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、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：力學(xué)性能：高的比強度（強度/密度）物理性能：優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性無磁性、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二、鋁合金的分類三、常用鋁合金的性能及應(yīng)用一、鋁及鋁合金的性能特點

1.純鋁銀白色金屬光澤，熔點低（660.4℃）密度小（2.72），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保護膜，但不耐酸、堿和鹽。強度低，塑性好，可壓力加工成各種型材無磁性具有面心立方晶格，無同素異構(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

鋁合金分類示意圖共晶點鋁合金變形鋁合金（D以左）鑄造鋁合金（D以右）不能熱處理強化鋁合金能熱處理強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、箔等。牌號表示方法

新牌號：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，舊牌號仍有保留舊牌號表示方法：

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（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，并固溶強化。特點：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；不能熱處理強化，可變形強化提高其強度。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：形成強化相（CuAl2、CuMgAl2），時效強化；

Mn的作用：提高抗腐蝕性能，固溶強化。性能特點：可熱處理強化，固溶＋時效后抗拉強度達420Mpa，也可進行變形強化；②強度、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。如飛機構(gòu)件：飛機蒙皮(2A12)、擠壓成形螺旋槳、葉片(2A11)等重要零件。飛機主起落架常用牌號及用途：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＋人工時效，獲得抗拉強度為680MPa，硬度為190HBS，時效強化效果超過硬鋁合金，故稱超硬鋁。（3）超硬鋁合金特點：強度很高（可達680MPa)，耐熱性、抗蝕性差。壓氣機葉片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)動機壓氣機葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等。Al-Cu-Ni-Fe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。（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：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)字順序號特點：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)動機活塞、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，又稱硅鋁明。

簡單硅鋁明：ZL102（ZAlSi12）性能：鑄造性能好，但強度低。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，具有較高的強度和耐磨性、耐熱性。

應(yīng)用：制造形狀復(fù)雜中等強度的零件，如發(fā)動機活塞、氣缸體、風(fēng)機葉片、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，強度和塑性都較差。生產(chǎn)上,通常用鈉鹽變質(zhì)劑進行變質(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、性能及用途青銅的牌號、性能及用途純銅：呈紫紅色，故又稱紫銅具有面心立方晶格，延展性好;無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。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（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：在牌號前“Z”。

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

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

特點：合金的強度提高↑，塑性下降↓，

只適于熱變形加工。典型牌號及應(yīng)用

H90、H80：屬于單相黃銅，金黃色，有金色銅之稱，常用于制作鍍層、裝飾品、獎?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：強度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。常用牌號：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)稱為青銅。加工青銅的牌號：

Q+主加元素符號及其百分含量+其他元素百分含量二、青銅分類：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度最高以錫為主加元素的銅合金，一般WSn＝3~14%特點：鑄造流動性差，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。常用牌號：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：強度硬度、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：QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。2.鋁青銅用途：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。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：高的強度、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、航海羅盤等重要機件。常用牌號：QBe2、QBe1.7、QBe1.91.5.3軸承合金軸承可分為滾動軸承和滑動軸承。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，應(yīng)用廣泛。在滑動軸承中，制造軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金，稱為軸承合金。1.軸承合金的性能要求

當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)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：適當(dāng)?shù)挠捕?/p>

足夠的強韌性，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，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)點如：銅基及鋁基軸承合金。耐磨機制與滾動軸承不同。2.軸承合金的組織耐磨機制：當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，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，以及軸與軸瓦間的磨合，而硬的質(zhì)點（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)還能起嵌藏外來硬雜質(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”

典型牌號：ZSnSb11-6。特點：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，但疲勞強度較低熔點較低，工作溫度≤150℃，價格高。巴氏合金軸瓦應(yīng)用：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Pb為主