1、金属材料与热处理课题课题八八 有色金属有色金属及其合金及其合金铝及铝合金铜及铜合金钛及钛合金轴承合金学习目标学习目标了解铝及铝合金的牌号、力学性能及应用；了解铜及铜合金的牌号、力学性能及应用；了解钛及钛合金的牌号、力学性能特点及应用；了解常用轴承合金的牌号、力学性能特点及应用。课题课题八八 有色金属有色金属及其合金及其合金通常把铁或以铁为主要元素而形成的材料称为黑色金属，如钢、铸铁等；除黑色金属以外的其他金属称为有色金属或非铁金属，如铝、镁、铜、锌、锡、铅、镍、钛、金、银、铂、钒、钼等金属及其合金。有色金属的种类很多，但冶炼比较困难，成本较高，故其产量和使用量远不如黑色金属多。但是，由于有色金
2、属的某些特殊的物理或化学性能是黑色金属所不具备的，因而有色金属成为现代工业中一种不可缺少的重要的金属材料。常用的有色金属有铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、轴承合金等。相关知识课题课题八八 有色金属有色金属及其合金及其合金学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金 一、工业纯铝工业纯铝的性能工业纯铝的性能1.纯铝是银白色的金属，是自然界储量最丰富的金属元素。纯铝具有如下优良的性能。（1）密度为2.72 g/cm3，仅为铁的1/3，是一种轻型金属。（2）导电性好，仅次于铜、银。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金（3）具有较好的抗大气腐蚀能力（纯铝表面总形成致密的氧化膜）。（4）具有较好
3、的加工工艺性能。纯铝的塑性好，可以冷、热变形加工。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金工业纯铝中，铝的质量分数不小于99.00%，其牌号表示方法为1。其中，第一位数字1表示纯铝，第三、第四位数字表示铝的最低质量分数中小数点后面的两位数字，如铝的最低质量分数为99.70%，则第三、第四位数为70。工业纯铝的牌号及用途工业纯铝的牌号及用途2.如果第二位的字母为A，则表示原始纯铝；如果第二位字母为B或其他字母，则表示原始纯铝的改型情况，即与原始纯铝相比，元素含量略有改变。如1A99表示铝的质量分数为99.99%的原始纯铝；1B99表示铝的质量分数为99.99%的改型纯铝，1B99是1A99的改
4、型牌号。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金如果第二位不是英文字母而是数字，则表示杂质极限含量的控制情况。其中，0表示对纯铝中杂质的极限含量无特殊控制，19则表示对一种或几种杂质极限含量有特殊控制，如1070表示对杂质的极限含量无特殊控制、铝的质量分数为99.70%的纯铝；1145表示对一种杂质的极限含量有特殊控制、铝的质量分数为99.45%的纯铝；1235表示对两种杂质的极限含量有特殊控制、铝的质量分数为99.35%的纯铝。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金工业纯铝的主要用途是配制铝合金，在电气工业中用于制作导线、电容器等，还可制作质轻
5、、导热、耐大气腐蚀的器具及包覆和装饰材料。常用工业纯铝的牌号、化学成分和用途见表8-1。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金纯铝的强度很低（Rm=80100 MPa），但加入适量的硅、铜、镁、锌、锰等合金元素，形成铝合金，再经过冷变形和热处理后，强度可以明显提高（Rm=500600 MPa）。二、铝合金学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金铝合金按其成分和工艺特点不同可分为变形铝合金和铸造铝合金。铝合金一般具有如图8-1所示的相图。从图8-1中可以看出，若铝合金中溶质B的质量分数低于最大溶解度，则在加热时形成单相固溶体，这类合金的塑性好，适于压力加工，故称为变形铝合金。铝合金中溶质B
6、的质量分数位于D点右边的铝合金，由于结晶时有共晶组织存在，这类合金的凝固温度低，塑性差，但充型时流动性好，适于铸造加工，故称为铸造铝合金。铸造铝合金用于铸造成型零件的毛坯。铝合金的分类铝合金的分类1.学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金图8-1 铝合金相图的一般形式变形铝合金牌号表示方法有四位字符体系牌号和国际四位数字体系牌号两种表示方法。四位字符体系牌号表示法中的第一、三、四位是数字，第二位是大写英文字母A、B或其他字母，如7C04、2D70等。国际四位数字体系牌号是由四位数字或四位数字后缀英文大写字母A、B或其他字母组成的，如3004、2017A、6101B等。学习情境一学习情境一
7、铝及铝合金铝及铝合金1 1）变形铝合金变形铝合金如果第二位字母为A，则表示原始合金，如果是B或其他字母，则表示原始合金的改型合金。如2A01表示铝铜原始合金，5A05表示铝镁原始合金，5B05表示铝镁改型合金，即为5A05的改型牌号。用国际四位数字体系牌号表示时，第二位不是英文字母而是数字时，0表示原始合金，19表示改型合金。如7075表示铝锌原始合金，7475表示铝锌改型合金，7475是7075的改型牌号。常用变形铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见表8-2。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金常见
8、的变形铝合金有以下四类。(1）防锈铝合金。（2）硬铝合金。(3）超硬铝合金。（4）锻铝合金。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金铸造铝合金的牌号由“ZL”和三位数字组成。其中，“ZL”是“铸铝”的汉语拼音首字母；第一位数字表示合金类别，1表示Al-Si系，2表示Al-Cu系，3表示Al-Mg系，4表示Al-Zn系；后二位数字表示顺序号，顺序号不同，化学成分也不同，如ZL102表示2号Al-Si系铸造铝合金。若为优质合金，则在牌号后面加“A”。铸造铝合金的种类很多，主要有Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系四类，其中以Al-Si系铸造铝合金应用最广泛。2 2）铸造铝合金铸
9、造铝合金（1）Al-Si系铸造铝合金。Al-Si系铸造铝合金是铸造性能与力学性能配合最佳的一种铸造合金。其中最简单的是ZL102，其化学成分为ZAlSi12，硅的质量分数为10%13%，称为简单硅铝明或普通硅铝明。它的优点是铸造性好，密度小，耐蚀性、耐热性和焊接性也相当好，但强度低，且不能进行热处理强化。故此类合金仅适于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，如仪表壳体等。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金（2）Al-Cu系铸造铝合金。Al-Cu系铸造铝合金中铜的质量分数大于4，可通过热处理提高强度，具有较高的强度和耐热性。但由于合金中只含有少量共晶
10、体，因而铸造性不好，耐蚀性和比强度也不如Al-Si系铸造铝合金。常用的牌号有ZL201、ZL203等，主要用于制造在200 300 温度环境中工作的要求高强度的零件，如增压器的导风叶轮、静叶片等。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金（3）Al-Mg系铸造铝合金。Al-Mg系铸造铝合金的优点是耐蚀性好，密度小，比纯铝轻。由于镁易燃，故其铸造性不好，耐热性低。此类合金通常采用自然时效强化。常用的牌号有ZL301、ZL303，主要用于制造在海水中承受较大冲击力和外形不太复杂的铸件，如舰船的动力机械零件，也可用来代替不锈钢制造某些耐蚀零件，如氨泵泵体等。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金
11、（4）Al-Zn系铸造铝合金。Al-Zn系铸造铝合金的铸造性好，与ZL102相似，经变质处理后可获得较高的强度，可以不经热处理直接使用。但其含锌量较高，密度大，耐蚀性差，热裂倾向较大。常用的牌号有ZL401、ZL402，主要用于制造汽车、拖拉机发动机零件及形状复杂的仪器零件。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金常用铸造铝合金的牌号、热处理状态、力学性能及用途见表8-3。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金注：J为金属型铸造；S为砂型铸造；B为变质处理；T1为人工时效（铸件快冷后进行，不进行淬火）；T2为退火；T4为固溶处理+自然时效；T5为固溶处理+不完全人工时效（时效温度低或时间
12、短）；T6为固溶处理+完全人工时效（约180）；F为铸态。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金碳的质量分数较高的钢在淬火处理后，其强度、硬度立即提高，而塑性急剧降低。热处理强化的铝合金则不同，将其加热到相区，保温后在水中冷却，其强度、硬度并没有明显升高，而塑性却得到改善，这种热处理方式称为固溶处理。固溶处理后的铝合金，在室温下停留相当长的时间，它的强度、硬度才显著提高，同时塑性下降。例如，铜的质量分数为4%并含有少量镁、锰元素的铝合金，在退火状态下，Rm=180220 MPa，A=18；经固溶处理后，Rm=240250 MPa，A=2022；如再放置45 h，则其强度显著提高，Rm可达4
13、20 MPa，而A下降到18。铝合金的热处理铝合金的热处理2.学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金固溶处理后，铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象，称为时效强化。铜的质量分数为4的铝合金经过固溶处理后，在自然时效下，合金强度随时间变化的曲线如图8-2 所示。图8-2 Cu=4%的铝合金的自然时效曲线学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金由图8-2可知，自然时效在最初的一段时间内对合金强度影响并不大，这段时间称为孕育期。在此期间对固溶处理后的铝合金可进行冷加工，如铆接、弯曲、校直等。随着时间的延长，合金强度增大，但几天之后，合金强度基本上停止变化。学习情境一学习情境一 铝及铝合
14、金铝及铝合金铝合金时效强化的效果还与加热温度有关。不同温度下的人工时效对合金强度的影响如图8-3所示。时效温度升高，时效强化过程加快，即合金达到最高强度所需时间缩短。如果时效温度为室温，原子扩散不易进行，则时效过程进行得很慢。如在-50 以下长期放置固溶处理后的铝合金，其Rm几乎没有变化。所以，在生产中，某些需要进一步加工变形的铝合金可以经过固溶处理后，在低温状态下保存，使其在需要加工变形时仍具有良好的塑性。如果人工时效的时间过长或温度过高，反而使合金软化，这种现象称为过时效。学习情境一学习情境一 铝及铝合金铝及铝合金图8-3 Cu=4%的铝合金在不同温度下的时效曲线学习情境学习情境二二 铜及
15、铜合金铜及铜合金工业纯铜呈玫瑰红色，表面形成氧化亚铜膜层后呈紫色，其纯度为99.70%99.95%。纯铜具有面心立方晶格结构，无同素异构转变，其熔点为1 083，密度为8.96 g/cm3，属重金属，其主要性能特征如下。一、工业纯铜工业纯铜的性能工业纯铜的性能1.学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金（1）具有良好的导电性、导热性，其导电性仅次于银。（2）塑性高，A=4050，能很好地进行各种冷、热压力加工。（3）具有较高的耐蚀性，能够抗大气及海水腐蚀。（4）无磁性。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金纯铜的强度不高（Rm=230240 MPa），硬度低（4050 HBW），冷塑性变
16、形后，可以使铜的强度Rm提高到400500 MPa，而断后伸长率却明显下降，此时A=25。为了满足制作结构件的性能要求，必须将铜制成各种铜合金。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金常用工业纯铜为压力加工铜，按其杂质含量不同又可分为纯铜、无氧铜、磷脱氧铜和银铜四组。纯铜代号为T1、T2、T3，其中，“T”是“铜”字的汉语拼音首字母，数字表示顺序号，数字越大则纯度越低。无氧铜中的含氧量极低，不大于0.003%，其代号为TU0、TU1、TU2，其中，“U”是英文“unoxygen”的第一个字母，数字表示顺序号，数字越大则纯度越低。磷脱氧铜的含磷量较高，是在无氧铜的基础上再进行磷化，从而减少与氧
17、的接触，延长使用寿命，其代号为TP1、TP2。其中，P是磷的化学符号，数字表示顺序号，数字越大，磷含量越高。银铜中含少量银（Ag=0.06%0.12%）,导电性好，其代号为TAg0.1。工业纯铜的牌号及用途工业纯铜的牌号及用途1.工业纯铜中常含有铅、铋、氧、硫和磷等杂质元素，它们对铜的力学性能和工艺性能有很大的影响，其中，铅和铋的危害最大，容易引起热脆和冷脆现象。由于纯铜的强度低，不宜作为结构材料使用，一般用于制造电线、电缆、电子器件、导热器件以及作为冶炼铜合金的原料等。工业纯铜的牌号、化学成分和用途见表8-4。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合
18、金学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金在纯铜中加入合金元素便可制成铜合金。常用合金元素为锌、锡、铝、镁、锰、镍、铁、钛、硅、砷、铬等，这些元素通过固溶处理、时效强化及第二相强化等途径，不仅使合金强度提高，并且仍能保持纯铜优良的物理、化学性能。因此，在机械工业中广泛使用的是铜合金。常用的铜合金可分为黄铜、白铜和青铜三类。二、铜合金学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。按化学成分的不同，黄铜又可以分为普通黄铜和特殊黄铜。黄铜黄铜1.学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金1 1）普通黄铜普通黄铜铜锌二元合金称为普通黄铜。普通黄铜的力学性能与锌的质量分数
19、有关，随着锌的质量分数的增加，其力学性能变化如图8-4所示。图8-4 锌的质量分数对普通黄铜力学性能的影响学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金从图8-4可以看出，当锌的质量分数小于39%（实际生产时大多为wZn320 MPa、A3%。但由于残余应力存在，在潮湿的大气或海水中，尤其在含氧环境中易发生腐蚀，导致断裂，这种现象称为应力腐蚀，故普通黄铜应在250 300 进行去应力退火。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金在普通黄铜的基础上加入铝、硅、锰、铅、锡、砷、镍等元素，得到特殊黄铜。根据所加入元素种类，相应地称为铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜、锡黄
20、铜等。合金元素的加入都可以相应地提高黄铜的强度，加入铝、锰、硅、镍、锡可以提高黄铜的耐蚀性，加入砷可以减少或防止黄铜脱锌，加入铅可以改善黄铜的切削加工性。工业上常用的特殊黄铜的牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1，主要用于制造船舶零件、冷凝管、蜗杆、齿轮、钟表零件等。特殊黄铜的热处理除去应力退火之外，还有再结晶退火（加热温度为500 700），目的是消除黄铜的加工硬化，恢复塑性。2 2）特殊黄铜特殊黄铜学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金普通黄铜的牌号由“H”和数字组成。其中“H”是“黄”字的汉语拼音首字母，数字表示铜的质量分数的百分数。特殊黄铜的
21、牌号由“H”+主加元素的元素符号（锌除外）+铜的质量分数+主加元素的质量分数组成，如HPb59-1表示铜的平均质量分数为59，铅的平均质量分数为1，余量为锌的铅黄铜。常用黄铜的牌号、化学成分、力学性能和用途见表8-5。3 3）黄铜的牌号、成分、性能和应用黄铜的牌号、成分、性能和应用学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金特殊黄铜可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两类。铸造黄铜的牌号由“ZCu”+主加元素的元素符号+主加元素的质量分数+其他加入元素的元素符号+其他加入元素的质量分数组成。如ZCuZn38表示锌的质量分数为38%的铸造黄铜，ZCuZn40Mn2表示锌的质量分数为40%、锰的平均质量分数
22、为2%的铸造黄铜。常用铸造黄铜的牌号、成分、性能和用途见表8-6。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金白铜是指以镍为主加元素的铜合金，因色白、表面光亮而得名。铜镍二元合金为普通白铜；在铜镍合金中又加入其他元素形成的铜合金称为特殊白铜，如锌白铜、锰白铜、铁白铜等。普通白铜具有较高的耐蚀性、良好的力学性能、较高的强度和塑性，常用于制造精密仪器、仪表中的耐蚀零件及医疗器械、工艺品等。特殊白铜因其特殊性能，还用于制造重要弹簧，高温、高压和高速条件下工作的零件，电工仪器等。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金白铜白铜2.白铜的牌号由“B”和数字组成。
23、其中，“B”是“白”字的汉语拼音首字母，数字表示镍的平均质量分数，如B19表示镍的平均质量分数为19%、铜的质量分数为81%的普通白铜。特殊白铜的牌号由“B”+主加元素符号+数字表示，数字依次表示镍和加入元素的质量分数，如BMn3-12表示镍的平均质量分数为3%、锰的质量分数为12%的锰白铜。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金除了黄铜、白铜以外的所有铜基合金统称为青铜。按主加元素种类不同，青铜可分为锡青铜、铝青铜、铍青铜、铅青铜、硅青铜、钛青铜等；按照生产方式不同可分为压力加工青铜和铸造青铜。压力加工青铜的牌号由“Q”+主加元素符号+主加元素的
24、平均质量分数+其他加入元素的平均质量分数组成。如QSn4-3表示锡的平均质量分数为4%、锌的平均质量分数为3%、其余为铜的锡青铜；QAl7表示铝的平均质量分数为7%、其余为铜的铝青铜。青青铜铜3.锡青铜是以锡为主要合金元素的铜基合金，是人类历史上应用最早的金属。锡能溶于铜而形成固溶体，但溶解度小于14%。由于固溶体在生产条件下不易达到平衡状态，因而在铸造状态下，锡的质量分数大于6%时，就可能出现+的共析体，是一个硬而脆的相。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金1 1）锡青铜锡青铜学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金锡的质量分数对锡青铜的力学性能的影响如图8-6所示。由图8-6可见，
25、当锡的质量分数较小时，随着锡的质量分数的增加，青铜的强度和塑性增加；当锡的质量分数大于6%时，因合金中出现相而使塑性急剧下降，但强度仍然很高；当锡的质量分数大于10%时，塑性已明显降低；当锡的质量分数大于20%时，大量的相使强度显著降低，合金变得硬而脆，已无使用价值。故工业用锡青铜中锡的质量分数在3%14%。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金图8-6 锡的质量分数对锡青铜力学性能的影响学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金锡的质量分数小于8%的锡青铜具有较好的塑性和适当的强度，适于压力加工；锡的质量分数大于10%的锡青铜，由于塑性较差，只适于铸造。锡青铜在铸造时，由于结晶温度范围较
26、宽，凝固时体积收缩率小，有利于获得形状精确与结构复杂的铸件。但其熔液流动性差，偏析倾向大，易产生分散缩孔而使铸件的致密性降低，在高压下易渗漏，故不适于制造密封性要求高的铸件。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金2 2）铝青铜铝青铜铝青铜是由铜与铝为主加元素组成的铜合金，其强度、耐磨性、耐蚀性及耐热性比黄铜、锡青铜都好，且价格低廉，还可热处理（淬火、回火）强化。铝青铜的力学性能与铝的质量分数之间的关系如图8-7所示。当铝的质量分数小于5%时，强度很低；当铝的质量分数大于8%时，塑性急剧降低；当铝的质量分数为5%7%时，塑性很好，适于冷加工；当铝的质量分数为10%左右时，强度最高，常以铸态使
27、用。图8-7中虚线是经800 加热后的淬火状态下的性能，铝青铜淬火状态下抗拉强度明显提高的原因是相区快冷时，共析转变来不及进行，得到组织。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金图8-7 铝的质量分数对铝青铜力学性能的影响学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金铸造铝青铜常用来制造强度及耐磨性较高的摩擦零件，如齿轮、轴套、蜗轮等。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金3 3）铍青铜铍青铜铍青铜是以铍为主要合金元素的铜合金。铍青铜有很好的综合性能，不仅有高的强度、硬度、弹性、耐磨性、耐蚀性和耐疲劳性，还有高的导电性、热导性、耐寒性,以及无铁磁性和撞击不产生火花的特性。铍青铜通过淬火和时效
28、处理，Rm可达1 1761 470 MPa，硬度可达350400 HBW，远远超过其他铜合金，甚至接近高强度钢。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金铍青铜在工业上主要用于制造重要用途的弹性元件、耐磨零件和其他重要零件，如钟表齿轮、弹簧、电接触器、电焊机电极、航海罗盘以及在高温、高速下工作的轴承和轴套等。铍是稀有金属，价格高。铍青铜生产工艺较复杂，成本较高，因而在应用上受到了限制。在铍青铜中加入钛元素可减少铍的加入量，降低生产成本，并改善其工艺性能。硅青铜是以硅为主要合金元素的铜合金。硅青铜具有较好的力学性能、耐蚀性和良好的冷、热压力加工性能，常用于制造耐蚀、耐磨零件，还可用于制造长距离架
29、空的电话线和输电线等。除了上述几种青铜外，还有铅青铜、钛青铜等。常用青铜的牌号、化学成分、力学性能及用途见表8-7。学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金4 4）硅硅青铜青铜学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金学习情境学习情境二二 铜及铜合金铜及铜合金注：1.压力加工青铜的力学性能中，分子为在600 退火状态下测定，分母为在50%变形程度的硬化状态下测定。2.铸造青铜的力学性能中，分子为砂型铸造试样测定，分母为金属型铸造试样测定。学习情境三学习情境三 钛及钛合金钛及钛合金钛及钛合金是20世纪50年代出现的一种新型结构材料。由于钛的密度小，强度高，耐高温，耐蚀，资源丰富，现已成为航天、
30、化工和国防工业生产中广泛应用的材料。学习情境三学习情境三 钛及钛合金钛及钛合金纯钛呈银白色，密度为4.508103 kg/m3，熔点为1 677，热膨胀系数小。纯钛塑性好，强度低，容易加工成形。结晶后有同素异构转变，在加热到882 时，由密排六方晶格的-钛转变为体心立方晶格的-钛。钛与氧和氮的亲和力较大，非常容易与氧和氮结合形成一层致密的氧化物和氮化物薄膜，其稳定性高于铝及不锈钢的氧化膜，故在许多介质中钛的耐蚀性比不锈钢更优良，尤其是抗海水腐蚀的能力非常突出。一、工业纯钛纯钛的性能纯钛的性能1.学习情境三学习情境三 钛及钛合金钛及钛合金纯钛的牌号由“TA”和数字组成，其中数字表示顺序号，如TA
31、2表示2号工业纯钛。工业纯钛的牌号有TA1、TA2、TA3、TA4，顺序号越大，杂质的质量分数越多。工业纯钛的牌号、特性及应用见表8-8。纯钛的牌号纯钛的牌号2.学习情境三学习情境三 钛及钛合金钛及钛合金为提高钛的使用性能，常加入铝、锡、铜、铬、钼、钨、锆、锰、铁等元素，得到各种钛合金。按合金组织的不同，钛合金可分为钛合金、钛合金和（+）钛合金。二、钛合金 钛合金的主要合金元素有铝和锡。由于此类合金的钛向钛转变温度较高，因而在室温或较高温度时，均为单相固溶体组织，不能进行热处理强化。常温下，钛合金的硬度低于其他钛合金，但高温（500 600）条件下强度最高，组织稳定，焊接性良好。学习情境三学习
32、情境三 钛及钛合金钛及钛合金钛合金钛合金1.钛合金的牌号有TA5、TA6、TA7等。其中TA7是常用的钛合金，其成分为Ti-5Al-2.5Sn，即铝的质量分数为5，锡的质量分数为2.5，其余为钛。该合金具有较高的室温强度、高温强度及优越的抗氧化性和耐蚀性，还具有优良的低温性能。在-253 以下，其力学性能为Rm=1 575 MPa、A=12，主要用于制造使用温度不超过500 的零件，如航空发动机压气机叶片和管道，导弹的燃料缸，飞船的高压低温容器等。而TA4、TA5、TA6主要用做钛合金的焊丝材料。学习情境三学习情境三 钛及钛合金钛及钛合金学习情境三学习情境三 钛及钛合金钛及钛合金钛合金钛合金2
33、.钛合金中主要加入铜、铬、钼、钨和铁等促使相稳定的元素，在正火或淬火时容易将高温相保留到室温组织，得到较稳定的相组织。钛合金具有良好的塑性，在540 以下具有较高的强度，但其生产工艺复杂，合金密度大，故在生产中用途不广。钛合金的牌号有TB2、TB3和TB4等。学习情境三学习情境三 钛及钛合金钛及钛合金(+)钛合金钛合金3.（+）钛合金除含有铬、钼、钨等促使相稳定的元素外，还含有锡、铝等促使相稳定的元素。在冷却到一定温度时，发生相转变，室温下为+两相组织。（+）钛合金的强度、耐热性和塑性都比较好，并可以进行热处理强化，应用范围较广。（+）钛合金的牌号有TC1、TC2、TC3、TC4、TC6等。其
34、中以TC4（钛铝钒合金）用途最广、经淬火（930 加热）和时效处理（540，2 h）后，其Rm可达1 274 MPa、A13，并有较高的蠕变抗力、低温韧性和良好的耐蚀性。TC4合金适于制造在400 以下和低温下工作的零件，如火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料容器等。学习情境三学习情境三 钛及钛合金钛及钛合金常用钛合金的牌号、力学性能和用途见表8-9。学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金轴承合金是用于制造滑动轴承轴瓦及其内衬的材料合金。滑动轴承是机床、汽车和拖拉机的重要零件。当轴旋转时，在轴与轴瓦之间有很大的摩擦，并承受来自轴颈的交变载荷。因此，轴承合金应具有特有的性能。学习情境四学习
35、情境四 轴轴 承承 合合 金金轴承合金应具有下列性能。（1）轴承合金应具有足够的强度和硬度，以承受轴颈较大的压力。（2）轴承合金应具有高的耐磨性和小的摩擦系数，以减小轴颈的磨损。一、轴承合金的性能要求与组织轴承合金的性能要求轴承合金的性能要求1.学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金（3）轴承合金应具有足够的塑性和韧性、较高的抗疲劳强度，以承受轴颈的交变载荷，并抵抗冲击和振动。（4）轴承合金应具有良好的导热性及耐蚀性，以利于热量的散失和抵抗润滑油的腐蚀。（5）轴承合金应具有良好的磨合性，与轴颈能较快地紧密配合。学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金为了满足上述性能要求，轴承合金理想
36、的组织应软硬兼备，目前轴承合金有两类组织。轴承合金的组织特征轴承合金的组织特征2.学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金如图8-8所示，当轴工作时，轴承合金的软基体很快被磨凹下去，使硬质点因耐磨而凸出。凸出来的硬质点起到支承轴的作用，而凹下去的基体处能储存润滑油，从而形成近乎理想的摩擦条件，减少轴的磨损。另外，软基体还有抗冲击能力和磨合能力，同时，偶然进入的外来硬物也被压入软基体内，不致划伤轴颈表面。属于这类组织的有锡基和铅基轴承合金。1 1）在软基体上均匀分布着硬质点在软基体上均匀分布着硬质点学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金图8-8 轴承合金组织示意图学习情境四学习情境四
37、轴轴 承承 合合 金金若在硬基体上均匀分布着软质点也能构成轴承合金的理想组织。如常用的铅青铜ZCuPb30，因为铅不溶于铜，其室温组织是铅的颗粒分布在铜的基体上，铅颗粒为软质点，铜是硬基体。这类轴承合金的磨合性能较差，但承载能力较强。铅青铜常作为铸造轴承合金广泛用于制作航空发动机和高速柴油机的轴承。2 2）在硬基体上均匀分布着软质点在硬基体上均匀分布着软质点学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金轴承合金主要是有色金属合金，常用的有锡基和铅基轴承合金，此外，还有铜基、铝基和铁基等轴承合金。铸造轴承合金的牌号由“Z”+基体元素符号（锡、铅、铜、铝等）+主加元素符号+主加元素的质量分数+其他合
38、金元素的符号+其他合金元素的质量分数组成。其中，“Z”是“铸”字的汉语拼音首字母，如ZSnSb12Pb10Cu4表示锑的平均质量分数为12,铅的平均质量分数为10,铜的平均质量分数为4,余量为锡的铸造锡基轴承合金；ZPbSb16Sn16Cu2表示锑的平均质量分数为16%，锡的平均质量分数为16,铜的平均质量分数为2,余量为铅的铸造铅基轴承合金。常用铸造轴承合金的牌号、化学成分、硬度及主要用途见表8-10。二、常用轴承合金常用轴承合金的牌号常用轴承合金的牌号1.学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金锡基
39、轴承合金是以锡为基础，加入锑、铜等元素组成的合金，如ZSnSb11Cu6表示锑的平均质量分数为11，铜的平均质量分数为6的锡基轴承合金。其显微组织由三部分组成，其中软基体是锑溶于锡中的固溶体；硬质点是相，即以化合物SnSb为基体的固溶体;呈星状或放射状的是铜与锡形成高熔点的Cu3Sn化合物，也是硬质点。锡基轴承合金的显微组织如图8-9所示。常用轴承合金常用轴承合金1.1 1）锡基轴承合金锡基轴承合金学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金图8-9 锡基轴承合金的显微组织图学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金这种合金有较小的摩擦系数，较好的塑性和韧性，良好的导热性和耐蚀性，但疲劳强度
40、较低，且锡是稀缺昂贵的金属。常用于制造重要的轴承，如汽轮机、发动机、压缩机等的高速轴承。学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金铅基轴承合金是在软基体上分布着硬质点的组织，它是以铅、锑为基础，加入锡、铜等元素组成的合金。其软基体为（+）共晶体，相是锑溶于铅中形成的固溶体，相是以SnSb化合物为基体的含铅固溶体。硬质点是方块状初生相和针状Cu2Sb化合物，如图8-10所示。2 2）铅铅基基轴承合金轴承合金学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金图8-10 铅基轴承合金的显微组织图学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金铅基轴承合金的硬度、强度、韧性比锡基轴承合金低，摩擦系数大，但耐压
41、强度较高，铸造性好，常作为制造低速、小负荷的轴承使用，工作温度不超过120，如汽车、拖拉机的曲轴轴承、电动机轴承等。同样铅基轴承也须采用“挂衬”工艺进行挂衬。锡基轴承合金和铅基轴承合金统称为巴氏合金，它们都属于低熔点轴承合金。学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金以铅为主加元素的铜基合金称为铜基轴承合金，也称为铅青铜。铜基轴承合金是锡基轴承合金的代用品。常用牌号是ZCuPb30，表示铅的平均质量分数为30%的铸造铅青铜。铅和铜在固态时互不溶解，因此，它的室温显微组织是铜和铅。铜为硬基体，颗粒状铅为软质点。这是一种硬基体加软质点类型的轴承合金，可以承受较大的压力。铅青铜具有良好的耐磨性、高
42、的热导性（为锡基轴承合金的6倍）、高的疲劳强度，并能在较高温度下（300 320）工作。广泛用于制造高速、重载荷下工作的轴承，如航空发动机、大功率汽轮机、柴油机等高速机器的主轴承和连杆轴承。3 3）铜铜基基轴承合金轴承合金学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金4 4）铝铝基基轴承合金轴承合金目前采用的铝基轴承合金有铝锑镁轴承合金和高锡铝基轴承合金。这类合金并不直接浇铸成型，而是采用铝基轴承合金带与低碳钢带（08钢）一起轧制成双金属带料，然后制成轴承。铝锑镁轴承合金以铝为基础，加入Sb=3.54.5和Mg=0.30.7，其余为铝。在其组织中，软基体为共晶组织（Al+SbAl），硬质点为金属
43、化合物SbAl。由于镁的加入可使针状的SbAl改变为片状，从而改善合金的塑性和韧性，提高合金强度。目前，这种合金已大量应用在低速柴油机等的轴承上。学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金高锡铝基轴承合金以铝为基础，加入Si=20和Cu=1，它的组织实际上是在硬基体上分布着软质点。在合金中加入铜，以使其溶入铝中进一步强化基体，使轴承合金具有高的抗疲劳强度，良好的耐热、耐磨和抗蚀性。这种合金已在汽车、拖拉机、内燃机车的轴承上推广使用。学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金常用滑动轴承合金与轴配合的硬度要求见表8-11。学习情境四学习情境四 轴轴 承承 合合 金金各种滑动轴承合金的性能比较见表8-12。Thank you
