3.1 碳钢
3.2 合金钢
3.3 铸钢与铸铁
3.4 有色金属及其合金第 3章 金属材料 b
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 轴 承 合 金
3.4 有色金属及其合金
3.4.1 铝及铝合金
1,纯铝
2,铝合金熔点 660℃,密度 2.7g/cm3，比强度高。
导电导热性好，耐大气腐蚀。
切削性好，塑性好、可冷成 型 。
铸 Al合金的铸造性能好。
Al及 Al合金的特点工业纯铝 —— L1 ～ L5,做散热器、器皿等。
力学性能
σb = 80~100 MPa
δ= 30~50 %
1．纯铝
2．铝合金
（ 1）分类和强化分类 —— 变形铝合金、铸造铝合金强化方法固溶、冷变形、时效强化，
变质处理。
-CuAl2
时效强化 —— 淬火后合金强硬度随时间延长而显著升高时效工艺固溶处理 （水冷淬火） → 过饱和固溶体时效过程 —— 过饱和固溶体分解，析出强化相 。
自然时效 —— 在室温长时间停留，如，数天。
人工时效 —— 加热至 100~200℃,保温一定时间。
时效效果 —— 时效温度高，则速度快，但强化效果小。
合金类别 代号主 要 化 学 成 分,%
热处理机械性能
Cu Mg Mn 其它 σbMPa?% HB
防锈铝
LF5 4.5~5.5 0.3~0.6
退火
270 23 70
LF11 4.8~5.5 0.3~0.6 V 0.02~0.2 270 23 70
LF21 1.0~1.6 130 23 30
硬铝
LY1 2.2~3.0 0.2~0.5
固溶处理
+
自然时效
300 24 70
LY11 3.8~4.8 0.4~0.8 0.4~0.8 420 18 100
LY12 3.8~4.9 1.2~1.8 0.3~0.9 480 11 131
超硬铝
LC4 1.4~2.0 1.8~2.8 0.2~0.6 Zn 5.0~7.0
固溶处理
+
人工时效
600 12 150
LC6 2.2~2.8 2.5~3.2 0.2~.5 Zn 7.6~8.6 680 7 190
锻铝
LD5 1.8~2.6 0.4~0.8 0.4~0.8 Si 0.7~1.2 420 13 105
LD7 1.9~2.5 1.4~1.8 Ni 1~1.5 Fe 1.0~1.5 440 13 120
LD10 3.9~4.8 0.4~0..8 0.4~1.0 Si 0.5~1.2 480 10 135
（２）变形铝合金防锈铝 —— 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。
合金 代号主 要 化 学 成 分,% 机 械 性 能
Si Cu Mg 铸造方法 热处 理?bMPa?% HB
铝硅
ZL101 6.0~8.0 0.2~0.4 SB T6 230 1 70
ZL102 10~13 SBJ T2T2 143153 42 5050
ZL110 4.0~6.0 5.0~8.0 0.2~0.5 J T1 170 － 90
铝铜 ZL203 4.0~5.0 J T4 210 6 60
铝镁 ZL301 9.5~11.5 S 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；
T4——淬火 +自然时效； T6——淬火 +人工时效
（ 3）铸造铝合金
Al-Si 合金 （硅铝明） —— 铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）。
变质后，共晶体（细点状 Si + α基体 ） + 初晶 α
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
ZL102的铸态组织，未变质,× 500变质处理 后,× 100
铸造铝合金的应用
3.4.2 铜及铜合金
1,纯铜
2,铜合金熔点 1083℃,密度 8.9g/cm3 。
导电导热性仅次于 Ag。
耐大气、水腐蚀。
切削性好，塑性好，可冷、热成形。
铸 Cu合金的铸造性能好。
Cu及 Cu合金的特点
1．纯铜 —— 紫铜（紫红色）
工业纯铜 —— T1 ~ T4,做电导体。
力学性能
σb = 230~250 MPa
δ= 40~50 %
纯铜管
2．铜合金
（１）黄 铜 —— Cu-Zn系合金普通黄铜 —— Cu-Zn合金单相黄铜 —— 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
38% Zn 。
组织代号化学成分,% 机械性能
Cu Zn 加工状态?bMPa?% HB
H96 95~97 余量 退火 250 35 －
H80 79~81 余量 退火 270 50 －
H68 67~70 余量 退火 300 40 －
H59 57~60 余量 退火变形 300420 255 －103
牌号、性能
(a) 单相黄铜 α
Cu-Zn合金的显微组织
(b) 双相黄铜 α+β’
复杂黄铜 —— 改善 Cu-Zn合金的耐蚀性、机械性能。
组 别 代 号主要化学成分,% 机械性能 (变形 )
Cu 其它?bMPa?% HB
Pb黄铜 HPb 63-3HPb 60-1 62.0~65.059.0~61.0 Pb 2.4~3.0Pb 0.6~1.0 600610 54 －－
Sn黄铜 HSn 90-1HSn 62-1 88.0~91.061.0~63.0 Sn 0.25~0.75Sn 0.7~1.1 520700 54 148－
Al黄铜 HAl 77-2 76.0~79.0 Al 1.8~2.6 650 12 170
Si黄铜 HSi 65-1.5-3 63.5~66.5 Si 1.0~2.0Pb 2.5~3.5 600 8 160
Mn黄铜
Fe黄铜
HMn 58-2
HFe 59-1-1
57.0~60.0
57.0~60.0
Mn 1.0~1.2
Fe 0.6~1.2
700
700
10
10
175
160
Ni黄铜 HNi 65-5 64.0~67.0 Ni 5.0~6.5 700 4 －
黄铜制品
（ 2）青铜 —— Cu-Sn,Cu-Al,Cu-Be系等合金 。
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）白铜 —— Cu-Ni 系合金如,B19,含 19%Ni 的普通白铜，做船舶仪器零件等。
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（ 体心立方）。
牌号 —— 工业纯钛 TA1～ TA3
钛飞船
2,钛合金
TC4 时效后的组织：
块状 α ＋ β 基体 ＋针状 α
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 合金可时效强化,TC4（ Ti-6Al-4V）
热处理退火 —— 650～ 850℃ （再结晶）
450～ 650℃ （去应力）
淬火 + 时效处理
3.4.4 轴承合金滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料工作条件 —— 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。
轴瓦
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 ）
Pb基轴承合金
ZChPbSb16-16-2
(α＋ β)共晶软基体 + 硬质点 ZChSnSb11-6的组织,× 100
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。
小结重点要求熟悉 常用 Al,Cu合金 的牌号、成份、热处理工艺、组织、及其应用,
LF5,LY11,LC4,ZL102
H80,H62,QSn6.5-0.1,QAl9-4,QBe2
一般要求了解 Sn基轴承合金 ZChSnSb11-6,Ti合金。
作 业 3c 有色金属 week13,Nov 25
1,说出下列材料常用的强化方法,H70； 45钢 ； HT350； LY12 ； ZL102 。
2,指出下列材料牌号或代号的含义：
H59； ZQSn10； QBe2； ZChSnSb11-6； LF21； LC6； ZL102 。
3,试述下列零件进行时效处理的作用：
a,形状复杂的大型铸件在 500～ 600℃ 进行时效处理；
b,铝合金件淬火后于 140℃ 进行时效处理；
c,GCr15钢制造的高精度丝杠于 150℃ 进行时效处理。
作业 3b 参考答案 P 21-22
2,13) 灰口铸铁中 C主要以 （ ）形式存在，可制造（ ）。石墨 床身、导轨
14) 可锻 铸铁 中 G的形态为 （ ），可制造（ ）。团絮状 管接头、阀门
15) 球墨 铸铁 中 G的形态为 （ ），可制造（ ）。球状 曲轴、连杆
16) 蠕墨 铸铁 中 G的形态为 （ ），可制造（ ）。蠕虫状
17) 影响石墨化的主要因素 是（ ）和（ ） 。化学成分 冷却速度热交换器
18) 球墨 铸铁 的强度、塑韧性均较普通 灰口 铸铁高,是因为
（ ） 。其球状 G的应力集中效应小
19) HT200牌号中,HT”表示 （ ）,,200” 表示（
）。
灰铸铁?b≥200MPa
20) 生产球墨铸铁选用 （ ）作球化剂。稀土 Mg
作业 3b 参考答案 P 21-22
3,8) 灰口 铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态 。（ ）No
9) 可锻 铸铁在高温时可以进行锻造 加工 。（ ）No
10) 石墨化的第三阶段不易进行 。（ ）Yes
11) 可以通过球化退火使普通灰口铸铁变成 球墨 铸铁 。（ ）No
12) 球墨 铸铁可通过调质处理和等温淬火 工艺提高其机械性能 。（ ）Yes
of 3.4 (3b) & Chapter 3
3.2 合金钢
3.3 铸钢与铸铁
3.4 有色金属及其合金第 3章 金属材料 b
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 轴 承 合 金
3.4 有色金属及其合金
3.4.1 铝及铝合金
1,纯铝
2,铝合金熔点 660℃,密度 2.7g/cm3，比强度高。
导电导热性好，耐大气腐蚀。
切削性好，塑性好、可冷成 型 。
铸 Al合金的铸造性能好。
Al及 Al合金的特点工业纯铝 —— L1 ～ L5,做散热器、器皿等。
力学性能
σb = 80~100 MPa
δ= 30~50 %
1．纯铝
2．铝合金
（ 1）分类和强化分类 —— 变形铝合金、铸造铝合金强化方法固溶、冷变形、时效强化，
变质处理。
-CuAl2
时效强化 —— 淬火后合金强硬度随时间延长而显著升高时效工艺固溶处理 （水冷淬火） → 过饱和固溶体时效过程 —— 过饱和固溶体分解，析出强化相 。
自然时效 —— 在室温长时间停留，如，数天。
人工时效 —— 加热至 100~200℃,保温一定时间。
时效效果 —— 时效温度高，则速度快，但强化效果小。
合金类别 代号主 要 化 学 成 分,%
热处理机械性能
Cu Mg Mn 其它 σbMPa?% HB
防锈铝
LF5 4.5~5.5 0.3~0.6
退火
270 23 70
LF11 4.8~5.5 0.3~0.6 V 0.02~0.2 270 23 70
LF21 1.0~1.6 130 23 30
硬铝
LY1 2.2~3.0 0.2~0.5
固溶处理
+
自然时效
300 24 70
LY11 3.8~4.8 0.4~0.8 0.4~0.8 420 18 100
LY12 3.8~4.9 1.2~1.8 0.3~0.9 480 11 131
超硬铝
LC4 1.4~2.0 1.8~2.8 0.2~0.6 Zn 5.0~7.0
固溶处理
+
人工时效
600 12 150
LC6 2.2~2.8 2.5~3.2 0.2~.5 Zn 7.6~8.6 680 7 190
锻铝
LD5 1.8~2.6 0.4~0.8 0.4~0.8 Si 0.7~1.2 420 13 105
LD7 1.9~2.5 1.4~1.8 Ni 1~1.5 Fe 1.0~1.5 440 13 120
LD10 3.9~4.8 0.4~0..8 0.4~1.0 Si 0.5~1.2 480 10 135
（２）变形铝合金防锈铝 —— 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。
合金 代号主 要 化 学 成 分,% 机 械 性 能
Si Cu Mg 铸造方法 热处 理?bMPa?% HB
铝硅
ZL101 6.0~8.0 0.2~0.4 SB T6 230 1 70
ZL102 10~13 SBJ T2T2 143153 42 5050
ZL110 4.0~6.0 5.0~8.0 0.2~0.5 J T1 170 － 90
铝铜 ZL203 4.0~5.0 J T4 210 6 60
铝镁 ZL301 9.5~11.5 S 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；
T4——淬火 +自然时效； T6——淬火 +人工时效
（ 3）铸造铝合金
Al-Si 合金 （硅铝明） —— 铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）。
变质后，共晶体（细点状 Si + α基体 ） + 初晶 α
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
ZL102的铸态组织，未变质,× 500变质处理 后,× 100
铸造铝合金的应用
3.4.2 铜及铜合金
1,纯铜
2,铜合金熔点 1083℃,密度 8.9g/cm3 。
导电导热性仅次于 Ag。
耐大气、水腐蚀。
切削性好，塑性好，可冷、热成形。
铸 Cu合金的铸造性能好。
Cu及 Cu合金的特点
1．纯铜 —— 紫铜（紫红色）
工业纯铜 —— T1 ~ T4,做电导体。
力学性能
σb = 230~250 MPa
δ= 40~50 %
纯铜管
2．铜合金
（１）黄 铜 —— Cu-Zn系合金普通黄铜 —— Cu-Zn合金单相黄铜 —— 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
38% Zn 。
组织代号化学成分,% 机械性能
Cu Zn 加工状态?bMPa?% HB
H96 95~97 余量 退火 250 35 －
H80 79~81 余量 退火 270 50 －
H68 67~70 余量 退火 300 40 －
H59 57~60 余量 退火变形 300420 255 －103
牌号、性能
(a) 单相黄铜 α
Cu-Zn合金的显微组织
(b) 双相黄铜 α+β’
复杂黄铜 —— 改善 Cu-Zn合金的耐蚀性、机械性能。
组 别 代 号主要化学成分,% 机械性能 (变形 )
Cu 其它?bMPa?% HB
Pb黄铜 HPb 63-3HPb 60-1 62.0~65.059.0~61.0 Pb 2.4~3.0Pb 0.6~1.0 600610 54 －－
Sn黄铜 HSn 90-1HSn 62-1 88.0~91.061.0~63.0 Sn 0.25~0.75Sn 0.7~1.1 520700 54 148－
Al黄铜 HAl 77-2 76.0~79.0 Al 1.8~2.6 650 12 170
Si黄铜 HSi 65-1.5-3 63.5~66.5 Si 1.0~2.0Pb 2.5~3.5 600 8 160
Mn黄铜
Fe黄铜
HMn 58-2
HFe 59-1-1
57.0~60.0
57.0~60.0
Mn 1.0~1.2
Fe 0.6~1.2
700
700
10
10
175
160
Ni黄铜 HNi 65-5 64.0~67.0 Ni 5.0~6.5 700 4 －
黄铜制品
（ 2）青铜 —— Cu-Sn,Cu-Al,Cu-Be系等合金 。
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）白铜 —— Cu-Ni 系合金如,B19,含 19%Ni 的普通白铜，做船舶仪器零件等。
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（ 体心立方）。
牌号 —— 工业纯钛 TA1～ TA3
钛飞船
2,钛合金
TC4 时效后的组织：
块状 α ＋ β 基体 ＋针状 α
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 合金可时效强化,TC4（ Ti-6Al-4V）
热处理退火 —— 650～ 850℃ （再结晶）
450～ 650℃ （去应力）
淬火 + 时效处理
3.4.4 轴承合金滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料工作条件 —— 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。
轴瓦
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 ）
Pb基轴承合金
ZChPbSb16-16-2
(α＋ β)共晶软基体 + 硬质点 ZChSnSb11-6的组织,× 100
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。
小结重点要求熟悉 常用 Al,Cu合金 的牌号、成份、热处理工艺、组织、及其应用,
LF5,LY11,LC4,ZL102
H80,H62,QSn6.5-0.1,QAl9-4,QBe2
一般要求了解 Sn基轴承合金 ZChSnSb11-6,Ti合金。
作 业 3c 有色金属 week13,Nov 25
1,说出下列材料常用的强化方法,H70； 45钢 ； HT350； LY12 ； ZL102 。
2,指出下列材料牌号或代号的含义：
H59； ZQSn10； QBe2； ZChSnSb11-6； LF21； LC6； ZL102 。
3,试述下列零件进行时效处理的作用：
a,形状复杂的大型铸件在 500～ 600℃ 进行时效处理；
b,铝合金件淬火后于 140℃ 进行时效处理；
c,GCr15钢制造的高精度丝杠于 150℃ 进行时效处理。
作业 3b 参考答案 P 21-22
2,13) 灰口铸铁中 C主要以 （ ）形式存在，可制造（ ）。石墨 床身、导轨
14) 可锻 铸铁 中 G的形态为 （ ），可制造（ ）。团絮状 管接头、阀门
15) 球墨 铸铁 中 G的形态为 （ ），可制造（ ）。球状 曲轴、连杆
16) 蠕墨 铸铁 中 G的形态为 （ ），可制造（ ）。蠕虫状
17) 影响石墨化的主要因素 是（ ）和（ ） 。化学成分 冷却速度热交换器
18) 球墨 铸铁 的强度、塑韧性均较普通 灰口 铸铁高,是因为
（ ） 。其球状 G的应力集中效应小
19) HT200牌号中,HT”表示 （ ）,,200” 表示（
）。
灰铸铁?b≥200MPa
20) 生产球墨铸铁选用 （ ）作球化剂。稀土 Mg
作业 3b 参考答案 P 21-22
3,8) 灰口 铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态 。（ ）No
9) 可锻 铸铁在高温时可以进行锻造 加工 。（ ）No
10) 石墨化的第三阶段不易进行 。（ ）Yes
11) 可以通过球化退火使普通灰口铸铁变成 球墨 铸铁 。（ ）No
12) 球墨 铸铁可通过调质处理和等温淬火 工艺提高其机械性能 。（ ）Yes
of 3.4 (3b) & Chapter 3
