第三節(jié) 非鐵金屬

鋁及其合金銅及其合金鈦及鈦合金滑動軸承合金硬質合金第二章常用工程材料

第三節(jié)非鐵金屬在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把鐵及其合金稱為黑色金屬，把其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。

非鐵金屬——是指鋼鐵材料以外其他的金屬有色金屬的產(chǎn)量和用量不如黑色金屬多，但由于其具有許多優(yōu)良的特性，如特殊的電、磁、熱性能，耐蝕性能及高的比強度(強度與密度之比)等，已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料.材料占汽車凈重比AlFe塑料其它橡膠磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纖維各種材料在先進汽車中占的重量百分比鑄造有色金屬及其合金牌號表示方法統(tǒng)一如下:①鑄造有色純金屬的牌號為Z+該金屬元素符號+純度百分含量數(shù)字(或用一短橫加順序號)。如ZAl99.5和ZTi-1。

鋁錠②鑄造有色合金的牌號為Z+基體元素符號+主要合金元素符號及其名義百分含量數(shù)字+其他合金元素符號及其百分含量數(shù)字。如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等?；旌舷⊥猎胤栍肦E表示。優(yōu)質合金在牌號后標注字母“A”。鋁及鋁合金

一、鋁及鋁合金性能特點

純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小(2.72)，熔點低(660.4℃),導電、導熱性能優(yōu)良。耐大氣腐蝕，不耐酸、鹽、堿腐蝕σb≈80~100MPa，δ≈50%,

易于加工成形。具有面心立方晶格，無同素異構轉變，無磁性。鋁合金既具有高強度又保持純鋁的優(yōu)良特性。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti等輔加元素。

鋁合金型材鋁鑄件可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為可熱處理強化和不可熱處理強化兩類.二、鋁合金的分類鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。三、鋁合金的牌號、性能及用途

1、變形鋁合金⑴變形鋁及鋁合金牌號表示方法根據(jù)國標規(guī)定，變形鋁及鋁合金可直接引用國際四位數(shù)字體系牌號(1070A)或采用國標規(guī)定的四位字符牌號(1A85)。全世界鋁的用量百萬噸一次生產(chǎn)量二次回收量總用量GB3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，:

防銹鋁合金：LF+序號

硬鋁合金：LY+序號

超硬鋁合金：LC+序號

鍛鋁合金：

LD+序號鋁合金波紋管鋁合金制品鋁是可以回收利用的金屬⑵常用變形鋁合金①防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。衛(wèi)星天線（LF2）

Mn和Mg主要作用是提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用。防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。

汽化器(熱交換管為LF21)常用的Al-Mn系合金有LF21（3A21），其抗蝕性和強度高于純鋁，用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5（5A05），其密度比純鋁小，強度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。②硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可進行時效強化，也可進行變形強化。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。合金中的Cu、Mg可形成強化相θ及s相;Mn主要提高抗蝕性,并起一定固溶強化作用,因其析出傾向小,不參與時效過程;少量鈦或硼可細化晶粒,提高合金強度。

低合金硬鋁

LY1、LY10等,Mg、Cu含量較低,塑性好,強度低采用固溶處理和自然時效提高強度和硬度，時效速度較慢。主要用于制作鉚釘，常稱鉚釘硬鋁。

標準硬鋁

LY11等，合金元素含量中等，強度和塑性屬中等水平。退火后變形加工性能良好，時效后切削加工性能也較好。主要用于軋材、鍛材、沖壓件和螺旋漿葉片及大型鉚釘?shù)戎匾慵?。高合金硬鋁

LY12、LY6等，合金元素含量較多，強度和硬度較高，塑性及變形加工性能較差。用于制作航空模鍛件和重要的銷、軸等零件。③超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時效強化效果超過硬鋁合金.熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差,耐熱性低。常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結構件,如飛機大梁、起落架等.飛機主起落架④鍛鋁合金Al-Cu-Mg-Si系合金

可鍛性好，力學性能高，用于形狀復雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動機壓氣機葉輪、導風輪等.壓氣機葉片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金

常用牌號有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機葉片、超音速飛機蒙皮等。美F-117隱身戰(zhàn)斗機

(所用材料大部分是鋁合金)高比強鋁合金機翼2、鑄造鋁合金Al-Si系：代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號Al-Zn系：代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號⑴Al-Si系鑄造鋁合金又稱硅鋁明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明。加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復雜(或特殊)硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。活塞(裙部為鋁硅合金)用于制造飛機、儀表、電動機殼體、汽缸體、風機葉片、發(fā)動機活塞等。⑵Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。汽缸頭常用代號有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件，如內(nèi)燃機汽缸頭、汽車活塞等。⑶Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強度高，密度小；但鑄造性能差,耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。鼓風機密封件等(ZL102、301)⑷Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形狀復雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。銅及銅合金

一、銅及銅合金性能特點純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，具有面心立方晶格，無同素異構轉變，無磁性。

純銅具有優(yōu)良的導電性和導熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。強度低。熱軋銅合金銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強度，又保持了純銅特性.銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。銅管銅與黃銅帶普通黃銅工業(yè)純銅

特殊黃銅

銅及銅合金加工銅合金鑄造銅合金普通白銅黃銅青銅白銅特殊白銅銅及銅合金

二、黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅按化學成分可分為普通黃銅和特殊黃銅。按工藝可分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅。黃銅鑄件黃銅棒1、普通黃銅銅與鋅的二元合金稱為普通黃銅。壓力加工普通黃銅的牌號為：H(黃)+表示銅平均百分含量的數(shù)字，如H68。鑄造黃銅

ZCuZn38，含38%Zn。從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有

和

+

’兩種組織,分別稱單相黃銅和兩相黃銅。

單相黃銅

兩相黃銅

普通黃銅的顯微組織

單相黃銅塑性好。常用牌號有H80、H70、H68。適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。兩相黃銅熱塑性好,強度高.常用牌號有H59、H62。適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導管、散熱器等。冷凝器管汽車機油泵襯套2、特殊黃銅在普通黃銅的基礎上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黃銅。

壓力加工特殊黃銅的牌號為：H(黃)+主加元素符號(Zn除外)+銅平均百分含量+主加元素平均百分含量,如HPb59-1.鑄造特殊黃銅

ZCuZn38Mn2Pb2特殊黃銅強度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。

黃銅制品黃銅棒常用牌號有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、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。①

鉛黃銅

HPb63-3

鉛改善切削加工性能，提高耐磨性，對強度影響不大，略微降低塑性。用于要求良好切削性能及耐磨性能的零件(如鐘表零件等)，鑄造鉛黃銅可制作軸瓦和襯。②

錫黃銅

HSn62-1

錫顯著提高黃銅在海洋大氣和海水中的抗蝕性，并使強度有所提高。壓力加工錫黃銅廣泛用于制造海船零件。

③

鋁黃銅HAl60-1-1

鋁提高黃銅的強度和硬度(但使塑性降低)，改善在大氣中的抗蝕性。制作海船零件及其它機器的耐蝕零件。鋁黃銅中加入適量的鎳、錳、鐵后，還可得到高強度、高耐蝕性的復雜黃銅，制造大型蝸桿、海船螺旋漿等重要零件。

④

硅黃銅HSi65-1.5-3

硅顯著提高黃銅的機械性能、耐磨性和耐蝕性。硅黃銅具有良好的鑄造性能，并能進行焊接和切削加工，主要用于制造船舶及化工機械零件。三、青銅除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅。壓力加工青銅的牌號為：Q+主加元素符號及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn).常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。

青銅制品1、錫青銅是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為3~14%。

錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小。錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海水及無機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。

錫青銅錠Cu-Sn相圖常用牌號有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蝕承載件,如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。錫青銅管船用青銅軟管快速接頭閥(錫青銅閥體、閥蓋)2、鋁青銅以鋁為主加元素的銅合金，鋁含量為5~12%。大型水力發(fā)電設備中的抗磨環(huán)強度、硬度、耐磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性能差。常用牌號有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飛機及儀器中的高強、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。3、鈹青銅以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.7~2.5%。固溶強化效果好，具有高的強度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導電性、導熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價格較貴.鈹青銅制品常用牌號有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等。用于重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機件.普通白銅是Cu-Ni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。普通白銅牌號：B+鎳的平均百分含量，如B5。常用牌號有B5、B19等。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.

白銅件四、白銅以鎳為主要合金元素的銅合金稱白銅。分普通白銅和特殊白銅。特殊白銅是在普通白銅基礎上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，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。常用牌號如BMn40-1.5(康銅)、BMn43-0.5(考銅)。用于制造精密機械、儀表零件及醫(yī)療器械等?？点~熱偶白銅型材鈦及鈦合金1112一、工業(yè)純鈦純鈦呈銀白色，密度4.5g／cm2，熔點

1668℃。在883℃有同素異晶轉變。工業(yè)純鈦牌號，用“T”(“鈦”的漢語拼音字首)、“A”（表示α鈦）加數(shù)字順序號表示。常用的有TA0、TA1、TA2、TA3四種順序號越大，雜質含量越多。1化工行業(yè)：制造熱交換器、泵體、攪拌器；航海造船行業(yè)：海水凈化裝置、艦船零部件二、用途航空航天業(yè)：制造飛機骨架、蒙皮、發(fā)動機部件等；優(yōu)點：鈦合金與陶瓷的結合力很好，鈦合金烤瓷牙具有不容易崩瓷，經(jīng)久耐用的特點，鈦合金的生物相容性好，通常不會引起周圍組織變色缺點：鈦合金烤瓷冠內(nèi)呈灰金屬色，美容效果比較差滑動軸承合金

制造滑動軸承的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金稱為滑動軸承合金。滑動軸承是許多機器設備中對旋轉軸起支撐

作用的重要部件，由軸承體和軸瓦兩部分組成。與滾動軸承相比滑動軸承具有承載面積大，工作平穩(wěn)，無噪音及拆裝方便等優(yōu)點。

一、組織性能要求當軸高速旋轉時，軸瓦與軸頸發(fā)生強烈摩擦，承受軸頸施加的交變載荷和沖擊力。

(1)足夠的強度和硬度，以承受軸頸較大的單位壓力。(2)足夠的塑性和韌性，高的疲勞強度，以承受軸頸的周期性載荷，并抵抗沖擊和振動。(3)良好的磨合能力，使其與軸能較快地緊密配合。(4)高的耐磨性，與軸的摩擦系數(shù)小，并能保留潤滑油，減輕磨損。(5)良好的耐蝕性、導熱性、較小的膨脹系數(shù)，防止摩擦升溫而發(fā)生咬合。為滿足上述性能要求，軸承合金的組織應是軟的基體上分布著硬的質點或硬的基體上分布著軟的質點.當軸旋轉時，軟的基體（或質點）被磨損而凹陷，減少了軸頸與軸瓦的接觸面積，有利于儲存潤滑油

和軸與軸瓦間的磨合，而硬的質點(基體)則支撐著軸頸，起承載和耐磨作用.軟基體(或質點)還能起嵌藏外來硬雜質顆粒的作用,以避免擦傷軸頸。1、錫基軸承合金

是以錫為主并加入少量銻、銅等元素組成的合金，熔點較低，是軟基體硬質點組織類型的軸承合金。二、常用軸承合金工業(yè)上常用的是錫基、鉛基軸承合金,又稱巴氏合金。典型牌號為ZSnSb11Cu6。(其組織為基體+白亮塊狀SnSb+星狀Cu3Sn)ZSnSb11Cu6合金的顯微組織錫基軸承合金具有較高的耐磨性、導熱性、耐蝕性和嵌藏性，摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小，但疲勞強度較低，工作溫度不超過150℃，價格高。巴氏合金軸瓦廣泛用于重型動力機械，如氣輪機、渦輪機和內(nèi)燃機等大型機器的高速軸瓦。2、鉛基軸承合金是以鉛為主加入少量銻、錫、銅等元素的合金，也是軟基體硬質點型軸承合金。典型牌號為ZPbSb16Sn16Cu2。ZPbSb