非铁基金属材料及其应用于汽车的重要性

工业生产中把钢铁材料以外的所有金属材料，统称为非铁金属材料，也叫有色金属材料。

与钢铁材料相比，非铁金属价格高、产量低，但由于其具有许多优良特性，容易满足汽车上某些零件的特殊要求，成为不可缺少的工程材料。如铝、钛及其合金密度小；铜、铝及其合金导电性及耐蚀性好。

（1）铝及其合金纯铝显著的特点是密度小（约2.7g/cm³），导电导热性优良，强度（σ_b=80MPa左右）、硬度低，塑性好，有良好的耐蚀性。故纯铝主要用于做导电、导热材料或耐蚀零件。现在汽车加热器、散热器、蒸发器及油冷却器等，多用铝制作；另外纯铝还可做装饰件、铭牌等。

铝中加入硅、铜、镁、锌及锰等制成铝合金，不仅强度提高，还可通过变形、热处理等方法进一步强化，以至有些铝合金可超过σ_b=600MPa，与低碳钢相当，比强度（强度与密度之比）则胜过某些合金钢。同时还保持铝耐蚀性好，质量轻的优点。所以，铝合金常用来制造要求质量轻强度高的零件，如飞机上的零件。

铝合金依其成分和工艺性能，可分为变形铝合金和铸造铝合金。

变形铝合金具有较高的强度和良好的塑性，可通过压力加工制成各种半成品，也可以焊接。

它主要用作各种类型的型材和结构件。如发动机机架、飞机大梁等。变形铝合金又可分为防锈铝合金（代号LF+顺序号）、硬铝合金（代号LY+顺序号）、超硬铝合金（代号LC+顺序号）及锻铝合金（代号LD+顺序号）。牌号表示方法见GB/T16474—1996。此类铝合金在汽车中应用不太多。

铸造铝合金可分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四类。它们有良好的铸造性能，可以铸成各种形状复杂的零件，但塑性低，不宜进行压力加工。应用最广的是铝硅系合金，该系俗称铝硅明。各类铸造铝合金的牌号为：ZAl+合金元素符号+合金元素的平均质量分数的百分数，如ZAlSi12。代号用ZL（“铸铝”汉语拼音字首）及三位数字表示。第一位数字表示主要合金类别：“1”表示Al-Si系，“2”表示Al-Cu系，“3”表示Al-Mg系，“4”表示Al-Zn系；第二、三位数字表示顺序号，如ZL102、ZL401等。

轿车上应用的铝合金以铸铝为主。发动机部分气缸体是大尺寸的铝铸件；采用铝铸件的还有曲轴箱、气缸盖、活塞、滤清器及发动机架等，尤其是活塞几乎都用铝合金。我国应用铝硅合金ZL108、ZL109、ZL111比较多。另外底盘上采用铝铸件的零件也不少，有离合器壳、变速器壳等：车轮箍也有用铝合金铸造的。

（2）铜及其合金纯铜又称紫铜，又因它是用电解法获得的，故又名电解铜。纯铜导电性、导热性优良，耐蚀性和塑性很好。但强度低。纯铜广泛应用于制造电线、电缆等各种导电材料。汽车制造业主要使用铜合金。

铜合金比纯铜强度高，且具有许多优良的物理化学性能。铜合金按化学成分不同分为黄铜、青铜和白铜等；按生产方法不同分压力加工铜合金和铸造铜合金。常用的铜合金是青铜和黄铜。

1）黄铜。以铜和锌为主组成的合金称为黄铜。黄铜的强度、硬度和塑性先随锌的质量分数增加而升高，锌的质量分数为30%～32%时，塑性达到最大值，锌的质量分数为45%时强度最高。在黄铜的基础上再加入少量的其他元素而成的铜合金称为特殊黄铜，如锡黄铜、铅黄铜和硅黄铜等。黄铜一般用于制造耐蚀和耐磨零件，如弹簧、阀门和管件等。

黄铜的牌号用H（“黄”的汉语拼音字首）及数字表示，其数字表示铜平均质量分数的百分数。例如H68表示平均铜的质量分数为68%，其余为锌的黄铜。特殊黄铜在牌号中标出合金元素符号及质量分数。如HSn62-1表示铜的质量分数为62%，锡的质量分数为1%，其余为锌。

黄铜在轿车上用来制作转向节衬套、钢板弹簧衬套及轴套等耐磨件，也可用来制作散热器、冷凝器及冷却管。还可用来制作装饰件、供水排水管、油管接头、制动三通接头、垫片和垫圈，如表1-16所示。

表1-16 普通黄铜的牌号、性能和用途(www.xing528.com)

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2）青铜。除黄铜和白铜（铜-镍合金）以外的其他铜合金称为青铜，其中含锡元素的称为锡青铜，不含锡元素的称为无锡青铜；按加工方法，分为压力加工青铜和铸造青铜，如表1-17所示。

锡青铜有良好的塑性、耐磨性及耐蚀性，有优良的铸造性能，主要用于耐磨损零件和耐蚀零件的制造，如蜗轮、轴瓦等。

常用的无锡青铜有铝青铜、铍青铜、铅青铜及硅青铜等。它们通常作为锡青铜的代用材料。

压力加工青铜牌号依次由“Q”（“青”的汉语拼音字首）、主加元素符号及其平均质量分数的百分数及其他元素平均质量分数的百分数组成。如QSn4-3表示平均锡的质量分数为4%、锌的质量分数为3%，其余为铜的锡青铜。铸造青铜的牌号依次由Z（“铸”字汉语拼音字首）、铜及合金元素符号和合金元素平均质量百分数组成。如ZCuSn10Zn2。

锡青铜用作散热器盖及出水阀弹簧等弹性件，也可用作发动机摇臂衬套、连杆衬套等耐磨件。无锡青铜各有特点，应用也有不同，如硅青铜可做弹簧；铝青铜可做轴套、齿轮和蜗轮；铅青铜可做轴承、曲轴及止推垫圈。

表1-17 常用青铜的类别、牌号、性能和用途

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（3）轴承合金在滑动轴承中用于制造轴瓦或内衬的合金称为轴承合金。滑动轴承具有承压面积大、工作平稳、无噪声以及修理、更换方便等优点，应用广泛。常用的轴承合金主要是非铁基金属合金，其分类方法依据合金中含量多的元素分类，主要有锡基、铅基和铝基轴承合金等。锡基和铅基轴承合金又称为巴氏合金，是应用广泛的轴承合金。

常用的轴承合金有ZSnSb12Pb10Cu4、ZPbSb16Sn16Cu2及ZAlSn6Cu1Ni1，另外有些铸造青铜也可做轴承合金，如ZCuPb30、ZCuSn10P1及ZCuAl10Fe3等。