机械工程材料-第9章

9.1铝及铝合金9.1.1铝及铝合金的性能特点铝是一种轻金属，化学符号为Al，在元素周期表中原子序数为130铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。当前铝的产量和用量(按吨计算)仅次于钢材，成为人类应用的第二大类金属。纯铝具有银自色金属光泽，密度小((2.72x103kg/m3)，熔点低(660.4℃)，导电性、导热性能优良，磁化率低。铝在大气中易形成致密的Ah03保护膜，故抗大气腐蚀的性能好。纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变现象，具有极好的塑性和较低的强度，易于加工成形，并有良好的低温性能。下一页返回9.1铝及铝合金向纯铝中加入适量的合金元素制成铝合金，合金元素的固溶强化和弥散强化作用，既可使铝合金强度提高，又保持了纯铝的特性。部分经热处理强化的铝合金，其强度可达到低合金钢的强度，且比强度高，抗疲劳性好。此外，铸造铝合金的铸造性能极好。因此，铝合金是航空、航天工业中的主要结构材料，可用于制造承受较大载荷的机械零件。9.1.2铝合金的分类通常，向纯铝中加入的合金元素主要有Cu,Mg,Zn,Si,Mn及稀土元素。这些元素在固态铝中的溶解度有限，与铝形成的相图大都为二元共晶相图，如图9-1所示。上一页下一页返回9.1铝及铝合金根据相图，可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类。1.变形铝合金变形铝合金是D点成分左边的合金，加热时能形成单相固溶体组织，塑性较好，适于锻造、轧制等压力加工，故称为变形铝合金。变形铝合金又分两种:F点成分左边的合金，其固溶体成分不随温度变化，不能进行热处理强化，称为不可热处理强化的铝合金;位于F,D点成分之间的合金，其固溶体成分随温度变化，可采用热处理强化方法对其进行强化，称为能热处理强化的铝合金。2.铸造铝合金铸造铝合金是D点成分右边的铝合金，由于冷却时有共晶反应发生，熔点低、流动性好，适于铸造生产，故称为铸造铝合金。上一页下一页返回9.1铝及铝合金9.1.3铝合金的热处理根据铝合金热处理目的的不同，常用的热处理工艺分为退火、固溶处理(淬火)和时效处理。对于铝合金的变形加工件和铸件，退火主要有再结晶退火、去应力退火和均匀化退火，目的在于消除工件的冷变形强化、内应力及成分偏析，并提高工件的塑性。固态铝无同素异构转变，因此，不能像钢一样通过热处理进行相变强化。铝合金的热处理是固溶处理和时效处理(时效强化)共同作用的结果，故又称为铝合金的热处理强化。上一页下一页返回9.1铝及铝合金此外，冷变形(加工硬化)和变质处理(细化晶粒强化)也是铝及铝合金的主要强化途径，都起着提高其性能的作用。将位于D~F点成分之间的合金加热到固态溶解度线DF以上某一温度，成为单相固溶体。后水冷(淬火)，获得室温下的过饱和固溶体。的方法称为固溶处理。固溶处理后，铝合金的强度、硬度并不高，得到的组织也不稳定，因此，必须对其进行时效处理。时效处理是在室温下或在低于固溶度线的某一温度下加热，使过饱和的。固溶体分解出强化相并过渡到稳定状态，合金的强度、硬度明显升高的现象。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。现以Al-Cu合金相图(图9-2)为例说明铝合金强化工艺的基本规律。上一页下一页返回9.1铝及铝合金如图9-2所示，Al-Cu合金(w(Cu)=4%)的室温组织为α+δ(CuAl2)两相，将其加热到550℃左右，成为单一α相，经固溶处理后得到过饱和的α固溶体，再对过饱和的。固溶体进行时效处理。如图9-3(含4%Cu的A-Cu合金130℃时的时效曲线)所示，时效的基本过程可分为如下四个阶段。第一阶段:时效初期，铜原子自发偏聚，形成铜原子富集区，称为GP[I」区(G和P是法国人Guinler和Prestonde的名字的首字母)，使α固溶体严重畸变，阻碍了位错运动，合金的强度提高。第二阶段:随着时效时间的延长，铜原子偏聚区尺寸变大并有序分布，形成GP[Ⅱ〕区，其化学成分接近CuAl2(又称中间沉淀相θ〝)。上一页下一页返回9.1铝及铝合金与形成GP[I」区相比，形成GP[II」区将使以铝为基的。固溶体的畸变更严重，位错运动受到更大阻碍，合金强化效果最显著，此时合金的强度达到最大值，故称其为峰时效。第三阶段:随时效过程的进行，铜原子继续富集，在第二阶段形成的θ΄΄将逐渐达到CuAI2的化学成分，并部分地与母相α固溶体的晶格脱离关系，形成一种新过渡相θ′。此时，α固溶体晶格畸变减轻，位错运动阻力减弱，合金的强化效果下降，合金的强度开始降低。第四阶段:时效后期，过渡相θ′完全与α脱离，形成无共格的平衡相e(CuAI2)，此时共格畸变消失，合金的强度、硬度下降，这种现象称为过时效。上一页下一页返回9.1铝及铝合金如图9-4所示，室温时效时，在时效初期的几个小时内，硬铝合金的强度不发生明显变化，这一时期称为孕育期，此时合金塑性很高，极易进行铆接、弯曲和校直等操作。时效温度越高，时效速度越快，铝合金的孕育期和达到最高强度的时间越短，最大强度值也越低，强化效果就越小。低温时效时，如当温度低于-50℃时，孕育期很长，甚至时效的进行被完全抑制。9.1.4铝及铝合金的牌号、化学成分及用途1.纯铝纯铝按纯度分为高纯铝(ω(Al)=99.93%~99.90%)、工业纯铝(w(Al)=99.7%~98.85%)和工业高纯铝(w(Al)=99.9%~99.85%)三类。上一页下一页返回9.1铝及铝合金高纯铝主要用于科学研究及制作电容器等。工业纯铝可用来制作铝箔、导线、耐蚀器具以及配制铝合金的原材料。工业高纯铝主要用于科学研究、化学工业等。工业纯铝又分铸造纯铝(未经压力加工产品)及变形铝(经压力加工产品)两种。按GB/T8063-1994《铸造有色金属及其合金牌号表示方法》规定，铸造纯铝牌号由“铸”字的汉语拼音首字母Z和铝的元素符号及表明含铝量的数字组成，例如，ZA199.5表示含Al99.5%的铸造纯铝。变形铝的牌号则按照GB/T16474-1996《变形铝及铝合金牌号表示方法》规定，见表9-1，如1A30表示含99.30%Al的变形纯铝。常用的变形纯铝还有1A50等，高纯铝有1A99,1A97等。上一页下一页返回9.1铝及铝合金根据GB/T3190-1996《变形铝及铝合金化学成分》的说明，国内已使用多年的纯铝旧牌号仍可继续使用。纯铝旧牌号的表示方法为用“铝”字汉语拼音首字母L后加顺序号表示。工业高纯铝牌号为0,L00;工业纯铝牌号为L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7;高纯铝为L01,L02,L03,L04，编号越大，纯度越低。2.铝合金如前所述，根据铝合金相图，铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类。

(1)变形铝合金1)变形铝合金牌号表示方法上一页下一页返回9.1铝及铝合金根据国家标准GB/T16474-1996规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号。近年来我国研制成功并已在国际牌号注册组织注册命名的铝合金，直接采用国际四位数字体系牌号，如2024,7075,7050,7475等。而未在国际牌号注册组织注册命名，国内已使用多年，今后仍然继续使用的铝及铝合金，则应采用四位字符体系牌号命名方法命名，如2A12,3A21等。具体编号方法见表9-1。根据GB/T3190-1996的说明，GB3190-1982中的变形铝合金的旧牌号仍可继续使用，其牌号用LF(防锈铝合金)、LY(硬铝合金)、LC(超硬铝合金)、LD(锻铝合金)加顺序号表示，如:硬铝合金LY12(2A12)、防锈铝合金LF21(3A21)等。铝及铝合金的新旧牌号及用途见附录1。上一页下一页返回9.1铝及铝合金2)常用变形铝合金变形铝合金分为不能进行热处理强化的防锈铝合金和能进行热处理强化的硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金和铝锉合金。常用变形铝合金的牌号、化学成分、机械性能及用途见表9-2。防锈铝合金:防锈铝合金主要由Al-Mn和Al-Mg系合金组成。锰和镁的主要作用是提高抗蚀能力、降低比重，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后为单相固溶体组织，抗蚀性好、塑性高、焊接性能好，但切削性能差，不能进行时效硬化，可冷变形，利用加工硬化提高其用的Al-Mn系合金3A21(LF21)和Al-Mg系合金5A05(LFS)等在航空工业中得到了广泛的应用，如制造焊接油箱、油管、铆钉等。上一页下一页返回9.1铝及铝合金防锈铝合金还包括一种特殊的可热处理强化的7A33合金，7A33是防锈铝合金中硬度最高的，与硬铝合金2A12硬度相当，可部分代替硬铝合金制作航空工业的耐蚀、高强度饭金件。硬铝合金:硬铝合金是指高强度铝合金(通常σb超过300MPa),属于Al-Cu-Mg系合金并含有少量的锰。主要合金元素铜和镁除起固溶强化作用外，还可形成CuAI2(θ相)、CuMgAI2(S相)等弥散强化相，对提高铝合金的强度起重要作用。这类合金可进行时效强化，亦可进行变形强化。常用的硬铝合金如2A01(LY1),2A12(LY12),2A16(LY16)等，主要用于制作冲压件、螺旋桨叶片、大型铆钉及航空模锻件等重要零件。上一页下一页返回9.1铝及铝合金硬铝合金抗海水和大气腐蚀性差，为了提高其耐蚀性，常在硬铝合金板材表面通过热轧包一层工业纯铝，称为包铝。包铝的硬铝合金常用于制造飞机蒙皮、梁及动力滑架等。超硬铝合金:超硬铝合金是强度最高的变形铝合金(通常σb超过600MPa),属于Al–Zn-Mg-Cn系合金，并含有少量铬和锰。其强化相除θ相和S相外，还有MgZn2(η相)和AlzMg3Zn3(T相)等。超硬铝合金时效强化效果超过硬铝合金。超硬铝合金的热态塑性好，但耐蚀性差，高温下软化快，可以用包铝法或阳极化防腐蚀处理，以提高其抗蚀性。锻铝合金:锻铝合金热塑性好，可制作形状复杂的锻件和模锻件。锻铝合金还有良好的铸造性，而且其机械性能与硬铝合金的相当。锻铝合金的元素种类多但含量低，通常都要进行固溶处理和人工时效。上一页下一页返回9.1铝及铝合金铝锉合金:铝锉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。铝锉合金的强化作用主要来源于析出相强化、固溶强化和细化晶粒强化。锉在铝中有较高的溶解度，并随温度变化而明显变化，所以，铝锉合金有明显的时效强化效果，属于可热处理强化型的铝锉合金。铝锉合金具有密度小、比强度和比刚度高、耐蚀性和耐热性好、抗疲劳性好以及焊接加工性好等优点，但其塑性和韧性差，缺口敏感大，材料加工及产品生产困难。目前，已有欧美国家将铝锉合金应用于实际生产中，如在波音飞机、F-15战斗机、EFA战斗机及新型军用运输机的一些结构件上都已成功采用2090,8090等铝锉合金。上一页下一页返回9.1铝及铝合金我国铝锉合金的研究也取得了一定成果。铝锉合金的牌号、化学成分和性能见表9-3。(2)铸造铝合金铸造铝合金具有良好的铸造性能、抗腐蚀性能和切削加工性能，可制成各种形状复杂的零件，并可通过热处理改善铸件的机械性能。铸造铝合金主要有Al-Si系、Al-Cn系、Al-Mg系和Al-Zn系四种，其代号分别用ZL1,ZL2,ZL3和ZL4加两位数字的顺序号表示。铸造铝合金的牌号表示方法为ZAl+主加合金元素符号+主加合金元素平均含量，如ZAlSi12表示平均硅含量为12%的铸造铝合金。表9-4为常用铸造铝合金的牌号、化学成分、机械性能及用途。上一页下一页返回9.1铝及铝合金1)AI-Si系铸造铝合金AI-Si系铸造铝合金又称硅铝明，包括简单硅铝明(AI-Si二元合金)和复杂硅铝明(Al-Si-Mg-Cu等多元合金)，具有铸造性好、气密性高的优点，是工业上应用最多的铸造铝合金。简单硅铝明:ZL102是含硅12%的铝硅二元合金，称为简单硅铝明，在普通铸造条件下，其组织几乎全部为粗大的共晶体(α+Si)组织，如图9-5(a)所示，合金的强度和塑性都很低。为提高ZL102的性能，常采用变质处理(细化晶粒强化)的方法，即在浇注前向合金中加入占合金总重量2%~3%的变质剂(常用钠盐混合物:2/3NaF+1/3NaCl),则浇注后可得到细小均匀的亚共晶组织(α+(α+Si))，如图9-5(b)所示，使合金性能大为改善。上一页下一页返回9.1铝及铝合金一般认为，铸造铝合金变质处理能够细化晶粒的原因在于，钠等元素能促进硅的形核，且可吸附在硅晶体的表面阻止其长大。钠的存在还使液态合金产生5℃~10℃的过冷度，并使共晶点右移，这样不仅加大了形核率，细化了共晶组织，而且使合金组织中出现了初生。固溶体。ZL102铸造性能、焊接性能好，密度小，具有相当好的抗蚀性和耐热性，但不能时效强化，强度较低，仅适于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，例如仪表、水泵壳体以及一些承受低载荷的零件。复杂硅铝明:为了提高硅铝明的强度，向合金中加入一些能形成强化相CuAl2(θ相)、Mg2Si(β相)、CuMgAl2(S相)的Cu,Mg等元素，以获得能进行时效强化的复杂硅铝明，该合金也可进行变质处理。上一页下一页返回9.1铝及铝合金复杂硅铝明具有铸造性能好、耐磨、耐蚀及热膨胀系数小等优点，常用于制造壳体、汽缸体及活塞等。

2)Al-Cu系铸造铝合金Al-Cu系铸造铝合金的热强性最好，但密度大，铸造性能和耐蚀性能差，主要用于制造在高温下工作的高强度零件。常用种类有ZL201,ZL203,ZL205等，主要用于铸造内燃机汽缸头、活塞等零件。

3)Al-Mg系铸造铝合金Al-Mg系铸造铝合金的耐蚀性最好，比强度高，抗冲击性和切削加工性好，但冶炼复杂，铸造性能差，耐热性低。上一页下一页返回9.1铝及铝合金常用种类为ZL301,ZL303等，可进行时效处理(自然时效)，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、雷达底座和螺旋桨等。4)Al-Zn系铸造铝合金Al-Zn系铸造铝合金的铸造性、焊接性和尺寸稳定性好，价格便宜，经变质处理和时效处理后强度较高，但密度大，耐蚀性较差，热裂倾向大。常用种类为ZL401,ZL402等，主要用于制造汽车、拖拉机的发动机零件及形状复杂且受载的压铸件。上一页返回9.2铜及铜合金9.2.1铜及铜合金的性能特点铜的化学符号是Cu，在元素周期表中原子序数是29，是一种过渡金属。铜及铜合金色泽美观且性能优良，是人类历史上使用最早的金属，也是当今工业中不可缺少的材料。纯铜表面氧化后呈紫红色，故又称紫铜。纯铜的密度为8.98x103kg/m3，熔点为1083℃，其导电性、导热性、抗磁性优良。纯铜具有面心立方晶格结构，无同素异构转变。纯铜强度、硬度不高，但塑性和焊接性较好。向铜中加入Zn,Sn,Al,Mn,Ni,Ti,Fe,Cr等合金元素制成铜合金，既保持了纯铜的特性，又提高了强度。下一页返回9.2铜及铜合金此外，铜及铜合金还具有一些特殊的机械性能，如优良的减磨性、高的耐磨性、高的弹性极限和疲劳极限等。某些铜合金还有较好的铸造性能。9.2.2铜及铜合金的分类、牌号及用途1.纯铜纯铜牌号以“铜”的汉语拼音首字母T加顺序号表示，顺序数字越大，纯度越低。除工业纯铜外，还有一类为磷脱氧铜，其代号为TP1,TP2,P是“磷”的汉语拼音首字母。上一页下一页返回9.2铜及铜合金工业纯铜主要用于配制铜合金，制作导电、导热和抗腐蚀性的器件，如电线、电缆、集成电路和印刷电路等。磷脱氧铜主要用于制作化工行业的冷凝器、蒸发器和换热器零件等。2.铜合金铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜、白铜三大类。

(1)黄铜黄铜是以Zn为主加合金元素的铜合金，具有良好的机械性能，是应用最广的有色金属材料。黄铜按其所含合金元素的种类可分为普通黄铜和特殊黄铜两类;按生产方式可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两类。常用黄铜的牌号、化学成分、机械性能及用途见表9-5.上一页下一页返回9.2铜及铜合金

1)普通黄铜铜与锌的二元合金称为普通黄铜，其牌号为H(黄)+表示铜平均百分含量的数字，如H62表示含62%Cu，其余为Zn的黄铜。铜锌合金相图如图9-6所示，α相是锌溶于铜的固溶体，其溶解度随温度的下降而增大。α相具有面心立方晶格，塑性好，适于进行冷、热加工，并有优良的铸造、焊接和镀锡能力。β′相是硬而脆的CuZn化合物。黄铜的含锌量对其机械性能有很大的影响(图9-7)。当ω(Zn)≤30%~32%时，合金锌在铜中的单相。固溶体组织，称为α黄铜(单相黄铜)，其显微组织如图9-8(a)所示。上一页下一页返回9.2铜及铜合金随着锌含量的增加，强度和延伸率都升高。当含锌量为32%~45%时，合金为α+β′组织，称为α+β′黄铜(双相黄铜)，其显微组织如图9-8(b)所示。单相黄铜抗蚀性和室温塑性好，但强度较低，适于冷变形压力加工，常用牌号有H80,H68等，其中，H68强度较高，塑性好，大量用作枪弹壳和炮弹筒，有“弹壳黄铜”之称。H80因色泽美观，多用于镀层及装饰品。双相黄铜有良好的机械性能且焊接性、耐腐蚀性良好。常用牌号有H59,ZCuZn38(ZH62)等，广泛用于制作水管、油管、散热器等。上一页下一页返回9.2铜及铜合金黄铜具有优良的抗蚀性，但当零件冷压力加工(挤压、冲压、弯曲等)成形时，由于其内部有残余内应力存在，在氨、湿气、海水作用下，极易出现应力腐蚀开裂现象，即黄铜的季裂。为了防止这种现象发生，冷压力加工后的黄铜零件(如弹壳等)必须进行消除内应力退火(250℃~300℃保温1h以上)。2)特殊黄铜为了进一步提高普通黄铜的性能，向普通黄铜中加入Al,Fe,Si,Mn,Pb,Sn,Ni等元素，形成各类特殊黄铜，如:锡黄铜、铅黄铜、铝黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铁黄铜、镍黄铜。合金元素的加入均可提高黄铜的强度，同时，铝、锰、硅、锡可提高耐蚀性;上一页下一页返回9.2铜及铜合金铅可改善切削加工性;硅可改善铸造性能等。特殊黄铜的强度、耐蚀性和铸造性能比普通黄铜的好，主要用于制作船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。特殊黄铜按生产方式可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两类。其中，压力加工特殊黄铜的编号方法是:H(黄)+主加元素符号(Zn除外)+铜平均质量分数+主加元素平均质量分数。(2)青铜除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。根据不同的主加元素Sn,Al,Be,Si,Pb等，分别称为锡青铜、铝青铜、被青铜、硅青铜、铅青铜等。青铜合金按生产方式也可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。上一页下一页返回9.2铜及铜合金压力加工青铜的牌号为Q(青)+主加元素符号及其平均质量分数+其他元素的平均质量分数。铸造青铜的编号方法是:ZCu(“铸”、“铜”)+主加元素符号及其平均质量分数+辅加元素符号及其平均质量分数。常用青铜的牌号、化学成分、机械性能及用途见表9-6。

1)锡青铜锡青铜(w(Sn)=3%~14%)是以锡为主加合金元素的铜合金。在有色金属合金中，锡青铜的铸造收缩率最小，可铸造形状复杂、壁厚较大的零件。但其易在高压下渗漏，不适于铸造要求致密度高且密封性好的铸件。锡青铜在大气、海水以及蒸汽中的抗蚀性比纯铜和黄铜的好，但在盐酸、硫酸和氨水中的抗蚀性较差。上一页下一页返回9.2铜及铜合金向锡青铜中加入铅、磷、锌等元素可改善其性能，如向锡青铜中加入少量铅，可提高耐磨性和切削加工性能;加入磷可提高弹性极限、疲劳极限及耐磨性;加入锌可缩小结晶温度范围，改善铸造性能。

2)铝青铜铝青铜(w(Al)=5.9%~11%)是以铝为主加元素的铜合金，与黄铜和锡青铜相比，铝青铜具有更高的强度、硬度、耐蚀性和耐磨性，但铸件体积收缩比锡青铜的大且焊接性差。部分铝青铜经热处理强化后可获得良好的综合机械性能，可作为锡青铜的代用品。

3)被青铜被青铜(w(Be)=1.7%~2.5%)是以被为主加元素的铜合金。上一页下一页返回9.2铜及铜合金被青铜采用类似铝合金时效处理的强化方法后，其抗拉强度可高达1250~1500MPa,硬度可达350~400HB，远远超过任何铜合金，可与高强度合金钢媲美。被青铜不仅具有良好的导电导热性、耐磨和耐热性、抗蚀和抗磁性及高的弹性极限和疲劳强度，还具有良好的冷热加工性能和铸造性能。但被是稀有金属，价格高昂，在使用上受到限制。

(3)白铜白铜是以镍为主加合金元素的铜合金。铜与镍在固态下能完全互溶，所以白铜的组织为单相固溶体，具有较好的强度和优良的塑性。白铜还具有优良的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能。白铜不能进行热处理强化，只能用固溶强化和加工硬化来提高其强度。上一页下一页返回9.2铜及铜合金白铜分普通白铜和特殊白铜两种，普通白铜是Cn一Ni二元合金，特殊白铜是在普通白铜基础上添加锌、锰、铝等元素而形成的，分别称为锌白铜、锰白铜、铝白铜等。普通白铜的牌号为B+镍的平均百分含量，如BS为含5%Ni的白铜，常用牌号有B19,BS等，主要用于制造在蒸汽和海水环境下工作的精密机械、仪表中的零件及冷凝器、热交换器等。特殊白铜的牌号为B+主加元素符号(Ni除外)+镍平均百分含量+主加元素平均百分含量，如BMn40-1.5为含40%的Ni,1.5%的Mn的锰白铜。常用牌号有BZn15-20,BMn3-12等，主要用于制造精密机械、仪表的零件及医疗器械等。部分白铜的牌号、化学成分、机械性能及用途见表9-7。上一页返回9.3轴承合金制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的合金叫轴承合金。滑动轴承是汽车、机床及其他机器设备中对旋转轴起支撑作用的重要部件，由轴承体和轴瓦两部分组成。与滚动轴承相比，滑动轴承具有承载面积大，工作平稳，无噪声及拆装方便等优点。9.3.1滑动轴承合金的工作条件及性能要求当轴高速旋转时，轴对轴承施以周期性交变载荷并和轴承发生强烈摩擦，导致工作温度升高、磨损加大，因此，轴承首先应具有足够的抗压强度和疲劳强度、一定的塑性和韧性及良好的耐磨性，以保证配合良好并承受冲击和振动;其次，轴承应具有良好的导热性、耐蚀性和较小的热膨胀系数，以防止摩擦升温出现咬合现象;此外，轴承应容易制造、价格低廉，以满足更换要求。下一页返回9.3轴承合金一般，具有上述性能的轴承合金不能是纯金属或单相合金，必须是由软硬不同的多相合金组成。通常，轴承合金的组织为在软基体上分布着硬质点类型。当机器运转时，软基体受磨损而凹陷，硬质点就会凸出于基体上，从而减小了轴与轴瓦间的摩擦系数。同时，软基体能承受冲击和振动，并使外来硬物嵌入基体以避免轴颈被擦伤。采取硬基体上分布着软质点类型的轴承合金组织，也可达到上述目的。图9-9为轴瓦与轴的理想配合示意图。9.3.2轴承合金的分类及用途工业上常用的轴承合金按其化学成分可以分为锡基、铅基、铝基、铜基和铁基等数种。通常把应用最广的锡基、铅基轴承合金称为巴氏合金。常用轴承合金的牌号、化学成分、机械性能及用途见表9-8。上一页下一页返回9.3轴承合金轴承合金一般在铸态下使用，其编号方法为Z+基本元素符号+主加元素符号及其平均含量+辅加元素符号及其平均含量。1.锡基轴承合金锡基轴承合金是以锡(Sn)为主并加入少量锑(Sb)、铜(Cu)等元素的合金，熔点较低，是一种软基体硬质点类型的轴承合金。图9-10为ZSnSb11Cu6轴承合金的显微组织图，图中暗色组织。相是锑溶解于锡中的固溶体，为软基体，白色方块β相是化合物(SbSn)，为硬质点。铸造时，由于β’相较轻易造成比重偏析，所以，在合金中加入铜，先形成亮针状或星状化合物(Cu6Sn5)格架，防止β’相上浮，以有效地减少偏析，同时，CupSn5相的硬度比β’相的高，也起着硬质点的作用。上一页下一页返回9.3轴承合金锡基轴承合金具有较高的耐磨性、导热性、耐蚀性、嵌藏性以及小的摩擦系数和热膨胀系数，适于制作重要轴承，如汽轮机、发动机和涡轮机等大型机器的高速轴承。但锡基轴承合金的价格高，疲劳强度较低，许用温度也较低(不高于150℃)，这在一定程度上限制了它的使用。2.铅基轴承合金铅基轴承合金是以铅为主，加入少量sh,sn,cu等元素的合金，也是软基体硬质点型轴承合金。铅锑系的铅基轴承合金应用很广，典型牌号有ZPb16Sb16Cu2，其显微组织为(α+β)+β+Cu3Sn，其中，软基体为(α+β)共晶体，硬质点β相为自色方块状化合物(SnSb)，亮针状化合物Cu3Sn起着防止比重偏析的作用。上一页下一页返回9.3轴承合金铅基轴承合金的铸造性能和耐磨性较好(但比锡基轴承合金低)，价格较便宜，高温强度好，有自润滑性。常用于制造在低速、低载条件下工作的设备，如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。锡基和铅基轴承合金强度比较低，为提高其承载能力和使用寿命，生产上常采用离心浇注法，将其镶铸在低碳钢轴瓦上，形成一层薄而均匀的内衬，成为双金属轴承。3.铜基轴承合金铜基轴承合金主要包括锡青铜和铅青铜。锡青铜强度高、耐磨性好，常用的牌号有ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Z5等，适于制造中速、承受较大载荷的柴油机、压缩机轴承。上一页下一页返回9.3轴承合金铅青铜为硬基体上分布着软质点类型的轴承合金，具有高的耐磨性、疲劳强度、导热性和低的摩擦系数，工作温度可达350℃。常用牌号有ZCuPb30，适于制造在高速、重载条件下工作的轴承，如航空发动机、高速柴油机和汽轮机的轴承。4.铝基轴承合金铝基轴承合金是以铝为主，并含少量Sn,Cu,Sb,Mg等元素的轴承合金。铝基轴承合金比重小，导热性好，疲劳强度高，价格低廉，可逐渐代替锡基、铅基和铜基轴承合金从而节约大量工业用铜。常用牌号有ZAlSn6Cu1Ni1,广泛用于在高速、高负荷条件下工作的轴承，如重型汽车、拖拉机和内燃机的轴承。上一页返回9.4钛及钛合金钛的化学符号是Ti，在元素周期表中原子序数为22。钛及钛合金是20世纪中叶发展起来的工程材料，尽管钛在地壳中的蕴藏量仅次于Al,Fe,Mn，居金属元素第四位，但因钛在高温时异常活泼，因此，熔炼、焊接和部分热处理等都要在真空或惰性气体中进行，加工条件严格，成本较高且产量低，通常将其称为稀有轻金属。9.4.1纯钛纯钛是银白色金属，熔点高(1688℃)，密度小(4.507x103kg/m3。纯钛有同素异构现象，在882.5℃以下为密排六方晶格，用α-Ti表示;在882.5℃以上直到熔点为体心立方晶格，用β-Ti表示。下一页返回9.4钛及钛合金纯钛的热膨胀系数较小，导热性差，强度低，但塑性、低温韧性及耐腐蚀性良好，工业纯钛主要应用于化工、造船、医疗等工作温度在350℃以下，受力不大的耐蚀零件，如石油化工用的热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件等。纯钛按杂质含量不同可分为四个等级，即TA0,TA1,TA2,TA3。其中T为钛的汉语拼音首字母，编号越大，则杂质越多。9.4.2钛合金向纯钛中加入合金元素形成钛合金，可使强度显著提高(部分σb可达1000Mpa以上)。钛合金在-253℃~+600℃范围内的比强度是各种工程材料中最高的，它还具有比重小、无磁性、耐高温、耐腐蚀及低温韧性好等优点。上一页下一页返回9.4钛及钛合金近年来，钛合金发展迅速，已成为航空航天、化工及造船等工业部门的重要的结构材料。根据合金元素对钛同素异构转变的影响，可将其分为三类。第一类是α稳定元素，这类元素能使钛的同素异构转变温度升高，形成。固溶体，如Al,C,N,B等，如图9-11(a)所示;第二类是β稳定元素，能使钛的同素异构转变温度降低，形成p固溶体，如Fe,Mo,Mg,Cr,Mn,V等，如图9-11(b)所示;第三类是中性元素，对同素异构转变温度无显著影响，如Sn,Zr等。按退火组织不同，钛合金可分为α钛合金、

钛合金和α+β钛合金三类，其牌号分别用TA,TB,TC加顺序号表示，如TAS,TB2,TC4等。常用的纯钛及钛合金的牌号、化学成分、机械性能和用途见表9-9.上一页下一页返回9.4钛及钛合金1.α钛合金向钛中加入Al,B等。稳定化元素获得α钛合金。由于α钛合金的组织全部为。固溶体，因而具有很好的强度、韧性及塑性。这类合金不能热处理强化，通常在退火状态下使用。α型钛合金的强度低于β钛合金和α+β钛合金，但高温强度比二者的均高，并且组织稳定，抗氧化性、抗蠕变性及焊接性好。常用牌号有TAS,TA7等，其中，TA7最常用，主要用于制造在500℃以下工作的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超声速飞机的涡轮机匣及飞船上的高压低温容器等。2.β钛合金向钛中加入Mo,Cr,V,Al等β稳定化元素获得β钛合金。β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。上一页下一页返回9.4钛及钛合金这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，应用受到限制。β型钛合金有TB2,TB3,TB4三个牌号，主要用于制造在350℃以下工作的结构件和紧固件，如飞机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等。3.α+p钛合金向钛中加入Al,V,Mo,Cr等合金元素获得α+β钛合金。α+β钛合金兼具α钛合金