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1、第十章 有色金属及其合金,第一节 铝及其合金,第二节 铜及其合金,第五节 轴承合金,第四节 钛及其合金,通常把铁/铬/锰及其合金以外的金属及其合金称为有色金属。,轻/重、贵/稀有/半金属、变形/铸造,第一节 铝及其合金,一、工业纯铝,1、 密度小，仅为铜或铁的1/3；,3、较好的抗大气腐蚀性，生成三氧化二铝,2、 具有良好的导电性、导热性。,4、退火态下塑性极高，50，80，通过冷、热加工可制成各种型材；强度、硬度低，b=80100MPa、20HBS,工业纯铝纯度大于99%，具有银白色金属光泽，熔点低（660），具有FCC晶格，无同素异构转变，无磁性。,主要用于电缆、散热件、铝箔制品等强度要求
2、不高的器具。,二、铝合金,1、比强度高（强度与密度之比）,2、加工性能良好,3、具有优良的物理、化学性能,在纯铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素就成了铝合金。,4、具有较高的强度，可作为承受较大载荷的结构材料。,美F-117隐形战斗机 (所用材料大部分是铝合金),高比强度的铝合金机翼,铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。,二、铝合金的分类,2、铸造铝合金：合金熔融后直接铸成形态复杂或薄壁件，良好的铸造流动性。Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn,1、变形铝合金：合金熔融铸锭后，可在冷态或热态下通过压力加工(轧制、挤压)制成半成品和模锻件，良好的塑性变形能力。,三、铝合金的
3、强化,室温下进行的时效称自然时效；某温度下进行的时效称人工时效,固溶处理：将D-F之间的合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。,提高铝合金强度的基本途径：固溶强化+时效强化。 再配合热处理和其他措施，可进一步改善铝合金的强度和韧性。,A,D,F,时效强化：过饱和的固溶体有自发分解出强化相、使强度、硬度明显提高的现象。,GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为: 防锈铝合金：LF +序号 硬铝合金： LY +序号 超硬铝合金：LC +序号 锻铝合金： LD +序号,四、变形铝合金,根据国标规定 ，变形铝及铝合金可直接采用国标规定的四位字符牌号。 表10
4、-1,1、防锈铝合金（LF） Al-Mn、Al-Mg系 3A21 、 5A05,卫星天线（LF2）,汽化器(热交换管为LF21),单相固溶体，采用固溶强化和加工硬化可提高强度；塑性、焊接性良好；加入元素提高电位，耐腐蚀性好；用于制造各种耐蚀性薄板、焊接件、容器（如油箱）及一些受力小的构件。,2、 硬铝合金（LY） Al-Cu-Mg系2A01、2A11、 2A12,飞机翼梁(腹板为硬铝合金),的大梁,采用淬火+时效(析出CuAl2、 CuMgAl2)，故其强度、硬度高，比强度高， 可在150以下工作，但塑性低、韧性差；耐蚀性差。常用来制造铆钉、螺旋桨叶片、航空结构件如：飞机大梁等 。,3、 超硬
5、铝合金（LC） Al-Mg-Zn-Cu系7A04,增加Zn后，淬火+人工时效(析出CuAl2、CuMgAl2、MgZn2、Al2Mg3Zn3 ) 强度、硬度更高，比强度相当于超高强度钢，但抗蚀性差，对应力腐蚀敏感。 用于工作温度不超过120-130大的受力构件，如飞机大梁、桁架、起落架等。,4、 锻造铝合金（LD） （1）Al-Mg-Si-Cu、Al-Cu-Mg-Ni-Fe系6A02、2A50、 2A14 采用淬火+人工时效 (析出强化相分别为： Mg2Si、Al9FeNi) 具有良好的热塑性、铸造性和锻造性及较高力学性能； （2）Al-Mg-Si-Cu系普通锻铝合金可用于制作离心压缩机 叶轮
6、、导风轮等； Al-Cu-Mg-Ni-Fe系耐热锻铝 ；合金适于制作工作在150225 的叶轮、叶片等。,压气机叶片,四、铸造铝合金,Al-Si系合金 : ZAlSi12（ZL102） ZAlSi5Cu1Mg（ZL105）,Al-Cu系合金: ZAlCu5Mn（ZL201） ZAlCu4（ZL203）,Al-Mg系合金 : ZAlMg10（ZL301）,Al-Zn系合金 : ZAlZn11Si7（ZL401）,性能、用途和热处理见P189表10-2,奥迪全铝车身骨架,奥迪A2是1997年法兰克福车展，奥迪公司推出、大批量生产的全铝轿车。,它的车身重895公斤，比型式同样大小的车的重量轻约150
7、公斤。燃油消耗4L/100KM,每降低100KG，燃油降低0.5-0.8L,A8采用大型铸铝件，减少车身零件数量，提高扭转刚度50%，减少车身质量40%,铸铝发动机,进气歧管,铝合金缸体,奔驰SL500 铝合金轮毂,科鲁兹15寸铝合金轮毂,发动机散热器,汽车空调冷凝器,汽车悬架系统,本田CRV前后保险杠护板（铝合金）,三菱前保险杠,第二节 铜及铜合金,1、纯铜又称紫铜，具有FCC晶格，无同素异构转变，无磁性 2、纯铜具有极佳的导电性和导热性 3、优良的减摩和耐磨性 4、塑性好、强度低，冷热压力加工成型，加工硬化 5、铸造铜合金具有很好的铸造性能,热轧铜合金,一、铜及铜合金性能特点,铜合金常加元
8、素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。,黄铜、青铜、白铜三大类。,纯铜主要用途：电工元件、导线、不宜做结构材料。,纯铜牌号：T+数字（1-4），数字越大越不纯,二、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普通黄铜和复杂黄铜。,1、普通黄铜,黄铜有 和+ 两种组织，分别称单相黄铜和两相黄铜。,铜+锌的二元合金称为普通黄铜。加工普通黄铜的牌号为：H (黄) + 表示铜平均百分含量的数字，如H68。,（1）单相黄铜塑性好。常用牌号有H70、H68。适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。 （2）两相黄铜热塑性好，常用
9、牌号有H59、H62。适于热轧成型，制造板/棒材等受力件，可铸造。,汽车机油泵衬套,（1）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。,2、特殊黄铜,（2）压力加工黄铜的牌号为： H(黄)+主加元素符号(Zn除外)+铜百分含量+主加元素平均百分含量, 如HPb59-1.,（3）特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。,（4）铸造黄铜的牌号为：CuZn38,常用青铜：锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。,青铜制品,三、青铜,以锡为主要合金元素的铜合金称青铜,加工青铜的牌号为： Q +主加元素符号+其平均百分含量+其他元素平均百分含量 如：Q
10、Sn4-3（含4%Sn、3%Zn）,铸造Z/压力加工,（1）普通白铜是Cu-Ni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。 （2）普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量，如B5。 （3）常用牌号有B5、B19等 。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械，仪表零件及冷凝器，蒸馏器，热交换器等.,四、白铜 以镍为主要合金元素的铜合金称白铜，分普通白铜和特殊白铜。,白铜山水墨盒,清代白铜暖壶,白铜手炉,宋代白铜钱,特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，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。 常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn
11、43-0.5(考铜)。 用于制造精密机械、船舶仪表零件及 医疗器械等。,第四节 钛及钛合金,（1）性能：比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好，导热差,美F-22战机约36%重量的零件用钛合金制造,一、工业纯钛,（2）具有发生同素异构转变： 由BCC的-Ti转变为HCP的-Ti,（3）牌号：TA1、TA2、TA3,（4）钛及合金的应用： 成本高、昂贵，航天、医疗、化工等领域,纯钛主要用于 350以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。,合金元素加入-Ti形成固溶体；合金元素加入-Ti形成固溶体。,按退火组织，钛合金可分为型钛合金、型钛合金和+型钛合金三
12、类，它们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示 。,钛合金泵,二、钛合金,主加元素为铝、硼等。 不能热处理强化，通常在退火状态下使用，组织为单相固溶体.,1、钛合金,强度低于另两类钛合金，但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越.,常用牌号有TA5、TA7等 主要用于制造500以下工作的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。,-Ti合金组织,加入合金元素钼、铬、钒等。 经淬火加时效处理后，组织为相基体上分布着细小的相粒子。,2、钛合金,这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，难于焊接，应用受到限制。,钛合金牌号TB1 主要用于350以下工作的结构件和紧固件,如飞
13、机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等。,加入的合金元素有铝、钒、 钼 铬等。 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。,钛合金列管式换热器,3、+型钛合金,+型钛合金共有九个牌号，其中以TC4应用最广、用量最大，其经过淬火加时效处理后，组织为+时效析出的针状。,+型钛合金主要用于制造400以下工作的飞机压气机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等.,第五节 轴承合金,制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金,油孔,轴承座,轴承盖,双头螺柱,剖分轴瓦,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。,（1）软的基体
14、上分布着硬的质点；较好的磨合能力 （2）硬的基体上分布着软的质点；较大的承载能力,（1）足够的强硬韧性，以承受轴颈施加的交变冲击载荷. （2）良好的耐磨性和磨合性，以减少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。 （3）较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，防止轴与轴瓦之间胶合。,为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是：既硬又软,对轴承合金的性能要求：,一、性能要求和组织特点,1、锡基轴承合金,二、常用轴承合金 工业上常用的是锡基、铅基轴承合金, 又称巴氏合金。,典型牌号为ZSnSb11Cu6。 (基体+白亮块状SnSb+星状Cu3Sn),ZSnSb11Cu6合金的显微组织,是以锡锑合金为主并加入少量铜等元素组成的合金。 软基体+硬质点组织,巴氏合金轴瓦,广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃机等大型机器的高速轴瓦。,是以铅锑为主、加入锡、铜等元素的合金. 软基体+硬质点型轴承合金,2、铅基轴承合金,典型牌号为ZPbSb16Sn16Cu2,(+)共晶基体+方块状SnSb+针状Cu3Sn,较便宜，常用于低速、低载条件下工作的设备，如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。,3、铜基轴承合金 以Pb为主加合金元素的铜基合金，硬基体+软质点型轴承合金,
