汽车机械基础第10章
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第10章 有色金属 与非金属材料
10.1 有色金属及其合金
10.1.1 铝及铝合金 铝及铝合金的密度小，属轻金属，在地球
上的储量丰富，可以说居金属元素之首。 但是，铝材的加工成本高，而且冲压及焊
接技术要求比较特殊，以目前的技术尚不 是一般厂家可以做得到的。 大部分轿车还是部分零部件采用铝合金， 如车圈、发动机上盖等。
缺点是强度、刚度不够大，易老化，一般 不适于做结构件。
按热性能及成型特点分为热固性和热塑性； 按用途分为塑料、合成橡胶、胶粘剂等。
1．塑料
（1）塑料的组成
大多数塑料是以合成树脂为基础，再加入 一些用来改善使用性能和工艺性能的添加 剂而制成。
1．工业纯铝
显著特点是：密度小、塑性高但强度、硬 度低.可以经冷变形或通过合金化使其强 化；可以进行冷、热压力加工。
铝导电、导热性良好，仅次于银和铜。常 用铝代替铜制作导线和零件，也可以制作 电子、电气设备散热片。
工业纯铝的牌号有1070A、1060、1050A、 1035等 。
2．铝合金
10.1.4 其他有色金属
1．钛及钛合金 具有优越的综合性能：
比强度高，耐热性好，特别适用于在300～ 600℃温度范围内工作的航空、航天等要求 比强度高的器件；
优良的耐蚀性，在硫酸、盐酸、硝酸、氢 氧化钠及海水中均有优良的稳定性；
良好的低温韧性。资源丰富有着广泛应用 前景；
加工条件复杂，成本较昂贵。
直接用铸造方法浇注成零件或毛坯的铝合金。其 所含合金元素的数量比较高，压力加工性能差， 但铸造性能较好，可以制造形状复杂的零件。合 金元素总的含量在8%～25%范围内，以加入元素 不同而分为许多类别。
代号用“ZL”加三位数字表示。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、三位数字表示合 金顺序号，序号不同化学成分不同，优质在后面 加“A”。几种常用铸造铝合金的牌号、成分、 机械性能及用途见教材表10.2 。
2．镁及镁合金
镁的密度很小，耐蚀性很差，强度和塑性均不高， 一般不直接用做结构材料。
镁合金比强度更高，能承受较大的冲击载荷和具 有更高疲劳极限；耐蚀性好（特别耐煤油、汽油 等矿物油和碱类的腐蚀），有良好的切削加工性。 因此在航空、无线电通信、仪表等行业获得广泛 的应用。镁合金是最有发展前景的汽车轻量化材 料之一。
10.1.2 铜及铜合金
1．工业纯铜
也称“电解铜”或“Hale Waihona Puke Baidu铜”。含铜量
wCu=99.5%～99.95%。具有良好的塑性、导电性
和耐蚀性。其密度为8.9g/cm3，熔点为1083℃， 固态下为面心立方晶格，无同素异构转变。工 业纯铜的强度、硬度低，不宜制作结构零件， 广泛用于制造电线、电缆、铜管以及配制铜合 金。
镁合金根据加工方法分为变形镁合金（压力加工 镁合金）和铸造镁合金两类，代号分别以“MB” 和“ZM”加序号表示。
常用的变形镁合金有MBl、MB2、MB8、MBl5。 常用铸造镁合金有ZMl、ZM2、ZM5。
10.2 非金属材料
除金属以外，其他材料均为非金属材料，包括塑 料、橡胶、玻璃、陶瓷、合成纤维、胶粘剂、摩 擦材料、涂装材料等。
变形铝合金塑性较好，宜于进行压力加工， 一般由冶金厂由铝锭加工成各种型材（板、 带、管等）产品供应，其合金含量一般小 于5%（高强度铝合金含量在8%～14%）。 按加入元素及主要性能特点分为防锈铝、 硬铝、超硬铝和锻铝。常用变形铝合金的 牌号、成分、机械性能及用途见教材表 10.1。
（2）铸造铝合金
型钛合金（TA）具有很好的强度、韧性、热稳
定性、焊接性和铸造性，抗氧化能力较好，塑性 较低，热强性很好；
型钛合金（TB）强度较高、韧性好，易于冲压
成形，经淬火和时效处理后强度进一步提高，主 要用于制造高强度板材和复杂形状零件。
+型钛合金（TC）兼有上述合金的优点，即塑
性好、热强性好（可在400℃长期工作）、抗海 水腐蚀能力很强，生产工艺简单，并可通过淬火 和时效处理进行强化，主要应用于飞机压气机盘 和叶片、舰艇耐压壳体、大尺寸锻件、模锻件等。
（1）工业纯钛
钛呈银白色，熔点高（1 725℃），密度小 （4.5g/cm3），导热性差。
力学性能与其纯度有很大关系。分为4个等 级：TA0、TAl、TA2、TA3，数字越大纯 度越低。
常用于制造350℃以下工作的低载荷零件， 如飞机骨架、发动机部件、耐海水管道及 柴油机活塞、连杆等。
（2）钛合金
非金属材料有许多金属材料不具备的特点，如高 分子材料质轻、耐蚀、绝缘、减振、价廉等；陶 瓷高硬度、耐高温、耐腐蚀等，起着金属材料无 法替代的作用，从而成为现代工业中必不可少的 门类。
非金属材料种类繁多，下面主要介绍有机高分子 材料、陶瓷材料和复合材料。
10.2.1 高分子材料
高分子材料是相对分子量在5 000以上的 有机化合物的总称，也叫高聚物或聚合物。
10.1.3 滑动轴承合金
用来制造滑动轴承轴瓦或内衬的合金称为 滑动轴承合金。
因滑动轴承传动效率不如滚动轴承，目前 机器中滚动轴承的应用范围很广。但是滑 动轴承承压面积大、噪声小、工作平稳， 故常用于高速重载的场合，如汽车发动机 的连杆轴承和曲轴轴承等。
常用的轴承合金有锡基、铅基、铜基和铝 基轴承合金等。
我国工业纯铜常用的有T1、T2、T3、T4四种， 代号中数字越大，表示杂质含量越高。
2．黄铜
黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金，分为 普通黄铜和特殊黄铜。几种常用黄铜的牌号、 成分、机械性能及用途见教材表10.3。
3．青铜
青铜原指铜锡合金，因呈青黑色而得名。以 后，由于需要发展了不含锡而加入铝、硅、 锰、铅等其他元素的青铜，称特殊青铜或无 锡青铜。几种常用青铜的牌号、成分、机械 性能及用途见教材表10.4。
在纯铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等金属 元素形成铝合金。可显著提高力学性能， 且仍保持密度小、比强度高、耐腐蚀、导 热性好的优点，可以用来制作机器零件。
铝合金可通过固溶—时效处理来改变铝合 金的力学性能。
根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将 其分为变形铝合金和铸造铝合金。
（1）变形铝合金
10.1 有色金属及其合金
10.1.1 铝及铝合金 铝及铝合金的密度小，属轻金属，在地球
上的储量丰富，可以说居金属元素之首。 但是，铝材的加工成本高，而且冲压及焊
接技术要求比较特殊，以目前的技术尚不 是一般厂家可以做得到的。 大部分轿车还是部分零部件采用铝合金， 如车圈、发动机上盖等。
缺点是强度、刚度不够大，易老化，一般 不适于做结构件。
按热性能及成型特点分为热固性和热塑性； 按用途分为塑料、合成橡胶、胶粘剂等。
1．塑料
（1）塑料的组成
大多数塑料是以合成树脂为基础，再加入 一些用来改善使用性能和工艺性能的添加 剂而制成。
1．工业纯铝
显著特点是：密度小、塑性高但强度、硬 度低.可以经冷变形或通过合金化使其强 化；可以进行冷、热压力加工。
铝导电、导热性良好，仅次于银和铜。常 用铝代替铜制作导线和零件，也可以制作 电子、电气设备散热片。
工业纯铝的牌号有1070A、1060、1050A、 1035等 。
2．铝合金
10.1.4 其他有色金属
1．钛及钛合金 具有优越的综合性能：
比强度高，耐热性好，特别适用于在300～ 600℃温度范围内工作的航空、航天等要求 比强度高的器件；
优良的耐蚀性，在硫酸、盐酸、硝酸、氢 氧化钠及海水中均有优良的稳定性；
良好的低温韧性。资源丰富有着广泛应用 前景；
加工条件复杂，成本较昂贵。
直接用铸造方法浇注成零件或毛坯的铝合金。其 所含合金元素的数量比较高，压力加工性能差， 但铸造性能较好，可以制造形状复杂的零件。合 金元素总的含量在8%～25%范围内，以加入元素 不同而分为许多类别。
代号用“ZL”加三位数字表示。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、三位数字表示合 金顺序号，序号不同化学成分不同，优质在后面 加“A”。几种常用铸造铝合金的牌号、成分、 机械性能及用途见教材表10.2 。
2．镁及镁合金
镁的密度很小，耐蚀性很差，强度和塑性均不高， 一般不直接用做结构材料。
镁合金比强度更高，能承受较大的冲击载荷和具 有更高疲劳极限；耐蚀性好（特别耐煤油、汽油 等矿物油和碱类的腐蚀），有良好的切削加工性。 因此在航空、无线电通信、仪表等行业获得广泛 的应用。镁合金是最有发展前景的汽车轻量化材 料之一。
10.1.2 铜及铜合金
1．工业纯铜
也称“电解铜”或“Hale Waihona Puke Baidu铜”。含铜量
wCu=99.5%～99.95%。具有良好的塑性、导电性
和耐蚀性。其密度为8.9g/cm3，熔点为1083℃， 固态下为面心立方晶格，无同素异构转变。工 业纯铜的强度、硬度低，不宜制作结构零件， 广泛用于制造电线、电缆、铜管以及配制铜合 金。
镁合金根据加工方法分为变形镁合金（压力加工 镁合金）和铸造镁合金两类，代号分别以“MB” 和“ZM”加序号表示。
常用的变形镁合金有MBl、MB2、MB8、MBl5。 常用铸造镁合金有ZMl、ZM2、ZM5。
10.2 非金属材料
除金属以外，其他材料均为非金属材料，包括塑 料、橡胶、玻璃、陶瓷、合成纤维、胶粘剂、摩 擦材料、涂装材料等。
变形铝合金塑性较好，宜于进行压力加工， 一般由冶金厂由铝锭加工成各种型材（板、 带、管等）产品供应，其合金含量一般小 于5%（高强度铝合金含量在8%～14%）。 按加入元素及主要性能特点分为防锈铝、 硬铝、超硬铝和锻铝。常用变形铝合金的 牌号、成分、机械性能及用途见教材表 10.1。
（2）铸造铝合金
型钛合金（TA）具有很好的强度、韧性、热稳
定性、焊接性和铸造性，抗氧化能力较好，塑性 较低，热强性很好；
型钛合金（TB）强度较高、韧性好，易于冲压
成形，经淬火和时效处理后强度进一步提高，主 要用于制造高强度板材和复杂形状零件。
+型钛合金（TC）兼有上述合金的优点，即塑
性好、热强性好（可在400℃长期工作）、抗海 水腐蚀能力很强，生产工艺简单，并可通过淬火 和时效处理进行强化，主要应用于飞机压气机盘 和叶片、舰艇耐压壳体、大尺寸锻件、模锻件等。
（1）工业纯钛
钛呈银白色，熔点高（1 725℃），密度小 （4.5g/cm3），导热性差。
力学性能与其纯度有很大关系。分为4个等 级：TA0、TAl、TA2、TA3，数字越大纯 度越低。
常用于制造350℃以下工作的低载荷零件， 如飞机骨架、发动机部件、耐海水管道及 柴油机活塞、连杆等。
（2）钛合金
非金属材料有许多金属材料不具备的特点，如高 分子材料质轻、耐蚀、绝缘、减振、价廉等；陶 瓷高硬度、耐高温、耐腐蚀等，起着金属材料无 法替代的作用，从而成为现代工业中必不可少的 门类。
非金属材料种类繁多，下面主要介绍有机高分子 材料、陶瓷材料和复合材料。
10.2.1 高分子材料
高分子材料是相对分子量在5 000以上的 有机化合物的总称，也叫高聚物或聚合物。
10.1.3 滑动轴承合金
用来制造滑动轴承轴瓦或内衬的合金称为 滑动轴承合金。
因滑动轴承传动效率不如滚动轴承，目前 机器中滚动轴承的应用范围很广。但是滑 动轴承承压面积大、噪声小、工作平稳， 故常用于高速重载的场合，如汽车发动机 的连杆轴承和曲轴轴承等。
常用的轴承合金有锡基、铅基、铜基和铝 基轴承合金等。
我国工业纯铜常用的有T1、T2、T3、T4四种， 代号中数字越大，表示杂质含量越高。
2．黄铜
黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金，分为 普通黄铜和特殊黄铜。几种常用黄铜的牌号、 成分、机械性能及用途见教材表10.3。
3．青铜
青铜原指铜锡合金，因呈青黑色而得名。以 后，由于需要发展了不含锡而加入铝、硅、 锰、铅等其他元素的青铜，称特殊青铜或无 锡青铜。几种常用青铜的牌号、成分、机械 性能及用途见教材表10.4。
在纯铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等金属 元素形成铝合金。可显著提高力学性能， 且仍保持密度小、比强度高、耐腐蚀、导 热性好的优点，可以用来制作机器零件。
铝合金可通过固溶—时效处理来改变铝合 金的力学性能。
根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将 其分为变形铝合金和铸造铝合金。
（1）变形铝合金