第10章 有色金屬及其合金

1、第十章第十章 有色金屬及其合金有色金屬及其合金 第一節(jié)第一節(jié) 鋁及其合金鋁及其合金第二節(jié)第二節(jié) 銅及其合金銅及其合金第五節(jié)第五節(jié) 軸承合金軸承合金第四節(jié)第四節(jié) 鈦及其合金鈦及其合金通常把鐵通常把鐵/ /鉻鉻/ /錳及其合金以外的金屬及其合金稱為有色金屬。錳及其合金以外的金屬及其合金稱為有色金屬。 輕輕/ /重、貴重、貴/ /稀有稀有/ /半金屬、變形半金屬、變形/ /鑄造鑄造第一節(jié)第一節(jié) 鋁及其合金鋁及其合金一、工業(yè)純鋁一、工業(yè)純鋁1 1、 密度小密度小，僅為銅或鐵的，僅為銅或鐵的1/31/3；3 3、較好的、較好的抗大氣腐蝕性抗大氣腐蝕性，生成三氧化二鋁，生成三氧化二鋁2 2、 具有良好的具

2、有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。4 4、塑性極高，、塑性極高， 5050， 8080，通過冷、熱加工可制成各，通過冷、熱加工可制成各種型材；強度、硬度低，種型材；強度、硬度低， b b=80100MPa=80100MPa、20HBS20HBS工業(yè)純鋁純度大于工業(yè)純鋁純度大于99%99%，具有銀白色金屬光澤，熔點低（，具有銀白色金屬光澤，熔點低（660660），），具有具有FCCFCC晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。主要用于電纜、散熱件、鋁箔制品等強度要求不高的器具。主要用于電纜、散熱件、鋁箔制品等強度要求不高的器具。二、鋁合金二、鋁合金1 1、比強度高比強度高

3、（強度與密度之比）（強度與密度之比）2 2、加工性能良好加工性能良好 3 3、具有優(yōu)良的物理、化學(xué)性能具有優(yōu)良的物理、化學(xué)性能 在純鋁中加入在純鋁中加入SiSi、CuCu、MgMg、ZnZn、MnMn等元素就成了等元素就成了鋁合金。鋁合金。 4 4、具有較高的強度具有較高的強度，可作為承受較大載荷的結(jié)構(gòu)材料。，可作為承受較大載荷的結(jié)構(gòu)材料。 鋁合金型材鋁合金型材鋁鑄件鋁鑄件美美F-117隱形戰(zhàn)斗機隱形戰(zhàn)斗機(所用材料大部分是鋁合金所用材料大部分是鋁合金)高比強度的鋁合金機翼高比強度的鋁合金機翼鋁合金分為鋁合金分為變形鋁合金變形鋁合金和和鑄造鋁合金鑄造鋁合金兩大類。兩大類。二、鋁合金的分類二、鋁

4、合金的分類2 2、鑄造鑄造鋁合金：合金熔融后直接鑄成形態(tài)復(fù)雜或薄壁件，良鋁合金：合金熔融后直接鑄成形態(tài)復(fù)雜或薄壁件，良好的好的鑄造流動性鑄造流動性。Al-SiAl-Si、Al-CuAl-Cu、Al-MgAl-Mg、Al-ZnAl-Zn1 1、變形變形鋁合金：合金熔融鑄錠后，可在冷態(tài)或熱態(tài)下通過壓力鋁合金：合金熔融鑄錠后，可在冷態(tài)或熱態(tài)下通過壓力加工加工( (軋制、擠壓軋制、擠壓) )制成半成品和模鍛件，良好的制成半成品和模鍛件，良好的塑性變形能力塑性變形能力。室溫下進行的時效稱室溫下進行的時效稱自然時效；自然時效；某溫度下進行的時效稱某溫度下進行的時效稱人工時效人工時效加熱固溶加熱固溶淬火過飽

5、和淬火過飽和時效析出時效析出固溶處理：固溶處理：將將D-F之間的合金之間的合金加熱到固溶線以上，保溫并淬加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過飽和的單相固溶體火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。組織的處理。三、鋁合金的強化三、鋁合金的強化提高鋁合金強度的基本途徑：提高鋁合金強度的基本途徑：固溶固溶+ +時效時效。再配合熱處理和其他措施，可進一步改善鋁合金的強度和韌性。再配合熱處理和其他措施，可進一步改善鋁合金的強度和韌性。A ADDF F時效強化：時效強化：過飽和的固溶體有過飽和的固溶體有自發(fā)分解出強化相、使強度、自發(fā)分解出強化相、使強度、硬度明顯提高的現(xiàn)象。硬度明顯提高的現(xiàn)象。GB 3190

6、-82GB 3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為: : 防銹鋁合金：防銹鋁合金：LF +LF +序號序號 硬鋁合金：硬鋁合金： LY +LY +序號序號 超硬鋁合金：超硬鋁合金：LC +LC +序號序號 鍛鋁合金：鍛鋁合金： LD +LD +序號序號四、變形鋁合金四、變形鋁合金根據(jù)國標規(guī)定根據(jù)國標規(guī)定 ，變形鋁及鋁合金可，變形鋁及鋁合金可直接采用國標規(guī)定的四位字符牌號。直接采用國標規(guī)定的四位字符牌號。表表10-110-1鋁合金制品鋁合金制品1 1、防銹鋁合金（、防銹鋁合金（LFLF） Al-MnAl-Mn、Al-MgAl-Mg系系 3A21 3A2

7、1 、 5A05 5A05 衛(wèi)星天線衛(wèi)星天線（LF2LF2）汽化器汽化器( (熱交換管為熱交換管為LF21)LF21)單相固溶體單相固溶體，采用固溶強化和加工硬化可提高強度；塑性、焊，采用固溶強化和加工硬化可提高強度；塑性、焊接性良好；加入元素提高電位，接性良好；加入元素提高電位，耐腐蝕性耐腐蝕性好；用于制造各種耐好；用于制造各種耐蝕性薄板、焊接件、容器（如油箱）及一些受力小的構(gòu)件。蝕性薄板、焊接件、容器（如油箱）及一些受力小的構(gòu)件。 2 2、 硬鋁合金（硬鋁合金（LYLY） Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系系2A012A01、2A112A11、 2A12 2A12飛機翼梁飛機翼梁( (腹板

8、腹板為硬鋁合金為硬鋁合金) )的大梁的大梁采用淬火采用淬火+ +時效時效( (析出析出CuAlCuAl2 2、 CuMgAlCuMgAl2 2) )，故其，故其強度、硬度高強度、硬度高，比強，比強度高，度高， 可在可在150150以下工作，但塑性低、韌性差；耐蝕性差。常用以下工作，但塑性低、韌性差；耐蝕性差。常用來制造鉚釘、螺旋槳葉片、航空結(jié)構(gòu)件如：飛機大梁等來制造鉚釘、螺旋槳葉片、航空結(jié)構(gòu)件如：飛機大梁等 。 3 3、 超硬鋁合金（超硬鋁合金（LCLC） Al-Mg-Zn-CuAl-Mg-Zn-Cu系系7A047A04增加增加ZnZn后，淬火后，淬火+ +人工時效人工時效( (析出析出CuA

9、lCuAl2 2、CuMgAlCuMgAl2 2、MgZnMgZn2 2、AlAl2 2MgMg3 3ZnZn3 3 ) )強度、硬度更高強度、硬度更高，比強度相當(dāng)于超高強度鋼，但抗蝕性差，對應(yīng)力腐蝕敏，比強度相當(dāng)于超高強度鋼，但抗蝕性差，對應(yīng)力腐蝕敏感。感。 用于工作溫度不超過用于工作溫度不超過120-130120-130大的受力構(gòu)件，如飛機大梁、桁架、大的受力構(gòu)件，如飛機大梁、桁架、起落架等。起落架等。 4 4、 鍛造鋁合金（鍛造鋁合金（LDLD）（1 1）Al-Mg-Si-CuAl-Mg-Si-Cu、Al-Cu-Mg-Ni-FeAl-Cu-Mg-Ni-Fe系系6A026A02、2A502

10、A50、 2A14 2A14 采用淬火采用淬火+ +人工時效人工時效 ( (析出強化相分別為：析出強化相分別為： MgMg2 2SiSi、AlAl9 9FeNi)FeNi) 具有良好的具有良好的熱塑性熱塑性、鑄造性和鍛造性及較高力學(xué)性能；、鑄造性和鍛造性及較高力學(xué)性能；（2 2）鍛鋁合金可用于制作壓縮機）鍛鋁合金可用于制作壓縮機/ /壓氣機的葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪、壓氣機的葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪、葉片葉片等。等。四、鑄造鋁合金四、鑄造鋁合金Al-SiAl-Si系合金系合金 : ZAlSi12: ZAlSi12（ZL102ZL102） ZAlSi5Cu1MgZAlSi5Cu1Mg（ZL105ZL105）Al-CuA

11、l-Cu系合金系合金: ZAlCu5Mn: ZAlCu5Mn（ZL201ZL201） ZAlCu4ZAlCu4（ZL203ZL203）Al-MgAl-Mg系合金系合金 : ZAlMg10: ZAlMg10（ZL301ZL301）Al-ZnAl-Zn系合金系合金 : ZAlZn11Si7: ZAlZn11Si7（ZL401ZL401）性能、用途和熱處理性能、用途和熱處理見見P189P189表表10-210-2奧迪全鋁車身骨架奧迪全鋁車身骨架奧迪奧迪A2A2是是19971997年法蘭克福車展，奧迪公司推出、大批量生產(chǎn)的全鋁轎車。年法蘭克福車展，奧迪公司推出、大批量生產(chǎn)的全鋁轎車。它的車身重它的車身

12、重895895公斤，比型式同公斤，比型式同樣大小的車的重量輕約樣大小的車的重量輕約150150公斤。公斤。燃油消耗燃油消耗4L/100KM4L/100KM每降低每降低100KG100KG，燃油降低，燃油降低0.5-0.8L0.5-0.8LA8A8采用大型鑄鋁件，減少車采用大型鑄鋁件，減少車身零件數(shù)量，提高扭轉(zhuǎn)剛度身零件數(shù)量，提高扭轉(zhuǎn)剛度50%50%，減少車身質(zhì)量，減少車身質(zhì)量40%40%鑄鋁發(fā)動機鑄鋁發(fā)動機進氣歧管進氣歧管鋁合金缸體鋁合金缸體奔馳奔馳SL500 SL500 鋁合金輪轂鋁合金輪轂科魯茲科魯茲1515寸鋁合金輪轂寸鋁合金輪轂發(fā)動機散熱器發(fā)動機散熱器汽車空調(diào)冷凝器汽車空調(diào)冷凝器汽車懸

13、架系統(tǒng)汽車懸架系統(tǒng)本田本田CRVCRV前后保險杠護板（鋁合金）前后保險杠護板（鋁合金）三菱前保險杠三菱前保險杠第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金 1 1、純銅又稱、純銅又稱紫銅紫銅，具有，具有FCCFCC晶格，晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性2 2、純銅具有極佳的、純銅具有極佳的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性3 3、優(yōu)良的減摩和耐磨性、優(yōu)良的減摩和耐磨性4 4、塑性好塑性好、強度低，冷熱壓力加工、強度低，冷熱壓力加工成型，加工硬化提高強度成型，加工硬化提高強度5 5、鈍化能力高，耐水，冷凝器水管、鈍化能力高，耐水，冷凝器水管熱軋銅合金熱軋銅合金一、銅及銅合金性能特點一、銅及銅合

14、金性能特點銅合金常加元素為銅合金常加元素為ZnZn、SnSn、AlAl、MnMn、NiNi、FeFe、BeBe、TiTi、ZrZr、CrCr等，既提高了強度，又保持了純銅特性。等，既提高了強度，又保持了純銅特性。銅管銅管銅與黃銅帶銅與黃銅帶黃銅、青銅、白銅黃銅、青銅、白銅三大類。三大類。純銅主要用途：純銅主要用途：電工元件、導(dǎo)線、不宜做結(jié)構(gòu)材料。電工元件、導(dǎo)線、不宜做結(jié)構(gòu)材料。純銅牌號：純銅牌號：T+T+數(shù)字（數(shù)字（1-41-4），數(shù)字越大越不純），數(shù)字越大越不純二、黃銅二、黃銅黃銅鑄件黃銅鑄件黃銅棒黃銅棒以以鋅鋅為主要合金元素的銅合金稱為為主要合金元素的銅合金稱為黃銅黃銅。黃銅按化學(xué)成分可分

15、為黃銅按化學(xué)成分可分為普通黃銅普通黃銅和和復(fù)雜黃銅復(fù)雜黃銅。1、普通黃銅、普通黃銅黃銅有黃銅有 和和 + + 兩種組織，分別稱兩種組織，分別稱單相黃銅單相黃銅和和兩相黃銅兩相黃銅。 單相黃銅單相黃銅 兩相黃銅兩相黃銅 銅銅+鋅鋅的二元合金稱為普通黃銅。加工普通黃銅的牌號為：的二元合金稱為普通黃銅。加工普通黃銅的牌號為：H (黃黃) + 表示銅平均百分含量的數(shù)字，如表示銅平均百分含量的數(shù)字，如H68。（1 1）單相黃銅塑性好。常用牌號有）單相黃銅塑性好。常用牌號有H70H70、H68H68。適于制造冷變形零。適于制造冷變形零件，如彈殼、散熱器等。件，如彈殼、散熱器等。（2 2）兩相黃銅熱塑性好，

16、常用牌號）兩相黃銅熱塑性好，常用牌號有有H59H59、H62H62。適于熱軋成型，。適于熱軋成型，制造板制造板/ /棒材等受力件，可鑄造。棒材等受力件，可鑄造。汽車機油泵襯套汽車機油泵襯套（1 1）在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入）在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入AlAl、 FeFe、SiSi、MnMn、PbPb、 SnSn、NiNi等元素等元素形成特殊黃銅。形成特殊黃銅。 黃銅制品黃銅制品2 2、特殊黃銅、特殊黃銅（2 2）壓力加工黃銅的）壓力加工黃銅的牌號牌號為：為：H(H(黃黃)+)+主加元素符號主加元素符號(Zn(Zn除外除外)+)+銅百銅百分含量分含量+ +主加元素平均百分含量主加元素平均百分含量, ,

17、 如如HPb59-1. HPb59-1. （3 3）特殊黃銅）特殊黃銅強度強度、耐蝕性耐蝕性比比普通黃銅好，普通黃銅好，鑄造性能改善鑄造性能改善。 （4 4）鑄造黃銅的）鑄造黃銅的牌號牌號為：為：ZCuZn38ZCuZn38常用青銅：錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、常用青銅：錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。硅青銅、鉛青銅等。 青銅制品三、青銅三、青銅以以錫錫為主要合金元素的銅合金稱青銅為主要合金元素的銅合金稱青銅加工青銅的牌號為：加工青銅的牌號為：Q +Q +主加元素符號主加元素符號+ +其平均百分含量其平均百分含量+ +其其他元素平均百分含量他元素平均百分含量如：如：QSn4-3QSn4-

18、3（含（含4%Sn4%Sn、3%Zn3%Zn）鑄造鑄造Z/Z/壓力加工壓力加工（1 1）普通白銅是）普通白銅是Cu-NiCu-Ni二元合金，具有較高的耐蝕性和抗腐蝕疲二元合金，具有較高的耐蝕性和抗腐蝕疲勞性能及優(yōu)良的冷熱加工性能。勞性能及優(yōu)良的冷熱加工性能。 （2 2）普通白銅牌號：）普通白銅牌號：B+B+鎳的平均百分含量，如鎳的平均百分含量，如B5B5。（3 3）常用牌號有）常用牌號有B5B5、B19B19等等 。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工作的。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工作的精密機械，儀表零件及冷凝器，蒸餾器，熱交換器等精密機械，儀表零件及冷凝器，蒸餾器，熱交換器等. . 四、白銅四、白銅以以鎳

19、鎳為主要合金元素的銅合金稱為主要合金元素的銅合金稱白銅，分白銅，分普通白銅普通白銅和和特殊白銅特殊白銅。白銅件白銅件白銅件白銅件白銅山水墨盒白銅山水墨盒 清代白銅暖壺清代白銅暖壺 白銅手爐白銅手爐 宋代白銅錢宋代白銅錢 特殊白銅特殊白銅是在普通白銅基礎(chǔ)上添加是在普通白銅基礎(chǔ)上添加ZnZn、MnMn、AlAl等元等元素形成的，分別稱鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等。素形成的，分別稱鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等。 其耐蝕性、強度和塑性高，成本低。其耐蝕性、強度和塑性高，成本低。 常用牌號如常用牌號如BMn40-1.5(BMn40-1.5(康銅康銅) )、BMn43-0.5(BMn43-0.5(考銅考銅) )。

20、 用于制造精密機械、船舶儀表零件及療器械等。用于制造精密機械、船舶儀表零件及療器械等。康銅熱偶白銅型材第四節(jié)第四節(jié) 鈦及鈦合金鈦及鈦合金 （1 1）性能：）性能：比強度高，塑性、低比強度高，塑性、低溫韌性和耐蝕性好，導(dǎo)熱差溫韌性和耐蝕性好，導(dǎo)熱差美美F-22F-22戰(zhàn)機約戰(zhàn)機約36%36%重量的零件用鈦合金制造重量的零件用鈦合金制造一、工業(yè)純鈦一、工業(yè)純鈦 （2 2）具有發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：具有發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：由由BCCBCC的的 -Ti-Ti轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镠CPHCP的的 -Ti-Ti（3 3）牌號：）牌號：TA1TA1、TA2TA2、TA3TA3（4 4）鈦及合金的應(yīng)用：）鈦及合金的應(yīng)用：成

21、本高、昂貴，航天、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域成本高、昂貴，航天、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域純鈦主要用于純鈦主要用于 350以下以下工作、強度要求不高的零工作、強度要求不高的零件，如石油化工用熱交換件，如石油化工用熱交換器、反應(yīng)器，海水凈化裝器、反應(yīng)器，海水凈化裝置及艦船零部件。置及艦船零部件。 鈦鋼復(fù)合反應(yīng)釜鈦鋼復(fù)合反應(yīng)釜鈦管換熱器鈦管換熱器鈦制蒸餾塔鈦制蒸餾塔合金元素加入合金元素加入 -Ti-Ti形成形成 固溶體；固溶體；合金元素加入合金元素加入 -Ti-Ti形成形成 固溶體。固溶體。l按退火組織，鈦合金可分為按退火組織，鈦合金可分為 型型鈦合金、鈦合金、 型鈦合金和型鈦合金和 + + 型鈦型鈦合金三類，它們的

22、牌號分別用合金三類，它們的牌號分別用TATA、TBTB、TCTC加順序號表示加順序號表示 。鈦合金泵二、鈦合金二、鈦合金主加元素為鋁、硼等。主加元素為鋁、硼等。 不能熱處理強化，通常在退不能熱處理強化，通常在退火狀態(tài)下使用，組織為單相火狀態(tài)下使用，組織為單相 固溶體固溶體. . 鈦合金氫泵鈦合金氫泵誘導(dǎo)輪誘導(dǎo)輪鈦合金氫泵殼體鈦合金氫泵殼體1、 鈦合金鈦合金強度低于另兩類鈦合金，但強度低于另兩類鈦合金，但高溫強度、低溫韌性及耐蝕高溫強度、低溫韌性及耐蝕性優(yōu)越性優(yōu)越. . 常用牌號有常用牌號有TA5、TA7等等 主要用于制造主要用于制造500以下工作的以下工作的零件，如飛機壓氣機葉片、導(dǎo)彈零件，如

23、飛機壓氣機葉片、導(dǎo)彈的燃料罐、超音速飛機的蝸輪機的燃料罐、超音速飛機的蝸輪機匣及飛船上的高壓低溫容器等。匣及飛船上的高壓低溫容器等。 鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金液下泵鈦合金液下泵 -Ti合金組織合金組織加入合金元素鉬、鉻、釩等。加入合金元素鉬、鉻、釩等。經(jīng)淬火加時效處理后，組織為經(jīng)淬火加時效處理后，組織為 相相基體上分布著細小的基體上分布著細小的 相粒子。相粒子。鈦合金管鈦合金管鈦合金管應(yīng)用鈦合金管應(yīng)用2、 鈦合金鈦合金這類合金強度高，但冶煉工藝復(fù)這類合金強度高，但冶煉工藝復(fù)雜，難于焊接，應(yīng)用受到限制。雜，難于焊接，應(yīng)用受到限制。 鈦合金牌號鈦合金牌號TB1主要用于主要用于350以下工

24、作的結(jié)以下工作的結(jié)構(gòu)件和緊固件構(gòu)件和緊固件,如飛機壓氣機如飛機壓氣機葉片、軸、彈簧、輪盤等。葉片、軸、彈簧、輪盤等。鈦合金棒鈦合金棒鈦合金眼鏡架鈦合金眼鏡架鈦離心泵鈦離心泵加入的合金元素有鋁、釩、加入的合金元素有鋁、釩、 鉬鉬 鉻等。鉻等。可進行熱處理強化，強度高，塑性好，具有良好的熱強性、可進行熱處理強化，強度高，塑性好，具有良好的熱強性、耐蝕性和低溫韌性。耐蝕性和低溫韌性。鈦合金列管式換熱器3、 + 型鈦合金型鈦合金 + + 型鈦合金共有九個牌號，其中以型鈦合金共有九個牌號，其中以TC4TC4應(yīng)用最廣、用量最大，其經(jīng)過淬火加時效應(yīng)用最廣、用量最大，其經(jīng)過淬火加時效處理后，組織為處理后，組織

25、為 + + + +時效析出的針狀時效析出的針狀 。+鈦合金組織鈦合金組織+鈦合金組織（電鏡）鈦合金組織（電鏡） + 型鈦合金主要用于制造型鈦合金主要用于制造400以下工作的飛機壓氣以下工作的飛機壓氣機葉片、火箭發(fā)動機外殼、機葉片、火箭發(fā)動機外殼、火箭和導(dǎo)彈的液氫燃料箱部火箭和導(dǎo)彈的液氫燃料箱部件及艦船耐壓殼體等件及艦船耐壓殼體等. 生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料飛機壓氣機葉片第五節(jié)第五節(jié) 軸承合金軸承合金 制造制造滑動軸承滑動軸承的的軸瓦軸瓦及其及其內(nèi)襯內(nèi)襯的的耐磨合金耐磨合金稱為軸承合金稱為軸承合金 定位口定位口油孔油孔軸承座軸承座軸承蓋軸承蓋雙頭螺柱雙頭螺柱剖分軸瓦剖分軸瓦當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時，軸瓦軸瓦與軸頸發(fā)生強烈摩擦，承受軸頸施加與軸頸發(fā)生強烈摩擦，承受軸頸施加的交變載荷和沖擊力。的交變載荷和沖擊力。（1 1）軟的基體上分布著硬的質(zhì)點；較好的磨合能力）軟的基體上分布著硬的質(zhì)點；較好的磨合能力（2 2）硬的基體上分布著軟的質(zhì)點；較大的承載能力）硬的基體上分布著軟的質(zhì)點；較大的承載能力（1 1）強