有色金属及合金的特性及应用领域

有色金属及其合金的特性各不相同，如铝、镁、钛及其合金的密度小，铜、铝及其合金的导电性好，钨、钼及其合金的耐高温性好等。因此，在机械制造、电器制造等工业领域，除大量使用黑色金属外，有色金属也被广泛应用。

（一）铝及铝合金

1. 铝

纯铝是一种轻金属，具有银白色金属光泽，密度为2.7 g/cm3，熔点为660.37 °C，其特点如下：

（1）密度小，熔点低，塑性和韧性好，但强度和硬度低。

（2）具有良好的导电性和导热性，电导率仅次于银、铜、金。

（3）具有良好的耐大气腐蚀能力，但不耐酸、碱、盐的腐蚀。

2. 铝合金

纯铝的力学性能不高，不宜用作承受较大载荷的结构零件。为了提高纯铝的力学性能，有效的方法是在纯铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素，以制成铝合金。像钢一样，铝合金可借助热处理进行强化。经过热处理的铝合金仍具有纯铝原有的密度小、耐蚀性好、导热性好等特点。

铝合金主要有变形铝合金和铸造铝合金两种。

变形铝合金分为可热处理强化铝合金（硬铝、超硬铝、锻铝）和不能热处理强化铝合金（防锈铝），分别用LY、LC、LD和LF表示，其后为顺序号，如LF21、LY12。

铸造铝合金除了要有足够的力学性能及耐腐蚀性外，还要有优良的铸造性能。铸造铝合金用ZL（铸铝）表示，ZL后的第一位数字表示合金系（1：Al-Si；2：Al-Cu；3：Al-Mg；4：Al-Zn），后两位数字为顺序号，如ZAlSi9Mg的代号是ZL104，ZAlCu5Mn的代号是ZL201。

铝合金质量小，耐腐蚀，便于加工的特点在铁路行业得到大量的应用，图2-3-7所示为城市轨道交通车辆铝合金车体。

图2-3-7　城市轨道交通车辆铝合金车体

（二）铜及铜合金

1. 铜(www.xing528.com)

纯铜又称为紫铜，其密度为8.96 g/cm3，熔点为1 083 °C，无磁性，具有良好的导电性、导热性及耐大气腐蚀性，是重要的导电材料，广泛用作电工导体、防磁器械及传热体（如锅炉、制氧机中的冷凝器、热交换器等）。纯铜的强度低，塑性好，具有良好的压力加工性能和焊接性能，易采用冷、热加工成形。

工业纯铜中的杂质元素主要有Pb、Bi、O、S、P等，它们对纯铜的性能影响极大，其中，Pb、Bi可引起纯铜的热脆性，O、S可引起纯铜的冷脆性。因此，纯铜必须严格控制杂质元素的含量。工业纯铜的牌号有T1、T2、T3。T为“铜”的汉语拼音首字母，其后的数字越大，纯度越低。如T1中，铜的质量分数为WCu=99.95%，而T3中铜的质量分数为WCu=99.70%。

2. 铜合金

按合金成分不同，铜合金可分为黄铜、白铜和青铜。黄铜是纯铜和锌的合金，一般用“H”表示，H后的数字为铜含量，如H80表示含铜量为80%的黄铜。它主要用于制造转向节衬套、轴套等耐磨件，也可用于制造散热器、冷凝器。白铜是纯铜和镍的合金，一般用“B”表示，B后的数字表示镍的含量，如B5表示镍的含量为5%，主要用于制造精密机械与仪表的腐蚀件及电阻器、热电偶等。青铜是除黄铜和白铜以外的铜合金，一般用“Q”表示，铸造青铜用“ZCu+添加元素符号”表示，如ZCuSn10P1。青铜根据添加元素Sn、Al、Be等的不同，分别形成锡青铜、铝青铜、铍青铜等。锡青铜主要用于制造耐腐蚀承载件，如弹簧轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等；铝青铜主要用于制造强度及耐磨性要求较高的摩擦零件，如齿轮、蜗轮、轴套等；铍青铜主要用于制造精密仪器仪表中各种重要用途的弹性元件、耐腐蚀件、耐磨件，如仪表中齿轮、航海罗盘仪中零件及防爆工具等。图2-3-8所示为铁路SS3型电力机车空气压缩机铜合金连杆衬套。

图2-3-8　铁路SS3型电力机车空气压缩机铜合金连杆衬套

（三）轴承合金

轴承合金是用于制造滑动轴承中轴瓦及其内衬的耐磨合金。为了减少轴承对轴颈的磨损，确保机器的正常运转，轴承合金应具有以下性能：

（1）在工作温度下具有足够的强度、硬度，特别是抗压强度、疲劳强度和冲击韧性，承受轴的压力和在交变载荷下不产生疲劳损坏。

（2）具有较小的摩擦系数，减摩性好，储油性好，以减少轴的磨损。

（3）具有较高的磨合性和抗咬合能力，具有足够的塑性及韧性，可使负荷均匀分布，并能承受冲击和振动。

（4）具有良好的耐腐蚀性、导热性和较小的膨胀系数，可保证轴承不因温度升高而软化或熔化。

为满足上述性能要求，轴承合金的组织应在软的基体上分布硬的质点，或在硬的基体上分布软的质点。当轴旋转时，软的基体（或质点）被磨损而凹陷，减少了轴颈与轴瓦的接触面积，有利于储存润滑油以及减小轴颈与轴瓦之间的磨合，硬的基体（或质点）支承着轴颈，发挥承载和耐磨作用。此外，软的基体（或质点）还能起到嵌藏外来硬杂质颗粒的作用，以避免擦伤轴颈。

（四）硬质合金

硬质合金是用粉末冶金方法制成的，具有极高的硬度、很好的耐磨性和热硬性。

硬质合金主要用来制造高速切削刀具的刀片，有时也可用来制造受冲击小、振动小的耐磨零件等。

常见的硬质合金牌号中的前两位字母“YG”表示“硬、钴”；“YT”表示“硬、钛”；“YW”表示“硬、万”，后面的数字为特性元素（或化合物）含量的百分数。如“YG8”“YT14”分别为“硬、钴”类、“硬、钛”类硬质合金，钴和钛的含量分别为8%和14%。