第一章第五節(jié)

1.5常用有色金屬材料主要內(nèi)容及要求：了解牌號(hào)、性能及用途

鋁及鋁合金銅及銅合金軸承合金

黑色金屬：鐵及其合金

有色金屬：非鐵金屬及其合金

有色金屬具有許多優(yōu)良的特性，已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的金屬材料。概述有色金屬性能特點(diǎn)：力學(xué)性能：高的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）物理性能：優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性無(wú)磁性、形狀記憶特性能化學(xué)性能：高的耐腐蝕1.5.1鋁及鋁合金

一、鋁及鋁合金的性能特點(diǎn)二、鋁合金的分類(lèi)三、常用鋁合金的性能及應(yīng)用一、鋁及鋁合金的性能特點(diǎn)

1.純鋁銀白色金屬光澤，熔點(diǎn)低（660.4℃）密度?。?.72），僅為鐵的1/3優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能抗大氣腐蝕性能好。生成Al2O3保護(hù)膜，但不耐酸、堿和鹽。強(qiáng)度低，塑性好，可壓力加工成各種型材無(wú)磁性具有面心立方晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2.鋁合金：既保持了純鋁的優(yōu)良特性，又具有高的強(qiáng)度。主加元素：Cu、Mn、Si、Mg、Zn等輔加元素：Cr、Ni、Ti、Zr等合金元素鋁合金型材二、鋁合金的分類(lèi)

鋁合金分類(lèi)示意圖共晶點(diǎn)鋁合金變形鋁合金（D以左）鑄造鋁合金（D以右）不能熱處理強(qiáng)化鋁合金能熱處理強(qiáng)化鋁合金鋁合金相圖的一般形式三、常用鋁合金及其用途1.變形鋁合金

可制成各種型材、棒料、板、管、線(xiàn)、箔等。牌號(hào)表示方法

新牌號(hào)：4位數(shù)字表示，2×××～8×××第一位為數(shù)字，表示鋁合金組別；第二位：A／0，表示原始合金，

2：銅（Cu）為主加元素的鋁合金其它字母表示改型合金；3：錳（Mn)為主加元素的鋁合金第三、四位：用以區(qū)分同一組4：硅（Si）為主加元素的鋁合金的不同合金，無(wú)特殊意義。5：鎂（Mg）為主加元素的鋁合金6：鎂、硅(Mg、Si)為主加元素的鋁合金7：鋅（Zn）為主要合金元素的鋁合金同時(shí)，舊牌號(hào)仍有保留舊牌號(hào)表示方法：

防銹鋁合金：LF+序號(hào)

硬鋁合金：LY+序號(hào)

超硬鋁合金：LC+序號(hào)鍛鋁合金：LD+序號(hào)鋁合金波紋管鋁合金制品（1）防銹鋁合金

主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn、Mg作用：提高抗蝕能力和塑性，并固溶強(qiáng)化。特點(diǎn)：防銹鋁合金鍛造退火后使用，組織為單相固溶體；抗蝕性、塑性和焊接性好，易于變形加工，但切削性能差；不能熱處理強(qiáng)化，可變形強(qiáng)化提高其強(qiáng)度。變形鋁合金應(yīng)用：

制作耐蝕性要求高的容器、管道、蒙皮及受力不大的結(jié)構(gòu)件，如油箱、導(dǎo)管、鉚釘（3A21）及生活器皿等。

飛機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)

主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。

Cu、Mg的作用：形成強(qiáng)化相（CuAl2、CuMgAl2），時(shí)效強(qiáng)化；

Mn的作用：提高抗腐蝕性能，固溶強(qiáng)化。性能特點(diǎn)：可熱處理強(qiáng)化，固溶＋時(shí)效后抗拉強(qiáng)度達(dá)420Mpa，也可進(jìn)行變形強(qiáng)化；②強(qiáng)度、硬度高，塑性好，加工性能好；③耐蝕性低于防銹鋁，常在硬鋁材表面包覆一層純鋁，以增強(qiáng)耐蝕性。（2）硬鋁合金應(yīng)用：在儀器、儀表及航空工業(yè)中廣泛應(yīng)用。如飛機(jī)構(gòu)件：飛機(jī)蒙皮(2A12)、擠壓成形螺旋槳、葉片(2A11)等重要零件。飛機(jī)主起落架常用牌號(hào)及用途：常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)的大梁、起落架等。

屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。

在硬鋁基礎(chǔ)上再加入鋅。加入鋅后，經(jīng)淬火＋人工時(shí)效，獲得抗拉強(qiáng)度為680MPa，硬度為190HBS，時(shí)效強(qiáng)化效果超過(guò)硬鋁合金，故稱(chēng)超硬鋁。（3）超硬鋁合金特點(diǎn)：強(qiáng)度很高（可達(dá)680MPa)，耐熱性、抗蝕性差。壓氣機(jī)葉片Al-Cu-Mg-Si系合金：可鍛性好，力學(xué)性能好，用于制造形狀復(fù)雜的大型鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等。Al-Cu-Ni-Fe系耐熱鍛鋁合金：常用牌號(hào)有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機(jī)葉片、超音速飛機(jī)蒙皮等。（4）鍛造鋁合金

Al-Cu-Mg-Si系和Al-Cu-Ni-Fe系合金。力學(xué)性能與硬鋁接近，但耐蝕性提高，具有良好的鑄造和鍛造性能，更適于鍛造，故名鍛鋁。葉導(dǎo)輪2.鑄造鋁合金

分類(lèi)：Al-Si系：代號(hào)為ZL1+兩位數(shù)字順序號(hào)Al-Cu系：代號(hào)為ZL2+兩位數(shù)字順序號(hào)Al-Mg系：代號(hào)為ZL3+兩位數(shù)字順序號(hào)Al-Zn系：代號(hào)為ZL4+兩位數(shù)字順序號(hào)特點(diǎn)：力學(xué)性能不如變形鋁合金，耐蝕性提高，鑄造性能好用途：用于制作質(zhì)輕、耐蝕、形狀復(fù)雜，以及要求有一定力學(xué)性能的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、氣缸體、儀表外殼等。

其中，鋁－硅系鑄造鋁合金的鑄造性能和力學(xué)性能配合最佳，應(yīng)用最廣，又稱(chēng)硅鋁明。

簡(jiǎn)單硅鋁明：ZL102（ZAlSi12）性能：鑄造性能好，但強(qiáng)度低。用途：形狀復(fù)雜、受力不大的零件，如儀表外殼等。復(fù)雜(特殊）硅鋁明：

Al－Si合金＋Cu、Mn、Ni、Mg等元素

變質(zhì)處理：澆注前加變質(zhì)劑，經(jīng)變質(zhì)處理后的組織為初生α相+細(xì)小均勻共晶體

性能：鑄造性能好，具有較高的強(qiáng)度和耐磨性、耐熱性。

應(yīng)用：制造形狀復(fù)雜中等強(qiáng)度的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、氣缸體、風(fēng)機(jī)葉片、液壓泵殼體等。未變質(zhì)處理

經(jīng)變質(zhì)處理

ZL102的鑄態(tài)組織在普通鑄造條件下，ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和固溶體組成，強(qiáng)度和塑性都較差。生產(chǎn)上,通常用鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，得到細(xì)小均勻的共晶體加初生固溶體組織，以提高其力學(xué)性能。1.5.2銅及銅合金銅與銅合金的特性黃銅的牌號(hào)、性能及用途青銅的牌號(hào)、性能及用途純銅：呈紫紅色，故又稱(chēng)紫銅具有面心立方晶格，延展性好;無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)磁性。優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能；較高的抗蝕性，如大氣、水中不受腐蝕；

塑性好，鑄造性能好，可冷熱壓力加工。銅合金：常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強(qiáng)度，又保持了純銅特性。銅管銅合金黃銅：Cu—Zn合金

青銅：Cu—Sn合金

白銅：Cu—Ni合金法蘭閥一、黃銅—以鋅為主要合金元素的銅合金按化學(xué)成分普通黃銅特殊黃銅壓力加工黃銅鑄造黃銅

按工藝分黃銅的牌號(hào)工業(yè)黃銅：H＋數(shù)字H表示“黃銅”銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)舉例：H68表示W(wǎng)Cu＝68％、WZn＝32%的黃銅特殊黃銅：

H+主加元素符號(hào)（Zn除外）+銅的百分含量－主加元素百分含量

舉例：HMn58-2表示W(wǎng)Cu＝58％，WMn＝2％，其余為Zn的特殊黃銅鑄造黃銅：在牌號(hào)前“Z”。

舉例：ZH62、ZHMn58-21.普通黃銅單相黃銅：當(dāng)含鋅量小于39%時(shí)，鋅能溶于銅的晶格中形成單相α固溶體，稱(chēng)為單相黃銅。

特點(diǎn)：塑性好，適于冷熱壓力加工。雙相黃銅：當(dāng)含鋅量大于39%時(shí)，除α相外，合金中還出現(xiàn)以鋅為基的β固溶體，稱(chēng)為雙相黃銅。

特點(diǎn)：合金的強(qiáng)度提高↑，塑性下降↓，

只適于熱變形加工。典型牌號(hào)及應(yīng)用

H90、H80：屬于單相黃銅，金黃色，有金色銅之稱(chēng)，常用于制作鍍層、裝飾品、獎(jiǎng)?wù)碌取?/p>

H68、H59：屬于雙相黃銅，廣泛用于電器上的結(jié)構(gòu)件，如螺栓、螺母、墊圈、彈簧、導(dǎo)管、散熱器等。2.特殊黃銅

普通黃銅＋Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素性能特點(diǎn)：強(qiáng)度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。常用牌號(hào)：HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe95-1-1、ZCuZn16Si4、ZCuZn38Mn2Pb2等。用途：

用于制作船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。青銅制品

除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱(chēng)為青銅。加工青銅的牌號(hào)：

Q+主加元素符號(hào)及其百分含量+其他元素百分含量二、青銅分類(lèi)：舉例：QSn4-3，含4%Sn、3%Zn錫青銅鋁青銅鈹青銅硅青銅鉛青銅常用青銅用量最大強(qiáng)度最高以錫為主加元素的銅合金，一般WSn＝3~14%特點(diǎn)：鑄造流動(dòng)性差，收縮率在有色金屬中最小。鑄件密度低，易滲漏。②良好的耐蝕性。在大氣、海水及無(wú)機(jī)鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。常用牌號(hào)：QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。用途：主要用于耐蝕承載件，如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。1.錫青銅以鋁為主加元素的銅合金，WAl＝5~11%特點(diǎn)：強(qiáng)度硬度、耐磨性、耐熱性、耐蝕性高于黃銅和錫青銅；鑄造性能好，但焊接性能差。常用牌號(hào)：QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。2.鋁青銅用途：主要用于制造船舶、飛機(jī)及儀器中的高強(qiáng)、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。大型水力發(fā)電設(shè)備中的抗磨環(huán)鈹青銅制品以鈹為主加元素的銅合金，WBe＝1.7~2.5%特點(diǎn)：高的強(qiáng)度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性；良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能；價(jià)格較貴。3.鈹青銅用途：用于制作重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤(pán)等重要機(jī)件。常用牌號(hào)：QBe2、QBe1.7、QBe1.91.5.3軸承合金軸承可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。與滾動(dòng)軸承相比，滑動(dòng)軸承具有承載面積大，工作平穩(wěn)，無(wú)噪音及拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。在滑動(dòng)軸承中，制造軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金，稱(chēng)為軸承合金。1.軸承合金的性能要求

當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦與軸頸發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，承受軸頸施加的交變載荷和沖擊力，對(duì)軸承合金的性能要求：適當(dāng)?shù)挠捕?/p>

足夠的強(qiáng)韌性，以承受軸頸施加的交變沖擊載荷。較小的熱膨脹系數(shù)，良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性，以防止軸與軸瓦之間咬合。低的摩擦系數(shù)，良好的耐磨性，以減少軸頸磨損，保證軸與軸瓦良好的跑合。1．軟的基體＋硬的質(zhì)點(diǎn)，如：錫基和鉛基軸承合金。2．硬的基體（其硬度低于軸頸的硬度）＋軟的質(zhì)點(diǎn)如：銅基及鋁基軸承合金。耐磨機(jī)制與滾動(dòng)軸承不同。2.軸承合金的組織耐磨機(jī)制：當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軟的基體（或質(zhì)點(diǎn)）被磨損而凹陷，減少了軸頸與軸瓦的接觸面積，有利于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，以及軸與軸瓦間的磨合，而硬的質(zhì)點(diǎn)（或基體）則支撐著軸頸，起承載和耐磨作用。另外，軟基體(或質(zhì)點(diǎn))還能起嵌藏外來(lái)硬雜質(zhì)顆粒的作用,以避免擦傷軸頸。3.常用軸承合金工業(yè)上，常用的是錫基、鉛基軸承合金，又稱(chēng)巴氏合金。（1）錫基軸承合金

Sn為主＋少量Sb、Cu等，屬于“軟基體＋硬質(zhì)點(diǎn)”

典型牌號(hào)：ZSnSb11-6。特點(diǎn)：較高的導(dǎo)熱性、耐磨性、耐蝕性摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小，但疲勞強(qiáng)度較低熔點(diǎn)較低，工作溫度≤150℃，價(jià)格高。巴氏合金軸瓦應(yīng)用：廣泛用于重型動(dòng)力機(jī)械，如氣輪機(jī)、渦輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等大型機(jī)器的高速軸瓦。（2）鉛基軸承合金Pb為主