5.1 铝及铝合金

5.1 铝及铝合金

5.2 铜及铜合金

5.3 其他非铁金属材料

5.4 滑动轴承合金

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料

5.5 粉末冶金材料

通过本章的学习，了解粉末冶金方法及滑动轴承合金的组织特征；掌握常用铝合金、铜合金、硬质合金牌号、性能、用途及强化方法。

常用铝合金、铜合金、

硬质合金牌号、性能、

用途及强化方法。

5.1 铝及铝合金 5.1.1 工业纯铝

名称纯度用途

高纯铝 99.93%-99.99% 科学研究、制作电器

工业高纯铝 98.85%-99.9% 铝箔、铝合金原料

工业纯铝 98.0%-99.0% 电线、电缆、配置合金

纯铝中含有 Fe 、 Si 、 Zn 等元素时，会使性能下降。

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1 铝及铝合金 11第 5

章

铝（铝合金）的特点

密度低、比强度高，纯铝的密度只有 2700kg/m仅为铁的 1/4 。

优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、耐腐蚀等。

加工性能好，铸造性能好，易于塑性变形，经热处理后还具有很高的强度。

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.1 工业纯铝 22

纯铝的强度低，不能用作结构材料铝合金

纯铝通常制成管、棒、箔等型材，配制合金和脱氧剂、电线、电缆等。

3

第 5章

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2 铝合金 33

5.1.2 铝合金 1. 铝合金的分类

根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金。请点击

（ 1 ）

变形铝合金不可热处理强化铝合金——防锈铝

可热处理强化铝合金——硬铝、超硬铝和锻铝

（ 2 ）

变形铝合金

铸造铝合金具有共晶组织，塑性较差，但熔点低，流动性好

第 5章

(1) 铝合金的时效强化


2. 铝合金的热处理

固溶处理 + 时效处理

强度不高，塑性好孕育期冷变形加工

将铝合金加热到 α 相区，经保温，使第二相溶入 α 固溶体中，然后水冷，得到过饱和的 α 固溶体——固溶处理。

第 5章

将铝合金加热到 α 相区，经保温，使第二相溶入 α 固溶体中，然后水冷，得到过饱和的 α 固溶体——固溶处理。

将经过固溶热处理的合金，在常温放置（自然时效）或在较高温度保温（人工时效），第二相从过饱和固溶体中缓慢析出，使铝合金的强度、硬度明显提高。这种固溶处理后的铝合金随时间延长而发生硬化的现象，称为时效（时效强化）。

(2) 回归处理


将已强化的铝合金重新加热，经保温后在水中急冷，使合金恢复到固溶后的状态，这种处理方法叫回归处理。

可在回归处理后的软化状态进行各种冷变形。

(3) 退火

铸造铝合金退火消除内应力及成分偏析，稳定组织。变形铝合金退火消除变形加工中出现的加工硬化

现象，改善其加工工艺性。

时效规律请点击

第 5章

(1) 变形铝合金的分类、代号与牌号3. 变形铝合金


分类：防锈铝合金 (LF) 、硬铝合金 (LY) 、超硬铝合金 (LC) 及锻铝合金 (LD) 。

四位数字体系和四位字符体系：如 3A21 、 2A01 等请点击

代号与牌号：

(2) 常用的变形铝合金 ① 不能热处理强化的铝合金用“铝”和“防”二字的汉语拼音第一个字

母 “L” 和“ F” 加顺序号表示，如五号防锈铝用LF5 (5A05) 表示。

防锈铝

第 5章

●Al-Mn 系合金如 3A21(LF21)

●Al-Mg 系合金如 5A05(LF5) 、 5A11(LF11)

●Al-Zn-Mg-Cu系合金

②能热处理强化的铝合金


防锈铝

优良的抗腐蚀，良好的塑性与焊接性，适宜压力加工和焊接。力学性能较低，可用冷加工方法使其强化。切削加工工艺性能差，故适用制作焊接管道、容器、铆钉以及其它冷变形零件。

硬铝用“铝”和“硬”二字的汉语拼音首字母“ L” 和“ Y” 加顺序号表示，如 12 号硬铝用 LY12 (2A12) 表示。

（铝 -铜 - 镁系合金）

第 5章

硬铝有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，具有优良的加工工艺性能，可以加工成板、棒、管、线、型材及锻件等半成品，广泛应用在航空，汽车和机械中。


铆钉硬铝典型牌号 2A01(LY1) 、 2A10(LY10)

标准硬铝典型牌号 2A11(LY11)

高强度硬铝典型牌号 2A12(LY12)

超硬铝用“铝”和“超”二字的汉语拼音首字母“ L” 和“ C” 加顺序号表示，如 4 号超硬铝用 LC4(7A04) 表示。

（铝 - 锌 -铜系合金）

第 5章

超硬铝合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度达 500～ 700MPa，超过高强度的硬铝 LY12合金 (400-430 MPa) 。

应用在航空飞机大梁，起落架等承受重载的零部件。用“铝”和“锻”二字的汉语拼音首字母“ L”和“ D” 加顺序号表示，如 5 号锻铝用LD5(2A50) 表示。


锻铝

（铝 - 镁 - 硅 -铜系合金）

锻铝合金具有优良的锻造工艺性能，主要用作制作外形复杂的锻件。

第 5章


4. 铸造铝合金

铸造铝合金的代号用“铸铝”二字的汉语拼音首写字母“ ZL” 加三位数字表示

第一位数表示合金系别：1 为铝硅系合金； 2 为铝铜系合金； 3 为铝镁系合金；4 为铝锌系合金。第二、三位数字表示合金的顺序号。如 ZL111 表示 11 号铝硅系铸造铝合金。

(1) 铸造铝合金的分类、代号及牌号

铸造铝合金的牌号是由“ Z+基体金属的化学元素符号 + 合

金元素符号 + 数字”组成。如 ZA1Si12 表示wsi≈12%的铸造合金。

第 5章

ZL101 、 ZL104 、 ZL105 、 ZL107 、 ZL109

优良的铸造性、焊接性、抗蚀性以及足够的机械性能，但合金的致密度较小，适宜制造致密度要求不太高的、形状复杂的铸件。

铝 - 硅铸造合金

ZL201 ZL202 ZL203

耐热性高，其高温强度随铜含量的增加而提高，而合金的铸缩率和形成裂纹的趋向则减小。但由于铜含量增加，使合金的脆性增加 , 故铜含量一般不超过 14％。

铝 -铜铸造合金


(2) 常用的铸造铝合金

第 5章

比重最小 (2 .55) 、耐蚀性最好、强度最高 (抗拉强度可达 350MPa) 的铸造铝合金。但由于结晶温度范围宽，故流动性差 ,形成疏松趋向大、其铸造性能不如铝 - 硅合金好。

ZL301 ZL302 ZL303

有较高的强度，是最便宜的一种铸造铝合金。其主要缺点是抗蚀性差。

ZL401 ZL402


铝 - 镁铸造合金

铝 - 锌铸造合金

第 5章

5.2 铜及铜合金 5.2.1 工业纯铜

纯铜为紫色，又称紫铜。工业纯铜分为 4 种： T1 、T2 、 T3 、 T4 。编号越大，纯度越低。工业纯铜除配制铜合金和其他合金外，主要用于电器工业，制造电线、电缆、电刷、铜管、散热器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防磁仪器等。

纯铜的强度低，不宜用作结构材料

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2 铜及铜合金 1313第 5

章

铜及铜合金的特点

优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐蚀等，是抗磁材料。

加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好。

具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性高的弹性极限和疲劳强度。

色泽美观。

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.1 工业纯铜 1414第 5

章

铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。

按化学成分

黄铜

青铜

白铜

以 Zn 为主要合金元素。良好的加工性能，良的铸造性能，耐腐蚀性能也好。

以 Sn 为主要合金元素。用于铸造形状复杂的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。

以 Ni 为主要合金元素。具有较好的强度和塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2 铜合金 1515

5.2.2 铜合金 1. 铜合金的分类

第 5章

按生产方式

加工铜合金铸造铜合金


2.黄铜

(1)普通黄铜 ( 铜锌二元合金 ) ①Zn 的质量分数的影响

Zn<32%时，强度和塑性都随 Zn 的增加而提高； Zn=30%～ 32%时塑性最高； Zn>32%时，塑性下降；Zn=40%～ 45%时，强度最高；Zn>45%时，塑性和强度均急剧下降。

第 5章


②普通黄铜的代号及牌号

H62 表示 Cu的平均质量分数为 62%，其余为 Zn的普通加工黄铜。

ZCuZn38，其含义是wZn≈38%，其余为 Cu的铸造黄铜。

H80 金色黄铜，装饰件，薄管。

H62 、 H59 强度较高，作零件，标准件，焊接件，冲压件。

H96 冷凝管、热交换器、散热器，计算机插件等。

H70 “三七黄铜” 弹壳、套管和复杂深冲零件 (H68) 。

③普通黄铜的用途

第 5章

(2) 特殊黄铜


① 合金元素的影响

Pb—— 改善切削加工性和耐磨性；Si—— 改善铸造性能，提高强度和耐蚀性；A1——提高强度、硬度和耐蚀性；Sn 、 Al、 Si 、Mn——提高耐蚀性，减少应力腐蚀破裂。

②特殊黄铜的代号、牌号与应用

HSn62-1 表示wCu≈62%，wSn≈1%，其余为 Zn的加工锡黄铜。

ZCuZn40Mn3Fe1 ，表示wZn≈40%、wMn≈3%

wFe≈1%、其余为 Cu的铸造特殊黄铜。

第 5章

☆Pb黄铜： HPb60-1 切削性能好，耐磨性好——钟表零件

☆ Sn黄铜： HSn90-1 HSn62-1 耐蚀性好 ——船舶零件。海军黄铜

☆ Al 黄铜： HAl 77-2 HAl60-1-1

耐蚀性好，强度和硬度高——船舶零件，机械及电机零件。

☆ Si 黄铜 HSi80-3

耐蚀性好，机械性能好，切削性好，耐磨性好

——船舶零件，机械及化工零件

其它还有锰黄铜，铁黄铜，镍黄铜。主要用于船舶零件

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2 铜合金 1919第 5

章

消除加工黄铜的加工硬化现象。

(3)黄铜的热处理

① 去应力退火：将黄铜制件加热到 200～ 300℃，保温后缓冷。

消除应力，防止应力腐蚀破裂及切削加工后的变形。

② 再结晶退火：一般是将黄铜制件加热到 500～ 700℃，保温后缓冷 .

3.青铜


(1)青铜的代号及牌号

加工青铜的代号如 QSn4-3 表示平均wSn≈4%、wZn

≈3%，其余为 Cu的加工锡青铜。

第 5章

铸造青铜的牌号如 ZCuSn10Zn1 ，表示平均wSn

≈10%、wZn≈1%，其余为 Cu的铸造锡青铜。

(2)普通青铜 (锡青铜 )


①Sn 的质量分数的影响

Sn<7%时，强度、塑性随着 Sn 的增加而增大；Sn>7%以后，强度继续升高，塑性急剧下降；wSn>20%时，合金变脆，强度显著降低

第 5章

②锡青铜的性能及用途

QSn4-3, QSn6.5-0.1, 耐蚀性优于黄铜，铸造性好，耐磨性好，有弹性用于造船、化工、机械、仪表中的耐磨件，耐蚀件、弹性元件，抗磁件。

(3) 特殊青铜 (无锡青铜 )

☆ 铝青铜 QAl9-4 QAl7 耐蚀性优于黄铜和锡青铜，铸造性和耐磨性优于锡青铜，力学性能好。

QAl10-3-1.5 飞机、船舶用高强度、高耐磨抗蚀零件

QAl9-4 船舶及电气零件，耐磨件


章

☆ 铍青铜耐蚀性、耐磨性、弹性、抗磁性、抗疲劳都很好，耐寒，冲击无火花。

QBe2 重要的弹簧及弹性元件、耐磨件、高压高速高温轴承，防爆工具，钟表件。

☆ 硅青铜耐蚀件、弹簧、涡轮、蜗杆等。

QAl7 重要的弹簧及弹性元件。


章

5.3 其他非铁金属材料

密度低、比强度高。

耐高温、耐腐蚀性能、低温韧性好等。

加工条件复杂，成本较高。

5.3.1 钛及钛合金


特点

第 5章

纯钛

钛的密度低，熔点高，线膨胀系数小。导热性差。纯钛塑性好，强度高，可以加工成细丝和薄片。钛在大气、海水及酸碱中的抗腐蚀性能好。

纯钛的晶体结构

882.5 度以上：密排六方结构，称为 α－Ti 。

882.5 度以下：体心立方结构，称为 β－ Ti 。

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.1钛及钛合金 2525第 5

章

钛合金的种类

α －钛合金钛中加铝、硼等 α 稳定元素获得α－Ti 合金。这种合金的室温强度较低，但高温（ 500－ 600 度）强度很高。抗氧化性、抗蠕变性以及焊接性能良好。

钛中加入钼、铬、钒等元素后可获得 β－ Ti 合金。这种合金的强度高，冲压性能好，并可通过淬火和时效获得强化。

这种合金的塑性好，容易锻造、压延和冲压，并可通过固溶和时效进行强化。热处理后的强度可提高 50％－ 100％。

α ＋ β－钛合金

β－钛合金

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.1钛及钛合金 2626第 5

章

密度低、比强度高。纯镁的密度只有 1749kg/m仅为铁的 1/4 、铝的 2/3 。

镁的电极电位较低，抗腐蚀性能差。

镁属于密排六方结构，因此塑性变形能力差。

5.3.2 镁及镁合金

镁的特点

3

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.2镁及镁合金 2727第 5

章

镁合金的特点

低比重：工业用材料中最轻量材料 ( 铝的 2/3 重 ) 。

高比强度：优于钢和铝。振动吸收性好：可将振动能吸收并转化成热放出。

易机械加工。耐冲击性好。电磁屏蔽性好。

可再生利用：有利于环境优化。


章

镁合金的种类

变形镁合金

铸造镁合金

各种型材

复杂形状的铸件等


章

5.4 滑动轴承合金 5.4.1 轴承合金的工作条件及性能要求

较高的抗压强度和疲劳强度；高的耐磨性，良好的磨合性和较小的摩擦数；足够的塑性和韧性；良好的耐蚀性和导热性，较小的膨胀系数和良好的工艺性。

强烈的摩擦，并承受周期性载荷。并要考虑使轴磨损最小

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4 滑动轴承合金 3030第 5

章

1. 软基体上均匀分布着硬质点

2. 硬基体上均匀分布着软质点

具有较好的磨合性，耐冲击与振动，但承载能力不高。

摩擦系数低，承载能力高，但磨合性差。

5.4.2 轴承合金的组织特征

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4.2 轴承合金的组织特征 3131

软基体贮存润滑油；承受冲击和振动，嵌藏外来小硬物。

硬质点支撑轴颈，承受载荷，抵抗磨损。

软质点贮存润滑油，硬基体承受载荷并抵抗磨损。

第 5章

牌号：“ Z+基体合金元素符号 +主添加合金元素符

号 + 数字 +辅添加元素符号 + 数字”组成。元素符号后

的数字是以名义百分数表示的该元素的质量分数。

如 ZSnSb11Cu6表示wsb≈11%、wCu≈6%，余量

为锡的铸造锡基轴承合金。

5.4.3 轴承合金的分类及牌号

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4.3 轴承合金的分类及牌号 3232

分类：锡基、铅基、铝基、铜基等

第 5章

5.4.4 常用的轴承合金

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4.4 常用的轴承合金 3333

1.锡基轴承合金制作航空发动机、汽轮机、内燃机等大型机器的高速轴瓦。典型牌号 ZSnSb11Cu6。 2.铅基轴承合金 (铅基巴氏合金 )制造汽车、拖拉机、轮船、减速器等承受中、低载荷的中速轴承。典型牌号有 ZPbSb16Sn16Cu2 。 3. 铜基轴承合金铅青铜制造高速、重载轴承。典型牌号 ZCuPb30 。锡青铜适于制造高速度、高载荷的柴油机轴承。典型牌号 ZCuSn10Pb1 。

第 5章

4. 铝基轴承合金

高锡铝基轴承合金，制造高速、重载汽车、拖拉

机和内燃机车上的发动机轴承。

典型牌号 ZAlSn6Cu1Ni1 。

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4.4 常用的轴承合金 3434第 5

章

5.5 粉末冶金材料粉末冶金材料是用几种金属粉末或金属与非金属粉末作原料，通过配料、压制成形、烧结和后处理等工艺

过程而制成的材料。生产粉末冶金材料的方法称为粉末冶金法。

5.5.1 粉末冶金法的特点及粉末冶金材料的应用

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 5 粉末冶金材料 3535

1. 粉末冶金法的特点生产减摩材料、结构材料、摩擦材料、硬质合金、难熔金属材料、特殊电磁性能材料、过滤材料、无偏析高速钢等；少屑或无屑精密加工方法、生产率高、材料利用率高。

第 5章

5. 5.1 粉末冶金的特点及粉末冶金材料的应用 3636

2. 粉末冶金材料的应用

(1) 粉末冶金减摩材料滑动轴承 ( 含油轴承 )

(2) 粉末冶金摩擦材料

铁基摩擦材料：承受较大压力，在高温、高载荷下摩擦性能优良，多用于各种高速重载机器的制动器。铜基摩擦材料：工艺性较好，摩擦系数稳定，抗粘、抗卡性好，湿式工作条件下耐磨性优良，常用于汽车、拖拉机、锻压机床的离合器与制动器。

(3) 粉末冶金结构材料

铁基结构材料：零件精度较高，粗糙度值小，无屑和少屑加工，生产率高，制品多孔，可浸润滑油，减摩、减振、消声。

第 5章

铜基结构材料比铁基结构材料抗拉强度低，但塑性、韧性较高，具有良好的导电、导热和耐腐蚀性能，可进行各种镀涂处理。

1. 常用硬质合金的类别、成分和牌号

5.5.2 硬质合金一种或几种难熔碳化物 ( 如碳化钨、碳化钛等 ) 粉末，加入起粘接作用的金属粉末，用粉末冶金法制得的材料。

成分：WC+Co。

牌号：如 YG6表示wCo≈6%，余量为WC 的钨钴类硬质合金。

(1)钨钴类硬质合金

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 5.2 硬质合金 3737第 5

章

成分：WC+TiC+Co

牌号：如 YT15 表示wTiC≈15%的钨钛钴类硬质合金。

(3)钨钛钽 (铌 ) 类硬质合金 (万能硬质合金或通用硬质金 )

第 5 章非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 5.2 硬质合金 3838

高的抗压强度、耐蚀性和抗氧化性，常温下硬度可达86～ 93HRA( 相当于 69 ～ 81HRC) ；热硬性高，可达 900～ 1000℃；耐磨性好。

2. 硬质合金的性能

(2)钨钛钴类硬质合金

成分： WC+TiC+ TaC +Co 或WC+TiC+ NbC +Co 牌号：如 YW1 表示是 1 号万能硬质合金。

第 5章

其切削速度比高速工具钢高 4～ 7倍，刀具寿命高5～ 80倍，可切削 50HRC左右的硬质材料。但抗弯强度较低，韧性差，线膨胀系数小，导热性差。


3. 硬质合金的应用

①刀具材料：高速切削高硬度或高韧性材料

YG类合金：加工脆性材料 ( 如铸铁等 ) ；YT类合金：加工塑性材料 ( 如钢等 ) 。同类合金中，钴的质量分数高的适于粗加工，钴的质量分数低的适于精加工。万能硬质合金适用于切削各种钢材。

第 5章

③易磨损面镶以硬质合金

②冷作模具材料：如冷拉模、冷冲模、冷挤模和

冷镦模等。 YG6、 YG8 适用于小拉深模， YG15

适用于大拉深模和冲压模具。

4.切削加工用硬质合金的分类和分组代号

按其切屑排出形式和加工对象范围不同，分为 P、M、K三类，用途代号由“类别代号 + 数字”组成，如 P01 、M10 、 K20…。


请点幻灯片 46

第 5章

以铜为主要合金元素的铝合金 2×××

以锰为主要合金元素的铝合金 3×××

以硅为主要合金元素的铝合金 4×××

以镁为主要合金元素的铝合金 5×××

以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si 相为强化相的铝合金 6 ×××

以锌为主要合金元素的铝合金 7×××

以其他元素为主要合金元素的铝合金 8×××

备用合金组 9×××

应用范围分类对照性能提高方向

代号被加工材料类别用途代号硬质合金牌号合金性能切削性能

P长切屑的钢铁材料

P01 YT30 高耐韧磨性性

高

高切进削给速量度大

P10 YT15

P20 YT14

P30 YT5

M 介于 P与 K之间

M10 YW1 同上同上

M20 YW2

K

短切屑的钢铁材料有色金属

及非金属材料

K01 YG3X 同上同上

K10 YG6X、 YG6A

K20 YG6、 YG8N

K30 YG8、 YG8N

说明：牌号中“ A” 表示该合金中含有 TaC或 NbC ，“ X” 表示该合金为细颗粒，“ N” 表示合金有少量 NbC 。

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5.1 铝及铝合金