1、第九章 有色金属 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金第四节第四节 轴承合金轴承合金第五节第五节 镁及镁合金镁及镁合金第六节第六节 粉末冶金材料粉末冶金材料 有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热磁、热性能，耐蚀性能及性能，耐蚀性能及高的比强度高的比强度(强度与密度之比强度与密度之比)等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料.工业生产中，通常把钢铁材料称为工业生产中，通常把钢铁
2、材料称为黑色金属黑色金属（ferrous metalferrous metal），而把其它的金属材料称为），而把其它的金属材料称为有有色金属色金属（nonferrous metalnonferrous metal）。）。空客空客 A350复合材料用量复合材料用量 37%铝锂合金用量铝锂合金用量23%铝合金铝合金用量用量11%钛合金钛合金用量用量9%钢用量钢用量14%其它用量其它用量6%A380已正式选用铝锂合金制造地板梁，用作机身蒙皮和下翼面已正式选用铝锂合金制造地板梁，用作机身蒙皮和下翼面的桁条。的桁条。有色金属强化方式：固溶强化 加工硬化、细晶强化 沉淀强化（时效强化）很强较弱如如Al-C
3、uAl-Cu，Al-Cu-MgAl-Cu-Mg，Al-Mg-SiAl-Mg-Si（形成（形成CuAlCuAl2 2、MgMg2 2SiSi、AlAl2 2CuMgCuMg等强化相）等强化相）第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 一、纯铝一、纯铝纯铝纯铝:银白色金属光泽，银白色金属光泽，fccfcc，无同素异构转变，无磁性。，无同素异构转变，无磁性。密度小，熔点低密度小，熔点低(660.4),(660.4),导电、导热性能优良。导电、导热性能优良。耐大气腐蚀性好，但不抗盐碱。耐大气腐蚀性好，但不抗盐碱。强、硬度低，塑性好，易于加工成形强、硬度低，塑性好，易于加工成形 。牌号牌号：1 1（变形纯铝变
4、形纯铝）如如1A971A97、10701070（纯度分别为（纯度分别为99.97%99.97%、99.70%99.70%的纯铝）。的纯铝）。Z+铝元素符号铝元素符号+纯度百分含量数字（纯度百分含量数字（铸造纯铝铸造纯铝）如如 ZAl99.5ZAl99.5。注意：注意：1）纯铝铸造性能差，易产生热裂等铸造缺陷）纯铝铸造性能差，易产生热裂等铸造缺陷（因收缩率较大）；（因收缩率较大）；2）工业纯铝常含）工业纯铝常含铁、硅铁、硅等杂质，等杂质，塑性、导电塑性、导电性和导热性，性和导热性，化学稳定性。化学稳定性。用途用途：配制铝合金，制作电线、电缆和日用器具等配制铝合金，制作电线、电缆和日用器具等 （纯
5、铝力学性能低，铸造性能差）（纯铝力学性能低，铸造性能差）电线电线纯铝笔记本散热垫纯铝笔记本散热垫二、铝合金及时效强化二、铝合金及时效强化铝合金铝合金:既具有高强度又保持纯铝的优良特性既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。主加元素：主加元素：CuCu、MnMn、SiSi、MgMg、ZnZn、LiLi等等 辅加元素：辅加元素：CrCr、NiNi、TiTi、ZrZr 、RERE等。等。折叠梯折叠梯加热固溶加热固溶淬火过饱和淬火过饱和时效析出时效析出可热处理强化铝合金的热可热处理强化铝合金的热处理方法：处理方法：固溶处理固溶处理+时效时效固溶处理固溶处理：指将合金加热指将合金加热到固溶线以上，保温并到固
6、溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。相固溶体组织的处理。时效时效：指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度：指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。保温，以析出弥散强化相的热处理。时效过程中的组织变化时效过程中的组织变化以以Al-CuAl-Cu合金为例：合金为例：GPGP区区GPGP区区（过（过渡相渡相）过渡相过渡相平衡相平衡相溶质原子（溶质原子（Cu）富集区，）富集区，可以是片状、针状或球状可以是片状、针状或球状溶质原子继续富集，且溶质原子继续富集，且GP区区有序化有序化弹性畸变更严重弹性畸变更严重与与CuAl2化学成分
7、相当，与化学成分相当，与母相共格关系开始破坏母相共格关系开始破坏 相长大到一定尺寸时与相长大到一定尺寸时与母相完全脱离（非共格）母相完全脱离（非共格）时效机理时效机理：过饱和固溶体中形成溶质原子偏聚区过饱和固溶体中形成溶质原子偏聚区和由之脱溶出微粒弥散分布和由之脱溶出微粒弥散分布沉淀硬化。沉淀硬化。时效强化条件时效强化条件：固溶体有一定溶解度，且随：固溶体有一定溶解度，且随T，溶解度溶解度。过饱和程度越大，时效温度越高，时效进行得越过饱和程度越大，时效温度越高，时效进行得越强烈强烈。含含4%Cu4%Cu铝合金的时效曲线铝合金的时效曲线 时效时间时效时间/d自然时效：自然时效：在室温下进在室温下
8、进行的时效，以行的时效，以GP区强区强化为主；化为主；人工时效：人工时效：在加热条件在加热条件下进行的时效，以过渡下进行的时效，以过渡沉淀相强化为主。沉淀相强化为主。过时效过时效三、铝合金相图及分类三、铝合金相图及分类 铝合金一般具有铝合金一般具有有限固溶型共晶有限固溶型共晶相图。相图。可分为：可分为：铝合金分类铝合金分类示意图示意图铸造铝合金铸造铝合金变形铝合金变形铝合金1、变形铝合金、变形铝合金变形铝及铝合金牌号表示方法：变形铝及铝合金牌号表示方法：第一位数字表示铝及其合金的组别，用第一位数字表示铝及其合金的组别，用1、2、3，9依次表示依次表示纯铝纯铝以及以以及以铜、锰、硅、镁、镁铜、锰
9、、硅、镁、镁+硅、锌硅、锌、其他合金元素为主要合金元素的铝合金、其他合金元素为主要合金元素的铝合金及备用组及备用组GB 3190-82中的旧牌号表示方法为中的旧牌号表示方法为:防锈铝合金：防锈铝合金：LF+序号序号 硬铝合金：硬铝合金：LY+序号序号 超硬铝合金：超硬铝合金：LC+序号序号 锻铝合金：锻铝合金：LD+序号序号不可热处理的铝合金不可热处理的铝合金 可热处理的铝合金可热处理的铝合金（1）防锈铝合金）防锈铝合金 Al-Mn系（系（3）Al-Mg系系（5）Mn和和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。强化作用。特点特点：锻造退火后组织
10、为单相固溶体，锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，性能好，易于变形加工，但切削性能差但切削性能差。不能进行热处理强化不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。常利用加工硬化提高其强度。应用：应用：制作要求抗腐蚀而受力不大的零部件，如制作要求抗腐蚀而受力不大的零部件，如管道、油箱、液体容器、铆钉、防绣蒙皮。管道、油箱、液体容器、铆钉、防绣蒙皮。如如 LF21（3A21），），LF5（5A05）卫星天线卫星天线（LF2LF2）（2）硬铝合金）硬铝合金主要主要是是Al-Cu-Mg系系合金，并含少量合金，并含少量Mn。Cu、Mg 形成强化相形成强化相（CuAl
11、CuAl2 2）和和S S（AlAl2 2CuMgCuMg）MnMn （主要）改善合金的抗蚀性，（还有）固溶强（主要）改善合金的抗蚀性，（还有）固溶强化，不参与时效过程化，不参与时效过程 特点：特点：强度、硬度高，加工性能好，但焊接强度、硬度高，加工性能好，但焊接性和耐蚀性差。性和耐蚀性差。如何提高如何提高耐蚀性？耐蚀性？应用：应用：中等强度冲压件、模锻件和铆接件，中等强度冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉、飞机蒙皮、壁板如螺旋桨、梁、铆钉、飞机蒙皮、壁板等。等。常用硬铝合金如常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等。等。飞机翼梁飞机翼梁(腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金
12、)（3 3）超硬铝合金）超硬铝合金属属Al-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu系系合金，含少量合金，含少量CrCr和和MnMn。强化相：强化相：、S、（MgZnMgZn2 2）、）、T（AlAl2 2MgMg3 3ZnZn3 3）时效强化效果超过硬铝合金。时效强化效果超过硬铝合金。特点：特点：热态塑性好，热态塑性好，经淬火和经淬火和120120左右的人工左右的人工时效后可获得最高强度；时效后可获得最高强度；但耐蚀性很差。但耐蚀性很差。应用：应用：主要用于工作温度较主要用于工作温度较低、受力较大的结构件低、受力较大的结构件,如飞机大梁、起落架、螺如飞机大梁、起落架、螺旋桨叶片等。旋桨叶片等。
13、常用合金有常用合金有 LC4(7A04)LC4(7A04)、LC9(7A09)LC9(7A09)、70757075等。等。飞机前起落架飞机前起落架（4）锻铝合金）锻铝合金Al-Cu-Mg-Si系普通锻铝：系普通锻铝：可锻性好，力学性能高，可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。机叶轮、导风轮等。压气机叶片压气机叶片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金：系耐热锻铝合金：常用牌号有常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等等。用于制造。用于制造150 225下工作的零件，如压气
14、机叶片、超音下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。速飞机蒙皮等。2、铸造铝合金、铸造铝合金牌号表示：牌号表示：ZAl主要合金元素符号和平均百分含量主要合金元素符号和平均百分含量注：若平均含量小于注：若平均含量小于1，一般不标数字。，一般不标数字。Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金如如ZL102(ZAlSi12)是含是含12%Si的铝硅二元合金，的铝硅二元合金，称为称为简单硅铝明简单硅铝明。57711.7%ZL102组织和性能：（组织和性能：（粗针硅晶体粗针硅晶体+固溶体固溶体）共晶共晶，强度和塑性都较差。强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到生产上通常用钠盐变质剂进
15、行变质处理，得到细小细小均匀的共晶体均匀的共晶体+初生初生 组织，以提高性能。组织，以提高性能。未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102ZL102的铸态组织的铸态组织加入其他合金元素的铝硅铸造合金称加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂复杂(或特殊或特殊)硅铝明硅铝明。如。如ZAlSi12Cu1Mg1Ni1(ZL109)Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。蚀性、耐热性和焊接性能。活塞活塞用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片风机叶片、发动机活塞等。发动机活塞等
16、。箱体箱体 Al-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金特点特点：耐热性好，强度高；但密度大，铸造性能、耐耐热性好，强度高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差。蚀性能差。常用代号常用代号：ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)。汽缸头汽缸头主要用于制造在主要用于制造在较高温度较高温度下下（200300）工作的高）工作的高强零件，如内燃机汽缸头、强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽车活塞等。Al-Mg系铸造铝合金系铸造铝合金特点：特点：耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐热性低。耐热性低。常用代号常用代号：ZL301(ZAlMg10)、ZL3
17、03(ZAlMg5Si1)。主要用于制造外形简单、主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体如舰船配件、氨用泵体等。等。鼓风机密封件鼓风机密封件等等(ZL102(ZL102、301)301)Al-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金最便宜的一种铸造铝合金最便宜的一种铸造铝合金特点：特点：铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差但密度大，耐蚀性较差。常用代号常用代号：ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)主要用于制造形状复杂主要用于制造形状复
18、杂受力较小的汽车、飞受力较小的汽车、飞机、仪器零件。机、仪器零件。小小 结：结：Al-SiAl-Si系系合金铸造工艺性最好，具有中等强度合金铸造工艺性最好，具有中等强度和良好的抗蚀性，故应用最广；和良好的抗蚀性，故应用最广；Al-CuAl-Cu系系合金铸造性和抗蚀性较差，但有最高合金铸造性和抗蚀性较差，但有最高的室温和高温力学性能，多作为耐热铝合金和的室温和高温力学性能，多作为耐热铝合金和高强度铝合金用；高强度铝合金用；Al-MgAl-Mg系系合金有最好的抗蚀性和较高的强度，合金有最好的抗蚀性和较高的强度，但铸造性能和耐热性差，适于抗蚀、耐冲击和但铸造性能和耐热性差，适于抗蚀、耐冲击和表面装饰
19、性能高的铸件；表面装饰性能高的铸件；Al-ZnAl-Zn系系合金在强度、抗蚀性及铸造工艺性方合金在强度、抗蚀性及铸造工艺性方面均缺乏优势，故应用有限。面均缺乏优势，故应用有限。四、铝合金的热处理方式及特点四、铝合金的热处理方式及特点1 1、单级时效单级时效 即在固溶处理后只进行一次时效处理。时效可以是自然时效，即在固溶处理后只进行一次时效处理。时效可以是自然时效，也可以是人工时效，一般到最大硬化状态。有时为消除应力、稳也可以是人工时效，一般到最大硬化状态。有时为消除应力、稳定组织和零件尺寸或改善抗蚀性，也可采用过时效状态。定组织和零件尺寸或改善抗蚀性，也可采用过时效状态。优点：生产工艺比较简单
20、，也能获得很高的强度，但是显微组优点：生产工艺比较简单，也能获得很高的强度，但是显微组织的均匀性较差，在拉伸性能、疲劳和断裂性能与应力腐蚀抗力织的均匀性较差，在拉伸性能、疲劳和断裂性能与应力腐蚀抗力之间难以得到良好的配合。之间难以得到良好的配合。2 2、分级时效分级时效即在不同温度下进行两次或多次时效理，按其作用可分为预时即在不同温度下进行两次或多次时效理，按其作用可分为预时效和最终时效两个阶段。效和最终时效两个阶段。预时效处理温度一般较低，主要是在合金中形成高密度的预时效处理温度一般较低，主要是在合金中形成高密度的G.P.G.P.区。最终时效通过调整沉淀相的结构和弥散度以达到预期的性能区。最
21、终时效通过调整沉淀相的结构和弥散度以达到预期的性能要求。要求。目的：组织的均匀性得到较大的提高，获得较好的综合性能。目的：组织的均匀性得到较大的提高，获得较好的综合性能。3 3、回归处理回归处理 将经过自然时效的铝合金在将经过自然时效的铝合金在200250200250短时间加热，短时间加热，然后迅速冷却，可使合金的硬度和强度恢复到接近新固然后迅速冷却，可使合金的硬度和强度恢复到接近新固溶处理状态的水平，这种现象称为回归。经过回归处理溶处理状态的水平，这种现象称为回归。经过回归处理的合金在室温下放置一段时间，硬度和强度重新上升，的合金在室温下放置一段时间，硬度和强度重新上升，其水平与直接自然时效
22、后的接近。其水平与直接自然时效后的接近。应用：零件的修复和矫形，应用回归处理使零件得应用：零件的修复和矫形，应用回归处理使零件得到较好的塑性，修复和矫形后再进行自然时效而获得使到较好的塑性，修复和矫形后再进行自然时效而获得使用要求的性能。用要求的性能。第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 一、纯铜（紫铜）一、纯铜（紫铜）物理化学性能：物理化学性能：优良的导热性和导电性优良的导热性和导电性(仅次仅次于银居第二位于银居第二位),),较高的抗蚀性，色泽美观，具较高的抗蚀性，色泽美观，具有抗磁性有抗磁性。力学性能：力学性能：强度不高强度不高,硬度较低硬度较低,塑性好。塑性好。应用：应用：纯铜主要用于配制
23、铜合金，制作导电、纯铜主要用于配制铜合金，制作导电、导热材料及耐蚀器件等。导热材料及耐蚀器件等。分类：分类：根据杂质含量，工业纯铜分为：根据杂质含量，工业纯铜分为：T1,T2,T1,T2,T3,T4T3,T4。数字越大，纯度越低。数字越大，纯度越低。热脆热脆冷脆冷脆1.1.铜的合金化铜的合金化（1 1）固溶强化）固溶强化原理：原理：纯铜纯铜+合金元素（合金元素（ZnZn、AlAl、SnSn、MnMn、NiNi等）等）固溶体固溶体晶格畸变晶格畸变阻碍阻碍位错运动位错运动提高强度提高强度。（2 2）时效强化）时效强化原理：原理：铍、钛等合金元素在固态铜中，溶解度随温度铍、钛等合金元素在固态铜中，溶
24、解度随温度的降低而降低，在室温下形成过饱和固溶体，的降低而降低，在室温下形成过饱和固溶体，具有时效具有时效强化效果。强化效果。（3 3）过剩相强化）过剩相强化原理：原理：铜中加入元素超过最大溶解度后，会出现少量铜中加入元素超过最大溶解度后，会出现少量过剩相，可提高强度。过剩相，可提高强度。二、铜合金概述二、铜合金概述2.2.铜合金的分类及编号铜合金的分类及编号根据加入根据加入合金合金元素元素的不同分的不同分黄铜黄铜(brass)-(brass)-以以锌为主锌为主加元素。加元素。由于其呈由于其呈黄色黄色,故名黄铜。故名黄铜。白铜白铜（white copperwhite copper）-以以镍为主
25、镍为主加元加元素素。由于它银光闪闪而得名。由于它银光闪闪而得名。青铜青铜（bronzebronze）-指指除黄铜和白铜以外除黄铜和白铜以外的铜合金的铜合金。由于其呈青色由于其呈青色,故名青铜。故名青铜。加工普通黄铜的牌号为：加工普通黄铜的牌号为：H+铜平均百分含量铜平均百分含量，如，如H68。加工特殊黄铜的牌号为：加工特殊黄铜的牌号为：H+主加元素符号主加元素符号(Zn除外除外)+铜平铜平均百分含量均百分含量+主加元素平均百分含量主加元素平均百分含量,如如HPb59-1。加工青铜的牌号为：加工青铜的牌号为：Q+主加元素符号及其平均百分含量主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量其他元
26、素平均百分含量,如如QSn4-3(含含4%Sn、3%Zn)。编编号号铸造铜合金的牌号为：铸造铜合金的牌号为：ZCu+主加元素符号及平均百分主加元素符号及平均百分含量含量+其他元素符号及平均百分含量其他元素符号及平均百分含量，如，如ZCuZn38。三、黄铜三、黄铜以以锌锌为主要合金元素的铜合金。为主要合金元素的铜合金。黄铜按化学成分可分为黄铜按化学成分可分为普通黄铜普通黄铜和和特殊黄铜特殊黄铜。按工艺可分为按工艺可分为加工黄铜加工黄铜和和铸造黄铜铸造黄铜。黄铜铸件黄铜铸件黄铜棒黄铜棒1、普通黄铜、普通黄铜即铜锌二元合金。即铜锌二元合金。ZnZn的主要作用的主要作用:强度、硬度和塑性强度、硬度和塑
27、性，改善铸造性能。改善铸造性能。pw wZnZn 30%30%32%32%时，强度和塑性时，强度和塑性；p当当w wZnZn 32%32%时，塑性时，塑性，但强度还在，但强度还在，在，在w wZnZn=45%=45%附附近达到最大值。近达到最大值。p当当 w wZnZn4545时，强度和塑性都很低，合金已无使用价值。时，强度和塑性都很低，合金已无使用价值。因此，因此，工业用黄铜锌的质量分数均在工业用黄铜锌的质量分数均在46%46%以下。以下。能否时效强化？能否时效强化？普通黄铜的显微组织普通黄铜的显微组织 单相黄铜（单相黄铜（）两相黄铜两相黄铜（+）单相黄铜塑性好单相黄铜塑性好。常用牌号有常用
28、牌号有H80、H70、H68。适于制造冷变形零件，如弹壳、适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。冷凝器管等。两相黄铜热塑性好两相黄铜热塑性好,强度高强度高。常用牌号有常用牌号有H59、H62。适于制造受力件，如垫圈适于制造受力件，如垫圈、弹簧、弹簧、导管、散热器等导管、散热器等。冷凝器管冷凝器管汽车机油泵衬套汽车机油泵衬套2、特殊黄铜、特殊黄铜在普通黄铜的基础上加入在普通黄铜的基础上加入Al、Mn、Sn、Si、Pb等元等元素形成特殊黄铜。一般能提高强度。素形成特殊黄铜。一般能提高强度。黄铜制品黄铜制品常用牌号有常用牌号有HPb63-3HPb63-3、HAl60-1-1HAl60-1-1、HS
29、n62-1HSn62-1、HFe59-1-1HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4ZCuZn16Si4等。等。主要用于船舶及化工零件，如主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。承、衬套及阀体等。耐蚀性，铸造性能耐蚀性，铸造性能 切削性能切削性能四、青铜四、青铜除黄铜和白铜外的其他铜合金除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。统称为青铜。常用青铜有锡青铜、铝青铜、常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜。铍青铜、硅青铜、铅青铜。青铜制品青铜制品司母戊鼎司母戊鼎 1、锡青铜、锡青铜以以
30、锡锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为为主加元素的铜合金，锡含量一般为314%。锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小积收缩率在有色金属中最小。Cu-SnCu-Sn相图相图锡青铜耐蚀性良好，在大锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。的耐蚀性较差。常用牌号有常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。等。主要用于耐蚀承载件主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮如弹簧、
31、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。轴、蜗轮、垫圈等。锡青铜管锡青铜管船用青铜软船用青铜软管快速接头管快速接头阀阀(锡青铜阀锡青铜阀体、阀盖体、阀盖)2、铝青铜、铝青铜以以铝铝为主加元素的为主加元素的铜合金，铝含量铜合金，铝含量为为511%。强度、硬度、耐强度、硬度、耐大型水力发电设备中的抗磨环大型水力发电设备中的抗磨环 磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。好，但焊接性能差。l常用牌号有常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。等。l主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐主要用于制造船舶、飞机及仪
32、器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。3、铍青铜、铍青铜以以铍铍为主加元素的铜合金，铍含量为为主加元素的铜合金，铍含量为1.72.5%。具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。铍青铜制品铍青铜制品常用牌号有常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等等。用于重要的弹性用于重要的弹性件、耐磨件，件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，钟表的如精密弹簧、膜片，钟表的齿轮和发条，被称为齿轮和发条
33、，被称为“有色有色弹性材料之王弹性材料之王”。第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金 一、工业纯钛一、工业纯钛 纯钛密度小，熔点高；纯钛密度小，熔点高；882.5发生同素异构转变：发生同素异构转变：纯钛比强度高，塑性、低温韧纯钛比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。但化学稳定性和耐蚀性好。但化学稳定性差。性差。-Ti（bcc）-Ti（hcp）美美F-22F-22战机约战机约36%36%重量的零重量的零件用钛合金制造件用钛合金制造纯钛主要用于纯钛主要用于 350以下工作、强度要求不高的零以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及
34、舰船零部件。装置及舰船零部件。钛管换热器钛管换热器钛制蒸馏塔钛制蒸馏塔牌号牌号：TA1TA4二、钛合金二、钛合金 利用利用Me对对-Ti或或 -Ti的稳定作用，改变的稳定作用，改变、相的组成，从而控制性能。相的组成，从而控制性能。钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度、钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度、再结晶温度和耐热性。再结晶温度和耐热性。合金元素对钛同素异构转变温度的影响合金元素对钛同素异构转变温度的影响 稳定元素，稳定元素，如如Al、C、N、O、B 稳定元素，稳定元素，如如V、Mo、Fe、Mn、Cr中性元素，中性元素，如如Sn、Zr 按退火组织，钛合金可分为三类
35、：按退火组织，钛合金可分为三类：型钛合金型钛合金 （牌号：（牌号：TA+TA+顺序号）顺序号）型钛合金型钛合金 （牌号：（牌号：TB+TB+顺序号）顺序号）+型钛合金型钛合金（牌号：（牌号：TC+TC+顺序号）顺序号）1、型钛合金型钛合金主加元素为铝主加元素为铝，还有锡、硼等。，还有锡、硼等。不能热处理强化不能热处理强化，通常在退火状，通常在退火状态下使用，组织为单相态下使用，组织为单相 固溶体。固溶体。强度低于另两类钛合金，但高温强度低于另两类钛合金，但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越。强度、低温韧性及耐蚀性优越。常用牌号有常用牌号有TA5、TA7等。等。主要用于制造主要用于制造500以下工以
36、下工作的零件，如飞机压气作的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容及飞船上的高压低温容器等器等。钛合金泵钛合金泵-Ti-Ti合金组织合金组织2、型钛合金型钛合金加入元素有钼、铬、钒、铝等。加入元素有钼、铬、钒、铝等。经淬火加时效处理后，组织为经淬火加时效处理后，组织为 相相基体上分布着细小的基体上分布着细小的 相粒子。相粒子。强度高，成形性好，但耐热性和抗强度高，成形性好，但耐热性和抗氧化性差，且冶炼工艺复杂，氧化性差，且冶炼工艺复杂，难于焊接，应用受到限制难于焊接，应用受到限制。钛合金眼镜架钛合金眼镜架 型钛合
37、金主要有型钛合金主要有TB1、TB2。主要用于主要用于350以下工作的以下工作的结构件和紧固件结构件和紧固件,如飞机如飞机压气机叶片、轴、弹簧、压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等轮盘等。3、+型钛合金型钛合金加入的合金元素有铝、钒、加入的合金元素有铝、钒、钼、钼、铬等。铬等。可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、耐蚀性和低温韧性。强性、耐蚀性和低温韧性。以以TC4应用最广、用量应用最广、用量最大，其经过淬火加最大，其经过淬火加时效处理后，组织为时效处理后，组织为+时效析出的时效析出的针状针状。+型钛合金主要用于型钛合金主要用于制造制造400
38、以下工作以下工作的飞机压气机叶片、的飞机压气机叶片、火箭发动机外壳、火火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箭和导弹的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳箱部件及舰船耐压壳体等。体等。人工关节人工关节飞机压气机叶片飞机压气机叶片三、钛合金的热处理三、钛合金的热处理1、退火退火 消除应力退火（消除应力退火（450650450650，空冷），空冷）再结晶退火（再结晶退火（750800750800，空冷），空冷）2、淬火和时效淬火和时效用于用于 和和+钛合金的强化热处理钛合金的强化热处理过冷（相保留）（马氏体转变）稳定过冷淬火工艺：淬火工艺：760760950950，560min560min，水冷，水冷时效工艺
39、：时效工艺：450450550550，几几十小时，空冷几几十小时，空冷第四节第四节 轴承合金轴承合金 轴承合金：轴承合金：制造滑动轴承的轴制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金。瓦及其内衬的耐磨合金。轴承支撑着轴，当轴旋转时，轴轴承支撑着轴，当轴旋转时，轴瓦和轴发生强烈的摩擦，并瓦和轴发生强烈的摩擦，并承受轴颈传给的周期性载荷。承受轴颈传给的周期性载荷。一、概述一、概述 与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平稳，无噪音及拆装方便等优点。稳，无噪音及拆装方便等优点。（bearing alloy）轴承合金的性能要求：轴承合金的性能要求：足够的强韧性足
40、够的强韧性，以承受轴颈施加的交变冲击载荷。，以承受轴颈施加的交变冲击载荷。较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，以防，以防止轴与轴瓦之间咬合。止轴与轴瓦之间咬合。较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性，以减少，以减少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。有良好的工艺性有良好的工艺性，易制造且价格便宜。易制造且价格便宜。轴承合金的组织：轴承合金的组织：u在软的基体上，弧立地分布着硬质点，属于此组在软的基体上，弧立地分布着硬质点，属于此组织的有织的有锡基锡基和和铅基铅基轴承合金（轴承合金（巴氏合
41、金巴氏合金）。）。u在较硬的基体分布着软的质点，属此有铜基及铝在较硬的基体分布着软的质点，属此有铜基及铝基轴承合金。基轴承合金。轴瓦轴瓦是以锡为主并加入少量是以锡为主并加入少量锑、铜锑、铜等元素组成的合金，熔等元素组成的合金，熔点较低。点较低。二、锡基轴承合金二、锡基轴承合金(黑色黑色 基体基体+白亮块状白亮块状 （SnSb）+星状星状Cu3Sn或或Cu6Sn5)ZSnSb11Cu6ZSnSb11Cu6合金的显微组织合金的显微组织 锡基轴承合金具有较锡基轴承合金具有较高的耐磨性、导热性、高的耐磨性、导热性、耐蚀性和嵌藏性，摩耐蚀性和嵌藏性，摩擦系数和热膨胀系数擦系数和热膨胀系数小，但疲劳强度较
42、低，小，但疲劳强度较低，工作温度不超过工作温度不超过 150，价格高。，价格高。巴氏合金轴瓦巴氏合金轴瓦l广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃机广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃机等大型机器的高速轴瓦。等大型机器的高速轴瓦。三、铅基轴承合金三、铅基轴承合金是以铅为主，加入少是以铅为主，加入少量锑、锡、铜等元量锑、锡、铜等元素的合金。素的合金。ZPbSb16Sn16Cu2ZPbSb16Sn16Cu2合金的显微组织合金的显微组织(+)共晶基体共晶基体+方块状方块状SnSb+针状针状Cu3Sn 铅基轴承合金的强度、硬铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都度、耐蚀性和导热性都不如
43、锡基轴承合金，但不如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，其成本低，高温强度好，有自润滑性。有自润滑性。常用于低速、低载条件下工作的设备，如汽车、拖拉常用于低速、低载条件下工作的设备，如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。机曲轴的轴承等。锡基和铅基轴承合金强度比较低，为提高其承载能锡基和铅基轴承合金强度比较低，为提高其承载能力和使用寿命，生产上常采用离心浇注法，将它力和使用寿命，生产上常采用离心浇注法，将它们镶铸在低碳钢轴瓦上，形成一层薄而均匀的内们镶铸在低碳钢轴瓦上，形成一层薄而均匀的内衬，成为双金属轴承。衬，成为双金属轴承。表面保护层表面保护层 减磨层减磨层 镍栅层镍栅层 轴承合金轴承合金 衬背衬背
44、 1.1.铜基轴承合金铜基轴承合金铅青铜：铅青铜：ZCuPb30ZCuPb30，成分为，成分为30%Pb,30%Pb,其余为其余为CuCu。可。可制造大载荷、高速度的重要轴承，例如航空发动机、制造大载荷、高速度的重要轴承，例如航空发动机、高速柴油机的轴承。高速柴油机的轴承。锡青铜：锡青铜：ZCuSn10P1ZCuSn10P1，成分为，成分为10%Sn10%Sn、1%P,1%P,其余其余为为CuCu。适于制造中速、中载下工作的轴承，如电动机、。适于制造中速、中载下工作的轴承，如电动机、泵上的轴承泵上的轴承 。四、其他轴承合金四、其他轴承合金2.2.铝基轴承合金铝基轴承合金典型典型牌号牌号：ZAl
45、Sn6Cu1Ni1ZAlSn6Cu1Ni1。性能：性能：密度小，导热性好，疲劳强度高，价格低廉。密度小，导热性好，疲劳强度高，价格低廉。应用：应用：广泛用于高速、高负荷条件下工作的轴承，如重广泛用于高速、高负荷条件下工作的轴承，如重 型型汽车、拖拉机、内燃机的轴承。汽车、拖拉机、内燃机的轴承。第五节第五节 镁及镁合金镁及镁合金 一、纯镁一、纯镁银白色金属，熔点银白色金属，熔点648.80648.80，比锡稍硬；，比锡稍硬；密度小密度小（1.74g1.74gcmcm3 3），比热和膨胀系数较大（超过，比热和膨胀系数较大（超过铁的一倍，也高于铝），而弹性模量铁的一倍，也高于铝），而弹性模量43GP
46、a43GPa在常用航空在常用航空金属中是最低的；金属中是最低的；室温和低温时塑性较低室温和低温时塑性较低（hcphcp），易发生脆性断裂，但），易发生脆性断裂，但高温高温(150225)(150225)下的塑性较好（棱柱面也参与滑移），下的塑性较好（棱柱面也参与滑移），可进行各种形式的热变形加工；可进行各种形式的热变形加工；抗蚀性能差。抗蚀性能差。镁在空气中形成的氧化膜很脆，不致密，镁在空气中形成的氧化膜很脆，不致密，防护性很差。在潮湿大气、淡水、海水及绝大多数酸、防护性很差。在潮湿大气、淡水、海水及绝大多数酸、盐溶液中易受腐蚀。盐溶液中易受腐蚀。注：镁中主要杂质是铁、镍（注：镁中主要杂质是铁
47、、镍（耐蚀性）耐蚀性）二、镁合金二、镁合金合金元素用以改善力学性能、合金元素用以改善力学性能、耐蚀性及耐热性。耐蚀性及耐热性。主要有：主要有：AlAl、ZnZn、MnMn、ZrZr、RERE其中其中AlAl、ZnZn为时效强化主要元为时效强化主要元素（素（ZnZn效果不如效果不如Al)Al)；MnMn可提高耐蚀性和耐热性；可提高耐蚀性和耐热性；ZrZr可细化晶粒，净化合金；可细化晶粒，净化合金；RERE可提高耐热性（可提高耐热性（NdNd综合作综合作用最佳）。用最佳）。镁铝二元合金相图镁铝二元合金相图三、镁合金的热处理三、镁合金的热处理Mg中原子扩散速度慢，淬火放在静止或流动空气即可固溶。中原
48、子扩散速度慢，淬火放在静止或流动空气即可固溶。绝大多数镁合金对自然时效不敏感。绝大多数镁合金对自然时效不敏感。T1 变形加工后，直接人工时效变形加工后，直接人工时效 T2 退火退火 消除铸件及加工硬化的残余应力消除铸件及加工硬化的残余应力 T4 淬火淬火 提高提高b T6 淬火（空冷）淬火（空冷）+人工时效人工时效 s T61 热水中淬火热水中淬火+人工时效人工时效 提高强化效果提高强化效果 注：须防止零件加热中氧化、燃烧注：须防止零件加热中氧化、燃烧保持中性气氛保持中性气氛四、镁合金的分类、牌号及应用四、镁合金的分类、牌号及应用1、分类和牌号、分类和牌号2、应用、应用（a）Mg合金密度低即比
49、重合金密度低即比重，在航空航天减重，汽，在航空航天减重，汽车减重、油耗车减重、油耗（b）比强度高、减震性能）比强度高、减震性能，抗冲击性能，抗冲击性能电子电子器件，电磁屏蔽能力器件，电磁屏蔽能力，散热好，散热好变形变形Mg合金合金 英文字母英文字母+数字数字+英文字母英文字母 铸造铸造Mg合金合金 ZMg+主要合金元素符号及百分含量主要合金元素符号及百分含量 最主要的合金组成元素代号（如最主要的合金组成元素代号（如A代表铝，代表铝，Z代表代表锌，锌，M代表锰，代表锰，K代表锆，代表锆，E代表稀土）代表稀土）标识代号，用以标识各具体组成元标识代号，用以标识各具体组成元素相异或元素含量有微小差别的
50、不素相异或元素含量有微小差别的不同合金同合金 摩托车曲轴箱盖摩托车曲轴箱盖脚踏板脚踏板高压电器零件高压电器零件手机外壳手机外壳AJ62AJ62用于德国用于德国宝马宝马6 6缸发动机缸发动机美国的美国的B-36B-36轰炸机使用大量轰炸机使用大量的镁合金轧板；全机重量的镁合金轧板；全机重量162162，767767公斤，使用公斤，使用5,5555,555公斤镁板、公斤镁板、700700公斤镁合金公斤镁合金锻件及锻件及300300公斤之镁合金铸公斤之镁合金铸件。件。有有“全镁合金飞机全镁合金飞机”之称的之称的AradoArado 196 196 德国军机德国军机 使用镁板使用镁板5,5555,55
