第10章 有色金屬及其合金

第十章有色金屬及其合金

第一節(jié)鋁及其合金第二節(jié)銅及其合金第五節(jié)軸承合金第四節(jié)鈦及其合金通常把鐵/鉻/錳及其合金以外的金屬及其合金稱為有色金屬。輕/重、貴/稀有/半金屬、變形/鑄造第一節(jié)鋁及其合金一、工業(yè)純鋁1、

密度小，僅為銅或鐵的1/3；3、較好的抗大氣腐蝕性，生成三氧化二鋁2、

具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。4、塑性極高，δ＝50％，ψ＝80％，通過冷、熱加工可制成各種型材；強(qiáng)度、硬度低，σb=80~100MPa、20HBS工業(yè)純鋁純度大于99%，具有銀白色金屬光澤，熔點(diǎn)低（660℃），具有FCC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(qiáng)度要求不高的器具。二、鋁合金1、比強(qiáng)度高（強(qiáng)度與密度之比）2、加工性能良好

3、具有優(yōu)良的物理、化學(xué)性能

在純鋁中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素就成了鋁合金。

4、具有較高的強(qiáng)度，可作為承受較大載荷的結(jié)構(gòu)材料。鋁合金型材鋁鑄件美F-117隱形戰(zhàn)斗機(jī)

(所用材料大部分是鋁合金)高比強(qiáng)度的鋁合金機(jī)翼鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。二、鋁合金的分類2、鑄造鋁合金：合金熔融后直接鑄成形態(tài)復(fù)雜或薄壁件，良好的鑄造流動性。Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn1、變形鋁合金：合金熔融鑄錠后，可在冷態(tài)或熱態(tài)下通過壓力加工(軋制、擠壓)制成半成品和模鍛件，良好的塑性變形能力。室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱自然時(shí)效；某溫度下進(jìn)行的時(shí)效稱人工時(shí)效加熱固溶淬火過飽和時(shí)效析出固溶處理：將D-F之間的合金加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過飽和的單相固溶體α組織的處理。三、鋁合金的強(qiáng)化提高鋁合金強(qiáng)度的基本途徑：固溶+時(shí)效。再配合熱處理和其他措施，可進(jìn)一步改善鋁合金的強(qiáng)度和韌性。ADF時(shí)效強(qiáng)化：過飽和的固溶體有自發(fā)分解出強(qiáng)化相、使強(qiáng)度、硬度明顯提高的現(xiàn)象。 GB3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為:

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+序號四、變形鋁合金根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，變形鋁及鋁合金可直接采用國標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號。表10-1鋁合金波紋管鋁合金制品1、防銹鋁合金（LF）

Al-Mn、Al-Mg系——3A21、5A05

衛(wèi)星天線（LF2）汽化器(熱交換管為LF21)單相固溶體，采用固溶強(qiáng)化和加工硬化可提高強(qiáng)度；塑性、焊接性良好；加入元素提高電位，耐腐蝕性好；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。2、

硬鋁合金（LY）

Al-Cu-Mg系——2A01、2A11、2A12飛機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)的大梁采用淬火+時(shí)效(析出CuAl2、CuMgAl2)，故其強(qiáng)度、硬度高，比強(qiáng)度高，可在150℃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(jī)大梁等。3、

超硬鋁合金（LC）

Al-Mg-Zn-Cu系——7A04增加Zn后，淬火+人工時(shí)效(析出CuAl2、CuMgAl2、MgZn2、Al2Mg3Zn3)強(qiáng)度、硬度更高，比強(qiáng)度相當(dāng)于超高強(qiáng)度鋼，但抗蝕性差，對應(yīng)力腐蝕敏感。用于工作溫度不超過120-130℃大的受力構(gòu)件，如飛機(jī)大梁、桁架、起落架等。

4、

鍛造鋁合金（LD）（1）Al-Mg-Si-Cu、Al-Cu-Mg-Ni-Fe系—6A02、2A50、2A14

采用淬火+人工時(shí)效(析出強(qiáng)化相分別為：Mg2Si、Al9FeNi)

具有良好的熱塑性、鑄造性和鍛造性及較高力學(xué)性能；（2）鍛鋁合金可用于制作壓縮機(jī)/壓氣機(jī)的葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪、葉片等。壓氣機(jī)葉片四、鑄造鋁合金Al-Si系合金:ZAlSi12（ZL102）

ZAlSi5Cu1Mg（ZL105）Al-Cu系合金:ZAlCu5Mn（ZL201）

ZAlCu4（ZL203）Al-Mg系合金:ZAlMg10（ZL301）Al-Zn系合金:ZAlZn11Si7（ZL401）性能、用途和熱處理見P189表10-2奧迪全鋁車身骨架奧迪A2是1997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895公斤，比型式同樣大小的車的重量輕約150公斤。燃油消耗4L/100KM每降低100KG，燃油降低0.5-0.8LA8采用大型鑄鋁件，減少車身零件數(shù)量，提高扭轉(zhuǎn)剛度50%，減少車身質(zhì)量40%鑄鋁發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管鋁合金缸體奔馳SL500鋁合金輪轂科魯茲15寸鋁合金輪轂發(fā)動機(jī)散熱器汽車空調(diào)冷凝器汽車懸架系統(tǒng)本田CRV前后保險(xiǎn)杠護(hù)板（鋁合金）三菱前保險(xiǎn)杠第二節(jié)銅及銅合金

1、純銅又稱紫銅，具有FCC晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性2、純銅具有極佳的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性3、優(yōu)良的減摩和耐磨性4、塑性好、強(qiáng)度低，冷熱壓力加工成型，加工硬化提高強(qiáng)度5、鈍化能力高，耐水，冷凝器水管熱軋銅合金一、銅及銅合金性能特點(diǎn)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。銅管銅與黃銅帶黃銅、青銅、白銅三大類。純銅主要用途：電工元件、導(dǎo)線、不宜做結(jié)構(gòu)材料。純銅牌號：T+數(shù)字（1-4），數(shù)字越大越不純二、黃銅黃銅鑄件黃銅棒以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅按化學(xué)成分可分為普通黃銅和復(fù)雜黃銅。1、普通黃銅黃銅有和+’兩種組織，分別稱單相黃銅和兩相黃銅。單相黃銅兩相黃銅銅+鋅的二元合金稱為普通黃銅。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。（1）單相黃銅塑性好。常用牌號有H70、H68。適于制造冷變形零件，如彈殼、散熱器等。（2）兩相黃銅熱塑性好，常用牌號有H59、H62。適于熱軋成型，制造板/棒材等受力件，可鑄造。汽車機(jī)油泵襯套（1）在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黃銅。黃銅制品黃銅棒2、特殊黃銅（2）壓力加工黃銅的牌號為：H(黃)+主加元素符號(Zn除外)+銅百分含量+主加元素平均百分含量,如HPb59-1.（3）特殊黃銅強(qiáng)度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。（4）鑄造黃銅的牌號為：ZCuZn38常用青銅：錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。

青銅制品三、青銅以錫為主要合金元素的銅合金稱青銅加工青銅的牌號為：Q+主加元素符號+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）鑄造Z/壓力加工（1）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。（2）普通白銅牌號：B+鎳的平均百分含量，如B5。（3）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(jī)械，儀表零件及冷凝器，蒸餾器，熱交換器等.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。白銅件白銅件白銅山水墨盒清代白銅暖壺白銅手爐

宋代白銅錢特殊白銅是在普通白銅基礎(chǔ)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(qiáng)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(jī)械、船舶儀表零件及療器械等。康銅熱偶白銅型材第四節(jié)鈦及鈦合金（1）性能：比強(qiáng)度高，塑性、低溫韌性和耐蝕性好，導(dǎo)熱差美F-22戰(zhàn)機(jī)約36%重量的零件用鈦合金制造一、工業(yè)純鈦

（2）具有發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：由BCC的-Ti轉(zhuǎn)變?yōu)镠CP的-Ti（3）牌號：TA1、TA2、TA3（4）鈦及合金的應(yīng)用：

成本高、昂貴，航天、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域純鈦主要用于350℃以下工作、強(qiáng)度要求不高的零件，如石油化工用熱交換器、反應(yīng)器，海水凈化裝置及艦船零部件。鈦鋼復(fù)合反應(yīng)釜鈦管換熱器鈦制蒸餾塔合金元素加入-Ti形成固溶體；合金元素加入-Ti形成固溶體。按退火組織，鈦合金可分為型鈦合金、型鈦合金和+型鈦合金三類，它們的牌號分別用TA、TB、TC加順序號表示。鈦合金泵二、鈦合金主加元素為鋁、硼等。不能熱處理強(qiáng)化，通常在退火狀態(tài)下使用，組織為單相固溶體.鈦合金氫泵誘導(dǎo)輪鈦合金氫泵殼體1、鈦合金強(qiáng)度低于另兩類鈦合金，但高溫強(qiáng)度、低溫韌性及耐蝕性優(yōu)越.常用牌號有TA5、TA7等主要用于制造500℃以下工作的零件，如飛機(jī)壓氣機(jī)葉片、導(dǎo)彈的燃料罐、超音速飛機(jī)的蝸輪機(jī)匣及飛船上的高壓低溫容器等。

鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金液下泵-Ti合金組織加入合金元素鉬、鉻、釩等。經(jīng)淬火加時(shí)效處理后，組織為相基體上分布著細(xì)小的相粒子。鈦合金管鈦合金管應(yīng)用2、鈦合金這類合金強(qiáng)度高，但冶煉工藝復(fù)雜，難于焊接，應(yīng)用受到限制。鈦合金牌號TB1主要用于350℃以下工作的結(jié)構(gòu)件和緊固件,如飛機(jī)壓氣機(jī)葉片、軸、彈簧、輪盤等。鈦合金棒β鈦合金眼鏡架鈦離心泵加入的合金元素有鋁、釩、鉬鉻等?？蛇M(jìn)行熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度高，塑性好，具有良好的熱強(qiáng)性、耐蝕性和低溫韌性。鈦合金列管式換熱器3、+型鈦合金+型鈦合金共有九個(gè)牌號，其中以TC4應(yīng)用最廣、用量最大，其經(jīng)過淬火加時(shí)效處理后，組織為++時(shí)效析出的針狀。α+β鈦合金組織α+β鈦合金組織（電鏡）+型鈦合金主要用于制造400℃以下工作的飛機(jī)壓氣機(jī)葉片、火箭發(fā)動機(jī)外殼、火箭和導(dǎo)彈的液氫燃料箱部件及艦船耐壓殼體等.

生物醫(yī)用材料飛機(jī)壓氣機(jī)葉片第五節(jié)軸承合金

制造滑動軸承的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金稱為軸承合金

定位口油孔軸承座軸承蓋雙頭螺柱剖分軸瓦

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。

（1）軟的基體上分布著硬的質(zhì)點(diǎn)；較好的磨合能力（2）硬的基體上分布著軟的質(zhì)點(diǎn)；較大的承載能力（1）強(qiáng)硬韌性，承受交變沖擊載荷（2）良好的耐磨性和磨合性（3）熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性和耐蝕性為滿足上述性能要求，軸承合金的組織應(yīng)是：既硬又軟對軸承合金的性能要求：一、性能要求和組織特點(diǎn)1、錫基軸承合金二、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。(基體+白亮塊狀SnSb+星狀Cu3Sn)ZSnSb11Cu6合金的顯微組織是以錫銻合金為