第七章第七章 有色金属及其合金有色金属及其合金Non-ferrous metal and its alloysNon-ferrous metal and its alloys 通常把钢铁称为通常把钢铁称为黑色金属黑色金属，而铁基合金以外的金属称为，而铁基合金以外的金属称为有色金属有色金属常用的有色金属为铝、铜及其合金，轴承合金常用的有色金属为铝、铜及其合金，轴承合金7.1 7.1 铝及其合金铝及其合金7.1.1 7.1.1 纯铝纯铝 银白色金属，熔点低（银白色金属，熔点低（660.37℃660.37℃），面心立方晶格，密度低），面心立方晶格，密度低（（2.72g/cm32.72g/cm3） 强度、硬度低（强度、硬度低（8080－－100MPa100MPa；；20HBS20HBS）；高塑性，）；高塑性，δδ＝＝5050％，％，ψψ＝＝8080％良好的导电、导热性，较好的抗大气腐蚀性（空气中与氧形成稳定％良好的导电、导热性，较好的抗大气腐蚀性（空气中与氧形成稳定致密的致密的AlAl2 2O O3 3氧化膜）氧化膜） 牌号：牌号： 工业纯铝：工业纯铝：L1, L2, L1, L2, …….L7.L7，数字表示杂质质量分数，数字越大，纯，数字表示杂质质量分数，数字越大，纯度越低；度越低； 高纯铝（铝的质量分数超过高纯铝（铝的质量分数超过99.7%99.7%）：）：LG1, LG2LG1, LG2……..LG5..LG5，数字越大，，数字越大，纯度越高。
纯度越高 用途：代替贵重的用途：代替贵重的CuCu制造导线；生活器皿，很少用作机械结构件制造导线；生活器皿，很少用作机械结构件 7.1.2 7.1.2 铝合金铝合金 在铝中加入在铝中加入Si, Cu, Mg, Zn, Si, Cu, Mg, Zn, MnMn等元素，提高强等元素，提高强度，可作为承受较大载荷的结构材料度，可作为承受较大载荷的结构材料7.1.2.1 7.1.2.1 铝合金的分类铝合金的分类 分为分为形变铝合金和铸造铝合金形变铝合金和铸造铝合金 D D以左的为形变铝合金包括不能热处理强化的铝以左的为形变铝合金包括不能热处理强化的铝合金（合金（F F以左）和可热处理强化的铝合金（以左）和可热处理强化的铝合金（F-DF-D’’） D D’’以右的合金组织中含有共晶组织，液态流动性以右的合金组织中含有共晶组织，液态流动性好，适于铸造成形，为铸造铝合金好，适于铸造成形，为铸造铝合金, ,可热处理强化可热处理强化7.1.2.2 7.1.2.2 铝合金的热处理铝合金的热处理 通过通过固溶－时效处理固溶－时效处理改变性能。
改变性能 将铝合金加热到高温形成单相将铝合金加热到高温形成单相αα固溶体，然后迅速水冷，在室温下得到固溶体，然后迅速水冷，在室温下得到过饱和过饱和αα固溶体，但强度、硬度变化不大，而塑性较高，此过程称为铝合金固溶体，但强度、硬度变化不大，而塑性较高，此过程称为铝合金的的固溶处理或淬火处理固溶处理或淬火处理 固溶处理后的过饱和固溶体不稳定，有降低溶解度、析出第二相、从而固溶处理后的过饱和固溶体不稳定，有降低溶解度、析出第二相、从而过渡到稳定状态的趋势析出细小弥散的第二相能有效强化铝合金，使强度、过渡到稳定状态的趋势析出细小弥散的第二相能有效强化铝合金，使强度、硬度明显升高，而塑性下降，这就是所谓的硬度明显升高，而塑性下降，这就是所谓的时效现象时效现象 在室温下进行的时效称为在室温下进行的时效称为自然时效自然时效，在加热条件下进行的时效称为，在加热条件下进行的时效称为人工人工时效时效人工时效温度越高，时效速度越快，强化效果越差人工时效温度越高，时效速度越快，强化效果越差 7.1.2.3 7.1.2.3 形变铝合金形变铝合金 按成分和性能的不同，分为防锈铝合金（按成分和性能的不同，分为防锈铝合金（LFLF）、硬铝合金）、硬铝合金(LY)(LY)、超硬铝合金、超硬铝合金(LC)(LC)、锻铝合金、锻铝合金(LD)(LD)。
1 1）防锈铝合金：）防锈铝合金：Al-Al-MnMn-Mg-Mg系合金，常用系合金，常用LF5LF5，，LF21LF21 不能通过热处理强化，只能采用冷变形产生加工硬化不能通过热处理强化，只能采用冷变形产生加工硬化 应用于航空工业或耐蚀零件，如管道、油箱等应用于航空工业或耐蚀零件，如管道、油箱等2 2）硬铝合金：）硬铝合金：Al-Cu-Mg-Al-Cu-Mg-MnMn系合金，常用系合金，常用LY11LY11，，LY12LY12 耐蚀性差，淬火加热温度区间窄可热处理强化耐蚀性差，淬火加热温度区间窄可热处理强化 是重要的飞机结构件，如飞机螺旋桨叶片、铆钉等是重要的飞机结构件，如飞机螺旋桨叶片、铆钉等3 3）超硬铝合金：）超硬铝合金：Al-Cu-Mg-ZnAl-Cu-Mg-Zn系合金，常用系合金，常用LC4, LC6LC4, LC6 耐蚀性差；可热处理强化，时效强化效果最好，耐蚀性差；可热处理强化，时效强化效果最好，室温强度室温强度最高最高 用于质量轻受力大的重要结构件，如起落架、飞机大梁等用于质量轻受力大的重要结构件，如起落架、飞机大梁等。
4 4）锻铝合金：）锻铝合金：Al-Cu-Mg-SiAl-Cu-Mg-Si系合金，常用系合金，常用LD5LD5 热塑性、耐蚀性好，适于制造形状复杂的大型锻件和模锻热塑性、耐蚀性好，适于制造形状复杂的大型锻件和模锻件，如叶轮、叶片件，如叶轮、叶片 7.1.2.4 7.1.2.4 铸造铝合金铸造铝合金 力学性能不如形变铝合金，但力学性能不如形变铝合金，但铸造性好铸造性好，可进行成型铸造，生产，可进行成型铸造，生产形形状复杂件状复杂件 有有Al-SiAl-Si系，系，Al-CuAl-Cu系，系，Al-MgAl-Mg系，系，Al-ZnAl-Zn系四大类其中，系四大类其中，Al-SiAl-Si系铸造铝合金应用最广系铸造铝合金应用最广 铸造铝合金的铸造铝合金的牌号牌号：：ZAlZAl+ +合金元素符号＋合金元素百分含量合金元素符号＋合金元素百分含量如如ZAlSi7MgZAlSi7Mg，代表，代表Al-SiAl-Si系铸造铝合金，系铸造铝合金，SiSi含量为含量为7 7％，％，Mg<1.5%Mg<1.5% 铸造铝合金的铸造铝合金的代号代号为：为：ZL+ZL+三位数字，第一位数字三位数字，第一位数字1 1、、2 2、、3 3、、4 4分别代分别代表表Al-SiAl-Si系，系，Al-CuAl-Cu系，系，Al-MgAl-Mg系，系，Al-ZnAl-Zn系，后面两位数字是合金的系，后面两位数字是合金的顺序顺序号号。
如，如，ZL102ZL102代表顺序号为代表顺序号为2 2的的Al-SiAl-Si系铸造铝合金系铸造铝合金1 1））Al-SiAl-Si系铸造铝合金系铸造铝合金 工业称为工业称为““硅铝明硅铝明””，是航空工业中，是航空工业中应用最广应用最广的铸造铝合金的铸造铝合金 常用常用ZL102ZL102，铸造缓冷后，组织主要为（，铸造缓冷后，组织主要为（αα固溶体＋针状固溶体＋针状SiSi晶体）共晶体）共晶体因为晶体因为SiSi晶体是硬脆相，粗大晶体是硬脆相，粗大针状针状，降低力学性能为提高力学性，降低力学性能为提高力学性能，采用能，采用变质处理变质处理，使针状，使针状SiSi晶变为细小的晶变为细小的粒状粒状 良好的铸造性、耐热、耐蚀、焊接性但强度低，不能淬火时效强良好的铸造性、耐热、耐蚀、焊接性但强度低，不能淬火时效强化 用于形状复杂受力不大的零件，如仪表、水泵的壳体用于形状复杂受力不大的零件，如仪表、水泵的壳体 为提高力学性能，可加入为提高力学性能，可加入Mg, CuMg, Cu等合金元素，得到等合金元素，得到特殊特殊““硅铝明硅铝明””。
如如ZL101, ZL104, ZL105, ZL108ZL101, ZL104, ZL105, ZL108等用于制造内燃机汽缸体等用于制造内燃机汽缸体等 （（2 2））Al-CuAl-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金 如如ZL201, ZL202ZL201, ZL202等 具有较强的时效硬化能力（即强度）、高的耐热性（热稳定性、具有较强的时效硬化能力（即强度）、高的耐热性（热稳定性、热强性）有热强性）有高强度耐热合金高强度耐热合金之称 用于内燃机气缸头、活塞等用于内燃机气缸头、活塞等3 3））Al-MgAl-Mg系铸造铝合金系铸造铝合金 如如ZL301, Zl302ZL301, Zl302 较高的强度，耐蚀性和机加工性可时效强化较高的强度，耐蚀性和机加工性可时效强化 用于腐蚀和冲击条件下工作的零件，如船舶零件等用于腐蚀和冲击条件下工作的零件，如船舶零件等4 4））Al-ZnAl-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金 如如ZL401, ZL402ZL401, ZL402 铸造性好，价格低廉。
较高的强度，耐蚀性差，热裂倾向较大铸造性好，价格低廉较高的强度，耐蚀性差，热裂倾向较大 用于形状复杂的仪表零件等用于形状复杂的仪表零件等 7.2 Cu7.2 Cu及其合金及其合金7.2.1 7.2.1 纯纯CuCu 又称为又称为紫铜紫铜纯铜呈红色，熔点纯铜呈红色，熔点1083℃1083℃，面心立方晶格，无同，面心立方晶格，无同素异构转变素异构转变 在大气中易在表面形成一层紫红色氧化膜，故又称为紫铜在大气中易在表面形成一层紫红色氧化膜，故又称为紫铜密度密度8.9g/cm38.9g/cm3 特点：优良的导电、导热性，抗磁性，良好的耐蚀性（抗大气、特点：优良的导电、导热性，抗磁性，良好的耐蚀性（抗大气、海水腐蚀）海水腐蚀） 强度、硬度都很低（强度、硬度都很低（σσb b＝＝230230－－240MPa240MPa，，4040－－50HBS50HBS），塑性好），塑性好（（δδ＝＝4545－－5050％），可冷变形强化，％），可冷变形强化，σσb b＝＝400400－－500MPa500MPa 用途：导电、导热、防磁材料。
用途：导电、导热、防磁材料 工业纯铜的牌号：工业纯铜的牌号：T+T+顺序号顺序号，如，如T1, T2, T3, T4T1, T2, T3, T4，，顺序数字越顺序数字越大，纯度越低大，纯度越低 7.2.2 Cu7.2.2 Cu合金的分类及牌号合金的分类及牌号 根据合金元素的不同，铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类根据合金元素的不同，铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类1 1）黄铜的分类与牌号）黄铜的分类与牌号 以以锌锌为主加元素为主加元素 按化学成分分为按化学成分分为普通黄铜普通黄铜和和特殊黄铜特殊黄铜 按生产方式分为按生产方式分为压力加工黄铜压力加工黄铜和和铸造黄铜铸造黄铜 普通黄铜：普通黄铜：H H＋数字＋数字，数字表示铜的百分含量如，，数字表示铜的百分含量如，H70H70，表，表示示WCuWCu＝＝70%70%，其余为锌其余为锌 特殊黄铜：特殊黄铜：H H＋第一合金元素符号＋铜百分含量－第一合金元＋第一合金元素符号＋铜百分含量－第一合金元素百分含量－第二合金元素百分含量素百分含量－第二合金元素百分含量，数字间用横杠分开。
如，数字间用横杠分开如HAl59-3-2HAl59-3-2，表示，表示W WCuCu＝＝5959％，％，W WAlAl＝＝3 3％，％，W WNiNi＝＝2 2％，余量为％，余量为ZnZn的特的特殊黄铜 铸造黄铜：铸造黄铜：Z Z＋铜锌元素符号＋＋铜锌元素符号＋ZnZn的百分含量＋第二合金元素的百分含量＋第二合金元素符号＋第二合金元素百分含量符号＋第二合金元素百分含量如，如，ZCuZn40Pb2ZCuZn40Pb2，表示含，表示含W WZnZn=40%, =40%, W WPbPb＝＝2 2％，余量为％，余量为CuCu的铸造黄的铸造黄铜 （（2 2）青铜的分类与牌号）青铜的分类与牌号 以除以除Zn, NiZn, Ni以外合金元素为主加元素的铜合金具有良好的耐蚀性、以外合金元素为主加元素的铜合金具有良好的耐蚀性、耐磨性、导电性、导热性、切削加工性、较低的体积收缩率耐磨性、导电性、导热性、切削加工性、较低的体积收缩率 按主加合金元素的不同，分为：按主加合金元素的不同，分为：SnSn青铜青铜、、AlAl青铜青铜、、BeBe青铜青铜 按生产方式的不同，分为：按生产方式的不同，分为：压力加工青铜压力加工青铜、、铸造青铜铸造青铜。
压力加工青铜：压力加工青铜：Q Q＋主加元素符号＋百分含量＋其它元素的百分含量＋主加元素符号＋百分含量＋其它元素的百分含量，，数字间横杆隔开如，数字间横杆隔开如，QSn4-3QSn4-3，表示主加元素为，表示主加元素为SnSn，，W WSnSn=4%, =4%, W WZnZn=3%,=3%,余量余量为铜的为铜的SnSn青铜 铸造青铜：铸造青铜：ZCuZCu+ +第一主加元素＋百分含量＋合金元素＋百分含量＋第一主加元素＋百分含量＋合金元素＋百分含量＋……如，如，ZCuSn5Pb5Zn5ZCuSn5Pb5Zn5表示主加元素为表示主加元素为SnSn，且，且W WSnSn=5=5％，％，W WPbPb=5%, =5%, W WZnZn=5=5％，余量％，余量为为CuCu的铸造的铸造SnSn青铜3 3）白铜的分类与牌号）白铜的分类与牌号 以以NiNi为主加元素的铜合金具有较高的强度和塑性，可进行冷、热变为主加元素的铜合金具有较高的强度和塑性，可进行冷、热变形，良好的耐蚀性，高的电阻率形，良好的耐蚀性，高的电阻率 根据性能和应用分为根据性能和应用分为耐蚀用白铜耐蚀用白铜和和电工用白铜电工用白铜。
按化学成分：按化学成分：普通白铜、特殊白铜（锌白铜、锰白铜、铝白铜）普通白铜、特殊白铜（锌白铜、锰白铜、铝白铜） 普通白铜：普通白铜：B B＋数字（＋数字（NiNi百分含量），如百分含量），如B30B30，表示，表示W WNiNi＝＝3030％ 特殊白铜：特殊白铜：B+B+第二合金元素符号＋第二合金元素符号＋NiNi的百分含量＋第二合金元素百分的百分含量＋第二合金元素百分含量，数字间用横杠隔开如含量，数字间用横杠隔开如BMn3-12BMn3-12，表示，表示W WNiNi=3%,W=3%,WMnMn＝＝1212％，％，W WCuCu＝＝8585％％的锰白铜的锰白铜 7.2.3 7.2.3 黄铜黄铜（（1 1）普通黄铜）普通黄铜 根据锌的含量，组织不同，分为根据锌的含量，组织不同，分为单相黄铜单相黄铜和和双相黄铜双相黄铜 单相黄铜，较高的强度、塑性，可冷、热加工，良好的锻单相黄铜，较高的强度、塑性，可冷、热加工，良好的锻造、焊接工艺性能如造、焊接工艺性能如H68, H70, H90H68, H70, H90等，前两种常作为子弹等，前两种常作为子弹壳，又称壳，又称““弹壳黄铜弹壳黄铜””。
双相黄铜，塑性低，但强度高，耐蚀性好如双相黄铜，塑性低，但强度高，耐蚀性好如H59, H62H59, H62等，等，散热器、水管等散热器、水管等2 2）特殊黄铜）特殊黄铜 Al, Al, SnSn, Si, , Si, MnMn提高耐蚀性，提高耐蚀性，PbPb，，SiSi改善耐磨性，改善耐磨性，NiNi降低降低应力腐蚀敏感性应力腐蚀敏感性3 3）铸造黄铜）铸造黄铜 良好的铸造成型能力，同时耐磨性、耐蚀性也较好，常用良好的铸造成型能力，同时耐磨性、耐蚀性也较好，常用于耐磨的轴套、腐蚀介质下工作的泵体、叶轮等于耐磨的轴套、腐蚀介质下工作的泵体、叶轮等 7.3 7.3 滑动轴承合金滑动轴承合金 轴承分为滚动轴承和滑动轴承两类滑动轴承承压面积大，运行平轴承分为滚动轴承和滑动轴承两类滑动轴承承压面积大，运行平稳、无噪音、拆装检修方便由稳、无噪音、拆装检修方便由轴承体和轴瓦轴承体和轴瓦组成，用来制造组成，用来制造轴瓦及其轴瓦及其内衬内衬的合金称为的合金称为滑动轴承合金滑动轴承合金7.3.1 7.3.1 滑动轴承的工作条件及性能要求滑动轴承的工作条件及性能要求 工作时，轴瓦和轴颈间产生强烈的摩擦磨损，轴瓦同时要承受轴传工作时，轴瓦和轴颈间产生强烈的摩擦磨损，轴瓦同时要承受轴传递的交变载荷和冲击作用，对轴承合金的性能要求：递的交变载荷和冲击作用，对轴承合金的性能要求：（（1 1）足够的强度、冲击韧性和疲劳强度；）足够的强度、冲击韧性和疲劳强度；（（2 2）一定的硬度、良好的耐磨性、低的摩擦系数；）一定的硬度、良好的耐磨性、低的摩擦系数；（（3 3）良好的导热性、耐蚀性、低的热膨胀系数；）良好的导热性、耐蚀性、低的热膨胀系数；（（4 4）良好的强度、塑性配合，与轴颈的磨合良好，防咬合（焊合）。
良好的强度、塑性配合，与轴颈的磨合良好，防咬合（焊合）对组织的要求：对组织的要求：软基体上均匀分布着硬质软基体上均匀分布着硬质点，或硬基体上均匀分布软质点点，或硬基体上均匀分布软质点 软基体硬质点：软基体磨凹，凹下贮软基体硬质点：软基体磨凹，凹下贮存润滑油，降低摩擦系数；硬质点凸出承存润滑油，降低摩擦系数；硬质点凸出承载，减小基体接触面积具有好的磨合性载，减小基体接触面积具有好的磨合性、、抗冲击、振动能力好；但难承受高载荷，典型的是抗冲击、振动能力好；但难承受高载荷，典型的是巴氏合金巴氏合金 硬基体上软质点：对硬基体上软质点：对高速、高载高速、高载轴承，强度为首要仍有低的摩擦轴承，强度为首要仍有低的摩擦系数，但磨合性差典型的是铜基、铝基轴承合金系数，但磨合性差典型的是铜基、铝基轴承合金 7.3.2 7.3.2 滑动轴承合金的分类和牌号滑动轴承合金的分类和牌号7.3.2.1 7.3.2.1 SnSn基、基、PbPb基轴承合金（巴氏合金）基轴承合金（巴氏合金） 软基体上分布硬质点常在铸态下使用，牌号以铸字的汉语拼音字软基体上分布硬质点常在铸态下使用，牌号以铸字的汉语拼音字首首Z Z开头：开头：Z+Z+基本元素符号＋主加元素符号＋主加元素百分含量＋辅加元基本元素符号＋主加元素符号＋主加元素百分含量＋辅加元素符号＋辅加元素百分含量素符号＋辅加元素百分含量……. .。
如，如，ZSnSb12Pb10Cu4ZSnSb12Pb10Cu4，表示，表示W WSbSb=12%, =12%, W WPbPb＝＝1010％％, , W WCuCu＝＝4 4％的％的SnSn基轴承合金基轴承合金1 1））SnSn基巴氏合金基巴氏合金 SnSn为基体元素，辅加为基体元素，辅加SbSb, Cu, Cu典型ZSnSb11Cu6ZSnSb11Cu6低的摩擦系数，塑低的摩擦系数，塑性、导热性好、膨胀系数小，为优良的减摩材料但疲劳强度低，耐热性、导热性好、膨胀系数小，为优良的减摩材料但疲劳强度低，耐热性差，且性差，且SnSn希缺，价格昂贵希缺，价格昂贵 常用作重要轴承，如汽轮机、内燃机高速轴承，常用作重要轴承，如汽轮机、内燃机高速轴承，T T工作工作<150℃<150℃2 2））PbPb基巴氏合金基巴氏合金 PbPb基体元素，辅加基体元素，辅加SbSb, , SnSn, Cu, Cu典型ZPbSb16Sn16Cu2ZPbSb16Sn16Cu2性能低于性能低于SnSn基轴承合金，且摩擦系数高，但价格便宜，基轴承合金，且摩擦系数高，但价格便宜，T T工作工作<120℃<120℃。
用于制造承受用于制造承受中、低载荷的中速轴承，如汽车连杆轴承、电动机轴承中、低载荷的中速轴承，如汽车连杆轴承、电动机轴承7.3.2.2 7.3.2.2 其它轴承合金其它轴承合金 一般硬基体上分布软质点，如一般硬基体上分布软质点，如CuCu基、基、AlAl基轴承合金基轴承合金 承载力高，耐磨性好，导热性好，抗疲劳、抗冲击能力强，工作温承载力高，耐磨性好，导热性好，抗疲劳、抗冲击能力强，工作温度高用于高速高载的航空发动机轴承、高速柴油机轴承用于高速高载的航空发动机轴承、高速柴油机轴承。