第九章有色金屬材料有色金屬：除黑色金屬（鋼、鐵）以外的所有金屬材料§1鋁及鋁合金具有銀白色金屬光澤，密度2.72g/cm3，熔點660.4℃，具有良好的導電和導熱性，其導電性僅次于銀和銅。純鋁在空氣中易氧化，表面形成一層能阻止內層金屬繼續被氧化的致密的氧化膜，因此具有良好的抗大氣腐蝕性能。純鋁具有面心立方結構，具有極好的塑性和較低的強度（軋成箔片）鑄、壓力加工、焊和切削加工性能具佳。工業純鋁中含有少量鐵、硅等雜質元素，雜質含量增加，其導電性、抗蝕性及塑性都降低。鋁合金的分類鋁合金的熱處理（退火、淬火、時效）退火再結晶退火：T兩以上保溫一段時間用以消除變形工件的加工硬化，提高塑性，以便繼續進行成形加工。低溫退火：消除內應力，適當增加塑性。均勻化退火：消除鑄錠或鑄件的成分偏析及內應力，提高塑性。2、鋁合金的淬火將鋁合金加熱到固溶線以上保溫快冷，使第二相來不及析出，得到過飽合、單一的固溶體。淬火后鋁合金強度、硬度不高，具有很好的塑性。3、鋁合金的時效熱處理將淬火后鋁合金在室溫或加熱到某一溫度時，其強度和硬度隨時間的延長而增高，但塑性、韌性則降低，這個過程稱為~~時效。在室溫下進行的時效稱為自然時效，在加熱條件下進行的時效稱為人工時效。時效過程中使鋁合金的強度、硬度增高的現象稱為時效強化或時效硬化。其強化效果是依靠時效過程中所產生的時效硬化現象來實現的。時效的實質，是第二相從過飽和、不穩定的單一α固溶體中析出和長大，由于第二相與母相（α相）的共格程度不同，使母相產生晶格畸變而強化。由圖可見：經4~5天時效后，其抗拉強度有了顯著提高時效溫度越高，強化效果越低。形變鋁合金防銹鋁（Al-Mg、Al-Mn）——LF，抗腐蝕性和塑性好，做油箱、油管、鉚釘等。不可熱處理強化。硬鋁（Al-Cu-Mg）——LY，機械性能好，抗腐蝕性差;做螺旋槳葉片等。超硬鋁（Al-Cu-Mg-Zn）——LC，強度最高，抗腐蝕性差，做飛機大梁、起落架等。鍛鋁（Al-Mg-Si-Cu）——LD，機械性能和鍛造性能好，做鍛件、模鍛件等。1．防銹鋁合金主要系列：Al-Mn系、Al-Mg系防銹鋁合金中主要合金元素是Mn和Mg，Mn的主要作用是提高鋁合金的抗蝕能力，并起到固溶強化作用。Mg也可起到強化作用，并使合金的比重降低。防銹鋁合金鍛造退火后是單相固溶體，抗腐蝕能力高，塑性好。這類鋁合金不能進行時效硬化，屬于不能熱處理強化的鋁合金，但可冷變形加工，利用加工硬化，提高合金的強度。

2．硬鋁合金硬鋁合金為Al-Cu-Mg系合金，還含有少量的Mn。各種硬鋁合金都可以進行時效強化，屬于可以熱處理強化的鋁合金，亦可進行變形強化。合金中的Cu、Mg是為了形成強化相。Mn主要是提高合金的抗蝕性，并有一定的固溶強化作用，但Mn的析出傾向小，不參與時效過程。少量的Ti或B可細化晶粒和提高合金強度。

3．超硬鋁合金超硬鋁合金為Al-Mg-Zn-Cu系合金，并含有少量的Cr和Mn。Zn、Cu、Mg與Al可以形成固溶體和多種復雜的第二相，例如MgZn2，Al2CuMg，AlMgZnCu等。所以經過固溶處理和人工時效后，可獲得很高的強度和硬度。它是強度最高的一種鋁合金。但這種合金的抗蝕性較差，高溫下軟化快。可以用包鋁法提高抗蝕性。超硬鋁合金多用來制造受力大的重要構件，如飛機大梁、起落架等。4．鍛鋁合金鍛鋁合金為Al-Mg-Si-Cu系和Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。合金中的元素種類多但用量少，具有良好的熱塑性，良好的鑄造性能和鍛造性能，并有較高的機械性能。這類合金主要用于承受重載荷的鍛件和模鍛件。鍛鋁合金通常都要進行固溶處理和人工時效。鑄造鋁合金鑄造鋁合金按照主要合金元素的不同，可分為四類：Al-Si鑄造鋁合金，如ZL101、ZL105等；Al-Cu鑄造鋁合金，如ZL201、ZL203等；Al-Mg鑄造鋁合金，如ZL301、ZL302等；Al-Zn鑄造鋁合金，如ZL401、ZL402等。

1．Al-Si鑄造鋁合金

Al-Si鑄造鋁合金通常稱為硅鋁明，硅鋁明包括簡單硅鋁明（Al-Si二元合金）和復雜硅鋁明（Al-Si-Mg-Cu等多元合金）。含11～13%Si的簡單硅鋁明（ZL102）鑄造后幾乎全部是共晶組織。因此，這種合金流動性好，鑄件產生的熱裂傾向小，適用于鑄造復雜形狀的零件。它的耐腐蝕性能高，有較低的膨脹系數，可焊性良好。該合金的不足之處是鑄造時吸氣性高，結晶時能產生大量分散縮孔，使鑄件的致密度下降。由于Al-Si合金組織中的共晶硅呈粗大的針狀，使合金的機械性能降低，所以必須采用變質處理。

2．Al-Cu鑄造鋁合金Al-Cu合金的強度較高，耐熱性好，但鑄造性能不好，有熱裂和疏松傾向，耐蝕性較差。ZL201的室溫強度高，塑性比較好，可制作在300℃以下工作的零件，常用于鑄造內燃機汽缸頭、活塞等零件。ZL202塑性較低，多用于高溫下不受沖擊的零件。ZL203經淬火時效后，強度較高，可作結構材料鑄造受中等載荷和形狀較簡單的零件。3．AL-Mg鑄造鋁合金Al-Mg合金（ZL301、ZL302）強度高，比重小（約為2.55），有良好的耐蝕性，但鑄造性能不好，耐熱性低。Al-Mg合金可進行時效處理，通常采用自然時效。多用于制造承受沖擊載荷，在腐蝕性介質中工作的，外形不太復雜的零件，如艦船配件、動力機械零件等。4．Al-Zn鑄造鋁合金Al-Zn合金（ZL401、ZL402）價格便宜，鑄造性能優良，經變質處理和時效處理后強度較高，但抗蝕性差，熱裂傾向大。常用于制造汽車、拖拉機的發動機零件及形狀復雜的儀器零件。§2銅及其合金有優異的物理化學性能。純銅導電性、導熱性極佳，許多銅合金的導電、導熱性也很好；銅及銅合金對大氣和水的抗腐蝕能力也很高；銅是抗磁性物質。有良好的加工性能。銅及某些銅合金塑性很好，容易冷、熱成型；鑄造銅合金有很好的鑄造性能。有某些特殊的機械性能。例如優良的減摩性和耐磨性（如青銅及部分黃銅）；高的彈性極限及疲勞極限（鈹青銅等）。色澤美觀。

一.純銅純銅是玫瑰紅色金屬，表面形成氧化銅膜后，外觀呈紫紅色，故常稱為紫銅。密度為8.96g/cm3，熔點為1083.4℃，具有優良的導電性和導熱性，其導電性僅次于銀。主要用于制作電工導體,純銅在大氣、淡水中具有良好的耐蝕性，但在海水中較差。純銅具有面心立方結構，故塑性好。根據雜質的含量，工業純銅可分為四種：T1、T2、T3、T4。“T”為銅的漢語拼音字頭，編號越大，純度越低。二、黃銅——Cu-Zn系合金Cu-Zn合金相圖α相是鋅溶于銅中的固溶體，具有面心立方晶格，塑性好，β′相是以電子化合物CuZn為基的有序固溶體，具有體心立方晶格，性能硬而脆。

單相黃銅：wZn<39%，組織為α，塑性很好，可進行冷、熱壓力加工，適于制作冷軋板材、冷拉線材、管材及形狀復雜的深沖零件。常用H68、H70、H80，主要用作彈殼和精密儀器；兩相黃銅：wZn39~45%，雙相黃銅的牌號有H62、H59等，退火狀態組織為α＋β＇。由于室溫β＇相很脆，冷變形性能差，而高溫β相塑性好，因此它們可以進行熱加工變形。通常雙相黃銅熱軋成棒材、板材，再經機加工制造各種零件。普通黃銅：Cu-Zn二元合金，代號：H+Cu%如：H68表示含CU68%的銅鋅合金。特殊黃銅為了獲得更高的強度、抗蝕性和良好的鑄造性能，在銅鋅合金中加入鋁、鐵、硅、錳、鎳等元素，形成各種特殊黃銅。

特殊黃銅的編號方法是：“H＋主加元素符號＋銅含量＋主加元素含量”。例如：HPb60-1表示平均成分為60%Cu，1%Pb，余為Zn的鉛黃銅特殊黃銅可分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅兩類，其中鑄造黃銅在編號前加“Z”。例：ZCuZn31Al2表示平均成分為31%Zn，2%Al，余為Cu的鋁黃銅。

P179頁常用黃銅的牌號、成分、性能和特點及應用。錫黃銅：錫可顯著提高黃銅在海洋大氣和海水中的抗蝕性，也可使黃銅的強度有所提高。壓力加工錫黃銅廣泛應用于制造海船零件。鉛黃銅：鉛能改善切削加工性能，并能提高耐磨性。鉛對黃銅的強度影響不大，略為降低塑性。壓力加工鉛黃銅主要用于要求有良好切削加工性能及耐磨的零件（如鐘表零件），鑄造鉛黃銅可以制作軸瓦和襯套。鋁黃銅：鋁能提高黃銅的強度和硬度，但使塑性降低。鋁能使黃銅表面形成保護性的氧化膜，因而改善黃銅在大氣中的抗蝕性。鉛黃銅可制作海船零件及其它機器的耐蝕零件。硅黃銅：硅能顯著提高黃銅的機械性能、耐磨性和耐蝕性。硅黃銅具有良好的鑄造性能，并能進行焊接和切削加工。主要用于制造船舶及化工機械零件。錳黃銅：錳能提高黃銅的強度，不降低塑性，也能提高在海水中及過熱蒸汽中的抗蝕性。錳黃銅常用于制造海船零件及軸承等耐磨部件。鐵黃銅：黃銅中加入鐵，同時加入少量的錳，可起到提高黃銅再結晶溫度和細化晶粒的作用，使機械性能提高，同時使黃銅具有高的韌性、耐磨性及在大氣和海水中優良的抗蝕性，因而鐵黃銅可以用于制造受摩擦及受海水腐蝕的零件鎳黃銅：鎳可提高黃銅的再結晶溫度和細化其晶粒，提高機械性能和抗蝕性，降低應力腐蝕開裂傾向。鎳黃銅的熱加工性能良好，在造船工業、電機制造工業中廣泛應用。三、青銅青銅原指銅錫合金，但是，工業上習慣把銅基合金中不含錫而含有鋁、鎳、錳、硅、鈹、鉛等特殊元素組成的合金也叫青銅。所以青銅實際上包含錫青銅、鋁青銅、鈹青銅和硅青銅等。青銅也可分為壓力加工青銅（以青銅加工產品供應）和鑄造青銅兩類。青銅的編號規則是：“Q＋主加元素符號＋主加元素含量＋其它元素含量。如QSn4-3表示成分為4%Sn、3%Zn、其余為銅的錫青銅。鑄造青銅的編號前加“Z”。

1.錫青銅錫青銅的性能受錫含量的顯著影響：WSn<8%的錫青銅塑性好，適于壓力加工；WSn>10%的錫青銅塑性較低，適于作鑄造合金。錫青銅的鑄造流動性差，易形成分散縮孔，鑄件致密度低，但合金體積收縮率小，適于鑄造外形及尺寸要求精確的鑄件。良好的耐蝕性、減磨性、抗磁性和低溫韌性，在大氣、海水、蒸氣、淡水及無機鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在亞硫酸鈉、酸和氨水中的耐蝕性較差。2．鋁青銅以鋁為主要合金元素的銅合金稱為鋁青銅。鋁青銅的強度和抗蝕性比黃銅和錫青銅還高，它是錫青銅的代用品，常用來制造彈簧、船舶零件等。鋁青銅可通過熱處理進行強化。鋁青銅有良好的鑄造性能。在大氣、海水、碳酸及大多數有機酸中具有比黃銅和錫青銅更高的耐蝕性，耐磨損、沖擊時不發生火花等特性。缺點:體積收縮率比錫青銅大，鑄件內容易產生難熔的氧化鋁，難于釬焊，在過熱蒸汽中不穩定。3．鈹青銅以鈹為合金化元素的銅合金稱為鈹青銅。它是極其珍貴的金屬材料，熱處理強化后的抗拉強度可高達1250～1500MPa，HB可達350～400，遠遠超過任何銅合金，可與高強度合金鋼媲美。鈹青銅的含鈹量在1.7%～2.5%之間，鈹溶于銅中形成α固溶體，固溶度隨溫度變化很大，故可以固溶時效強化。鈹青銅具有很高的彈性極限、疲勞強度、耐磨性和抗蝕性，導電、導熱性極好，并且耐熱、無磁性，受沖擊時不發生火花。因此鈹青銅常用來制造各種重要彈性元件，耐磨零件（鐘表齒輪，高溫、高壓、高速下的軸承）及防爆工具等。§3軸承合金滑動軸承合金是指用于制造滑動軸承軸瓦及內襯的材料。

滑動軸承在工作時，承受軸傳給它的一定壓力，并和軸頸之間存在摩檫，因而產生磨損。由于軸的高速旋轉，工作溫度升高，故對用作軸承的合金，首先要求它在工作溫度下具有足夠的抗壓強度和疲勞強度，良好的耐磨性和一定的塑性及韌性，其次還要求它具有良好的耐蝕性、導熱性和較小的膨脹系數。組織特點軟基體上分布著硬質點，或者在硬基體上分布著軟質點。當機器運轉時，軟基體受磨損而凹陷，硬質點就凸出于基體上，減小軸與軸瓦間的摩檫系數，同時使外來硬物能嵌入基體中，使軸頸不被擦傷。軟基體能承受沖擊和振動，并使軸與軸瓦很好地磨合。常用的軸承合金按主要化學成分可分為錫基、鉛基、鋁基和銅基等，前兩種稱為巴氏合金，編號方法為：“ZCh＋基本元素符號＋主加元素符號＋主加元素含量＋輔加元素含量”，其中“Z”、“Ch”分別是“鑄”造軸“承”的漢語拼音字首。例如，ZChSnSb11Cu6表示含11.0%Sb銻、6%Cu的錫基軸承合金。1．錫基軸承合金（錫基巴氏合金）錫基軸承合金是一種軟基體硬質點類型的軸承合