第6章有色金属及其合金

1、第六章第六章 有色金属及其合金有色金属及其合金 铝及铝合金铝及铝合金-铝、铁、钛、镁四大金属之首铝、铁、钛、镁四大金属之首 铜及铜合金铜及铜合金 滑动轴承合金滑动轴承合金 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金一一.工业纯铝工业纯铝特点特点: 密度小密度小;导电及导热导电及导热 性能好性能好;抗大气腐蚀性好抗大气腐蚀性好;塑性高、强塑性高、强 度低度低;无磁性无磁性;分类分类铝锭：如铝锭：如ZAl99.5：含铝量：含铝量99.5%的铸造纯铝的铸造纯铝铝材铝材 ：1XXX表示，表示，1A30表示表示99.3%原始纯铝原始纯铝二二.铝合金铝合金1.分类分类铝合金的分类：变形铝合金（不能热处理强化、能热

2、处理强化）铸造铝合金一一) 退火退火1.形变铝合金的退火形变铝合金的退火: *消除应力消除应力 *消除加工硬化消除加工硬化, 降低硬度降低硬度,便于便于 冷塑性加工。冷塑性加工。2.铸造铝合金的退火铸造铝合金的退火 : 消除应力消除应力; 均匀成分均匀成分;2.热处理热处理二二) 形变铝合金时效强化形变铝合金时效强化1.定义定义: 在固溶处理后的合金随时间延在固溶处理后的合金随时间延 续而发生进一步强化的现象。续而发生进一步强化的现象。2.种类种类自然时效自然时效人工时效人工时效 含含4%Cu的铝合金自然时效曲线的铝合金自然时效曲线可以冷变形加工含含4%Cu的铝合金在不同温度下的人工时效曲线的

3、铝合金在不同温度下的人工时效曲线温度越高效果差，温度低不进行；过温过时则过时效（软化）时效硬化的原因：时效硬化的原因：单相固溶体快冷淬火得到过饱和固溶体，单相固溶体快冷淬火得到过饱和固溶体，强硬度无明显提高，塑韧性较好，时效时，强硬度无明显提高，塑韧性较好，时效时，过饱和固溶体中过饱和固溶体中溶质原子偏聚造成晶格严溶质原子偏聚造成晶格严重畸变重畸变，位错运动受阻，提高了强度。如，位错运动受阻，提高了强度。如果温度过高、保温过长则偏聚区转变为果温度过高、保温过长则偏聚区转变为化化合物析出，强化现象消失合物析出，强化现象消失。3.变形铝合金变形铝合金 1.防防锈锈铝铝合金合金:主要合金元素锰、镁，

4、提高抗蚀性主要合金元素锰、镁，提高抗蚀性固溶强化固溶强化+冷变形强化提高强度。时效硬化效果弱。冷变形强化提高强度。时效硬化效果弱。 抗蚀性、塑性好，可冲可焊，切削性能差。抗蚀性、塑性好，可冲可焊，切削性能差。用于油箱、防锈蒙皮、窗框、灯具等。用于油箱、防锈蒙皮、窗框、灯具等。 例：例：5A05 2XXX28: 主要合金元素为主要合金元素为Cu、Mn、Si、Mg、Mg+Si、Zn、其他元素、其他元素X: 改型情况，改型情况，A为原始纯铝为原始纯铝XX:编号编号飞机翼梁飞机翼梁( (腹板为硬铝合金腹板为硬铝合金2.硬硬铝铝合金合金 :主要合金元素主要合金元素Cu 、Mg。通过通过时效产生偏聚强化相

5、时效产生偏聚强化相提高强度。提高强度。缺点：缺点：1.耐蚀性不高。耐蚀性不高。2.热处理温度区间小热处理温度区间小飞机中等受力件，如螺旋飞机中等受力件，如螺旋桨叶片桨叶片例：例：2A123.超超硬硬铝铝合金合金 : 主要合金元素：主要合金元素：Cu、Mg、Zn。通过通过时效产生偏聚强化相时效产生偏聚强化相得到得到最高的最高的硬度和强度硬度和强度。但但耐蚀性较差，采用纯铝包铝耐蚀性较差，采用纯铝包铝。飞机起落架、大梁。飞机起落架、大梁。例：例：7A04飞机主起落架飞机主起落架4.锻锻铝铝合金合金 : 少量少量Mg 、Si 、Cu 等等具有良好的热塑性具有良好的热塑性, 通过通过时效产生偏聚强化相

6、时效产生偏聚强化相提高强硬度。提高强硬度。 飞机、内燃机上高载荷锻件或者模锻件。飞机、内燃机上高载荷锻件或者模锻件。 例：例：2A12,2A50压气机叶片压气机叶片4.铸造铝合金铸造铝合金代号：代号：ZLXXXZL：铸铝：铸铝X（14）：铝硅、铝铜、铝镁、铝锌XX：编号1.铝铝硅硅系系 ( ZL101ZL111 ) :共晶共晶铸造铸造性能佳性能佳-共晶共晶-经（钠盐）变质处理细化经（钠盐）变质处理细化晶粒，并变组织为亚共晶，晶粒，并变组织为亚共晶，综合提高塑性强度综合提高塑性强度-加入强化元素（铜、镁）加入强化元素（铜、镁）可时效硬化，偏聚可时效硬化，偏聚CuAl2，Mg2Si强化相强化相活塞

7、活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) )2.铝铝铜铜系系 ( ZL201ZL203 ) :强塑性强塑性较好，较好，耐热耐热不耐蚀，铸不耐蚀，铸造性能差造性能差汽缸头汽缸头3.铝铝镁镁系系 ( ZL301、ZL302 ) :强度高，强度高，耐蚀耐蚀不耐热，铸造性能不耐热，铸造性能差，差，加工效果好加工效果好4.铝铝 锌锌系系 ( ZL401、ZL402 ) :强度较高、强度较高、铸造性好（压铸）铸造性好（压铸）, 耐热耐蚀差。耐热耐蚀差。不必热处理，自然时效即可不必热处理，自然时效即可大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401) 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金一一.工业纯铜（

8、紫铜、电解铜）工业纯铜（紫铜、电解铜）性能特点性能特点:密度大密度大;导电及导热导电及导热 性能好性能好;抗大气腐蚀性好抗大气腐蚀性好;塑性高塑性高;强强 度低度低;无磁性无磁性;分类分类工业纯铜工业纯铜T1-T3杂质增加杂质增加，铅、铋引起热脆，铅、铋引起热脆 硫、氧引起冷脆硫、氧引起冷脆无氧铜无氧铜 TU，含氧小于，含氧小于0.003%用途用途:塑性好，冷变形加工为板、带、线材，则强度增塑性好，冷变形加工为板、带、线材，则强度增加、塑性下降。总体上讲强硬度不高，无法用作机械加、塑性下降。总体上讲强硬度不高，无法用作机械零件。零件。二二.铜合金铜合金黄铜（黄铜（H） : ZnH70 含铜含铜

9、70%HPb59-1含铜含铜59%，含铅，含铅1% 白铜白铜 （B）: Ni-耐蚀高电阻耐蚀高电阻耐蚀零件及电阻、电偶耐蚀零件及电阻、电偶 青铜青铜 （Q): 除黄铜和白铜外的所除黄铜和白铜外的所有铜合金。有铜合金。QSn4-3含锡含锡4%，含锌，含锌3%锡青铜；锡青铜；QBe2含铍含铍2%铍青铜铍青铜加工产品加工产品 铸造产品铸造产品 （如（如ZCuZn38，含锌，含锌38%)一一.黄铜黄铜 单相（铜的固溶体）黄单相（铜的固溶体）黄铜铜 wzn7%加工应力导致蚀加工应力导致蚀裂、脱锌裂、脱锌1) 普通黄铜普通黄铜 ( 铜锌二元铜锌二元 )三、黄铜1、 普通黄铜5003040506070040

10、0300200100010205040302010506070809010011040HB+bb(Mpa)(%)HB（1）黄铜的力学性能与含锌量的关系黄铜的自裂与脱锌黄铜的自裂与脱锌:v蚀裂蚀裂 - 应力腐蚀应力腐蚀 : 黄铜黄铜在塑性变形后产生较大在塑性变形后产生较大应力应力,在在潮湿空气潮湿空气中或在中或在微微 量氨量氨的气份中发生应的气份中发生应力腐蚀。锌量越高力腐蚀。锌量越高, 应力腐蚀倾向越大。应力腐蚀倾向越大。防止措施-去应力退火v脱锌脱锌 - 锌的电极电位远低于铜锌的电极电位远低于铜 , 所以盐水中黄所以盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀。铜极易发生电化学腐蚀。2) 特殊黄铜特殊黄铜

11、( special brass )牌号牌号:HAl59-3组元组元:在黄铜中加入在黄铜中加入Al、Si、Sn、Mn 提提高高耐蚀性耐蚀性;Si 提高提高铸造铸造性能性能;Pb提高提高切削切削性能性能v金奖黄铜金奖黄铜 - H90v弹壳黄铜弹壳黄铜 - H70 ( H68 )v日用黄铜日用黄铜 - H62 ( H59 )法兰阀法兰阀闸阀闸阀冷凝器管冷凝器管3）黄铜的热处理）黄铜的热处理 :去应力退火去应力退火 : 在在200300左右退左右退 火火,提高加工硬化后的塑性提高加工硬化后的塑性 和弹性极限；消除应力，和弹性极限；消除应力， 防止腐蚀。防止腐蚀。再结晶退火再结晶退火 : 在在50070

12、0左右退火左右退火, 消除加工硬化消除加工硬化,恢复塑性。恢复塑性。4）常用黄铜代号及用途）常用黄铜代号及用途单相黄铜单相黄铜H70,H68,塑性好，冷变形强化，塑性好，冷变形强化，用于散热器、波纹管、弹壳；用于散热器、波纹管、弹壳；两相黄铜两相黄铜H62,H59，强度高，切削性好，强度高，切削性好特殊黄铜特殊黄铜HPb59-1,切削性更好切削性更好二二.青铜青铜 普通青铜普通青铜 ( 锡青铜锡青铜 ) 特殊青铜特殊青铜 ( 无锡青铜无锡青铜 )1) 锡青铜锡青铜3 610 14压力加工压力加工铸造成形铸造成形b+固溶体析出硬脆固溶体析出硬脆相相、a+bwsn5% 冷变形加工冷变形加工5%7%

13、 热变形加工热变形加工特点：特点：耐磨、抗磁、低温韧性好，海水、蒸汽、淡水中耐耐磨、抗磁、低温韧性好，海水、蒸汽、淡水中耐蚀性强于纯铜与黄铜蚀性强于纯铜与黄铜铸造结晶温度宽，铸造结晶温度宽，流动性差，偏析大，分散缩孔流动性差，偏析大，分散缩孔;体积收缩率小，体积收缩率小，尺寸接近铸型。如尺寸接近铸型。如ZCuSn10Zn2加工用如加工用如QSn4-3(Sn4%，其他元素，其他元素3%）用于制造）用于制造耐磨、抗磁、弹性、耐蚀零件耐磨、抗磁、弹性、耐蚀零件2) 特殊青铜特殊青铜 （无锡青铜（无锡青铜 ）-比锡青铜更耐磨、耐蚀，力学性能更高比锡青铜更耐磨、耐蚀，力学性能更高1.硅青铜硅青铜 : Q

14、Si3 12.铅青铜：铅青铜： 3.铝青铜铝青铜 : QAl74.铍青铜铍青铜 : QBe2; 时效硬化效果非常好。弹性极限、屈服、时效硬化效果非常好。弹性极限、屈服、抗拉、疲劳强度高，耐磨、耐蚀、导电、导热性好，焊接抗拉、疲劳强度高，耐磨、耐蚀、导电、导热性好，焊接性能好。用于制造重要、精密、高温、高速下工作的零件。性能好。用于制造重要、精密、高温、高速下工作的零件。第四节第四节 滑动轴承合金滑动轴承合金一一. 定义定义 :工件体工件体轴轴轴瓦轴瓦制造滑动轴承轴瓦与内衬的耐磨合金制造滑动轴承轴瓦与内衬的耐磨合金比滚动轴承承压大，工作平衡无声，制造检查方便。比滚动轴承承压大，工作平衡无声，制造

15、检查方便。二二.性能要求性能要求 :1.足够力学性能足够力学性能-抗压强度、抗压强度、疲劳强度和冲击韧性。疲劳强度和冲击韧性。2.高的耐磨性高的耐磨性-摩擦系数低，摩擦系数低，磨合性好，抗咬合性及蓄油性磨合性好，抗咬合性及蓄油性好。好。3.耐热耐蚀耐热耐蚀-高温不软，润滑高温不软，润滑油不腐蚀。油不腐蚀。各类型轴瓦各类型轴瓦三三.组织要求组织要求:1.在高速在高速中、低载荷中、低载荷情况下情况下,用用软基体上分布硬质点软基体上分布硬质点组织的材料。组织的材料。软基体被磨成油坑，保证润滑磨合性好；抗冲击。软基体被磨成油坑，保证润滑磨合性好；抗冲击。硬质点耐磨并承受载荷。硬质点耐磨并承受载荷。润滑

16、油空间润滑油空间轴轴硬质点硬质点软基体软基体轴瓦轴瓦锡基与铅基轴承合金锡基与铅基轴承合金 ( 巴氏合金巴氏合金 )2.在高速在高速重载荷重载荷情况下情况下,用用硬基体上分布软质点硬基体上分布软质点组织的材料。承压较高，但磨合组织的材料。承压较高，但磨合性不好性不好润滑油空间润滑油空间轴轴软质点软质点硬基体硬基体轴瓦轴瓦 铝基轴承合金铝基轴承合金 : ZChAlSb4 1 铜基轴承合金铜基轴承合金 : ZCuPb30 ZCuSn10Pb1 三三.锡基与铅基轴承合金锡基与铅基轴承合金 ( 巴氏合金巴氏合金 )1.Sn中含少量中含少量Sb（锑）（锑）Cu元素元素基体：基体：Sb在在Sn中的固溶体中的固溶体硬质点：硬质点：SnSb化合物为基固溶体化合物为基固溶体2.Pb中含少量中含少量Sb（锑）（锑）Cu元素元素基体：共晶体（基体：共晶体（+)硬质点：硬质点：Cu2Sb,初生初生相相四四.铜基轴承合金铜基轴承合金 1.锡青铜，软基体（固溶体）锡青铜，软基体（固溶体）+硬质点（化合物），硬质点（化合物），分散性缩孔成油坑。分散性缩孔成油坑。2.铝青铜铝青铜3.铅青铜，不固溶。硬基体（铜基体）铅青铜，不固溶。硬基体（铜基体）+