第八章有色金属及其合金

1、第八章第八章 有色金属及其合金有色金属及其合金 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 一、工业纯铝一、工业纯铝 熔点熔点660，密度，密度2.7g/cm3； 导电导热性好，耐大气腐蚀；导电导热性好，耐大气腐蚀； 切削性好，塑性好、可冷成型；切削性好，塑性好、可冷成型； 强度低，不适合制作零件。强度低，不适合制作零件。 1、性能特点、性能特点 工业纯铝工业纯铝 L1 L5，做散热器、器皿等。做散热器、器皿等。 力学性能力学性能 b = 80100 MPa = 3050 % 2、工业纯铝代号、工业纯铝代号 二、铝合金二、铝合金 1、分类、分类 1）形变铝合金）形变铝合金 不能热处理强化不能热处理强化

2、 能热处理强化能热处理强化 2）铸造铝合金）铸造铝合金 1）形变铝合金）形变铝合金 防锈铝防锈铝 LF，不可热处理强化，做油箱、油管、铆钉。不可热处理强化，做油箱、油管、铆钉。 硬铝硬铝 LY，做螺旋桨叶片、支柱。做螺旋桨叶片、支柱。 超硬铝超硬铝 LC，做飞机大梁、起落架。做飞机大梁、起落架。 锻铝锻铝 LD，做锻件、模锻件。做锻件、模锻件。 合金合金 类别类别 代号代号 主主 要要 化化 学学 成成 分分, % 热处理热处理 机械性能机械性能 CuMgMgMn其它其它 b b MPa % HB 防锈防锈 铝铝 LF54.55.50.30.6 退火退火 2702370 LF114.85.50

3、.30.6V 0.020.22702370 LF211.01.61302330 硬铝硬铝 LY12.23.00.20.5 固溶处理固溶处理 + 自然时效自然时效 3002470 LY113.84.80.40.80.40.842018100 LY123.84.91.21.80.30.948011131 超硬超硬 铝铝 LC41.42.01.82.80.20.6Zn 5.07.0 固溶处理固溶处理 + 人工时效人工时效 60012150 LC62.22.82.53.20.20.5Zn 7.68.66807190 锻铝锻铝 LD51.82.60.40.80.40.8Si 0.71.242013105

4、 LD71.92.51.41.8Ni 11.5Fe 1.01.544013120 LD103.94.80.40.80.41.0Si 0.51.248010135 2）铸造铝合金）铸造铝合金 Al-Si 合金（硅铝明）合金（硅铝明） 铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）。铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）。 变质后，共晶体（细点状变质后，共晶体（细点状Si + 基体基体 ）+ 初晶初晶 变质处理变质处理 显著提高力学性能。显著提高力学性能。 组织组织 变质前，共晶体（粗针状变质前，共晶体（粗针状Si + 基体基体 ）+ 初晶初晶Si ZL102的铸态组织，未变质，的铸态组织，未变质，500 变

5、质处理变质处理后后，100 铸造铝合金的应用铸造铝合金的应用 合金合金代号代号 主主 要要 化化 学学 成成 分分, , %机机 械械 性性 能能 SiCuMg 铸造铸造 方法方法 热处热处 理理 b MPa % HB 铝硅铝硅 ZL1016.08.00.20.4SBT6230170 ZL1021013 SB J T2 T2 143 153 4 2 50 50 ZL1104.06.05.08.00.20.5JT117090 铝铜铝铜ZL2034.05.0JT4210660 铝镁铝镁ZL3019.511.5ST4280920 铝锌铝锌ZL4026.08.0Zn570.40.7JT1240470

6、铸造方法：铸造方法：SBSB砂型变质；砂型变质；J金属砂；金属砂；S S砂型砂型 热处理：热处理：T1T1不淬火，人工时效；不淬火，人工时效； T2T2退火；退火； T4T4淬火淬火+ +自然时效；自然时效；T6T6淬火淬火+ +人工时效人工时效 2、强化方法、强化方法 固溶、时效强化、冷变形，变质处理固溶、时效强化、冷变形，变质处理 固溶强化（水冷淬火）固溶强化（水冷淬火） 过饱和固溶体过饱和固溶体 时效强化时效强化 淬火后合金强硬度随时间延长而显著升高淬火后合金强硬度随时间延长而显著升高 时效工艺时效工艺 过饱和固溶体分解，析出强化相过饱和固溶体分解，析出强化相 。 自然时效自然时效 在室

7、温长时间停留，如数天。在室温长时间停留，如数天。 人工时效人工时效 加热至加热至100200，保温一定时间。，保温一定时间。 时效效果时效效果 时效温度高，则速度快，但强化效果小。时效温度高，则速度快，但强化效果小。 -CuAl2 熔点熔点1083，密度密度8.9g/cm3 ; 导电导热性仅次于导电导热性仅次于Ag; 耐大气、水腐蚀耐大气、水腐蚀; 切削性好，塑性好，可冷、热成形。切削性好，塑性好，可冷、热成形。 1、性能特点、性能特点 第二节铜及铜合金第二节铜及铜合金 一、纯铜一、纯铜 紫铜（紫红色）紫铜（紫红色） 2、工业纯铜代号、工业纯铜代号 工业纯铜工业纯铜 T1 T4 ，做电导体。做

8、电导体。 力学性能力学性能 b = 230250 MPa = 4050 % 纯铜管纯铜管 二、铜合金二、铜合金 1、黄铜、黄铜 Cu-Zn系合金系合金 1）普通黄铜）普通黄铜 Cu-Zn合金合金 单相黄铜单相黄铜 如如 H80，含含 80% Cu ， 单相单相，塑性好，可冷成型。塑性好，可冷成型。 双相黄铜双相黄铜 如如 H59，+ ， 可热变形。可热变形。 铸造黄铜铸造黄铜 如如 ZCuZn38， 含含38% Zn 。 v 奖牌黄铜奖牌黄铜 - H90 v 弹壳黄铜弹壳黄铜 - H70 ( H68 ) v 日用黄铜日用黄铜 - H62 ( H59 ) 常用的黄铜常用的黄铜 组织组织 代号代号

9、 化学成分化学成分, %, %机械性能机械性能 CuZn 加工加工 状态状态 b MPa % HB H969597余量余量退火退火25035 H807981余量余量退火退火27050 H686770余量余量退火退火30040 H595760余量余量 退火退火 变形变形 300 420 25 5 103 牌号牌号 (a) 单相黄铜单相黄铜 Cu-Zn合金的显微组织合金的显微组织 (b) 双相黄铜双相黄铜+ 性能：性能： Zn39% 为单相黄铜，为单相黄铜， Zn, ,固溶强化使固溶强化使 强度、硬度升高，强度、硬度升高， 同时塑性好，同时塑性好，Zn含量含量30%时塑性最好时塑性最好; Zn39

10、%为双相黄铜，为双相黄铜， Zn,强度、硬度继续升高，塑性下降，强度、硬度继续升高，塑性下降， Zn含量含量45%时强度最高时强度最高; Zn 45%为多相黄铜，为多相黄铜， Zn,强度、塑性急剧下降。强度、塑性急剧下降。 普通黄铜的腐蚀普通黄铜的腐蚀 黄铜的腐蚀黄铜的腐蚀季裂（应力腐蚀破裂）与季裂（应力腐蚀破裂）与 脱锌脱锌 季裂：季裂：Zn7（尤其（尤其Zn20）；）； 存在残余应力；存在残余应力； 存在潮湿大气、海水、氨气和存在潮湿大气、海水、氨气和SO2环境。环境。 防止季裂的方法：防止季裂的方法：消除内应力（去应力退火）；消除内应力（去应力退火）； 加入加入Sn、Si、Al、Mn等元

11、素。等元素。 脱锌：脱锌：锌的电极电位远低于铜锌的电极电位远低于铜 , 所以在盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀所以在盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀 防止脱锌的方法：防止脱锌的方法：加入加入砷砷或或镁镁可防止脱锌可防止脱锌 2）特殊黄铜）特殊黄铜 改善改善Cu-Zn合金的耐蚀性、机械性能。合金的耐蚀性、机械性能。 组组 别别代代 号号 主要化学成分主要化学成分, %, %机械性能机械性能( (变形变形) ) Cu其它其它 b MPa % HB Pb黄铜黄铜 HPb 63-3 HPb 60-1 62.065.0 59.061.0 Pb 2.43.0 Pb 0.61.0 600 610 5 4 SnSn黄

12、铜黄铜 HSn 90-1 HSn 62-1 88.091.0 61.063.0 Sn 0.250.75 Sn 0.71.1 520 700 5 4 148 Al黄铜黄铜HAl 77-276.079.0Al 1.82.665012170 SiSi黄铜黄铜HSi 65-1.5-363.566.5 Si 1.02.0 Pb 2.53.5 6008160 Mn黄铜黄铜 FeFe黄铜黄铜 HMn 58-2 HFe 59-1-1 57.060.0 57.060.0 Mn 1.01.2 Fe 0.61.2 700 700 10 10 175 160 NiNi黄铜黄铜HNi 65-564.067.0Ni 5.

13、06.57004 编号（代号）：编号（代号）：压力加工特殊黄铜压力加工特殊黄铜 H+主加元素符号主加元素符号+含铜量含铜量+主加元素含量主加元素含量 铸造特殊黄铜铸造特殊黄铜 ZCuZn+含锌量含锌量+其他元素符号及含量其他元素符号及含量 如如ZCuZn40Mn2 常用特殊黄铜的主加元素及特点：常用特殊黄铜的主加元素及特点： 加入加入P、Si改善铸造性和提高耐磨性；改善铸造性和提高耐磨性； 加入加入Pb改善切削加工性能；改善切削加工性能； 加入加入Fe提高强度和韧性；提高强度和韧性； 加入加入Sn提高对海洋大气和海水的抗蚀性；提高对海洋大气和海水的抗蚀性； 加入加入Mn提高强度和耐蚀性；提高强

14、度和耐蚀性； 加入加入Al提高强度、硬度和耐蚀性；提高强度、硬度和耐蚀性； 总之，特殊黄铜除了具有较高的机械性能以外，还具有良好的耐蚀性能总之，特殊黄铜除了具有较高的机械性能以外，还具有良好的耐蚀性能 （在大气、淡水、海水、蒸汽和有机氟里昂中）。（在大气、淡水、海水、蒸汽和有机氟里昂中）。 3）黄铜在船机中的应用）黄铜在船机中的应用 普通黄铜普通黄铜水泵、冰机的零部件水泵、冰机的零部件 锡黄铜锡黄铜冷却器和冷凝器的管道冷却器和冷凝器的管道 锰黄铜锰黄铜尾轴轴套和螺旋桨尾轴轴套和螺旋桨 铝黄铜铝黄铜大型海船和军舰的螺旋桨等大型海船和军舰的螺旋桨等 法兰阀法兰阀闸阀闸阀 冷凝器管冷凝器管 黄铜制品

15、黄铜制品 2、青铜、青铜 Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Be系等合金系等合金。 压力加工青铜压力加工青铜 Sn青铜青铜 如如 QSn4-3，含含4%Sn 、3%Zn，其余为其余为 Cu 。 做轴承、弹簧等。做轴承、弹簧等。 Al青铜青铜 如如 QAl 10-3-1.5，做耐蚀、抗磨的齿轮、轴套等。做耐蚀、抗磨的齿轮、轴套等。 Be青铜青铜 如如 QBe2，做弹簧，高速轴承等。做弹簧，高速轴承等。 铸造青铜铸造青铜 如如Sn青铜青铜 ，ZCuSn10Zn2 。 编号编号 1）锡青铜（）锡青铜（Cu+Sn） 成分、组织成分、组织 Sn5 单相组织，塑性好，适于冷、热加工；单相组织，塑性好，适于冷、

16、热加工； 5Sn7 两相组织，塑性下降，硬度提高，宜热加工。两相组织，塑性下降，硬度提高，宜热加工。 常用锡青铜的含锡量为常用锡青铜的含锡量为3 14（Sn20，其强度急剧下降），其强度急剧下降） 性能性能 强度较高，在大气、淡水、海水和水蒸气中有很好的耐蚀性，强度较高，在大气、淡水、海水和水蒸气中有很好的耐蚀性， 铸造时流动性小、偏析大，易形成分散缩孔，但收缩率极小，铸造时流动性小、偏析大，易形成分散缩孔，但收缩率极小， 不宜铸造气密性要求高的零件。不宜铸造气密性要求高的零件。 用途用途 对气密性要求不高的耐蚀、耐磨零件（如轴套）和工艺品等。对气密性要求不高的耐蚀、耐磨零件（如轴套）和工艺品

17、等。 2）无锡青铜）无锡青铜 铝青铜（铝青铜（Cu+Al） 特性：特性：比黄铜、锡青铜的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性更高，比黄铜、锡青铜的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性更高， 铸造时流动性好，偏析小，不易形成分散缩孔，易获得组织致密的铸造时流动性好，偏析小，不易形成分散缩孔，易获得组织致密的 铸件，但收缩率较大。铸件，但收缩率较大。 应用：应用：要求强度较高的耐蚀、耐磨零件，如：齿轮、蜗轮、轴套、要求强度较高的耐蚀、耐磨零件，如：齿轮、蜗轮、轴套、 大型螺旋桨等。大型螺旋桨等。 铅青铜（铅青铜（Cu+Pb） 特性：特性：优良的耐磨性。优良的耐磨性。 应用：应用：常用于制作大功率高速柴油机轴承。常用于

18、制作大功率高速柴油机轴承。 硅青铜（硅青铜（Cu+Si） 特性：特性：优良的耐蚀性。优良的耐蚀性。 应用：应用：常用于船机零件和排水系统管件的制造。常用于船机零件和排水系统管件的制造。 铍青铜（铍青铜（Cu+Be） 特性：特性：能固溶热处理时效强化，导电、导热和耐蚀性能均好，具有高的弹能固溶热处理时效强化，导电、导热和耐蚀性能均好，具有高的弹 性极限、疲劳极限和耐磨性，良好的冷、热加工性能和铸造性。性极限、疲劳极限和耐磨性，良好的冷、热加工性能和铸造性。 应用：应用：重要弹簧、导电弹性元件、钟表齿轮、防爆工具等。重要弹簧、导电弹性元件、钟表齿轮、防爆工具等。 3、白铜、白铜 Cu-Ni 系合金

19、系合金 如，如，B19 ，含含 19%Ni 的普通白铜，做船舶仪器零件等。的普通白铜，做船舶仪器零件等。 应用：应用：精密机械、换热器、传热板、热电偶、电热器等电工材料精密机械、换热器、传热板、热电偶、电热器等电工材料 编号编号 性能：性能：较高的强度和塑性，良好的耐蚀性，较高的强度和塑性，良好的耐蚀性， 较高的电阻率和高的热稳定性能。较高的电阻率和高的热稳定性能。 第三节滑动轴承合金第三节滑动轴承合金 工作条件工作条件 冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦。冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦。 性能性能 高硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好。高硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好。 导热、抗

20、蚀性好。导热、抗蚀性好。 轴瓦轴瓦 滑动轴承的作用滑动轴承的作用支承轴和轴上零件的转动。支承轴和轴上零件的转动。 滑动轴承的类型滑动轴承的类型两半式、整体式两半式、整体式 滑动轴承的组成滑动轴承的组成轴承体轴承体+轴瓦。轴瓦。 轴瓦的构成轴瓦的构成瓦壳（钢）瓦壳（钢）+瓦衬（轴承合金）瓦衬（轴承合金） 工件体工件体 轴轴 轴瓦轴瓦 1 1、两半式厚壁轴瓦、两半式厚壁轴瓦 主要用于中、低速船用柴油机的主轴承、曲柄销轴承和十字头轴承。主要用于中、低速船用柴油机的主轴承、曲柄销轴承和十字头轴承。 2 2、两半式薄壁、两半式薄壁轴瓦轴瓦 3 3、整体式、整体式轴瓦（轴套）轴瓦（轴套） 多用于尾轴承、连

21、杆小端轴承和摇臂轴承等处多用于尾轴承、连杆小端轴承和摇臂轴承等处 一、轴瓦的结构一、轴瓦的结构 二、轴承合金的性能和组织特点二、轴承合金的性能和组织特点 1 1、轴承合金所需的性能、轴承合金所需的性能 1 1）在工作温度下有足够的强度、硬度、疲劳强度，足够的塑性和韧性）在工作温度下有足够的强度、硬度、疲劳强度，足够的塑性和韧性； 2 2）具有良好的减摩性，摩擦系数低，磨合性好，良好的抗咬合性、嵌藏性）具有良好的减摩性，摩擦系数低，磨合性好，良好的抗咬合性、嵌藏性 和亲油性和亲油性； 3 3）具有良好的耐蚀性、导热性和较小的膨胀系数）具有良好的耐蚀性、导热性和较小的膨胀系数； 4 4）良好的工艺

22、性，易于铸造和切削加工）良好的工艺性，易于铸造和切削加工。 主要用于中、高速柴油机轴承。主要用于中、高速柴油机轴承。 2 2、轴承合金的组织特点、轴承合金的组织特点软基体软基体+硬质点（或硬基体硬质点（或硬基体+软质点）软质点） 工作时，软基体磨损快而凹陷成为储油窝，有利于油膜的形成，工作时，软基体磨损快而凹陷成为储油窝，有利于油膜的形成， 从而减少摩擦系数和振动；同时还满足了磨合性和嵌藏性；从而减少摩擦系数和振动；同时还满足了磨合性和嵌藏性； 凸起的硬质点起支承作用凸起的硬质点起支承作用。 润滑油空间润滑油空间 轴轴 硬硬质点质点 软基体软基体 轴瓦轴瓦 三、常用轴承合金三、常用轴承合金 1

23、、巴氏合金、巴氏合金 1）Sn基轴承合金基轴承合金 成分：成分：Sn+Sb+Cu （锡锑铜合金）（锡锑铜合金） 组织：组织： 软基体软基体 + 硬质点硬质点 （白方块是白方块是-SnSb 白针状白针状Cu6Sn5 ） ZChSnSb11-6的组织，的组织，100 2）Pb基轴承合金基轴承合金 2、Cu基轴承合金基轴承合金 高速重载轴承。高速重载轴承。 1）Pb青铜，青铜，ZCuPb30，CuCu硬基体硬基体PbPb粒子软质点。粒子软质点。 牌号（代号）：牌号（代号）：ZCh+Sn+主加元素符号及含量主加元素符号及含量+其它元素含量其它元素含量 例：例：ZChSnSb11-6（含（含11%Sb，

24、6%Cu ） 加铜的作用是为了消除比重偏析加铜的作用是为了消除比重偏析 特点：特点：磨合性、嵌藏性、耐蚀性、导热性和韧性好，膨胀系数小，但疲劳强度磨合性、嵌藏性、耐蚀性、导热性和韧性好，膨胀系数小，但疲劳强度 低，耐热性差，工作温度小于低，耐热性差，工作温度小于110，有偏析现象，价格贵。，有偏析现象，价格贵。 应用：应用：船用低速柴油机的主轴承、曲柄销轴承、十字头轴承、船用低速柴油机的主轴承、曲柄销轴承、十字头轴承、 中间轴承和尾轴承等。中间轴承和尾轴承等。 组织：组织：()共晶软基体共晶软基体 + 硬质点硬质点 成分：成分：Pb+Sn+Sb+Cu 特点：特点：性能比锡基巴氏合金较差，价格便

25、宜。性能比锡基巴氏合金较差，价格便宜。 应用：应用：中速、中载、冲击不大的滑动轴承。中速、中载、冲击不大的滑动轴承。 如甲板机械、不太重要的辅机轴承。如甲板机械、不太重要的辅机轴承。 牌号：牌号：ZChPbSb16-16-2 2）Sn青铜青铜，ZCuSn10P1ZCuSn10P1， 特性：特性：具有较高的承载能力和疲劳强度，耐磨性、导热性好，摩擦系较具有较高的承载能力和疲劳强度，耐磨性、导热性好，摩擦系较 小，工作温度较高，耐蚀性、磨合性、嵌藏性和抗咬合性等均低小，工作温度较高，耐蚀性、磨合性、嵌藏性和抗咬合性等均低 于巴氏合金于巴氏合金, ,工作温度工作温度250 250 。 应用：应用：高速重载及冲击载荷的重要轴承。（高速大功率柴油机的主轴承等）高速重载及冲击载荷的重要轴承。（高速大功率柴油机的主轴承等） 注：为了改善铅青铜的表面性能，常在表面镀锡，制成三层结构轴瓦注：为了改善铅青铜的表面性能，常在表面镀锡，制成三层结构轴瓦 特性：特性：较高的强度和疲劳强度，耐磨性、耐蚀性、导热性均较好，较高的强度和疲劳强度，耐磨性、耐蚀性、导热性均较好， 良好的铸造性和切削加工性，工作温度可达良好的铸造性和切削