工程材料第八章

第八章有色金屬及其合金1第九章有色金屬及其合金定義:除黑色金屬(鋼、鐵)以外的所有金屬性能特點:具有獨特的性能（如：重量輕、耐蝕等）。本章重點介紹：鋁及鋁合金；銅及銅合金；鈦及鈦合金；軸承合金。2一、鋁及鋁合金1、工業(yè)純鋁（純度為98.7％～99.8％）鋁元素在地殼中的含量僅次于氧和硅，居第三位；在金屬品種中，僅次于鋼鐵，為第二大類金屬。

性能熔點660℃，密度2.7g/cm3，24－32HB，σb=90～120MPa

面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，耐大氣腐蝕。切削性好，塑性好、可冷成型。牌號工業(yè)純鋁：L01～L06

數(shù)字↑，純度↓鋁箔電纜3含元素：Si、Cu、Mn、Mg、Zn等（1）鋁合金分類：形變鋁合金鑄造鋁合金能熱處理強化的鋁合金不能熱處理強化的鋁合金2、鋁合金4（2）鋁合金的強化方式固溶處理

將成分位于D～F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α，然后水冷，次生相CuAl2來不及析出獲得過飽和固溶體α。Al–Cu合金部分相圖5（2）鋁合金的強化方式時效強化

這種過飽和固溶體是不穩(wěn)定的，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α固溶體趨于發(fā)生分解，析出二次相，使合金的強度和硬度明顯提高，這種現(xiàn)象稱為時效或時效硬化（時效強化）。自然時效——在室溫下進行的時效人工時效——在加熱條件下進行的時效。6含4%Cu的鋁合金自然時效曲線7含4%Cu的鋁合金在不同溫度下的人工時效曲線83、變形鋁合金包括：防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金、鍛鋁合金（1）防銹鋁合金（LF）Al-Mn、Si系，Mn、Si起固溶強化作用。如：LF5、LF21。退火后為單相組織——強度不高，塑性耐蝕性好。不能熱處理強化常用于制作輕載沖擊件和耐蝕件，如：油箱、儀表盤、門窗等。鉚釘管道鋁型材93、變形鋁合金（2）硬鋁合金（LY）Al-Cu、Mg系，形成CuAl2、CuMgAl2強化相如：LY11、LY12。經(jīng)時效強化后，能獲得很高的強度硬度，但耐蝕性遠不及純鋁，常在表面包一層純鋁以增加耐蝕性。常用于制作中等載荷的受力件，如：飛機蒙皮、鉚釘、文體用品等。飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)103、變形鋁合金（3）超硬鋁合金（LC）一般為Al-Cu-Mg-Zn系在硬鋁合金基礎(chǔ)上加入了Zn,形成MgZn2、Mg3Zn3Al2等，強化相多如：LC4、LC6。經(jīng)時效強化后，可以獲得極高的強度硬度（強度在鋁合金中最高的）。常用于制作受力很大的構(gòu)件，如飛機大梁、加強框、起落架等。113、變形鋁合金（4）鍛鋁合金（LD）一般為Al-Cu-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Ni系每種元素的含量較少，有良好的熱塑性如：LD5、LD6機械性能與硬鋁合金相當，經(jīng)軟化處理后，有良好的熱塑性，適合鍛造成形。常用于制作一些形狀復(fù)雜、承受中等載荷的鍛造件，如活塞、風扇葉輪等。鋁模鍛件氣壓機葉片12變形鋁合金的牌號、成分及力學(xué)性能合金類別代號主要化學(xué)成分,%熱處理機械性能CuMgMn其它σbHB防銹鋁LF54.5~5.50.3~0.6退火2702370LF114.8~5.50.3~0.6V0.02~0.22702370LF211.0~1.61302330硬鋁LY12.2~3.00.2~0.5固溶處理+自然時效3002470LY113.8~4.80.4~0.80.4~0.842018100LY123.8~4.91.2~1.80.3~0.948011131超硬鋁LC41.4~2.01.8~2.80.2~0.6Zn5.0~7.0固溶處理+人工時效60012150LC62.2~2.82.5~3.20.2~.5Zn7.6~8.66807190鍛鋁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..80.4~1.0Si0.5~1.248010135134、鑄造鋁合金（1）鑄造AL-Si鋁合金(ZL101～ZL102等)AL-Si系鑄造鋁合金一般稱為硅鋁明，其鑄造性能優(yōu)良、密度小、耐蝕性好，但機械性能較差。為改善性能，常對其進行變質(zhì)處理。AL-Si系鑄造鋁合金在工程上主要用于制造形狀復(fù)雜并對強度要求不高的薄壁件，如汽化器殼體、儀表外殼。

Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系變質(zhì)前變質(zhì)后殼體144、鑄造鋁合金（2）鑄造AL-Cu鋁合金(ZL201～ZL203等)鑄造性能較差，耐蝕性及比強度也較一般優(yōu)質(zhì)硅鋁明低。大部分已為其它鋁合金所代替。ZL201室溫強度、塑性比較好，可制作300℃以下工作的零件。ZL202塑性較低，制作不受沖擊的零件。汽缸頭

鋁銅合金鑄造組織(化染)154、鑄造鋁合金（3）鑄造AL-Mg鋁合金(ZL301、ZL302)是密度最小、耐蝕性最好、強度最高的鑄造鋁合金，且抗沖擊和切削加工性能良好，但鑄造工藝性能和耐熱性能較差。常用于承受沖擊載荷、振動載荷和耐海水或大氣腐蝕、形狀較簡單的零件或接頭。

鋁鎂合金鑄造組織150×鼓風機用密封件(ZL102)接頭164、鑄造鋁合金（4）Al—Zn合金(ZL401、ZL402)是最便宜的一類鑄造鋁合金，較高強度，無特別突出的優(yōu)點，主要缺點是耐蝕性較差。ZL401主要用于工作溫度不超過200℃、形狀復(fù)雜、受力不大的零件。大型空壓機活塞(ZL401)174、鑄造鋁合金合金代號主

要

化

學(xué)

成

分,%機

械

性

能SiCuMg鑄造方法熱處理bMPa%HB鋁硅ZL1016.0~8.00.2~0.4SBT6230170ZL10210~13SBJT2T2143153425050ZL1104.0~6.05.0~8.00.2~0.5JT1170－90鋁銅ZL2034.0~5.0JT4210660鋁鎂ZL3019.5~11.5ST4280920鋁鋅ZL4026.0~8.0Zn5~70.4~0.7JT1240470鑄造方法：SB——砂型變質(zhì)；J——金屬砂；S——砂型熱處理：T1——不淬火，人工時效；T2——退火；T4——淬火+自然時效；T6——淬火+人工時效18二、銅及其合金1、工業(yè)純銅（1）性能新鮮斷口呈玫瑰紅，氧化后呈紫色，稱紫銅具有面心立方晶格，塑性韌性好，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好耐蝕性好（在大氣、海水、淡水及不少酸類中耐蝕）（2）牌號：T1、T2、T3、T4（數(shù)字↑，純度↓）（3）應(yīng)用主要用于電氣工業(yè)，如：電線、電纜、通訊器材，以及散熱器、輸油管道、油管、墊片等。192、銅合金（1）黃銅以Zn為主加元素的銅合金。分為普通黃銅和鑄造黃銅。普通黃銅普通黃銅的牌號(代號)壓力加工黃銅的牌號用“H+Cu的百分含量”表示。如H68。（含Cu

68%）鑄造普通黃銅的牌號表示方法與鑄造鋁合金相同。如ZCuZn38（含Zn38%）按化學(xué)成分黃銅：以Cu、Zn為主要元素的銅合金青銅：除黃銅白銅以外的所有銅合金白銅：以Cu、Ni為主要元素的銅合金20普通黃銅的牌號(代號)代號化學(xué)成分,%機械性能CuZn加工

狀態(tài)bMPa%HBH9695~97余量退火25035－H8079~81余量退火27050－H6867~70余量退火30040－H5957~60余量退火變形300420255－10321普通黃銅的組織與性能：

普通黃銅是Cu、Zn二元合金，機械性能受Zn含量的影響。Zn＜39%時，組織為單相

α固溶體，塑性韌性很好；39～45%時，組織為固溶體α+化合物β，強度很高，塑性下降。Zn＞45%時，無使用價值。單相黃銅H68雙相黃銅H5922普通黃銅的應(yīng)用H70(H68)---制造彈殼等H62(H59)---日用黃銅法蘭閥閘閥冷凝器管23（1）黃銅特殊黃銅在黃銅中加入Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn

等元素所形成的合金。特殊黃銅的牌號(代號)H+主加元素+銅含量+主加元素含量+其它元素含量HPb59-1——銅含量為59%，Pb含量為1%的鉛黃銅合金元素的加入可提高機械性能、改善耐蝕性、鑄造性和切削加工性，拓寬應(yīng)用范圍，可以制作汽車上受磨損的零件。24特殊黃銅的牌號(代號)組

別代

號主要化學(xué)成分,%機械性能(變形)Cu其它bMPa%HBPb黃銅HPb63-3HPb60-162.0~65.059.0~61.0Pb2.4~3.0Pb0.6~1.060061054－－Sn黃銅HSn90-1HSn62-188.0~91.061.0~63.0Sn0.25~0.75Sn0.7~1.152070054148－Al黃銅HAl77-276.0~79.0Al1.8~2.665012170Si黃銅HSi65-1.5-363.5~66.5Si1.0~2.0Pb2.5~3.56008160Mn黃銅Fe黃銅HMn58-2HFe59-1-157.0~60.057.0~60.0Mn1.0~1.2Fe0.6~1.27007001010175160Ni黃銅HNi65-564.0~67.0Ni5.0~6.57004－25(2)青銅以Sn、Al、Si、Be、Ti等為主要合金元素的銅合金按照生產(chǎn)方式：加工青銅和鑄造青銅兩類。青銅的牌號(代號)Q+主加元素+主加元素含量+其它元素含量QSn4-3——主加元素Sn=4%的錫青銅QBe2——主加元素Be=2%的鈹青銅26(2)青銅壓力加工青銅Sn青銅——如:QSn4-3。

鑄性好，可制作工藝品；耐蝕、耐磨性好（高于黃銅），制作耐磨、耐蝕件和彈性元件等。Al青銅——如:QAl10-3-1.5，

具有更高的強度、硬度、耐磨性和耐蝕性，還能進行熱處理強化，且價格低，用來制作高強度的耐磨、耐蝕和彈性元件。Be青銅——如:QBe2，做彈簧，高速軸承等。鑄造青銅

——如:Sn青銅，ZCuSn10Zn2。蝸輪蝸桿軸套27(3)白銅以Ni為主要合金元素的合金。Ni和Cu在固態(tài)下能完全互溶，所以各類銅鎳合金均為α單相固溶體，具有很好的冷熱加工性能，不能進行熱處理強化，只能用固溶強化和加工硬化來提高強度。白銅具有高的抗蝕性和優(yōu)良的冷熱加工成形性，精密儀器儀表，化工機械及醫(yī)療器械中的關(guān)鍵材料。28三、滑動軸承合金軸承合金是制造滑動軸承中的軸瓦及內(nèi)襯的材料。1、工作條件：沖擊、交變載荷，軸頸壓力、摩擦。2、性能強硬度、塑韌性好，與軸的磨合能力、減摩性好。導(dǎo)熱、抗蝕性好。3、軸承合金的組織特點:軟基體上分布硬質(zhì)點或硬基體上分布軟質(zhì)點。使用最多的是錫基與鉛基軸承合金，又稱巴氏合金。潤滑油空間軸硬質(zhì)點軟基體軸瓦29常用滑動軸承合金錫基軸承合金成分——Sn為基，加入Sb、Cu

如：ZChSnSb11-6（含11%Sb，6%Cu）組織——軟基體：銻在錫中的固溶體硬基體：化合物SnSb和Cu3Sn性能特點及應(yīng)用小的膨脹系數(shù)與摩擦系數(shù)，減摩性和耐蝕性好，用于制作重要軸承：汽車發(fā)動機、氣輪機的高速主軸承。工藝——“掛襯”，鋼質(zhì)軸瓦內(nèi)側(cè)，用離心鑄造法覆蓋一層錫基軸承合金。ZChSnSb11-6合金組織30常用滑動軸承合金鉛基軸承合金成分——Pb為基，加入Sb、Sn、Cu

如：ZChPbSb16-16-2組織——軟基體：（α+β）共晶體硬基體：化合物SnSb和Cu2Sb性能特點及應(yīng)用鉛基軸承合金強度硬度和耐磨性均較低，且摩擦系數(shù)較大，但價格便宜。制造中低載荷的中速軸承：拖拉機的曲軸和連桿軸襯及電動機軸承。31常用滑動軸承合金Cu基軸承合金

做大載荷、高速軸承。Pb青銅，ZQPb30，Cu硬基體＋Pb軟質(zhì)點。Sn青銅，ZQSn10-1，軟基體＋硬質(zhì)點?；瑒虞S承內(nèi)燃