金屬材料黑色金屬(鋼、鑄鐵、工業(yè)純鐵,鐵基合金)有色金屬(鋁、銅、鈦、鎂…..及其合金，非鐵基合金)（Ferrousalloys）（Nonferrousalloys）1第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)機(jī)床：主要鋼鐵材料，其他材料用量很少高鐵客車：鋼鐵為主，門，窗，框和梁采用鋁合金制造飛機(jī)客機(jī)：主要以鋁合金、鈦合金、復(fù)合材料和高分子材料為主，發(fā)動機(jī)葉片是高溫合金和鈦合金，少量零件用鋼鐵材料2第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)第六章有色金屬及其合金NON-FERROUSMETALSANDALLOYS鋁及鋁合金滑動軸承合金銅合金鈦合金和鎂合金3第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)第一節(jié)鋁及鋁合金1.工業(yè)純鋁的特性

比重小

優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性

良好的塑性：，F(xiàn)CC

良好的低溫韌性：－253℃不降低

良好的抗大氣腐蝕性：Al2O3膜致密一、工業(yè)純鋁(WAl

99.00%)

低強度：4第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)2.編號如：1A99107012351×××純鋁A:原始純鋁B:原始純鋁的改型0～9:對極限含量有特殊控制的雜質(zhì)種類數(shù)3.應(yīng)用電線，電纜，包覆材料等小數(shù)點后面的兩位數(shù)字5第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)

二、鋁合金

鋁合金的分類及

強化機(jī)制

常加合金元素：CuMgMnZnSi鋁合金的分類(根據(jù)成分和工藝特點)鋁合金相圖的一般形式D點以左(F以右的可熱處理強化,F以左的不可熱處理強化)D點以右,共晶體點附近變形鋁合金鑄造鋁合金6第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)2)強化機(jī)制固溶強化鋁合金中的相是固溶體，它是合金元素在Al晶體中的固溶體，相的強度和硬度明顯高于純Al的強度和硬度。形變強化(加工硬化）變形鋁合金具有較好的塑性和韌性，可通過塑性變形來提高合金的強度和硬度。塑性加工成型的同時,強度、硬度也提高純鋁的強度：70-100MPa鋁合金的強度：400-600MPa7第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)變質(zhì)處理（細(xì)晶強化）鑄造鋁合金鑄造性能良好，適于鑄造形成零、構(gòu)件毛坯。鑄造時向熔液中加入形核劑(變質(zhì)劑，NaF與NaCl混合物)，可細(xì)化結(jié)晶組織，使合金的強度、硬度、塑性、韌性同時提高。ZAlSi12的鑄態(tài)組織(a)變質(zhì)前(b)變質(zhì)后強度140MPa，δ=3%強度180MPa，δ=8%8第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)時效強化(第二相強化)分兩步：固溶處理+時效處理Al-Cu合金相圖的Al端部分可熱處理鋁合金的主要強化方式9第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)鋁合金非常重要的強化方式在時效過程中，過飽和

固溶體中會析出納米尺度的彌散分布的第二相微粒，使合金的強度顯著提高，這種強化方式稱為時效強化。時效強化將所得到的過飽和

固溶體在室溫長時間放置(自然時效)或在室溫以上溫度保溫(人工時效)，此過程稱為時效處理。時效處理固溶(類似于淬火):將合金加熱到單相

固溶體狀態(tài)后快冷(采用水冷)，得到過飽和

固溶體,此過程稱為固溶處理。固溶處理10第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)Al-Cu-Mg合金固溶時效析出的納米強化相白色顆粒即為納米尺度析出顆粒。具有顯著強化作用。11第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)Al-4Cu的鋁合金在不同溫度下的時效曲線過時效時效態(tài)自然時效:室溫下的時效人工時效:加熱條件下時效淬火狀態(tài)退火狀態(tài)

的鋁合金自然時效曲線12第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)金屬材料的強化方式總結(jié)與分析固溶強化加工硬化細(xì)晶強化時效強化（第二相強化）13第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)2.變形鋁合金分類及牌號××××A:原始合金B(yǎng):原始合金的改型0:原始合金1～9:改型合金

23456789銅錳硅鎂鎂硅鋅其他備用阿拉伯?dāng)?shù)字為合金編號如：2A015A055B0570757475編號為四位數(shù)字第一位數(shù)字第二位數(shù)字后兩位數(shù)字14第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)(1)鋁銅合金(又稱硬鋁和鍛鋁)牌號:2×××1）成分：AL—Cu—Mg—(Mn)或（Si\Fe\Ni)2）熱處理工藝特點:固溶+時效強化(自然時效)3）性能特點：強度較高，塑性好，可時效強化。元素作用:Cu,Mg:形成強化相(CuAl2,CuMgAl2),時效強化;Mn提高抗腐蝕性能；固溶強化；淬火溫度范圍窄(淬溫度范圍

5C)。缺點抗蝕性差，容易產(chǎn)生晶間腐蝕(海水中尤甚)。15第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)4）應(yīng)用2A01、2A102A11、2A12主要用于飛機(jī)構(gòu)件，如飛機(jī)蒙皮(2A12)、擠壓成螺旋槳、葉片(2A11)等重要零件；壓氣機(jī)葉輪、葉片和螺旋槳，超音速飛機(jī)蒙皮。Cu、Mg含量低，強度低、塑性韌性好，適合制造鉚釘Cu、Mg含量高，強度高(400-470MPa)、塑性韌性好，飛機(jī)構(gòu)件如蒙皮、葉片等16第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)(2)鋁鋅合金(超硬鋁)

7×××1）成分：Al－Zn（主）－Cu－Mg-Cr/Mn（少）2）特點:熱塑性好，熱加工后熱處理，強度很高(可達(dá)680MPa)。缺點是耐熱性、抗蝕性差(需要純鋁包覆)。3）應(yīng)用:主要用于要求重量輕、工作溫度不超過130℃的受力較大的零件，如飛機(jī)蒙皮接頭、大梁、壁架、起落架部件等強化相:MgZn2、Al2Mg3Zn3，

時效產(chǎn)生強烈的強化效果。時效后強度最高的鋁合金7A04、7075:飛機(jī)大梁、加強框、蒙皮接頭、起落架的部分結(jié)構(gòu)件等主要受力構(gòu)件17第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)(3)鋁錳合金(防銹鋁合金)

3×××2）組織與性能：單相固溶體?？刮g性高(高于純鋁),塑性好,不能熱處理強化,可加工硬化。3）應(yīng)用：用于制造需要彎曲、沖壓加工的零件。例如油箱、油管(罐)、鉚釘(3A21)等。1）成分：Al—Mn（主）－Mg/Si/Fe（少）

Mn,Mg的作用:提高抗腐蝕性能及塑性,固溶強化

Si,Fe:固溶強化的作用18第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)(4)鋁鋰合金（牌號8XXX）一種新型變形鋁合金1）成分:Al-Cu-LiAl-Mg-LiAl-Cu-Mg-Li鋰(Li)的含量：0.9-2.8%2）熱處理:固溶處理+時效強化3）性能特點:密度低，比強度、比剛度高(高于傳統(tǒng)鋁合金和鈦合金)，具有良好的疲勞強度和耐蝕、耐熱性4）應(yīng)用:民用飛機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、運輸機(jī)和火箭等航天器的殼體、燃料箱等。"天宮"的資源倉采用鋁鋰合金制造，可減輕自重10％以上

。19第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)20第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)3.鑄造鋁合金（1)分類及牌號、代號牌號

ZAl+主要合金元素符號及其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)如：ZAlSi12代號

ZL×××

1234鋁硅系鋁銅系鋁鎂系鋁鋅系合金序號ZL102Al-Si系是鑄造性能和力學(xué)性能配合最好的鑄造鋁合金ZL302第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)ZL203ZL4011）簡單鋁硅鑄造鋁合金

ZL102（ZALSi12）

(2)典型鑄造鋁合金介紹（Al-Si系）組織：(a+Si)共晶體用途：形狀復(fù)雜、受力不大

的零件，如儀表外殼等。共晶點性能：鑄造性能好，強度低。

變質(zhì)細(xì)晶化處理提高強度(強度低于180MPa)22第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)在Al-Si基礎(chǔ)上加入其它合金元素(Cu,Mn,Ni,Mg等)

2）復(fù)雜(特殊)鋁硅鑄造合金(Al-Si-Cu/Mg/Mn/Ni)強化方式：時效強化，變質(zhì)處理。性能：鑄造性能好，較高的強度和耐磨性、耐熱性。

應(yīng)用：用于制造形狀復(fù)雜中等強度的零件，如發(fā)動機(jī)活塞、氣缸體、風(fēng)機(jī)葉片、液壓泵殼體等(代號ZL109)。23第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)發(fā)動機(jī)活塞復(fù)雜形狀的殼體復(fù)雜形狀的殼體第二節(jié)銅合金工業(yè)純銅常用的銅合金24第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)銅合金銅合金是人類使用的第一種高強度的金屬材料。青銅器時期青銅:尤其是錫青銅,鑄造性能優(yōu)異,耐腐蝕何尊銘文中的“宅茲中國”為“中國”一詞最早的文字記載。（寶雞青銅器博物館）25第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)一、純銅的性質(zhì)純銅又稱"紫銅"，屬于重金屬1.性能特點：密度8.91g/cm3

；

優(yōu)良的導(dǎo)熱、導(dǎo)電體;無磁性；優(yōu)良的加工性能；

耐腐蝕性能(大氣、淡水、冷凝水中)2.工業(yè)純銅的代號：T1，T2，T3數(shù)字越大，純度越低3.純銅的應(yīng)用：導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐腐蝕器件；

制備銅合金26第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)二、銅合金加入的合金元素:Zn,Sn,Al,Ni,Fe,Be,Ti,Si,Cr等1.分類按化學(xué)成分分類黃銅（Cu-Zn）青銅(Cu-Me（Zn,Ni除外））

白銅（Cu-Ni）按照生產(chǎn)工藝分類壓力加工銅合金（簡稱加工黃銅）鑄造銅合金27第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)三、銅合金的性能和應(yīng)用(主要介紹壓力加工銅合金)Cu-Zn合金:以Zn為主要合金元素的加工銅合金。(1)代號：H+數(shù)字銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2)組織與性能：單相黃銅（a）：H80,H70,H68,單相組織。塑性好，強度低。適合冷塑性加工成板材、線材和深沖壓零件。兩相黃銅（a+

)：雙相組織。H62,H59。適合熱加工，強度較高。28第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)(3)加工黃銅的分類普通黃銅:以Cu-Zn二元合金為主要元素。29第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)H68,H70:大量用于制造槍炮的彈殼，被稱為"彈殼黃銅"。(三七黃銅)H59,H62:主要用于制造水管、油管和散熱器，稱為"商業(yè)黃銅"。(四六黃銅)特殊黃銅:在Cu-Zn二元合金基礎(chǔ)上

加入Al,Fe,Si,Sn,Mn,Pb,Ni，As等元素。特殊黃銅的強度、耐蝕性和加工性能優(yōu)于普通黃銅（4）普通黃銅的應(yīng)用30第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)合金元素都可以提高強度提高耐蝕性，比如Al,Mn,Si,Ni防止黃銅脫鋅,比如As提高黃銅的切削加工性能，比如Pb合金元素的作用特殊黃銅:在Cu-Zn二元合金基礎(chǔ)上加入Al,Fe,Si,Sn,Mn,Pb,Ni，As等元素。(5)特殊黃銅及其應(yīng)用應(yīng)用：主要是用于制造船舶上的冷凝管、蝸桿、齒輪以及鐘表零件2.白銅：Cu-Ni，以Ni作為主要加入合金元素的銅合金。(1)代號：B+數(shù)字(2)組織：單相固溶體(4)應(yīng)用：精密機(jī)械、儀表中的零件,冷凝器、熱交換器以及蒸餾器等。B5，B9普通白銅：Cu,Ni二元合金特殊白銅：Cu，Ni基礎(chǔ)上在加入Zn,Mn,Al等元素普通黃銅為例(3)性能：冷熱加工性能均好，耐蝕性高。Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)31第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)3.青銅：除了黃銅、白銅以外的銅合金都稱為青銅。主要添加的元素：Sn，Al，Si，Be等(1)錫青銅：Cu-Sn合金，以Sn作為主要加入的合金元素。1)性能特點：具有優(yōu)良的減磨性、抗磁性、低溫韌性和耐磨性等。在海水、蒸汽和淡水中的抗蝕性優(yōu)于純銅和黃銅。2)應(yīng)用：用于制造彈性元件、軸承等耐磨零件、抗磁和耐蝕零件。32第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)(2)鈹青銅Cu-Be合金：以Be作為主要加入元素的銅合金。1)性能特點：高強度、高硬度、耐磨性好，抗腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好。低溫韌性、抗磁性好。受沖擊不起火花。2)應(yīng)用：主要用于制造彈性元件、耐磨零件和防爆工具?？赡馨l(fā)生火花引起爆炸起火的場所使用鈹青銅制造的工具33第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)(3)鋁青銅：Cu-Al合金，以Al作為主要加入的合金元素。1)性能特點：強度、硬度和耐磨性高于黃銅和錫青銅，鑄造和焊接性能較差。2)鋁青銅的應(yīng)用：低鋁青銅(Al%:7-9%):主要用于制造耐蝕的彈簧和彈性元件。高鋁青銅(Al%:10-11%):主要制造船舶和飛機(jī)上的高強度、高耐磨的齒輪、軸承和軸套等零件。34第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)鋁青銅軸套鋁青銅彈簧艦船中的銅合金制造的零部件35第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)第三節(jié)滑動軸承合金保護(hù)軸頸轉(zhuǎn)動平穩(wěn)拆裝方便承載能力大相對于滾動軸承，滑動軸承的優(yōu)點噪音小滾動軸承滑動軸承36第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)

一、滑動軸承合金及其性能

適中的硬度

良好的減摩性、磨合性、抗咬合性、蓄油性

熱脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性好，抗腐蝕滑動軸承由軸瓦和內(nèi)襯組成制造軸瓦和內(nèi)襯的耐磨合金，稱為軸承合金。37第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)滑動軸承合金的性能要求如下滑動軸承和軸接觸

二、對滑動軸承合金的組織要求軟基體硬質(zhì)點軸瓦與軸的分界面示意圖軟硬不同的多相合金軟基體＋硬質(zhì)點硬基體＋軟質(zhì)點在軸運轉(zhuǎn)時，軟相容易磨損而凹陷，可存儲潤滑油，形成油膜，軟基體抵抗沖擊；硬相支撐軸頸，減小軸頸與軸瓦的接觸面積，保證潤滑條件和降低摩擦系數(shù)，減少磨損。38第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)1.錫基和鉛基軸承合金(巴氏合金)軟基體＋硬質(zhì)點

Sn基固溶體化合物1)錫基軸承合金如：ZSnSb11Cu6

鑄基本元素主加元素輔加元素ZSnSb11Cu6軸承合金的顯微組織×100用于重型動力機(jī)械如:氣輪機(jī),高速內(nèi)燃機(jī),渦輪壓縮機(jī)等機(jī)構(gòu)的滑動軸承三、常用的軸承合金軟基體硬質(zhì)點數(shù)字表示平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)39第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)軟基體＋硬質(zhì)點共晶體SnSb+Cu2Sb2)鉛基軸承合金如：ZPbSb16Sn16Cu2鑄基本元素主加元素輔加元素ZPbSb16Sn16Cu2軸承合金的顯微組織×100應(yīng)用：用于輕載、中低速機(jī)械如：汽車，拖拉機(jī)等軟基體硬質(zhì)點數(shù)字表示平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)Pb基固溶體+SnSb基固溶體40第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)2.銅基軸承合金1)錫青銅如：ZCuSn10P1

鑄基本元素主加元素輔加元素軟基體＋硬質(zhì)點

Cu基固溶體Cu31Sn8+Cu3P應(yīng)用:用于較大載荷中速軸承,如:電機(jī)、機(jī)床、泵的軸瓦2)鉛青銅如：ZCuPb30硬基體＋軟質(zhì)點

CuPb應(yīng)用:用于重載高速高溫軸承，如航空發(fā)動機(jī),高速柴油機(jī)等41第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)常用軸承合金性能的比較（定性規(guī)律）42第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)教材表6-9第四節(jié)鈦合金和鎂合金第一部分鈦合金43第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)一、純鈦的性質(zhì)和代號純鈦的特性物理性能：4.5g/cm3,無磁,導(dǎo)熱系數(shù)較低,只有Fe的約1/4.化學(xué)性能：易與氧結(jié)合成致密氧化膜，室溫和一定高溫下(500℃以下抗氧化).耐腐蝕性能：鈍化膜穩(wěn)定,在硝酸以及氧化性酸中具有良好的耐腐蝕性能；在海水中耐腐蝕性能優(yōu)異.(氫氟酸溶液中不耐腐蝕).力學(xué)性能：具有較高強度,屈服強度200-300MPa,抗拉強度300-500MPa；

塑性較好,無明顯韌脆轉(zhuǎn)變,可用于

低溫(-253℃)；比模量高.晶體結(jié)構(gòu)：有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；室溫下為密排六方晶體結(jié)構(gòu)(相)，882℃發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方(相).生物相容性：對人體無毒性，生物相容性好.1.純鈦的性質(zhì)工業(yè)純鈦:TA1，TA2，TA32.工業(yè)純鈦的代號44第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)二、鈦合金的合金元素與鈦合金分類根據(jù)室溫下的組織類型，鈦合金分為

,

+

,鈦合金主要元素:Al,V,Mo,Nb,Cr,Fe,Cu,W等；微量元素:Si,B,C,O等作為微量元素，根據(jù)特殊需求調(diào)整合金的組織與性能(1)鈦合金的合金元素(2)鈦合金的分類和代號（我國代號）1.鈦合金：向純鈦中加入合金元素形成鈦合金。鈦合金代號：TA+數(shù)字

如TA5(Ti-3Al),TA7(Ti-5Al-2.5Sn)

+鈦合金代號：TC+數(shù)字，如TC4(Ti-6Al-4V),TC6(Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo)鈦合金代號：TB+數(shù)字，如TB6(Ti-10V-2Fe-3Al),TB8(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si)，…….45第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)TC4(Ti-6Al-4V):用量最多的鈦合金占鈦合金總產(chǎn)量的50%以上不同類型鈦合金的強度與斷裂韌性鈦合金:強度一般800MPa以下，斷裂韌性大于80MPam1/2；

+鈦合金:強度800-1000MPa,高，斷裂韌性60-70MPam1/2；鈦合金:強度1000-1400MPa,高，斷裂韌性50-55MPam1/246第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)三、鈦合金的應(yīng)用1.航空航天領(lǐng)域—鈦合金主要應(yīng)用領(lǐng)域軍機(jī)客機(jī)垂直尾翼穩(wěn)定版，輔助動力裝置排氣管，吊艙，蒙皮，前緣，支架，后緣，軸部件起落架，空氣調(diào)節(jié)管，發(fā)動機(jī)短艙，壓氣機(jī)盤葉片等……47第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)一般規(guī)律：先進(jìn)型號飛機(jī)使用的鈦合金用量增加鈦合金在飛機(jī)上的用量48第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)2.海洋裝備的應(yīng)用海軍工程極具應(yīng)用前途的材料，被廣泛用于水面艦艇、水下潛器、水中兵器和通訊設(shè)備等。鈦合金制造的“奮斗者”號載人艙49第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)3.其他領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)用于輕量化的武器裝備和防護(hù)裝甲建筑結(jié)構(gòu)醫(yī)療和生活和體育50第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)第二部分鎂合金51第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)一、純鎂的性質(zhì)物理性質(zhì)：密度1.738g/cm3,熔點650℃；晶體結(jié)構(gòu)：密排六方晶體化學(xué)性質(zhì)：在空氣中易氧化和易燃燒，在潮濕空氣、淡水、海水和大多數(shù)酸中易腐蝕；力學(xué)性質(zhì)：彈性模量低(~40GPa)，吸振性能好，強度低(160-195MPa)，塑性差(延伸率3-15%)純鎂不適合制作機(jī)械零件52第六章有色金屬及其合金工程材料基礎(chǔ)二、鎂合金及其應(yīng)用1.鎂合金：向純鎂中加入Al,Zn,Mn,Zr,Si,Li及稀土元素等元素制備的合金。2.鎂合金的分類(1)變形鎂合金(2)鑄造鎂合金鎂合金以軋制、拉拔和擠壓等壓力加工的方式制備成板材、棒材、線材、管材等鎂合金通過鑄造工藝制備各種形狀復(fù)雜的零件按照合金元素分類Mg-Al-ZnMg-Al-ZrMg-Zn-MnMg-Li