工程材料 课程讲稿授课题目（教学章、节或主题）： 第九章 有色金属及合金授课方式（请打）理论课R 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2学时教学要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解铝合金，铜合金，轴承合金的牌号、成份、热处理工艺、组织及其应用。教学重点、难点及关键知识点：教学重点：铝合金，轴承合金的牌号、成份、热处理工艺、组织及其应用。难点：铝合金，铜合金，轴承合金的牌号、成份、热处理工艺、组织及其应用。 方法及手段采用启发式、归纳类比法讲授为主，并请学生浏览相关网站，收集金属材料应用有关资料，了解新的金属材料研究情况，展开讨论。教学基本内容（教学过程）改进设想第一节 概述1.定义：除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有金属。 2.性能特点：具有独特的性能。3.分类重金属(密度3.5 g/cm3)： Cu、Ni 等；轻金属(密度3.5 g/cm3)： Al、Mg 等；贵重金属：Au、Ag、Pt 等；稀有金属： W、Ti、Ra、Nb 等；半金属： Si、Te、B 等。第二节 铝及铝合金一、铝及铝合金的特性 1比重小，比强度高：纯铝=2.7g/cm3，铝合金的密度与纯铝相近。铝合金（强化后）的强度与低合金高强钢的强度相近，铝合金比强度比一般高强钢高得多。2导电性和导热性好：仅次于Ag、 Cu、 Au；抗大气腐蚀；非磁性，即磁化率极低。 3加工性能良好：良好的铸造性、锻造性、冷成型性、切削性；可热处理强化等。由于上述优点，铝及铝合金在电气工程、航空及宇航工业、一般机械和轻工业中都有广泛的用途。工程材料 课程讲稿二、纯铝 1高纯铝 牌号有 ：L01， L02， L03， L04。由01到04，Al的含量由99.9399.99% 。 电容器和科研用。2工业高纯铝 牌号有 ：L0，L00 Al的含量由99.8599.9%。主要用于制作铝箔、包铝、冶炼铝合金的原料。3工业纯铝牌号有 ：L5， L4，L3，L2， L1。 由5到1， Al的含量由9899% 。主要用于制作电线、电缆、器皿及配制合金。三、铝合金图9-1 铝合金分类示意图（一）铝合金种类 （分为变形铝合金和铸造铝合金两类）1.变形铝合金 （1）防锈铝 用“铝”和“防”拼音首字母加序号表示，如五号防锈铝用LF5表示。特点良好的塑性与焊接性，适宜压力加工和焊接。机械性能较低，可用冷变形使其强化。 应用适用制作焊接管道、容器、铆钉以及其它冷变形零件。 （2）硬铝用“铝”和“硬”拼音首字母加序号表示， 如十二号硬铝用LY12表示。工程材料 课程讲稿特点具有优良的加工工艺性能，可固溶时效强化，可以加工成板、棒、管、型材等。应用广泛应用在航空，汽车和机械中。 （3）超硬铝用“铝”和“超”拼音首字母加序号表示，如四号超硬铝用LC4（7A04）表示特点铝-锌-铜系合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度达500700MPa，超过高强度的硬铝LY12合金(400-430 MPa)，故称为超硬铝合金。可固溶时效强化。 应用用在航空飞机大梁，起落架等承受重载的零部件。（4）锻铝用“铝”和“锻”拼音首字母加序号表示，如五号锻铝用LD5（2A50）表示。特点铝-镁-硅-铜系合金具有优良的锻造工艺性能，应用主要用作制作外形复杂的锻件,故称为锻铝合金，可固溶时效强化。2.铸造铝合金 铸造铝合金的牌号用“铸铝”二字的汉语拼音首字母“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）铝-硅铸造合金 ZL101 、 ZL104、 ZL105、 ZL107、 ZL109特点优良的铸造性、焊接性、抗蚀性以及足够的机械性能，但合金的致密度较小，应用适宜制造致密度要求不太高的、形状复杂的铸件（2） 铝-铜铸造合金ZL201 、 ZL202 、 ZL203特点强度较高、耐热性好，铸造性较差、耐蚀性差，铜含量一般不超过14。 应用形状简单，承受载荷的零件，如内燃机缸头、活塞等。（3）铝-镁铸造合金 ZL301、 ZL302、 ZL303特点比重最小(2.55)、耐蚀性最好、强度最高的铸造铝合金。铸造性较差。应用承受冲击载荷、耐蚀形状简单的零件，如舰船零件，氨用泵体等。工程材料 课程讲稿（4）铝-锌铸造合金 ZL401、 ZL402 特点较高的强度，铸造性较好，是最便宜的一种铸造铝合金。抗蚀性差。 应用发动机零部件，形状复杂的仪器元件。（二）铝合金的强化 1. 固溶强化；如Cu、Mg、Zn、Si、Mn等加入可形成有限固溶体；2固溶时效强化：固溶处理+时效处理；3第二相强化和细晶强化；4冷变形强化。第三节 铜及铜合金一、铜及铜合金的特性 1优异的物理化学性能：导电性、导热性好；抗蚀能力高；抗磁；美观。Fcc、无同素异构转变，熔点10830C。2良好的加工性能：塑性好，铸造性能好；3特殊机械性能：减摩性耐磨性好，高的弹性极限和疲劳极限。 二、铜及其合金的分类、牌号及应用 (一)紫铜（纯铜） 纯铜呈紫红色，常称紫铜，工业纯铜分为四种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。纯铜主要用于制作电导体及配制合金。纯铜的强度低, 不宜作结构材料。 （二）铜合金（分黄铜、青铜和白铜三类）1.黄铜（以Zn为主要合金元素的铜合金）黄铜分普通黄铜和复杂黄铜两种（1）普通黄铜铜和锌的二元合金牌号： H+数字 H为黄铜，数字表示平均铜质量分数。如：H96、 H80、 H70、H68、H62、H59 应用: H96 冷凝管、热交换器、散热器，计算机插件等。 H80 金色黄铜， 装饰件，薄管。H70 和 H68 “三七黄铜” 弹壳、套管和复杂深冲零件。H62 、H59强度较高，作零件，标准件，焊接件，冲压件（2）复杂黄铜（在普通黄铜基础上加铝、铁、硅、锰、镍等）牌号：H+主加元素符号+铜质量分数+主加元素质量分数应用： Pb黄铜 HPb60-1 切削性能好，耐磨性好 钟表零件。工程材料 课程讲稿 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、机械及化工零件。2.青铜（含有Sn. Al. Si. Pb. Be, Mn等的铜基合金）分：锡青铜，铝青铜，铍青铜等 牌号： Q+主加元素符号+主加元素含量+其它元素含量。铸造青铜加“Z”字 ，如：QSn4-3, 表示含4%Sn、3%Zn，其余为Cu的锡青铜。应用： 锡青铜 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。 铝青铜耐蚀性优于黄铜和锡青铜，铸造性和耐磨性优于锡青铜，机械性能好。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 QAl7 重要的弹簧及弹性元件。 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、QBe1.7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QSi3-1 机械性能好、成本低。 耐蚀件、弹簧 、涡轮、蜗杆等3.白铜（以Ni为主要合金元素的铜合金）普通白铜编号为：B+镍的平均含量，“B”意指“白铜” 如：B19表示含19%Ni的普通白铜，还有： B5、B19、B25应用： 船舶零件，机械及化工零件，医疗器械。复杂白铜编号： Q+主加元素符号+主加元素含量+其它元素含量 如： BZn15-20 船舶零件，潮湿环境下的机械及化工零件锰白铜BMn3-12 弹簧和热电偶丝工程材料 课程讲稿第四节 滑动轴承合金一、轴承1分类：滑动轴承和滚动轴承2滑动轴承的构成：轴承体和轴瓦3轴承合金：制造轴瓦和内衬的耐磨合金称为轴承合金二、轴承合金的性能要求1足够的抗压强度、疲劳强度和冲击性能；2摩擦系数小，减摩性能好，良好的磨合性能和抗咬合能力，蓄油性能好，以减小轴颈磨损并防止咬合；3具有小的膨胀系数、良好的导热性能和耐腐蚀性能。三、轴承合金的组织特点 软硬不同的多相合金分为两类：一是软基体上分布硬质点； 二是硬基体上分部软质点。润滑油空间轴硬质点软基体轴瓦在高速中、低载荷情况下，用软基体上分布硬质点组织的材料。四、常用的轴承合金1锡基和铅基轴承合金（巴氏合金） 熔点低，软基体上分布硬质点。（1）锡基轴承合金（Sn（主）SbCu） 软基体：Sb溶于Sn的固溶体 硬质点：SbSn化合物牌号：ZSnSb8Cu4：铸造锡基轴承合金，主加元素锑的质量分数为8%，辅加元素铜的质量分数为4%，其余为锡。工程材料 课程讲稿性能：耐磨性好、导热性好，耐腐蚀、嵌藏性好，摩擦系数低，缺点是工作温度低、疲劳强度低、价格高。应用：应用于重型动力机械的高速轴承，如汽轮机、涡轮压缩机和高速内燃机等。（2）铅基轴承合金（Pb(主）Sb+Sn+Cu )软基体：a+b共晶体 硬质点：初生的b相和Cu2Sb化合物特点：成本低，性能低于锡基轴承合金。应用：作为低速、低载荷的轴承合金，主要用于汽车、拖拉机曲轴等。牌号：ZChPbSb16-16-2，成分为16%Sb、16%Sn、2%Cu、其余为Pb。 2铜基轴承合金（1）铅青铜ZQPb30，成分为30%Pb, 其余为Cu。硬基体软质点铜和铅在固态时互不溶解，室温显微组织为Cu+Pb。Cu为硬基体, 粒状Pb为软质点。该合金与巴氏合金相比，具有高的疲劳强度和承载能力，优良的耐磨性、导热性和低的摩擦系数，能在较高温度(2500C)下正常工作，因此可制造大载荷、高速度的重要轴承，例如航空发动机、高速柴油机的轴承等。 （2）锡青铜ZQSn10-1，成分为10%Sn、1%P，其余为Cu。显微组织为Cu3P。固溶体为软基体，相和Cu3P为硬质点。该合金具有高的强度，适于制造高速度、高载荷的柴油机轴承。 作业和思考题：课后习题6课后小结及教学后记：本课教育评注（课堂设计理念，实际教学效果）107