提高强度和硬度。 钛合金的淬火温度一般选在?+?两相区的上部范围，淬火后部分?保留下来，细小的?相转变成介稳定?相或?′相或两种均有（决定于?稳定化元素的含量），经时效后获得好的综合机械性能。假若加热到?单相区，?晶粒极易长大，则热处理后的韧性很低。一般淬火温度为760～950℃，保温5～60分钟，水中冷却。 钛合金的时效温度一般在450～550℃之间，时间为几小时至几十小时。 钛合金热处理加热时应防止污染和氧化，并严防过热。?晶粒长大后，无法用热处理方法挽救。 6.4 镁及其合金 镁是地壳中第三种最丰富的金属元素，储量占地壳的2.5％，仅次于铝和铁。镁及镁合金比强度高、耐冲击、具有优良的可切削加工性，并对碱、汽油及矿物油具有化学稳定性，因而可用作输油管道。作为结构材料已越来越发挥重要的作用。 6.4.1 纯镁 纯镁为银白色，其密度为1.74g/cm3，熔点为650±l℃，沸点为l100±10℃。纯镁的电极电位很低，因此抗蚀性较差，在潮湿大气、淡水、海水及绝大多数酸、盐溶液中易受腐蚀。镁具有密排六方晶格，室温和低温塑性较低，容易脆断，但高温塑性较好，可进行各种形式的热变形加工。 6.4.2 镁合金 纯镁的力学性能较低，实际应用时，一般在纯镁中加入一些合金元素，制成镁合金。镁的合金化原理与铝相似，主要通过加人合金元素，产生固溶强化、时效强化、细晶强化及过剩相强化作用，以提高合金的力学性能、抗腐蚀性能和耐热性能。镁合金中常加入的合金元素有Al、Zn、Mn、Zr及稀土元素等。 目前工业中应用的镁合金主要集中于Mg?Al?Zn、Mg?Zn?Zr和Mg?Re?Zr等几个合金系，其中前两个合金系是发展高强镁合金的基础。 6.4.3 工业常用镁合金 国产镁合金牌号由相应汉语拼音字头和合金顺序号表示，表6.10为镁合金的牌号、性能及用途。 ⑴铸造镁合金 铸造镁合金 表6.10 镁合金的牌号及用途 伸长率％ 用 途 包括高强铸造镁合金（如ZM5、牌号 抗拉强度（Mpa）ZM1 235 5 飞机轮毂、支架等抗冲击件 ZM1和 ZM2）和耐热铸造镁合金（如ZM3等）两类。 ZM2 185 2.5 200℃以下工作的发动机零件等 ZM5是应用最广泛的合金ZM3 118 1.5 高温高压下工作的发动机匣等 之一，其特点是强度较高，塑ZM5 225 5 机舱隔框、增压机匣等高载荷零件 性良好，易于铸造，适于生产 MB1 210 8 形状简单受力不大的耐蚀零件 各类铸件。ZM5的淬火加热温MB2 250 20 飞机蒙皮、壁板及耐蚀零件 度一般选择415～420℃，采用MB8 260 7 形状复杂的锻件和模锻件 热水冷却。冷水淬火易引起晶MB15 335 9 室温下承受大载荷的零件，如机翼等 间开裂。 ⑵变形镁合金 该合金有Mg?Mn系、Mg?Al?Zn系和Mg?Zn?Zr系。Mg?Mn系合金包括MB1和 MB8二种，它们不能热处理强化，这些合金工艺性能好，抗蚀性高，适于制作飞机蒙皮、模锻件和要求耐蚀的管件。
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MB2属Mg?Al?Zn系，不能热处理强化，塑性较好，适于加工成各种板、棒和锻件等半成品。
MB15属Mg?Zn?Zr系，可进行热处理强化，具有较高的强度，能制造形态复杂的大型锻件。MB15合金耐蚀性良好，无应力腐蚀破裂倾向。
6.4.4 镁合金的热处理
镁合金的热处理方式与铝合金基本相同，但由于组织结构上的差别，与铝合金相比，呈现以下几个特点：
⑴镁合金的组织一般比较粗大，且常达不到平衡态，因此淬火加热温度较低；⑵合金元素在镁中的扩散速度较慢，需要的淬火加热时间较长；⑶铸造镁合金及加工前未经退火的变形镁合金易产生不平衡组织，淬火加热速度不宜过快，一般采用分级加热的方式；⑷自然时效条件下，过饱和固溶体析出沉淀相的速度极慢，故镁合金需用人工时效处理；⑸镁合金的氧化倾向大，加热炉内需保持一定的中性气氛，普通电炉一般通人SO2气体或在炉中放置一定数量的硫铁矿石碎块，并要密封。
镁合金常用的热处理工艺有铸造或锻造后的直接人工时效、退火、淬火不时效及淬火加人工时效等，具体工艺规范根据合金成分特点及性能需求确定。
6.5 轴承合金
轴承根据工作条件不同可分为滚动轴承和滑动轴承两类。是汽车、拖拉机、机床及其它机器中的重要部件。轴承合金是制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料。当轴旋转时，轴瓦和轴发生强烈的摩擦，并承受轴颈传给的周期性载荷。因此轴承合金应具有以下性能：
⑴足够的强度和硬度，以承受轴颈较大的单位压力。⑵足够的塑性和韧性，高的疲劳强度，以承受轴颈的周期性载荷，并抵抗冲击和振动。⑶良好的磨合能力，使其与轴能较快地紧密配合。⑷高的耐磨性，与轴的摩擦系数小，并能保留润滑油，减轻磨损。⑸良好的耐蚀性、导热性、较小的膨胀系数，防止摩擦升温而发生咬合。
轴瓦材料不能选用高硬度的金属，以免轴颈受到磨损；也不能选用软的金属，防止承载能力过低。因此轴承合金应既软又硬，组织特点是，在软基体上分布硬质点，或者在硬基体上分布软质点。
若轴承合金的组织是软基体上分布硬质点，则运转时软基体受磨损而凹陷，硬质点将凸出于基体上，使轴和轴瓦的接触面积减小，而凹坑能储存润滑油，降低轴和轴瓦之间的摩擦系数，减少轴和轴承的磨损。另外，软基体能承受冲击和震动，使轴和轴瓦能很好的结合，并能起嵌藏外来小硬物的作用，保证轴颈不被擦伤（见图6.7）。 图6.7软基体轴与轴瓦配合示意图
轴承合金的组织是硬基体上分布软质点时，也可达到上述同样目的。
6.5.1 滑动轴承合金的分类及牌号
常用的轴承合金按主要成分可分为锡基、铅基、铝基、铜基等数种，前两种称为巴氏合金，轴承合金一般在铸态下工作，其牌号以“铸”字汉语拼音字首“Z”开头，表示方法为“Z+基本元素符号+主加元素符号+主加元素含量+辅加元素符号+辅加元素含量……”。例如，ZSnSb12Pb10Cu4,即表示含Sb12％、含Pb10％和Cu4％的锡基轴承合金。
6.5.2 常用滑动轴承合金
6.5.2.1 锡基轴承合金（锡基巴氏合金）
锡基轴承合金是以锡为基础合金，辅加Sb、Cu、Pb等元素而形成的一种软基体硬质
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点类型的轴承合金。最常用的牌号是ZSnSb11Cu6。 其组织可用Sn?Sb合金相图来分析（见图6.8）。?相是Sb溶解于Sn中的固溶体，为软基体。?′相是以化合物SnSb为基的固溶体，为硬质点。即硬质点?′相均匀分布在?相软基体上。铸造时，由于?′相较轻，易发生严重的比重偏析，所以加入Cu，生成Cu6Sn5，呈树枝状分布，阻止?′相上浮，有效地减轻比重偏析。Cu6Sn5的硬度比?′相高，也起硬质点作用，进一步提高合金的强度和耐磨性ZSnSb11Cu6的显微组织为?+?′+Cu6Sn5。其中?相软基体呈黑色， ?′硬质点呈白方块状，Cu6Sn5呈白 图6.8 Sn-Sb合金相图 针状或星状。 锡基轴承合金的摩擦系数和膨胀系数小，塑性和导热性好，适于制作最重要的轴承，如汽轮机、发动机和压气机等大型机器的高速轴瓦。但锡基轴承合金的疲劳强度较低，许用温度也较低（不高于150℃）。常用锡基轴承合金的牌号及用途见表6.11。 表6.11常用锡基轴承合金的牌号及用途 牌 号 ZSnSb12Pb10Cu4 ZSnSb11Cu6 ZSnSb8Cu4 ZSnSb4Cu4 用 途 一般机械的主轴轴承，但不适于高温工作 2000马力以上的高速蒸汽机，500马力的蜗轮压缩机用的轴承 一般大机器轴承及轴衬，重载、高速汽车发动机、薄壁双金属轴承 蜗轮内燃机高速轴承及轴衬 6.5.2.2 铅基轴承合全（铅基巴氏合金） 铅基轴承合金是以Pb为基础合金，辅加Sb、Cu、Sn等元素而形成的一种软基体硬质点类型的轴承合金。常用牌号是ZPbSb16Cu2。 图6.9为该合金的Pb?Sb相图。?为Sb在Pb中的固溶体，?为Pb在Sb中的固溶体。含15～17％Sb的Pb?Sb合金的组织为（?+?）+?。（?+?）共晶体为软基体，?相为硬质点。但由于基体太软，?相很脆易破碎，且有严重的比重偏析，性能不好，所以在铅基轴承合金中再加入锡和铜。锡是为了生成化合物SnSb，并得到以SnSb为基的固溶体作为硬质点；Cu是为了形成化合物Cu6Sn5，防止比重偏析，同时亦起硬质点作用。 图6.9 Pb-Sb相图 ZPbSb16Cu2的显微组织为?+?+Cu6Sn5。?+?共晶体为软基体，白方块为以SnSb为基的?固溶体，起硬质点作用，白针状晶体为化合物Cu6Sn5。这种合金的铸造性能和耐磨性较好（但比锡基轴承合金低），价格较便宜，可用于制造中、低载荷的轴瓦，例如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。常用铅基轴承合金的牌号及用途见表6.12。 6.5.2.3 铜基轴承合金 表6.12常用铅基轴承合金的牌号及用途 铜基轴承合金包括铅青铜、锡牌 号 用 途 青铜等，常用合金牌号为ZPbSb16Sn16Cu2 工作温度＜120℃，无显著冲击载荷，重载高速轴承 ZCuPb30、ZCuSn10P1等。 ZPbSb15Sn5Cu3Cd2 船舶机械，小于250kW的电动机轴承 ZCuPb30是硬基体上分布软质ZPbSb15Sn10 中等压力的高温轴承 点类型的轴承合金，润滑性能好，ZPbSb15Sn5 低速、轻压力条件下工作的机械轴承 摩擦系数小，耐磨性好，铅青铜还ZPbSb10Sn6 重载、耐蚀、耐磨用轴承 具有良好的耐冲击能力和疲劳强度，并能长期工作在较高的温度250～320℃下，导热性优异。常用于高载荷、高速度的滑动轴承，如航空发动机、高速柴油 108
机轴承等。铅青铜的强度较低，实际使用时也常和铅基巴氏合金一样在钢轴瓦上浇铸成内衬，进一步发挥其特性。
ZCuSn10P1是以?固溶体作为软基体，金属化合物?相和Cu3P作为硬质点，强度高，耐磨性好，也可用于高速柴油机轴承。
6.5.2.4 铝基轴承合金
铝基轴承合金是以Al为基本元素，主加元素为Sb、Cu、Sn等形成的合金。与其他轴承合金相比，它不但是一种新型的减磨材料，还具有生产成本低、密度小、导热性、耐蚀性好、疲劳强度高等优点，主要用于高速、高载条件下工作的汽车、内燃机轴承等。铝基轴承合金主要不足之处是线膨胀系数大，运行时特别是在启动状态下容易与轴咬合，应用中常采用增大轴承间隙，提高接触面平整度或镀锡加以防止。铝基轴承合金硬度较高，相应地要提高轴的硬度，防止轴颈被擦伤。
Sb3.5～5％，Mg0.3～0.7％，⑴铝锑镁轴承合金 组成铝锑镁轴承合金元素的含量为：
余量为Al，是软基体分布硬质点类型的轴承合金，以Al为溶剂的?固溶体是软的基体，化合物AlSb（?相）是硬的质点，微量Mg的作用是将针状?相的形态改变成片状，提高塑性、韧性和屈服强度。一般是将该合金浇铸在钢轴瓦上形成内衬使用。
铝锑镁轴承合金的缺点是承压能力较小，允许滑动线速度不大，冷启动性较差，多用于小载荷的柴油机轴承。
⑵高锡铝基轴承合金 高锡铝基轴承合金中所含元素的含量为：Sn20％，Cu1％，余量为Al，是硬质基体上分布软质点类型的轴承合金。由于Al和Sn在固态下几乎不互溶，所以显微组织由Al+Sn组成，Al是硬基体，Sn呈球状是软质点，微量Cu的作用是使基体进一步强化。
高锡铝基合金一般是与钢复合制成双金属结构使用，疲劳强度较高，耐磨性、耐热性、耐蚀性良好，承压能力较高，允许滑动线速度较高，可代替巴氏合金、铜基轴承合金。铝锑镁轴承合金常用在高速大功率的重型机床、内燃机车、拖拉机和滑动轴承上。
⑶铝石墨轴承合金 铝石墨轴承合金所含元素的含量为：Si6～8％，C3～6％，余量为Al，是一种新型的轴承合金。
石墨的减震能力较强，自润滑作用明显，在较高的温度有减摩作用。因此，铝石墨轴承合金在干摩擦或在250℃温度下都能保持良好的耐磨性，常用于活塞和机床的滑动轴承。
习 题
6.1 铝合金性能有哪些特点？铝合金可以分为哪几类？试根据二元铝合金一般相图说明其依据。 6.2 硬铝合金的热处理有什么特点？实际操作时要注意哪些问题？
6.3 铜合金性能有哪些特点？铜合金可以分为哪几类？铜合金的强化有哪几种途径？ 6.4 什么是硅铝明？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？硅铝明采用变质处理的目的 是什么？
6.5 画出下列材料的组织，标明组织组成物。
ZL102铸态（未变质处理）、ZL102铸态（变质处理后）、H62退火状态、锡基巴氏合金ZSnSb11Cu6铸态。
6.6 滑动轴承合金的工作条件和必备的性能如何？
6.7 指出下列合金的名称、化学成分、主要性质和作用：LF21、LY11、LC4、LD6、ZL201、ZL401、ZCuSnl0P1、 ZCuSn5Pb5Sn5。
6.8 分析4％Cu的Al-Cu合金固溶处理与45钢淬火两种工艺的不同点及相同点。 6.9 画出经固溶处理后的含4％Cu的Al-Cu合金的自然时效曲线图。
6.10 说出下列材料的类别，各举一个应用实例：LY12，ZL102，H62，ZSnSb11Cu6，QBe2。例如：LF11，防锈铝合金，可制造油箱。
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