第8章有色金屬及粉末冶金材料

第八章有色金屬及其合金8.1鋁及其合金8.2銅及其合金8.3鈦及其合金8.4滑動軸承合金2/3/2023第一節(jié)鋁及其合金1．純鋁2．鋁合金的分類3．鋁合金的強化4．形變鋁合金2/3/20231．純鋁純鋁是一種銀白色的輕金屬，熔點為660℃，具有面心立方晶格，沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。它的密度?。ㄖ挥?.72g/cm3）；導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性僅次于銀和銅。純鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，在大氣中極易氧化，在表面形成一層牢固致密的氧化膜，有效隔絕鋁和氧的接觸，從而阻止鋁表面的進一步氧化，使它在大氣和淡水中具有良好的耐蝕性。純鋁在低溫下，甚至在超低溫下都具有良好的塑性（Ψ=80％）和韌性，這與鋁具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)有關(guān)。鋁的強度低（σb=80～100MPa），冷變形加工硬化后強度可提高到σb=150～250MPa，但其塑性卻降低到Ψ=50～60﹪2/3/2023純鋁具有許多優(yōu)良的工藝性能，易于鑄造、易于切削、也易于通過壓力加工上述這些特性決定了純鋁適合制造電纜電線以及要求具有導(dǎo)熱和抗大氣腐蝕性能而對強度要求不高的一些用品或器皿。2/3/2023純鋁按其純度分為高純鋁、工業(yè)高純鋁和工業(yè)純鋁純鋁的牌號由1×××表示，其中最后兩位數(shù)字表示純鋁的純度為99.××％，如1A97表示鋁含量為99.97％高純鋁的牌號有1A85（原LG5）、1A90（原LG2）、1A93（原LG3）、1A97（原LG4）和1A99（原LG5工業(yè)純鋁的牌號1070A（原L1）、1060（原L2）、1050（原L3）、1035（原L4）2/3/20232．鋁合金的分類鋁與硅、銅、鎂、錳等到合金元素所組成的鋁合金具有較高的強度，能用于制造承受載荷的機械零件鋁合金不僅可以通過冷變形加工硬化的方法提高其強度，還可以通過熱處理——“時效硬化”的方法進一步提高其強度2/3/2023根據(jù)鋁合金的成分、組織和生產(chǎn)工藝的特點，可將鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩類。工業(yè)上常用的鋁合金一般具有如圖3-11所示的相圖2/3/2023凡位于相圖上D點成分以左的合金，在加熱至高溫時能形成單相固溶體組織，其塑性較高，適于壓力加工，故稱為形變鋁合金成分位于D以右的合金，都有具有共晶組織，液態(tài)流動性較高，多適于鑄造而不適于壓力加工，所以稱為鑄造鋁合金形變鋁合金適于通過壓力加工（軋制、擠壓、模鍛等）制成半成品或模鍛件，鑄造鋁合金則適于直接澆鑄成形狀復(fù)雜的甚至是薄壁的成形件2/3/2023在形變鋁合金中，位于F點以左成分的合金，在固態(tài)始終保持單相，被稱為不可熱處理強化的鋁合金。成分在F和D之間的鋁合金，由于合金元素在鋁中有溶解度的變化會析出第二相，可通過熱處理使合金強度提高，所以稱為可熱處理強化鋁合金2/3/20233．鋁合金的強化鋁合金的強化方式主要以下幾種：（1）固溶強化純鋁中加入合金元素，形成鋁基固溶體，造成晶格畸變，阻礙了位錯的運動，起到固溶強化的作用，可使其強度提高根據(jù)合金化的一般規(guī)律，形成無限固溶體或高濃度的固溶體型合金時，不僅能獲得高的強度，而且還能獲得優(yōu)良的塑性與良好的壓力加工性能。Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Zn、Al-Mn等二元合金一般都能形成有限固溶體，并且均有較大的溶解度（見表1.4-25），因此具有較大的固溶強化效果2/3/20232/3/2023（2）時效強化經(jīng)過固溶處理的過飽和鋁合金在室溫下或加熱到某一溫度后，放一段時間，其強度和硬度隨時間的延長而增高，但塑性、韌性則降低，這個過程稱為時效在室溫下進行的時效稱為自然時效，在加熱條件下進行的時效稱為人工時效。時效過程中使鋁合金的強度、硬度增高的現(xiàn)象稱為時效強化或時效硬化2/3/2023鋁合金的強化是通過固溶強化和時效強化達到的，尤其是時效強化的效果較為顯著。實際生產(chǎn)中進行的時效強化的鋁合金，大多不是二元合金，而是Al-Cu-Mg系，Al-Mg-Si系和Al-Si-Cu-Mg系等2/3/20234．形變鋁合金（1）防銹鋁合金防銹鋁合金中主要合金元素是Mn和Mg，Mn的主要作用是提高鋁合金的耐蝕能力，并通過固溶強化作用，提高鋁合金的強度。Mg也具有固溶強化的作用，并使合金的密度降低防銹鋁合金鍛造退火后其組織為單相固溶體，故耐腐蝕能力強，塑性好各類防銹鋁合金均不能通過熱處理進行強化，但可通過冷變形加工，利用加工硬化，提高合金的強度2/3/2023（2）硬鋁合金硬鋁合金為Al-Cu-Mg系合金，還含有少量的Mn合金中的Cu、Mg是為了形成強化相CuAl2（θ）相及CuMgAl2（S相）Mn主要是提高合金的耐蝕性，并有一定的固溶強化作用，但Mn的析出傾向小，不參與時效過程。少量的Ti或B可細化晶粒和提高合金強度各種硬鋁合金都可以進行時效強化，屬于可以熱處理強化的鋁合金，亦可進行變形強化。按照所含合金元素的數(shù)量不同和熱處理強化效果的不同，可將硬鋁合金分為三類：低合金硬鋁，合金中Mg、Cu含量低；標準硬鋁，合金元素含量中等；高合金硬鋁，合金元素含量較多在使用或加工硬鋁時應(yīng)注意到硬鋁的如下不足之處。一是耐蝕性差，特別是在海水等環(huán)境中；二是固溶處理的加熱溫度范圍較窄，這對其生產(chǎn)工藝的實現(xiàn)帶來了困難2/3/2023（3）超硬鋁合金超硬鋁合金為Al-Mg-Zn-Cu系合金，并含有少量的Cr和MnZn、Cu、Mg與Al可以形成固溶體和多種復(fù)雜的第二相，例如MgZn2，Al2CuMg，AlMgZnCu等。所以經(jīng)過固溶處理和人工時效后，可獲得很高的強度和硬度。它是強度最高的一種鋁合金。但這種合金的耐蝕性較差，高溫下軟化快?？梢杂冒X法提高耐蝕性飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)飛機主起落架2/3/2023（4）鍛鋁合金鍛鋁合金為Al-Mg-Si-Cu系和Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金這類鋁合金具有良好的熱塑性，良好的鑄造性能和鍛造性能，并有較高的力學(xué)性能。在這類鋁合金中，合金元素的種類眾多，但每種元素的含量都很少，因而具有良好熱塑性。鍛造鋁合金通常都要進行固溶處理和人工時效壓氣機葉片2/3/20235鑄造鋁合金鑄造鋁合金按照主要合金元素的不同，可分為四類：Al-Si鑄造鋁合金，如ZL101、ZL105等；Al-Cu鑄造鋁合金，如ZL201、ZL203等；Al-Mg鑄造鋁合金，如ZL301、ZL302等；Al-Zn鑄造鋁合金，如ZL401、ZL402等。各類鑄造鋁合金的主要牌號、力學(xué)性能及用途見表1.4-262/3/2023鑄造鋁合金中按主加合金元素的不同，分為Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系等四種合金鑄造鋁合金牌號由“鑄造代號Z+基本元素鋁的元素符號Al+合金元素符號及其平均質(zhì)量分數(shù)（%）”表示。如ZAlSi12表示含硅wSi=12%的鑄鋁合金合金代號用“鑄鋁”二字漢語拼音字首“ZL”后跟三位數(shù)字表示。代號中第一位數(shù)表示合金系列，1為Al-Si系合金；2為Al-Cu系合金；3為Al-Mg系合金；4為Al-Zn系合金。第二、三位數(shù)表示合金的順序號。如ZL201表示1號鋁銅系鑄造鋁合金，ZL107表示7號鋁硅系鑄造鋁合金。2/3/20232/3/20232/3/20231）Al-Si鑄造鋁合金Al-Si鑄造鋁合金通常稱為鋁硅明，只含硅元素的Al-Si二元合金稱為簡單鋁硅明，除硅外還含有其它合金元素的稱為復(fù)雜鋁硅明（Al-Si-Mg-Cu等多元合金）含硅wSi=11%~13%的簡單鋁硅明（ZL102）鑄造后幾乎全部是共晶組織。因此，這種合金流動性好，鑄件發(fā)生熱裂傾向小，適用于鑄造復(fù)雜形狀的零件Al-Si鑄造鋁合金還有耐腐蝕性能高，膨脹系數(shù)低，焊接性優(yōu)良。活塞(裙部為鋁硅合金)

ZL102合金鑄造組織(化染)55×2/3/2023該合金的不足之處是鑄造時吸氣性高，結(jié)晶時產(chǎn)生大量分散縮孔，使鑄件的致密度下降。Al-Si合金組織中的共晶硅呈粗大的針狀，嚴重降低了合金的塑性。采用變質(zhì)處理可使合金的金相組織明顯細化，提高其強度和塑性。簡單鋁硅明不能進行淬火時效強化，因而僅適合制造形狀復(fù)雜但強度要求不高的鑄件。為了提高鋁硅明的強度，可向合金中加入Mg、Cu等合金元素，以形成CuAl2（θ相）、MgSi（β相）、Al2CuMg（S相）等強度相。此類復(fù)雜鋁硅明除可進行變質(zhì)處理外，還可進行淬火時效提高鋁硅明的強度。這類合金在制造形狀復(fù)雜、性能要求高和高溫下工作的零件和重載荷的大鑄件中得到廣泛應(yīng)用。2/3/20232）Al-Cu鑄造鋁合金Al-Cu合金的強度較高，耐熱性好，但鑄造性能不好，其中只有少量共晶體，有熱裂和疏松傾向，耐蝕性較差ZL201的室溫強度高，塑性比較好，可制作在300℃以下工作的零件，ZL202塑性較低，多用于高溫下不受沖擊的零件。ZL203經(jīng)淬火時效后，強度較高，可做結(jié)構(gòu)材料鑄造受中等載荷和形狀較簡單的零件

鋁銅合金鑄造組織(化染)210×汽缸頭2/3/20233）Al-Mg鑄造鋁合金Al-Mg合金（ZL301、ZL302）強度高，密度?。s為2.55g/m3），耐蝕性好，但鑄造性能不好，沒有共晶體，耐熱性低。Al-Mg合金可進行時效處理，通常采用自然時效。此類合金多用于制作承受沖擊載荷、耐海水腐蝕、外形不太復(fù)雜便于鑄造的零件。

鋁鎂合金鑄造組織(化染)150×2/3/20234）Al-Zn鑄造鋁合金Al-Zn合金（ZL401、ZL402）價格便宜，鑄造性能優(yōu)良，經(jīng)變質(zhì)處理和時效處理后強度較高，但耐蝕性差，熱裂傾向大鑄造鋁合金的鑄件，由于形狀較復(fù)雜，組織粗糙，化合物粗大，并有嚴重的偏析，因此它的熱處理與變形鋁合金相比，淬火溫度應(yīng)高一些，加熱保溫時間要大型空壓機活塞(ZL401)2/3/2023第二節(jié)

銅及其合金1．純銅2．黃銅3．青銅2/3/20231．純銅純銅呈玫瑰紅色，比重8.9。其熔點為1083℃，在固態(tài)時具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)，無同素異構(gòu)，表面形成氧化膜后，呈紫紅色，故常稱為紫銅。純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，其導(dǎo)電性在各種元素中僅次于銀，故純銅主要用作導(dǎo)電材料2/3/2023（1）銅是逆磁性物質(zhì)，用純銅制作的各種儀器和機件不受外磁場的干擾，故純銅適合制作磁導(dǎo)儀器、定向儀器和防磁器械等（2）純銅具有極好的塑性，容易冷、熱成形，故純銅制品大多經(jīng)壓力加工制成（3）純銅的化學(xué)性能比較穩(wěn)定，在大氣、水、水蒸汽、熱水中基本上不遭受腐蝕2/3/2023工業(yè)純銅中含有錫、鉍、氧、硫、磷等雜質(zhì)，它們都使銅的導(dǎo)電能力下降鉛和鉍能與銅形成熔點很低的共晶體（Cu+Pb）和(Cu+Bi)，共晶溫度分別為326℃和270℃，分布在銅的晶界上。進行熱加工時（溫度為820~860℃），因共晶體溶化，破壞晶界的結(jié)合，使銅發(fā)生脆性斷裂（熱裂）硫、氧與銅也形成共晶體（Cu+Cu2S）和(Cu+Cu2O)，共晶溫度分別為1067℃和1065℃，因共晶溫度高，它們不引起熱脆性。但由于Cu2S、Cu2O都是脆性化合物，在冷加工時易產(chǎn)生破裂，這種現(xiàn)象稱為冷脆根據(jù)雜質(zhì)的含量，工業(yè)純銅可分為四種：T1、T2、T3、T4?！癟”為銅的漢語拼音字頭，編號越大，純度越低。工業(yè)純銅的牌號、成分及主要用途見表3-272/3/20232/3/2023純銅除工業(yè)純外，還有一類叫無氧銅，其含氧量極低，氧的質(zhì)量分數(shù)不大于0.003%。牌號有TU1、TU2，主要用來制作電真空器件及高導(dǎo)電性銅線。這種導(dǎo)線能抵抗氫的作用，不發(fā)生氫脆現(xiàn)象。純銅的強度低，不宜直接用作結(jié)構(gòu)材料2/3/20232．黃銅以鋅為唯一或主要合金元素的銅合金稱為黃銅黃銅具有良好的塑性和耐腐蝕性、良好的變形加工性能和鑄造性能，在工業(yè)中有很好的應(yīng)用價值。按化學(xué)成分的不同，黃銅可分為普通黃銅和特殊黃銅兩類。表3-28是常用黃銅的牌號、成分、性能和用途。2/3/2023

冷凝器管2/3/2023法蘭閥閘閥2/3/2023（1）普通黃銅普通黃銅是銅-鋅二元合金。圖3-13是Cu-Zn合金相圖。2/3/2023從圖中可以看出，Cu-Zn系具有六種相，但工業(yè)中應(yīng)用的黃銅的含鋅量一般不超過47%，所以在黃銅中只有單相（α）和兩相（α+β）狀態(tài)α相是鋅溶于銅中的固溶體，其溶解度隨溫度的下降而增加，在456℃時溶解度為最大（約含有39%鋅），456℃以下，溶解度又減小。α相具有面心立方晶格，塑性很好，適于進行冷、熱加工，并有優(yōu)良的鑄造、焊接和鍍錫的能力。高溫時，CuZn

（β相）中的銅、鋅原子處于無序狀態(tài)，當合金緩冷至456℃~468℃時β相會轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驙顟B(tài)稱β′相，具有體心立方晶格，高溫時β相具有極好的塑性，適于熱加工，低溫時β′相比較脆，故不適于冷加工。2/3/2023黃銅的含鋅量對其力學(xué)性能有很大的影響。當黃銅處于單相α狀態(tài)（wZn≤30%~32%）時，隨著含鋅量的增加，強度和延伸率都升高，當wZn>32%后，因組織中出現(xiàn)β′相，塑性開始下降，而強度繼續(xù)升高，在wZn=45%附近達到最大值。當wZn更高時，黃銅的組織全部為β′相，強度與塑性急劇下降。2/3/2023普通黃銅根據(jù)其組織不同可分為單相黃銅和雙相黃銅，單相黃銅的組織為α，塑性很好，可進行冷、熱壓力加工，適于制作冷軋板材、冷拉線材、管材及形狀復(fù)雜的深沖零件常用的單相黃銅代號有H80、H70、H68等，“H”為黃銅的漢語拼音字首，數(shù)字表示銅的平均質(zhì)量分數(shù)（%）常用雙相黃銅的代號有H62、H59等，雙相黃銅的組織為α+β′。由于室溫β′相很脆，冷變形性能差，而高溫β相塑性好，因此它們可以進行熱加工變形。通常雙相黃銅熱軋成棒材、板材，再經(jīng)機加工制造各種零件。2/3/2023（2）特殊黃銅為了獲得更高的強度、耐蝕性和某些良好的工藝性能，在銅鋅合金中加入鉛、錫、鋁、鐵、硅、錳、鎳等元素，形成各種特殊黃銅。特殊黃銅的編號方法是：“H+主加元素符號+銅的平均質(zhì)量分數(shù)+主加元素的平均質(zhì)量分數(shù)”。特殊黃銅可分為壓力加工黃銅（以黃銅加工產(chǎn)品供應(yīng)）和鑄造黃銅兩類，其中鑄造黃銅在編號前加“Z”。例如：HSn70-1表示成分為wCu=69.0~71.0%，wSn=1.0~1.5%，余為Zn的錫黃銅；ZHPb59-1表示成分為wCu=57.0~61.0%，wPb=0.8~1.9%，余為Zn的鉛黃銅。2/3/2023①鉛黃銅鉛能改善黃銅的切削加工性能，并能提高合金的耐磨性。鉛對黃銅的強度影響不大，略微降低塑性。壓力加工鉛黃銅主要用于要求有良好切削加工性能及耐磨的零件（如鐘表零件），鑄造鉛黃銅可以制作軸瓦和襯套。②錫黃銅錫可顯著提高黃銅在海洋大氣和海水中的耐蝕性，錫能使黃銅的強度有所提高。壓力加工錫黃銅廣泛應(yīng)用于制造海船零件。鉛黃銅鑄造組織(化染)70×2/3/2023③鋁黃銅鋁能顯著提高黃銅的強度和硬度，但使合金的塑性降低。鋁能使黃銅表面形成保護性的氧化膜，因而使黃銅在大氣中的耐蝕性得以改善。鋁黃銅可制作海船零件及其機器的耐蝕零件。鋁黃銅中加入適量的鎳、錳、鐵后，可得到高強度、高耐蝕性的特殊黃銅，常用于制作大型蝸桿、海船用螺旋槳等需要高強度、高耐蝕性的重要零件④鐵黃銅鐵能提高黃銅的強度，并使黃銅具有高的韌性、耐磨性及在大氣和海水中優(yōu)良的耐蝕性，因而鐵黃銅可以用于制造受摩擦及受海水腐蝕的零件2/3/2023⑤硅黃銅硅能顯著提高黃銅的力學(xué)性能、耐磨性和耐蝕性。硅黃銅具有良好的鑄造性能，并能進行焊接和切削加工。主要用于制造船舶及化工機械零件。⑥錳黃銅錳能提高黃銅的強度，不降低塑性，也能提高在海水中及過熱蒸汽中的耐蝕性。合金的耐熱性和承受冷熱壓力加工的性能也很好。錳黃銅常用于制造海船零件及軸承等耐磨部件⑦鎳黃銅鎳可增大鋅在銅中的溶解度，全面提高合金的力學(xué)性能和工藝性能，降低應(yīng)力腐蝕開裂傾向。鎳可提高黃銅的再結(jié)晶溫度和細化其晶粒，鎳可提高黃銅在大氣、海水中的抗蝕性，鎳黃銅的熱加工性能良好，在造船工業(yè)、電動機制造工業(yè)中廣泛應(yīng)用2/3/2023錳黃銅鑄造組織(化染)25×硅黃銅鑄造組織(化染)50×2/3/20232/3/20233．青銅青銅原指銅錫合金，但是，工業(yè)上習(xí)慣把銅基合金中不含錫而含有鋁、鎳、錳、硅、鈹、鉛等元素組成的合金也叫青銅青銅實際上包含錫青銅、鋁青銅、鈹青銅和硅青銅青銅也可分為壓力加工青銅（以青銅加工產(chǎn)品供應(yīng)）和鑄造青銅兩類青銅的編號規(guī)則是：“Q+主加元素符號+主加元素的質(zhì)量分數(shù)（%）(+其它元素的質(zhì)量分數(shù)（%）)”，“Q”為“青”的漢語拼音字頭。如QSn4-3表示成分為wSn=4%、

wZn=3%、其余為銅的錫青銅。鑄造青銅的編號前加“Z”2/3/2023（1）錫青銅錫青銅是我國歷史上使用最早的有色合金，也是最常用的有色合金之一它的力學(xué)性能與含錫量有關(guān)，生產(chǎn)上應(yīng)用的錫青銅的wSn一般為3%~14%當wSn＞20%時，由于出現(xiàn)過多的δ相，使合金變得很脆，強度也顯著下降當wSn≤5%~6%時，Sn溶于Cu中，形成面心立方晶格的α固溶體，它是Cu-Sn合金中最基本的相組成物，隨著α固溶體中含錫量的增加，合金的強度和塑性都增加當wSn≥5%~6%時，組織中出現(xiàn)硬而脆的δ相（以復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)的電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體），雖然強度繼續(xù)升高，但塑性卻會下降2/3/20232/3/2023

明永樂大鐘，鑄于永樂18年前后（公元1418～1422年），中國現(xiàn)存最大的青銅鐘。銅鐘通高6.75米，鐘壁厚度不等，最厚處185毫米，最薄處94毫米，重約46噸。鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文，共22.7萬字。銅鐘合金成分為：銅80.54％、錫16.40％、鋁1.12％，為泥范鑄造。現(xiàn)存北京大鐘寺。2/3/2023wSn＜5%的錫青銅適宜于冷加工使用含錫wSn=5%~7%的錫青銅適宜于熱加工大于10%的錫青銅中一般含有少量Zn、Pb、P、Ni等元素。Zn能提高錫青銅的力學(xué)性能和流動性。Pb能改善青銅的耐磨性能和切削加工性能，卻要降低力學(xué)性能。Ni能細化青銅的晶粒，提高力學(xué)性能和耐蝕性。P能提高青銅的韌性、硬度、耐磨性和流動性2/3/2023曾侯乙編鐘（戰(zhàn)國時期，距今2400余年），鐘架長7.48米，寬3.35米，高2.73米，1978年湖北省隨縣擂鼓墩出土，現(xiàn)藏湖北省博物館。右圖為出土現(xiàn)場。2/3/2023巨型件3）常見鑄件舉例2/3/2023（2）鋁青銅以鋁為主要合金元素的銅合金稱為鋁青銅鋁青銅的強度比黃銅和錫青銅高，工業(yè)中應(yīng)用的鋁青銅含鋁量一般為5~11%當wAl＜5%時，合金強度很低當wAl≤5%~7%時，合金的塑性很好，適于冷加工當wAl＞7%~8%時，合金的塑性急劇降低在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機酸中的耐蝕性也比黃銅和錫青銅好。此外，還耐磨損。鋁青銅與上述介紹的銅合金有明顯不同的是鋁青銅可通過熱處理進行強化。鋁青銅有良好的鑄造性能。它的體積收縮率比錫青銅大，鑄件內(nèi)容易產(chǎn)生難溶的氧化鋁。難于釬焊，在過熱蒸汽中不穩(wěn)定2/3/20232）鑄件質(zhì)量2/3/2023（3）鈹青銅以鈹為基本合金元素的銅合金稱為鈹青銅鈹青銅經(jīng)熱處理強化后的抗拉強度可高達1250~1500MPa，硬度可達到50~400HBS，遠遠超過任何銅合金，可與高強度合金鋼媲美鈹青銅中鈹元素的含量wBe在1.7%~2.5%之間，鈹溶于銅中形成α固溶體，鈹在銅中的最大溶解度為2.7%，在室溫時的溶解度為0.2%，因此鈹青銅可以經(jīng)過固溶處理和人工時效得到很高的強度和硬度2/3/2023鈹青銅具有很高的彈性極限、疲勞強度、耐磨性和耐蝕性，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性極好，而且耐熱、無磁性，受沖擊時不發(fā)生火花。因此鈹青銅常用來制造各種重要彈性元件，耐磨零件（如鐘表齒輪，高溫、高壓、高速下的軸承）及防爆工具等。在工藝性方面，它承受冷、熱壓力加工的能力很強，鑄造性能亦很好。但鈹是稀有金屬，價格昂貴，在使用上受到限制。表3-29是各種青銅的牌號、成分、性能和主要用途2/3/2023

1989年在香港建成的天壇大佛，總高26.4m，總重量250t。大佛臉部用錫青銅整體鑄成，佛體由202塊鑄造錫青銅壁板拼焊而成。2/3/2023

2/3/20232/3/2023第三節(jié)

鈦及其合金鈦具有密度小、比強度高、耐熱性好及優(yōu)異的耐腐蝕性能。因此鈦及鈦合金不僅在航空、導(dǎo)彈、航天及艦艇等方面得到廣泛的應(yīng)用，而且在海洋工程、機械工程、生物工程和化學(xué)工程中的應(yīng)用也越來越廣泛。1．純鈦2．鈦合金2/3/20231．純鈦鈦是一種銀白色金屬，其熔點為1680℃；相對密度為4.54g/cm3，比鋁大，但比鐵小鈦有很好的強度，約為鋁的6倍，所以鈦的比強度在結(jié)構(gòu)材料中是很高的鈦的熱膨脹系數(shù)較小，使它在高溫工作條件下或熱加工過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力小鈦的導(dǎo)熱性差，只有鐵的1/5，加上鈦的摩擦系數(shù)大（μ=0.2），使切削、磨削加工困難2/3/2023鈦的彈性模量較低，屈強比高，這使得鈦和鈦合金冷變形成形時的回彈量大，不易成形和校直在550℃以下的空氣中，鈦表面很容易形成致密的氧化膜，使它在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性比大多數(shù)不銹鋼好，但加熱到600℃以上時氧化膜就失去了保護作用鈦在硫酸、鹽酸、硝酸和氫氧化鈉等堿溶液中，在濕氣及海水中具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。但鈦不能抵抗氫氟酸的浸蝕作用2/3/2023固態(tài)下，鈦有兩種同素異構(gòu)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變溫度為882.5℃，在882.5℃以下的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)為密排六方晶格，稱為α-Ti；在882.5℃以上直到熔點為體心立方晶格，稱為β-Ti。鈦中常見的雜質(zhì)有Fe、Si、N、O、C、H等元素。工業(yè)純鈦按雜質(zhì)含量不同可分為三個等級，即TA1、TA2、TA3。其中“T”為“鈦”的漢語拼音字頭，數(shù)字為順序號，數(shù)字越大則雜質(zhì)越多工業(yè)純鈦的棒材和板材具有較高的強度，可制作在500℃以下工作有耐蝕要求，且強度要求不高的零件純鈦的牌號、成分與力學(xué)性能見表1.4-所示2/3/20232/3/20232．鈦合金在鈦中加入合金元素能顯著提高純鈦的強度。如工業(yè)純鈦的σb約為350~700MPa，而鈦合金的σb可達1200MPa鈦合金根據(jù)使用狀態(tài)的組織可分為三類：α鈦合金、β鈦合金、α+β鈦合金。牌號分別以TA、TB、TC加上編號表示2/3/2023（1）α鈦合金在鈦中加入鋁、碳、氮、氧、硼等元素形成α固溶體，并使α?β同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度上升，稱為α穩(wěn)定化元素。從而使鈦合金的組織全部為α固溶體單項組織，具有很好的強度、韌性及塑性。在冷態(tài)也能加工成某種半成品，如板材、棒材等在高溫下組織穩(wěn)定，抗氧化能力較強，熱強性較好。在高溫（500~600℃）時的強度性能在三類鈦合金中較高在室溫中強度一般低于β和α+β鈦合金α鈦合金是單相合金，不能進行熱處理強化代表性的合金有TA5、TA6、TA7。2/3/2023（2）β鈦合金在合金中加入鐵、鉬、鎂、鉻、錳、釩等元素使合金的組織主要為β固溶體全β鈦合金由于是體心立方結(jié)構(gòu)，合金具有良好的塑性，為了利用這一特點，發(fā)展了一種介穩(wěn)定的β相鈦合金。此合金在淬火狀態(tài)為全β組織，便于進行加工成形。β鈦合金可進行熱處理強化。通過淬火與時效能獲得β相中彌散分布細小α相組織，進一步提高β鈦合金的強度因為這類合金密度較大，耐熱性差及抗氧化性能低。生產(chǎn)工藝復(fù)雜，在工業(yè)上很少使用。2/3/2023（3）α+β鈦合金當鈦中同時加入穩(wěn)定α相和β相的元素時，可獲得（α+β）的雙相組織（α+β）鈦合金兼有α和β鈦合金兩者的優(yōu)點，耐熱性和塑性都比較好，可進行熱處理強化，且生產(chǎn)比較簡單，是應(yīng)用最廣的一類鈦合金部分鈦合金的牌號、成分、力學(xué)性能及用途見表3-312/3/2023鈦合金應(yīng)用示例鈦-鋼復(fù)合板反釜全鈦換熱器鈦-鋼復(fù)合板氧化塔2/3/20232/3/2023第四節(jié)滑動軸承合金1．對滑動軸承合金的性能及組織的要求2．常用軸承合金介紹工件體軸軸瓦2/3/20231．對滑動軸承合金的性能及組織的要求滑動軸承合金是指用于制造滑動軸承軸瓦及內(nèi)襯的材料滑動軸承在工作時，將在軸和軸頸之間產(chǎn)生強烈的摩擦。對軸承合金要求它在工作溫度下具有足夠的抗壓強度和疲勞強度、良好的耐磨性和足夠的塑性及韌性，其次還要求它具有良好的耐蝕性、導(dǎo)熱性和較小的膨脹系數(shù)，與軸之間摩擦系數(shù)小，能保持住潤滑油2/3/2023為了滿足上述要求，軸承合金的理想組織是在軟的基體上分布著硬質(zhì)點如圖3-15所示；或者在硬基體上分布著軟質(zhì)點。潤滑油空間軸軟質(zhì)點硬基體軸瓦2/3/2023當機器運轉(zhuǎn)時，軟基體被磨損而凹陷，硬質(zhì)點就凸出于基體上，減小軸與軸瓦之間的摩擦系數(shù)。凹下去的坑可以存儲潤滑油，同時使外來硬物能嵌入基體中，使軸頸不被擦傷。軟基體能承受沖擊和振動，并使軸與軸瓦很好地磨合同樣，采取硬基體上分布軟質(zhì)點的組織，也達到上述目的。同軟基體硬質(zhì)點的組織相比，硬基體軟質(zhì)點組織具有較好的承載能力，而磨合能力較差2/3/2023最能滿足上述要求的軸承合金是以錫或鉛為基的合金，一般稱為“巴氏合金”其編號方法為：“ZCh+基本元素符號+主加元素符號+主加元素的質(zhì)量分數(shù)（%）+輔助元素的質(zhì)量分數(shù)（%）”，其中“Z”、“Ch”分別是“鑄”和“承”的漢語拼音字首例如，ZChSnSb11-6表示wSb=11.0%、wCu=6%的錫基軸承合金常用的軸承合金除巴氏合金外還有鋁基和銅基軸承合金巴氏合金的牌號、性能及用途見表3-32所示2/3/20232/3/20232．常用軸承合金介紹(1)錫基軸承合金（錫基巴氏合金）錫基軸承合金是一種軟基體硬質(zhì)點類型的軸承合金。它是以錫、銻為基礎(chǔ)，并加入少量其它元素的合金。常用的牌號有ZChSnSb11-6、ZChSnSb8-4、ZChSnSb4-4等。錫基軸承合金膨脹系數(shù)小、磨合性良好，抗咬合性、嵌藏性和耐蝕性、導(dǎo)熱性、澆注性能也很好。錫基軸承合金的缺點是疲勞強度較低，工作溫度也較低（一般不大于150℃），價格高錫基軸承合金組織(SnSb+CuSb+α基體,濺射)52×2/3/2023(2)鉛基軸承合金（鉛基巴氏合金）鉛基軸