09-《工程材料》第九章

1、主编：东南大学 戴枝荣 张远明 主讲：张 建学时：54 工 程 材 料（工程材料及机械制造基础）第九章 有色金属及其合金第一节 铝及其合金一、纯铝性能特点:(1)密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低。 纯铝：密度2.72g/cm3，仅为铁的1/3，熔点为 660.4，导电性仅次于Au、Ag、Cu。 铝合金：密度也很小，熔点更低，但导电、导热 性不如纯铝。铝及铝合金的磁化率极低， 属于非铁磁材料。(2)抗大气腐蚀性能好 铝和氧的化学亲和力大，在大气中，铝和铝合金 表面会很快形成一层致密的氧化膜，防止内部继 续氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破坏, 故不能用铝及铝合金制作的容器盛放盐和碱

2、溶液。(3)加工性能好，比强度高 纯铝：塑性较高（=3050%，=80%），易于压 力加工成型，低温性能良好，强度低，常态 为b=70Mpa, 冷变形强化达150250 Mpa, 但也不能直接用于制作受力的结构件。 铝合金：通过冷成型和热处理，其抗拉强度可达到 500600 Mpa，相当于低合金钢的强度， 比强度高，成为飞机的主要结构材料。分类:高纯铝：99.996%99.93% 用于科研，代号为 L04L01； 工业高纯铝：99.9%99.85% 用于作Al合金原 料、铝箱，代号为L0、L00； 工业纯铝：99.0%98.0%用作管、线、棒，代 号为L1L6。二、铝合金的分类分类：变形铝合金

3、-成分小于D 点的合金 不能热处理强化的铝合金-成分小于F点的合金 能热处理强化的铝合金-成分位于F与D之间的合金铸造铝合金-成分大于D点的合金表 铝合金的分类及性能特点 铝及其合金的牌号：1.纯铝：采用四位字符牌号，用1表示。 第一位数字“1”表示为纯铝；第二位字母“A” 表示原始纯铝“BY”表示改型情况；最后两 位数字表示铝的最低百分含量，如1A35。2.变形铝合金：采用四位字符牌号，用2 8系列表示。 第一位数字：铝合金的组别； 第二 位字母：原始合金的改型情况，“A” 表示原始合金，BY为原始合金的改 型合金。最后两位数字：区分同一组 中不同的铝合金。例：5A02。 合金元素：Cu 、

4、Mn 、Si、 Mg、Zn等牌号：X X X X 第一位：数字-表示铝合金的组别 2-表示Al-Cu 系的铝合金 3-表示Al-Mn 系的铝合金 4-表示Al-Si 系的铝合金 5-表示Al-Mg 系的铝合金 6-表示Al-Mg+Si系的铝合金 7-表示Al-Zn 系的铝合金 8-表示其他元素的铝合金 9-表示备用合金组 第二位：数字或字母-表示改型情况 A-表示原始铝合金 BY-表示已改型 后两位：数字-区别同一系的不同铝合金3.铸造铝合金：用“Z+Al+元素符号+数字”表示。数字 是合金元素百分含量。例：ZAlSi9Mg。铝及其合金代号：代号是旧标准使用的牌号。1.纯铝：用“L+数字”表示

5、。如前所示。2.变形铝合金：用“L+字母+数字”表示。字母表示类 型，“F”为防锈铝合金，“A”为硬铝合 金，“C”为超硬铝合金，“D”为锻造铝 合金；数字表示同类型的不同合金。3.铸造铝合金：用“ZL +三位数字表示。第一个数字表 示合金系列，其中1,2,3,4分别表示铝 硅、铝铜、铝镁、铝锌系列合金，后面 第二、三个数字表示顺序号。优质合金 在数字后面附加字母“A.新 牌 号旧 牌 号新 牌 号旧 牌 号新 牌 号旧 牌 号1A99原LG52B12原LY930031A97原LG42A13原LY1331031A952A14原LD1030041A93原LG32A16原LY1630051A90原

6、LG22B16曾用Ly16-131051A85原LG12A17原LY174A01原LT110802A20曾用LY204A11原LD111080A2A21曾用2144A13原LT1310702A25曾用2254A17原LT171070A代L12A49曾用149400413702A50原LD540321060代L22B50原LD6404310502A70原LD74043A1050A代L32B70 曾用LD7140471A50原LB22A80原LD84047A13502A90原LD95A01曾用2101、L02原LF21035代L420115A03原LF31A30原L412

7、0145A05原LF51100代LF512014A5B05原LF101200代L522145A06原LF6123520175B06原LF142A01原LY12017A5A12原LF122A02原LY221175A13 原LF132A04原LY422185A30曾用2103、LF162A06原LY626185A33原LF332A10原LY10 2219曾用LY19、1475A41原LT412A11原LY1120245A43原LF432B11原LY821245A66原LT662A12原LY123A21原LF21500550196B02原LD217A09原LC950506A51曾用6517A10原L

8、C10525161017A15曾用LC15 7A19曾用919、LC19515460057A31曾用183-15154A 6005A7A33曾用LB73354546351 7A52曾用LC52、521055546060 7003原LC1257546061原LD307005 5056 原LF516063原LD31702053566063A70225456 6070原LD22 705050826181 7075 518260827475 5083原LF47A01原LB18A06原L651837A03 原LC3 8011曾用LT9850867A04原LC480906A02原

9、LD27A05曾用705三、铝合金的热处理 固溶处理：是将成分位于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), 获得过饱和固溶体的过程。固溶强 化效果不明显。 时效强化：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，使合金的强 度和硬度明显提高的现象,又称为时 效或时效硬化。 自然时效：在室温下进行的时效。 人工时效：在加热条件下进行的时效。影响时效强化的因素：固溶体浓度，浓度越大，强化效果越大；时效温度，温度越高，时效加快，但降低最高硬度值;时效时间，时间越长，强化效果越好，但超过一定时 间，产生软化。

10、过时效：若时效温度过高，等温时间过长，导致合金 软化。自然时效的特点：时效开始阶段，强度变化不大，称 为孕育期；5-15h内，强化速度最 快；4-5天后，强度达到最高值。人工时效的特点：时效温度愈高，时效速度愈快，强 化效果愈低。时效过程： 第一阶段：溶质原子发生富集，形成富集区，使晶 格畸变加大 第二阶段：随时间的延长，富集区的原子趋于有序 化，晶格畸变进一步增大 第三阶段：溶质原子继续富集，形成过渡相，晶格 畸变减轻 第四阶段：稳定的相形成与长大，晶格畸变显著减 轻特点：自然时效只出现第一、第二阶段； 人工时效主要出现第三、第四阶段四、形变铝合金(一) 热处理不能强化的形变铝合金-防锈铝合

11、金分类：主要有Al-Mn，Al-Mg合金特点：耐蚀性高，塑性和焊接性好，切削加工性差。Al-Mn系防锈铝：主要为LF21，1.01.6%Mn，退火状态为 +MnAl6。Mn作用为固溶强化及弥散强 化（少量MnAl6），提高耐蚀性。Al-Mg系防锈铝：常用的为LF2，3，5，6等。Mg作用为固 溶强化。类别牌号代号（%）处理状态力学性能用途举例CuMgMnZn其它b/MPa（%）HBS不能热处理强化防锈铝合金5A05LF50.14.85.50.30.60.2Si0.5Fe0.5.M2802070焊接油箱、油管、焊条、铆钉以及中等载荷零件及制品3A21LF210.20.051.01.60.1Si0

12、.6Ti0.15Fe0.7.M1302030焊接油箱、油管、焊条、铆钉以及轻载荷零件及制品(二)热处理强化的形变铝合金1.硬铝合金（杜拉铝） 典型硬铝：Al-Cu-Mg系合金， 特点：是时效后强度、硬度很高，加工性能好，但 耐蚀性差，易晶间腐蚀，常采用包铝。 合金元素：加入Cu、Mg形成强化相S(CuMgAl2)、 (CuAl2)、T(CuMg2Al6)和(Mg2Al3) (强化效果依次减弱)，在Al中有较大溶 解度。合金元素总量增加，强化相数量 增多，强度提高，CuMg = 2.61，强 化效果最好。(1)低强度硬铝合金：如LY1LY10，主要析出相， 强度低，塑性高，铆接材料。(2)中强度

13、硬铝合金：(标准) 如LY11，主要为，其 次为S，强度较高，塑性较好， 中等载荷结构件。(3)高强度硬铝合金：典型LY12，主要为S，其次为, 强度较高，良好的耐热性，塑 性较差, 较高载荷结构件。2.超硬铝合金 典型：Al-Zn-Mg-Cu系合金 特点：时效后强度、硬度更高，热加工性能好， 但塑性及耐蚀性差，采用包铝。 Al-Zn-Mg形成稳定性更高的强化相(MgZn2) 和T(Al2Mg3Zn3),其次还有（MgZn5）和 （Mg2Al3）。Zn、Mg含量增加，强度提高，但 塑性和耐蚀性下降。 超硬铝LC4，强化相主要为+T，其次为S， 强度较高；LC6，+T更多，强度更高。3.锻铝合金

14、 典型：Al-Mg-Si-Cu系合金 特点：为热塑性及耐蚀性高。Al-Mg-Si形成Mg2Si， 加Cu形成W（Cu4Mg5Si4Alx）、（CuAl2） 和S（CuMgAl2），主要为Mg2Si和 W。常用 的有LD2、LD5、LD6、LD10等。类别牌号代号化学成分（%）处理状态力学性能用途举例CuMgMnZn其它b/MPa（%）HBS能热处理强化的铝合金硬铝合金2A01LY12.23.00.20.50.20.1Si0.5Ti0.15Fe0.5线材CZ3002470工作温度不超过100的结构用中等强度铆钉2A11LY113.84.80.40.80.40.80.3Si0.7Fe0.7Ni0.

15、1Ti0.15板材CZ42018100中等强度结构零件，如骨架、模锻的固定接头、支柱、螺旋浆叶片、局部镦粗的零件、螺栓和铆钉2A12LY123.84.91.21.80.30.90.3Si0.5Ni0.1Ti0.15Fe0.5.板材CZ47017105高强度结构零件，如骨架、蒙皮、隔框、肋、梁、铆钉等150以下工作的零件超硬铝合金7A04LC41.42.01.82.80.20.65.07.0Si0.5 ；Fe0.5.Cr0.10.25CS60012150结构中主要受力件，如飞机大梁、桁架、加强框、蒙皮、接头及起落架锻铝合金2A50LD51.82.60.40.80.40.80.3Si0.71.2C

16、S42013105形状复杂中等强度的锻件及模锻件2A70LD71.92.51.41.80.20.3Ti0.020.1Ni0.91.5Fe0.91.5CS41513120内燃机活塞、高温下工作的复杂锻件、板材，可作高温下工作的结构件五、铸造铝合金 铸造铝合金除了要有足够的机械性能及耐蚀性外，还要有优良的铸造性能。共晶合金的铸造性能最好，但由于有大量脆性相，使脆性增加，因此实际使用的并非都是共晶合金，只是比形变铝合金的合金元素高一些，一般Me = 825%。用ZL（铸铝）表示，第一位数表示合金系（1：Al-Si，2：Al-Cu，3：Al-Mg，4：Al-Zn），后两位数为顺序号。(一)Al-Si系

17、铸造铝合金（铝硅明） 航空业应用最广的材料，特点是有良好的铸造、耐蚀和机械性能。1.简单铝硅合金（简单铝硅明）： 典型牌号:ZL102，1113%Si，属于过共晶(共晶点 11.7%Si)，组织为少量块状初晶Si+(+ 粗大针状Si),强度、塑性及韧性差。 变质处理:即加入23%的钠盐变质剂可得+(+Si) 的细小组织。具有良好的铸造、耐热、耐 蚀和焊接性能，但不能时效强化，强度较 低。2.含Mg的特殊铝硅合金（特殊铝硅明）： 制造方法:在Al-Si合金中加入Mg，形成Mg2Si。 牌号:ZL101、ZL104，经过变质处理加人工时效， 组织为细小亚共晶+Mg2Si，使强度提高。3.含Cu的特

18、殊铝硅合金（特殊铝硅明）： 制造方法：加入Cu形成（CuAl2）。 常用牌号：ZL107，经过变质处理加人工时效，使 强度明显提高。4.含Cu、Mg的特殊铝硅合金（特殊铝硅明）： 制造方法：同时加入Cu、Mg，除形成Mg2Si、外, 还形成W(Cu4Mg5Si4Alx)、S(CuMgAl2) 相。 常用牌号：ZL103、105、110，强度更高且具有高 的耐热性（使用温度小于250）。(二)Al-Cu系铸造铝合金 特点：是耐热性在铝合金中最高。 缺点：是铸造性和耐蚀性差，随着Cu增加，铸造 性能越好，耐蚀性增加，但强度降低（共 晶点33.2%Cu），因此Cu14%。 常用牌号：ZL201为Al

19、-Cu-Mn系，除形成外， 还形成耐热性更高的T(CuMn2Al12), 使用温度小于300； ZL202、203为Al-Cu系，前者含8 10%Cu，铸造性能较好。 应用：可用作内燃机气缸头、活塞、增压器的导 风轮等。 (三)铝镁系铸造铝合金 特点：是密度最小，耐蚀性最好，强度最高，有较好 的韧性。 缺点：是铸造性差，热强性低，使用温度小于200。 常用牌号：ZL301、302。ZL301的室温组织为 +Mg5Al8。因为时效时直接析出平衡相， 强化效果较差，故一般温油或温水淬火后 使用，综合力学性能较高。 应用：可用作为腐蚀和冲击条件下服役的零件，如船 舶零件，氨用泵体等。(四)铝锌系铸造

20、铝合金 特点：是强度较高，有良好的铸造、切削加工性能。 缺点：是耐蚀性差。 常用牌号：ZL401（含Zn铝硅明），属于Al-Zn-Si系。 应用：机动车辆发动机零件及形状复杂的仪表零件。类别牌号代号用 途铝硅合金ZAlSi7MgZL101形状复杂的零件，如飞机、仪器零件等ZAlSi12ZL102仪表、抽水机壳体等外型复杂件ZAlSi9MgZL104形状复杂工作温度为200以下的零件，如电动机壳体、汽缸体等ZAlSi5Cu1MgZL105形状复杂工作温度为250以下的零件，如风冷发动机气缸头、机匣、油泵壳体等ZL107强度和硬度较高的零件ZAlSi12Cu1Mg1Ni1ZL109较高温度下工作的

21、零件，如活塞等ZL110活塞及高温下工作的零件铝铜合金ZalCu5MnZL201砂型铸造工作温度为175300的零件，如内燃机气缸头、活塞等ZalCu10ZL202高温下工作不受冲击的零件ZL203中等载荷、形状比较简单的零件铝镁合金ZAlMg10ZL301大气或海水中工作的零件，承受冲击载荷、外形不太复杂的零件，如舰船配件、氨用泵体等ZL302ZAlMg5Si1ZL303铝锌合金ZalZn11Si7ZL401结构形状复杂的汽车、飞机、仪器仪表零件，也可制造日用品ZalZn6MgZL402表 常用铸造铝合金牌号及用途第二节 铜及其合金铜及铜合金的特性:优异的物理、化学性能 纯铜导电性、导热性极

22、佳，铜合金 的导电、导热性也很好。铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力 很高。铜是抗磁性物质。良好的加工性能 铜及其某些合金塑性很好；容易冷、热成 形；铸造铜合金有很好的铸造性能。某些特殊机械性能 例如优良的减磨性和耐磨性（如青铜及 部分黄铜），高的弹性极限和疲劳极限（如铍青铜等）。色泽美观 铜及铜合金在电气工业、仪表工业、造船工业及 机械制造工业部门中获得了广泛的应用。铜的储量较小，价格较贵，属于应节约使用的材料，只有在 特殊需要的情况下，例如要求有特殊的磁性、耐蚀性、加工 性能、机械性能以及特殊的外观等条件下，才考虑使用。一、纯铜（紫铜）1.结构与性能 结构：纯铜呈玫瑰红色，因其表面在空气中氧化

23、形成一层 紫红色的氧化物而常称紫铜。密度8.94g/cm3,熔点 1083，无磁性，面心立方晶格，无同素异构转变。 性能：优良的导电、导热及耐蚀性(但不耐硝酸和硫酸); 高的塑性及可焊性。纯铜强度较低，在各种冷热 加工条件下有很好的变形能力，不能通过热处理 强化,但是能通过冷变形加工硬化。 微量杂质Bi、Pb、S等会与形成低熔点共晶组织 导致“热脆”，如形成熔点为270的(Cu+Bi)和熔 点为326的(Cu+Pb)共晶体，并且分布在晶界上。 硫和氧则易与铜形成脆性化合物和，冷加工时破 裂断开，导致“冷脆”。2.纯铜的牌号及用途1)韧铜(工业纯铜)：0.020.10%O，用T（铜）表示， T1

24、T4，顺序号越大，纯度越低；2)无氧铜：0.003%O，用TU(无氧铜)表示，TU1、TU2;3)脱氧铜：0.01%O，用TU+脱氧剂化学符号表示，TUP、 TUMn（磷脱氧铜和锰脱氧铜）。牌号代号纯度()杂质()杂质总量()用 途BiPb一号铜T199.950.0020.0050.05导电材料和配制高纯度合金二号铜T299.900.0020.0050.1导电材料，制作电线、电缆等三号铜T399.700.0020.010.3铜材、电气开关、垫圈、铆钉、油管等四号铜T499.500.0030.050.5铜材、电气开关、垫圈、铆钉、油管等表 工业纯铜的牌号、成分及用途二、黄铜1.普通黄铜 普通黄铜

25、:是Cu-Zn合金,工业上使用的黄铜Zn50%。 相：Zn在Cu中的置换固溶体，具有很大的溶解度，面 心立方晶格，塑性好。 相：以电子化合物CuZn为基的固溶体，体心立方晶格, 塑性好。当温度低于456468以下时，转变为 有序固溶体，硬而脆。 相：以电子化合物Cu5Zn8为基的固溶体，复杂立方晶 格(黄铜结构)，塑性较差。当温度低于270 以下时，转变为有序固溶体，硬而脆。 性能：当Zn32%时，单相固溶体，强度和塑性较高; 当Zn32%时，双相+，塑性降低，Zn = 45% 时强度最大；当Zn47%时，双相+, 强度和塑性急剧降低。 Cu-Zn合金相图 图 单相黄铜的显微组织 图 双相黄铜

26、的显微组织1)(单相、冷加工)黄铜：10062.4%Cu，良好的冷、 热加工性，常用的H80、H70、H68。2)+(双相、热加工)黄铜：56.062.4%Cu，良好 的热加工性，常用的H59、H62。2.特殊黄铜 特殊黄铜：在Cu-Zn基础上加入Al、Fe、Si、Mn、 Pb、Ni等形成，称为铝黄铜、铁黄铜等, 目的是提高机械、耐蚀及工艺性能。3.铸造黄铜 铸造黄铜含较多的铜及少量的合金元素，目的是降低熔点，减小液固相线间隔，提高铸造性能。铸造黄铜除具有一定的机械性能外，还具有良好的耐蚀性。牌号： 普通黄铜：以“黄”的汉语拼音字首“H”+数字表示, 数字表示铜的含量，如62表示含量为 62，

27、其余为Zn。 特殊黄铜：表示形式是“+第一合金元素符号+铜 含量-第一合金元素含量+第二合金元 素含量”，数字之间用“-”分开。 铸造黄铜：以“ZCuZn+锌含量+第二合金元素符号 +第二合金元素含量”表示。表示含Zn 为40，含Pb为2，余量为Cu的铸 造黄铜用“ZCuZn40Pb2”。常用普通黄 铜、特殊黄铜、铸造黄铜的牌号及用 途见后表。牌 号用 途H96冷凝管、散热器及导电零件等H90奖章、供水及排水管等H80薄壁管、造纸网、波纹管、装饰品、建筑用品等H70弹壳、造纸、机械及电气零件H68形状复杂的冷、深冲压件、散热器外壳及导管等H62、H59机械、电气零件，铆钉、螺冒、垫圈、散热器及

28、焊接件、冲压件类 别牌 号用 途铅黄铜HPb63-3钟表、汽车、拖拉机及一般机器零件HPb59-1适于热冲压及切削加工零件，如销子、螺钉、垫圈等铝黄铜Hal77-2海船冷凝器管及耐蚀零件Hal60-1-1齿轮、蜗轮、轴及耐蚀零件Hal59-3-2船舶、电机、化工机械等常温下工作的高强度耐蚀零件硅黄铜Hsi80-3耐磨锡青铜的代用材料，船舶及化工机械零件锰黄铜HMn58-2船舶零件及轴承等耐磨零件铁黄铜Hfe59-1-1摩擦及海水腐蚀下工作的零件锡黄铜HSn90-1汽车、拖拉机弹性套管HSn62-1船舶零件镍黄铜Hni65-5压力计管、船舶用冷凝管、电机零件类 别牌 号用 途硅黄铜ZCuZn16

29、Si4接触海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，工作温度在225以下蒸汽中工作的零件铅黄铜ZCuZn40Pb2一般用途的耐磨、耐蚀零件，如轴套、齿轮等铝黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3高强度、耐磨件，如桥梁支承板、螺母、螺杆、滑块和蜗轮等ZCuZn31Al2压力铸造件，如电机、仪表等以及造船和机械制造中的耐蚀零件锰黄铜ZCuZn40Mn3Fe1耐海水腐蚀零件，以及300以下工作的管件，船舶用螺旋桨等大型铸件ZCuZn40Mn2在空气、淡水、海水、蒸汽（300）和各种液体、燃料中工作的零件表 铸造黄铜牌号及用途三、青铜1.锡青铜 锡青铜：以Sn为主加

30、元素的铜合金。 相：Sn在铜中的置换固溶体，有较大溶解度,FCC, 塑性好。 相：以电子化合物Cu5Sn为基的固溶体，在586 发生共析转变（+），BCC，塑性好。 相：以电子化合物Cu31Sn8为基的固溶体, 526 时发生共析转变（+），复杂立方 （黄铜结构），硬而脆。 相：350发生共析转变(+)，其他同上。 相：以电子化合物Cu3Sn为基的固溶体，HCP，极 硬而脆。 Cu-Sn合金相图 锡青铜组织和力学性能与含锡量的关系 在实际冷却条件下，(+)由于转 变很慢很难进行完全，室温下只能得到+ 组织，导致韧性及塑性和强度降低。性能：当Sn56%时，固溶体，强度和塑性较高; 当Sn56%时

31、，出现相，使塑性降低； 当Sn20%时，过多，强度和塑性急剧降 因此，一般加入314%Sn，其中，压力加工锡 青铜57%Sn，铸造锡青铜1014%Sn。特点：耐蚀性高，超过纯铜和黄铜。缺点：结晶温度间隔宽，铸造性能差，为此加辅加元 素Pb、Zn等改善。2.铝青铜 铝青铜：以Al为主加元素的铜合金。 相：Al在铜中的置换固溶体，溶解度较大，FCC， 强度和塑性较高。 相：以电子化合物Cu3Al为基的固溶体，在565发 生共析转变（+2），BCC。 2相:以电子化合物Cu32Al19为基的固溶体，硬而脆。 性能:当Al78%时，固溶体，强度、塑性较好; 当Al78%时，塑性急剧降低； 当Al101

32、1%时，出现脆性2，强度和塑 性都显著降低。 因此，一般Al12%，压力加工铝青铜57% Al，铸造铝青铜7%Al。 特点:强度、硬度、耐磨性和耐蚀性均优于黄铜和锡 青铜，结晶温度区间小，流动性能好. 缺点:易形成Al2O3杂质、切削加工性和焊接性差。3.铍青铜 铍青铜：以Be为主加元素的铜合金。 相：Be在铜中的置换固溶体，溶解度较小，FCC， 塑性好。 1相：以电子化合物CuBe为基的无序固溶体，在 605发生共析转变1（+2），BCC， 塑性好。 2相：以电子化合物CuBe为基的有序固溶体，BCC， 硬而脆。 性能：当Be2%时，塑性急剧下降，常用1.72.5%Be 特点：是弹性极限和疲

33、劳强度极高，导电、导热 性高,耐蚀、耐磨性好，无磁性，接触时 不溅射火花, 适合做高精密弹性元件；具 有强烈的时效硬化效应，时效处理后的强 度及硬度很高，可以达到b1250 1500MPa，HB350400。 缺点：价格昂贵，有毒。4.硅青铜 硅青铜：以Si为主加元素的铜合金。 性能：具有良好的冷、热加工性能，铸造性能，价 格低廉。当Si3%时，塑性将快速下降。 类别代号（或牌号）用 途压力加工锡青铜QSn4-3弹性元件、化工机械耐磨零件和抗磁零件QSn6.5-0.1精密仪器中的耐磨零件和抗磁元件，弹簧QSn4-4-2.5飞机、汽车、拖拉机用轴承和轴套的衬垫铸造锡青铜ZCuSn10Zn2在中等

34、及较高载荷下工作的重要管配件，阀、泵体等ZCuSn10P1重要的轴瓦、齿轮、连杆和轴套等特殊无青锡铜青铜ZCuAl10Fe3重要的耐磨、耐蚀重型铸件，如轴套、蜗轮等ZCuAl9Mn2形状简单的大型铸件，如衬套、齿轮、轴承QBe2重要仪表的弹簧、齿轮等ZCuPb30高速双金属轴瓦、减摩零件等表 常用青铜的牌号及用途类别代号（%）力学性能用途举例主加元素其它b/MPa（%）HBS锡青铜QSn4-3Sn3.54.5Zn2.73.3杂质总和0.2、Cu余量5504160弹性元件，化工机械耐磨零件和抗磁零件QSn6.5-0.1Sn6.07.0Zn 0.3P0.10.25Cu余量杂质总和0.1750101

35、60200弹簧接触片，精密仪器中的耐磨零件和抗磁零件铝青铜QAl9-2Al8.010.0Mn1.52.5Zn1.0杂质总和1.7Cu余量70045160200海轮上的零件，250以下工作的管配件和零件QAl10-3-1.5Al8.510.0Fe 2.04.0Mn1.02.0杂质总和0.75Cu余量800912160200船舶用高强度耐蚀零件，如齿轮、轴承硅青铜QSi3-1Si2. 73.5Mn1.01.5Zn 0.5, Fe0.3, Sn0.25杂质总和1.1,Cu余量70015180弹簧、耐蚀零件以及蜗轮、蜗杆、齿轮、制动杆等QSi1-3Si0. 61.1Ni2. 43.4Mn0.10.4杂

36、质总和0.5Cu余量6008150200发动机和机械制造中的机构件，300以下工作的摩擦零件铍青铜QBe2Be1.82.1Ni0.20.5杂质总和0.5，Cu余量125024330重要的弹簧和弹性元件，耐磨零件以及高压、高速、高温轴承五.白铜 白铜：以为主加合金元素的铜基合金。 分类：普通白铜和特殊白铜。普通白铜是Cu-Ni二 元合金；特殊白铜是在合金基础上加入Zn、 Mn、Al等合金元素，分别称锌白铜、锰白铜、 铝白铜等。 应用：白铜具有高的耐蚀性、优良的冷、热加工工 艺性。因此，广泛用于制造精密仪器、仪表 化工机械及医疗器械中的关键零件。类 别牌 号用 途普通白铜B30、 B19、 B5船

37、舶仪器零件，化工机械零件锌白铜BZn15-20潮湿条件下和强腐蚀介质中工作的仪表零件锰白铜BMn3-12主要用途的弹簧BMn40-1.5热电偶丝第三节 钛及其合金 钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点，同时资源丰富，所以有着广泛应用前景。但目前钛及钛合金的加工条件复杂，成本较昂贵，在很大程度上限制了它们的应用。一、纯钛 是灰白色轻金属，钛的密度小，为4.54g/cm3,熔 点高，约为1668，热膨胀系数小，导热性差。 纯塑性好、强度低，容易加工成形，可制成细丝 和薄片。 在大气和海水中有优良的耐蚀性，在硫酸、盐酸、 硝酸、氢氧化钠等介质中都很稳定。的抗氧化能 力

38、优于大多数奥氏体不锈钢。 在固态下有同素异构转变：882.5以下为密排 六方晶格，称-Ti；882.5以上直到熔点为体 心立方晶格，称-Ti。在882.5时发生同素异 构转变-Ti-Ti，它对强化有很重要的意义。 工业纯中含有H、C、O、Fe、Mg等杂质元素,少量 杂质可使钛的强度和硬度显著升高，塑性和韧性 明显降低。工业纯钛按杂质含量不同分为TA1、 TA2、TA3等三种,编号越大杂质越多，可制作在 350以下工作的、强度要求不高的零件。类别牌号成 分用 途工业纯钛TA1Ti(杂质极微)在350以下工作、强度要求不高的零件TA2Ti(杂质微)TA3Ti(杂质微)表 工业纯钛的牌号及用途 二、

39、钛合金 形成：合金元素溶入-Ti中，形成固溶体，溶入 -Ti中形成固溶体。 稳定化元素：Al、C、N、O、B等，可使同素异构转 变温度升高。 稳定化元素：Fe、Mo、Mg、V等，使同素异构转变温 度下降。 共析型稳定化元素：Mn、Cr、W、Fe、Ag、Cu、H、 Ni、Si等，与-Ti 形成有限固溶体， 并发生共析转变。 中性元素：Sn、Zr等对转变温度的影响不明显。 分类：根据使用状态的组织，钛合金可分为钛合金、 钛合金和（+）钛合金。牌号以TA、TB、 TC加上编号来表示。其牌号及用途见后表。钛合金 钛中加入、等稳定化元素获得钛合金。 特点： 钛合金的室温强度低于钛合金和(+)钛 合金，但

40、高温(500600)强度比它们的高，组 织稳定，抗氧化性和抗蠕变性好，焊接性能很好。 钛合金不能淬火强化，主要依靠固溶强化，热 处理只进行退火（变形后的消除应力退火或消除 加工硬化的再结晶退火）。 典型牌号及用途：TA7，成分为Ti-5Al-2.5Sn。其使 用温度不超过500，主要用于制 造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡 轮机匣等。钛合金 钛中加入Mo、Cr、V等稳定化元素得 到钛合金。 性能：钛合金有较高的强度、优良的冲压性能， 并可通过淬火和时效进行强化。在时效状态 下，合金的组织为相和弥散分布的细小 相粒子。 典型牌号：为TB1，成分为Ti-3Al-13V-11Cr。 应用：一般在350

41、以下使用，适于制造压气机叶 片、轴、轮盘等重载的回转件，飞机构件等。(+)钛合金 钛中通常加入稳定化元素、大 多数还加入稳定化元素所得到 的(+)钛合金。性能：塑性很好，容易锻造、压延和冲压，并可通过 淬火和时效进行强化。热处理后强度可提高 50100。典型牌号：TC4，成分为Ti-6Al-4V，经淬火及时效处 理后，显微组织为块状+针状。其 中针状是时效过程中从相中析出的。应用：由于强度高，塑性好，在400时组织稳定， 蠕变强度较高，低温时有良好的韧性，并有良 好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀的能力, 所以适于制造在400以下长期工作的零件， 要求一定高温强度的发动机零件，以及在低温 下使

42、用的火箭、导弹的液氢燃料箱部件等。三、钛及钛合金的热处理退火 消除应力退火：目的是消除工业纯钛和钛合金零件机 加工或焊接后的内应力。退火温度一般为450650, 保温14h，空冷。再结晶退火：目的是消除加工硬化。纯钛一般采用 550690温度，钛合金用750800温度，保温 13h，空冷。淬火和时效 目的是提高钛合金的强度和硬度。 钛合金和含稳定化元素较少的(+)钛合金， 自相区淬火时，发生无扩散型的马氏体转变 ,为马氏体，是稳定化元素在-Ti中的过 饱和固溶体，具有密排六方晶格，硬度较低，塑性 好，是一种不平衡组织，加热时效时分解成相和 相的混合物，强度和硬度有所提高。钛合金和含稳定化元素较

43、多的(+)钛合金, 淬火时，相转变成介稳定的相，加热时效后， 介稳定相析出弥散的相，使合金的强度和硬度 提高。钛合金一般不进行淬火和时效处理，钛合金和 (+)钛合金可进行淬火和时效处理，提高强度 和硬度。淬火：淬火温度一般选在+两相区的上部范围， 淬火后部分保留下来，细小的相转变成介 稳定相或相或两种均有（决定于稳定化 元素的含量），经时效后获得好的综合机械性 能。假若加热到单相区，晶粒极易长大， 则热处理后的韧性很低。一般淬火温度为760 950，保温560分钟，水中冷却。时效：时效温度一般在450550之间，时间为几小 时至几十小时。注意：钛合金热处理加热时应防止污染和氧化，并严 防过热。

44、晶粒长大后，无法用热处理方法挽救。第四节 镁及其合金 镁是地壳中第三种最丰富的金属元素，储量占地壳的2.5，仅次于铝和铁。镁及镁合金比强度高、耐冲击、具有优良的可切削加工性，并对碱、汽油及矿物油具有化学稳定性。一、纯镁 纯镁为银白色，其密度为1.74g/cm3，熔点为650l，沸点为l10010。纯镁的电极电位很低，因此抗蚀性较差，在潮湿大气、淡水、海水及绝大多数酸、盐溶液中易受腐蚀。镁具有密排六方晶格，室温和低温塑性较低，容易脆断，但高温塑性较好，可进行各种形式的热变形加工。二、镁合金 镁合金牌号：由相应汉语拼音字头和合金顺序号 表示，下表为镁合金的牌号、性能及用途。牌号抗拉强度（Mpa）伸

45、长率用 途ZM12355飞机轮毂、支架等抗冲击件ZM21852.5200以下工作的发动机零件等ZM31181.5高温高压下工作的发动机匣等ZM52255机舱隔框、增压机匣等高载荷零件MB12108形状简单受力不大的耐蚀零件MB225020飞机蒙皮、壁板及耐蚀零件MB82607形状复杂的锻件和模锻件 MB153359室温下承受大载荷的零件，如机翼等表 镁合金的牌号及用途 1.变形镁合金Mg-Mn系合金：包括MB1和MB8二种，不能热处理强 化，合金工艺性能好，抗蚀性高， 适于制作飞机蒙皮、模锻件和要求 耐蚀的管件。Mg-Al-Zn系：MB2,不能热处理强化，塑性较好，适 于加工成各种板、棒和锻件

46、等半成品。Mg-Zn-Zr系：MB15,可进行热处理强化，具有较高的 强度,能制造形态复杂的大型锻件。合 金耐蚀性良好，无应力腐蚀破裂倾向。Mg-Li系：是一种新型的超轻结构镁合金。具有塑性 好、韧性好、密度小、焊接性能好、缺 口敏感性低等优点，在航空、航天工业 中具有良好的 应用前景。2.铸造镁合金Mg-Al-Zn系合金：ZM5，wAl7.5%9.0%，经热处理 可提高强度，流动性好，焊接性好。可用作制造飞 机机舱连接隔板，仪表、发动机及其他结构上承载 的零件。Mg-Zn-ZrZ系合金：M1、ZM2、ZM8，具有较高的 强 度、塑性，铸造工艺性能好，铸件致密，可焊接， 可在170200工作。

47、用作制造飞机的发动机和导 弹的各种铸件。Mg-RE-Zr系合金：ZM3、ZM4、ZM6，RE元素可提高 合金的工作温度，改造铸造性能，使其能够在 200300 工作。用于制造300 以下工作的高 气密零件。三、热处理特点：镁合金的组织一般比较粗大，且常达不到平衡态， 因此淬火加热温度较低；合金元素在镁中的扩散速度较慢，需要的淬火加热 时间较长；铸造镁合金及加工前未经退火的变形镁合金易产生 不平衡组织，淬火加热速度不宜过快，一般采用分 级加热的方式；自然时效条件下，过饱和固溶体析出沉淀相的速度 极慢，故镁合金需用人工时效处理；镁合金的氧化倾向大，加热炉内需保持一定的中性 气氛，普通电炉一般通人气

48、体或在炉中放置一定数 量的硫铁矿石碎块，并要密封。 镁合金常用的热处理工艺：有铸造或锻造后的直接人工时效、退火、淬火不时效及淬火加人工时效等,具体工艺规范根据合金成分特点及性能需求确定。第五节 锌及其合金一、纯锌 熔点为419，密度为7.1g/cm3，六方晶格， 没有同素异构体。主要用于配制各种合金或作为 钢铁材料表面耐蚀处理的电镀用主要材料。二、锌合金 1.形变锌合金 组成：加入Al或Cu，形成Zn-Al系和Zn-Cu系两类。 编号：Zn+合金元素+含量% 特点：熔点低，流动性好，耐磨性好，价格低廉， 抗蠕变性和耐蚀性较低。 应用：广泛用于汽车、机械制造、印刷制版、电池 阴极等。 Zn-Al

49、系用于制造各种挤压件； Zn-Cu系用于制造日用五金和轴承等。2.铸造锌合金 编号：ZZn+合金元素+含量%压铸锌合金：ZZnAl4Y, 用于压铸大尺寸、中等强 度和中等耐蚀性的零件；ZZnAl4Cu3Y, ZZnAl4Cu1Y 主要用于压铸尺寸小、高强度、高耐蚀性的零件。高强度锌合金： ZZnA27Cu2.5,具有较高的强度和 铸造性能，常用于制造轴承、各种管接头、滑轮、 各种承受冲击和磨损的壳体零件。模具锌合金： ZZnAl4Cu3,主要用于制造冲裁模、 塑料模、橡胶模等。3.热镀锌合金 RZnAlo.36，RZnAl10.15，主要用于钢材热镀锌。第六节 滑动轴承合金滑动轴承合金：用于制

50、造轴瓦内衬的耐磨合金。工作条件：高速运转时，轴瓦和轴之间产生强烈摩擦, 承受周期性负荷和冲击力，使材料磨损。性能要求： 1)足够的强度及硬度； 2)足够的塑性及韧性； 3)导热性和耐蚀性好； 4)良好的磨合能力和较小的摩擦系数; 5)低的膨胀系数; 6)良好的工艺性。理想组织：软基体上均匀分布一定大小的硬质点; 硬基体上均匀分布一定大小的软质点。图 软基体轴与轴瓦配合示意图一、锡基轴承合金（锡基巴氏合金） 锡基轴承合金：以Sn-Sb合金为基的合金。 组织：软基体上分布硬质点。 相：Sb溶于Sn中的置换固溶体，硬度为30HB， 作为软基体。 相：以SnSb为基的固溶体，硬度为110HB， 作为硬质点。比重轻上浮，为防止比 重