有色金属及粉末冶金材料

1、有色金属及粉末冶金材料有色金属是指所有的非铁金属及其合金，如铝及其合金、铜及其合金、滑动轴承合金等。与钢铁材料相比，有色金属有其特殊的性能和应用场合，是现代工业中不可缺少的材料，广泛应用于机械制造、航空、航天、航海、化工、电器等部门。一、铝及其合金铝及其合金是航空工业中的主要结构材料，是有色金属中应用最广泛的结构材料。1.工业纯铝纯铝呈银白色，是地壳中蕴藏量最丰富的元素之一，约占全部金属元素的1/3。铝是一种轻金属，面心立方晶格、无同素异晶转变，具有许多优良的性能：（1）熔点低、密度小。铝的熔点660，易于铸造成型。铝的密度为2.7 g/cm3，约为铁的1/3，比强度高于铁。（2）优良的加工工

2、艺性能。纯铝的强度、硬度低（b=80100 MPa，20HBS），塑性、韧性很好（=50%、=80%），可以进行各种冷、热加工。纯铝经冷变形强化后，强度b=150250 MPa，但塑性下降。（3）良好的电导性和热导性。铝的电导性仅次于金、银、铜，其电导率是铜的60%。（4）良好的耐大气腐蚀能力。纯铝和氧的亲和力很大，在空气中会生成致密的Al2O3薄膜，有效阻止铝的进一步氧化。铝含量不低于99.00%为纯铝，其牌号按 GB/T 16474-1996的规定，用l×××表示。牌号的最后两位数字表示铝的最低百分含量，第二位字母表示原始纯铝的改型情况，如lA35表示wAl=

3、99.35%的纯铝。工业纯铝是wAl=99.0099.80%的纯铝，杂质元素是铁、硅等，其含量越多，电导性、热导性、耐蚀性和塑性越差。工业纯铝主要用来制作电线、电缆、散热片、配置合金等。2.铝合金纯铝的强度低，不能用来制作受力的结构零件。加入硅、铜、镁、锰等合金元素，可形成具有较高强度的铝合金。经过冷变形强化和热处理，还可进一步提高强度，满足使用要求。铝合金的比强度高、耐蚀性和切削加工性好，广泛用于航空工业。图4-14 二元铝合金一般相图（1）铝合金的分类与牌号1）铝合金的分类铝合金按其成分和工艺特点，分为变形铝合金和铸造铝合金两大类，见图4-14。成分在D点右边的合金称为铸造铝合金，成分在D

4、点左边的合金称为变形铝合金。在变形铝合金中，成分在F点左边的合金，其固溶体的成分不随温度而变化，不能热处理强化，称为不能热处理强化的铝合金；成分在F点右边的合金，其固溶体成分随温度而变化，能热处理强化，称为能热处理强化的铝合金。2）铝合金的牌号变形铝合金牌号按国标GB/T 16474-1996的规定，采用四位字符牌号，用“第一位数字+字母+后两位数字”表示。字母表示原始合金的改型情况，A为原始合金、BY为原始合金的改型情况；第一位数字表示铝合金的组别，2是以铜为主要合金元素的铝合金、3是以锰为主要合金元素的铝合金、5是以镁为主要合金元素的铝合金、6是以镁和硅为主要合金元素，以Mg2Si为强化相

5、的铝合金、7是以锌为主要合金元素的铝合金；后两位数字用来区分同一组中不同的铝合金。例如，5A02表示以镁为主要合金元素、02号原始铝合金铸造铝合金牌号用“Z+Al+元素符号+数字”表示字母Z是“铸”字汉语拼音字首，Al后的元素符号是主加合金元素，数字是其百分含量。例如，ZAlSi9Mg表示wSi=9%、wMg=1%、余量为铝的铸造铝合金。（2）铝合金的热处理铝合金的热处理与钢不同，主要方法是固溶处理和时效。固溶处理是将能热处理强化的铝合金加热至高温单相区，经保温第二相溶解形成单相固溶体后，迅速水冷至室温，得到过饱和的固溶体的工艺。时效是将经固溶处理后的铝合金，在室温或加热到一定的温度，其性能随

6、时间发生变化的现象。铝合金经固溶处理后，得到过饱和的固溶体，强度和硬度不会明显升高，塑性会显著提高。但这种组织是不稳定的，经时效处理，细小弥散分布的第二相析出，强度和硬度显著升高，塑性下降。图4-15是铝合金自然时效曲线。由此可见，自然时效过程是一个逐渐变化的过程，在时效初始阶段（孕育期），强度和硬度变化不大，塑性较好，容易进行各种冷变形加工。孕育期后，强度、硬度迅速增高 ，随后又趋于稳定。图4-16是人工时效温度对强度的影响。时效温度高，时效速度快。但时效温度过高，合金会出现软化现象，称之为过时效处理。图4-15 wCu=4%的铝合金自然时效曲线图4-16 人工时效温度对强度的影响（3）变形

7、铝合金变形铝合金主要有防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻铝合金四种。防锈铝合金防锈铝合金中的主要合金元素是镁或猛，其作用是提高抗蚀能力、起固溶强化作用，镁还可降低合金比重。这类合金不能热处理强化，可通过冷变形强化。典型牌号有5A05和3A21，主要用于制作焊接容器、铆钉、导管等。硬铝合金硬铝合金中的主要合金元素是铜和镁，其主要作用是形成强化相，提高热处理强化效果。这类合金能热处理强化，也能通过冷变形强化。典型牌号有2A11和2A12，主要用于制作中、高强度结构件，如大型铆钉、螺旋桨叶片、骨架、梁等。硬铝合金的不足之处是耐蚀性较差、固溶处理的加热温度范围很窄，在使用或加工时必须予以注意。超硬铝

8、合金超硬铝合金的主要合金元素是铜、镁、锌，其主要作用是形成多种复杂的强化相，经固溶处理和人工时效后，可获得很高的强度和硬度。这类合金的典型牌号有7A04，主要用于制作飞机的大梁、桁架、起落架等高强度零件。超硬铝合金的抗蚀性差、高温下软化快，使用时应注意。锻铝合金锻铝合金的主要合金元素是铜、硅、镁，每种元素用量少。这类合金的力学性能与硬铝相近，还具有较好的耐蚀性和良好的热塑性，适于锻造成形，典型牌号有2A50和2A70，主要用于制作承受较重载荷的锻件和模锻件，如内燃机活塞、风扇轮等。锻铝合金通常都要进行固溶处理和人工时效。常用变形铝合金的牌号、化学成分、性能及用途见表4.12。（4）铸造铝合金铸

9、造铝合金按主加合金元素不同，分为Al-Si系铸造铝合金、Al-Cu系铸造铝合金、Al-Mg系铸造铝合金和Al-Zn系铸造铝合金四类。1）Al-Si系铸造铝合金Al-Si系铸造铝合金通常称为硅铝明，典型牌号是ZAlSi12(代号ZL102),具有流动性好、收缩小、熔点低、热裂倾向小、密度小、耐蚀性和耐热性好，主要用于制作强度要求不高、形状复杂的铸件，如仪表的壳体、气缸体等一些承受低载荷的零件。ZAlSi12的成分在共晶点附近（wSi=1013%），其铸造组织是粗大针状硅晶体和固溶体组成的共晶体（图4-17）。这种组织铸造性能良好，但强度、韧性较差。经过变质处理（在浇注前向合金液中加入占合金重量2

10、3%的变质剂），细化组织，得到亚共晶组织：初晶固溶体和细粒状共晶组织（图4-18），力学性能显著提高。但ZAlSi12不能热处理强化，致密性较差。为提高Al-Si系铸造铝合金的强度，可加入镁、铜合金元素，以形成强化相，这样可通过淬火时效来提高强度。例如ZAlSi7Cu4，抗拉强度b=275 MPa，可用来制作强度和硬度要求较高的零件。表4-12 常用变形铝合金的牌号、化学成分、性能及用途（摘自 GB/T 3190-1996和GB/T 16475-1996）类别牌号旧牌号化学成分 w/% 材料状态力学性能用途举例SiCuMnMgZn其他b/MPa/%HBS不能热处理强化合金防锈铝合金5A05LF

11、50.500.100.300.604.85.50.20O2802070 焊接油箱、油管、铆钉、焊条、中载零件及制品等 3A21LF210.600.201.01.600.050.10Ti0.15O1302020 焊接油箱、油管、焊条、轻载零件及制品等能热处理强化铝合金硬铝合金2A11LY110.703.84.80.40.80.40.80.30Ni0.10T10.15T442015100 中等强度结构零件，如整流罩、螺旋桨叶片、骨架、局部镦粗零件、螺栓、铆钉等2A12LY120.503.84.90.30.91.21.80.30Ni0.10T448011131 高强度构件及150以下工作的零件，如骨

12、架、梁、铆钉等超硬铝合金7A04LC40.501.42.00.2 0.60.82.85.07.0Cr0.10.25Ti0.10T660012150 主要受力构件，如飞机大梁、桁架、加强框、起落架、蒙皮接头、翼肋等锻铝合金2A50LD50.71.21.82.60.40.80.40.80.30Ni0.10T10.15T642013105 形状复杂、中等强度的锻件或模锻件等2A70LD70.351.92.50.201.41.80.30Ni0.91.5Ti0.020.1Fe0.91.5T644012120 内燃机活塞和在高温下工作的复杂锻件、板材、风扇轮等注：退火；T4 固溶处理+自然时效；T6 固溶

13、处理+人工时效图4-17 ZAlSi12铸造组织，变质前图4-18 ZAlSi12铸造组织，变质后2）Al-Cu系铸造铝合金ZAlCu5Mn铸造铝合金强度较高、塑性较好、耐热性好，但铸造性能及耐蚀性较低。可用于制作300以下工作、形状不复杂的零件，如内燃机气缸头、活塞等。3）Al-Mg系铸造铝合金ZAlMg10铸造铝合金强度较高、密度小、有良好的耐蚀性，但铸造性能不好、耐热性差。常用于制作受冲击、在腐蚀介质中工作，外形不复杂的零件，如氨用泵体。4）Al-Zn系铸造铝合金ZAlZn11Si7铸造铝合金铸造性能优良、价格低、强度较高，但抗蚀性差，热裂倾向大。常用于制作结构形状复杂的汽车、飞机、仪器

14、零件，也可制造日用品。各类铸造铝合金的牌号、成分、性能及用途见表4-13。表4-13 常用铸造铝合金的牌号、化学成分、性能及用途（摘自 GB/T 1173-1995）类别牌号代号化学成分 w/% 铸造方法热处理方法力学性能用途举例SiCuMgZnMn其他b/MPa/%HBS铝硅合金ZAlSi7MgZL1016.57.50.250.45金属型固溶处理+不完全时效205260 形状复杂的零件，如飞机仪表零件、抽水机壳体、柴油机零件等砂型195260固溶处理+完全时效砂型变质处理225170ZAlSi12ZL10210.013.0金属型退火145350 形状复杂的仪表壳体、水泵壳体、工作温度在200

15、以下高气密性、低载零件等砂型变质处理135450ZAlSi9MgZL1048.010.50.170.350.20.5金属型固溶处理+完全时效235270 在200以下工作的内燃机气缸头、活塞等砂型变质处理225270铝铜合金ZAlCu5MnZL2014.55.30.61.0Ti0.150.35砂型固溶处理+自然时效295870 在300以下工作的零件，如发动机机体、气缸体等固溶处理+不完全时效335490ZAlCu4ZL2034.05.0砂型固溶处理+不完全时效215370 形状简单的中载零件，如托架、在200以下工作并切削加工性好的零件等。铝镁合金ZAlMg10ZL3019.511.0砂型固

16、溶处理+自然时效2801060 在大气或海水工作的零件，在150以下工作，承受大振动载荷的零件等ZAlMg5SiZL3030.81.34.55.50.10.4砂型145155 腐蚀介质中工作的中载零件，严寒大气及200以下工作的海轮配件等金属型铝锌合金ZAlZn11Si7ZL4016.08.00.10.39.013.0金属型人工时效2451.590 在200以下工作，结构形状复杂的汽车、飞机、仪表零件等。注：1）不完全时效指时效温度低、或时间短；完全时效指时效温度约180，时间长。 2）ZAlZn11Si7的性能是指经过自然时效20天或人工时效后的性能。二、铜及其合金1.工业纯铜铜是人类开发利

17、用最早、在地壳中储量较少的金属元素。纯铜呈紫红色，面心立方晶格、无同素异晶转变，具有许多优良的性能：（1）铜的熔点1083，密度为8.96 g/cm3，色泽美观。（2）良好的加工工艺性能纯铜的强度、硬度不高（b=200250MPa，40HBS），塑性韧性很好（=4550%），容易冷、热成形。纯铜经冷变形强化后，抗拉强度b=400500 MPa，但塑性下降至=5%。（3）极佳的电导性和热导性。（4）良好的耐蚀性纯铜具有良好的抗大气和海水腐蚀的能力。（4）具有抗磁性。工业纯铜的纯度为99.9099.50%，其代号用“铜”字的汉语拼音字首“T”加顺序号表示，共有T1、T2、T3、T4四个牌号。序号越

18、大，纯度越低。纯铜的强度低，不宜制作受力的结构零件，主要用于制作电线、电缆、导热材料及配置合金。2.铜合金图4-19 wZn对普通黄铜组织和力学性能的影响铜合金分为黄铜、青铜和白铜。白铜是铜镍合金，主要用来制作精密机械和仪表中的耐蚀零件、热电偶等，由于价格高，很少用于一般机械零件。生产中使用较广的是黄铜和青铜。（1）黄铜黄铜是以锌为主加元素的铜合金。按化学成分不同，分为普通黄铜和特殊黄铜。按加工方法不同，分为压力加工黄铜和铸造黄铜。1）普通黄铜普通黄铜是铜锌二元合金。图4-19是普通黄铜的组织和性能与含锌量的关系。由图可知，当wZn32%时，是锌溶入铜中形成的单相固溶体，随锌含量的增加，强度和

19、塑性都升高，适宜于冷、热压力加工；当32%wZn45%时，进入双相区+，由于相是以电子化合物CuZn为基的固溶体，室温下硬而脆（但在456以上时，却有良好的塑性），所以强度继续升高，塑性急剧下降，不能进行冷压力加工，在456以上时可进行热压力加工；当wZn45%时，全部为单相，强度和塑性都急剧下降，无使用价值。普通黄铜还具有较好的耐蚀性和较好的铸造性能，但锌含量超过7% （特别是20%）的黄铜，经冷压力加工后，由于残余应力的存在，在潮湿的大气中，特别是含有氨的气氛中，易产生应力腐蚀，使黄铜开裂。所以冷压力加工后的黄铜，应进行低温去应力退火。压力加工黄铜的牌号用“H+数字”表示。字母“H”是“黄

20、”字的汉语拼音字首，数字代表铜的百分含量，如H68表示wCu=68%的压力加工普通黄铜。铸造普通黄铜的牌号表示方法与铸造铝合金相同。常用的单相黄铜有H68，具有较高的强度，冷、热变形能力，较好的耐蚀性，可用于制造形状复杂、耐蚀的零件，如弹壳、冷凝器等。H62是常用的双相黄铜，具有较高的强度，可进行热变形加工，广泛用于制作热轧、热压零件或由棒材经机加工制造各种零件，如销钉、螺母等。ZCuZn38是常用的铸造普通黄铜，具有铸造性能好，组织致密，主要用于一般的结构件和耐蚀零件，如法兰、阀座、支架等。2）特殊黄铜指在普通黄铜中加入其他合金元素的黄铜。常加入的合金元素有铅、锡、铝、硅、锰、铁、镍等，以改

21、善切削加工性、提高耐蚀性、铸造性能和力学性能等。特殊黄铜的名称相应为铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜等。特殊黄铜按加工方法不同，分为压力加工和铸造两类。压力加工特殊黄铜的牌号用“H+主加合金元素符号+铜的百分含量-合金元素的百分含量”表示，例如HPb59-1表示平均wCu=59%、wPb=1%，其余为锌的铅黄铜。铸造特殊黄铜的牌号表示方法与铸造铝合金相同，例如ZCuZn16Si4表示平均wZn=16%、wSi=4%，其余为铜的铸造硅黄铜。常用黄铜的牌号、主要化学成分、力学性能及用途见表4-14。表4-14 常用黄铜的牌号、主要化学成分、性能及用途（摘自 GB 5232-1985和GB 1176-1987

22、）类别牌号化学成分 w/% 加工状态或铸造方法力学性能用途举例Cu其他Znb/MPa/%HBS不小于普通黄铜H6867.070.0余量软32055 复杂的冷冲件和深冲件、散热器外壳、导管及波纹管等硬6603150H6260.563.5余量软3304956 销钉、铆钉、螺母、垫圈、导管、夹线板、环形件、散热器等硬6003164特殊黄铜HPb59-15760Pb0.81.9余量硬65016HRB140 销子、螺钉等冲压件或加工件HMn58-15760Mn1.02.0余量硬700010175 船舶零件及轴承等耐磨零件铸造黄铜ZCuZn16Si47981Si2.54.5余量S3451588.5 接触海

23、水工作的配件以及水泵、叶轮和在空气、淡水、油、燃料以及工作压力在4.5MPa和250以下蒸汽中工作的零件J3902098.0ZCuZn40Pb25863Pb0.52.5Al0.20.8余量S2201578.5 一般用途的耐磨、耐蚀零件，如轴套、齿轮等J2802088.5注：软600退火；硬变形度50% ；S砂型铸造；J金属型铸造。（2）青铜青铜是除黄铜和白铜以外的其他铜合金。青铜按化学成分分为锡青铜和无锡青铜。按加工方法不同，分为压力加工青铜和铸造青铜。图4-20 wSn对锡青铜组织和力学性能的影响压力加工青铜的牌号用“Q+主加元素符号及其平均含量的百分数-其他元素平均含量的百分数”表示，字母

24、“Q”是“青”字的汉语拼音字首。例如Q Sn4-3表示wSn=4%、其他元素wZn=3%,余量为铜的锡青铜。铸造青铜的牌号表示方法同铸造铝合金。1）锡青铜锡青铜是以锡为主要添加元素的铜基合金。图4.20是含锡量与锡青铜组织和力学性能的关系。由图可知，当wSn7%时，其组织是锡溶于铜中的单相固溶体，随含锡量的增加，强度和塑性继续升高，适宜于冷、热压力加工当wSn10%时，组织是+，由于相是以电子化合物Cu31Sn8为基的固溶体，硬而脆，所以在开始阶段强度继续升高，而塑性下降，只适宜于铸造成型；当wSn20%时，大量的相使强度和塑性都显著下降 ，合金变得很硬、很脆，无使用价值。常用的锡青铜一般wS

25、n=314%。锡青铜在大气、海水、蒸汽中的耐蚀能力比纯铜和黄铜好，但在盐酸、硝酸和氨水中的耐蚀性较差。锡青铜的耐磨性好、无磁性和冷脆现象，可用于制作轴承、轴套等耐磨零件及弹簧等弹性元件。锡青铜的铸造收缩率很小，但流动性差、易产生偏析、铸件的致密性低，在高压下容易漏水，可用于铸造形状复杂、致密性要求不高，耐磨、耐蚀的零件，如泵体、齿轮、轴瓦 蜗轮等。2）无锡青铜无锡青铜是含铝、铍、硅、铅、锰等合金元素的铜基合金。铝青铜以铝为主要添加元素的铜基合金称为铝青铜。常用的铝青铜wAl=511%。铝青铜在大气、海水、碳酸及大多数有机酸中的耐蚀性优于锡青铜和黄铜，还具有较高的强度、硬度、耐磨性和塑性。在铸造

26、性能方面，流动性好、铸件致密性好，但铸件的收缩大于锡青铜。铝青铜常用来制作在复杂条件下（较高温度、海水等 ）工作的高强度抗磨耐蚀的零件，如齿轮、轴套、蜗轮、弹簧等。铍青铜以铍为主要添加元素的铜基合金称为铍青铜。常用的铍青铜wBe=1.52.5%。铍青铜经热处理强化后，可获得很高的强度和硬度，优于所有其他铜合金。铍青铜还具有高的弹性极限、疲劳强度、耐磨性和耐蚀性，良好的电导性和热导性。铍青铜是一种综合性能较好的结构材料，主要用于制作各种精密仪器、仪表的重要弹性零件，钟表齿轮、高速高压下工作的轴承及衬套、航海罗盘等耐磨、耐蚀零件。但铍青铜价格高，工艺复杂，应用受到限制。常用青铜的牌号、主要化学成分

27、、性能及用途见表4-15。三、轴承合金简介轴承合金是指在滑动轴承中制造轴瓦或内衬的合金。滑动轴承具有承压面积大，工作平稳、无噪声、维修方便等优点，应用广泛。1.轴承合金的性能和组织特点轴承支撑轴工作，当轴旋转时，轴瓦和轴之间发生强烈的摩擦，同时还承受轴颈传给的交变载荷，并伴有冲击力。因此轴承合金应具有以下性能：（1）较高的抗压强度、硬度，以承受轴颈传给的压力。表4-15 常用青铜的牌号、主要化学成分、性能及用途（摘自 GB 5233-1985、GB 1176-1987、GB 2048-1989、GB 2043-1989）类别牌号化学成分 w/% 加工状态或铸造方法力学性能用途举例SnCu其他b

28、/MPa5/%锡 青 铜压 力 加 工QSn4-33.54.5余量Zn2.7 3.3板、带、棒、线35040 弹簧、管配件和化工机械中的耐磨及抗磁零件QSn6.5-0.46.07.0余量P0.26 0.40板、带、棒、线7509 耐磨及弹性元件QSn4-4-2.53.05.0余量Zn3.0 5.0Pb1.5 3.5板、带6503 轴承及轴套的衬垫等铸 造ZCuSn10Zn29.011.0余量Zn1.0 3.0砂型24012 在中等及较高载荷下工作的重要管配件，阀、泵体、齿轮等金属型2456ZCuSn10Pb19.011.5余量Pb0.5 1.0砂型2203 重要的轴瓦、齿轮、连杆和轴套等金属型

29、3102无 锡 青 铜压力加工QAl7Al6.08.0余量板、带、棒、线6375 重要的弹簧和弹性元件QBe2Be1.82.1余量Ni0.2 0.8板、带、棒、线50030 重要仪表的弹簧、齿轮等铸 造ZCuPb30Pb27.033.0余量金属型 高速双金属轴瓦、减磨零件等ZCuAl10Fe3Mn2Al9.011.0余量Fe2.0 4.0Mn1.0 2.0砂型49013 重要用途的耐磨、耐蚀的重要铸件，如轴套、螺母、蜗轮等金属型54015（2）高的疲劳强度、足够的塑性和韧性，以承受轴颈传给的交变载荷，耐冲击和振动。（3）高的耐磨性、良好的磨合能力、较小的摩擦系数，能储存润滑油，减小磨损，轴与轴

30、瓦之间能紧密配合。（4）有良好的耐蚀性、热导性，较小的膨胀系数，防止摩擦升温而发生咬合。（5）良好的工艺性，原材料来源广泛，容易制造，价格便宜。图4-21 轴承合金理想组织示意图为达到上述性能，轴承合金的组织应是在软基体上分布硬质点或硬基体上分布软质点的两相组织（图4-21）。轴承工作时，硬组织起支承抗磨作用；软组织承受振动和冲击，被磨损后形成的凹坑还可储存润滑油，减小摩擦。2.常用轴承合金简介轴承合金的牌号用“Z+基体金属元素符号+主要合金元素符号+平均含量的百分数”表示，字母“Z”是“铸”字的汉语拼音字首。例如ZSnSb11Cu6表示wSb=11%、wCu=6%,余量为锡的锡基轴承合金。常

31、用的轴承合金有锡基、铅基、铜基和铝基轴承合金等四种。（1）锡基轴承合金（锡基巴氏合金）图4-22锡基轴承合金的显微组织锡基轴承合金是以锡为基础，加入锑、铜等元素组成的合金，其显微组织见图4-22所示。图中软基体基体（黑色）是锑溶入锡中形成的固溶体；白色方块（SnSb化合物）和白色针状或星状（Cu6Sn5化合物）是硬质点。这类合金具有较好的塑性和韧性、适中的硬度，膨胀系数小、优良的热导性和耐蚀性，但疲劳强度低，工作温度150，主要用于重要的轴承，如汽车、汽轮机等机械的高速轴承。（2）铅基轴承合金（铅基巴氏合金）图4-23 铅基轴承合金的显微组织铅基轴承合金是以铅为基础，加入锑、锡、铜等元素组成的

32、合金，其显微组织见图4-23所示。图中软基体（黑色）是+共晶体，是锑溶入铅中形成的固溶体，是以SnSb化合物为基的含铅的固溶体；硬质点是初生的（白色方块）和Cu2Sb（白色针状）。这类合金的强度、硬度、韧性、热导性、耐蚀性均低于锡基轴承合金，但价格低，主要用于中低载荷的中速滑动轴承，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆轴承及电动机轴承。常用的锡基、铅基轴承合金牌号、主要化学成分、性能及用途见表4-16。表4-16 常用锡基、铅基轴承合金的牌号、主要化学成分、性能及用途（摘自 GB/T 1174-1992）类别牌号化学成分 w/% 力学性能用途举例SbCuPbSnb/MPa/%HBS不小于锡基轴承合金ZS

33、nSb12Pb10Cu4 11.013.02.55.09.011.0余量29 一般机械的主要轴承，但不适于高温工作ZSnSb11Cu610.012.05.5 6.50.35余量906.027 1500kW以上的高速蒸汽机，400kW的涡轮压缩机用轴承ZSnSb8Cu47.0 8.03.0 4.00.35余量8010.624 一般大机器轴承及轴衬，重载、高速汽车发动机薄壁双金属轴承ZSnSb4Cu44.0 5.04.0 5.00.35余量807.020 涡轮内燃机高速轴承及轴衬铅基轴承合金ZPbSb15Sn5Cu3Cd214.016.02.5 3.05.0 6.0680.232 船舶机械，小于2

34、50kW的电动机轴承ZPbSb10Sn69.0 11.00.75.0 7.0805.518 重载、耐蚀、耐磨用轴承注：表中有“”号的数值，不计入其他元素总和。（3）铜基轴承合金铜基轴承合金有锡青铜、铅青铜等，尤以铅青铜适于制作轴承。铅青铜的典型牌号是ZCuPb30，其显微组织是硬基体（铜）上大量均匀分布软的质点（铅）。与上述的巴氏轴承合金相比，具有高的疲劳强度、承载能力，同时还具有高的热导性和低的摩擦系数，能在低于250的环境下工作。主要用作高速、高压下工作的轴承，如高速柴油机、航空发动机的主轴承。（4）铝基轴承合金铝基轴承合金是以铝为基本元素，加入锡、铜、镁等合金元素制成的合金。这类合金的性

35、能特点是原料丰富、价格低、导热性好、疲劳强度及高温硬度高，能承受较大压力和速度。主要缺点是线膨胀系数大，抗咬合性不如巴氏合金。常用的高锡铝基轴承合金，其组织特点是硬基体（铝）上均匀分布软质点（球状锡晶粒），适用于制造高速、重载的发动机轴承。除上述轴承合金外，珠光体灰铸铁也常作低速的不重要轴承。各种轴承的性能比较见表4-17。表4-17 各种轴承合金性能比较种类抗咬合性磨合性磨蚀性耐疲劳性合金硬度HBS轴颈处硬度HBS最大允许压力/N/mm2最高允许温度/锡基轴承合金优优优劣20301506001000150铅基轴承合金优优中劣1530150600800150锡青铜中劣优优50100300400

36、7002000200铅青铜中差差良408030020003200220250铝基合金劣中优良455030020002800100-150铸铁差劣优优160180200250300600150四、粉末冶金概述粉末冶金工艺是以金属粉末或掺入少量非金属粉末为原料，经混合后压制成形，并在低于金属熔点的温度下进行烧结，利用粉末间原子扩散来使其结合，制成金属材料和零件的方法。1.粉末冶金的特点与工艺（1）粉末冶金的特点粉末冶金与一般的熔炼铸造相比，在技术上和经济上具有以下特点：1）能生产具有特殊性能的材料和制品。如高温合金、含油轴承（多孔材料）、摩擦材料、电接触材料、磁性材料等。2）无切屑或少切屑的精密加

37、工。用粉末冶金法制造机械零件是一种无切屑或少切屑的加工方法，具有省材料、省工时、减少设备、降低成本等优点。粉末冶金生产工艺由于在技术和经济上的优势，近三十年得到迅速发展，在机械、电子、化工、宇航等工业部门得到越来越广泛的应用。但是，粉末成本高，模具费用高，制品的大小、形状受到一定限制，制品的强度和韧性较差。（2）粉末冶金工艺简介粉末冶金生产过程用图4-24所示：制取粉末混料压制成形烧结烧结后处理图4-24 粉末冶金法生产过程示意图 制取粉末是将块状金属、合金、金属化合物变成粉末。混料是将制成的粉末掺入添加剂，按一定的比例混合，得到制坯的原料。压制成形（制坯）是将定量混合料在巨大压力作用下，得到

38、一定形状，并具有一定的密度和强度的坯件。坯件经过烧结，使孔隙度减少，得到致密的，具有一定物理性能和力学性能的制品。烧结后的制品一般可以作零件使用，但要进一步提高质量，需进行某些后处理，如整形、浸油、机加工、热处理等。2.粉末冶金材料简介（1）含油轴承材料含油轴承材料是一种多孔的粉末冶金材料。常用的有铁基含油轴承材料和铜基含油轴承材料。 他们的混合料中含有石墨粉，经压制成形烧结后，再浸入润滑油中，使孔隙中吸附大量的润滑油（一般含油率为1213%），具有很高的耐磨性和自润滑性。含油轴承材料可用于制作中速、轻载的轴承，特别是不能经常加油的轴承，如纺织机械、电影机械、食品机械、家用电器等的轴承。（2）

39、摩擦材料摩擦材料主要用于实现制动，如飞机、汽车的刹车片，船舶、机床的离合器摩擦片等。粉末冶金摩擦材料是以铜粉或铁粉为基体，掺入石棉（能提高摩擦系数）、石墨、铅、锡等粉末，经压制、烧结制成。其性能特点是耐磨性高、摩擦系数大、热导性好、抗咬合性好、强度合适，优于铸铁、青铜、合成树脂等摩擦材料。（3）铁基结构材料铁基结构材料是以碳钢或合金钢粉末为主要成分，用粉末冶金法制作结构零件用的材料。目前已广泛用于制作各类零件，如汽车差速齿轮、活塞环、拨叉等。用粉末冶金法生产零件的最大特点是充分发挥了粉末冶金工艺无切屑或少切屑的优越性，零件精度高、表面质量好、可通过热处理进一步提高力学性能，可浸润滑油改善摩擦条

40、件，减少磨损，并能减振、消震。五、硬质合金硬质合金是以碳化钨、碳化钛等难熔、高硬度碳化物的粉末为主要成分，加入作为粘结剂的金属钴粉末，用粉末冶金法制得的材料。1.硬质合金的性能特点（1）硬度高、耐磨性好、热硬性好由于硬质合金是以高硬度、高耐磨、极为稳定的碳化物粉末为主要成分，在常温下的硬度可达到8693HRA（相当于6981HRC），在9001000的温度下，仍可保持60HRC的高硬度。故硬质合金刀具使用时，切削速度比高速工具钢高47倍，刀具寿命高580倍。可切削50HRC左右的硬质材料。（2）抗压强度和弹性模量高硬质合金在常温下的抗压强度可达6000MPa，高于高速工具钢，在900时可达到1000MPa。弹性模量高，是