第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 1
Ch9 非铁金属及其合金
§ 1 铝及其合金
§ 2 铜及其合金
§ 3 钛及其合金
§ 4 轴承合金
§ 5 其它非铁合金第九章 非铁及其合金
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绪论除铁之外的其它金属称为非铁金属：
轻金属 ρ＜ 4.5g/cm3如 Al,Mg,K,Na,Ca等 。
重金属 ρ＞ 4.5g/cm3如 Cu,Zn,Ni,Sn,Pb,Co等 。
贵金属 Au,Ag,Pt,Rh（ 铑 ）,Cd（ 镉 ） 等 。
稀有金属 相对稀少或产量较少 Ti,W,V,Nb,Mo等。
放射性金属 如镭 （ Ra）,铀 （ U）,钍 （ Th） 等 。
半金属 介于金属与非金属之间的元素,如硅,锗,硼非铁金属具有许多黑色金属所不及的优良特性，是现代工业中不可缺少的材料。
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§ 1 铝及其合金一、工业纯铝（物理性能）
具有银白色金属光泽,密度 2.72g/cm3,熔点 660.4℃,具有 良好的导电和导热性,其导电性仅次于银和铜 。 纯铝在空气中易氧化,表面形成一层能阻止内层金属继续被氧化的致密的氧化膜,因此具有良好的 抗大气腐蚀性 能 。
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§ 1 铝及其合金一、工业纯铝（工艺性能）
纯铝具有 面心立方 结构，具有极好的塑性和较低的强度 (纯度 99.99%时,σb45MPa,δ50%),良好的低温性能 (-235℃ 塑性和冲击韧度也不降低 )，冷变形加工可提高其强度，但塑性降低。
铸、压力加工、焊和切削加工性能具佳 。
工业纯铝中含有少量铁、硅等 杂质元素,杂质含量增加，其导电性、抗蚀性及塑性都降低。
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§ 1 铝及其合金一、工业纯铝（分类）
按纯度,高纯铝,工业高纯铝,工业纯铝高纯铝,有 L05～ L01五种,数字越大,纯度越高；
工业高纯铝,有 LG5～ LG1五种,数字越大,纯度越高；
工业纯铝,有 L1～ L7七种,数字越小,纯度越高 。
用途,工业纯铝的主要用途是配制铝合金,高纯铝主要用于科学试验和化学工业 。 纯铝还可用来制造导线,包覆材料,耐蚀和生活器皿等 。
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§ 1 铝及其合金二、铝合金的分类铝中加入适量 Si,Cu,Mg,Zn,Mn等主加元素和 Cr、
Ti,Zr,B,Ni等辅加元素,组成铝合金,可提高强度并保持纯铝的特性 。
根据成分和生产工艺特点可将 铝合金分为两大类,
1) 形变铝合金
2) 铸造铝合金第九章 非铁及其合金
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§ 1 铝及其合金二、铝合金的分类形变铝合金,成分在 D点以左 的合金，加热至固溶线 DF以上温度得到均匀的单相 α 固溶体，塑性好，适于进行锻造、轧制等。
铸造铝合金,成分在 D点以右 的合金，存在共晶组织，塑性较差，
不宜压力加工，但流动性好，适宜铸造。
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§ 1 铝及其合金二、铝合金的分类 (形变铝合金 )
形变铝合金中,小于 F点的合金,固溶体成分不随温度而变化,不能通过热处理方法强化,
称为 不可热处理强化的铝合金 ；
成分在 F-D之间的合金,固溶体成分随温度变化,可通过热处理方法强化,称为 可热处理强化的铝合金 。
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§ 1 铝及其合金三、铝合金的热处理 (退火、淬火和时效 )
1,退火
(1) 再结晶退火 再结晶温度以上保温一段时间后空冷,
用于消除变形工件的加工硬化,提高塑性,以便继续进行成形加工 。
(2) 低温退火 消除内应力,适当增加塑性,通常在
180～ 300℃ 保温 后空冷 。
(3) 均匀化退火 消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力,
提高塑性,通常在高温长时间保温后空冷 。
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§ 1 铝及其合金三、铝合金的热处理 (退火、淬火和时效 )
2,淬火 （ 固溶处理 ）
将铝合金 加热到固溶线以上 保温后快冷,使第二相来不及析出,得到过饱和,
不稳定的单一 α 固溶体 。 淬火后铝合金的强度和硬度不高,具有很好的塑性 。
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§ 1 铝及其合金三、铝合金的热处理 (退火、淬火和时效 )
3,时效将淬火后的铝合金,在室温或低温加热下保温一段时间,随时间延长其强度,硬度显著升高而塑性降低的现象,称为 时效 。 室温下进行的时效称为 自然时效 ；低温加热下进行的时效称为 人工时效 。 时效的实质,是第二相从过饱和,不稳定的单一 α 固溶体中析出和长大,由于第二相与母相 （ α 相 ） 的共格程度不同,使 母相产生晶格畸变而强化 。
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§ 1 铝及其合金三、铝合金的热处理 (退火、淬火和时效 )
3,时效曲线 【 Al-4%Cu合金 】
自然时效 人工时效第九章 非铁及其合金
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§ 1 铝及其合金四、形变铝合金形变铝合金依据其性能特点可分为四种,
⑴ 防锈铝合金 LF
⑵ 硬铝合金 LY
⑶ 超硬铝合金 LC
⑷ 锻造铝合金 LD
其中防锈铝合金为不可热处理强化铝合金,
其它三种为可热处理强化铝合 金 。
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§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (防锈铝合金 LF)
主要系列：
Al-Mn系,Al-Mg系主要性能：
具有很高的塑性,较低或中等的强度,优良的耐蚀性能和良好的焊接性能 。
使 用,防锈铝只能用冷变形来强化,一般在退火态或冷作硬化态使用 。
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§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (防锈铝合金 LF)
常用 Al-Mn系,LF21,抗腐蚀性较好,常用来制造需弯曲、冷拉或冲压的零件，如管道、容器、
油箱等。
常用 Al-Mg系,F2,LF3,LF5,LF6等，有较高的疲劳性能和抗振性，强度高于 Al-Mn系合金，
但耐热性较差，广泛用于航空航天工业中，如制造油箱、管道、铆钉、飞机行李架等。
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§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (硬铝合金 LY)
硬铝包括,Al-Cu-Mg系和 Al-Cu-Mn系两类常用 Al-Cu-Mg系分为：
低强度硬铝 (铆钉硬铝 )，如 LY1,LY3、
LY10等，强度较低，但有很高的塑性；
中强度硬铝 （标准硬铝），如 LY11；
高强度硬铝,如 LY12。
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§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (硬铝合金 LY)
硬铝包括,Al-Cu-Mg系和 Al-Cu-Mn系两类
Al-Cu-Mg系硬铝的性能,焊接性和耐蚀性较差，对于板材可包覆一层高纯铝，通常还要进行阳极氧化处理和表面涂装，为提高其耐蚀性一般采用自然时效。部分 Al-Cu-Mg系硬铝具有较高的耐热性，如 LY11,LY12,可在较高温度使用。
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§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (硬铝合金 LY)
硬铝包括,Al-Cu-Mg系和 Al-Cu-Mn系两类
Al-Cu-Mn系硬铝,为超耐热硬铝合金，具有较好的塑性和工艺性能，常用代号有 LY16、
LY17。
硬铝合金的用途,常制成板材和管材，主要用于飞机构件、蒙皮、螺旋桨、叶片等。
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§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (超硬铝合金 LC)
Al-Zn-Mg-Cu系合金,强度最高,常用 LC4,LC9
等；具有良好的热塑性,但疲劳性能较差,耐热性和耐蚀性也不高；表面通常包覆 wZn=1%的铝锌合金,零构件也要进行阳极化防腐蚀处理；
一般采用淬火加人工时效的热处理强化工艺；
用于工作温度较低,受力较大的结构件,如飞机蒙皮,壁板,大梁,起落架部件等 。
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§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (锻造铝合金 LD)
Al-Cu-Mg-Si系和 Al-Cu-Mg-Fe-Ni系两类；
Al-Cu-Mg-Si系,热塑性好,可用锻压方法来制造形状较复杂的零件；一般在淬火加人工时效后使用；常用 LD2,LD5,LD6,LD10等；主要制造要求中等强度,高塑性和耐热性的锻件,模锻件,如各种叶轮,导风轮,接头,框架等 。
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§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (锻铝合金 LD)
Al-Cu-Mg-Si系和 Al-Cu-Mg-Fe-Ni系两类；
Al-Cu-Mg-Fe-Ni系：
常用代号有 LD7,LD8,LD9等，此类合金耐热性较好，主要用于 250℃ 温度下工作的零件，
如叶片、超音速飞机蒙皮等。
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§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (牌号 )
第九章 非铁及其合金
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§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (牌号 )
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§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金铸造铝合金,
Al-Si系,Al-Cu系,Al-Mg系,Al-Zn系代 号,ZL1,ZL2,ZL3,ZL4加两位数字的顺序号表示；若为铸锭,则在 ZL后加 D； 若为优质,则在代号后加 A； 需表示状态时,在合金代号后用短横线连接状态代号；铸造方法代号不写入合金代号中 。
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§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (1.Al-Si系 )
Al-Si(11-13%)系 铸造铝合金 俗称硅铝明,
铸造铝合金的铸造性能好,密度小,具有优良的耐蚀性,耐热性和焊接性；用于制造形状复杂但强度要求不高的铸件,如飞机,仪表壳体等；
制造低,中强度的形状复杂的铸件,如电机壳体,
气缸体,风机叶片,发动机活塞等 。
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§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (1.Al-Si系相图 )
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§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (1.Al-Si系 )
ZL102变质前,σ b＝ 140MPaδ ＝ 3％
后,σ s＝ 180MPa δ ＝ 8％
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§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (2.Al-Cu系 )
Al-Cu系 铸造铝合金 有较高的强度,耐热性,
但密度大,耐蚀性差,铸造性能不好,常用代号有 ZL201,ZL202,ZL203等,主要用于制造较高温度下工作的要求高强度的零件,如内燃机气缸头,增压器导风叶轮等 。
第九章 非铁及其合金
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§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (3.Al-Mg系 )
Al-Mg系铸造铝合金,耐蚀性好,强度高,密度小,但铸造性能差,耐热性低 。 常用代号有
ZL301,ZL303等,主要用于制造在腐蚀介质下工作的承受一定冲击载荷的形状较为简单的零件,如舰船配件,氨用泵体等 。
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§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (4.Al-Zn系 )
Al-Zn系铸造铝合金,Al-Zn系 铸造铝合金铸造性能好,强度较高,但密度大,耐蚀性较差 。 常用代号有 ZL401,ZL402等,
主要用于制造受力较小,形状复杂的汽车,
飞机,仪器零件 。
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2009年 7月 19日星期日 31
§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (牌号 )
第九章 非铁及其合金
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§ 2 铜及其合金一、纯铜（ 1）
纯铜又称紫铜,密度为 8.96g/cm3,熔点为
1083.4℃,具有优良的导电性和导热性,其导电性仅次于银 。 纯铜在大气,淡水中具有良好的耐蚀性,但在海水中较差 。 纯铜具有面心立方结构,无同素异构转变,无磁性 。
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2009年 7月 19日星期日 33
§ 2 铜及其合金一、纯铜（ 2）
σ b=200~250MPa,HB:40~50HBS,塑性 δ 45%~50%；
冷变形后，其强度可达 400~500MPa,硬度提高到
100~200HBS,但伸长率下降到 5%以下；
退火处理可消除铜的加工硬化；纯铜还具有优良的焊接性能；工业纯铜产品的代号为 T1(wCu>99.95%)、
T2(wCu>99.9%),T3(wCu>99.7%),主要用于配制铜合金，
制作导电、导 热材料及耐蚀器件等。
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§ 2 铜及其合金二、黄铜（ 1.普通黄铜）
普通黄铜,Cu-Zn二元合金，产品代号 H＋ Cu％,如 H68表示含
Cu68%的铜锌合金 。
单相黄铜,wZn<39%称为，强度低、塑性好，冷塑性加工成板材、
线材、管材等，常用 H68,H70,H80,主要用作弹壳和精密仪器；
两相黄铜,wZn39~45%，热塑性好，一般热轧成棒材、板材，常用
H59,H62等，主要用作水管、油管、散热器、螺钉。普通黄铜具有良好的耐蚀性，但冷加工后的黄铜在海水、湿气、氨的环境中容易产生应力腐蚀开裂，应进行去应力退火。
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§ 2 铜及其合金二、黄铜（ 2.特殊黄铜 ）
特殊黄铜,普通黄铜中加入 Al,Si,Pb,Sn,Mn,Fe、
Ni等，称为 铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜 等。
合金元素能提高合金的强度,Al,Sn,Mn,Ni能提高耐蚀性和耐磨性,Mn提高耐热性,Si改善铸造性能,Pb
改善切削性能。其 表示方法 为,H＋ 主加元素符号 ＋ 铜及各合金元素的平均质量分数（ w× 100）,如 HPb59-1
表示含 wCu59%,wPb1%铅黄铜 。 常用代号有 HPb59-1、
HSn90-1等，主要用于制造冷凝管、齿轮、螺旋桨、钟表零件等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 36
§ 2 铜及其合金二、黄铜（ 3.铸造黄铜 ）
牌号表示,Z＋ 铜元素化学符号＋主加元素的化学符号及平均质量分数（ w× 100）＋
其它元素的化学符号及平均质量分数
（ w× 100）,如 ZCuZn38表示 wZn38%,余量为铜的铸造普通黄铜。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 37
§ 2 铜及其合金二、黄铜（ 相图含 Zn量与力学性能的关系 ）
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 38
§ 2 铜及其合金二、黄铜（牌号 ）
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 39
§ 2 铜及其合金三、青铜青铜,除 Zn以外，所有 Cu合金的总称。
根据所加主要合金元素 Sn,Al,Be,Si,Pb等，青铜分为 锡青铜,铝青铜,铍青铜,硅青铜,铅青铜 等。
代号,Q+主加元素符号及平均质量分数 (w× 100)＋ 其它元素平均质量分数 (w× 100)表示，如 QSn4-3表示含
wSn4%,wZn3%的锡青铜 。
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2009年 7月 19日星期日 40
§ 2 铜及其合金三、青铜（ 1.锡青铜 ）
锡青铜的性能受锡含量的显著影响：
wSn<5%的锡青铜塑性好，适于进行冷变形加工；
wSn=5%～ 7%的锡青铜热塑性好，适于进行热加工；
wSn=10%～ 14%的锡青铜塑性较低，适于作铸造合金。锡青铜的铸造流动性差，易形成分散 缩孔，铸件致密度低，
但合金体积收缩率小，适于铸造外形及尺寸要求精确的铸件。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 41
§ 2 铜及其合金三、青铜（ 1.锡青铜性能 ）
锡青铜的性能,良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低温韧性，在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在亚硫酸钠、酸和氨水中的耐蚀性较差。
常用锡青铜,QSn4-3,QSn6.5-0.4,ZCuSn10Pb1等，
主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件，
如弹簧、轴承、齿轮、蜗轮、垫圈等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 42
§ 2 铜及其合金三、青铜（ Cu-Sn合金相图 ）
力学性能的关系第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 43
§ 2 铜及其合金三、青铜（ 2.铝青铜 ）
铝青铜的性能,强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，是无锡青铜中应用最广的一种。
常用铝青铜,低铝和高铝两种。低铝青铜如 QAl5、
QAl7等，具有一定的强度，较高的塑性和耐蚀性，一般在压力加工状态使用，主要用于制造高耐蚀弹性元件；
高铝青铜如 QAl9-4,QAl10-4-4等，具有较高的强度、
耐磨性、耐蚀性，主要用于制造齿轮、轴承、摩擦片、
蜗轮、螺旋桨等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 44
§ 2 铜及其合金三、青铜（ 2.铝青铜相图 ）
力学性能的影响第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 45
§ 2 铜及其合金三、青铜（ 3.鈹青铜）
铜合金 性能最好 的一种铜合金，唯一可固溶强化的铜合金；具有很高的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性，良好的导电、导热性，无磁性、受冲击时不产生火花，还具有良好的冷、热加工和铸造性能；
常用代号 QBe2,QBe1.9等；
用于 制造重要的精密弹簧、膜片等弹性元件，高速、
高温、高压下工作的轴承等耐磨零件，防爆工具等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 46
§ 2 铜及其合金三、青铜（牌号）
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 47
§ 3 钛及其合金一、纯钛（性能 ）
Ti,4.507 g/cm3,Tm,1688℃ 。具有同素异构转变,≤882.5℃ 为密排六方结构的 α 相,≥882.5℃ 体心立方结构的 β 相。
纯钛的强度低，但比强度高，塑性好，低温韧性好，
耐蚀性很高。钛具有良好的压力加工工艺性能，切削性能较差。钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加热和焊接时应采用氩气保护。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 48
§ 3 钛及其合金一、纯钛（分类－用途 ）
根据 杂质含量,钛分为高纯钛（纯度达 99.9%）和工业纯钛（纯度达 99.5%）。工业纯钛有三个牌号，分别用
TA＋ 顺序号数字 1,2,3表示，数字越大，纯度越低。
杂质含量对钛的性能影响很大，少量杂质可显著提高钛的强度，故工业纯钛强度较高，接近高强铝合金的水平，主要用于制造 350℃ 以下温度工作的石油化工用热交换器、反应器、船舰零件、飞机蒙皮等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 49
§ 3 钛及其合金一、纯钛（杂质对性能的影响 ）
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 50
§ 3 钛及其合金二、钛合金在纯钛中加入 Al,Mo,Cr,Sn,Mn,V等合金元素形成钛合金，按退火组织可分为：
α 型
β 型
（ α ＋ β ） 型 钛合金分别用 TA,TB,TC加顺序号表示。工业纯钛的室温组织为 α 相，因此牌号划入 α 型 钛合金的 TA序列。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 51
§ 3 钛及其合金二、钛合金（ 1.α 型 钛合金 ）
性能,室温强度低,高温强度高；具有良好的抗氧化性,
焊接性和耐蚀性,不可热处理强化,退火态使用；
牌号,TA4,TA5,TA6,TA7,TA8等,常用的有 TA5、
TA7等,以 TA7最常用 。 TA7还具有优良的低温性能；
用途,用于制造 500℃ 以下温度工作的火箭,飞船的低温高压容器,航空发动机压气机叶片和管道,导弹燃料缸等 。 TA5主要用于制造船舰零件 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 52
§ 3 钛及其合金二、钛合金（ 2.β 型钛合金 ）
牌号,有 TB21,TB2两个,可热处理强化,实际应用的为 TB2。
性能,合金的强度高,焊接性好 。 热稳定性差 。
用途,用于制造 350℃ 以下温度工作的飞机压气机叶片,弹簧,紧固件等 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 53
§ 3 钛及其合金二、钛合金【 3.(α ＋ β )型钛合金】
性能,具有 α 型和 β 型钛合金的优点,但焊接性能不如
α 型钛合金,可通过热处理来强化 。
牌号,TC1~TC11,常用的有 TC3,TC4,TC6,TC10等,
以 TC4最常用 。
用途,制造 400℃ 以下工作的航空发动机压气机叶片,
火箭发动机外壳,火箭和导弹的液氢燃料箱部件,船舰耐压壳体等 。 TC10是在 TC4基础上发展起来的,具有更高的强度和耐热性 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 54
§ 3 钛及其合金二、钛合金 （ Ti合金的发展）
一般,最高使用温度为 500℃ 。
中国,Ti-Al-Sn-Mo-Si-Nd系，使用温度达 550℃ 。
英美,的 Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-1Nb-0.3Mo-0.5Si合金和 Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Nb-0.45Si合金，
使用温度可达 600℃ 。
最高,以钛铝金属间化合物为基的 Ti3Al基高温钛合金和 TiAl基高温钛合金，使用温度将可达
700℃ 以上。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 55
§ 3 钛及其合金二、钛合金 （ 牌号）
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 56
其它非铁合金
Ⅰ,镁及其合金纯镁,ρ1.74 g/cm3,Tm651℃,密排六方结构 。 纯镁强度不高,室温塑性较低,耐蚀性较差,易氧化 。 工业纯镁代号用 M＋ 顺序号表示 。 纯镁主要用于配制镁合金和其它合金,还可用作化工与冶金的还原剂 。
镁合金,纯镁中加入 Al,Zn,Mn,Zr及稀土等元素,
制成镁合金 。 主要有 Mg-Mn系,Mg-Al-Zn 系,Mg-Zn-Zr
系 和 Mg-Re-Zr系等合金系 。 它们分为变形镁合金和铸造镁合金两大类 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 57
其它非铁合金
Ⅰ,镁及其合金第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 58
其它非铁合金
Ⅰ,镁及其合金（ 1.变形镁合金 ）
代号,MB＋ 顺序号表示。 MB1,MB8为 Mg-Mn系合金，具有良好的耐蚀性和焊接性，使用温度不超过 150℃ 。主要用于制作飞机蒙皮、壁板及宇航结构件。
Mg-Li系合金是一种新型的镁合金，它密度小，强度高，
塑性、韧性好，焊接性好，缺口敏感性低，在航空、
航天工业中具有良好的应用前景。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 59
其它非铁合金
Ⅰ,镁及其合金（ 2.铸造镁合金 ）
代号,ZM＋ 顺序号表示 。 Mg-Al-Zn系的 ZM5和 Mg-Zn-Zr
系的 ZM1,ZM2,ZM7,ZM8具有较高的强度,良好的塑性和铸造工艺性能,但耐热性较差,主要用于制造 150℃
以下温度工作的飞机,导弹,发动机中承受较高载荷的结构件或壳体 。 Mg-Re-Zr的 ZM3,ZM4和 ZM6具有良好的铸造性能,常温强度和塑性较低,但耐热性较高,主要用于 制造 250℃ 以下温度工作的高气密零件 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 60
其它非铁合金
Ⅱ,锌及其合金纯锌,密度 7.1g/cm3,熔点 419℃,具有一定的强度和较好的耐蚀性,用于配制各种合金和钢板表面镀锌 。
锌合金：
1,变形锌合金 Zn-Al合金 （ 如 ZnAl4-1,ZnAl10-5） 和
Zn-Cu合金 （ 如 ZnCu1,ZnCu1.5） 两类 。 常用于制造各类挤压件,轴承和日用五金等 。
2,铸造锌合金 铸造锌合金可分为压铸锌合金,高强度锌合金,模具用锌合金等 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 61
§ 4 轴承合金轴承合金轴承合金,制造滑动轴承中轴瓦及内衬 。 按主要化学成分可分为 锡基,铅基,铝基,铜基,铁基 等轴承合金 。
性能要求：
1.足够的强度和硬度
2.塑性和韧性好
3.与轴之间有良好的磨合能力及较小的摩擦系数
4.良好的导热性和抗蚀性
5.良好的工艺性、价格低廉第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 62
§ 4 轴承合金轴承合金 （ 耐磨机理）
软基体＋硬质点,硬质点起支撑作用 。
硬基体＋软质点,承载能力大,磨合能力差 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 63
§ 4 轴承合金一、锡基和铅基轴承合金 (表示方法 )
锡基和铅基轴承合金又称为 巴氏合金,其代号用 ZCh
＋ 基本元素符号 （ Sn或 Pb） ＋ 主加元素符号＋主加及辅加元素的平均质量分数 （ w× 100） 表示 。 如 ZChSnSb11-
6表示含 wSb11%,wCu6%,余量为锡的锡基轴承合金,
ZChPbSb16-16-2表示含 wSb16%,wSn16%,wCu2%,余量为铅的铅基轴承合金 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 64
§ 4 轴承合金一、锡基和铅基轴承合金 (耐磨机理 )
锡基和铅基轴承合金都属于 软基体加硬质点 型的合金,熔点都较低 。 由于它们的强度都较低,
因此生产上常采用离心浇注法,将它们镶铸在低碳钢轴瓦 （ 常用 08钢 ） 上,形成一层薄而均匀的内衬,以提高承载能力及使用寿命 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 65
§ 4 轴承合金一、锡基和铅基轴承合金（锡基）
锡基轴承合金是以 Sn为主并加入少量 Sb,Cu等元素组成的合金,它 具有较高的耐磨性,导热性,
嵌藏性和耐蚀性,浇注性好,摩擦系数小,但疲劳极限较低,工作温度不超过 150℃,价格高 。
广泛应用于重型动力机械,如汽车发动机,气体压缩机,涡轮机,内燃机的轴承和轴瓦 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 66
§ 4 轴承合金一、锡基和铅基轴承合金（铅基）
铅基轴承合金的硬度,强度,韧性,导热性,
耐蚀性都比锡基轴承合金低,但摩擦系数较大,
高温强度较好,价格较便宜 。
广泛用于制造承受低,中载荷的轴承,如汽车,
拖拉机曲轴,连杆轴承 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 67
§ 4 轴承合金二,铜基轴承合金常用铜基轴承合金 ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5
等锡青铜和 ZCuPb30等铅青铜 。 前者适于制造中速,中载下工作的轴承,如电动机,泵上的轴承；
后者适于制造高速,重载下工作的轴承,如高速柴油机,汽轮机上的轴承 。 因铜基轴承合金价格较高,有被新型滑动轴承合金取代的趋势 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 68
§ 4 轴承合金三,铝基轴承合金铝基轴承合金的密度小,导热性好,耐磨性和疲劳极限高,价格便宜,但膨胀系数较大,抗咬合性低于巴氏合金 。 目前广泛使用的铝基轴承合金有 铝锑镁轴承合金 和 高锡铝轴承合金 两种,
常与 08钢作衬背制成双金属轴承 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 69
§ 4 轴承合金三,铝基轴承合金（ 铝锑镁 ）
该合金为 wSb3.5%～ 5%,wMg0.3%～ 0.7%的铝合金,具有较高的疲劳极限,适用于制造高速,载荷不超过 20MPa,滑动速度不大于 10m／ s的工作条件下柴油机轴承 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 70
§ 4 轴承合金三,铝基轴承合金（ 高锡铝 ）
该合金为 wSn5%～ 40%,wCu0.8%～ 1.2%的铝合金,以 wSn17.5%～ 22.5%合金最常用 。 该合金具有较高的疲劳极限,良好的耐磨性,耐热性和耐蚀性,是应用最广泛的铝基轴承合金,适用于制造高速,重载下工作的轴承,如汽车,拖拉机,
内燃机轴承 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 71
§ 4 轴承合金轴承合金的牌号第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 72
课后作业：
P15 第 1题第 5题 ZL108,LY12,H62、
ZQSn6-6-3,ZChSnSb11-6
第 6题第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 73
1,简述纯铝及各类铝合金的牌号表示方法,性能特点及应用 。
2,简述纯铜及各类铜合金的牌号表示方法,性能特点及应用 。
3,试选用合适的材料制造内燃机的曲轴轴承及连杆轴承 。
4,试选用合适的材料制造音响用塑料外壳的模具 。
习 题
2009年 7月 19日星期日 1
Ch9 非铁金属及其合金
§ 1 铝及其合金
§ 2 铜及其合金
§ 3 钛及其合金
§ 4 轴承合金
§ 5 其它非铁合金第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 2
绪论除铁之外的其它金属称为非铁金属：
轻金属 ρ＜ 4.5g/cm3如 Al,Mg,K,Na,Ca等 。
重金属 ρ＞ 4.5g/cm3如 Cu,Zn,Ni,Sn,Pb,Co等 。
贵金属 Au,Ag,Pt,Rh（ 铑 ）,Cd（ 镉 ） 等 。
稀有金属 相对稀少或产量较少 Ti,W,V,Nb,Mo等。
放射性金属 如镭 （ Ra）,铀 （ U）,钍 （ Th） 等 。
半金属 介于金属与非金属之间的元素,如硅,锗,硼非铁金属具有许多黑色金属所不及的优良特性，是现代工业中不可缺少的材料。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 3
§ 1 铝及其合金一、工业纯铝（物理性能）
具有银白色金属光泽,密度 2.72g/cm3,熔点 660.4℃,具有 良好的导电和导热性,其导电性仅次于银和铜 。 纯铝在空气中易氧化,表面形成一层能阻止内层金属继续被氧化的致密的氧化膜,因此具有良好的 抗大气腐蚀性 能 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 4
§ 1 铝及其合金一、工业纯铝（工艺性能）
纯铝具有 面心立方 结构，具有极好的塑性和较低的强度 (纯度 99.99%时,σb45MPa,δ50%),良好的低温性能 (-235℃ 塑性和冲击韧度也不降低 )，冷变形加工可提高其强度，但塑性降低。
铸、压力加工、焊和切削加工性能具佳 。
工业纯铝中含有少量铁、硅等 杂质元素,杂质含量增加，其导电性、抗蚀性及塑性都降低。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 5
§ 1 铝及其合金一、工业纯铝（分类）
按纯度,高纯铝,工业高纯铝,工业纯铝高纯铝,有 L05～ L01五种,数字越大,纯度越高；
工业高纯铝,有 LG5～ LG1五种,数字越大,纯度越高；
工业纯铝,有 L1～ L7七种,数字越小,纯度越高 。
用途,工业纯铝的主要用途是配制铝合金,高纯铝主要用于科学试验和化学工业 。 纯铝还可用来制造导线,包覆材料,耐蚀和生活器皿等 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 6
§ 1 铝及其合金二、铝合金的分类铝中加入适量 Si,Cu,Mg,Zn,Mn等主加元素和 Cr、
Ti,Zr,B,Ni等辅加元素,组成铝合金,可提高强度并保持纯铝的特性 。
根据成分和生产工艺特点可将 铝合金分为两大类,
1) 形变铝合金
2) 铸造铝合金第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 7
§ 1 铝及其合金二、铝合金的分类形变铝合金,成分在 D点以左 的合金，加热至固溶线 DF以上温度得到均匀的单相 α 固溶体，塑性好，适于进行锻造、轧制等。
铸造铝合金,成分在 D点以右 的合金，存在共晶组织，塑性较差，
不宜压力加工，但流动性好，适宜铸造。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 8
§ 1 铝及其合金二、铝合金的分类 (形变铝合金 )
形变铝合金中,小于 F点的合金,固溶体成分不随温度而变化,不能通过热处理方法强化,
称为 不可热处理强化的铝合金 ；
成分在 F-D之间的合金,固溶体成分随温度变化,可通过热处理方法强化,称为 可热处理强化的铝合金 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 9
§ 1 铝及其合金三、铝合金的热处理 (退火、淬火和时效 )
1,退火
(1) 再结晶退火 再结晶温度以上保温一段时间后空冷,
用于消除变形工件的加工硬化,提高塑性,以便继续进行成形加工 。
(2) 低温退火 消除内应力,适当增加塑性,通常在
180～ 300℃ 保温 后空冷 。
(3) 均匀化退火 消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力,
提高塑性,通常在高温长时间保温后空冷 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 10
§ 1 铝及其合金三、铝合金的热处理 (退火、淬火和时效 )
2,淬火 （ 固溶处理 ）
将铝合金 加热到固溶线以上 保温后快冷,使第二相来不及析出,得到过饱和,
不稳定的单一 α 固溶体 。 淬火后铝合金的强度和硬度不高,具有很好的塑性 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 11
§ 1 铝及其合金三、铝合金的热处理 (退火、淬火和时效 )
3,时效将淬火后的铝合金,在室温或低温加热下保温一段时间,随时间延长其强度,硬度显著升高而塑性降低的现象,称为 时效 。 室温下进行的时效称为 自然时效 ；低温加热下进行的时效称为 人工时效 。 时效的实质,是第二相从过饱和,不稳定的单一 α 固溶体中析出和长大,由于第二相与母相 （ α 相 ） 的共格程度不同,使 母相产生晶格畸变而强化 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 12
§ 1 铝及其合金三、铝合金的热处理 (退火、淬火和时效 )
3,时效曲线 【 Al-4%Cu合金 】
自然时效 人工时效第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 13
§ 1 铝及其合金四、形变铝合金形变铝合金依据其性能特点可分为四种,
⑴ 防锈铝合金 LF
⑵ 硬铝合金 LY
⑶ 超硬铝合金 LC
⑷ 锻造铝合金 LD
其中防锈铝合金为不可热处理强化铝合金,
其它三种为可热处理强化铝合 金 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 14
§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (防锈铝合金 LF)
主要系列：
Al-Mn系,Al-Mg系主要性能：
具有很高的塑性,较低或中等的强度,优良的耐蚀性能和良好的焊接性能 。
使 用,防锈铝只能用冷变形来强化,一般在退火态或冷作硬化态使用 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 15
§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (防锈铝合金 LF)
常用 Al-Mn系,LF21,抗腐蚀性较好,常用来制造需弯曲、冷拉或冲压的零件，如管道、容器、
油箱等。
常用 Al-Mg系,F2,LF3,LF5,LF6等，有较高的疲劳性能和抗振性，强度高于 Al-Mn系合金，
但耐热性较差，广泛用于航空航天工业中，如制造油箱、管道、铆钉、飞机行李架等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 16
§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (硬铝合金 LY)
硬铝包括,Al-Cu-Mg系和 Al-Cu-Mn系两类常用 Al-Cu-Mg系分为：
低强度硬铝 (铆钉硬铝 )，如 LY1,LY3、
LY10等，强度较低，但有很高的塑性；
中强度硬铝 （标准硬铝），如 LY11；
高强度硬铝,如 LY12。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 17
§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (硬铝合金 LY)
硬铝包括,Al-Cu-Mg系和 Al-Cu-Mn系两类
Al-Cu-Mg系硬铝的性能,焊接性和耐蚀性较差，对于板材可包覆一层高纯铝，通常还要进行阳极氧化处理和表面涂装，为提高其耐蚀性一般采用自然时效。部分 Al-Cu-Mg系硬铝具有较高的耐热性，如 LY11,LY12,可在较高温度使用。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 18
§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (硬铝合金 LY)
硬铝包括,Al-Cu-Mg系和 Al-Cu-Mn系两类
Al-Cu-Mn系硬铝,为超耐热硬铝合金，具有较好的塑性和工艺性能，常用代号有 LY16、
LY17。
硬铝合金的用途,常制成板材和管材，主要用于飞机构件、蒙皮、螺旋桨、叶片等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 19
§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (超硬铝合金 LC)
Al-Zn-Mg-Cu系合金,强度最高,常用 LC4,LC9
等；具有良好的热塑性,但疲劳性能较差,耐热性和耐蚀性也不高；表面通常包覆 wZn=1%的铝锌合金,零构件也要进行阳极化防腐蚀处理；
一般采用淬火加人工时效的热处理强化工艺；
用于工作温度较低,受力较大的结构件,如飞机蒙皮,壁板,大梁,起落架部件等 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 20
§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (锻造铝合金 LD)
Al-Cu-Mg-Si系和 Al-Cu-Mg-Fe-Ni系两类；
Al-Cu-Mg-Si系,热塑性好,可用锻压方法来制造形状较复杂的零件；一般在淬火加人工时效后使用；常用 LD2,LD5,LD6,LD10等；主要制造要求中等强度,高塑性和耐热性的锻件,模锻件,如各种叶轮,导风轮,接头,框架等 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 21
§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (锻铝合金 LD)
Al-Cu-Mg-Si系和 Al-Cu-Mg-Fe-Ni系两类；
Al-Cu-Mg-Fe-Ni系：
常用代号有 LD7,LD8,LD9等，此类合金耐热性较好，主要用于 250℃ 温度下工作的零件，
如叶片、超音速飞机蒙皮等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 22
§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (牌号 )
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 23
§ 1 铝及其合金四、形变铝合金 (牌号 )
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 24
§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金铸造铝合金,
Al-Si系,Al-Cu系,Al-Mg系,Al-Zn系代 号,ZL1,ZL2,ZL3,ZL4加两位数字的顺序号表示；若为铸锭,则在 ZL后加 D； 若为优质,则在代号后加 A； 需表示状态时,在合金代号后用短横线连接状态代号；铸造方法代号不写入合金代号中 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 25
§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (1.Al-Si系 )
Al-Si(11-13%)系 铸造铝合金 俗称硅铝明,
铸造铝合金的铸造性能好,密度小,具有优良的耐蚀性,耐热性和焊接性；用于制造形状复杂但强度要求不高的铸件,如飞机,仪表壳体等；
制造低,中强度的形状复杂的铸件,如电机壳体,
气缸体,风机叶片,发动机活塞等 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 26
§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (1.Al-Si系相图 )
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 27
§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (1.Al-Si系 )
ZL102变质前,σ b＝ 140MPaδ ＝ 3％
后,σ s＝ 180MPa δ ＝ 8％
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 28
§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (2.Al-Cu系 )
Al-Cu系 铸造铝合金 有较高的强度,耐热性,
但密度大,耐蚀性差,铸造性能不好,常用代号有 ZL201,ZL202,ZL203等,主要用于制造较高温度下工作的要求高强度的零件,如内燃机气缸头,增压器导风叶轮等 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 29
§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (3.Al-Mg系 )
Al-Mg系铸造铝合金,耐蚀性好,强度高,密度小,但铸造性能差,耐热性低 。 常用代号有
ZL301,ZL303等,主要用于制造在腐蚀介质下工作的承受一定冲击载荷的形状较为简单的零件,如舰船配件,氨用泵体等 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 30
§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (4.Al-Zn系 )
Al-Zn系铸造铝合金,Al-Zn系 铸造铝合金铸造性能好,强度较高,但密度大,耐蚀性较差 。 常用代号有 ZL401,ZL402等,
主要用于制造受力较小,形状复杂的汽车,
飞机,仪器零件 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 31
§ 1 铝及其合金五、铸造铝合金 (牌号 )
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 32
§ 2 铜及其合金一、纯铜（ 1）
纯铜又称紫铜,密度为 8.96g/cm3,熔点为
1083.4℃,具有优良的导电性和导热性,其导电性仅次于银 。 纯铜在大气,淡水中具有良好的耐蚀性,但在海水中较差 。 纯铜具有面心立方结构,无同素异构转变,无磁性 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 33
§ 2 铜及其合金一、纯铜（ 2）
σ b=200~250MPa,HB:40~50HBS,塑性 δ 45%~50%；
冷变形后，其强度可达 400~500MPa,硬度提高到
100~200HBS,但伸长率下降到 5%以下；
退火处理可消除铜的加工硬化；纯铜还具有优良的焊接性能；工业纯铜产品的代号为 T1(wCu>99.95%)、
T2(wCu>99.9%),T3(wCu>99.7%),主要用于配制铜合金，
制作导电、导 热材料及耐蚀器件等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 34
§ 2 铜及其合金二、黄铜（ 1.普通黄铜）
普通黄铜,Cu-Zn二元合金，产品代号 H＋ Cu％,如 H68表示含
Cu68%的铜锌合金 。
单相黄铜,wZn<39%称为，强度低、塑性好，冷塑性加工成板材、
线材、管材等，常用 H68,H70,H80,主要用作弹壳和精密仪器；
两相黄铜,wZn39~45%，热塑性好，一般热轧成棒材、板材，常用
H59,H62等，主要用作水管、油管、散热器、螺钉。普通黄铜具有良好的耐蚀性，但冷加工后的黄铜在海水、湿气、氨的环境中容易产生应力腐蚀开裂，应进行去应力退火。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 35
§ 2 铜及其合金二、黄铜（ 2.特殊黄铜 ）
特殊黄铜,普通黄铜中加入 Al,Si,Pb,Sn,Mn,Fe、
Ni等，称为 铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜 等。
合金元素能提高合金的强度,Al,Sn,Mn,Ni能提高耐蚀性和耐磨性,Mn提高耐热性,Si改善铸造性能,Pb
改善切削性能。其 表示方法 为,H＋ 主加元素符号 ＋ 铜及各合金元素的平均质量分数（ w× 100）,如 HPb59-1
表示含 wCu59%,wPb1%铅黄铜 。 常用代号有 HPb59-1、
HSn90-1等，主要用于制造冷凝管、齿轮、螺旋桨、钟表零件等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 36
§ 2 铜及其合金二、黄铜（ 3.铸造黄铜 ）
牌号表示,Z＋ 铜元素化学符号＋主加元素的化学符号及平均质量分数（ w× 100）＋
其它元素的化学符号及平均质量分数
（ w× 100）,如 ZCuZn38表示 wZn38%,余量为铜的铸造普通黄铜。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 37
§ 2 铜及其合金二、黄铜（ 相图含 Zn量与力学性能的关系 ）
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 38
§ 2 铜及其合金二、黄铜（牌号 ）
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 39
§ 2 铜及其合金三、青铜青铜,除 Zn以外，所有 Cu合金的总称。
根据所加主要合金元素 Sn,Al,Be,Si,Pb等，青铜分为 锡青铜,铝青铜,铍青铜,硅青铜,铅青铜 等。
代号,Q+主加元素符号及平均质量分数 (w× 100)＋ 其它元素平均质量分数 (w× 100)表示，如 QSn4-3表示含
wSn4%,wZn3%的锡青铜 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 40
§ 2 铜及其合金三、青铜（ 1.锡青铜 ）
锡青铜的性能受锡含量的显著影响：
wSn<5%的锡青铜塑性好，适于进行冷变形加工；
wSn=5%～ 7%的锡青铜热塑性好，适于进行热加工；
wSn=10%～ 14%的锡青铜塑性较低，适于作铸造合金。锡青铜的铸造流动性差，易形成分散 缩孔，铸件致密度低，
但合金体积收缩率小，适于铸造外形及尺寸要求精确的铸件。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 41
§ 2 铜及其合金三、青铜（ 1.锡青铜性能 ）
锡青铜的性能,良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低温韧性，在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在亚硫酸钠、酸和氨水中的耐蚀性较差。
常用锡青铜,QSn4-3,QSn6.5-0.4,ZCuSn10Pb1等，
主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件，
如弹簧、轴承、齿轮、蜗轮、垫圈等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 42
§ 2 铜及其合金三、青铜（ Cu-Sn合金相图 ）
力学性能的关系第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 43
§ 2 铜及其合金三、青铜（ 2.铝青铜 ）
铝青铜的性能,强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，是无锡青铜中应用最广的一种。
常用铝青铜,低铝和高铝两种。低铝青铜如 QAl5、
QAl7等，具有一定的强度，较高的塑性和耐蚀性，一般在压力加工状态使用，主要用于制造高耐蚀弹性元件；
高铝青铜如 QAl9-4,QAl10-4-4等，具有较高的强度、
耐磨性、耐蚀性，主要用于制造齿轮、轴承、摩擦片、
蜗轮、螺旋桨等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 44
§ 2 铜及其合金三、青铜（ 2.铝青铜相图 ）
力学性能的影响第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 45
§ 2 铜及其合金三、青铜（ 3.鈹青铜）
铜合金 性能最好 的一种铜合金，唯一可固溶强化的铜合金；具有很高的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性，良好的导电、导热性，无磁性、受冲击时不产生火花，还具有良好的冷、热加工和铸造性能；
常用代号 QBe2,QBe1.9等；
用于 制造重要的精密弹簧、膜片等弹性元件，高速、
高温、高压下工作的轴承等耐磨零件，防爆工具等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 46
§ 2 铜及其合金三、青铜（牌号）
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 47
§ 3 钛及其合金一、纯钛（性能 ）
Ti,4.507 g/cm3,Tm,1688℃ 。具有同素异构转变,≤882.5℃ 为密排六方结构的 α 相,≥882.5℃ 体心立方结构的 β 相。
纯钛的强度低，但比强度高，塑性好，低温韧性好，
耐蚀性很高。钛具有良好的压力加工工艺性能，切削性能较差。钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加热和焊接时应采用氩气保护。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 48
§ 3 钛及其合金一、纯钛（分类－用途 ）
根据 杂质含量,钛分为高纯钛（纯度达 99.9%）和工业纯钛（纯度达 99.5%）。工业纯钛有三个牌号，分别用
TA＋ 顺序号数字 1,2,3表示，数字越大，纯度越低。
杂质含量对钛的性能影响很大，少量杂质可显著提高钛的强度，故工业纯钛强度较高，接近高强铝合金的水平，主要用于制造 350℃ 以下温度工作的石油化工用热交换器、反应器、船舰零件、飞机蒙皮等。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 49
§ 3 钛及其合金一、纯钛（杂质对性能的影响 ）
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 50
§ 3 钛及其合金二、钛合金在纯钛中加入 Al,Mo,Cr,Sn,Mn,V等合金元素形成钛合金，按退火组织可分为：
α 型
β 型
（ α ＋ β ） 型 钛合金分别用 TA,TB,TC加顺序号表示。工业纯钛的室温组织为 α 相，因此牌号划入 α 型 钛合金的 TA序列。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 51
§ 3 钛及其合金二、钛合金（ 1.α 型 钛合金 ）
性能,室温强度低,高温强度高；具有良好的抗氧化性,
焊接性和耐蚀性,不可热处理强化,退火态使用；
牌号,TA4,TA5,TA6,TA7,TA8等,常用的有 TA5、
TA7等,以 TA7最常用 。 TA7还具有优良的低温性能；
用途,用于制造 500℃ 以下温度工作的火箭,飞船的低温高压容器,航空发动机压气机叶片和管道,导弹燃料缸等 。 TA5主要用于制造船舰零件 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 52
§ 3 钛及其合金二、钛合金（ 2.β 型钛合金 ）
牌号,有 TB21,TB2两个,可热处理强化,实际应用的为 TB2。
性能,合金的强度高,焊接性好 。 热稳定性差 。
用途,用于制造 350℃ 以下温度工作的飞机压气机叶片,弹簧,紧固件等 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 53
§ 3 钛及其合金二、钛合金【 3.(α ＋ β )型钛合金】
性能,具有 α 型和 β 型钛合金的优点,但焊接性能不如
α 型钛合金,可通过热处理来强化 。
牌号,TC1~TC11,常用的有 TC3,TC4,TC6,TC10等,
以 TC4最常用 。
用途,制造 400℃ 以下工作的航空发动机压气机叶片,
火箭发动机外壳,火箭和导弹的液氢燃料箱部件,船舰耐压壳体等 。 TC10是在 TC4基础上发展起来的,具有更高的强度和耐热性 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 54
§ 3 钛及其合金二、钛合金 （ Ti合金的发展）
一般,最高使用温度为 500℃ 。
中国,Ti-Al-Sn-Mo-Si-Nd系，使用温度达 550℃ 。
英美,的 Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-1Nb-0.3Mo-0.5Si合金和 Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Nb-0.45Si合金，
使用温度可达 600℃ 。
最高,以钛铝金属间化合物为基的 Ti3Al基高温钛合金和 TiAl基高温钛合金，使用温度将可达
700℃ 以上。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 55
§ 3 钛及其合金二、钛合金 （ 牌号）
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 56
其它非铁合金
Ⅰ,镁及其合金纯镁,ρ1.74 g/cm3,Tm651℃,密排六方结构 。 纯镁强度不高,室温塑性较低,耐蚀性较差,易氧化 。 工业纯镁代号用 M＋ 顺序号表示 。 纯镁主要用于配制镁合金和其它合金,还可用作化工与冶金的还原剂 。
镁合金,纯镁中加入 Al,Zn,Mn,Zr及稀土等元素,
制成镁合金 。 主要有 Mg-Mn系,Mg-Al-Zn 系,Mg-Zn-Zr
系 和 Mg-Re-Zr系等合金系 。 它们分为变形镁合金和铸造镁合金两大类 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 57
其它非铁合金
Ⅰ,镁及其合金第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 58
其它非铁合金
Ⅰ,镁及其合金（ 1.变形镁合金 ）
代号,MB＋ 顺序号表示。 MB1,MB8为 Mg-Mn系合金，具有良好的耐蚀性和焊接性，使用温度不超过 150℃ 。主要用于制作飞机蒙皮、壁板及宇航结构件。
Mg-Li系合金是一种新型的镁合金，它密度小，强度高，
塑性、韧性好，焊接性好，缺口敏感性低，在航空、
航天工业中具有良好的应用前景。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 59
其它非铁合金
Ⅰ,镁及其合金（ 2.铸造镁合金 ）
代号,ZM＋ 顺序号表示 。 Mg-Al-Zn系的 ZM5和 Mg-Zn-Zr
系的 ZM1,ZM2,ZM7,ZM8具有较高的强度,良好的塑性和铸造工艺性能,但耐热性较差,主要用于制造 150℃
以下温度工作的飞机,导弹,发动机中承受较高载荷的结构件或壳体 。 Mg-Re-Zr的 ZM3,ZM4和 ZM6具有良好的铸造性能,常温强度和塑性较低,但耐热性较高,主要用于 制造 250℃ 以下温度工作的高气密零件 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 60
其它非铁合金
Ⅱ,锌及其合金纯锌,密度 7.1g/cm3,熔点 419℃,具有一定的强度和较好的耐蚀性,用于配制各种合金和钢板表面镀锌 。
锌合金：
1,变形锌合金 Zn-Al合金 （ 如 ZnAl4-1,ZnAl10-5） 和
Zn-Cu合金 （ 如 ZnCu1,ZnCu1.5） 两类 。 常用于制造各类挤压件,轴承和日用五金等 。
2,铸造锌合金 铸造锌合金可分为压铸锌合金,高强度锌合金,模具用锌合金等 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 61
§ 4 轴承合金轴承合金轴承合金,制造滑动轴承中轴瓦及内衬 。 按主要化学成分可分为 锡基,铅基,铝基,铜基,铁基 等轴承合金 。
性能要求：
1.足够的强度和硬度
2.塑性和韧性好
3.与轴之间有良好的磨合能力及较小的摩擦系数
4.良好的导热性和抗蚀性
5.良好的工艺性、价格低廉第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 62
§ 4 轴承合金轴承合金 （ 耐磨机理）
软基体＋硬质点,硬质点起支撑作用 。
硬基体＋软质点,承载能力大,磨合能力差 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 63
§ 4 轴承合金一、锡基和铅基轴承合金 (表示方法 )
锡基和铅基轴承合金又称为 巴氏合金,其代号用 ZCh
＋ 基本元素符号 （ Sn或 Pb） ＋ 主加元素符号＋主加及辅加元素的平均质量分数 （ w× 100） 表示 。 如 ZChSnSb11-
6表示含 wSb11%,wCu6%,余量为锡的锡基轴承合金,
ZChPbSb16-16-2表示含 wSb16%,wSn16%,wCu2%,余量为铅的铅基轴承合金 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 64
§ 4 轴承合金一、锡基和铅基轴承合金 (耐磨机理 )
锡基和铅基轴承合金都属于 软基体加硬质点 型的合金,熔点都较低 。 由于它们的强度都较低,
因此生产上常采用离心浇注法,将它们镶铸在低碳钢轴瓦 （ 常用 08钢 ） 上,形成一层薄而均匀的内衬,以提高承载能力及使用寿命 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 65
§ 4 轴承合金一、锡基和铅基轴承合金（锡基）
锡基轴承合金是以 Sn为主并加入少量 Sb,Cu等元素组成的合金,它 具有较高的耐磨性,导热性,
嵌藏性和耐蚀性,浇注性好,摩擦系数小,但疲劳极限较低,工作温度不超过 150℃,价格高 。
广泛应用于重型动力机械,如汽车发动机,气体压缩机,涡轮机,内燃机的轴承和轴瓦 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 66
§ 4 轴承合金一、锡基和铅基轴承合金（铅基）
铅基轴承合金的硬度,强度,韧性,导热性,
耐蚀性都比锡基轴承合金低,但摩擦系数较大,
高温强度较好,价格较便宜 。
广泛用于制造承受低,中载荷的轴承,如汽车,
拖拉机曲轴,连杆轴承 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 67
§ 4 轴承合金二,铜基轴承合金常用铜基轴承合金 ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5
等锡青铜和 ZCuPb30等铅青铜 。 前者适于制造中速,中载下工作的轴承,如电动机,泵上的轴承；
后者适于制造高速,重载下工作的轴承,如高速柴油机,汽轮机上的轴承 。 因铜基轴承合金价格较高,有被新型滑动轴承合金取代的趋势 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 68
§ 4 轴承合金三,铝基轴承合金铝基轴承合金的密度小,导热性好,耐磨性和疲劳极限高,价格便宜,但膨胀系数较大,抗咬合性低于巴氏合金 。 目前广泛使用的铝基轴承合金有 铝锑镁轴承合金 和 高锡铝轴承合金 两种,
常与 08钢作衬背制成双金属轴承 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 69
§ 4 轴承合金三,铝基轴承合金（ 铝锑镁 ）
该合金为 wSb3.5%～ 5%,wMg0.3%～ 0.7%的铝合金,具有较高的疲劳极限,适用于制造高速,载荷不超过 20MPa,滑动速度不大于 10m／ s的工作条件下柴油机轴承 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 70
§ 4 轴承合金三,铝基轴承合金（ 高锡铝 ）
该合金为 wSn5%～ 40%,wCu0.8%～ 1.2%的铝合金,以 wSn17.5%～ 22.5%合金最常用 。 该合金具有较高的疲劳极限,良好的耐磨性,耐热性和耐蚀性,是应用最广泛的铝基轴承合金,适用于制造高速,重载下工作的轴承,如汽车,拖拉机,
内燃机轴承 。
第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 71
§ 4 轴承合金轴承合金的牌号第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 72
课后作业：
P15 第 1题第 5题 ZL108,LY12,H62、
ZQSn6-6-3,ZChSnSb11-6
第 6题第九章 非铁及其合金
2009年 7月 19日星期日 73
1,简述纯铝及各类铝合金的牌号表示方法,性能特点及应用 。
2,简述纯铜及各类铜合金的牌号表示方法,性能特点及应用 。
3,试选用合适的材料制造内燃机的曲轴轴承及连杆轴承 。
4,试选用合适的材料制造音响用塑料外壳的模具 。
习 题
