第八章 有色金屬及

第八章有色金屬及其合金教學要求：熟悉常用鋁合金、銅合金、滑動軸承合金的牌號、性能、強化方法及用途；了解鋁合金時效強化原理和滑動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、牌號及應用。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。

變形有色金屬及其合金的牌號表示方法還不統(tǒng)一。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+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(zhì)合金在牌號后標注字母“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滑動軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結習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滑動軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結習題一、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，易于加工成形。無同素異構轉變，無磁性。牌號：鑄鋁：ZAl99.5變形鋁：1A90用途：電線、電纜等鋁合金制造的機翼§8.1鋁及鋁合金鋁合金既具有高強度又保持純鋁的優(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化不可熱處理強化鑄造鋁合金。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

時效—將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。

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

溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現(xiàn)峰值，超過峰值時間，強度下降，為過時效。隨時效溫度提高，峰值強度下降，出現(xiàn)峰值的時間提前。含4%Cu鋁合金的時效曲線

時效時間/d四、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)字體系牌號或采用國標規(guī)定的四位字符牌號。全世界鋁的用量百萬噸一次生產(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、固溶強化抗蝕性、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

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?？蛇M行時效強化，也可進行形變強化。強度、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。時效強化效果超過硬鋁合金.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.壓氣機葉片耐熱鍛鋁合金常用牌號有2A70、2A80、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。2、鑄造鋁合金包括：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.577℃12.7%在普通鑄造條件下，ZL102組織幾乎全部為共晶體，強度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理，得到細小均勻的共晶體，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)主要用于制造外形簡單、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。鼓風機密封件等(ZL102、301)⑷Al-Zn系鑄造鋁合金鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)主要用于制造形狀復雜受力較小的汽車、飛機、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滑動軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結習題§8.2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，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。代號：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為：H(黃)+表示銅平均百分含量的數(shù)字如H68H80、H70、H68：單相適于制造冷變形零件，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.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：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5~11%。強度、硬度、耐大型水力發(fā)電設備中的抗磨環(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%。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普通白銅特殊白銅特殊白銅—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滑動軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結習題§8.3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—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。對軸承合金的性能要求：

⑴足夠的強韌性⑵適當?shù)挠捕娶橇己玫膶嵝院湍臀g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，軸承合金的組織應是軟的基體上分布著硬的質(zhì)點或硬的基體上分布著軟的質(zhì)點.軟的基體（或質(zhì)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，還能起嵌藏外來硬雜質(zhì)顆粒的作用,以避免擦傷軸頸。

硬的質(zhì)點(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、導熱性、耐蝕性和嵌藏性，摩擦系數(shù)小，但價格高。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少量銻、錫、銅軟基體硬質(zhì)點型軸承合金典型牌號為ZPbSb16Sn16Cu2。ZPbSb16Sn16Cu2合金的顯微組織[(+)共晶基體+方塊狀SnSb+針狀Cu3Sn]

鉛基軸承合金的強度、硬度、耐蝕性和導熱性都不如錫基軸承合金，但其成本低，高溫強度好，有自潤滑性。常用于低速、低載條件下工作的設備,如汽車、拖拉機曲軸的軸承等。內(nèi)燃機軸瓦錫基和鉛基軸承合金強度比較低，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滑動軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結習題§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)過燒結成零件或材料。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、粉末治金工藝過程：制粉→混和→成形→燒結→后處理2、粉末治金的特點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＞1800℃。多組元材料：摩擦材料、磁性材料、電工觸頭材料。多孔材料：過濾材料、發(fā)汗材料。2）少切削、無切削3）缺點：制造原始粉末的成本高；制品尺寸受到限制；壓模成本高；不易制成形狀復雜的零件；燒結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—多孔性浸滲潤滑油的減摩材料孔隙度高：低負荷、中速條件下工作孔隙度低：中、高負荷下工作廣泛應用于汽車、拖拉機、紡織機械和電動機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—無油潤滑的減摩材料能適應高空、高溫、低溫、振動、沖擊等工作條件廣泛應用于錄音機軸承、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）粉末和粘結劑（主要是鈷）混合，加壓成型后燒結而成的一種粉末治金材料。硬度高，相應脆性大，不能進行機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”—切削高錳鋼、不銹鋼、耐熱鋼等難加工材料④鋼結硬質(zhì)合金—形狀復雜的刃具、模具及耐磨件硬質(zhì)合金機夾刀片硬質(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滑動軸承合金§8.4粉未冶金與硬質(zhì)合金本章小結習題本章小結鋁合金的性能特點：1、熔點低、密度小、比強度高；2、優(yōu)良的加工工藝性能；3、良好的塑性、導電性和耐蝕性。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，制造高負荷下的鉚接與焊接件（淬火+時效）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)燃機活塞、氣缸（變質(zhì)處理）體、形狀復雜的薄壁零件銅合金的性能特點：1、良好的加工工藝性能；2、極佳的導電性和導熱性；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)上應用較多的是黃銅和青銅。滑動軸承合金的組織特征軸承合金按主