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第八章第八章 有色金属及其合金有色金属及其合金non-ferrous metal and alloy1、驾驭铝合金、铜合金的强化机理及组、驾驭铝合金、铜合金的强化机理及组 织、性能特点织、性能特点本章教学目的：本章教学目的：2、熟悉铝合金、铜合金的表示方法、熟悉铝合金、铜合金的表示方法3、了解滑动轴承合金的组织、性能特点、了解滑动轴承合金的组织、性能特点本章重点：本章重点：1、铝合金的强化机理及组织、性能、铝合金的强化机理及组织、性能 2、铜合金的强化机理及组织、性能、铜合金的强化机理及组织、性能本章难点：铝合金、铜合金的强化机理本章难点：铝合金、铜合金的强化机理参考文献：参考文献：1、崔忠圻等，金属学与热处理原理，、崔忠圻等，金属学与热处理原理，哈尔滨工业高校哈尔滨工业高校出版社，出版社，19982、王、王忠，机械工程材料忠，机械工程材料，清华高校出版，清华高校出版社，社，2005有色金属：除钢铁以外的全部金属统称为有有色金属：除钢铁以外的全部金属统称为有有色金属：除钢铁以外的全部金属统称为有有色金属：除钢铁以外的全部金属统称为有 色金属。色金属。色金属。色金属。有色金属及其合金与钢铁相比，具有许有色金属及其合金与钢铁相比，具有许有色金属及其合金与钢铁相比，具有许有色金属及其合金与钢铁相比，具有许多特性：多特性：多特性：多特性：AlAl，MgMg，TiTi及其合金密度小及其合金密度小及其合金密度小及其合金密度小 AuAu，CuCu，AgAg及其合金导电性好及其合金导电性好及其合金导电性好及其合金导电性好 NiNi，MoMo，NbNb，CoCo及其合金耐高温及其合金耐高温及其合金耐高温及其合金耐高温 CrCr，NiNi，TiTi及合金具有优良的耐蚀性及合金具有优良的耐蚀性及合金具有优良的耐蚀性及合金具有优良的耐蚀性 有色金属及其合金的应用越来越多，在国有色金属及其合金的应用越来越多，在国有色金属及其合金的应用越来越多，在国有色金属及其合金的应用越来越多，在国 民经济中占越来越重要地位。民经济中占越来越重要地位。民经济中占越来越重要地位。民经济中占越来越重要地位。飞机制造业：飞机制造业：飞机制造业：飞机制造业：轻金属占总重量的轻金属占总重量的轻金属占总重量的轻金属占总重量的95%95%，钢铁及其它材料占钢铁及其它材料占钢铁及其它材料占钢铁及其它材料占5%5%。汽车制造业中铝合金、镁合金的运用量越汽车制造业中铝合金、镁合金的运用量越 来越多。来越多。镁合金在镁合金在镁合金在镁合金在“3C”“3C”产品产品产品产品的应用近年来急剧增的应用近年来急剧增的应用近年来急剧增的应用近年来急剧增长（年递增长（年递增长（年递增长（年递增20%20%）。）。）。）。C：COMPUTERC：COMMUNICATIONC：CONSUMER ELECTRONICS PRODUCTS钛及其合金在航天、航空、化工等领域应用钛及其合金在航天、航空、化工等领域应用钛及其合金在航天、航空、化工等领域应用钛及其合金在航天、航空、化工等领域应用 越来越多。越来越多。越来越多。越来越多。第一节第一节铝及其合金铝及其合金一、工业纯铝一、工业纯铝一、工业纯铝一、工业纯铝1 1、铝的性质、铝的性质、铝的性质、铝的性质具有面心立方晶格，具有面心立方晶格，无同素异构转变无同素异构转变。密度密度2.72，约为铁的三分之一，铝合金，约为铁的三分之一，铝合金密度一般为密度一般为2.52.88之间。之间。具有良好的导电、导热性，仅次于银、铜、金。具有良好的导电、导热性，仅次于银、铜、金。在大气中具有优良的抗腐蚀性（与氧亲和力大，在大气中具有优良的抗腐蚀性（与氧亲和力大，能形成一层致密的氧化膜）。能形成一层致密的氧化膜）。具有高塑性、较低的强度具有高塑性、较低的强度：L0499.996%=45%；b=50MN/m22 2、纯铝的牌号、纯铝的牌号、纯铝的牌号、纯铝的牌号L04L03L02L04L03L02 4 4#高高高高纯铝纯铝纯铝纯铝33#高高高高纯铝纯铝纯铝纯铝22#高高高高纯铝纯铝纯铝纯铝99.996%99.99%99.96%99.996%99.99%99.96%L0L00L1L0L00L11 1#工业高纯铝工业高纯铝工业高纯铝工业高纯铝22#工业高纯铝工业高纯铝工业高纯铝工业高纯铝11#工业纯铝工业纯铝工业纯铝工业纯铝99.90%99.85%99.7%99.90%99.85%99.7%L2L7L2L72 2#工业纯铝工业纯铝工业纯铝工业纯铝77#工业纯铝工业纯铝工业纯铝工业纯铝 99.5%98%99.5%98%二、铝合金的成分、组织和性能特点二、铝合金的成分、组织和性能特点二、铝合金的成分、组织和性能特点二、铝合金的成分、组织和性能特点1 1、成分特点、成分特点、成分特点、成分特点 纯铝的机械性能不高，为了提高铝的机纯铝的机械性能不高，为了提高铝的机纯铝的机械性能不高，为了提高铝的机纯铝的机械性能不高，为了提高铝的机械性能，在铝中加入械性能，在铝中加入械性能，在铝中加入械性能，在铝中加入CuCu、ZnZn、MgMg、SiSi、MnMn、RERE等元素制成铝合金。等元素制成铝合金。等元素制成铝合金。等元素制成铝合金。铝合金仍保持纯铝密度小，抗蚀好等特铝合金仍保持纯铝密度小，抗蚀好等特铝合金仍保持纯铝密度小，抗蚀好等特铝合金仍保持纯铝密度小，抗蚀好等特点，但机械性能比纯铝高的多。点，但机械性能比纯铝高的多。点，但机械性能比纯铝高的多。点，但机械性能比纯铝高的多。2 2、组织特点组织特点组织特点组织特点 合金元素在铝中的溶解度一般都是有合金元素在铝中的溶解度一般都是有合金元素在铝中的溶解度一般都是有合金元素在铝中的溶解度一般都是有限的，因此铝合金组织中除了形成铝基固限的，因此铝合金组织中除了形成铝基固限的，因此铝合金组织中除了形成铝基固限的，因此铝合金组织中除了形成铝基固溶体（溶体（溶体（溶体（）外，还有其次相（金属间化合）外，还有其次相（金属间化合）外，还有其次相（金属间化合）外，还有其次相（金属间化合物）出现。物）出现。物）出现。物）出现。CuAlCuAl2 2 相相相相；MgMgMgMg2 2 2 2SiSiSiSi 相相相相；AlAlAlAl2 2 2 2CuMgCuMgCuMgCuMg S S S S相相相相。二元铝合金状态图的基本型式为二元铝合金状态图的基本型式为二元铝合金状态图的基本型式为二元铝合金状态图的基本型式为有限固溶体型有限固溶体型有限固溶体型有限固溶体型。3 3、性能特点性能特点性能特点性能特点 与钢铁相比，铝合金具有较高的比强与钢铁相比，铝合金具有较高的比强度、比刚度，较低的密度。度、比刚度，较低的密度。机械性能对比机械性能对比 低碳钢低碳钢 低合金钢低合金钢 高合金钢高合金钢 铸铁铸铁 铝合金铝合金相对密度相对密度 1.0 1.0 1.0 0.92 0.35 1.0 1.0 1.0 0.92 0.35相对比相对比 1.0 1.6 2.5 0.60 1.8 1.0 1.6 2.5 0.60 1.8强度极限强度极限相对比相对比 1.0 1.7 4.2 0.70 2.9 1.0 1.7 4.2 0.70 2.94.34.3屈服极限屈服极限相对比相对比 1.0 1.0 1.0 0.51 8.5 1.0 1.0 1.0 0.51 8.5刚度刚度三、铝合金的分类三、铝合金的分类 依据合金元素的含量和加工工依据合金元素的含量和加工工艺性能艺性能 特点，把铝合金分为：特点，把铝合金分为：加工变形铝合金加工变形铝合金 铸造铝合金铸造铝合金2134AlDABC1变形铝合金变形铝合金2铸造铝合金铸造铝合金33不能热处理强化的铝合金不能热处理强化的铝合金4能热处理强化的铝合金能热处理强化的铝合金1、铸造铝合金、铸造铝合金 一般而言，具有共晶成分的合金具有优一般而言，具有共晶成分的合金具有优良的铸造性能。铸造铝合金为了保证足够的良的铸造性能。铸造铝合金为了保证足够的机械性能，并不完全都是共晶成分，只是合机械性能，并不完全都是共晶成分，只是合金元素含量较高，在金元素含量较高，在825%。2、变形铝合金、变形铝合金 这类铝合金要经冷、热加工成各种型材，这类铝合金要经冷、热加工成各种型材，因此要求具有良好的冷热加工工艺性能，组因此要求具有良好的冷热加工工艺性能，组织中不允许有过多的脆性其次相。所以变形织中不允许有过多的脆性其次相。所以变形铝合金中合金元素的含量比较低，一般不超铝合金中合金元素的含量比较低，一般不超过过B B点成分。合金元素总量点成分。合金元素总量5%5%。变形铝合金按其成分和性能特点，又可变形铝合金按其成分和性能特点，又可变形铝合金按其成分和性能特点，又可变形铝合金按其成分和性能特点，又可 分为分为分为分为不能热处理强化的铝合金不能热处理强化的铝合金不能热处理强化的铝合金不能热处理强化的铝合金和和和和可热处可热处可热处可热处 理强化的铝合金理强化的铝合金理强化的铝合金理强化的铝合金。不能热处理强化的铝合金，合金含量少不能热处理强化的铝合金，合金含量少不能热处理强化的铝合金，合金含量少不能热处理强化的铝合金，合金含量少 于状态图中于状态图中于状态图中于状态图中D D点的成分，其中包括一些点的成分，其中包括一些点的成分，其中包括一些点的成分，其中包括一些 热处理强化效果不明显的合金。这类合热处理强化效果不明显的合金。这类合热处理强化效果不明显的合金。这类合热处理强化效果不明显的合金。这类合 金具有良好的抗蚀性，故称金具有良好的抗蚀性，故称金具有良好的抗蚀性，故称金具有良好的抗蚀性，故称防锈铝合金防锈铝合金防锈铝合金防锈铝合金。可热处理强化的铝合金，合金元素含量可热处理强化的铝合金，合金元素含量 位于位于B、D之间，可通过热处理显著提之间，可通过热处理显著提 高机械性能。高机械性能。包括包括硬铝合金硬铝合金、超硬铝合金超硬铝合金及及锻铝合金锻铝合金。四、铝合金的强化机理四、铝合金的强化机理1 1、固溶强化固溶强化固溶强化固溶强化 合金元素加入纯铝中，形成合金元素加入纯铝中，形成铝基固溶体铝基固溶体，起固溶强化作用，使其强度提高。铝的合金起固溶强化作用，使其强度提高。铝的合金化一般都形成有限固溶体，且都具有较大的化一般都形成有限固溶体，且都具有较大的极限溶解度。极限溶解度。2、时效强化时效强化 铝合金的热处理强化，主要是由于合金元铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝中有较大固溶度且随温度降低而急剧减素在铝中有较大固溶度且随温度降低而急剧减小，故铝合金经加热到确定温度淬火后，可以小，故铝合金经加热到确定温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体，这种过饱和的铝基得到过饱和的铝基固溶体，这种过饱和的铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度、硬度随时间的延长而提高，塑性、韧性则度、硬度随时间的延长而提高，塑性、韧性则降低，这一过程称为时效（时效强化）。降低，这一过程称为时效（时效强化）。淬火淬火加加时效处理时效处理是铝合金强化的重要手段。是铝合金强化的重要手段。3、过剩相强化过剩相强化 当铝中加入的合金元素超过其极限溶解当铝中加入的合金元素超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的其次相出现，成为过剩相。体的其次相出现，成为过剩相。这类过剩相多为这类过剩相多为硬而脆硬而脆的金属间化合物，起的金属间化合物，起阻碍滑移和位错运动的作用，使铝合金强度、硬阻碍滑移和位错运动的作用，使铝合金强度、硬度提高，但塑、韧性下降，过剩相过多时，合金度提高，但塑、韧性下降，过剩相过多时，合金变脆，强度急剧下降。变脆，强度急剧下降。对于铸造铝合金，过剩相强化是主要手段对于铸造铝合金，过剩相强化是主要手段。4、细化晶粒强化细化晶粒强化 在铝合金中在铝合金中添加微量合金元素添加微量合金元素细化组织细化组织是提高机械性能的另一种重要手段。细化组是提高机械性能的另一种重要手段。细化组织包括织包括细化铝合金固溶体基体细化铝合金固溶体基体和和过剩相组织过剩相组织。铸造铝合金常加入微量变质剂，进行铸造铝合金常加入微量变质剂，进行变变质处理质处理。常用变质剂：常用变质剂：2/3 NaF+1/3 NaCl 变形铝合金中添加微量的变形铝合金中添加微量的变形铝合金中添加微量的变形铝合金中添加微量的钛、锆、铍及钛、锆、铍及钛、锆、铍及钛、锆、铍及稀土元素稀土元素稀土元素稀土元素，它们能形成难溶化合物，在合金，它们能形成难溶化合物，在合金，它们能形成难溶化合物，在合金，它们能形成难溶化合物，在合金结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用，结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用，结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用，结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用，以提高强度及塑性。以提高强度及塑性。以提高强度及塑性。以提高强度及塑性。五、铝合金时效强化的机理（以五、铝合金时效强化的机理（以五、铝合金时效强化的机理（以五、铝合金时效强化的机理（以Al-CuAl-Cu合金为例）合金为例）合金为例）合金为例）铝合金时效过程是过饱和固溶体分解的铝合金时效过程是过饱和固溶体分解的过程，包括四个阶段：过程，包括四个阶段：第一阶段：形成溶质原子第一阶段：形成溶质原子CuCu的富集区（的富集区（CuCu原子原子 在固溶体在固溶体100100晶面上偏聚）晶面上偏聚）-GpI-GpI 区，随着区，随着GpIGpI区的形成，将引起固区的形成，将引起固 溶体溶体严峻畸变，使位错运动受到阻严峻畸变，使位错运动受到阻 碍。碍。其次阶段：其次阶段：随着时间的持续，溶质原子接着向随着时间的持续，溶质原子接着向GpIGpI区区 扩散富集，并有序化而形成扩散富集，并有序化而形成GpI IGpI I区。区。GpI I GpI I的化学成分接近于的化学成分接近于CuAl2CuAl2，具有正方，具有正方 晶格（以晶格（以”表示），随着表示），随着GpI IGpI I区形成，区形成，将引起固溶体更严峻的畸变，使位错运动将引起固溶体更严峻的畸变，使位错运动 受到更大阻碍。受到更大阻碍。第三阶段：第三阶段：溶质原子溶质原子CuCu接着富集，其次阶段形成的接着富集，其次阶段形成的 ”相渐渐达到相渐渐达到CuAl2CuAl2的成分，并部分地的成分，并部分地 与母相与母相固溶体的晶格脱离，形成一种固溶体的晶格脱离，形成一种 过渡相过渡相，随着，随着 的形成，固溶体的的形成，固溶体的 晶格畸变程度减轻，合金趋于软化。晶格畸变程度减轻，合金趋于软化。第四阶段：第四阶段：稳定的稳定的相相-CuAl2形成，并与母相形成，并与母相固溶体固溶体 完全脱离联系，使完全脱离联系，使固溶体的晶格畸变大为固溶体的晶格畸变大为 减轻，时效产生的强化效果显著减弱，合金减轻，时效产生的强化效果显著减弱，合金 软化，这种现象称为软化，这种现象称为“过时效过时效”。一般自然时效只出现第一、其次阶段，一般自然时效只出现第一、其次阶段，后两阶段由于原子扩散实力不足不出现。温后两阶段由于原子扩散实力不足不出现。温度较高的人工时效，则主要是第三、第四阶度较高的人工时效，则主要是第三、第四阶段，因为温度较高，原子扩散实力很大，第段，因为温度较高，原子扩散实力很大，第一、二阶段来不及出现即进入后二阶段。一、二阶段来不及出现即进入后二阶段。六、铝合金的表示方法六、铝合金的表示方法1 1、铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金ZL*表示合金依次号表示合金依次号表示合金系列表示合金系列1-Si2-Cu3-Mg4-Zn铸造铝合金铸造铝合金如：如：ZL102表示第表示第2号铝硅铸造合金号铝硅铸造合金ZL405表示第表示第5号铝锌铸造合金号铝锌铸造合金2 2、变形铝合金的牌号变形铝合金的牌号变形铝合金的牌号变形铝合金的牌号防锈铝防锈铝防锈铝防锈铝LF+LF+依次号依次号依次号依次号“LF5”“LF5”硬铝硬铝硬铝硬铝LY+LY+依次号依次号依次号依次号“LY12”“LY12”超硬铝超硬铝超硬铝超硬铝LC+LC+依次号依次号依次号依次号“LC4”“LC4”锻铝锻铝锻铝锻铝LD+LD+依次号依次号依次号依次号“LD5”“LD5”七、常用铸造铝合金七、常用铸造铝合金1、Al-Si 系铸造铝合金（硅铝明）系铸造铝合金（硅铝明）a、简洁硅铝明、简洁硅铝明含含1113%Si，铸造后几乎全部得到，铸造后几乎全部得到共晶组织，因而流淌性很好，铸造发生热共晶组织，因而流淌性很好，铸造发生热裂的倾向小，但铸件致密度不高。可接受裂的倾向小，但铸件致密度不高。可接受压铸，增加致密度。压铸，增加致密度。b、特殊硅、特殊硅铝铝明明为为了增加了增加铝铝合金合金强强度，向合金加入能度，向合金加入能形成形成强强化相化相CuAl2（相），相），Mg2Si（相），相），Al2CuMg（S相）的合金元素相）的合金元素Cu、Mg。2、Al-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金合金中含有少量共晶组织，故铸造性合金中含有少量共晶组织，故铸造性能不好，抗蚀性及强度也低于硅铝明，应能不好，抗蚀性及强度也低于硅铝明，应用较少。用较少。如：如：ZL203ZL2013、Al-Mg系铸造铝合金系铸造铝合金ZL301ZL302优点：耐蚀性好，强度高，密度小（优点：耐蚀性好，强度高，密度小（2.55比纯铝还轻）。比纯铝还轻）。缺点：铸造性能差。缺点：铸造性能差。4、Al-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金ZL401优点：铸造性能好，强度高（铸造冷却时优点：铸造性能好，强度高（铸造冷却时自行淬火），经时效后就有较高的自行淬火），经时效后就有较高的强度，价格低。强度，价格低。缺点：抗蚀性差，热裂倾向大。缺点：抗蚀性差，热裂倾向大。八、常用变形铝合金八、常用变形铝合金1、防、防锈铝锈铝合金合金包括包括铝镁铝镁系、系、铝锰铝锰系、工系、工业纯铝业纯铝，这这类类合金不能合金不能进进行行热处热处理理强强化，机械性能比化，机械性能比较较低，低，为为了提高其了提高其强强度，可接受冷加工方度，可接受冷加工方法使其法使其强强化（加工硬化）。化（加工硬化）。a、铝镁系防锈铝铝镁系防锈铝 LF2、LF3、LF5、LF6 主合金元素是主合金元素是Mg，此外还加入少量，此外还加入少量Mn、Ti，随着，随着 Mg 含量的增多，合金的强度、塑性含量的增多，合金的强度、塑性也相应提高。当也相应提高。当Mg含量超过含量超过5%时，合金的抗时，合金的抗应力腐蚀性能降低。当应力腐蚀性能降低。当Mg含量超过含量超过7%时，塑时，塑性降低。性降低。加入少量的加入少量的Mn，不仅能改善合金的抗腐，不仅能改善合金的抗腐蚀性，还能提高合金的强度，少量的钛、钒蚀性，还能提高合金的强度，少量的钛、钒起细化组织的作用。起细化组织的作用。组织组织：单相固溶体单相固溶体b、铝锰系铝锰系LF21Mn是该合金的主要元素，是该合金的主要元素，1.01.6%含量含量 具有较高的强度、塑性、抗蚀性；合金中加入具有较高的强度、塑性、抗蚀性；合金中加入 少量的钛，少量的钛，0.4%Fe细化组织。细化组织。2、硬铝合金、硬铝合金LY1、LY2、LY3、4、6、8、10、11、12、Al-Cu-Mg系，它有猛烈的时效强化作系，它有猛烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，同时具有优良的加工工艺性能。含同时具有优良的加工工艺性能。含Cu、Mg量低的硬铝合金，强度低而塑性高，量低的硬铝合金，强度低而塑性高，Cu、Mg量高则强度高、塑性低。量高则强度高、塑性低。硬铝合金淬火硬铝合金淬火+人工时效，有晶间腐蚀倾人工时效，有晶间腐蚀倾 向，故多接受淬火向，故多接受淬火+自然时效。自然时效。3 3 3 3、超硬铝合金超硬铝合金 LC3LC3、LC4LC4、LC5LC5、LC6LC6、LC9LC9Al-Zn-Mn-CuAl-Zn-Mn-Cu系：系：系：系：强度达强度达500700MN/m2，主合金元素是，主合金元素是Zn、Mn、Cu，同时加入少量的，同时加入少量的Mg、Cr、Ti。热处理特点：热处理特点：淬火淬火+人工时效人工时效 因为自然时效时间太长因为自然时效时间太长50506060天，且天，且自然自然时效时效有较大的应力腐蚀倾向。有较大的应力腐蚀倾向。Al-Mn-Si-Cu系合金具有优良的锻造工艺性能。系合金具有优良的锻造工艺性能。热处理特点：自然时效很难达到最大的强化热处理特点：自然时效很难达到最大的强化 效果，必需接受人工时效。效果，必需接受人工时效。4 4、锻铝合金、锻铝合金 LD2、LD5、LD6、LD10其次节其次节 铜及合金铜及合金一、铜的性质一、铜的性质1、具有面心晶格，无同素异构转变。、具有面心晶格，无同素异构转变。2、密度、密度8.94，熔点，熔点1083，无磁性。，无磁性。3、导电、导热性好，仅次于银。、导电、导热性好，仅次于银。金属导电性排序：金属导电性排序：Ag、Cu、Au、Mg、Zn、Ni、Cd、Co、Fe、Pt、Sn、Pb4、具有较高的化学稳定性、具有较高的化学稳定性在大气、淡水中均有优良的抗蚀性；在温在大气、淡水中均有优良的抗蚀性；在温水中抗蚀性较差。在大多非氧性介质中（水中抗蚀性较差。在大多非氧性介质中（HF、HCl）抗蚀性较好，而在氧化性介质中（）抗蚀性较好，而在氧化性介质中（HNO3、H2SO4）易）易被腐蚀。被腐蚀。5、优良的成型加工性、可焊性、塑性，强度较低。、优良的成型加工性、可焊性、塑性，强度较低。HB=3.5，b=200240 MN/m2 =50%，s=6070MN/m26、冷变形加工可显著提高纯铜的强度和硬度，、冷变形加工可显著提高纯铜的强度和硬度，但塑性、导电率降低，经退火后可消退加工但塑性、导电率降低，经退火后可消退加工硬化现象。硬化现象。二、杂质对铜性能的影响二、杂质对铜性能的影响 工业纯铜常见杂质：氧、硫、铅、铋、工业纯铜常见杂质：氧、硫、铅、铋、砷、磷等。这些杂质的存在，均使铜的导砷、磷等。这些杂质的存在，均使铜的导电率降低电率降低。1、热脆现象、热脆现象产生缘由：铅、铋杂质存在。产生缘由：铅、铋杂质存在。铅、铋与铜能形成熔点很低的共晶体铅、铋与铜能形成熔点很低的共晶体（Cu+Bi，270），（），（Cu+Pb，326），），且沿晶界分布，热加工时（且沿晶界分布，热加工时（820860），），晶界熔化晶界熔化热脆。因此应严格限制热脆。因此应严格限制Pb、Bi含含量。量。Pb（0.005%0.03%），），Bi(0.002%0.003%)机理：机理：2、冷脆现象、冷脆现象产生缘由：硫、氧杂质存在产生缘由：硫、氧杂质存在硫、氧与铜形成共晶体，硫、氧与铜形成共晶体，Cu+Cu2S，（，（1067）Cu+Cu2O，（，（1065），且沿晶界分布，熔点），且沿晶界分布，熔点较高，不会引起热脆。但较高，不会引起热脆。但Cu2S、Cu2O属于脆性属于脆性化合物，冷加工时易产生脆性开裂。因此应严化合物，冷加工时易产生脆性开裂。因此应严格限制格限制S、O含量。含量。(S0.0015%；O：0.0015%0.05%）3、铜的氢病、铜的氢病含有氧的纯铜在含有氢气或一氧化碳等还含有氧的纯铜在含有氢气或一氧化碳等还原性气氛中加热时，氢气及一氧化碳气体会渗原性气氛中加热时，氢气及一氧化碳气体会渗入入Cu中，与氧发生反应，形成不溶于中，与氧发生反应，形成不溶于Cu的水的水蒸汽和二氧化碳：蒸汽和二氧化碳：2H+O22H2O；2CO+O22CO2在局部产生很大的应力，造成微裂纹，使在局部产生很大的应力，造成微裂纹，使Cu在在随后的加工或运用过程中发生断裂，这种现象随后的加工或运用过程中发生断裂，这种现象称为铜的氢病。称为铜的氢病。故含氧铜应在氧化性气氛中进行退火、热加工故含氧铜应在氧化性气氛中进行退火、热加工。三、工业纯铜的表示方法三、工业纯铜的表示方法 T+T+依次号依次号 TU+TU+依次号依次号 TU+PTU+P 工业纯铜工业纯铜 无氧铜无氧铜 脱氧铜脱氧铜 脱氧剂脱氧剂P P T1T4 TU1 T1T4 TU1、TU2 TU2 TUP TUP 磷脱氧铜磷脱氧铜 TUMn TUMn 锰脱氧铜锰脱氧铜四、铜的合金化四、铜的合金化纯铜的强度不高（纯铜的强度不高（b=200-240、s=60-70=50%），虽然冷加工硬化可以适当提高强），虽然冷加工硬化可以适当提高强度，但是度，但是Cu的塑性、导电率下降，因此常加的塑性、导电率下降，因此常加入合金元素提高铜的强度。入合金元素提高铜的强度。1、固溶、固溶强强化化加入加入Zn、Sn、Al、Ni等合金元素，形等合金元素，形成成铜铜的固溶体的固溶体固溶固溶强强化，使化，使铜铜的的强强度度上升。上升。2、时效强化、时效强化Be、Si、Zn等等在在Cu中的溶解度随温度中的溶解度随温度 的降低而降低，使合金具有时效强化的功能。的降低而降低，使合金具有时效强化的功能。3、过剩相强化、过剩相强化合金元素的加入量超过铜的最大溶解度合金元素的加入量超过铜的最大溶解度 时，便产生时，便产生过剩相过剩相，使合金强度提高。但过，使合金强度提高。但过 剩相数量太多时，合金脆化，强度下降。剩相数量太多时，合金脆化，强度下降。4、细化晶粒强化、细化晶粒强化Cu中加入少量中加入少量Fe、Ni等合金元素，能细等合金元素，能细 化晶粒，提高机械强度。化晶粒，提高机械强度。五、黄五、黄铜铜1、黄铜的成分与组织黄铜的成分与组织成分：黄铜是成分：黄铜是Cu-Zn合金合金简洁黄铜（一般黄铜）简洁黄铜（一般黄铜）Zn50%困难黄铜（特殊黄铜）困难黄铜（特殊黄铜）Cu-Zn+其它合金元素其它合金元素组织：组织：工业黄铜（工业黄铜（Zn20%Zn20%的黄铜，经冷变形后，在的黄铜，经冷变形后，在 潮湿的大气或海水中，尤其有氨存在时，潮湿的大气或海水中，尤其有氨存在时，会发生自动裂开（应力腐蚀裂开）。会发生自动裂开（应力腐蚀裂开）。防止自裂的措施：防止自裂的措施：a、低温去应力退火、低温去应力退火260300，12小时小时b、往黄铜中加入、往黄铜中加入Sn、Si、Al、Ni等元素等元素c、表面镀、表面镀Sn或或Zn 黄铜的铸造性能良好黄铜的铸造性能良好 Zn10%Zn38%Zn38%时，由于结晶温度间隙时，由于结晶温度间隙 较小，流淌性好。较小，流淌性好。3、黄、黄铜铜的表示方法的表示方法H80HPb591一般黄一般黄铜铜含含Cu80%Cu59%Pb1%表示含表示含Pb1%特殊黄特殊黄铜铜ZHAl67-2.5：表示含：表示含Al2.5%，Cu67%的的铸铸造黄造黄铜铜。HSn70-1：表示含表示含Sn1%、Cu70%的特殊黄的特殊黄铜铜（海洋黄（海洋黄铜铜，防脱，防脱锌锌）六、青六、青 铜铜 青铜使人类历史上应用最早的一种合金，青铜使人类历史上应用最早的一种合金，我国公元前我国公元前20002000多年的夏、商时期就起先使多年的夏、商时期就起先使用青铜铸造钟、鼎、武器、镜等。用青铜铸造钟、鼎、武器、镜等。经对出土汉镜进行分析，成分如下：经对出土汉镜进行分析，成分如下：Cu Cu：6570%Sn6570%Sn：2426%2426%Pb Pb：19%Zn:05%19%Zn:05%金相组织几乎完全是金相组织几乎完全是Cu31Sn8Cu31Sn8（相），颜相），颜色呈青灰色色呈青灰色故称青铜。故称青铜。青铜最早是指青铜最早是指Cu-SnCu-Sn合金，后来把合金，后来把Cu-AlCu-Al、Cu-SiCu-Si、Cu-BeCu-Be、Cu-MnCu-Mn、Cu-PbCu-Pb合金都称为青合金都称为青铜。为了区分，分别称为铝青铜、硅青铜、铜。为了区分，分别称为铝青铜、硅青铜、铅青铜等。铅青铜等。1、锡青铜锡青铜a、组织组织Cu-Sn合金相合金相图图特特别别困困难难，由几个包晶，由几个包晶转变转变和共析和共析转变组转变组成，成，转变产转变产物有：物有：、等相。等相。相：相：Sn在在Cu中的置换固溶体，具有面心立方中的置换固溶体，具有面心立方 晶格，塑性良好，适于冷热变形加工。晶格，塑性良好，适于冷热变形加工。相：以电子化合物相：以电子化合物Cu5Sn为基的固溶体，电为基的固溶体，电 子浓度子浓度3/2，体心立方晶格。，体心立方晶格。586以上以上 稳定存在，塑性良好，适于热加工；稳定存在，塑性良好，适于热加工；586发生共析反应发生共析反应，形成，形成+相，相，塑性急剧降低。塑性急剧降低。相：以电子化合物为基的固溶体，晶格结构相：以电子化合物为基的固溶体，晶格结构 尚未确定，只能在尚未确定，只能在520以上稳定存在，以上稳定存在，520发生共析反应，分解为发生共析反应，分解为+相。相。相：以电子化合物相：以电子化合物Cu31Sn8Cu31Sn8为基的固溶体，电为基的固溶体，电 子浓度子浓度21/1321/13，具有困难立方晶格，硬而，具有困难立方晶格，硬而 脆。脆。相很稳定，在相很稳定，在350350发生共析转变，发生共析转变，形成形成+相。但转变速度极其缓慢，一相。但转变速度极其缓慢，一 般很难进行。只有经般很难进行。只有经707080%80%的变形，数的变形，数 千小时退火，才能完成转变，故称千小时退火，才能完成转变，故称相是相是 青铜的基本室温组织。青铜的基本室温组织。相：以电子化合物相：以电子化合物Cu3SnCu3Sn为基的固溶体，密排为基的固溶体，密排 六方晶格，既硬又脆，在青铜中无运用价六方晶格，既硬又脆，在青铜中无运用价 值。值。b、Sn含量对青铜性能的影响含量对青铜性能的影响Sn含量较低时含量较低时(7%时，由于组织中出现时，由于组织中出现相相，塑性急剧降低。，塑性急剧降低。Sn20%时，不仅塑性降低，强度也急剧下降，时，不仅塑性降低，强度也急剧下降，故工业上锡青铜故工业上锡青铜 Sn含量在含量在314%范围范围:压力加工锡青铜压力加工锡青铜：67%Sn 铸造锡青铜铸造锡青铜：1014%Snc、锡锡青青铜铜的的铸铸造性造性Sn：314%范范围围内，青内，青铜铜的的结结晶温度晶温度间间隔隔很大，流淌性差，易很大，流淌性差，易产产生偏析，生偏析，铸铸造性能造性能差。但差。但铸铸造收造收缩缩率很小，是有色合金中收率很小，是有色合金中收缩缩率最小的合金，可用来生率最小的合金，可用来生产产形形态态困困难难、气密性要求不高的气密性要求不高的铸铸件。件。d、其它合金元素（磷、锌、铅等）其它合金元素（磷、锌、铅等）P 脱氧，脱氧，0.020.035%，改善铸造性能改善铸造性能，提高强度提高强度Zn节约部分锡，缩小合金结晶温度间隔，节约部分锡，缩小合金结晶温度间隔，改善铸造性能，提高铸件气密性。改善铸造性能，提高铸件气密性。Pb提高耐磨性。提高耐磨性。e、青铜的其它性能青铜的其它性能 良好的抗蚀性（除酸外），优于纯铜良好的抗蚀性（除酸外），优于纯铜和黄铜；无磁性，冲击不产生火花，无冷和黄铜；无磁性，冲击不产生火花，无冷脆现象，耐磨性高（脆现象，耐磨性高（相）。相）。2、铝青铜铝青铜a、组织、组织常用铝青铜常用铝青铜Al56/min）+2被抑制，而发生类似钢的马氏被抑制，而发生类似钢的马氏体转变，形成密排六方晶格的介稳态体转变，形成密排六方晶格的介稳态相，相，适量且分布匀整时，强度高，数量太多，适量且分布匀整时，强度高，数量太多，则合金变脆。则合金变脆。2相：以电子化合物相：以电子化合物Cu9Al4为基的固溶体，困难为基的固溶体，困难立方晶格，硬而脆。立方晶格，硬而脆。b、Al含量对铝青铜性能的影响含量对铝青铜性能的影响Al强度、塑性提高，强度、塑性提高，Al45%时，塑性时，塑性降低。降低。Al78%，塑性急剧降低，塑性急剧降低，Al1011%，强，强度降低。度降低。故压力加工铝青铜：故压力加工铝青铜：Al57%铸造铝青铜：铸造铝青铜：Al712%c、其它元素、其它元素Fe细化晶粒；细化晶粒；Mn提高强度、耐蚀提高强度、耐蚀性，不降低塑性；性，不降低塑性；Ni提高耐蚀性、耐磨性、提高耐蚀性、耐磨性、热强度。热强度。3、青铜的表示方法青铜的表示方法Q+主加元素符号主加元素符号+主加元素含量主加元素含量第三节第三节滑动轴承合金滑动轴承合金 滑动轴承具有承压面积大，承载实力 强，工作平稳，无噪音，装拆便利等 优点，大轴承一般接受滑动轴承。滑动轴承的结构由轴承体（轴承座）滑动轴承的结构由轴承体（轴承座）和轴瓦构成；轴瓦与轴干脆接触。为和轴瓦构成；轴瓦与轴干脆接触。为 了提高轴瓦的耐磨性，一般在轴瓦内了提高轴瓦的耐磨性，一般在轴瓦内 侧浇铸一层耐磨合金侧浇铸一层耐磨合金-轴承合金。轴承合金。一、对滑动轴承合金的要求一、对滑动轴承合金的要求1 1、工作温度下有足够的承压实力、冲击韧性、工作温度下有足够的承压实力、冲击韧性、疲惫强度。疲惫强度。2 2、摩擦系数小，导热性好，熔点高。、摩擦系数小，导热性好，熔点高。3 3、热膨胀系数小，以免与轴咬死（抱轴）。、热膨胀系数小，以免与轴咬死（抱轴）。4 4、与轴颈有良好的耐磨性，能依据轴的变形、与轴颈有良好的耐磨性，能依据轴的变形 而产生相应变形。而产生相应变形。5 5、不能产生加工硬化现象。、不能产生加工硬化现象。6 6、良好的抗蚀性、抗震性。、良好的抗蚀性、抗震性。7 7、良好的加工性。、良好的加工性。二、组织特点二、组织特点 软的基体上匀整分布硬相质点（磨合性好）软的基体上匀整分布硬相质点（磨合性好）硬的基体上匀整分布软相质点（磨合性差）硬的基体上匀整分布软相质点（磨合性差）三、常用滑动轴承合金三、常用滑动轴承合金1、铅、锡基轴承合金（巴氏合金，巴比特合金）铅、锡基轴承合金（巴氏合金，巴比特合金）a、锡基轴承合金、锡基轴承合金Sn-Sb-Cu，属于，属于软软基体上匀整分布硬基体上匀整分布硬质质点型。点型。优优点：点：热热膨膨胀胀系数小，摩擦系数低，系数小，摩擦系数低，导热导热性、性、耐耐蚀蚀性、性、韧韧性良好。性良好。缺点：疲缺点：疲惫惫强强度低，工作温度度低，工作温度150（耐（耐热热性差）性差）主要用于汽主要用于汽车车、汽、汽轮轮机、往复式机、往复式压缩压缩机机等高速等高速轴轴承。承。b、铅基轴承合金、铅基轴承合金Pb-Sb，属于软基体上匀整分布硬质点型。，属于软基体上匀整分布硬质点型。性能比锡基差，但价格低，主要用于低速、性能比锡基差，但价格低，主要用于低速、低负荷滑动轴承。低负荷滑动轴承。2、铝铝基基轴轴承合金承合金Al-SbMg，AlSn软软基体基体+硬硬质质点点硬基体硬基体+软质软质点点优优点：价格低，点：价格低，导热导热性好，耐性好，耐蚀蚀性好，疲性好，疲惫惫强强度高。度高。缺点：缺点：线线膨膨胀胀系数大，易于系数大，易于轴颈轴颈咬合（抱咬合（抱轴轴）四、轴瓦结构四、轴瓦结构 将滑动轴承合金将滑动轴承合金离心浇铸离心浇铸或或轧制轧制在钢轴瓦在钢轴瓦内侧，内侧，双金属复合材料既提高轴瓦强度，又保双金属复合材料既提高轴瓦强度，又保证滑动轴承的性能证滑动轴承的性能。