1、第八章 非铁金属及粉末冶金材料 第一节 铝及铝合金 第二节 铜及铜合金第三节 滑动轴承合金第四节 粉末冶金材料2018/10/22 1第一节 铝及铝合金 黑色金属主要指钢和铸铁，而把其余金属如铝、镁、铜、锡、铅、锌等及其合金统称为 非铁金属 。一、工业纯铝 工业上使用的纯铝，其纯度为 99.7% 99.8%，其熔点为 660 ，具有面心立方晶格，无同素异构转变，他具有以下的 性能特点 ：1）密度小， 相对密度仅为 2.7g/cm3， 大约为铁的 1/3。2）导电和导热性好， 仅次于银、铜、金。3）抗大气腐蚀性能好。 但铝不能耐酸、碱、盐的腐蚀。4）强度低（ b=80 100MPa）， 但塑性好
2、（ 40% ， 80%），5）无磁性、无火花，而且反射性能好。 纯铝的 主要用途 是：代替贵重的铜合金制作导线，配制各种铝合金以及制作要求质轻、导热或耐大气腐蚀但强度要求不高的容器和器具。 2018/10/22 2二、铝合金的分类 根据铝合金的成分和工艺性能，可划分为 变形铝合金 和 铸造铝合金 两大类。1、变形铝合金变形铝合金 是指成分为 D点以左的合金，当加热到 FD线以上时可以得到单相固溶体，这类合金塑性较好，适宜进行压力加工。铝 合金相 图 的一般 类 型 变形铝合金又可以分为两类：（ 1）不能用热处理强化的铝合金 成分在 F点左边的铝合金。其常用的强化方法是冷加工变形，如冷轧、压延等
3、工艺。（ 2）能用热处理强化的铝合金 铝合金的成分在 F点与 D点之间。可进行热处理强化。2018/10/22 32、铸造铝合金 成分在 D点右边的铝合金，由于有共晶组织存在，熔点低、流动性好，故适宜铸造，制造形状复杂的零件，故称为 铸造铝合金 。三、铝合金的热处理 能用热处理强化的铝合金当加热到 相区，保温后在水中冷却，其强度、硬度并没有明显升高，而塑性却得到改善，这种热处理称为 固溶处理。 固溶处理后，铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象，称为时效强化。 四、变形铝合金 变形铝合金常由冶金厂加工成各种规格的型材（板、带、线、管等）产品供应市场。1、防锈铝合金 成分： 防锈铝主要指
4、Al-Mn系， Al-Mg 系合金。 热处理： 这类铝合金不能用热处理强化，只能通过冷变形方法强化。 性能： 这类铝合金，其耐蚀性好，故称防锈铝。并具有适中的强度、优良的塑性和良好的焊接性。 应用： 常用来制造高耐蚀性薄板容器（如油箱）、防锈蒙皮及受力小、质量轻、耐蚀的制品与结构件（如管道、窗框、灯具等），常用牌号有 5A05。2018/10/22 42、硬铝合金 成分： 硬铝主要指 Al-Cu-Mg系合金。 热处理： 这类铝合金能用热处理强化。 性能： 比强度与高强度钢（一般 b=1000MPa 1200MPa的钢）相似。 应用： 硬铝由于耐蚀性比纯铝差，更不耐海水腐蚀；所以硬铝材表面常包有
5、一层纯铝，以增加其耐蚀性。 常见牌号： 如 2A01硬铝，大量用于制造铆钉。3、超硬铝合金 成分： 是 Al-Cu-Mg-Zn系合金。 热处理： 这类铝合金用热处理强化。 性能： 在铝合金中，超硬铝时效强化效果最好，强度最高， b可达 600MPa， 其比强度已相当于超高强度钢（一般指 b 1400MPa的钢）。 应用及牌号： 目前应用最广的超硬铝合金是 7A04， 常用于飞机上受力大的结构零件，如起落架、大梁等。2018/10/22 5常用变形铝合金的代号、成分、力学性能及用途2018/10/22 6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。
6、超硬铝 LC ， 做飞机大梁、起落架。锻铝 LD ， 做锻件、模锻件。2018/10/22 7 性能 ：其力学性能不如变形铝合金，但铸造性能好，可进行各种成形铸造，生产形状复杂的零件。 种类 ：主要有 Al-Si系、 Al-Cu系、 Al-Mg系、 Al-Zn系等四大类，其中以 Al-Si系应用最广泛。 牌号： 铝硅铸造合金俗称 硅铝明 ，是一种应用广泛的共晶型铸造铝合金。4、锻铝合金 成分： 他是 Al-Cu-Mg-Si系， Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。 性能： 其力学性能与硬铝相似，但热塑性及耐蚀性较高，适合锻造成形。 应用： 由于其热塑性好，所以锻铝主要作航空及仪表工业中各种形状
7、复杂，要求比强度较高的锻件或模锻件，如各种叶轮、框架、支杆等，常用牌号 2A50。五、铸造铝合金“铸 ”“铝 ”二字的汉语拼音字首字母 合金类别（ 1为 Al-Si系、 2为 Al-Cu系、 Al-Mg系、 4为Al-Zn系） 顺序号 ZL + 数字 1 + 数字 22018/10/22 8常用铸造铝合金的代号、成分、力学性能及用途2018/10/22 9 ZL102是应用最早的典型的硅铝明， Si=11% 13%， 一般铸造所得组织几乎全部是粗大的共晶体（ + Si）。 变质处理 ：在浇注前往液态合金中加入占合金质量 2%-3%的变质剂，则可使粗大的针状共晶硅变为细晶状硅，并且使 Al- S
8、i相图共晶点右移，得到细小的组织，力学性能显著提高 。Al-si 二元合金的铸态组织 变质处理 后 ， 100未变质， 500变质剂对 Al-si相图影响 2018/10/22 10 应用： 铸造铝合金一般用来制造质量轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能的铸件，如发动机气缸体、手提电动或风动工具（手电钻、风镐）以及仪表外壳。2018/10/22 11第二节 铜及铜合金一、工业纯铜 纯铜表面具有玫瑰红色，表面形成 CuO膜层后呈紫色，又称 紫铜 。 铜具有面心立方晶格，无同素异构转变，其熔点为 1083 ，密度为 8.96g/cm3 其 主要特征 有：1）有良好的导电性、导热性 ，其导电性仅次于银
9、。2）塑性高 （ =4050%。3）有较高的耐蚀性 （抗大气及海水腐蚀）。4）无磁性。纯铜管用途： 制作各种导电材料、导热材料及配制各种铜合金的材料。 分类及牌号： 工业纯铜分未加工产品（铜锭）和压力加工产品（铜材）两种。工业纯铜未加工产品牌号有 Cu-1、 Cu-2两种，已加工产品牌号有 T1、 T2、 T3、 T4四种牌号。2018/10/22 12二、黄铜 黄铜是以锌为主要合金元素的铜锌合金。1、普通黄铜 黄铜的力学性能与 Zn的质量分数有关。 黄铜力学性能随 Zn变化的关系 2018/10/22 13 当 Zn 39%时，（实际生产时大多为 Zn 32%， Zn能完全溶解于 Cu内形成
10、单相 固溶体，称为 单相黄铜 。单相黄铜塑性很好，适宜冷、热压力加工；若 Zn 39%， 组织中出现以化合物 CuZn为基的 固溶体，即黄铜中由 + 双相组织（ 双相黄铜 ）。少量的 对强度影响不大，因此强度仍然升高；若 Zn 45%以后铜合金组织全部为 相，此时的合金已无使用价值。(a) 单相黄铜 相Cu-Zn合金的显微组织(b) 双相黄铜 +相2018/10/22 14 牌号：如 :H70表示 Cu=70%， 其余为 Zn的黄铜。 H70是典型的单相黄铜， H68是典型的双相黄铜。2、特殊黄铜 为了改善黄铜的力学性能，耐蚀性能或某些工艺性能，可以在普通黄铜的基础上加入其他合金元素所组成多元
11、合金称为 特殊黄铜 。 牌号： 在 “ H” 之后标以主加元素的化学符号，并在其后标以铜及合金元素的质量分数。 例： HPb59-1表示 Pb=1%， 余量为 Zn的铅黄铜。 “ 黄 ” 字汉语拼音字首合金中铜的平均质量分数H+ 数字2018/10/22 15常用黄铜的常用牌代号、成分、力学性能及用途2018/10/22 16黄铜制品2018/10/22 17三、青铜 青铜 原先是指人类最早应用的一种 Cu-Sn合金。但现代工业上，是指黄铜、白铜（ Cu-Ni合金）以外的其他元素作为主要合金元素的铜合金均称为 青铜 。 牌号 : Q+主加元素符号及质量分数 +其他元素符号及质量分数 铸造青铜则
12、在牌号前面加 “ Z” 。如 QSn4-3， 含 4%Sn 、 3%Zn， 其余为 Cu 。 1、 锡青铜 是由 Cu与 Sn为主加元素组成的铜合金。工业上使用的锡青铜为 Sn=3%-14%。 性能： 铸造时流动性较差，成分偏析倾向较大，并易产生分散缩孔等缺陷，但不会形成集中缩孔，故适用于铸造外形尺寸要求较严格的铸件。 锡青铜的耐蚀性高于纯铜和黄铜，特别是在大气、海水等环境中，但在酸类及氨水中其耐蚀性较差。此外，锡青铜还具有良好的减磨性，抗磁性及低温韧性。 应用 ：制造机床中滑动轴承、蜗轮、齿轮等。2018/10/22 182、铝青铜 铝青铜 是由 Cu与 Al为主加元素组成的铜合金。 性能：
13、 其强度、耐磨性、耐蚀性及耐热性比黄铜、锡青铜都好，且价格低，还可热处理（淬火、回火）强化。 应用： 铸造铝青铜常用来制造强度及耐磨性较高的摩擦零件，如齿轮、轴套、蜗轮等。3、铍青铜 铍青铜 是由 Cu与 Be为主加元素组成的铜合金。 性能 ：强度高，疲劳抗力高、且耐热、耐蚀、耐磨等性能均优于其他铜合金。导电性和导热性优良，且有抗磁，受冲击无火花等一系列优点。 应用： 主要用于制造各种精密仪器、仪表中的重要弹簧和其他弹性元件，如钟表手轮、电焊机电极、防爆工具、航海罗盘等。 2018/10/22 19常用青铜的代号、成分、力学性能及用途2018/10/22 20第三节 滑动轴承合金一、对滑动轴承
14、性能的要求 用来制造制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的合金称为 轴承合金 。 轴承合金应具备下列性能：1）具有足够的抗压强度与疲劳强度； 2）有足够的塑性和韧性；3）摩擦系数小，并能保留着润滑油； 4）良好的导热性，耐蚀性和低的膨胀系数。二、轴承合金的组织特征1、在软基体上均匀分布着硬质点工作原理 ：当轴工作时，轴承合金的软基体很快被磨凹下去，使硬质点因耐磨而凸出。凸出来的硬质点起到支承轴的作用，而凹下去的基体处能储存润滑油，从而形成近乎理想的摩擦条件，减少了轴的磨损。轴承合金组织示意图 2018/10/22 212、在硬基体上均匀分有着软质点 如常用的铅青铜 ZCuPb30， 因 Pb不溶于 Cu
15、， 其室温组织是铅的颗粒分布在铜的基体上，铅颗粒为 软质点 ，铜是 硬基体 。 这类轴承合金的磨合性能较差，但承载能力较强。 铅青铜常作为铸造轴承合金广泛用于制作航空发动机和高速柴油机的轴承。锡基轴承合金的组织， 100三、常用轴承合金 1、锡基轴承合金（锡基巴氏合金）是以 Sn为基础，加入 Sb、 Cu等元素组成的合金。这类轴承合金的磨合性能较差，但承载能力较强。例如 ： ZSnSb11Cu6表示 Sb=11%， Cu=6%的锡基轴承合金。2018/10/22 222、铅基轴承合金（铅基巴氏合金） 铅基轴承合金也是在 软基体 上分布着 硬质点 的组织。 软基体 :（ + ） 共晶体， 硬质点
16、 是方块状初生 相和针状 Cu2Sb化合物。 性能 ： 硬度、强度、韧性比锡基轴承合金低，摩擦系数大，但耐压强度较高，铸造性能好。 应用 ：例如汽车、拖拉机的曲轴轴承，电动机轴承等。3、铜基轴承合金常用牌号： ZCuPb30的组织是由 硬基体 上分布的 软质点 Pb组成。性能： 疲劳强度高、承载能力强、耐磨性优良以及导热性高，摩擦系数小，能在较高温度下工作。2018/10/22 234、铝基轴承合金特点： 密度小，导热性好，疲劳强度高和耐蚀性好，并且原料丰富，价格低，其缺点是膨胀系数大，运转时易与轴颈咬合，常用牌号 ： ZAlSn6Cu1Ni1 轴 瓦应用： 可以制造承受高载荷，高速度的重要轴
17、承，如航空发动机，高速柴油机等的轴承。2018/10/22 24铸造轴承合金牌号、成分、用途铸造轴承合金牌号、成分、用途 2018/10/22 25第四节 粉末冶金材料 将金属粉末或金属与非金属粉末（或纤维）混合，经压制成型后烧结等过程制成零件材料的工艺方法称为 粉末冶金 。一、粉末冶金工艺简介 工艺过程： 制粉、筛分与混合、压制成形、烧结及后处理等。二、粉末冶金材料的应用1烧结减摩材料（ 1）多孔轴承： 成分： 机械行业广泛使用的多孔轴承有 铁基的（ 98%铁粉 +2%石墨粉）和 铜基的 （ 99%锡青铜粉 +1%石墨粉）两种 特性： 多孔轴承具有较高减摩性。 应用： 一般用作中速、轻载荷的
18、轴承，特别适宜不经常加油的轴承。2018/10/22 26（ 2）金属塑料减摩材料 获得： 用烧结好的多孔铜合金作骨架，在真空下浸渍聚四氟乙烯乳液，使聚四氟乙烯浸入其孔隙中，就能获得金属与塑料成为一体的金属塑料减摩材料。 特性： 聚四氟乙烯具有一定的减摩性、耐蚀性及较宽的工作范围（ 26 +250 ）。铜合金作骨架具有较高的强度和较好的导热性。 金属塑料减摩材料适用于以下工作条件：1） 不能用油润滑或不便加油的高速、高载荷的工作条件 ，如纺织机械，食品机械、印刷机械中的减摩零件。2） 灰尘多、有易燃或腐蚀介质的工作条件， 如化工机械、农药机械、工程机械中的减摩零件。3） 低温和高温的工作条件，
19、 如制造氧气压缩机上的导向环，过去曾用聚四氟乙烯制造，由于强度低、寿命仅为 48h，而采用金属塑料减摩材料后，使寿命已达到 5000h。2018/10/22 272烧结铁基结构材料 烧结铁基结构零件的材料，即所谓 烧结钢 。 应用： 用 碳钢 粉末烧结的合金，其碳的质量分数较低的，可制造承受载荷小的零件、渗碳件及焊接件；其碳的质量分数较高的，淬火后可制造要求一定强度或耐磨性的零件。 用 合金钢 粉末烧制的合金，淬火后 b 可达 500 800MPa,硬度为 4045HRC，可制造承受载荷较大的烧结结构件，如油泵齿轮、汽车差速齿轮等。3 硬质合金 硬质合金 是以一种或几种难熔碳化物（如 WC、
20、TiC等）粉末为主要成分，并加入金属 Co作为粘结剂，经粉末冶金法制成的材料。（ 1） 硬质合金的性能特点1）硬度高、热硬性高。 在高温下强度可达 1000-1200Hv（相当于6981HRC），热硬性可达 900-1000 。2）抗压强度高 ，可达 6000MPa； 900 时抗弯强度可达 1000MPa左右。3）良好的耐蚀性（抗大气、酸、碱等）与抗氧化性 。2018/10/22 28（ 2）常用硬质合金 常用硬质合金的牌号、化学成分和性能 2018/10/22 29新型硬质合金 钢结硬质合金： 以 TiC、 WC、 VC粉末等为硬质相，以碳钢或合金钢（高速钢或铬钼钢）粉末为粘结剂，用一般粉末冶金法制造。性能： 他具有钢材的加工性，经退火后可进行切削加工，也可锻造和焊接，经淬火与回火后，硬度可达 70HRC，具有高耐磨性、抗氧化性、耐蚀性等优点。应用： 适用于制造各种形状复杂的刀具，如麻花钻、铣刀等，也可以用作在较高温度下工作的模具和耐磨零件等。 钢结硬质合金的牌号、化学成分和性能 2018/10/22 30
