fù)雜件ZAlSi9MgZL104形狀復(fù)雜工作溫度為200以下的零件，如電動機(jī)殼體、汽缸體等ZAlSi5Cu1MgZL105形狀復(fù)雜工作溫度為250以下的零件，如風(fēng)冷發(fā)動機(jī)氣缸頭、機(jī)匣、油泵殼體等ZL107強(qiáng)度和硬度較高的零件ZAlSi12Cu1Mg1Ni1ZL109較高溫度下工作的

21、零件，如活塞等ZL110活塞及高溫下工作的零件鋁銅合金ZalCu5MnZL201砂型鑄造工作溫度為175300的零件，如內(nèi)燃機(jī)氣缸頭、活塞等ZalCu10ZL202高溫下工作不受沖擊的零件ZL203中等載荷、形狀比較簡單的零件鋁鎂合金ZAlMg10ZL301大氣或海水中工作的零件，承受沖擊載荷、外形不太復(fù)雜的零件，如艦船配件、氨用泵體等ZL302ZAlMg5Si1ZL303鋁鋅合金ZalZn11Si7ZL401結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的汽車、飛機(jī)、儀器儀表零件，也可制造日用品ZalZn6MgZL402表 常用鑄造鋁合金牌號及用途第二節(jié) 銅及其合金銅及銅合金的特性:優(yōu)異的物理、化學(xué)性能 純銅導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性極

22、佳，銅合金 的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性也很好。銅及銅合金對大氣和水的抗蝕能力 很高。銅是抗磁性物質(zhì)。良好的加工性能 銅及其某些合金塑性很好；容易冷、熱成 形；鑄造銅合金有很好的鑄造性能。某些特殊機(jī)械性能 例如優(yōu)良的減磨性和耐磨性（如青銅及 部分黃銅），高的彈性極限和疲勞極限（如鈹青銅等）。色澤美觀 銅及銅合金在電氣工業(yè)、儀表工業(yè)、造船工業(yè)及 機(jī)械制造工業(yè)部門中獲得了廣泛的應(yīng)用。銅的儲量較小，價格較貴，屬于應(yīng)節(jié)約使用的材料，只有在 特殊需要的情況下，例如要求有特殊的磁性、耐蝕性、加工 性能、機(jī)械性能以及特殊的外觀等條件下，才考慮使用。一、純銅（紫銅）1.結(jié)構(gòu)與性能 結(jié)構(gòu)：純銅呈玫瑰紅色，因其表面在空氣中氧化

23、形成一層 紫紅色的氧化物而常稱紫銅。密度8.94g/cm3,熔點 1083，無磁性，面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 性能：優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐蝕性(但不耐硝酸和硫酸); 高的塑性及可焊性。純銅強(qiáng)度較低，在各種冷熱 加工條件下有很好的變形能力，不能通過熱處理 強(qiáng)化,但是能通過冷變形加工硬化。 微量雜質(zhì)Bi、Pb、S等會與形成低熔點共晶組織 導(dǎo)致“熱脆”，如形成熔點為270的(Cu+Bi)和熔 點為326的(Cu+Pb)共晶體，并且分布在晶界上。 硫和氧則易與銅形成脆性化合物和，冷加工時破 裂斷開，導(dǎo)致“冷脆”。2.純銅的牌號及用途1)韌銅(工業(yè)純銅)：0.020.10%O，用T（銅）表示， T1

24、T4，順序號越大，純度越低；2)無氧銅：0.003%O，用TU(無氧銅)表示，TU1、TU2;3)脫氧銅：0.01%O，用TU+脫氧劑化學(xué)符號表示，TUP、 TUMn（磷脫氧銅和錳脫氧銅）。牌號代號純度()雜質(zhì)()雜質(zhì)總量()用 途BiPb一號銅T199.950.0020.0050.05導(dǎo)電材料和配制高純度合金二號銅T299.900.0020.0050.1導(dǎo)電材料，制作電線、電纜等三號銅T399.700.0020.010.3銅材、電氣開關(guān)、墊圈、鉚釘、油管等四號銅T499.500.0030.050.5銅材、電氣開關(guān)、墊圈、鉚釘、油管等表 工業(yè)純銅的牌號、成分及用途二、黃銅1.普通黃銅 普通黃銅

25、:是Cu-Zn合金,工業(yè)上使用的黃銅Zn50%。 相：Zn在Cu中的置換固溶體，具有很大的溶解度，面 心立方晶格，塑性好。 相：以電子化合物CuZn為基的固溶體，體心立方晶格, 塑性好。當(dāng)溫度低于456468以下時，轉(zhuǎn)變?yōu)?有序固溶體，硬而脆。 相：以電子化合物Cu5Zn8為基的固溶體，復(fù)雜立方晶 格(黃銅結(jié)構(gòu))，塑性較差。當(dāng)溫度低于270 以下時，轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w，硬而脆。 性能：當(dāng)Zn32%時，單相固溶體，強(qiáng)度和塑性較高; 當(dāng)Zn32%時，雙相+，塑性降低，Zn = 45% 時強(qiáng)度最大；當(dāng)Zn47%時，雙相+, 強(qiáng)度和塑性急劇降低。 Cu-Zn合金相圖 圖 單相黃銅的顯微組織 圖 雙相黃銅

26、的顯微組織1)(單相、冷加工)黃銅：10062.4%Cu，良好的冷、 熱加工性，常用的H80、H70、H68。2)+(雙相、熱加工)黃銅：56.062.4%Cu，良好 的熱加工性，常用的H59、H62。2.特殊黃銅 特殊黃銅：在Cu-Zn基礎(chǔ)上加入Al、Fe、Si、Mn、 Pb、Ni等形成，稱為鋁黃銅、鐵黃銅等, 目的是提高機(jī)械、耐蝕及工藝性能。3.鑄造黃銅 鑄造黃銅含較多的銅及少量的合金元素，目的是降低熔點，減小液固相線間隔，提高鑄造性能。鑄造黃銅除具有一定的機(jī)械性能外，還具有良好的耐蝕性。牌號： 普通黃銅：以“黃”的漢語拼音字首“H”+數(shù)字表示, 數(shù)字表示銅的含量，如62表示含量為 62，

27、其余為Zn。 特殊黃銅：表示形式是“+第一合金元素符號+銅 含量-第一合金元素含量+第二合金元 素含量”，數(shù)字之間用“-”分開。 鑄造黃銅：以“ZCuZn+鋅含量+第二合金元素符號 +第二合金元素含量”表示。表示含Zn 為40，含Pb為2，余量為Cu的鑄 造黃銅用“ZCuZn40Pb2”。常用普通黃 銅、特殊黃銅、鑄造黃銅的牌號及用 途見后表。牌 號用 途H96冷凝管、散熱器及導(dǎo)電零件等H90獎?wù)?、供水及排水管等H80薄壁管、造紙網(wǎng)、波紋管、裝飾品、建筑用品等H70彈殼、造紙、機(jī)械及電氣零件H68形狀復(fù)雜的冷、深沖壓件、散熱器外殼及導(dǎo)管等H62、H59機(jī)械、電氣零件，鉚釘、螺冒、墊圈、散熱器及

28、焊接件、沖壓件類 別牌 號用 途鉛黃銅HPb63-3鐘表、汽車、拖拉機(jī)及一般機(jī)器零件HPb59-1適于熱沖壓及切削加工零件，如銷子、螺釘、墊圈等鋁黃銅Hal77-2海船冷凝器管及耐蝕零件Hal60-1-1齒輪、蝸輪、軸及耐蝕零件Hal59-3-2船舶、電機(jī)、化工機(jī)械等常溫下工作的高強(qiáng)度耐蝕零件硅黃銅Hsi80-3耐磨錫青銅的代用材料，船舶及化工機(jī)械零件錳黃銅HMn58-2船舶零件及軸承等耐磨零件鐵黃銅Hfe59-1-1摩擦及海水腐蝕下工作的零件錫黃銅HSn90-1汽車、拖拉機(jī)彈性套管HSn62-1船舶零件鎳黃銅Hni65-5壓力計管、船舶用冷凝管、電機(jī)零件類 別牌 號用 途硅黃銅ZCuZn16

29、Si4接觸海水工作的配件以及水泵、葉輪和在空氣、淡水、油、燃料以及工作壓力在4.5Mpa，工作溫度在225以下蒸汽中工作的零件鉛黃銅ZCuZn40Pb2一般用途的耐磨、耐蝕零件，如軸套、齒輪等鋁黃銅ZCuZn25Al6Fe3Mn3高強(qiáng)度、耐磨件，如橋梁支承板、螺母、螺桿、滑塊和蝸輪等ZCuZn31Al2壓力鑄造件，如電機(jī)、儀表等以及造船和機(jī)械制造中的耐蝕零件錳黃銅ZCuZn40Mn3Fe1耐海水腐蝕零件，以及300以下工作的管件，船舶用螺旋槳等大型鑄件ZCuZn40Mn2在空氣、淡水、海水、蒸汽（300）和各種液體、燃料中工作的零件表 鑄造黃銅牌號及用途三、青銅1.錫青銅 錫青銅：以Sn為主加

30、元素的銅合金。 相：Sn在銅中的置換固溶體，有較大溶解度,FCC, 塑性好。 相：以電子化合物Cu5Sn為基的固溶體，在586 發(fā)生共析轉(zhuǎn)變（+），BCC，塑性好。 相：以電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體, 526 時發(fā)生共析轉(zhuǎn)變（+），復(fù)雜立方 （黃銅結(jié)構(gòu)），硬而脆。 相：350發(fā)生共析轉(zhuǎn)變(+)，其他同上。 相：以電子化合物Cu3Sn為基的固溶體，HCP，極 硬而脆。 Cu-Sn合金相圖 錫青銅組織和力學(xué)性能與含錫量的關(guān)系 在實際冷卻條件下，(+)由于轉(zhuǎn) 變很慢很難進(jìn)行完全，室溫下只能得到+ 組織，導(dǎo)致韌性及塑性和強(qiáng)度降低。性能：當(dāng)Sn56%時，固溶體，強(qiáng)度和塑性較高; 當(dāng)Sn56%時

31、，出現(xiàn)相，使塑性降低； 當(dāng)Sn20%時，過多，強(qiáng)度和塑性急劇降 因此，一般加入314%Sn，其中，壓力加工錫 青銅57%Sn，鑄造錫青銅1014%Sn。特點：耐蝕性高，超過純銅和黃銅。缺點：結(jié)晶溫度間隔寬，鑄造性能差，為此加輔加元 素Pb、Zn等改善。2.鋁青銅 鋁青銅：以Al為主加元素的銅合金。 相：Al在銅中的置換固溶體，溶解度較大，F(xiàn)CC， 強(qiáng)度和塑性較高。 相：以電子化合物Cu3Al為基的固溶體，在565發(fā) 生共析轉(zhuǎn)變（+2），BCC。 2相:以電子化合物Cu32Al19為基的固溶體，硬而脆。 性能:當(dāng)Al78%時，固溶體，強(qiáng)度、塑性較好; 當(dāng)Al78%時，塑性急劇降低； 當(dāng)Al101

32、1%時，出現(xiàn)脆性2，強(qiáng)度和塑 性都顯著降低。 因此，一般Al12%，壓力加工鋁青銅57% Al，鑄造鋁青銅7%Al。 特點:強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐蝕性均優(yōu)于黃銅和錫 青銅，結(jié)晶溫度區(qū)間小，流動性能好. 缺點:易形成Al2O3雜質(zhì)、切削加工性和焊接性差。3.鈹青銅 鈹青銅：以Be為主加元素的銅合金。 相：Be在銅中的置換固溶體，溶解度較小，F(xiàn)CC， 塑性好。 1相：以電子化合物CuBe為基的無序固溶體，在 605發(fā)生共析轉(zhuǎn)變1（+2），BCC， 塑性好。 2相：以電子化合物CuBe為基的有序固溶體，BCC， 硬而脆。 性能：當(dāng)Be2%時，塑性急劇下降，常用1.72.5%Be 特點：是彈性極限和疲

33、勞強(qiáng)度極高，導(dǎo)電、導(dǎo)熱 性高,耐蝕、耐磨性好，無磁性，接觸時 不濺射火花, 適合做高精密彈性元件；具 有強(qiáng)烈的時效硬化效應(yīng)，時效處理后的強(qiáng) 度及硬度很高，可以達(dá)到b1250 1500MPa，HB350400。 缺點：價格昂貴，有毒。4.硅青銅 硅青銅：以Si為主加元素的銅合金。 性能：具有良好的冷、熱加工性能，鑄造性能，價 格低廉。當(dāng)Si3%時，塑性將快速下降。 類別代號（或牌號）用 途壓力加工錫青銅QSn4-3彈性元件、化工機(jī)械耐磨零件和抗磁零件QSn6.5-0.1精密儀器中的耐磨零件和抗磁元件，彈簧QSn4-4-2.5飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)用軸承和軸套的襯墊鑄造錫青銅ZCuSn10Zn2在中等

34、及較高載荷下工作的重要管配件，閥、泵體等ZCuSn10P1重要的軸瓦、齒輪、連桿和軸套等特殊無青錫銅青銅ZCuAl10Fe3重要的耐磨、耐蝕重型鑄件，如軸套、蝸輪等ZCuAl9Mn2形狀簡單的大型鑄件，如襯套、齒輪、軸承QBe2重要儀表的彈簧、齒輪等ZCuPb30高速雙金屬軸瓦、減摩零件等表 常用青銅的牌號及用途類別代號（%）力學(xué)性能用途舉例主加元素其它b/MPa（%）HBS錫青銅QSn4-3Sn3.54.5Zn2.73.3雜質(zhì)總和0.2、Cu余量5504160彈性元件，化工機(jī)械耐磨零件和抗磁零件QSn6.5-0.1Sn6.07.0Zn 0.3P0.10.25Cu余量雜質(zhì)總和0.1750101

35、60200彈簧接觸片，精密儀器中的耐磨零件和抗磁零件鋁青銅QAl9-2Al8.010.0Mn1.52.5Zn1.0雜質(zhì)總和1.7Cu余量70045160200海輪上的零件，250以下工作的管配件和零件QAl10-3-1.5Al8.510.0Fe 2.04.0Mn1.02.0雜質(zhì)總和0.75Cu余量800912160200船舶用高強(qiáng)度耐蝕零件，如齒輪、軸承硅青銅QSi3-1Si2. 73.5Mn1.01.5Zn 0.5, Fe0.3, Sn0.25雜質(zhì)總和1.1,Cu余量70015180彈簧、耐蝕零件以及蝸輪、蝸桿、齒輪、制動桿等QSi1-3Si0. 61.1Ni2. 43.4Mn0.10.4雜

36、質(zhì)總和0.5Cu余量6008150200發(fā)動機(jī)和機(jī)械制造中的機(jī)構(gòu)件，300以下工作的摩擦零件鈹青銅QBe2Be1.82.1Ni0.20.5雜質(zhì)總和0.5，Cu余量125024330重要的彈簧和彈性元件，耐磨零件以及高壓、高速、高溫軸承五.白銅 白銅：以為主加合金元素的銅基合金。 分類：普通白銅和特殊白銅。普通白銅是Cu-Ni二 元合金；特殊白銅是在合金基礎(chǔ)上加入Zn、 Mn、Al等合金元素，分別稱鋅白銅、錳白銅、 鋁白銅等。 應(yīng)用：白銅具有高的耐蝕性、優(yōu)良的冷、熱加工工 藝性。因此，廣泛用于制造精密儀器、儀表 化工機(jī)械及醫(yī)療器械中的關(guān)鍵零件。類 別牌 號用 途普通白銅B30、 B19、 B5船

37、舶儀器零件，化工機(jī)械零件鋅白銅BZn15-20潮濕條件下和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中工作的儀表零件錳白銅BMn3-12主要用途的彈簧BMn40-1.5熱電偶絲第三節(jié) 鈦及其合金 鈦及鈦合金具有重量輕、比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕以及良好低溫韌性等優(yōu)點，同時資源豐富，所以有著廣泛應(yīng)用前景。但目前鈦及鈦合金的加工條件復(fù)雜，成本較昂貴，在很大程度上限制了它們的應(yīng)用。一、純鈦 是灰白色輕金屬，鈦的密度小，為4.54g/cm3,熔 點高，約為1668，熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性差。 純塑性好、強(qiáng)度低，容易加工成形，可制成細(xì)絲 和薄片。 在大氣和海水中有優(yōu)良的耐蝕性，在硫酸、鹽酸、 硝酸、氫氧化鈉等介質(zhì)中都很穩(wěn)定。的抗氧化能 力

38、優(yōu)于大多數(shù)奧氏體不銹鋼。 在固態(tài)下有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：882.5以下為密排 六方晶格，稱-Ti；882.5以上直到熔點為體 心立方晶格，稱-Ti。在882.5時發(fā)生同素異 構(gòu)轉(zhuǎn)變-Ti-Ti，它對強(qiáng)化有很重要的意義。 工業(yè)純中含有H、C、O、Fe、Mg等雜質(zhì)元素,少量 雜質(zhì)可使鈦的強(qiáng)度和硬度顯著升高，塑性和韌性 明顯降低。工業(yè)純鈦按雜質(zhì)含量不同分為TA1、 TA2、TA3等三種,編號越大雜質(zhì)越多，可制作在 350以下工作的、強(qiáng)度要求不高的零件。類別牌號成 分用 途工業(yè)純鈦TA1Ti(雜質(zhì)極微)在350以下工作、強(qiáng)度要求不高的零件TA2Ti(雜質(zhì)微)TA3Ti(雜質(zhì)微)表 工業(yè)純鈦的牌號及用途 二、

39、鈦合金 形成：合金元素溶入-Ti中，形成固溶體，溶入 -Ti中形成固溶體。 穩(wěn)定化元素：Al、C、N、O、B等，可使同素異構(gòu)轉(zhuǎn) 變溫度升高。 穩(wěn)定化元素：Fe、Mo、Mg、V等，使同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫 度下降。 共析型穩(wěn)定化元素：Mn、Cr、W、Fe、Ag、Cu、H、 Ni、Si等，與-Ti 形成有限固溶體， 并發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。 中性元素：Sn、Zr等對轉(zhuǎn)變溫度的影響不明顯。 分類：根據(jù)使用狀態(tài)的組織，鈦合金可分為鈦合金、 鈦合金和（+）鈦合金。牌號以TA、TB、 TC加上編號來表示。其牌號及用途見后表。鈦合金 鈦中加入、等穩(wěn)定化元素獲得鈦合金。 特點： 鈦合金的室溫強(qiáng)度低于鈦合金和(+)鈦 合金，但

40、高溫(500600)強(qiáng)度比它們的高，組 織穩(wěn)定，抗氧化性和抗蠕變性好，焊接性能很好。 鈦合金不能淬火強(qiáng)化，主要依靠固溶強(qiáng)化，熱 處理只進(jìn)行退火（變形后的消除應(yīng)力退火或消除 加工硬化的再結(jié)晶退火）。 典型牌號及用途：TA7，成分為Ti-5Al-2.5Sn。其使 用溫度不超過500，主要用于制 造導(dǎo)彈的燃料罐、超音速飛機(jī)的渦 輪機(jī)匣等。鈦合金 鈦中加入Mo、Cr、V等穩(wěn)定化元素得 到鈦合金。 性能：鈦合金有較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的沖壓性能， 并可通過淬火和時效進(jìn)行強(qiáng)化。在時效狀態(tài) 下，合金的組織為相和彌散分布的細(xì)小 相粒子。 典型牌號：為TB1，成分為Ti-3Al-13V-11Cr。 應(yīng)用：一般在350

41、以下使用，適于制造壓氣機(jī)葉 片、軸、輪盤等重載的回轉(zhuǎn)件，飛機(jī)構(gòu)件等。(+)鈦合金 鈦中通常加入穩(wěn)定化元素、大 多數(shù)還加入穩(wěn)定化元素所得到 的(+)鈦合金。性能：塑性很好，容易鍛造、壓延和沖壓，并可通過 淬火和時效進(jìn)行強(qiáng)化。熱處理后強(qiáng)度可提高 50100。典型牌號：TC4，成分為Ti-6Al-4V，經(jīng)淬火及時效處 理后，顯微組織為塊狀+針狀。其 中針狀是時效過程中從相中析出的。應(yīng)用：由于強(qiáng)度高，塑性好，在400時組織穩(wěn)定， 蠕變強(qiáng)度較高，低溫時有良好的韌性，并有良 好的抗海水應(yīng)力腐蝕及抗熱鹽應(yīng)力腐蝕的能力, 所以適于制造在400以下長期工作的零件， 要求一定高溫強(qiáng)度的發(fā)動機(jī)零件，以及在低溫 下使

42、用的火箭、導(dǎo)彈的液氫燃料箱部件等。三、鈦及鈦合金的熱處理退火 消除應(yīng)力退火：目的是消除工業(yè)純鈦和鈦合金零件機(jī) 加工或焊接后的內(nèi)應(yīng)力。退火溫度一般為450650, 保溫14h，空冷。再結(jié)晶退火：目的是消除加工硬化。純鈦一般采用 550690溫度，鈦合金用750800溫度，保溫 13h，空冷。淬火和時效 目的是提高鈦合金的強(qiáng)度和硬度。 鈦合金和含穩(wěn)定化元素較少的(+)鈦合金， 自相區(qū)淬火時，發(fā)生無擴(kuò)散型的馬氏體轉(zhuǎn)變 ,為馬氏體，是穩(wěn)定化元素在-Ti中的過 飽和固溶體，具有密排六方晶格，硬度較低，塑性 好，是一種不平衡組織，加熱時效時分解成相和 相的混合物，強(qiáng)度和硬度有所提高。鈦合金和含穩(wěn)定化元素較

43、多的(+)鈦合金, 淬火時，相轉(zhuǎn)變成介穩(wěn)定的相，加熱時效后， 介穩(wěn)定相析出彌散的相，使合金的強(qiáng)度和硬度 提高。鈦合金一般不進(jìn)行淬火和時效處理，鈦合金和 (+)鈦合金可進(jìn)行淬火和時效處理，提高強(qiáng)度 和硬度。淬火：淬火溫度一般選在+兩相區(qū)的上部范圍， 淬火后部分保留下來，細(xì)小的相轉(zhuǎn)變成介 穩(wěn)定相或相或兩種均有（決定于穩(wěn)定化 元素的含量），經(jīng)時效后獲得好的綜合機(jī)械性 能。假若加熱到單相區(qū)，晶粒極易長大， 則熱處理后的韌性很低。一般淬火溫度為760 950，保溫560分鐘，水中冷卻。時效：時效溫度一般在450550之間，時間為幾小 時至幾十小時。注意：鈦合金熱處理加熱時應(yīng)防止污染和氧化，并嚴(yán) 防過熱。

44、晶粒長大后，無法用熱處理方法挽救。第四節(jié) 鎂及其合金 鎂是地殼中第三種最豐富的金屬元素，儲量占地殼的2.5，僅次于鋁和鐵。鎂及鎂合金比強(qiáng)度高、耐沖擊、具有優(yōu)良的可切削加工性，并對堿、汽油及礦物油具有化學(xué)穩(wěn)定性。一、純鎂 純鎂為銀白色，其密度為1.74g/cm3，熔點為650l，沸點為l10010。純鎂的電極電位很低，因此抗蝕性較差，在潮濕大氣、淡水、海水及絕大多數(shù)酸、鹽溶液中易受腐蝕。鎂具有密排六方晶格，室溫和低溫塑性較低，容易脆斷，但高溫塑性較好，可進(jìn)行各種形式的熱變形加工。二、鎂合金 鎂合金牌號：由相應(yīng)漢語拼音字頭和合金順序號 表示，下表為鎂合金的牌號、性能及用途。牌號抗拉強(qiáng)度（Mpa）伸

45、長率用 途ZM12355飛機(jī)輪轂、支架等抗沖擊件ZM21852.5200以下工作的發(fā)動機(jī)零件等ZM31181.5高溫高壓下工作的發(fā)動機(jī)匣等ZM52255機(jī)艙隔框、增壓機(jī)匣等高載荷零件MB12108形狀簡單受力不大的耐蝕零件MB225020飛機(jī)蒙皮、壁板及耐蝕零件MB82607形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件 MB153359室溫下承受大載荷的零件，如機(jī)翼等表 鎂合金的牌號及用途 1.變形鎂合金Mg-Mn系合金：包括MB1和MB8二種，不能熱處理強(qiáng) 化，合金工藝性能好，抗蝕性高， 適于制作飛機(jī)蒙皮、模鍛件和要求 耐蝕的管件。Mg-Al-Zn系：MB2,不能熱處理強(qiáng)化，塑性較好，適 于加工成各種板、棒和鍛件

46、等半成品。Mg-Zn-Zr系：MB15,可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，具有較高的 強(qiáng)度,能制造形態(tài)復(fù)雜的大型鍛件。合 金耐蝕性良好，無應(yīng)力腐蝕破裂傾向。Mg-Li系：是一種新型的超輕結(jié)構(gòu)鎂合金。具有塑性 好、韌性好、密度小、焊接性能好、缺 口敏感性低等優(yōu)點，在航空、航天工業(yè) 中具有良好的 應(yīng)用前景。2.鑄造鎂合金Mg-Al-Zn系合金：ZM5，wAl7.5%9.0%，經(jīng)熱處理 可提高強(qiáng)度，流動性好，焊接性好?？捎米髦圃祜w 機(jī)機(jī)艙連接隔板，儀表、發(fā)動機(jī)及其他結(jié)構(gòu)上承載 的零件。Mg-Zn-ZrZ系合金：M1、ZM2、ZM8，具有較高的 強(qiáng) 度、塑性，鑄造工藝性能好，鑄件致密，可焊接， 可在170200工作。

47、用作制造飛機(jī)的發(fā)動機(jī)和導(dǎo) 彈的各種鑄件。Mg-RE-Zr系合金：ZM3、ZM4、ZM6，RE元素可提高 合金的工作溫度，改造鑄造性能，使其能夠在 200300 工作。用于制造300 以下工作的高 氣密零件。三、熱處理特點：鎂合金的組織一般比較粗大，且常達(dá)不到平衡態(tài)， 因此淬火加熱溫度較低；合金元素在鎂中的擴(kuò)散速度較慢，需要的淬火加熱 時間較長；鑄造鎂合金及加工前未經(jīng)退火的變形鎂合金易產(chǎn)生 不平衡組織，淬火加熱速度不宜過快，一般采用分 級加熱的方式；自然時效條件下，過飽和固溶體析出沉淀相的速度 極慢，故鎂合金需用人工時效處理；鎂合金的氧化傾向大，加熱爐內(nèi)需保持一定的中性 氣氛，普通電爐一般通人氣

48、體或在爐中放置一定數(shù) 量的硫鐵礦石碎塊，并要密封。 鎂合金常用的熱處理工藝：有鑄造或鍛造后的直接人工時效、退火、淬火不時效及淬火加人工時效等,具體工藝規(guī)范根據(jù)合金成分特點及性能需求確定。第五節(jié) 鋅及其合金一、純鋅 熔點為419，密度為7.1g/cm3，六方晶格， 沒有同素異構(gòu)體。主要用于配制各種合金或作為 鋼鐵材料表面耐蝕處理的電鍍用主要材料。二、鋅合金 1.形變鋅合金 組成：加入Al或Cu，形成Zn-Al系和Zn-Cu系兩類。 編號：Zn+合金元素+含量% 特點：熔點低，流動性好，耐磨性好，價格低廉， 抗蠕變性和耐蝕性較低。 應(yīng)用：廣泛用于汽車、機(jī)械制造、印刷制版、電池 陰極等。 Zn-Al

49、系用于制造各種擠壓件； Zn-Cu系用于制造日用五金和軸承等。2.鑄造鋅合金 編號：ZZn+合金元素+含量%壓鑄鋅合金：ZZnAl4Y, 用于壓鑄大尺寸、中等強(qiáng) 度和中等耐蝕性的零件；ZZnAl4Cu3Y, ZZnAl4Cu1Y 主要用于壓鑄尺寸小、高強(qiáng)度、高耐蝕性的零件。高強(qiáng)度鋅合金： ZZnA27Cu2.5,具有較高的強(qiáng)度和 鑄造性能，常用于制造軸承、各種管接頭、滑輪、 各種承受沖擊和磨損的殼體零件。模具鋅合金： ZZnAl4Cu3,主要用于制造沖裁模、 塑料模、橡膠模等。3.熱鍍鋅合金 RZnAlo.36，RZnAl10.15，主要用于鋼材熱鍍鋅。第六節(jié) 滑動軸承合金滑動軸承合金：用于制

50、造軸瓦內(nèi)襯的耐磨合金。工作條件：高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，軸瓦和軸之間產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦, 承受周期性負(fù)荷和沖擊力，使材料磨損。性能要求： 1)足夠的強(qiáng)度及硬度； 2)足夠的塑性及韌性； 3)導(dǎo)熱性和耐蝕性好； 4)良好的磨合能力和較小的摩擦系數(shù); 5)低的膨脹系數(shù); 6)良好的工藝性。理想組織：軟基體上均勻分布一定大小的硬質(zhì)點; 硬基體上均勻分布一定大小的軟質(zhì)點。圖 軟基體軸與軸瓦配合示意圖一、錫基軸承合金（錫基巴氏合金） 錫基軸承合金：以Sn-Sb合金為基的合金。 組織：軟基體上分布硬質(zhì)點。 相：Sb溶于Sn中的置換固溶體，硬度為30HB， 作為軟基體。 相：以SnSb為基的固溶體，硬度為110HB， 作為硬質(zhì)點。比重輕上浮，為防止比 重