gc08-1非铁金属材料

1、工程材料及应用工程材料及应用多媒体教案ENGINEERING MATERIALS五邑大学机电工程学院第八章第八章第八章第八章 非铁金属材料非铁金属材料 在工业生产中，在工业生产中，通常把铁及其合通常把铁及其合金称为金称为黑色金属黑色金属，把其他非铁金属把其他非铁金属及其合金称为及其合金称为有有色金属色金属。 有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具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有许多优良的特性，如特殊的电性，如特殊的电、磁、热性能，耐磁、热性能，耐蚀性能及高的比蚀性能及高的比强度强度( (强度与密强度与密度之比度之比) )等，已等，已成为现代工业中成为现代工

2、业中不可缺少的金属不可缺少的金属材料材料. .AlFe各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比第一节第一节 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 镁及镁合金镁及镁合金第五节第五节 铸造轴承合金铸造轴承合金第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金一、纯铝纯铝呈银白色光泽，其熔点为660，具有面心立方晶格，无同素异构转变，他具有以下的性能特点：1）密度小，相对密度仅为2.7g/cm3，大约为铁的1/3。2）导电和导热性好，仅次于银、铜、金。3）抗大气腐蚀性能好。但铝不能耐酸、碱、盐的腐蚀。4）硬度、强度低（25

3、30HB、b=80100MPa），耐磨性差，但塑性好（40%，80%），5）无磁性、无火花，而且反射性能好。铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼工业纯铝的分类工业纯铝工业纯铝纯铝纯铝 （wAl9999.85%）高纯铝高纯铝 （wAl99.85%）纯铝的主要用途是：代替贵重的铜合金制作导线，配制各种铝合金以及制作要求质轻、导热或耐大气腐蚀但强度要求不高的容器和器具。高纯铝主要用于科学研究、化学工业及一些特殊场合 二、铝合金二、铝合金 在铝中常加入其它元素：在铝中常加入其它元素：CuCu、MnMn、SiSi、MgMg、ZnZn等，等，此外还有此外还有CrCr、NiNi、TiTi、ZrZr 等等辅加元素

4、。辅加元素。 提高铝的提高铝的强度强度又保持纯铝的优良特性又保持纯铝的优良特性 。铝合金型材铝合金型材铝铸件铝铸件二、铝合金的分类 铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。根据铝合金的成分和工艺性能，可划分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。1、变形铝合金变形铝合金是指成分为D点以左的合金，当加热到FD线以上时可以得到单相固溶体，这类合金塑性较好，适宜进行压力加工。 铝合金相图的一般类型 变形铝合金又可以分为两类： （1）不能用热处理强化的铝合金 成分在F点左边的铝合金。其常用的强化方法是冷加工变形，如冷轧、压延等工艺。（2）能用热处理强化的铝合金 铝合金的成分在F点与

5、D点之间。可进行热处理强化。2、铸造铝合金 成分在D点右边的铝合金，由于有共晶组织存在，熔点低、流动性好，故适宜铸造，制造形状复杂的零件，故称为铸造铝合金。能用热处理强化的铝合金当加热到相区，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，这种热处理称为固溶处理。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。热处理：热处理： 1)退火退火1.变形铝合金的退火变形铝合金的退火: *消除应力消除应力,硬度硬度 不变。不变。 *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

6、除应力; 均匀成分均匀成分;变形强化（变形强化（加工硬化加工硬化） 变质处理（变质处理（细晶强化细晶强化）：适合铸造铝合金）：适合铸造铝合金 固溶强化固溶强化：铝合金都有：铝合金都有 时效强化时效强化：（重点）：（重点） 可热处理强化铝合金。可热处理强化铝合金。 2)时效强化：时效强化：铝合金淬火后铝合金淬火后, ,在室温或者较低温在室温或者较低温度下加热保温一段时间，度下加热保温一段时间，随时间延长随时间延长其强度硬度其强度硬度显著增加的现象。显著增加的现象。 加热固溶淬火过饱和时效析出时效强化的步骤：时效强化的步骤： 固溶处理（淬火）固溶处理（淬火） 时效时效得到过饱得到过饱和的相和的相过

7、饱和相中析过饱和相中析出强化相出强化相自然时效自然时效人工时效人工时效固溶处理固溶处理将成分位于DF之间的合金加热到固态溶解度线DF以上某一温度，获得单相固溶体，然后水冷（淬火），获得过饱和固溶体称为固溶处理。 时效时效这种过饱和固溶体是不稳定的，在室温放置或在低于固溶度线的某一温度下加热时，使过饱和固溶体趋于发生某种程度的分解，析出弥散强化相,使合金的强度和硬度明显提高的热处理。 在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。合金发生时效的条件合金发生时效的条件 合金能在高温形成均匀的固溶体 固溶体中溶质的溶解度必须随温度的降低而显著降低。 含含4%Cu的铝合金自然时效

8、曲线的铝合金自然时效曲线 在室温下进行的时效称在室温下进行的时效称自然时效自然时效；在加热条件下进行的时；在加热条件下进行的时效称效称人工时效人工时效。时效规律含含4%Cu的铝合金在不同温度下的人工时效的铝合金在不同温度下的人工时效曲线曲线时效强化效果与加热温度和保温时间有关。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，为时间，析出相聚集长大，强度下降，为过时效过时效。随时效温度提高，随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。峰值强度下降，出现峰值

9、的时间提前。时效强化的原因 分析表明：在时效过程中溶质原子发生了如下的变化，首先溶质原子发生富集，形成富集区，使晶格畸变加大，使位错运动阻力增大，强度提高，其次随时间的延长，富集区的原子趋于有序化，趋于形成第二相，但还没形成第二相，其与原晶格保持共格关系，晶格畸变进一步增大，使强度进一步提高，随时间的继续延长，第二相形成并逐渐离与母体的共格关系，这时晶格畸变减小，强度下降。 CuAl2平衡相；GPGP中间沉淀相过渡沉淀相时效时间时效时间屈服强度屈服强度时效峰时效峰过时效过时效亚亚时效时效铝合金的时效过程铝合金的时效过程三三) 回归回归 ( regression )时间温度 加加热热200270

10、水水 淬淬时效组织时效组织原原淬火组织淬火组织 人工时效后的铝合金没有回归现象。人工时效后的铝合金没有回归现象。（2）细晶强化 纯铝和铝合金在浇注前进行变质处理，即在浇铸前向合金注液中加入变质剂，可有效地细化晶粒，从而提高合金强度，称为细化晶粒强化。 细晶强化对于变形铝合金的作用 细晶强化对于铸造铝合金的作用细晶强化对于变形铝合金的作用 对于纯铝和变形铝合金，常用的变质剂Ti、B、Nb、Zr等元素，它们所起的作用就是形成外来晶核，从而细化铝的晶粒。细晶强化对于铸造铝合金的作用 对于铸造铝合金：典型的铸造铝合金是铝硅系合金（硅铝明），这类合金具有优良的铸造性能（熔点低，流动性好，收缩性小）和焊接

11、性能好，尤以含1113%Si的二元铝硅合金铸造性能最好。可见，二元铝硅合金铸造后几乎全部得到（+Si）的共晶体，其中Si呈粗大针叶状，使合金变脆，强度和塑性都很低，不宜作为工业合金使用，若对其采用变质处理，在浇注前向合金中加入占合金重量23%的变质剂（2份NaF和1份NaCl），可将针状Si改变为细小粒状Si，得到细小均匀的共晶体和初生固溶体的亚共晶组织（+Si）+，显著提高合金的强度和塑性。纯铝与铝合金的细晶强化（变质处理）示意图 未变质处理 变质处理后（+Si）的共晶体针状Si改变为细小粒状Si铸造铝合金中，变质处理细化晶粒的原因 在一般认为是Na等元素能促进硅的形核，并吸附在硅晶体的表面

12、，阻止硅的长大。同时钠的存在使液态合金产生510的过冷度，并使共晶点向右移动，这样不仅形核率增加，细化共晶组织而且使合金组织中出现了初生固溶体。3.常用的铝合金常用的铝合金 变形铝合金变形铝合金 铸造铝合金铸造铝合金四、铝合金的牌号、性能及用途四、铝合金的牌号、性能及用途 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 根据国标规定根据国标规定 ，变形铝及铝合金可直接引用国际四，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号或采用国标规定的四位字符牌号。全世界铝的用量全世界铝的用量百万吨百万吨一次生产量二次回收量总用量

13、新牌号新牌号：四位字符（：四位字符（2 0 2 0）（第一位第一位为数字，表示铝合金组别为数字，表示铝合金组别1：纯铝：纯铝2：铜（：铜（Cu）为主要合金元素的铝合金为主要合金元素的铝合金 3：锰（：锰（Mn) 为主要合金元素的铝合金为主要合金元素的铝合金4: 硅（硅（Si）为主要合金元素的铝合金为主要合金元素的铝合金5：镁（镁（Mg）为主要合金元素的铝合金为主要合金元素的铝合金6：镁和硅（镁和硅（Mg/Si)为主要合金元素的为主要合金元素的铝合金铝合金7: 锌（锌（Zn）为主要合金元素的铝合金为主要合金元素的铝合金 第二位第二位：字母：字母A /（0） 原始合金原始合金其它字母表示改型合金其

14、它字母表示改型合金第三、四位：第三、四位：对纯铝：表示质量分对纯铝：表示质量分数小数点后两位数。数小数点后两位数。对铝合金，区分同一对铝合金，区分同一组的不同合金。无特组的不同合金。无特殊意义殊意义 GB 3190-82中的旧牌号仍中的旧牌号仍可继续使用，可继续使用，表示方法为表示方法为: 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 +序号序号铝合金制品铝合金制品 常用变形铝合金常用变形铝合金 防锈铝合金防锈铝合金 成分：成分：主要主要是是Al-Mn和和Al-Mg系合金系合金。 性能性能： Mn和

15、和Mg主要作用主要作用是是卫星天线卫星天线（LF2） 提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。l防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。l热处理：不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。其强度。 常用的常用的Al-Mn系合金有系合金有 LF21（ 3A21 ），），其抗蚀性其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压

16、加工的零件。钉等需要弯曲、冲压加工的零件。 常用的常用的Al-Mg系合金系合金有有 LF5（ 5A05 ），），其密度比其密度比纯纯 铝小，强度比铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业合金高，在航空工业中得到广泛应用，如中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的钉及承受中等载荷的零件。零件。 硬铝合金硬铝合金 成分：主要主要是是Al-Cu-Mg系合金，并含少量系合金，并含少量Mn。 元素作用：元素作用： Cu,Mg:形成强化相（CuAL2,CuMgAL2）,固溶强化；时效强化 热处理：可进行时效强化，也可进行变形强化。可进行时效强化，也可进行变形强化。 性能：强

17、度、硬度高，强度、硬度高，比强度与高强度钢（一般b=1000MPa1200MPa的钢）相似。塑性好，塑性好，加工性能好，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝，耐蚀性低于防锈铝，耐蚀性比纯铝差，更不耐海水腐蚀；所以硬铝材表面常包有一层纯铝，以增加其耐蚀性 。l常用硬铝合金如常用硬铝合金如LY11 (2A11)、 LY12 (2A12)等，等，用于制造冲压件、模锻件和用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等钉等. 飞机翼梁飞机翼梁(腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金)飞机主起落架飞机主起落架 3.超硬铝合金超硬铝合金 ( LC ) : 成分：是Al-Cu-Mg-Zn系合金。

18、热处理：这类铝合金用热处理强化。 特点：时效产生强烈的强化效果，强特点：时效产生强烈的强化效果，强度很高（可达度很高（可达680MPa),缺点是耐热性、缺点是耐热性、抗蚀性差。抗蚀性差。 性能：在铝合金中，超硬铝时效强化效果最好，强度最高，b可达600MPa，其比强度已相当于超高强度钢（一般指b1400MPa的钢）。应用及牌号：常用合金有常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 )等，主要用于工作温度较低、等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件受力较大的结构件, 如飞机大梁、起落如飞机大梁、起落架等架等.4.锻铝合金锻铝合金 ( LD ) :压气机叶片压气机叶片 成分：他是A

19、l-Cu-Mg-Si系，Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。 性能：通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能，可锻性好，力学性能高，其力学性能与硬铝相似，但热塑性及耐蚀性较高，适合锻造成形。应用：应用：由于其热塑性好，所以锻铝主要作航空及仪表工业中各由于其热塑性好，所以锻铝主要作航空及仪表工业中各种形状复杂，要求比强度较高的锻件或模锻件，如各种叶轮、种形状复杂，要求比强度较高的锻件或模锻件，如各种叶轮、框架、支杆等，常用牌号框架、支杆等，常用牌号2A50。lAl-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(2A9

20、0)等等 。用于制造。用于制造150 225下工作的零下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。 防锈铝 LF，不可热处理强化，做油箱、油管、 铆钉。硬铝 LY，做螺旋桨叶片、支柱。超硬铝 LC，做飞机大梁、起落架。锻铝 LD，做锻件、模锻件。美美F-117隐身战斗机隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金) 性能：其力学性能不如变形铝合金，但铸造性能好，可进行各种成形铸造，生产形状复杂的零件。 种类：主要有Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系等四大类，其中以Al-Si系应用最广泛。牌号： 铝硅铸造合金俗称硅铝明，是一种

21、应用广泛的共晶型铸造铝合金。五、铸造铝合金“铸”“铝”二字的汉语拼音字首字母 合金类别（1为Al-Si系、2为Al-Cu系、Al-Mg系、4为Al-Zn系） 顺序号 ZL + 数字1 + 数字2,3( cast aluminum alloy )Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金（1 1）简单硅铝明：简单硅铝明：ZL102ZL102（ZALSi12ZALSi12） 组织：组织：a +a +Si Si 共晶体共晶体 性能：性能：铸造性能好，强度低。铸造性能好，强度低。 用途：用途：形状复杂、受力不大的零件，如仪表形状复杂、受力不大的零件，如仪表外壳等。外壳等。l又称又称硅铝明硅铝明。其中。其中ZL

22、102(ZAlSi12)是含是含12%Si的的铝硅二元合金，称为铝硅二元合金，称为简单硅铝明简单硅铝明. 在普通铸造条件下，在普通铸造条件下， ZL102组织几乎全部为共晶体，组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和由粗针状的硅晶体和a a固溶体组成，强度和塑性都较固溶体组成，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，得到细差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次小均匀的共晶体加一次a a固溶体组织，以提高性能。固溶体组织，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 ZL102的铸态组织的铸态组织（2）复杂复杂( (特殊）硅铝明：特殊）硅铝明：

23、在在ALALSiSi基础上加入其它合金基础上加入其它合金元素（元素（Cu,Mn,Ni,MgCu,Mn,Ni,Mg等）等） 强化方式（强化方式（时效强化，变质处时效强化，变质处理理）。）。 组织：组织：强化相：强化相：CuAl2CuAl2、Mg2SMg2S、Al2CuMgAl2CuMg 性能：性能：铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能，较高的强度和耐磨性。接性能，较高的强度和耐磨性。 应用：应用：用于制造形状复杂中等强度的零件，如发动机用于制造形状复杂中等强度的零件，如发动机活塞、气缸体、风机叶片、液压泵壳体等（代号活塞、气缸体、风机叶片、液压泵

24、壳体等（代号ZL109)ZL109)。活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) )活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) ) ZL102合金铸造组织 ( 化染 ) 551.铸造铝铸造铝 硅合金硅合金 ( ZL101ZL111 ) :Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金（铸造性能和力学性能配合最佳）（铸造性能和力学性能配合最佳） Al-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金 这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。系合金。汽缸头汽缸头l常用代号有常用代号有ZL201 (ZAlCu5

25、Mn)、ZL203 (ZAlCu4)等等。主要用于主要用于制造在较高温度下工作制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头、汽车活塞等。 铝铜合金铸造组织 ( 化染 ) 210 Al-Mg系铸造铝系铸造铝合金合金 这类合金的耐蚀性这类合金的耐蚀性好，强度高，密度好，强度高，密度小；但铸造性能差小；但铸造性能差,耐热性低。耐热性低。l常用代号为常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等等.l主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。

26、质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机密封件等鼓风机密封件等(ZL102、301) 铝镁合金铸造组织 (化染) 150 Al-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金 这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差化；但密度大，耐蚀性较差。l常用代号为常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等等.l主要用于制造形状复主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。飞机、仪器零件。 应用：铸造铝合金一般用来制造质量轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能的铸件，如发动机气缸体、手提电

27、动或风动工具（手电钻、风镐）以及仪表外壳。 Al-LiAl-Li系合金是近年来引起人们广泛关注的系合金是近年来引起人们广泛关注的一种新型超轻结构材料。该合金的研制与一种新型超轻结构材料。该合金的研制与应用，标志着半个月多世纪以来铝合金领应用，标志着半个月多世纪以来铝合金领域的重要发展。域的重要发展。 锂是一种极为活泼且很轻的化学元素，密锂是一种极为活泼且很轻的化学元素，密度为度为0.533gcm-30.533gcm-3，为铝的，为铝的1/51/5，铁的，铁的1/151/15。锂元素为地球存在较多的金属，同时海水锂元素为地球存在较多的金属，同时海水中还有相当大的含量。中还有相当大的含量。铝锂合金

28、铝锂合金 在铝合金中在铝合金中加入锂元素加入锂元素，可以更显著的，可以更显著的降降低其密度低其密度，并明显地改善合金的力学性能。，并明显地改善合金的力学性能。例如，在铝中添加锂例如，在铝中添加锂2%2%，密度可减少，密度可减少10%10%，强度可与铝合金中强度最高的硬铝强度可与铝合金中强度最高的硬铝1212合金合金媲美。因此，媲美。因此，Al-LiAl-Li合金具有合金具有比重小、比强比重小、比强度高和刚度大，耐疲劳性能好，耐蚀性好度高和刚度大，耐疲劳性能好，耐蚀性好等优点。用等优点。用Al-LiAl-Li合金制作飞机结构材料，合金制作飞机结构材料，可使飞机减重达可使飞机减重达20%20%，提

29、高飞机的速度。因，提高飞机的速度。因此，此，Al-LiAl-Li合金被认为是合金被认为是2121世纪航空航天及世纪航空航天及兵器工业最理想的兵器工业最理想的轻质轻质高强度高强度结构材料。结构材料。 目前，目前，Al-LiAl-Li合金的研究成了有色合金新材合金的研究成了有色合金新材料研究中一个十分活跃的领域。在前苏联，料研究中一个十分活跃的领域。在前苏联， Al-LiAl-Li合金已用于火箭、航天飞机材料及民合金已用于火箭、航天飞机材料及民用飞机上，用飞机上，19991999年，美国年，美国“奋进号奋进号”航天航天飞机外储箱使用飞机外储箱使用Al-LiAl-Li合金材料，使航天飞合金材料，使航

30、天飞机的运载能力提高了机的运载能力提高了3.4t3.4t。我国。我国Al-LiAl-Li合金合金研究的起步较晚，目前仍处于研究阶段，研究的起步较晚，目前仍处于研究阶段，距应用还有一段距离，国内某此高效及研距应用还有一段距离，国内某此高效及研究所正在做这方面的工作，哈工大材料学究所正在做这方面的工作，哈工大材料学院对院对Al-Li-CuAl-Li-Cu系、系、Al-Li-MgAl-Li-Mg系合金的时效系合金的时效动力学、断裂机制及动力学、断裂机制及2091 Al-Li-2091 Al-Li-合金焊接合金焊接接头的强化机制进行了研究。接头的强化机制进行了研究。 现已经建立现已经建立Al-LiAl

31、-Li合金的研究开发基地，以合金的研究开发基地，以SicSic纤维、纤维、SicSic颗粒为增强体的颗粒为增强体的Al-LiAl-Li基复合基复合材料是刚刚发展起来的新型材料。经过材料是刚刚发展起来的新型材料。经过3 3个个五年计划的材料研究与应用开发后，其规五年计划的材料研究与应用开发后，其规模和水平已达到美、俄模和水平已达到美、俄2020世纪世纪8080年代水平，年代水平，国产国产Al-LiAl-Li合金已在航空航天工业中试用，合金已在航空航天工业中试用，其中其中1420Al-Li1420Al-Li合金深冲模锻件已批量应用合金深冲模锻件已批量应用于我国的飞机和导弹上。于我国的飞机和导弹上。

32、第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 一、铜及铜合金性能特点一、铜及铜合金性能特点 纯铜呈纯铜呈紫红色紫红色，故又称，故又称紫铜紫铜，具有面心立方晶格，无同素异具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。构转变，无磁性。 纯铜具有优良的导电性和导热纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。有良好的耐蚀性。塑性好。 热轧铜合金热轧铜合金一、工业纯铜 纯铜表面具有玫瑰红色，表面形成CuO膜层后呈紫色，又称紫铜。 铜具有面心立方晶格，无同素异构转变，其熔点为1083，密度为8.96g/cm3 其主要特征有：1）有良好的导电性、导热性，其导电性仅

33、次于银。2）塑性高（=4050%。3）有较高的耐蚀性（抗大气及海水腐蚀）。4）无磁性。纯铜管纯铜管用途：制作各种导电材料、导热材料及配制各种铜合金的材料。 分类及牌号：工业纯铜分未加工产品（铜锭）和压力加工产品（铜材）两种。工业纯铜未加工产品牌号有Cu-1、Cu-2两种，已加工产品牌号有T1、T2、T3、T4四种牌号。 二、铜合金二、铜合金 常加元素为常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，起到固溶强化作用，既提高了强度，等，起到固溶强化作用，既提高了强度，又保持了纯铜特性又保持了纯铜特性. 铜合金分为铜合金分为黄铜、青铜、黄铜、青铜、 白铜白铜三大三大类。类。

34、铜管铜管铜与铜与黄铜带黄铜带 1、黄铜、黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 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。 黄铜棒黄铜棒 1、普通黄铜、普通黄铜 铜与锌的二元合金铜与锌的二元合金称为普通黄铜。称为普通黄铜。 加工普通黄铜的牌加工普通黄铜的牌号为：号为：H (黄黄) + 表表示示铜铜平均百分含量平均百分含量的数字的数字，如，如H68。l从铜锌合金相图可以看出黄铜有从铜锌合金相图可以看出黄铜有a a 和和a a+ 两种组织两种组织,分别称分别称

35、单相黄铜单相黄铜和和两相黄铜两相黄铜。 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 l从铜锌合金相图可以看出从铜锌合金相图可以看出黄铜有黄铜有a a 和和a a+ 两种组织两种组织,分别称分别称单相黄铜单相黄铜和和两相黄两相黄铜铜。 单相黄铜塑性很好，适宜冷、热压力加工；若Zn39%，组织中出现以化合物CuZn为基的固溶体，即黄铜中由+双相组织（双相黄铜）。少量的对强度影响不大，因此强度仍然升高；若Zn45%以后铜合金组织全部为相，此时的合金已无使用价值。 当Zn39%时，（实际生产时大多为Zn32%，Zn能完全溶解于Cu内形成单相固溶体，称为单相黄铜。普通黄铜

36、黄铜的力学性能与Zn的质量分数有关。 黄铜力学性能随Zn变化的关系 单相黄铜单相黄铜塑性好。塑性好。 常用牌号有常用牌号有H80、H70、 H 68。 适于制造冷变形零件，如适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。弹壳、冷凝器管等。 两相黄铜两相黄铜热塑性好热塑性好, 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、导管、散热器等弹簧、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 牌号：如:H70表示Cu=70%，其余为Zn的黄铜。H70是典型的单相黄铜，H68是典型的双相黄铜。“黄”字汉语拼音字首合金中铜的平均质量分数

37、H+ 数字数字 经冷变形的黄铜，有时存放几天会自行破裂，这种现象称为黄铜的“自裂自裂”。 虽然黄铜具有优良抗蚀性，但当零件以冷压力加工（挤压、冲压、弯曲等）成形时，由于其中有残余内应力存在，在氨、湿气、海水等腐蚀性介质联合作用下发生的。 为了防止这种现象，冷压力加工后的黄铜零件（如弹壳等）必须进行消除内应力的退火（250300保温1h以上） 黄铜的黄铜的“自裂自裂” 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、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni等元素形成特殊黄铜。等元素形成特殊黄铜。 加工特殊黄铜的牌号为：加工特殊黄铜的牌号为： H(黄黄)+主加元素符号主加元

38、素符号(Zn除除外外)+铜铜平均百分含量平均百分含量+主加元主加元素平均百分含量素平均百分含量, 如如HPb59-1. 特殊黄铜强度、耐蚀性比普特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。通黄铜好，铸造性能改善。 黄铜制品黄铜制品 常用牌号有常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。等。 主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。桨、轴承、衬套及阀体等。 黄铜制品 三、青铜三、青铜 青铜原先是指人类最早应用的一种青铜原先是指人类最

39、早应用的一种Cu-Sn合金。但现代工业上，是指合金。但现代工业上，是指除黄铜、白铜（除黄铜、白铜（Cu-Ni合金）以外合金）以外的其他元素作为主要合金元素的铜的其他元素作为主要合金元素的铜合金均称为青铜。合金均称为青铜。 加工青铜的牌号为加工青铜的牌号为：Q +主加元素主加元素符号及其平均百分含量符号及其平均百分含量+其他元素其他元素平均百分含量平均百分含量 如如QSn4-3(含含4%Sn、3%Zn). 常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等铜、硅青铜、铅青铜等。 青铜制品青铜制品1、锡青铜锡青铜是由是由CuCu与与SnSn为主加元素组成的铜合为主加元

40、素组成的铜合金 。 工 业 上 使 用 的 锡 青 铜 为金 。 工 业 上 使 用 的 锡 青 铜 为SnSn=3%-14%=3%-14%。性能：铸造时流动性较差，成分偏铸造时流动性较差，成分偏析倾向较大，并易产生分散缩孔等析倾向较大，并易产生分散缩孔等缺陷，易渗漏，但不会形成集中缩缺陷，易渗漏，但不会形成集中缩孔，故适用于铸造外形尺寸要求较孔，故适用于铸造外形尺寸要求较严格的铸件。严格的铸件。锡青铜的耐蚀性高于纯铜和黄铜，锡青铜的耐蚀性高于纯铜和黄铜，特别是在大气、海水等环境中，但特别是在大气、海水等环境中，但在酸类及氨水中其耐蚀性较差。此在酸类及氨水中其耐蚀性较差。此外，锡青铜还具有良好

41、的减磨性，外，锡青铜还具有良好的减磨性，抗磁性及低温韧性。抗磁性及低温韧性。应用：制造机床中滑动轴承、蜗轮、制造机床中滑动轴承、蜗轮、齿轮等。齿轮等。锡青铜锭锡青铜锭Cu-Sn相图相图 常用牌号常用牌号有有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。等。l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、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 以铝为主加元素以铝为主加元素的铜合金，铝含的铜合金，铝含量为量为511%。 强度、硬度、耐

42、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，还可热处理（淬磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，还可热处理（淬火、回火）强化。铸造性能好，但焊接性能差。火、回火）强化。铸造性能好，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、耐蚀件，主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，强度及耐磨性较高的摩擦零件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、强度及耐磨性较高的摩擦零件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。螺旋桨等。 3、铍青铜、铍青铜 以铍

43、为主加元素的铜合金，铍含量为以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.72.5%。 强度高，疲劳抗力高、且耐热、耐蚀、耐磨等性能均强度高，疲劳抗力高、且耐热、耐蚀、耐磨等性能均优于其他铜合金。导电性和导热性优良，且有抗磁，优于其他铜合金。导电性和导热性优良，且有抗磁，受冲击无火花等一系列优点，但价格较贵受冲击无火花等一系列优点，但价格较贵.铍青铜制品铍青铜制品l常用牌号有常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等等 。l用于重要的弹性件、耐磨件，如用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要承及防爆工具、航海罗盘等重要机件机件

44、. 普通白铜普通白铜是是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。 普通白铜普通白铜牌号牌号：B+镍的平均百分含量镍的平均百分含量，如，如B5。 常用牌号有常用牌号有B5、B19等等 。用于在蒸汽和海水环境下工。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械作的精密机械,仪表零件及冷凝器仪表零件及冷凝器,蒸馏器蒸馏器,热交换器等热交换器等. 白铜件白铜件l四、白铜四、白铜l以镍为主要合金元素的铜以镍为主要合金元素的铜合金称白铜。合金称白铜。分普通白铜分普通白铜和特殊白铜和特殊白铜。 特殊白铜特殊白铜是在普通白

45、铜基础上添加是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。 其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。 常用牌号如常用牌号如BMn40-1.5(康铜康铜)、BMn43-0.5(考铜考铜)。 用于制造精密机械、仪表零件及用于制造精密机械、仪表零件及 医疗器械医疗器械等。等。康铜热偶康铜热偶白铜型材白铜型材第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金 美美F-22战机约战机约36%重量的重量的零件用钛合金制造零件用钛合金制造 钛合金是近来快速发展的材料。钛及钛合金密度小(4.5g/cm3)，强度大大高于

46、钢，比强度和比模量性能突出。波音777的起落架采用钛合金制造，大大减轻了重量，经济效益极为显著。钛的耐腐蚀性能优异，是目前耐海水腐蚀的最好的材料。钛是制造工作温度500 以下如火箭低温液氮燃料箱、导弹燃料罐、核潜艇船壳、化工厂反应釜等构件的重要材料。我国钛产量居世界第一，TiO2储量约8亿吨，特别是在攀枝花、海南岛资源非常丰富。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 纯钛是纯白色轻金属，密度小、熔点高，密度为纯钛是纯白色轻金属，密度小、熔点高，密度为4.507g/cm3，介于，介于Al和和Fe之间，熔点之间，熔点1668。 在在550以下，以下，钛的表面很容易形成薄而致密

47、的薄膜，因而钛的表面很容易形成薄而致密的薄膜，因而耐腐蚀性特别是耐海水腐蚀性能力是目前金属材料中最好耐腐蚀性特别是耐海水腐蚀性能力是目前金属材料中最好的的。一块钛板泡于海水中。一块钛板泡于海水中5 5年后取出仍是光亮闪闪，毫不生年后取出仍是光亮闪闪，毫不生锈。锈。 固态下有同素异构转变，固态下有同素异构转变，882.5发生同素异构转变发生同素异构转变 -Ti a a-Ti, 由体心立方由体心立方 -Ti转变为密排六方转变为密排六方a a-Ti.在在550高温上，高温上，钛能跟许多元素发生反应，高温性差。钛能跟许多元素发生反应，高温性差。钛还可与其他元素（如铝、钒）组成各种具钛还可与其他元素（如

48、铝、钒）组成各种具有特殊性能的有特殊性能的钛合金钛合金。可以提高其强度。可以提高其强度。其中以其中以AlAl的作用最为显著，类似于的作用最为显著，类似于C C在钢中在钢中的作用。的作用。 二、钛合金二、钛合金 纯钛加入合金元素形成钛合金。纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度.l按退火组织，钛合金可分按退火组织，钛合金可分为为a a型钛合金、型钛合金、 型钛合金型钛合金和和a a+ 型钛合金三类，它型钛合金三类，它们的牌号分别用们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示加顺序号表示 。

49、如。如TA5、TB2、TC4等。其等。其中中TA0TA3为工业纯钛。为工业纯钛。 钛合金泵钛合金泵 1、a a型钛合金型钛合金 主加元素为铝，还有锡、主加元素为铝，还有锡、硼等。硼等。 组织为单相组织为单相a a固溶体固溶体.不能不能热处理强化，通常在退火热处理强化，通常在退火状态下使用。状态下使用。 强度低于另两类钛合金，强度低于另两类钛合金，但高温强度、低温韧性及但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越，焊接性好耐蚀性优越，焊接性好. 钛合金氢钛合金氢泵诱导轮泵诱导轮钛合金氢泵壳体钛合金氢泵壳体 常用牌号常用牌号有有TA5、TA7等等 主要用于制造主要用于制造500以下工作的以下工作的零件，如飞机

50、压气机叶片、导弹零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等匣及飞船上的高压低温容器等。 钛合金卫星框架钛合金卫星框架钛合金液下泵钛合金液下泵a a-Ti合金组织合金组织 2、 型钛合金型钛合金 加入稳定加入稳定 相相的合金元的合金元素钼、铬、钒、铝等。素钼、铬、钒、铝等。 经淬火加时效处理后，经淬火加时效处理后，组织为组织为 相基体上分布相基体上分布着细小的着细小的a a相粒子。相粒子。 这类合金强度高，但冶这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，难于焊接炼工艺复杂，难于焊接,应用受到限制应用受到限制。钛合金管钛合金管钛合金管应用钛合

51、金管应用 型钛合金型钛合金有有TB2、TB3、TB4三个牌号。三个牌号。 主要用于主要用于350以下工以下工作的结构件和紧固件作的结构件和紧固件,如飞机压气机叶片、如飞机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等轴、弹簧、轮盘等。钛合金棒钛合金棒钛合金眼镜架钛合金眼镜架钛钛离心泵离心泵 3、a a+ 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。热强性、耐蚀性和低温韧性。钛合金列管式换热器钛合金列管式换热器 a a+ 型钛合金兼有型钛合金兼有a a和和

52、两类合金两类合金优点，优点，共有九个牌号，其中以共有九个牌号，其中以TC4应用最广、用量最大，其经应用最广、用量最大，其经过淬火加时效处理后，组织为过淬火加时效处理后，组织为a a+ +时效析出的时效析出的针状针状a a。+钛合金组织钛合金组织+钛合金组织（电镜）钛合金组织（电镜） a a+ 型钛合金型钛合金主要主要用于制造用于制造400以下以下工作的飞机压气机工作的飞机压气机叶片、火箭发动机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等及舰船耐压壳体等. 生物医生物医用材料用材料飞机压气机叶片飞机压气机叶片第四节第四节 轴承合金轴承合金 制造

53、滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。合金。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑 作用的重要部件，由轴承体作用的重要部件，由轴承体和轴瓦两部分组成。和轴瓦两部分组成。l与滚动轴承相比滑动轴承具与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平稳，有承载面积大，工作平稳，无噪音及拆装方便等优点。无噪音及拆装方便等优点。 一、组织性能要求一、组织性能要求 当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈施加的交变载荷和冲击力。轴颈施加的交变载荷和冲击力。 对轴承合金的性能要求：对轴承合金的性能要求： 足够的强韧性，足够的强韧性，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. 较小的热膨胀系数较小的热膨胀系数，良好的导热性和