第十章 有色金属及合金
Non-Ferrous Metal
在工业生产中, 通常把钢铁材料称为黑色金属, 而把其它的金属材料
称为有色金属 。
与钢铁等黑色金属材料相比, 有色金属具有许多优良的特性, 是现代
工业中不可缺少的材料, 在国民经济中占有十分重要的地位 。 例如, 铝,
镁, 钛等具有相对密度小, 比强度高的特点, 因而广泛应用于航空, 航天,
汽车, 船舶等行业；银, 铜, 铝等具有优良导电性和导热性的材料广泛应
用于电器工业和仪表工业；铀, 钨, 钼, 镭, 钍, 铍等是原子能工业所必
需的材料, 等等 。
第一节 铝及其合金
Aluminum ＆ Aluminum alloy
一, 纯铝
纯铝是一种银白色的轻金属, 熔点为 660℃, 具有面心立方晶格,
没有同素异构转变 。 它的密度小 （ 只有 2.72g/cm3） ；导电性好, 仅次
于银, 铜和金；导热性好, 比铁几乎大三倍 。 纯铝化学性质活泼, 在大
气中极易与氧作用, 在表面形成一层牢固致密的氧化膜, 可以阻止进一
步氧化, 从而使它在大气和淡水中具有良好的抗蚀性 。
纯铝按其纯度分为高纯铝, 工业高纯铝和工业纯铝 。 纯铝的牌号用
,铝, 字汉语拼音字首, L”和其后面的编号表示 。 高纯铝的牌号有 LG1、
LG2,LG3,LG4和 LG5,,G”是高字的汉语拼音字首, 后面的数字越
大, 纯度越高, 它们的含铝量在 99.85%～ 99.99%之间 。 工业纯铝的牌
号有 L1,L2,L3,L4,L4-1,L5,L5-1,和 L6。 后面的数字表示纯度,
数字越大, 纯度越低 。
二, 铝合金的分类
根据铝合金的成分, 组织和工艺特点, 可以将其分为 铸造铝合金
与 变形铝合金 两大类 。
变形铝合金 是将铝合金铸锭通过压力加工 （ 轧制, 挤压, 模锻等 ）
制成半成品或模锻件, 所以要求有良好的塑性变形能力 。
铸造铝合金 则是将熔融的合金直接浇铸成形状复杂的甚至是薄壁
的成型件, 所以要求合金具有良好的铸造流动性 。
变形铝合金
不能热处理强化
的铝合金
铸造铝合金
能热处理强
化的铝合金
温
度
Al F B,%
铝合金分类示意图
α +β
α
L+α
D
L
对于变形铝合金来说，位于 F点以左成分的合金，在固态始终是单相
的，不能进行热处理强化，被称为热处理不可强化的铝合金。成分在 F和
D之间的铝合金，由于合金元素在铝中有溶解度的变化会析出第二相，可
通过热处理使合金强度提高，所以称为热处理强化铝合金。
铸造铝合金按加入的主要合金元素的不同，分为 Al－ Si系,Al－ Cu系、
Al－ Mg系和 Al－ Zn系四种合金。合金牌号用“铸铝”二字汉语拼音字首
,ZL”后跟三位数字表示。第一位数表示合金系列,1为 Al－ Si系合金； 2
为 Al－ Cu系合金； 3为 Al－ Mg系合金； 4为 Al－ Zn系合金。第二、三位数
表示合金的顺序号。如 ZL201表示 1号铝铜系铸造铝合金,ZL107表示 7号
铝硅系铸造铝合金。
变形铝合金按照性能特点和用途分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝
四种。防锈铝属于不能热处理强化的铝合金，硬铝、超硬铝、锻铝属于可
热处理强化的铝合金。
三、铝合金的强化
铝合金的强化方式主要有以下几种,
? 固溶强化
纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了
位错的运动，起到固溶强化的作用，可使其强度提高。
? 时效强化
合金元素对铝的另一种强化作用是通过热处理实现的。但由于铝
没有同素异构转变，所以其热处理相变与钢不同。铝合金经加热到某
一温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶
体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增
高，但塑性、韧性则降低，这个过程称为时效。在室温下进行的时效
称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。
铝铜合金的时效强化过程分为以下四个阶段,
第一阶段：在过饱和 α固溶体的某一晶面上产生铜原子偏聚现象，
形成铜原子富集区（ GP[Ⅰ ]区），从而使 α固溶体产生严重的晶格畸
变，位错运动受到阻碍，合金强度提高。
第二阶段：随时间延长,GP[Ⅰ ]区进一步扩大，并发生有序化，
便形成有序的富铜区，称为 GP[Ⅱ ]区，其成分接近 CuAl2（ θ相），成
为中间状态，常用 θ″表示。 θ″的析出，进一步加重了 α相的晶格畸变，
使合金强度进一步提高。
第三阶段：随着时效过程的进一步发展，铜原子在 GP[Ⅱ ]区继续
偏聚。当铜与铝原子之比为 1:2时，形成与母相保持共格关系的过渡
相 θ′。 θ′相出现的初期，母相的晶格畸变达到最大，合金强度达到峰
值。
第四阶段：时效后期，过渡相 θ′从铝基固溶体中完全脱落，形成
与基体有明显相界面的独立的稳定相 CuAl2，称为 θ相。此时,θ相与
基体的共格关系完全破坏，共格畸变也随之消失，随着 θ相质点的聚
集长大，合金明显软化，强度、硬度降低。
? 过剩相强化
如果铝中加入合金元素的数量超过了极限溶解度，则在固溶处理
加热时，就有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，称为过剩相。在
铝合金中，这些过剩相通常是硬而脆的金属间化合物。它们在合金中
阻碍位错运动，使合金强化，这称为过剩相强化。在生产中常常采用
这种方式来强化铸造铝合金和耐热铝合金。过剩相数量越多，分布越
弥散，则强化效果越大。但过剩相太多，则会使强度和塑性都降低。
过剩相成分结构越复杂，熔点越高，则高温热稳定性越好。
? 细化组织强化
许多铝合金组织都是由 α固溶体和过剩相组成的。若能细化铝合
金的组织，包括细化 α固溶体或细化过剩相，就可使合金得到强化。
四, 变形铝合金
变形铝合金包括防锈铝合金, 硬铝合金, 超硬铝合金及锻铝合金
等 。
? 防锈铝合金
防锈铝合金中主要合金元素是 Mn和 Mg,Mn的主要作用是提高铝合
金的抗蚀能力, 并起到固溶强化作用 。 Mg也可起到强化作用, 并使合金
的比重降低 。 其牌号用, LF” 和跟在后面的顺序号表示,, LF” 是, 铝
防, 二字的汉语拼音字首 。
? 硬铝合金
硬铝合金为 Al-Cu-Mg系合金, 还含有少量的 Mn。 各种硬铝合金都
可以进行时效强化, 属于可以热处理强化的铝合金, 亦可进行变形强化 。
其牌号用, LY”表示,, LY”是, 铝硬, 二字的汉语拼音字首 。
硬铝主要分为三种：低合金硬铝, 合金中 Mg,Cu含量低；标准硬
铝, 合金元素含量中等；高合金硬铝, 合金元素含量较多 。
? 超硬铝合金
超硬铝合金为 Al-Mg-Zn-Cu系合金, 并含有少量的 Cr和 Mn。 牌号
有 LC4,LC6等 。 Zn,Cu,Mg与 Al可以形成固溶体和多种复杂的第二相 。
其牌号用, LC“表示,, LC“是, 铝超, 二字的拼音字首 。
所以经过固溶处理和人工时效后, 可获得很高的强度和硬度 。 它是
强度最高的一种铝合金 。 但这种合金的抗蚀性较差, 高温下软化快 。 可
以用包铝法提高抗蚀性 。 超硬铝合金多用来制造受力大的重要构件, 如
飞机大梁, 起落架等 。
? 锻铝合金
LD5,LD7,LD10等属于这类铝合金 。 锻铝合金为 Al-Mg-Si-Cu系
和 Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金 。 其牌号用, LD“表示,, LD是, 铝锻二字的
拼音字首 。
该合金中的元素种类多但用量少, 具有良好的热塑性, 良好的铸造
性能和锻造性能, 并有较高的机械性能 。 这类合金主要用于承受重载荷
的锻件和模锻件 。 锻铝合金通常都要进行固溶处理和人工时效 。
五、铸造铝合金
铸造铝合金按照主要合金元素的不同，可分为四类,Al-Si铸造铝合
金，如 ZL101,ZL105等； Al-Cu铸造铝合金，如 ZL201,ZL203等； Al-
Mg铸造铝合金，如 ZL301,ZL302等； Al-Zn铸造铝合金，如 ZL401、
ZL402等。
? Al-Si铸造铝合金
Al-Si铸造铝合金通常称为铝硅明，铝硅明包括简单铝硅明（ Al-Si二
元合金）和复杂铝硅明（ Al-Si-Mg-Cu等多元合金）。其牌号为 ZL10～
系列，含 11～ 13%Si的简单铝硅明（ ZL102）铸造后几乎全部是共晶组
织。
内燃机中的活塞，是在高速、高温、高压、变负荷下工作的，所以
要求制造活塞的材料必须比重小、高耐磨、高的耐蚀性、耐热性，还要
求活塞材料的线膨胀系数接近汽缸体的线膨胀系数。复杂铝硅明基本上
能满足这一要求，它是制造活塞的理想材料。
? Al-Cu铸造铝合金
Al-Cu合金的强度较高，耐热性好，但铸造性能不好，有热裂和疏松
倾向，耐蚀性较差。
ZL201的室温强度高，塑性比较好，可制作在 300℃ 以下工作的零件，
常用于铸造内燃机汽缸头、活塞等零件。 ZL202塑性较低，多用于高温
下不受冲击的零件。 ZL203经淬火时效后，强度较高，可作结构材料铸
造受中等载荷和形状较简单的零件。
? AL-Mg铸造铝合金
Al-Mg合金（ ZL301,ZL302）强度高，比重小（约为 2.55），有良
好的耐蚀性，但铸造性能不好，耐热性低。 Al-Mg合金可进行时效处理，
通常采用自然时效。多用于制造承受冲击载荷，在腐蚀性介质中工作的，
外形不太复杂的零件，如舰船配件、氨用泵体等。
? Al-Zn铸造铝合金
Al-Zn合金（ ZL401,ZL402）价格便宜，铸造性能优良，经变质处
理和时效处理后强度较高，但抗蚀性差，热裂倾向大。常用于制造汽车、
拖拉机的发动机零件及形状复杂的仪器零件，也可用于制造日用品。
铸造铝合金的铸件，由于形状较复杂，组织粗糙，化合物粗大，并
有严重的偏析，因此它的热处理与变形铝合金相比，淬火温度应高一些，
加热保温时间要长一些，以使粗大析出物完全溶解并使固溶体成分均匀
化。淬火一般用水冷却，并多采用人工时效。
第二节 铜及铜合金
Copper & Copper Alloy
? 铜及铜合金具有以下性能特点。
1．有优异的物理化学性能。纯铜导电性、导热性极佳，许多铜合金的导电、
导热性也很好；铜及铜合金对大气和水的抗腐蚀能力也很高；铜是抗磁
性物质。
2．有良好的加工性能。铜及某些铜合金塑性很好，容易冷、热成型；铸造
铜合金有很好的铸造性能。
3．有某些特殊的机械性能。例如优良的减摩性和耐磨性（如青铜及部分黄
铜）；高的弹性极限及疲劳极限（铍青铜等）。
4．色泽美观。
由于有以上优良性能，铜及铜合金在电气工业、仪表工业、造船工
业及机械制造工业部门中获得了广泛的应用。
一, 纯铜 （ 紫铜 ）
纯铜是玫瑰红色金属, 表面形成氧化铜膜后, 外观呈紫红色, 故常
称为紫铜 。 纯铜主要用于制作电工导体以及配制各种铜合金 。
工业纯铜中含有锡, 铋, 氧, 硫, 磷等杂质, 它们都使铜的导电能
力下降 。 铅和铋能与铜形成熔点很低的共晶体 （ Cu＋ Pb） 和 （ Cu＋
Bi）, 共晶温度分别为 326℃ 和 270℃, 分布在铜的晶界上 。
根据杂质的含量, 工业纯铜可分为四种,T1,T2,T3,T4。, T”
为铜的汉语拼音字头, 编号越大, 纯度越低 。
纯铜除工业纯铜外, 还有一类叫无氧铜, 其含氧量极低, 不大于
0.003%。 牌号有 TU1,TU2,主要用来制作电真空器件及高导电性铜线 。
这种导线能抵抗氢的作用, 不发生氢脆现象 。 纯铜的强度低, 不宜直接
用作结构材料 。
二, 黄铜
铜锌合金或以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜 。 黄铜具有良好
的塑性和耐腐蚀性, 良好的变形加工性能和铸造性能, 在工业中有很强
的应用价值 。 根据化学成分, 黄铜可分为普通黄铜和特殊黄铜两类 。
? 普通黄铜
普通黄铜是铜锌二元合金 。 α相是锌溶于铜中的固溶体, 其溶解度
随温度的下降而增大 。 α相具有面心立方晶格, 塑性好, 适于进行冷,
热加工, 并有优良的铸造, 焊接和镀锡的能力 。 β′相是以电子化合物
CuZn为基的有序固溶体, 具有体心立方晶格, 性能硬而脆 。
普通黄铜分为 单相黄铜 和 双相黄铜 两种类型, 从变形特征来看, 单
相黄铜 适宜于冷加工, 而 双相黄铜 只能热加工 。 常用的单相黄铜牌号有
H80,H70,H68等,, H”为黄铜的汉语拼音字首, 数字表示平均含铜
量 。 它们的组织为 α,塑性很好, 可进行冷, 热压力加工, 适于制作冷
轧板材, 冷拉线材, 管材及形状复杂的深冲零件 。 而常用双相黄铜的牌
号有 H62,H59等, 退火状态组织为 α＋ β＇ 。 由于室温 β＇相很脆, 冷
变形性能差, 而高温 β相塑性好, 因此它们可以进行热加工变形 。 通常
双相黄铜热轧成棒材, 板材, 再经机加工制造各种零件 。
? 特殊黄铜
为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，在铜锌合金中加
入铝、铁、硅、锰、镍等元素，形成各种特殊黄铜。
特殊黄铜的编号方法是：,H＋主加元素符号＋铜含量＋主加元素含
量”。特殊黄铜可分为压力加工黄铜（以黄铜加工产品供应）和铸造黄
铜两类，其中铸造黄铜在编号前加,Z”。 例如,HPb60-1表示平均成分
为 60%Cu,1%Pb，余为 Zn的铅黄铜。
锡黄铜：锡可显著提高黄铜在海洋大气和海水中的抗蚀性，也可使
黄铜的强度有所提高。压力加工锡黄铜广泛应用于制造海船零件。
铅黄铜：铅能改善切削加工性能，并能提高耐磨性。铅对黄铜的强
度影响不大，略为降低塑性。压力加工铅黄铜主要用于要求有良好切削
加工性能及耐磨的零件（如钟表零件），铸造铅黄铜可以制作轴瓦和衬
套。
铝黄铜：铝能提高黄铜的强度和硬度，但使塑性降低。铝能使黄铜
表面形成保护性的氧化膜，因而改善黄铜在大气中的抗蚀性。铅黄铜可
制作海船零件及其它机器的耐蚀零件。铅黄铜中加入适量的镍、锰、铁
后，可得到高强度、高耐蚀性的特殊黄铜，常用于制作大型蜗杆、海船
用螺旋桨等需要高强度、高耐蚀性的重要零件。
硅黄铜：硅能显著提高黄铜的机械性能、耐磨性和耐蚀性。硅黄铜
具有良好的铸造性能，并能进行焊接和切削加工。主要用于制造船舶及
化工机械零件。
锰黄铜：锰能提高黄铜的强度，不降低塑性，也能提高在海水中及
过热蒸汽中的抗蚀性。锰黄铜常用于制造海船零件及轴承等耐磨部件。
铁黄铜：黄铜中加入铁，同时加入少量的锰，可起到提高黄铜再结
晶温度和细化晶粒的作用，使机械性能提高，同时使黄铜具有高的韧性、
耐磨性及在大气和海水中优良的抗蚀性，因而铁黄铜可以用于制造受摩
擦及受海水腐蚀的零件。
镍黄铜：镍可提高黄铜的再结晶温度和细化其晶粒，提高机械性能
和抗蚀性，降低应力腐蚀开裂倾向。镍黄铜的热加工性能良好，在造船
工业、电机制造工业中广泛应用。
三、青铜
青铜原指铜锡合金，但是，工业上习惯把铜基合金中不含锡而含有
铝、镍、锰、硅、铍、铅等特殊元素组成的合金也叫青铜。所以青铜实
际上包含锡青铜、铝青铜、铍青铜和硅青铜等。青铜也可分为压力加工
青铜（以青铜加工产品供应）和铸造青铜两类。青铜的编号规则是：
,Q＋主加元素符号＋主加元素含量（＋其它元素含量）”，,Q”表示
青的汉语拼音字头。如 QSn4-3表示成分为 4%Sn,3%Zn、其余为铜的
锡青铜。铸造青铜的编号前加,Z”。
类
别
牌 号 化 学 成 分（ %） 状
态
机械性能 用 途
主加元素 其 它 σb
/MPa
δ
(%)
HBS
锡
青
铜
QSn4-3 Sn,3.5～
4.5
Zn:2.7～
3.7
Cu,其余
T
L
350
550
40
4
60
160
制作弹性元件、化工设
备的耐蚀零件、抗磁零
件,造纸工业用刮刀
QSn7-0.2 Sn,6.0～
8.0
P:0.10～
0.25
Cu,其余
T
L
360
500
64
15
75
180
制作中等负荷、中等滑
动 速度下承受摩檫的零
件,如抗磨垫圈、轴套、
蜗轮等
铅
青
铜
ZCuPb30 Pb:27.0～
33.0
Cu,其余 J 25 要求高滑速的双金属轴
瓦 减摩零件
ZCuPb15S
n8
Sn,7.0～ 9.0
Pb:13～ 17
Cu,其余 S
J
170
200
5
6
59
64
制造冷轧机的铜冷却管
冷冲击的双金属轴承等
铝
青
铜
ZCuAl9Mn
2
Al,8.5～ 10
Mn,1.5～ 2.5
Cu,其余 S
J
390
440
20
20
83
93
耐磨、耐蚀零件，形状
简单的大型铸件和要求
气密性高的铸件
铍
青
铜
QBe2 Be,1.9～
2.2
Ni,0.2～
0.5
Cu,其余
T
L
500
850
40
4
90
250
重要的弹簧和弹性元件，
耐磨零件以及在高速、
高压和高温下工作的轴
承
表中符号的意义,T－退火状态； L－冷变形状态； S－砂型铸造； J－金属型铸造。
第三节 滑动轴承合金
Plain Bearing Alloy
一, 滑动轴承合金的工作条件及其对性能和组织的要求
滑动轴承合金是指用于制造滑动轴承轴瓦及内衬的材料 。
滑动轴承在工作时, 承受轴传给它的一定压力, 并和轴颈之间存在
摩檫, 因而产生磨损 。 由于轴的高速旋转, 工作温度升高, 故对用作轴
承的合金, 首先要求它在工作温度下具有足够的抗压强度和疲劳强度,
良好的耐磨性和一定的塑性及韧性, 其次还要求它具有良好的耐蚀性,
导热性和较小的膨胀系数 。
为了满足上述要求轴承合金应该是在软的基体上分布着硬质点, 或
者在硬基体上分布着软质点 。 当机器运转时, 软基体受磨损而凹陷, 硬
质点就凸出于基体上, 减小轴与轴瓦间的摩檫系数, 同时使外来硬物能
嵌入基体中, 使轴颈不被擦伤 。 软基体能承受冲击和振动, 并使轴与轴
瓦很好地磨合 。 采取硬基体上分布软质点, 也可达到上述目的 。
二, 各类轴承合金简介
? 锡基轴承合金 （ 锡基巴氏合金 ）
锡基轴承合金是一种软基体硬质点类型的轴承合金 。 它是以锡, 锑
为基础, 并加入少量其它元素的合金 。 常用的牌号有 ZChSnSb11-6、
ZChSnSb8-4,ZChSnSb4-4等 。
锡基轴承合金具有良好的磨合性, 抗咬合性, 嵌藏性合耐蚀性, 浇
注性能也很好, 因而普遍用于浇注汽车发动机, 气体压缩机, 冷冻机合
船用低速柴油机的轴承和轴瓦 。 锡基轴承合金的缺点是疲劳强度不高,
工作温度较低 （ 一般不大于 150℃ ）, 价格高 。
? 铅基轴承合金 （ 铅基巴氏合金 ）
铅基轴承合金是以 Pb-Sb为基的合金, 但二元 Pb-Sb合金有比重偏
析, 同时锑颗粒太硬, 基体又太软, 性能并不好, 通常还要加入其它合
金元素, 如 Sn,Cu,Cd,As等 。 常用的铅基轴承合金为 ZChPbSn-16-
16-1.8,它含有 15～ 17%Sn,15～ 17%Sb,1.5～ 2.0%Cu及余量的 Pb。
铅基轴承合金的硬度, 强度, 韧性都比锡基轴承合金低, 但摩檫系
数较大, 价格较便宜, 铸造性能好 。 常用于制造承受中, 低载荷的轴承,
如汽车, 拖拉机的曲轴, 连杆轴承及电动机轴承, 但其工作温度不能超
过 120℃ 。
Non-Ferrous Metal
在工业生产中, 通常把钢铁材料称为黑色金属, 而把其它的金属材料
称为有色金属 。
与钢铁等黑色金属材料相比, 有色金属具有许多优良的特性, 是现代
工业中不可缺少的材料, 在国民经济中占有十分重要的地位 。 例如, 铝,
镁, 钛等具有相对密度小, 比强度高的特点, 因而广泛应用于航空, 航天,
汽车, 船舶等行业；银, 铜, 铝等具有优良导电性和导热性的材料广泛应
用于电器工业和仪表工业；铀, 钨, 钼, 镭, 钍, 铍等是原子能工业所必
需的材料, 等等 。
第一节 铝及其合金
Aluminum ＆ Aluminum alloy
一, 纯铝
纯铝是一种银白色的轻金属, 熔点为 660℃, 具有面心立方晶格,
没有同素异构转变 。 它的密度小 （ 只有 2.72g/cm3） ；导电性好, 仅次
于银, 铜和金；导热性好, 比铁几乎大三倍 。 纯铝化学性质活泼, 在大
气中极易与氧作用, 在表面形成一层牢固致密的氧化膜, 可以阻止进一
步氧化, 从而使它在大气和淡水中具有良好的抗蚀性 。
纯铝按其纯度分为高纯铝, 工业高纯铝和工业纯铝 。 纯铝的牌号用
,铝, 字汉语拼音字首, L”和其后面的编号表示 。 高纯铝的牌号有 LG1、
LG2,LG3,LG4和 LG5,,G”是高字的汉语拼音字首, 后面的数字越
大, 纯度越高, 它们的含铝量在 99.85%～ 99.99%之间 。 工业纯铝的牌
号有 L1,L2,L3,L4,L4-1,L5,L5-1,和 L6。 后面的数字表示纯度,
数字越大, 纯度越低 。
二, 铝合金的分类
根据铝合金的成分, 组织和工艺特点, 可以将其分为 铸造铝合金
与 变形铝合金 两大类 。
变形铝合金 是将铝合金铸锭通过压力加工 （ 轧制, 挤压, 模锻等 ）
制成半成品或模锻件, 所以要求有良好的塑性变形能力 。
铸造铝合金 则是将熔融的合金直接浇铸成形状复杂的甚至是薄壁
的成型件, 所以要求合金具有良好的铸造流动性 。
变形铝合金
不能热处理强化
的铝合金
铸造铝合金
能热处理强
化的铝合金
温
度
Al F B,%
铝合金分类示意图
α +β
α
L+α
D
L
对于变形铝合金来说，位于 F点以左成分的合金，在固态始终是单相
的，不能进行热处理强化，被称为热处理不可强化的铝合金。成分在 F和
D之间的铝合金，由于合金元素在铝中有溶解度的变化会析出第二相，可
通过热处理使合金强度提高，所以称为热处理强化铝合金。
铸造铝合金按加入的主要合金元素的不同，分为 Al－ Si系,Al－ Cu系、
Al－ Mg系和 Al－ Zn系四种合金。合金牌号用“铸铝”二字汉语拼音字首
,ZL”后跟三位数字表示。第一位数表示合金系列,1为 Al－ Si系合金； 2
为 Al－ Cu系合金； 3为 Al－ Mg系合金； 4为 Al－ Zn系合金。第二、三位数
表示合金的顺序号。如 ZL201表示 1号铝铜系铸造铝合金,ZL107表示 7号
铝硅系铸造铝合金。
变形铝合金按照性能特点和用途分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝
四种。防锈铝属于不能热处理强化的铝合金，硬铝、超硬铝、锻铝属于可
热处理强化的铝合金。
三、铝合金的强化
铝合金的强化方式主要有以下几种,
? 固溶强化
纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了
位错的运动，起到固溶强化的作用，可使其强度提高。
? 时效强化
合金元素对铝的另一种强化作用是通过热处理实现的。但由于铝
没有同素异构转变，所以其热处理相变与钢不同。铝合金经加热到某
一温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶
体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增
高，但塑性、韧性则降低，这个过程称为时效。在室温下进行的时效
称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。
铝铜合金的时效强化过程分为以下四个阶段,
第一阶段：在过饱和 α固溶体的某一晶面上产生铜原子偏聚现象，
形成铜原子富集区（ GP[Ⅰ ]区），从而使 α固溶体产生严重的晶格畸
变，位错运动受到阻碍，合金强度提高。
第二阶段：随时间延长,GP[Ⅰ ]区进一步扩大，并发生有序化，
便形成有序的富铜区，称为 GP[Ⅱ ]区，其成分接近 CuAl2（ θ相），成
为中间状态，常用 θ″表示。 θ″的析出，进一步加重了 α相的晶格畸变，
使合金强度进一步提高。
第三阶段：随着时效过程的进一步发展，铜原子在 GP[Ⅱ ]区继续
偏聚。当铜与铝原子之比为 1:2时，形成与母相保持共格关系的过渡
相 θ′。 θ′相出现的初期，母相的晶格畸变达到最大，合金强度达到峰
值。
第四阶段：时效后期，过渡相 θ′从铝基固溶体中完全脱落，形成
与基体有明显相界面的独立的稳定相 CuAl2，称为 θ相。此时,θ相与
基体的共格关系完全破坏，共格畸变也随之消失，随着 θ相质点的聚
集长大，合金明显软化，强度、硬度降低。
? 过剩相强化
如果铝中加入合金元素的数量超过了极限溶解度，则在固溶处理
加热时，就有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，称为过剩相。在
铝合金中，这些过剩相通常是硬而脆的金属间化合物。它们在合金中
阻碍位错运动，使合金强化，这称为过剩相强化。在生产中常常采用
这种方式来强化铸造铝合金和耐热铝合金。过剩相数量越多，分布越
弥散，则强化效果越大。但过剩相太多，则会使强度和塑性都降低。
过剩相成分结构越复杂，熔点越高，则高温热稳定性越好。
? 细化组织强化
许多铝合金组织都是由 α固溶体和过剩相组成的。若能细化铝合
金的组织，包括细化 α固溶体或细化过剩相，就可使合金得到强化。
四, 变形铝合金
变形铝合金包括防锈铝合金, 硬铝合金, 超硬铝合金及锻铝合金
等 。
? 防锈铝合金
防锈铝合金中主要合金元素是 Mn和 Mg,Mn的主要作用是提高铝合
金的抗蚀能力, 并起到固溶强化作用 。 Mg也可起到强化作用, 并使合金
的比重降低 。 其牌号用, LF” 和跟在后面的顺序号表示,, LF” 是, 铝
防, 二字的汉语拼音字首 。
? 硬铝合金
硬铝合金为 Al-Cu-Mg系合金, 还含有少量的 Mn。 各种硬铝合金都
可以进行时效强化, 属于可以热处理强化的铝合金, 亦可进行变形强化 。
其牌号用, LY”表示,, LY”是, 铝硬, 二字的汉语拼音字首 。
硬铝主要分为三种：低合金硬铝, 合金中 Mg,Cu含量低；标准硬
铝, 合金元素含量中等；高合金硬铝, 合金元素含量较多 。
? 超硬铝合金
超硬铝合金为 Al-Mg-Zn-Cu系合金, 并含有少量的 Cr和 Mn。 牌号
有 LC4,LC6等 。 Zn,Cu,Mg与 Al可以形成固溶体和多种复杂的第二相 。
其牌号用, LC“表示,, LC“是, 铝超, 二字的拼音字首 。
所以经过固溶处理和人工时效后, 可获得很高的强度和硬度 。 它是
强度最高的一种铝合金 。 但这种合金的抗蚀性较差, 高温下软化快 。 可
以用包铝法提高抗蚀性 。 超硬铝合金多用来制造受力大的重要构件, 如
飞机大梁, 起落架等 。
? 锻铝合金
LD5,LD7,LD10等属于这类铝合金 。 锻铝合金为 Al-Mg-Si-Cu系
和 Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金 。 其牌号用, LD“表示,, LD是, 铝锻二字的
拼音字首 。
该合金中的元素种类多但用量少, 具有良好的热塑性, 良好的铸造
性能和锻造性能, 并有较高的机械性能 。 这类合金主要用于承受重载荷
的锻件和模锻件 。 锻铝合金通常都要进行固溶处理和人工时效 。
五、铸造铝合金
铸造铝合金按照主要合金元素的不同，可分为四类,Al-Si铸造铝合
金，如 ZL101,ZL105等； Al-Cu铸造铝合金，如 ZL201,ZL203等； Al-
Mg铸造铝合金，如 ZL301,ZL302等； Al-Zn铸造铝合金，如 ZL401、
ZL402等。
? Al-Si铸造铝合金
Al-Si铸造铝合金通常称为铝硅明，铝硅明包括简单铝硅明（ Al-Si二
元合金）和复杂铝硅明（ Al-Si-Mg-Cu等多元合金）。其牌号为 ZL10～
系列，含 11～ 13%Si的简单铝硅明（ ZL102）铸造后几乎全部是共晶组
织。
内燃机中的活塞，是在高速、高温、高压、变负荷下工作的，所以
要求制造活塞的材料必须比重小、高耐磨、高的耐蚀性、耐热性，还要
求活塞材料的线膨胀系数接近汽缸体的线膨胀系数。复杂铝硅明基本上
能满足这一要求，它是制造活塞的理想材料。
? Al-Cu铸造铝合金
Al-Cu合金的强度较高，耐热性好，但铸造性能不好，有热裂和疏松
倾向，耐蚀性较差。
ZL201的室温强度高，塑性比较好，可制作在 300℃ 以下工作的零件，
常用于铸造内燃机汽缸头、活塞等零件。 ZL202塑性较低，多用于高温
下不受冲击的零件。 ZL203经淬火时效后，强度较高，可作结构材料铸
造受中等载荷和形状较简单的零件。
? AL-Mg铸造铝合金
Al-Mg合金（ ZL301,ZL302）强度高，比重小（约为 2.55），有良
好的耐蚀性，但铸造性能不好，耐热性低。 Al-Mg合金可进行时效处理，
通常采用自然时效。多用于制造承受冲击载荷，在腐蚀性介质中工作的，
外形不太复杂的零件，如舰船配件、氨用泵体等。
? Al-Zn铸造铝合金
Al-Zn合金（ ZL401,ZL402）价格便宜，铸造性能优良，经变质处
理和时效处理后强度较高，但抗蚀性差，热裂倾向大。常用于制造汽车、
拖拉机的发动机零件及形状复杂的仪器零件，也可用于制造日用品。
铸造铝合金的铸件，由于形状较复杂，组织粗糙，化合物粗大，并
有严重的偏析，因此它的热处理与变形铝合金相比，淬火温度应高一些，
加热保温时间要长一些，以使粗大析出物完全溶解并使固溶体成分均匀
化。淬火一般用水冷却，并多采用人工时效。
第二节 铜及铜合金
Copper & Copper Alloy
? 铜及铜合金具有以下性能特点。
1．有优异的物理化学性能。纯铜导电性、导热性极佳，许多铜合金的导电、
导热性也很好；铜及铜合金对大气和水的抗腐蚀能力也很高；铜是抗磁
性物质。
2．有良好的加工性能。铜及某些铜合金塑性很好，容易冷、热成型；铸造
铜合金有很好的铸造性能。
3．有某些特殊的机械性能。例如优良的减摩性和耐磨性（如青铜及部分黄
铜）；高的弹性极限及疲劳极限（铍青铜等）。
4．色泽美观。
由于有以上优良性能，铜及铜合金在电气工业、仪表工业、造船工
业及机械制造工业部门中获得了广泛的应用。
一, 纯铜 （ 紫铜 ）
纯铜是玫瑰红色金属, 表面形成氧化铜膜后, 外观呈紫红色, 故常
称为紫铜 。 纯铜主要用于制作电工导体以及配制各种铜合金 。
工业纯铜中含有锡, 铋, 氧, 硫, 磷等杂质, 它们都使铜的导电能
力下降 。 铅和铋能与铜形成熔点很低的共晶体 （ Cu＋ Pb） 和 （ Cu＋
Bi）, 共晶温度分别为 326℃ 和 270℃, 分布在铜的晶界上 。
根据杂质的含量, 工业纯铜可分为四种,T1,T2,T3,T4。, T”
为铜的汉语拼音字头, 编号越大, 纯度越低 。
纯铜除工业纯铜外, 还有一类叫无氧铜, 其含氧量极低, 不大于
0.003%。 牌号有 TU1,TU2,主要用来制作电真空器件及高导电性铜线 。
这种导线能抵抗氢的作用, 不发生氢脆现象 。 纯铜的强度低, 不宜直接
用作结构材料 。
二, 黄铜
铜锌合金或以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜 。 黄铜具有良好
的塑性和耐腐蚀性, 良好的变形加工性能和铸造性能, 在工业中有很强
的应用价值 。 根据化学成分, 黄铜可分为普通黄铜和特殊黄铜两类 。
? 普通黄铜
普通黄铜是铜锌二元合金 。 α相是锌溶于铜中的固溶体, 其溶解度
随温度的下降而增大 。 α相具有面心立方晶格, 塑性好, 适于进行冷,
热加工, 并有优良的铸造, 焊接和镀锡的能力 。 β′相是以电子化合物
CuZn为基的有序固溶体, 具有体心立方晶格, 性能硬而脆 。
普通黄铜分为 单相黄铜 和 双相黄铜 两种类型, 从变形特征来看, 单
相黄铜 适宜于冷加工, 而 双相黄铜 只能热加工 。 常用的单相黄铜牌号有
H80,H70,H68等,, H”为黄铜的汉语拼音字首, 数字表示平均含铜
量 。 它们的组织为 α,塑性很好, 可进行冷, 热压力加工, 适于制作冷
轧板材, 冷拉线材, 管材及形状复杂的深冲零件 。 而常用双相黄铜的牌
号有 H62,H59等, 退火状态组织为 α＋ β＇ 。 由于室温 β＇相很脆, 冷
变形性能差, 而高温 β相塑性好, 因此它们可以进行热加工变形 。 通常
双相黄铜热轧成棒材, 板材, 再经机加工制造各种零件 。
? 特殊黄铜
为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，在铜锌合金中加
入铝、铁、硅、锰、镍等元素，形成各种特殊黄铜。
特殊黄铜的编号方法是：,H＋主加元素符号＋铜含量＋主加元素含
量”。特殊黄铜可分为压力加工黄铜（以黄铜加工产品供应）和铸造黄
铜两类，其中铸造黄铜在编号前加,Z”。 例如,HPb60-1表示平均成分
为 60%Cu,1%Pb，余为 Zn的铅黄铜。
锡黄铜：锡可显著提高黄铜在海洋大气和海水中的抗蚀性，也可使
黄铜的强度有所提高。压力加工锡黄铜广泛应用于制造海船零件。
铅黄铜：铅能改善切削加工性能，并能提高耐磨性。铅对黄铜的强
度影响不大，略为降低塑性。压力加工铅黄铜主要用于要求有良好切削
加工性能及耐磨的零件（如钟表零件），铸造铅黄铜可以制作轴瓦和衬
套。
铝黄铜：铝能提高黄铜的强度和硬度，但使塑性降低。铝能使黄铜
表面形成保护性的氧化膜，因而改善黄铜在大气中的抗蚀性。铅黄铜可
制作海船零件及其它机器的耐蚀零件。铅黄铜中加入适量的镍、锰、铁
后，可得到高强度、高耐蚀性的特殊黄铜，常用于制作大型蜗杆、海船
用螺旋桨等需要高强度、高耐蚀性的重要零件。
硅黄铜：硅能显著提高黄铜的机械性能、耐磨性和耐蚀性。硅黄铜
具有良好的铸造性能，并能进行焊接和切削加工。主要用于制造船舶及
化工机械零件。
锰黄铜：锰能提高黄铜的强度，不降低塑性，也能提高在海水中及
过热蒸汽中的抗蚀性。锰黄铜常用于制造海船零件及轴承等耐磨部件。
铁黄铜：黄铜中加入铁，同时加入少量的锰，可起到提高黄铜再结
晶温度和细化晶粒的作用，使机械性能提高，同时使黄铜具有高的韧性、
耐磨性及在大气和海水中优良的抗蚀性，因而铁黄铜可以用于制造受摩
擦及受海水腐蚀的零件。
镍黄铜：镍可提高黄铜的再结晶温度和细化其晶粒，提高机械性能
和抗蚀性，降低应力腐蚀开裂倾向。镍黄铜的热加工性能良好，在造船
工业、电机制造工业中广泛应用。
三、青铜
青铜原指铜锡合金，但是，工业上习惯把铜基合金中不含锡而含有
铝、镍、锰、硅、铍、铅等特殊元素组成的合金也叫青铜。所以青铜实
际上包含锡青铜、铝青铜、铍青铜和硅青铜等。青铜也可分为压力加工
青铜（以青铜加工产品供应）和铸造青铜两类。青铜的编号规则是：
,Q＋主加元素符号＋主加元素含量（＋其它元素含量）”，,Q”表示
青的汉语拼音字头。如 QSn4-3表示成分为 4%Sn,3%Zn、其余为铜的
锡青铜。铸造青铜的编号前加,Z”。
类
别
牌 号 化 学 成 分（ %） 状
态
机械性能 用 途
主加元素 其 它 σb
/MPa
δ
(%)
HBS
锡
青
铜
QSn4-3 Sn,3.5～
4.5
Zn:2.7～
3.7
Cu,其余
T
L
350
550
40
4
60
160
制作弹性元件、化工设
备的耐蚀零件、抗磁零
件,造纸工业用刮刀
QSn7-0.2 Sn,6.0～
8.0
P:0.10～
0.25
Cu,其余
T
L
360
500
64
15
75
180
制作中等负荷、中等滑
动 速度下承受摩檫的零
件,如抗磨垫圈、轴套、
蜗轮等
铅
青
铜
ZCuPb30 Pb:27.0～
33.0
Cu,其余 J 25 要求高滑速的双金属轴
瓦 减摩零件
ZCuPb15S
n8
Sn,7.0～ 9.0
Pb:13～ 17
Cu,其余 S
J
170
200
5
6
59
64
制造冷轧机的铜冷却管
冷冲击的双金属轴承等
铝
青
铜
ZCuAl9Mn
2
Al,8.5～ 10
Mn,1.5～ 2.5
Cu,其余 S
J
390
440
20
20
83
93
耐磨、耐蚀零件，形状
简单的大型铸件和要求
气密性高的铸件
铍
青
铜
QBe2 Be,1.9～
2.2
Ni,0.2～
0.5
Cu,其余
T
L
500
850
40
4
90
250
重要的弹簧和弹性元件，
耐磨零件以及在高速、
高压和高温下工作的轴
承
表中符号的意义,T－退火状态； L－冷变形状态； S－砂型铸造； J－金属型铸造。
第三节 滑动轴承合金
Plain Bearing Alloy
一, 滑动轴承合金的工作条件及其对性能和组织的要求
滑动轴承合金是指用于制造滑动轴承轴瓦及内衬的材料 。
滑动轴承在工作时, 承受轴传给它的一定压力, 并和轴颈之间存在
摩檫, 因而产生磨损 。 由于轴的高速旋转, 工作温度升高, 故对用作轴
承的合金, 首先要求它在工作温度下具有足够的抗压强度和疲劳强度,
良好的耐磨性和一定的塑性及韧性, 其次还要求它具有良好的耐蚀性,
导热性和较小的膨胀系数 。
为了满足上述要求轴承合金应该是在软的基体上分布着硬质点, 或
者在硬基体上分布着软质点 。 当机器运转时, 软基体受磨损而凹陷, 硬
质点就凸出于基体上, 减小轴与轴瓦间的摩檫系数, 同时使外来硬物能
嵌入基体中, 使轴颈不被擦伤 。 软基体能承受冲击和振动, 并使轴与轴
瓦很好地磨合 。 采取硬基体上分布软质点, 也可达到上述目的 。
二, 各类轴承合金简介
? 锡基轴承合金 （ 锡基巴氏合金 ）
锡基轴承合金是一种软基体硬质点类型的轴承合金 。 它是以锡, 锑
为基础, 并加入少量其它元素的合金 。 常用的牌号有 ZChSnSb11-6、
ZChSnSb8-4,ZChSnSb4-4等 。
锡基轴承合金具有良好的磨合性, 抗咬合性, 嵌藏性合耐蚀性, 浇
注性能也很好, 因而普遍用于浇注汽车发动机, 气体压缩机, 冷冻机合
船用低速柴油机的轴承和轴瓦 。 锡基轴承合金的缺点是疲劳强度不高,
工作温度较低 （ 一般不大于 150℃ ）, 价格高 。
? 铅基轴承合金 （ 铅基巴氏合金 ）
铅基轴承合金是以 Pb-Sb为基的合金, 但二元 Pb-Sb合金有比重偏
析, 同时锑颗粒太硬, 基体又太软, 性能并不好, 通常还要加入其它合
金元素, 如 Sn,Cu,Cd,As等 。 常用的铅基轴承合金为 ZChPbSn-16-
16-1.8,它含有 15～ 17%Sn,15～ 17%Sb,1.5～ 2.0%Cu及余量的 Pb。
铅基轴承合金的硬度, 强度, 韧性都比锡基轴承合金低, 但摩檫系
数较大, 价格较便宜, 铸造性能好 。 常用于制造承受中, 低载荷的轴承,
如汽车, 拖拉机的曲轴, 连杆轴承及电动机轴承, 但其工作温度不能超
过 120℃ 。
