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非铁金属（或称有色金属）是指含铁金属（或称黑色金属）之外的其他金属材料，如铝及其合金、铜及其合金、钛及其合金等。§9有色金属材料①具有银白色金属光泽，相对密度小(2.72),熔点低(660.4℃),沸点高(2477℃),导电、导热性优良；②呈面心立方晶格,无同素异构转变；③纯铝强度、硬度低，塑性很高；④化学性质活泼，表面易生成致密的氧化膜，具有良好抗蚀性；⑤具有优良的工艺性能,易于铸造,易于铸造,易于切削。§9.1铝及铝合金§9.1.1纯铝1、工业纯铝的主要特性2、工业纯铝的牌号旧牌号：按纯度由高→底：L1、L2、L3……对应新牌号：为1070、1060、1050……3、用途主要制作导线、电器元件、散热片等。根据成分和工艺性能铝合金可分为:①变形铝合金：一般通过压力加工制成半成品或模锻件。②铸造铝合金：一般用于铸成复杂的铸件。§9.1.2铝合金1、铝合金的分类铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素制成合金。1）D点以左的合金加热后能形成单相固溶体，其塑性好，适合压力加工，故称为形变铝合金。①成分在F点以左的合金为单相固溶体，为不能热处理强化的铝合金。②成分位于F和D之间的合金会析出第二相，故为能热处理强化的铝合金。相图分析：2）成分在D点以右的合金有共晶体，适合铸造，称铸造铝合金。应注意：相图中的D点仅是合金的最大饱和溶解度理论分界线。①固溶强化通过加入合金元素形成固溶体使合金强度提高的现象，称为固溶强化。铜、镁、锰、硅、锌等元素具有较大的固溶强化效果，是铝合金的主加元素。将含铜量在0.5～5.7%之间的铝铜合金加热到固溶线以上后快冷，所得的组织为α过饱和固溶体。2、铝合金的热处理1）铝合金的强化种类不同，其强化原理、途径也不同。因合金溶质元子均匀分布，固溶体晶格畸变小，铝合金的固溶强化效果并不明显，过饱和固溶体随时间增长会沉淀析出强化相，此过程若在室温进行，叫自然时效（图9-3）；若加热在某一温度进行，叫人工时效（图9-4）。将经固溶处理(或淬火)后得到过饱和固溶体的铝合金放置在室温或加热到一定的温度，其强度、硬度随时间延长而提高，塑、韧性则降低，这一过程称为时效。亦称时效强化。②时效强化常用的热处理方法：①退火：对铝合金铸锭进行均匀化退火，提高塑性。对冷变形加工的制品退火，消除内应力，消除加工硬化。②时效强化处理：（前面已讲）③回归处理：可使自然时效的铝合金重新软化。一般不超过3~4次。经人工时效的铝合金没有回归现象。③细化组织强化变质处理是细化铸造合金组织的常用方法。变质处理：在熔融的铝合金中加入一种或数种经过选择的元素或化合物,通过细化合金组织从而达到提高合金质量和性能的操作方法。2）铝合金的热处理§9.1.3铝合金的分类、牌号及用途根据成分和工艺性能铝合金可分为:①变形铝合金：一般通过压力加工制成半成品或模锻件。②铸造铝合金：一般用于铸成复杂的铸件。4）锻铝合金主要为Al-Mg-Si系，特点是强度高，热态下有良好的塑性，用于形状复杂强度要求较高的零件如活塞、航空发动机零件等。牌号如2A70（LD7）。1、变形铝合金表9—1变形铝合金分为以下四种：GB/T3190—961）防锈铝合金（F点以左）用于制造耐蚀容器（油箱）、防锈蒙皮、窗框等。主要为Al-Mg系和Al-Mn系，牌号如5A02（LF2）、3A21（LF21）等。2）硬铝合金为F点以右的合金，可热处理强化。主要为Al-Cu-Mg系，牌号如2A12（LY12）。根据合金元素的多少硬铝分为：①低合金（铆钉）硬铝如2B11（LY8）其强度低塑性好，用于铆钉。②标准硬铝（中强度硬铝）如2A11（LY11）用于中等强度的零件。③高强度硬铝如2A12（LY12）合金含量较多，强度硬度高塑性较低，加工性能差。用于航空模锻件和重要销、轴等。硬铝的耐蚀性差，通常（阳极化）包覆一层纯铝（称为包铝）。3）超硬铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系，合金中的强化相作用强，抗拉强度高。用于航空工业如飞机大梁、起落架。牌号7A09（LC9）。①铝硅合金（硅铝明）代号：ZL102（简单硅铝明Al—Si系）强度较低，铸造性能好，常采用变质处理。用于形状复杂受力较小的零件；ZL101、ZL103、ZL104、ZL111（特殊硅铝明Al—Si—Mg系）强度较高。用作形状复杂强度低的气缸体、电动机壳体等。2、铸造铝合金1）铸造铝合金的分类铸造铝合金可分以下四种：表9—3代号说明：“ZL”表示铸铝，其后第一位数字表示合金类别“1”为铝-硅系；“2”为铝-铜系；“3”为铝-镁系；“4”为铝-锌系）；第二、三位数字为合金顺序号。化学成分、力学性能和热处理工艺规范详见GB/T1173—95、GB/T15115—94（新标准）④铝锌合金（铸造性好）经变质处理和时效强化后强度较高，但耐蚀性差，热裂倾向较大。其价格最便宜，用于汽车、拖拉机的发动机零件和形状复杂的仪器零件，也可用于制造日用品。常用代号：ZL401、ZL402等。②铝铜合金（耐热性好）铸造承受中等载荷和形状简单的零件。常用代号：ZL201、ZL202、ZL203等。③铝镁合金（耐蚀性好）力学性能、耐蚀性、切削加工性能好，铸造、耐热性差。用于受冲击、和腐蚀介质中工作零件，舰船零件、氨用泵体。常用代号：ZL301、ZL302等。铝硅基铸造合金应用较广，但未经变质处理时，力学性能差，其铸态组织如图所示。如图为用钠盐变质处理后的显微组织。经变质处理后的铝硅合金，力学性能明显提高。2）铸造铝合金的变质处理①外观呈紫红色，故又称紫铜；②相对密度为8.9，熔点为1083℃；③导电性和导热性优良；④具有面心立方晶格，无同素异构转变，只能以冷作硬化的方式进行强化。⑤塑性极好,并有良好的低温韧性,可以进行冷、热压力加工。杂质元素对性能有一定影响：有Pb、Bi易形成低熔点共晶体，造成热脆。S、O易形成脆性大的化合物Cu2S、Cu2O，造成冷脆。§9.2铜及铜合金2、工业纯铜牌号、成分、用途表9—4按纯度高→低有T1、T2、T3、T4工业纯铜一般不作结构材料，主要用于制造电线、电缆、电器元件、导热器件等。（见下页）1、工业纯铜的性质§9.2.1工业纯铜①主要用于导电、导热及兼有耐蚀性的器材；②作为配制铜合金的原料，因为铜合金具有比纯铜好的强度及耐蚀性。（常用的铜合金主要是黄铜和青铜）。纯铜用途§9.2.2铜合金的分类、牌号及用途铜合金分类及主要用途：Cu—Ni合金：白铜。用于精密机械、电器仪表等。Cu—Zn合金：普通黄铜。再加入其他合金元素可制成特殊黄铜。除上述白、黄铜外的铜合金统称为青铜。如Cu—Sn、Cu—Al、Cu—Pb合金。铜合金中黄铜、青铜的应用广泛。材料类型：经压力加工成形的——线、板、棒、管等。铸造成形的各种产品。1）组织：是指铜与锌的二元合金。2）性能特点：随锌的增加强度、硬度增加。塑韧性下降。具有良好力学性能,易加工成形,另外它还具有价格低廉、色泽美丽等优点，应用广泛。经冷塑性变形后易发生应力腐蚀，开裂。4）种类：表9—5①单相黄铜：Zn＜32%；Cu+Zn→α（单相组织）如H70又称三七黄铜，其强度高，塑性好，用作弹壳，故称弹壳黄铜。②双相黄铜：有较高的强度和耐蚀性，用作散热器、油管等。32%＜Zn＜45%；Cu+Zn→α+β（β是铜锌为基的铜锌电子化合物）。塑性低，室温性脆。如H59、H62等。一）黄铜1．普通黄铜3）牌号：“H”+铜的平均质量分数表示普通黄铜；铸造普通黄铜则在前面冠以“Z”，如ZH62，表示含铜为62%的铸造普通黄铜。在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的多元合金称为特殊黄铜，或称为复杂黄铜。①成分：常加合金元素有Sn、Pb、Al、Si等，相应地可称为锡黄铜、铅黄铜、铝黄铜、硅黄铜等。②牌号：用“H”+主加元素符号（除锌以外）+铜含量（%）+主加元素含量（%）表示。如：HMn58-2。2．特殊黄铜③主要特殊性能：每种性能差别较大。加Si、Pb的黄铜抗磨性突出。加Al、Mn、Si的黄铜强度较高。加Al、Mn、Sn的黄铜耐腐蚀性好。加Pb制得易切黄铜。加0.7~1.1%Sn制得锡黄铜，耐海水腐蚀，称海军黄铜。还可作汽油接触零件。常用特殊黄铜。青铜是指除白、黄铜以外的铜合金。包括锡青铜、铝青铜、铅青铜、硅青铜、铍青铜等。1．锡青铜是以Sn为主加元素的合金。①性能：与Sn量有关。Sn≤5~6%Cu+Sn→α（固溶体），Sn增加，强度增加，有好的塑性。Sn≥6%Cu+Sn→α+δ（硬脆相），Sn增加，强度增加，塑性大大下降。Sn＞20%Cu+Sn→α+（大量）δ（硬脆相），强度下降，变脆。通常Sn量在3~14%：Sn≤8%的材料适合压力加工。Sn＞8%的材料适合铸造。锡青铜的铸造收缩率小，致密性差，在氨水、盐酸、硫酸中耐腐蚀差，但在大气、海水和无机盐类溶液中有极高的耐蚀性。用于铸造形状复杂、壁厚差较大的零件。②牌号：如QSn4-3,表示含锡量4%，含锌量3%，余为含铜量的锡青铜。二、青铜2．铝青铜以Al为主加元素的青铜合金。①性能：铝青铜的性能较好。Al＜5%塑性好，强度低。Al达到12%后，塑性变差，且难加工。Al常在5%~10%：Al在5~7%时，塑性最好。适合冷变形加工。Al在10%时，强度最高，可热处理，适合铸造。铝青铜易获得致密的铸件，耐蚀性比黄铜和锡青铜高。应用广泛，常用来制造耐磨、耐蚀零件。②牌号：如QAl5，表示含铝量5%，余为含铜量的铝青铜。3．铍青铜含Be量1.7%~2.5%的青铜合金。①性能：对Be的溶解度随温度变化而变化。可进行固溶处理，时效后强度达1200MP。超过40Cr。铍青铜可通过热处理和加工硬化提高其力学性能和弹性，其强度、硬度较高，具有导电性、耐腐蚀性好，抗磨性、不起火花性、耐热性比其他铜合金好的优点，是制造弹性元件、电接触器等的优秀材料。②牌号：如QBe2，表示含铍量2%、余为铜的铍青铜。1．钛的性能①钛为银白色，熔点为1680℃,相对密度为4.54，比铝大但比钢轻43%;②具有很好的强度,约为铝的6倍；③具有很高的塑性,便于冷热加工；④其耐蚀性比不锈钢优良。2．钛及合金在航空、化工、导弹航天及舰艇等方面的应用较为广泛。§9.3钛及钛合金§9.3.1纯钛根据钛合金热处理的组织为三类：1．α类钛合金①组织为α固溶体和α固溶体加微量金属间化合物。②主要特点是，具有良好的热稳定性和热强度以及优良的焊接性能。③典型的牌号有TA7，表示含铝量7%，余为钛。主要用于制造火箭、导弹的燃料储箱等。§9.3.2钛合金②主要特点是，具有良好的变形加工性能，可热处理强化。③典型的牌号是TB1，其成份为3%Al、13%V、11%Cr，余为钛。主要用于重载荷的旋转体，如航空发动机的压缩机叶片、轴等。3．α+β类钛合金①退火状态的组织为α+β。②主要特点是，综合机械性能好，抗拉强度高，热加工性能好，但焊接性能差。③典型的牌号是TC4,其成份为6%Al、4%V、余为钛。主要用于制造在400℃长期工作的发动机零部件。2．β类钛合金①退火和淬火状态的组织为单相β固溶体。§9.3镁及镁合金§9.3.1纯镁（p191）§9.3.2镁合金（p191-192）1.滑动轴承的结构滑动轴承是支承轴颈和其他转动和摆动的支承件，一般由轴承体和轴瓦构成。§9.5滑动轴承合金一、滑动轴承工作条件及对性能、组织的要求2.轴承工作条件及要求①轴和轴承不可避免地会产生相互磨擦和磨损；②常出现所谓边界润滑状态或半干磨擦甚至干磨擦状态；③轴承合金应具有足够的抗压强度和疲劳强度，良好的减磨性、磨合性、镶嵌性。3.对轴承组织的要求①轴承材料的基体应采用对钢、铁互溶性小的元素；②金相组织软基体下有均匀的硬质点或硬基体下分布有均匀的软质点；③轴承中应含有适量的低熔点元素。4.性能要求P1931.锡基轴承合金（锡基巴氏合金）软基体下有均匀的硬质点①牌号有ZChSnSb11-6、ZChSnSb4-4等。②特点是磨擦系数小，顺应性和嵌藏性好，但抗疲劳强度差。用于制造汽车、拖拉机、汽轮机高速轴轴瓦。2.铅基轴承合金（铅基巴氏合金）软基体下有均匀的硬质点①常用牌号有ZChP