第二章4常用有色金屬及其應(yīng)用

汽車應(yīng)用材料第二章金屬材料

汽車應(yīng)用材料第二章

除鋼鐵材料以外的其他金屬材料統(tǒng)稱為有色金屬，其種類很多，且具備的許多特殊的物理和化學(xué)性能，又有一定的力學(xué)性能和較好的工藝性能，是工業(yè)上不可缺少的工程材料，工程上最常用的有色金屬有鋁、銅、鋅、鉛、鎂、鈦及其合金和軸承合金等。四、有色金屬及合金汽車應(yīng)用材料第二章(一)

鋁及鋁合金

(二)

銅及銅合金

(三)鎂及鎂合金

(四)鈦及鈦合金（五）軸承合金有色金屬及其合金汽車應(yīng)用材料第二章(一)鋁及鋁合金1．純鋁2．鋁合金汽車應(yīng)用材料第二章熔點660℃，密度2.7g/cm3，比強度高。導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，耐大氣腐蝕。切削性好，塑性好、可冷成型。鑄Al合金的鑄造性能好。Al及Al合金的特點汽車應(yīng)用材料第二章工業(yè)純鋁——

L1～L5，做散熱器、器皿等。力學(xué)性能σb

=80~100MPa

δ=30~50%1．純鋁汽車應(yīng)用材料第二章純鋁

按純度分為高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁三類高純鋁：99.996%～99.93%用于科研，代號L04～L01；工業(yè)高純鋁：99.9%～99.85%用于作Al合金原料、鋁箱，代號L0、L00；工業(yè)純鋁：99.0%～98.0%作管、線、棒、代號L1～L6，數(shù)字大。汽車應(yīng)用材料第二章2．鋁合金（1）分類和強化分類——變形鋁合金、鑄造鋁合金強化方法固溶、冷變形、時效強化，變質(zhì)處理。汽車應(yīng)用材料第二章-CuAl2時效強化

——淬火后合金強硬度隨時間延長而顯著升高時效工藝固溶處理（水冷淬火）→過飽和固溶體

時效過程——過飽和固溶體分解，析出強化相。

自然時效——在室溫長時間停留，如，數(shù)天。人工時效——加熱至100~200℃，保溫一定時間。汽車應(yīng)用材料第二章

鋁合金

(1）變形鋁合金防銹鋁合金硬鋁合金超硬鋁合金鍛鋁合金（2）鑄造鋁合金Al-Si系合金Al-Cu系合金Al-Mg系合金Al-Zn系合金汽車應(yīng)用材料第二章鋁合金牌號鋁合金的牌號表示方法：變形鋁合金采用四位數(shù)表:2xxx~8xxx系列,如2A11，表示以銅為主鋁合金,A表示原始,(B表示改型),11表示純度.

鑄造鋁合金的代號用“ZL”兩個字母和三個數(shù)字表示，如ZL102，ZL203,ZL302等.如ZL102表示2號鋁-硅鑄造鋁合金。汽車應(yīng)用材料第二章合金類別代號主要化學(xué)成分,%熱處理機械性能CuMgMn其它σb

MPa

%HB防銹鋁LF54.5~5.50.3~0.6退火2702370LF114.8~5.50.3~0.6V0.02~0.22702370LF211.0~1.61302330硬鋁LY12.2~3.00.2~0.5固溶處理+自然時效3002470LY113.8~4.80.4~0.80.4~0.842018100LY123.8~4.91.2~1.80.3~0.948011131超硬鋁LC41.4~2.01.8~2.80.2~0.6Zn5.0~7.0固溶處理+人工時效60012150LC62.2~2.82.5~3.20.2~.5Zn7.6~8.66807190鍛鋁LD51.8~2.60.4~0.80.4~0.8Si0.7~1.242013105LD71.9~2.51.4~1.8Ni1~1.5Fe1.0~1.544013120LD103.9~4.80.4~0..80.4~1.0Si0.5~1.248010135變形鋁合金

防銹鋁——3A21，5A02,5A05等.不可熱處理強化，做油箱、油管、鉚釘。硬鋁——2A01,2A10,2A11,2A12等，做螺旋槳葉片、支柱。超硬鋁——7A04，做飛機大梁、起落架。鍛鋁——2A50,2A14，做鍛件、模鍛件。汽車應(yīng)用材料第二章飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)飛機主起落架汽車應(yīng)用材料第二章鍛鋁合金(LD):Al–Mg–Si–Cu具有良好的熱塑性,

通過固溶處理和人工時效來提高鋁合金的力學(xué)性能。2A50,2A14

。壓氣機葉片汽車應(yīng)用材料第二章合金代號主

要化學(xué)成分,%機

械性能SiCuMg鑄造方法熱處理bMPa%HB鋁硅ZL1016.0~8.00.2~0.4SBT6230170ZL10210~13SBJT2T2143153425050ZL1104.0~6.05.0~8.00.2~0.5JT1170－90鋁銅ZL2034.0~5.0JT4210660鋁鎂ZL3019.5~11.5ST4280920鋁鋅ZL4026.0~8.0Zn5~70.4~0.7JT1240470鑄造方法：SB——砂型變質(zhì)；J——金屬砂；S——砂型熱處理：T1——不淬火，人工時效；T2——退火；

T4——淬火+自然時效；T6——淬火+人工時效（2）鑄造鋁合金

Al-Si合金（硅鋁明）——鑄造性好（熔點低、流動性好、收縮小）。

變質(zhì)后，共晶體（細(xì)點狀Si+α基體）+初晶α

變質(zhì)處理——顯著提高力學(xué)性能。組織——變質(zhì)前，共晶體（粗針狀Si+α基體）+初晶SiZL102的鑄態(tài)組織，未變質(zhì)，×500變質(zhì)處理后，×100鑄造鋁合金的應(yīng)用汽車應(yīng)用材料第二章活塞(裙部為鋁硅合金)

ZL102合金鑄造組織(化染)55×鑄造鋁–

硅合金(ZL101～ZL111):汽車應(yīng)用材料第二章硅鋁明(ZL102)

簡單硅鋁明組織α+Si共晶體，它的最大優(yōu)點是鑄造性能好，此外，密度小，抗蝕性，耐熱性，焊接性也相當(dāng)好，但強度低，這類合金只適用于制造形狀復(fù)雜但對強度要求不高的鑄件，如儀表殼體等。特殊硅鋁明在該合金的基礎(chǔ)上加入適當(dāng)合金元素Cu、Mn、Mg、Ni等元素，發(fā)展成能時效強化的鋁合金，稱為特殊硅鋁明，具有良好的鑄造性和較高的抗蝕性及足夠的強度，如ZL108、ZL109是我國目前常用的鑄造鋁活塞的材料。汽車應(yīng)用材料第二章鑄造鋁–

銅合金(ZL201～ZL203):

有較高的強度、塑性及耐熱性,但鑄造性能和耐蝕性較差。制造汽缸蓋,活塞等

鋁銅合金鑄造組織(化染)210×汽缸頭汽車應(yīng)用材料第二章鑄造鋁–

鎂合金(ZL301、ZL302):

有較高的強度、韌性及耐蝕性,但鑄造性能和耐熱性較差。

鋁鎂合金鑄造組織(化染)150×鼓風(fēng)機用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)汽車應(yīng)用材料第二章鑄造鋁–

鋅合金(ZL401、ZL402):

具有良好的鑄造性,經(jīng)變質(zhì)處理和時效處理后,強度高,但耐蝕性差。大型空壓機活塞(ZL401)汽車應(yīng)用材料第二章(二)銅及銅合金1．純銅2．銅合金汽車應(yīng)用材料第二章1.銅及銅合金的性能特點優(yōu)異的物理、化學(xué)性能導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、抗蝕、抗磁能力高良好的加工性能塑性好；鑄造性好某些特殊機械性能優(yōu)良的減摩性和耐磨性，高的彈性極限和疲勞極限汽車應(yīng)用材料第二章2.銅及銅合金的分類及用途純銅銅合金黃銅青銅白銅汽車應(yīng)用材料第二章2.銅及銅合金的分類及牌號純銅(紫銅)T1、T2、T3、Tu1，Tu2

銅合金黃銅普通黃銅H××表示含銅62%,其余為Zn的黃銅特殊黃銅HPb59-1表示59%Cu、1%Pb。余量為Zn的鉛黃銅青銅錫青銅QSn6.5-0.4,表示6.5Sn及0.4%P的錫-磷青銅特殊青銅白銅BMn3-12,是含3%Ni及12%Mn的錳白銅汽車應(yīng)用材料第二章1．純銅——紫銅（紫紅色）工業(yè)純銅——

T1~T4，做電導(dǎo)體。力學(xué)性能σb=230~250MPa

δ=40~50%純銅管汽車應(yīng)用材料第二章純銅

我國工業(yè)有三個牌號：即一號銅（99.95%Cu）、二號銅（99.90%Cu），三號銅（99.7%Cu），其代號分另為T1、T2、T3。此外，純銅除工業(yè)純銅外，還有一類叫無氧銅，其含氧量極低，不大于0.003%，其代號有Tu1，Tu2，“u”是“無”漢語拼音字首。純銅退火狀態(tài)，強度低，塑性好（σb=250～270Mpa，δ=35～45%），經(jīng)冷加工變形后強度升高，而塑性急劇降低（σb=400～500Mpa，δ=1～3%）。不能用作受力的結(jié)構(gòu)材料，工業(yè)純銅主要用導(dǎo)電、導(dǎo)熱，兼有抗腐蝕性的器材，如電線、電纜、電器開關(guān)等，無氧銅主要作真空器件。

汽車應(yīng)用材料第二章銅合金純銅強度低，雖然冷加工變形可提高其強度，但塑性顯著降低，不能制作受力的結(jié)構(gòu)件。為了滿足制作結(jié)構(gòu)件的要求，在銅中加入合金元素，通過固溶強化，時效強化及過剩相強化等途徑提高合金的強度，獲得高強度的銅合金。常用的合金元素：Zn、Al、Sn、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Cr、Zr等。銅合金按其化學(xué)成分可分為黃銅、青銅、白銅三大類。汽車應(yīng)用材料第二章黃銅

黃銅是以Zn為主要合金元素的銅合金，具有良好的機械性能，易加工成型，對大氣、海水有相當(dāng)好的抗蝕能力，是應(yīng)用最廣的重要有色金屬材料。黃銅按其所含合金元素的種類可分為普通黃銅和特殊黃銅兩類；按生產(chǎn)方式可分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅兩類。汽車應(yīng)用材料第二章普通黃銅普通黃銅，就是Cu-Zn二元合金，當(dāng)Zn含量＜36%，時單相α，Zn含量＞36%而＜47%時組織α+β’兩相工業(yè)上所用的黃銅Zn含量一般不超過47%。單相黃銅：室溫組織為單相α的黃銅又稱單相黃銅，強度較低、塑性特別好，適于壓力加工，常用代號有H80、H70、H68，其中H70、H68強度較高，大量用作槍彈殼和炮彈筒，故有“彈殼黃銅”之稱。雙相黃銅：α+β’黃銅又稱雙相黃銅，強度高，塑性差、常用H59、H62用作水管、油管、散熱器等。汽車應(yīng)用材料第二章汽車應(yīng)用材料第二章普通黃銅的組織特征圖單相黃銅H68雙相黃銅H59汽車應(yīng)用材料第二章黃銅的力學(xué)性能與含鋅量的關(guān)系圖50030405060700400300200100010205040302010506070809010011040HB+’bb(Mpa)(%)HB汽車應(yīng)用材料第二章常用的黃銅應(yīng)用金獎黃銅---H90彈殼黃銅---H70(H68)日用黃銅---H62(H59)法蘭閥閘閥冷凝器管汽車應(yīng)用材料第二章特殊黃銅在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素，形成特殊黃銅，它們比普通黃銅具有更高的強度、硬度、抗腐蝕性能汽車應(yīng)用材料第二章黃銅的“季裂”雖然黃銅具有優(yōu)良抗蝕性，但當(dāng)零件以冷壓力加工（擠壓、沖壓、彎曲等）成形時，由于其中有殘余內(nèi)應(yīng)力存在，在氨、濕氣、海水作用下，極易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象——稱為季裂。為了防止這種現(xiàn)象，冷壓力加工后的黃銅零件（如彈殼等）必須進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力的退火（250～300℃保溫1h以上）汽車應(yīng)用材料第二章復(fù)雜黃銅

——改善Cu-Zn合金的耐蝕性、機械性能。組別代

號主要化學(xué)成分,%機械性能(變形)Cu其它bMPa%HBPb黃銅HPb63-3HPb60-162.0~65.059.0~61.0Pb2.4~3.0Pb0.6~1.060061054－－Sn黃銅HSn90-1HSn62-188.0~91.061.0~63.0Sn0.25~0.75Sn0.7~1.152070054148－Al黃銅HAl77-276.0~79.0Al1.8~2.665012170Si黃銅HSi65-1.5-363.5~66.5Si1.0~2.0Pb2.5~3.56008160Mn黃銅Fe黃銅HMn58-2HFe59-1-157.0~60.057.0~60.0Mn1.0~1.2Fe0.6~1.27007001010175160Ni黃銅HNi65-564.0~67.0Ni5.0~6.57004－汽車應(yīng)用材料第二章黃銅制品汽車應(yīng)用材料第二章（2）青銅——

Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Be系等合金。壓力加工青銅

Sn青銅——如QSn4-3，含4%Sn、3%Zn，其余為Cu。做軸承、彈簧等。

Al青銅——如QAl10-3-1.5，做耐蝕、抗磨的齒輪、軸套等。

Be青銅——如QBe2，做彈簧，高速軸承等。鑄造青銅——如Sn青銅，ZCuSn10Zn2。汽車應(yīng)用材料第二章1.工業(yè)純鎂

純鎂的密度很小，只有1.74，是工業(yè)用金屬中最輕的一種。熔點為650±1℃，在熔化溫度時極易氧化甚至燃燒。固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)為密排六方晶格，冷變形能力很差，但高純度鎂具有一定的塑性變形能力。強度低，大致與鋁差不多。（三）鎂及鎂合金

汽車應(yīng)用材料第二章2.鎂合金

鎂合金分為鑄造鎂合金和變形鎂合金兩類。

鑄造鎂合金的牌號用“ZM”加順序號表示，如ZM1、ZM3、ZM5等；變形鎂合金的牌號用“MB”

加順序號表示，如MB1、MB5、MB7等。汽車應(yīng)用材料第二章

主加元素是錳，用以改善鎂的抗蝕性。1.3％～2.5％Mn對海水的抗蝕性顯著提高。鎂－錳合金力學(xué)性不高，不能通過熱處理強化。0.15～0.35％的鈰可細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能。鎂－錳合金抗蝕性和焊接性優(yōu)良，MB1用于生產(chǎn)板、棒、帶半成品及鍛件，制作要求高塑性、焊接性及耐蝕性的飛機零件。MB8則可制作中等負(fù)荷的零件。①鎂－錳系合金

汽車應(yīng)用材料第二章合金強度高，可熱處理強化，鑄造性好。但抗蝕性低，屈服強度和耐熱性較低。②鎂－鋁－鋅系合金鋁是主加元素，鋅和錳是輔加元素。鋁在鎂中固溶強化作用顯著(Al<8～10％時，強化效果不明顯)。鋅補充強化，改善塑性。錳提高抗蝕性。MB2、MB3熱塑性、焊接性好，用作復(fù)雜鍛件和熱擠壓棒材。ZM5鑄造性和力學(xué)性能優(yōu)良，用作復(fù)雜大型鑄件和受力的飛機及發(fā)動機零件。汽車應(yīng)用材料第二章

該系合金形成組織疏松傾向很小，鑄造性能較好，屈服極限較高，熱塑性變形能力大。主加元素鋅和鋯，鋅固溶強化及提高合金屈服極限，Zn≈6％。鋯細(xì)化組織，提高強度和屈服極限，改善塑性和抗蝕性，提高耐熱性。鋯在0.5～0.8％時作用效果最佳。③鎂－鋅－鋯系合金

常用合金有ZM1、ZM2、MB15等。ZM1用于高強度、受沖擊載荷大的零件，如飛機輪轂、輪緣、支架等；ZM2用于工作溫度較高（200℃以下）的零件，如發(fā)動機機座、電機殼體等；MB15主要用于受力較大的零件，如機翼長桁等。汽車應(yīng)用材料第二章(四)鈦及鈦合金特性——強度、塑性、比強度高，耐蝕、耐熱、耐低溫。１．純鈦銀白色，熔點1680℃，密度4.54

g/cm3。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——

882℃時，密排六方α-Ti←→β-Ti（體心立方）。牌號——工業(yè)純鈦TA1～TA3汽車應(yīng)用材料第二章2．鈦合金α-Ti合金可變形強化，如TA7（Ti-5Al-2.5Sn）β

–Ti

合金可時效強化，TB1（Ti-3Al-13V-11Cr）（α+β）-Ti

合金可時效強化，TC4（Ti-6Al-4V）熱處理退火——

650～850℃（再結(jié)晶）

450～650℃（去應(yīng)力）淬火+時效處理汽車應(yīng)用材料第二章鈦飛船TC4時效后的組織：

塊狀α＋β基體＋針狀α汽車應(yīng)用材料第二章(五)軸承合金滑動軸承中的軸瓦及內(nèi)襯的材料

工作條件——沖擊、交變載荷，軸頸壓力、摩擦。性能要求:強硬度、塑韌性好，與軸的磨合能力、減摩性好。導(dǎo)熱、抗蝕性好。軸瓦汽車應(yīng)用材料第二章Sn基軸承合金

ZChSnS