ch3-4有色金属及其合金
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(LD10)
主 要 化 学 成 分, %
Cu
Mg
Mn
其它
4.5~5.5 4.8~5.5
0.3~0.6 0.3~0.6 1.0~1.6
V0.02~0.2
2.2~3.0 0.2~0.5
3.8~4.8 0.4~0.8 0.4~0.8
3.8~4.9 1.4~2.0 2.2~2.8 1.8~2.6 1.9~2.5 3.9~4.8
如Monel 400, 高强度和良好的可焊性、优异耐蚀性 +3%Al和0.6%Ti
可时效强化，Ni3Al和Ni3Ti沉淀强化
3．镍基高温合金
600℃以上抗氧化、耐腐蚀、抗蠕变
➢固溶强化元素：Cr, Mo, Fe, Co, W ➢沉淀强化元素：Al, Ti, Nb ➢碳化物强化元素：W, Ta, Ti, Mo, Nb, Hf ➢晶界强化元素：B, Zr, Hf
σb = 230~250 MPa δ= 40~50 %
纯铜管
二、铜合金
铜+合金元素→铜合金 黄铜、青铜和白铜
（１）黄铜 —— Cu-Zn系合金
①普通黄铜： 单相黄铜 —— 如 H80，含 80%
Cu ，单相α，塑性好，可冷成型 双相黄铜 —— 如 H62，α+β ，
可热变形 铸造黄铜 —— 如 ZCuZn38，含
ZL102的铸态组织，未变质，×500
3.4.2 铜及铜合金
特性： （1）熔点1083℃，密度8.9g/cm3 （2）导电导热性仅次于Ag （3）耐大气、水腐蚀，抗磁性 （4）切削性好，塑性好，可冷、热成形 （5）铸Cu合金的铸造性能好 （6）减摩性和耐磨性 （7）色泽美观
一、纯铜（紫铜）
FCC，无同素异构体，牌号T1~T4，电导体
3、铸造铝合金
合金 代号
主 要 化 学 成 分, %
Si
Cu
Mg
机械性能
铸造 方法
热处 理
b
MPa %
HB
ZL101 6.0~8.0
0.2~0.4 SB T6 230 1 70
铝硅 ZL102 10~13
SB T2 143 4 50
J
T2 153 2 50
ZL110 4.0~6.0 5.0~8.0 0.2~0.5 J
－
黄铜制品
（１）青铜 —— Cu-Sn系合金
压力加工青铜 Sn青铜 —— 如 QSn4-3，含4%Sn 、3%Zn，其余为 Cu 。做轴承、弹簧等。 Al青铜 ——如 QAl 10-3-1.5，做耐蚀、抗磨的齿轮、 轴套等。 Be青铜 —— 如 QBe2，做弹簧，高速轴承等。
铸造青铜 —— 如Sn青铜 ，ZCuSn10Zn2 。
3.3 铸钢与铸铁
3.4 有色金属及其合金
（1） 镍基变形高温合金
➢ 热锻、热轧、热挤压等加工方法成型。 ➢ 我国变形镍基固溶强化型高温合金：GH3030、GH3044； ➢ 变形镍基沉淀强化型高温合金：GH4133、GH4169。
（2）镍基铸造高温合金
➢ 等轴晶合金（多采用熔模精密铸造工艺）、定向凝固合 金、单晶合金。 ➢ 我国等轴晶镍基铸造高温合金：K403、K417等； ➢ 定向凝固镍基铸造高温合金：DZ4、DZ5 ➢ 使用温度已达1100℃。 ➢ 单晶镍基铸造高温合金：DD3、DD4
T1 170 － 90
铝铜 ZL203 铝镁 ZL301
4.0~5.0
J
9.5~11.5 S
T4 210 6 60 T4 280 9 20
铝锌 ZL402 6.0~8.0 Zn5~7 0.4~0.7 J
T1 240 4 70
铸造方法：SB——砂型变质； J——金属砂； S——砂型
热处理： T1——不淬火，人工时效； T2——退火；
（3）白铜 —— Cu-Ni 系合金
➢以镍为主要合金元素，B（白）+镍质量分数，例B19 ➢铜、镍无限固溶，单相α，可冷、热变形
3.4.3 钛及钛合金
特性 —— 强度、塑性、比强度高，耐蚀、耐热、耐低温。
１．纯钛
银白色，熔点1680℃，密度4.54 g/cm3 。 同素异构转变 —— 882℃时，密排六方α-Ti ←→β-Ti
热处理
退火 —— 650～850℃（再结晶） 450～650℃（去应力）
淬火 + 时效处理
3.4.5 镍及镍合金
特性 ——优异的耐腐蚀和抗高温氧化性能 。 FCC, 塑性变形能力强
１．纯镍
熔点1455℃，密度8.9g/cm3 。 良好的强度和导电性
2．Ni-Cu系耐蚀合金（Monel合金）
Monel（蒙乃尔）合金：ω(Ni):66%, ω(Cu):30% Cu固溶强化
3.4.1 铝及铝合金 3.4.2 铜及铜合金 3.4.3 钛及钛合金 3.4.4 镍及镍合金 3.4.5 镁及镁合金 3.4.6 轴承合金
3.4.1 铝及铝合金
特性：
（1）熔点660℃，密度2.7g/cm3、比强度高 （2）导电导热性好，磁化率极低，抗大气腐蚀 （3）切削性好，塑性好、可冷成型 （4）铸Al合金的铸造性能好
（体心立方）。 牌号 —— 工业纯钛 TA1～TA3
2．钛合金
钛飞船
α-Ti 合金
可变形强化，如 TA7（Ti-5Al-2.5Sn）
β –Ti 合金
可时效强化，TB1（Ti-3Al-13V-11Cr）
（α+β）-Ti 合金
TC4 时效后的组织： 块状α＋β基体＋针状α
可时效强化，TC4（Ti-6Al-4V）
（2）时效 过饱和固溶体分解，析出强化相 ➢自然时效：室温 ➢人工时效：加热 回归
2、变形铝合金
合金 类别 防锈
铝
硬铝
超硬 铝
锻铝
代号
5A05 (LF5)
LF11
3A21 (LF21)
2A01 (LY1)
2A11 (LY11) 2A12
(LY12)
7A04 (LC4) 7A06 (LC6) 2A05 (LD5) 2A70 (LD7) 2A14
固溶处 理 +
自然时 效
固溶处 理 +
人工时 效
机械性能
σb MPa
%
HB
270 23 70
270 23 70
130 23 30
300 24 70
420 18 100
480 11 131 600 12 150 680 7 190 420 13 105 440 13 120 480 10 135
防锈铝 —— LF，不可热处理强化，做油箱、油管、铆钉 硬铝 —— LY，做螺旋桨叶片、支柱。 超硬铝 —— LC，做飞机大梁、起落架。 锻铝 —— LD，做锻件、模锻件。
滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料
轴瓦
工作条件 —— 冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦 性能 ：
强硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好 导热、抗蚀性好
巴氏合金？ 锡基、铅基轴承合金
ZChSnSb11-6的组织，×100
(1)Sn基轴承合金
ZChSnSb11-6（含11%Sb，6%Cu）。 α软基体 + 硬质点（白方块是β-SnSb ＋白针状Cu6Sn5 ）
1.2~1.8 1.8~2.8 2.5~3.2 0.4~0.8 1.4~1.8 0.4~0..8
0.3~0.9 0.2~0.6 0.2~.5 0.4~0.8 Ni1~1.5 0.4~1.0
Zn5.0~7.0 Zn7.6~8.6 Si 0.7~1.2 Fe 1.0~1.5 Si 0.5~1.2
热处理
退火
dd3dd43粉末冶金镍基高温合金采用粉末冶金工艺如热挤压等温锻造制造镍基高温合金涡轮盘和压气机盘可以避免铸锭锻造件中的宏观成分偏析获得均匀的细晶组织显著提高其性能正在取代变形镍基高温合金盘件
第三章 金属材料
3.1 碳钢 3.2 合金钢
黑色金属
3.3 铸钢与铸铁
3.4 有色金属及其合金
3.4 有色金属及其合金
HNi 65-5
主要化学成分, %
Cu
其它
62.0~65.0 59.0~61.0 88.0~91.0 61.0~63.0 76.0~79.0
63.5~66.5
57.0~60.0 57.0~60.0 64.0~67.0
Pb 2.4~3.0 Pb 0.6~1.0 Sn 0.25~0.75 Sn 0.7~1.1
Al 1.8~2.6
Si 1.0~2.0 Pb 2.5~3.5 Mn 1.0~1.2 Fe 0.6~1.2
Ni 5.0~6.5
机械性能(变形)
b
MPa %
HB
600 5
－
610 4
－
520 5 148
700 4
－
650 12 170
600 8 160
700 10 175 700 10 160
700 4
一、纯铝
高纯铝，99.93%～99.99% 工业纯铝，98.0%～99.9%，1060、1050A
FCC，无同素异构体 σb = 80~100 MPa δ= 30~50 %
二、铝合金
✓变形铝合金 ✓铸造铝合金
强化方法： 冷变形 固溶、时效
1、铝合金的时效
（1）固溶处理 将合金加热到固溶线以
上，保温获得单相α后迅速 水冷→过饱和的α 固溶体
38% Zn
组织 (a) 单相黄铜 α
(b) 双相黄铜 α+β’
Cu-Zn合金的显微组织
牌号、性能
代号
化学成分, %
Cu
Zn
H96 95~97 H80 79~81 H68 67~70
余量 余量 余量
H59 57~60 余量
加工 状态
退火
退火
退火
退火 变形
机械性能
b MPa
%
HB
250 35 －
(2)Pb基轴承合金 ZChPbSb16-16-2 (α＋β)共晶软基体 + 硬质点
(3)Cu基轴承合金 —— 做大载荷、高速轴承。 Pb青铜，ZQPb30，Cu硬基体＋Pb软质点。 Sn青铜，ZQSn10-1，软基体＋硬质点。
(4)Al基轴承合金
第三章 金属材料
3.1 碳钢 3.2 合金钢
黑色金属
（3）粉末冶金镍基高温合金
➢ 采用粉末冶金工艺（如热挤压+成分偏析，获得均匀的细晶组织，显著提高其性能，正在 取代变形镍基高温合金盘件。
➢ 应用较广的粉末冶金高温合金：IN 100、Rene'95、 MERL76
3.4.4 轴承合金
270 50 －
300 40 －
300 25 －
420
5 103
②复杂黄铜—— 改善Cu-Zn合金的耐蚀性、机械性能。
组别
代号
Pb黄铜
Sn黄铜
Al黄铜
HPb 63-3 HPb 60-1
HSn 90-1 HSn 62-1
HAl 77-2
Si黄铜 HSi 65-1.5-3
Mn黄铜
Fe黄铜
Ni黄铜
HMn 58-2 HFe 59-1-1
T4——淬火+自然时效；
T6——淬火+人工时效
Al-Si合金（硅铝明）—— 铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）
变质处理 —— 显著提高力学性能。 组织 —— 变质前，共晶体（粗针状Si + α基体 ）+ 初晶Si
变质后，共晶体（细点状Si + α基体 ）+ 初晶α
变质铸处造理铝后合，金×的1应00用
主 要 化 学 成 分, %
Cu
Mg
Mn
其它
4.5~5.5 4.8~5.5
0.3~0.6 0.3~0.6 1.0~1.6
V0.02~0.2
2.2~3.0 0.2~0.5
3.8~4.8 0.4~0.8 0.4~0.8
3.8~4.9 1.4~2.0 2.2~2.8 1.8~2.6 1.9~2.5 3.9~4.8
如Monel 400, 高强度和良好的可焊性、优异耐蚀性 +3%Al和0.6%Ti
可时效强化，Ni3Al和Ni3Ti沉淀强化
3．镍基高温合金
600℃以上抗氧化、耐腐蚀、抗蠕变
➢固溶强化元素：Cr, Mo, Fe, Co, W ➢沉淀强化元素：Al, Ti, Nb ➢碳化物强化元素：W, Ta, Ti, Mo, Nb, Hf ➢晶界强化元素：B, Zr, Hf
σb = 230~250 MPa δ= 40~50 %
纯铜管
二、铜合金
铜+合金元素→铜合金 黄铜、青铜和白铜
（１）黄铜 —— Cu-Zn系合金
①普通黄铜： 单相黄铜 —— 如 H80，含 80%
Cu ，单相α，塑性好，可冷成型 双相黄铜 —— 如 H62，α+β ，
可热变形 铸造黄铜 —— 如 ZCuZn38，含
ZL102的铸态组织，未变质，×500
3.4.2 铜及铜合金
特性： （1）熔点1083℃，密度8.9g/cm3 （2）导电导热性仅次于Ag （3）耐大气、水腐蚀，抗磁性 （4）切削性好，塑性好，可冷、热成形 （5）铸Cu合金的铸造性能好 （6）减摩性和耐磨性 （7）色泽美观
一、纯铜（紫铜）
FCC，无同素异构体，牌号T1~T4，电导体
3、铸造铝合金
合金 代号
主 要 化 学 成 分, %
Si
Cu
Mg
机械性能
铸造 方法
热处 理
b
MPa %
HB
ZL101 6.0~8.0
0.2~0.4 SB T6 230 1 70
铝硅 ZL102 10~13
SB T2 143 4 50
J
T2 153 2 50
ZL110 4.0~6.0 5.0~8.0 0.2~0.5 J
－
黄铜制品
（１）青铜 —— Cu-Sn系合金
压力加工青铜 Sn青铜 —— 如 QSn4-3，含4%Sn 、3%Zn，其余为 Cu 。做轴承、弹簧等。 Al青铜 ——如 QAl 10-3-1.5，做耐蚀、抗磨的齿轮、 轴套等。 Be青铜 —— 如 QBe2，做弹簧，高速轴承等。
铸造青铜 —— 如Sn青铜 ，ZCuSn10Zn2 。
3.3 铸钢与铸铁
3.4 有色金属及其合金
（1） 镍基变形高温合金
➢ 热锻、热轧、热挤压等加工方法成型。 ➢ 我国变形镍基固溶强化型高温合金：GH3030、GH3044； ➢ 变形镍基沉淀强化型高温合金：GH4133、GH4169。
（2）镍基铸造高温合金
➢ 等轴晶合金（多采用熔模精密铸造工艺）、定向凝固合 金、单晶合金。 ➢ 我国等轴晶镍基铸造高温合金：K403、K417等； ➢ 定向凝固镍基铸造高温合金：DZ4、DZ5 ➢ 使用温度已达1100℃。 ➢ 单晶镍基铸造高温合金：DD3、DD4
T1 170 － 90
铝铜 ZL203 铝镁 ZL301
4.0~5.0
J
9.5~11.5 S
T4 210 6 60 T4 280 9 20
铝锌 ZL402 6.0~8.0 Zn5~7 0.4~0.7 J
T1 240 4 70
铸造方法：SB——砂型变质； J——金属砂； S——砂型
热处理： T1——不淬火，人工时效； T2——退火；
（3）白铜 —— Cu-Ni 系合金
➢以镍为主要合金元素，B（白）+镍质量分数，例B19 ➢铜、镍无限固溶，单相α，可冷、热变形
3.4.3 钛及钛合金
特性 —— 强度、塑性、比强度高，耐蚀、耐热、耐低温。
１．纯钛
银白色，熔点1680℃，密度4.54 g/cm3 。 同素异构转变 —— 882℃时，密排六方α-Ti ←→β-Ti
热处理
退火 —— 650～850℃（再结晶） 450～650℃（去应力）
淬火 + 时效处理
3.4.5 镍及镍合金
特性 ——优异的耐腐蚀和抗高温氧化性能 。 FCC, 塑性变形能力强
１．纯镍
熔点1455℃，密度8.9g/cm3 。 良好的强度和导电性
2．Ni-Cu系耐蚀合金（Monel合金）
Monel（蒙乃尔）合金：ω(Ni):66%, ω(Cu):30% Cu固溶强化
3.4.1 铝及铝合金 3.4.2 铜及铜合金 3.4.3 钛及钛合金 3.4.4 镍及镍合金 3.4.5 镁及镁合金 3.4.6 轴承合金
3.4.1 铝及铝合金
特性：
（1）熔点660℃，密度2.7g/cm3、比强度高 （2）导电导热性好，磁化率极低，抗大气腐蚀 （3）切削性好，塑性好、可冷成型 （4）铸Al合金的铸造性能好
（体心立方）。 牌号 —— 工业纯钛 TA1～TA3
2．钛合金
钛飞船
α-Ti 合金
可变形强化，如 TA7（Ti-5Al-2.5Sn）
β –Ti 合金
可时效强化，TB1（Ti-3Al-13V-11Cr）
（α+β）-Ti 合金
TC4 时效后的组织： 块状α＋β基体＋针状α
可时效强化，TC4（Ti-6Al-4V）
（2）时效 过饱和固溶体分解，析出强化相 ➢自然时效：室温 ➢人工时效：加热 回归
2、变形铝合金
合金 类别 防锈
铝
硬铝
超硬 铝
锻铝
代号
5A05 (LF5)
LF11
3A21 (LF21)
2A01 (LY1)
2A11 (LY11) 2A12
(LY12)
7A04 (LC4) 7A06 (LC6) 2A05 (LD5) 2A70 (LD7) 2A14
固溶处 理 +
自然时 效
固溶处 理 +
人工时 效
机械性能
σb MPa
%
HB
270 23 70
270 23 70
130 23 30
300 24 70
420 18 100
480 11 131 600 12 150 680 7 190 420 13 105 440 13 120 480 10 135
防锈铝 —— LF，不可热处理强化，做油箱、油管、铆钉 硬铝 —— LY，做螺旋桨叶片、支柱。 超硬铝 —— LC，做飞机大梁、起落架。 锻铝 —— LD，做锻件、模锻件。
滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料
轴瓦
工作条件 —— 冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦 性能 ：
强硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好 导热、抗蚀性好
巴氏合金？ 锡基、铅基轴承合金
ZChSnSb11-6的组织，×100
(1)Sn基轴承合金
ZChSnSb11-6（含11%Sb，6%Cu）。 α软基体 + 硬质点（白方块是β-SnSb ＋白针状Cu6Sn5 ）
1.2~1.8 1.8~2.8 2.5~3.2 0.4~0.8 1.4~1.8 0.4~0..8
0.3~0.9 0.2~0.6 0.2~.5 0.4~0.8 Ni1~1.5 0.4~1.0
Zn5.0~7.0 Zn7.6~8.6 Si 0.7~1.2 Fe 1.0~1.5 Si 0.5~1.2
热处理
退火
dd3dd43粉末冶金镍基高温合金采用粉末冶金工艺如热挤压等温锻造制造镍基高温合金涡轮盘和压气机盘可以避免铸锭锻造件中的宏观成分偏析获得均匀的细晶组织显著提高其性能正在取代变形镍基高温合金盘件
第三章 金属材料
3.1 碳钢 3.2 合金钢
黑色金属
3.3 铸钢与铸铁
3.4 有色金属及其合金
3.4 有色金属及其合金
HNi 65-5
主要化学成分, %
Cu
其它
62.0~65.0 59.0~61.0 88.0~91.0 61.0~63.0 76.0~79.0
63.5~66.5
57.0~60.0 57.0~60.0 64.0~67.0
Pb 2.4~3.0 Pb 0.6~1.0 Sn 0.25~0.75 Sn 0.7~1.1
Al 1.8~2.6
Si 1.0~2.0 Pb 2.5~3.5 Mn 1.0~1.2 Fe 0.6~1.2
Ni 5.0~6.5
机械性能(变形)
b
MPa %
HB
600 5
－
610 4
－
520 5 148
700 4
－
650 12 170
600 8 160
700 10 175 700 10 160
700 4
一、纯铝
高纯铝，99.93%～99.99% 工业纯铝，98.0%～99.9%，1060、1050A
FCC，无同素异构体 σb = 80~100 MPa δ= 30~50 %
二、铝合金
✓变形铝合金 ✓铸造铝合金
强化方法： 冷变形 固溶、时效
1、铝合金的时效
（1）固溶处理 将合金加热到固溶线以
上，保温获得单相α后迅速 水冷→过饱和的α 固溶体
38% Zn
组织 (a) 单相黄铜 α
(b) 双相黄铜 α+β’
Cu-Zn合金的显微组织
牌号、性能
代号
化学成分, %
Cu
Zn
H96 95~97 H80 79~81 H68 67~70
余量 余量 余量
H59 57~60 余量
加工 状态
退火
退火
退火
退火 变形
机械性能
b MPa
%
HB
250 35 －
(2)Pb基轴承合金 ZChPbSb16-16-2 (α＋β)共晶软基体 + 硬质点
(3)Cu基轴承合金 —— 做大载荷、高速轴承。 Pb青铜，ZQPb30，Cu硬基体＋Pb软质点。 Sn青铜，ZQSn10-1，软基体＋硬质点。
(4)Al基轴承合金
第三章 金属材料
3.1 碳钢 3.2 合金钢
黑色金属
（3）粉末冶金镍基高温合金
➢ 采用粉末冶金工艺（如热挤压+成分偏析，获得均匀的细晶组织，显著提高其性能，正在 取代变形镍基高温合金盘件。
➢ 应用较广的粉末冶金高温合金：IN 100、Rene'95、 MERL76
3.4.4 轴承合金
270 50 －
300 40 －
300 25 －
420
5 103
②复杂黄铜—— 改善Cu-Zn合金的耐蚀性、机械性能。
组别
代号
Pb黄铜
Sn黄铜
Al黄铜
HPb 63-3 HPb 60-1
HSn 90-1 HSn 62-1
HAl 77-2
Si黄铜 HSi 65-1.5-3
Mn黄铜
Fe黄铜
Ni黄铜
HMn 58-2 HFe 59-1-1
T4——淬火+自然时效；
T6——淬火+人工时效
Al-Si合金（硅铝明）—— 铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）
变质处理 —— 显著提高力学性能。 组织 —— 变质前，共晶体（粗针状Si + α基体 ）+ 初晶Si
变质后，共晶体（细点状Si + α基体 ）+ 初晶α
变质铸处造理铝后合，金×的1应00用