第八章 有色金屬及

第八章有色金屬及其合金教學(xué)要求：熟悉常用鋁合金、銅合金、滑動(dòng)軸承合金的牌號(hào)、性能、強(qiáng)化方法及用途；了解鋁合金時(shí)效強(qiáng)化原理和滑動(dòng)軸承合金的組織特性；了解粉末冶金方法及硬質(zhì)合金的類型、牌號(hào)及應(yīng)用。第八章有色金屬及其合金

在工業(yè)生產(chǎn)中鐵及其合金—黑色金屬其他非鐵金屬及其合金—有色金屬。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(qiáng)度(強(qiáng)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(chē)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(jìn)汽車(chē)中占的重量百分比鑄造有色金屬及其合金牌號(hào)表示方法統(tǒng)一如下:①鑄造有色純金屬的牌號(hào)為Z+該金屬元素符號(hào)+純度百分含量數(shù)字(或用一短橫加順序號(hào))。如ZAl99.5和ZTi-1。

變形有色金屬及其合金的牌號(hào)表示方法還不統(tǒng)一。鋁錠②鑄造有色合金的牌號(hào)為Z+基體元素符號(hào)+主要合金元素符號(hào)+其他合金元素符號(hào)及其百分含量數(shù)字。如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等?；旌舷⊥猎胤?hào)用RE表示。優(yōu)質(zhì)合金在牌號(hào)后標(biāo)注字母“A”。第八章有色金屬及其合金§8.1鋁及鋁合金§8.2銅及銅合金§8.3滑動(dòng)軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結(jié)習(xí)題第八章有色金屬及其合金§8.1鋁及鋁合金§8.2銅及銅合金§8.3滑動(dòng)軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結(jié)習(xí)題一、鋁及鋁合金性能特點(diǎn)

純鋁具有銀白色金屬光澤密度小(2.72)，熔點(diǎn)低(660.4℃)導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。耐大氣腐蝕，易于加工成形。無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)磁性。牌號(hào)：鑄鋁：ZAl99.5變形鋁：1A90用途：電線、電纜等鋁合金制造的機(jī)翼§8.1鋁及鋁合金鋁合金既具有高強(qiáng)度又保持純鋁的優(yōu)良特性。常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。

鋁合金型材鋁鑄件可將鋁合金分變形鋁合金可熱處理強(qiáng)化不可熱處理強(qiáng)化鑄造鋁合金。鋁合金分類示意圖二、鋁合金的分類鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。三、鋁合金的熱處理

時(shí)效—將過(guò)飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。

可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金的熱處理方法：固溶處理+時(shí)效固溶處理—將合金加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過(guò)飽和的單相固溶體組織的處理。加熱固溶淬火過(guò)飽和時(shí)效析出時(shí)效：在室溫下進(jìn)行的時(shí)效—自然時(shí)效在加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效—人工時(shí)效時(shí)效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。

溫度一定時(shí)，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，時(shí)效曲線上出現(xiàn)峰值，超過(guò)峰值時(shí)間，強(qiáng)度下降，為過(guò)時(shí)效。隨時(shí)效溫度提高，峰值強(qiáng)度下降，出現(xiàn)峰值的時(shí)間提前。含4%Cu鋁合金的時(shí)效曲線

時(shí)效時(shí)間/d四、鋁合金的牌號(hào)、性能及用途

1、變形鋁合金⑴變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示方法

根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，變形鋁及鋁合金可直接引用國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)或采用國(guó)標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號(hào)。全世界鋁的用量百萬(wàn)噸一次生產(chǎn)量二次回收量總用量⑵常用變形鋁合金防銹鋁合金硬鋁合金超硬鋁合金鍛鋁合金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。Mn和Mg主要作用衛(wèi)星天線（LF2）

—提高抗蝕能力和塑性、固溶強(qiáng)化抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，常利用加工硬化提高其強(qiáng)度。汽化器(熱交換管為L(zhǎng)F21)常用的Al-Mn系合金有

3A21，其抗蝕性和強(qiáng)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5A05，其密度比純

鋁小，強(qiáng)度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)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?？蛇M(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，也可進(jìn)行形變強(qiáng)化。強(qiáng)度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金如2A11、2A12，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)?飛機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)③超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時(shí)效強(qiáng)化效果超過(guò)硬鋁合金.熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金7A04、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)大梁、起落架等.飛機(jī)主起落架④鍛鋁合金Al-Cu-Mg-Si系合金

可鍛性好，力學(xué)性能高，用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等.壓氣機(jī)葉片耐熱鍛鋁合金常用牌號(hào)有2A70、2A80、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。2、鑄造鋁合金包括：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)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(jiǎn)單硅鋁明.577℃12.7%在普通鑄造條件下，ZL102組織幾乎全部為共晶體，強(qiáng)度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，得到細(xì)小均勻的共晶體，以提高性能。未變質(zhì)處理

經(jīng)變質(zhì)處理

ZL102的鑄態(tài)組織⑵Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強(qiáng)度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強(qiáng)度低于Al-Si系合金。汽缸頭常用代號(hào)有ZL201

(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強(qiáng)零件，如內(nèi)燃機(jī)汽缸頭、汽車(chē)活塞等。⑶Al-Mg系鑄造鋁合金耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度??；但鑄造性能差,耐熱性低。常用代號(hào)為ZL301(ZAlMg10)、

ZL303(ZAlMg5Si1)主要用于制造外形簡(jiǎn)單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。鼓風(fēng)機(jī)密封件等(ZL102、301)⑷Al-Zn系鑄造鋁合金鑄造性能好，強(qiáng)度較高，可自然時(shí)效強(qiáng)化密度大，耐蝕性較差。大型空壓機(jī)活塞(ZL401)常用代號(hào)為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)主要用于制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車(chē)、飛機(jī)、儀器零件。第八章有色金屬及其合金§8.1鋁及鋁合金§8.2銅及銅合金§8.3滑動(dòng)軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結(jié)習(xí)題§8.2銅及銅合金一、銅及銅合金性能特點(diǎn)純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)磁性。純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性;塑性好。代號(hào)：T2

熱軋銅合金銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr，提高了強(qiáng)度，保持了純銅特性.銅合金分為銅管銅與黃銅帶黃銅青銅白銅二、黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金—黃銅。按化學(xué)成分按工藝分黃銅鑄件黃銅棒普通黃銅特殊黃銅加工黃銅鑄造黃銅1、普通黃銅—銅與鋅的二元合金普通黃銅的牌號(hào)為：H(黃)+表示銅平均百分含量的數(shù)字如H68H80、H70、H68：?jiǎn)蜗噙m于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。H59、H62：兩相適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導(dǎo)管、散熱器等。冷凝器管汽車(chē)機(jī)油泵襯套2、特殊黃銅在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成加工特殊黃銅的牌號(hào)為：H(黃)+主加元素符號(hào)(Zn除外)+銅平均百分含量+主加元素平均百分含量,如HPb59-1.特殊黃銅強(qiáng)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(hào)有加工黃銅：HPb63-3、HSn62-1、HFe59-1-1、鑄造黃銅：ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4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。三、青銅除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅加工青銅的牌號(hào)為：Q+主加元素符號(hào)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：錫青銅鋁青銅鈹青銅硅青銅鉛青銅

青銅制品1、錫青銅—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(dòng)性差，鑄件密度低，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(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。

錫青銅錠Cu-Sn相圖常用牌號(hào)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5~11%。強(qiáng)度、硬度、耐大型水力發(fā)電設(shè)備中的抗磨環(huán)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(hào)有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。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。3、鈹青銅以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.7~2.5%。具有高的強(qiáng)度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價(jià)格較貴.鈹青銅制品常用牌號(hào)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(pán)等重要機(jī)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(hào)：B+鎳的平均百分含量，如B5。常用牌號(hào)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.

白銅件四、白銅—以鎳為主要合金元素的銅合金普通白銅特殊白銅特殊白銅—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(hào)如BMn40-1.5(康銅)、BMn43-0.5(考銅)。用于制造精密機(jī)械、儀表零件及醫(yī)療器械等?？点~熱偶白銅型材第八章有色金屬及其合金§8.1鋁及鋁合金§8.2銅及銅合金§8.3滑動(dòng)軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結(jié)習(xí)題§8.3滑動(dòng)軸承合金制造滑動(dòng)軸承的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金—軸承合金滑動(dòng)軸承是許多機(jī)器設(shè)備中對(duì)旋轉(zhuǎn)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(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)。一、組織性能要求當(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：

⑴足夠的強(qiáng)韌性⑵適當(dāng)?shù)挠捕娶橇己玫膶?dǎo)熱性和耐蝕性(4)較小的摩擦系數(shù)，良好的耐磨性和磨合性，以減少軸頸磨損，保證軸與軸瓦良好的跑合。(5)成本低為滿足上述性能要求，軸承合金的組織應(yīng)是軟的基體上分布著硬的質(zhì)點(diǎn)或硬的基體上分布著軟的質(zhì)點(diǎn).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)滑油和軸與軸瓦間的磨合，還能起嵌藏外來(lái)硬雜質(zhì)顆粒的作用,以避免擦傷軸頸。

硬的質(zhì)點(diǎn)(基體)則支撐著軸頸，起承載和耐磨作用.1、錫基軸承合金

是以錫為主加入少量銻、銅是軟基體硬質(zhì)點(diǎn)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——巴氏合金典型牌號(hào)為ZSnSb11Cu6。其組織為基體+白亮塊狀SnSb+星狀Cu3SnZSnSb11Cu6合金的顯微組織

錫基軸承合金具有較高的耐磨性、導(dǎo)熱性、耐蝕性和嵌藏性，摩擦系數(shù)小，但價(jià)格高。巴氏合金軸瓦廣泛用于重型動(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、鉛基軸承合金是以鉛為主加少量銻、錫、銅軟基體硬質(zhì)點(diǎn)型軸承合金典型牌號(hào)為ZPbSb16Sn16Cu2。ZPbSb16Sn16Cu2合金的顯微組織[(+)共晶基體+方塊狀SnSb+針狀Cu3Sn]

鉛基軸承合金的強(qiáng)度、硬度、耐蝕性和導(dǎo)熱性都不如錫基軸承合金，但其成本低，高溫強(qiáng)度好，有自潤(rùn)滑性。常用于低速、低載條件下工作的設(shè)備,如汽車(chē)、拖拉機(jī)曲軸的軸承等。內(nèi)燃機(jī)軸瓦錫基和鉛基軸承合金強(qiáng)度比較低，為提高其承載能力和使用壽命，生產(chǎn)上常采用離心澆注法，將它們鑲鑄在低碳鋼軸瓦上，形成一層薄而均勻的內(nèi)襯，成為雙金屬軸承。表面保護(hù)層

減磨層

鎳柵層

軸承合金

襯背

第八章有色金屬及其合金§8.1鋁及鋁合金§8.2銅及銅合金§8.3滑動(dòng)軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結(jié)習(xí)題§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金一、粉末冶金粉末治金——由幾種金屬粉末或金屬與非金屬粉末混和壓制成型，并經(jīng)過(guò)燒結(jié)成零件或材料。是一種不熔煉，不鑄造的特殊制取金屬材料的治金方法，又是一種制造零件的加工方法。1、粉末治金工藝過(guò)程：制粉→混和→成形→燒結(jié)→后處理2、粉末治金的特點(diǎn)1）粉末治金法能生產(chǎn)多種具有特殊性能的金屬材料難熔材料熔點(diǎn)＞1800℃。多組元材料：摩擦材料、磁性材料、電工觸頭材料。多孔材料：過(guò)濾材料、發(fā)汗材料。2）少切削、無(wú)切削3）缺點(diǎn)：制造原始粉末的成本高；制品尺寸受到限制；壓模成本高；不易制成形狀復(fù)雜的零件；燒結(jié)后零件的韌性較差等。3、粉末冶金的軸承材料（1）含油軸承材料—多孔性浸滲潤(rùn)滑油的減摩材料孔隙度高：低負(fù)荷、中速條件下工作孔隙度低：中、高負(fù)荷下工作廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、紡織機(jī)械和電動(dòng)機(jī)等的軸承上含油軸承3、粉末冶金的軸承材料（2）金屬塑料減摩材料—無(wú)油潤(rùn)滑的減摩材料能適應(yīng)高空、高溫、低溫、振動(dòng)、沖擊等工作條件廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)軸承、航空儀表軸承等

二、硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金刀具有很高熱硬性。硬質(zhì)合金是將難熔金屬碳化物（碳化鎢、碳化鈦）粉末和粘結(jié)劑（主要是鈷）混合，加壓成型后燒結(jié)而成的一種粉末治金材料。硬度高，相應(yīng)脆性大，不能進(jìn)行機(jī)械加工常將其制成一定形狀的刀片焊或裝夾在刀體上使用。還可用于制造模具、量具、耐磨零件硬質(zhì)合金焊接刀片硬質(zhì)合金拉絲模2）硬質(zhì)合金的分類及應(yīng)用①鎢鈷類

：“YG”“硬”、“鈷”—切削鑄鐵、青銅等脆性材料②鎢鈷鈦類

“YT”“硬”、“鈦”

—切削高韌鋼材③通用硬質(zhì)合金

“YW”“硬”、“萬(wàn)”—切削高錳鋼、不銹鋼、耐熱鋼等難加工材料④鋼結(jié)硬質(zhì)合金—形狀復(fù)雜的刃具、模具及耐磨件硬質(zhì)合金機(jī)夾刀片硬質(zhì)合金拉絲模第八章有色金屬及其合金§8.1鋁及鋁合金§8.2銅及銅合金§8.3滑動(dòng)軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結(jié)習(xí)題本章小結(jié)鋁合金的性能特點(diǎn)：1、熔點(diǎn)低、密度小、比強(qiáng)度高；2、優(yōu)良的加工工藝性能；3、良好的塑性、導(dǎo)電性和耐蝕性。鋁合金分

防銹鋁合金，制造各種容器、防銹皮變形鋁合金硬鋁合金，制造高負(fù)荷下的鉚接與焊接件（淬火+時(shí)效）超硬鋁合金，制造要求輕受力大的零件

鍛鋁，制造鍛件和模鍛件鑄造鋁合金，常用“鋁硅明”，制造內(nèi)燃機(jī)活塞、氣缸（變質(zhì)處理）體、形狀復(fù)雜的薄壁零件銅合金的性能特點(diǎn)：1、良好的加工工藝性能；2、極佳的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；3、良好的耐蝕性；4、色澤美觀，具有抗磁性。銅合金按化學(xué)成分分黃銅青銅白銅按生產(chǎn)方式分加工銅合金鑄造銅合金工業(yè)上應(yīng)用較多的是黃銅和青銅?；瑒?dòng)軸承合金的組織特征軸承合金按主