任务描述

零件的材料将影响机器的性能。以我们生活中常见的汽车、轮船、飞机等为例，80%为金属材料。从它们的设计、选材、制造，到维护、维修，掌握金属材料知识都十分重要。

相关知识

一、金属材料的力学性能

（一）金属材料及力学性能

金属是指具有良好的导电性和导热性，有一定的强度和塑性，并具有特殊金属光泽的物质。金属材料是指由金属元素或以金属元素为主要材料构成的，并具有金属特性的工程材料，它一般包括纯金属和合金两类。

纯金属在工业生产中虽然具有一定的用途，但是由于它的强度、硬度一般都较低，而且冶炼技术复杂，价格较高，因此在使用上受到很大的限制。目前在汽车工业生产中广泛使用的是合金状态的金属材料。

合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。与纯金属相比，合金除具有良好的力学性能外，还可以通过调整组成元素之间的比例，获得一系列性能各不相同的合金，从而满足不同的性能要求。

力学性能是指金属材料在力的作用下所显示的性能，主要包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。物体受外力作用后导致物体内部之间产生的相互作用的力称为内力，而单位面积上的内力则称为应力σ（N/mm2或MPa）。应变是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化。

金属材料的力学性能是评定金属材料质量的主要依据。

（二）金属材料的强度、塑性、硬度

1.强度

强度是金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。金属材料的强度指标可以通过拉伸试验测得，如图1-6所示。拉伸试验是指用静（缓慢）拉伸力对试样进行轴向拉伸，通过测量拉伸力和伸长量来测定试样强度、塑性等力学性能的试验。在进行拉伸试验时，拉伸力（F）和试样伸长量Δ（即l—l0）之间的关系曲线，称为力-伸长曲线，如图1-7所示。从图中曲线可以看出，试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、颈缩与断裂阶段。金属材料抵抗拉伸力的强度指标主要有屈服强度（或规定残余伸长应力）和抗拉强度等。

图1-6　圆柱形拉伸试样

图1-7　金属的力-伸长曲线

（1）屈服强度和规定残余伸长应力

屈服强度是指在拉伸试验过程中拉力（或载荷）不增加（保持恒定）的情况下，拉伸试样仍然能继续伸长（变形）时的应力。

工业上使用的部分金属材料（如高碳钢、铸铁等）在进行拉伸试验时，没有明显的屈服现象，也不会产生颈缩现象，这就需要规定一个相当于屈服强度的指标，即规定残余伸长应力。规定残余伸长应力是指拉伸试样在卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长与原始标距比值达到规定的百分比时的应力。

（2）抗拉强度

抗拉强度是表征金属材料由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是表征金属材料在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性较好的金属材料来说，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的；但超过抗拉强度后，金属材料便开始出现颈缩现象，即产生集中塑性变形。

2.塑性

塑性是金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。金属材料的塑性可以用拉伸试样断裂时的最大相对变形量来表示，如断后伸长率和断面收缩率。它们是表征材料塑性优劣的主要力学性能指标。

金属材料的塑性对零件的加工和使用具有重要的意义，塑性好的金属材料容易进行锻压、轧制等成形加工。所以，大多数机械零件除要求具有较高的强度外，还要求有一定的塑性。

3.硬度

硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。它是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。硬度对于机械零件的耐磨性有直接影响，金属材料的硬度值越高，其耐磨性也越高。

（三）金属材料的韧性和疲劳强度

1.韧性

汽车上的部分零件是在冲击载荷作用下工作的，如连杆、气门等。这些零件除要求具备足够的强度、塑性、硬度以外，还应有足够的韧性。韧性是金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。

2.疲劳强度

载荷的形式不仅有静载荷（或静应力）、冲击载荷（或冲击应力），还有循环载荷（或循环应力）。汽车上部分机械零件，如轴、齿轮、弹簧等，是在循环载荷（循环应力、循环应变）作用下工作的。零件在低于其金属材料的屈服强度或规定残余伸长应力的循环应力作用下，经过一定工作时间后会突然发生断裂，这种现象称为金属材料的疲劳。

金属材料在循环应力作用下能经受无限多次循环而不断裂的最大应力值称为金属材料的疲劳强度。

由于大部分机械零件的损坏是由疲劳造成的，因此消除和减少疲劳失效对于提高零件使用寿命有着重要意义。

二、碳素钢与合金钢

（一）碳素钢

碳素钢（简称碳钢）是指含碳量小于2.11%的铁碳合金。碳钢中除了含有铁和碳元素之外，还含有少量的杂质元素，如硅、锰、硫、磷等元素，它们对钢的性能都有一定的影响。

1.杂质元素对钢性能的影响

（1）锰（Mn）元素的影响

锰是炼钢时脱氧而残留在钢中的元素。锰是一个有益的元素，在钢中的含量一般为0.25%～0.8%。锰具有一定的脱氧能力，能使钢中的氧化铁还原成铁，锰还能溶于铁素体中强化铁素体以改善钢的质量。锰与硫化合成为MnS（熔点为1620℃），高温时MnS有一定塑性，因此可减轻硫的有害作用，降低钢的脆性，改善钢的热加工性能。

（2）硅（Si）元素的影响

硅也是作为脱氧剂加入钢中的。硅的脱氧能力比锰还要强，能消除氧化铁夹杂对钢质量的不良影响。硅与锰一样，能溶解于铁素体中，使铁素体强化，从而提高钢的强度和硬度，但降低塑性和韧性，所以钢中硅的含量一般小于0.4%。

（3）硫（S）元素的影响

硫是在炼铁时由矿石和燃料带入的杂质，炼钢时难以除尽。硫在钢中是有害杂质，它不溶于铁，而与铁形成化合物（FeS），易使钢材变脆，因而在锻压时，使钢材强度大幅度降低，这种现象称为热脆。为了避免热脆，必须严格控制钢中的含硫量。

硫虽然产生热脆，但对改善钢材的切削加工性却有利。如在含硫较高的钢（含硫量s=0.08%～0.30%）中适当提高含锰量（Mn=0.6%～1.55%），使硫与锰结合成MnS，则切削时切屑易于碎断，能降低零件的表面粗糙度，这种含硫较高的钢称为易切削钢，广泛应用于螺栓等标准件的生产中。

（4）磷（P）元素的影响

磷是从矿石中带入钢中的杂质，在炼钢时也难以除尽。磷在钢中是有害杂质，它能使室温下钢的塑性、韧性急剧降低。在低温时，磷会使钢的塑性、韧性降得更低，这种现象称为冷脆。含磷量过高的钢，焊接时易产生裂纹，降低了钢的可焊性。因此，要严格控制钢中的含磷量。

此外，钢在整个冶炼过程中，都与空气接触，因而钢液中总会吸收一些气体，如氮、氧、氢等。它们对钢的质量都会产生不良影响。尤其是氢对钢的危害性更大，它使钢变脆（称为氢脆），也可使钢中产生微裂纹（称为白点），严重影响钢的力学性能，使钢易于脆断。

2.碳素钢的分类

碳素钢的分类主要有以下3种方法。

（1）按含碳量分类

低碳钢c≤0.25%；中碳钢c=0.25%～0.6%；高碳钢c＞0.60%。

（2）按质量分类（主要根据有害杂质硫、磷在钢中含量的多少）

①普通碳素钢s≤0.05%，p≤0.045%；

②优质碳素钢s、p≤0.035%；

③高级优质碳素钢s≤0.02%，p≤0.03%。

（3）按用途分类

①碳素结构钢：主要用作各种工程构件、桥梁、建筑构件和机器零部件等，一般为中、低碳钢。

②碳素工具钢：主要用于制作各种刃具、量具、模具，一般为高碳钢。

3.碳素钢的牌号、性能及主要用途

（1）碳素结构钢

这一类钢碳含量较低，而硫、磷等有害杂质的含量较高，故强度不高，但塑性、韧性较好，焊接性能好，价格低廉，大多数在供应状态下使用，不做专门的热处理。

碳素结构钢通常分为热轧钢板、钢带、钢棒和型钢。可用于制造焊、铆、螺栓连接的一般工程构件和不重要的机械零件，如发动机支架、后视镜支杆等。

碳素结构钢牌号表示方法，由代表屈服点的字母“Q”、屈服点值（σs，单位MPa）、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F-沸腾钢；B-半镇静钢；Z-镇静钢，一般不标注）按顺序排列组成。其中A级的硫、磷等杂质的含量最高。D级的硫、磷等杂质的含量最少。例如，Q235A表示最低屈服强度是235MPa，质量为A级的碳素结构钢。

碳素结构钢的规定牌号有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五类。

（2）优质碳素结构钢

优质碳素结构钢中含有害杂质比碳素结构钢少，其力学性能优于碳素结构钢，主要用来制造较重要零件。其中45钢常用来制造中等强度、韧性的零件，如齿轮、曲轴、螺栓、螺母、连杆等。65钢常用来制造直径小于12mm的弹簧。

优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，数字表示钢中平均含碳量的万分数，例如20、45钢等，分别表示钢中平均含碳量为0.20%和0.45%的优质碳素结构钢。

优质碳素结构钢按含锰量不同，分为普通含锰量（Mn=0.25%～0.8%）和较高含锰量（Mn=0.7%～1.2%）两组。较高含锰量的一组在牌号后面加注“Mn”符号。若为沸腾钢，则在钢的牌号尾部加注“F”。例如15Mn，30Mn、08F、10F等。

优质碳素结构钢牌号、化学成分、力学性能及用途如表1-2所示。

表1-2　常用碳素结构钢的牌号、性能及用途

（3）碳素工具钢

这类钢常用于制造刃具、量具、模具等，在使用时应经淬火加低温回火，使其具有高的硬度和耐磨性。

碳素工具钢牌号在“T”后标出平均含碳量的千分数。T12表示含碳量是1.2%的碳素工具钢。

碳素工具钢牌号、性能及用途如表1-3所示。

表1-3　常用碳素工具钢的牌号、性能及用途

（4）铸造碳钢（简称铸钢）

铸钢中的含碳量为0.15%～0.6%。常用来制造一些形状复杂，难以进行锻造加工且要求有较高强度和塑性的零件。但铸钢的铸造性差，故近几年来有以球墨铸铁代替的趋势。

铸造碳钢的牌号是由铸钢两字的汉语拼音首写字母“ZG”和两组数字组成的，第一组数字代表屈服强度（σs），单位为MPa；第二组数字代表抗拉强度（σb），单位为MPa。例如，ZG230-450就表示屈服强度为230MPa，抗拉强度为450MPa的铸造碳钢。

铸造碳钢的牌号、化学成分、力学性能如表1-4所示。

表1-4　铸造碳钢的牌号、化学成分、力学性能

续表

注：（1）表中数据摘自GB11352—1989。
（2）表列性能适用于厚度为100mm以下的铸件。
（3）各牌号的铸造碳钢，其化学成分中，s、ωp均不大于0.04%。

（二）合金钢

为了改善钢的性能，炼钢时有目的地加入一些合金元素所形成的钢称为合金钢。

碳素钢的价格便宜、冶炼方便，通过热处理可得到不同的性能，以满足工业生产的需要。

但是碳素钢的淬透性差，缺乏良好的综合性能。制造重型机械的传动轴、汽轮机叶片、汽车和拖拉机的一些重要零件，碳素钢就达不到性能要求，因此广泛采用合金钢。合金钢通过热处理能获得优良的力学性能及一些特殊的物理、化学性能。

合金钢的主要合金元素有钛（Ti）、钒（V）、铌（Nb）、钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、锰（Mn）、铝（Al）、钴（Co）、硅（Si）、硼（B）、氮（N）及稀土元素。但是合金钢的冶炼、加工困难，价格较贵，所以应合理选用。

合金钢的种类繁多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量＜5%）、中合金钢（含量5%～10%）、高合金钢（含量＞10%）；按特性和用途又分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢等。

1.合金钢编号

（1）低合金高强度结构钢

低合金高强度结构钢的牌号是用代表屈服强度的汉语字母“Q”、屈服强度值（单位MPa）、质量等级符号（A、B、C、D、E）三个部分按顺序排列。其中Q345各种性能配合较好，故应用最广泛。

（2）合金结构钢

除了低合金高强度结构钢外，其他合金结构钢的牌号由三部分组成，即两位数字+元素符号+数字。前两位数字表示合金结构钢的平均含碳量的万分数，合金元素符号后两数字表示该合金元素平均含量的百分数。当合金元素平均含量小于1.5%时，只标注出合金元素符号，不标注数字。如是高级优质钢，则在钢号后面加符号“A”。特级优质钢则加符号“E”。例如60Si2Mn表示平均含碳量为0.6%，平均含硅量≥1.5%，平均含锰量小于1.5%的合金结构钢。

（3）合金工具钢

合金工具钢中的平均含碳量＜1%时，用一位数字表示平均含碳量的千分数，当平均含碳量＞1%时，不标注含碳量。合金元素的标注方法同合金结构钢。如9SiCr，表示平均含碳量为0.9%，硅、铬含量均小于1.5%的合金工具钢：Cr12MoV表示平均含碳量＞1%，平均铬含量约12%，钼、钒含量小于1.5%的合金工具钢。

（4）滚动轴承钢

高碳铬轴承钢，在牌号前冠以“G”符号。当含碳量小于1%时，在“G”符号前用一位数字表示含碳量的千分数；当含碳量大于1%时，不标注含碳量。含铬量用千分数表示（两位数）。其他合金元素表示方法同合金结构钢。如9GCr18表示平均含碳量为0.9%，平均含铬量为1.8%的高碳铬滚动轴承钢。

（5）特殊用途钢

特殊用途钢中，耐热钢、不锈钢牌号表示方法和合金工具钢基本相同，只是当其平均含碳量ωC≤0.03%和平均含碳量ωC≤0.08%时，在牌号前分别冠以“00”和“0。如0Cr19Ni9表示平均含碳量小于或等于0.08%，平均含铬量约等于19%，平均含镍量约等于9%的不锈钢。

2.合金结构钢

（1）低合金高强度结构钢

低合金高强度结构钢也称为“普低钢”，强度比普通碳素钢高30%～50%。低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入了少量的合金元素。其化学成分为：含碳量ωC=0.10%～0.20%，合金总量ωMe＜3%，以锰为主要添加元素（ωMn=0.8%～1.7%），并辅助加入V、Ti、Nb、Si、Cu，P及稀土元素。低合金高强度结构钢和含碳量相同的碳素结构钢相比较，屈服极限高于碳钢25%～50%以上，屈强比（σs/σb）明显提高，韧性也高于碳钢。

低合金高强度结构钢一般在供应状态下使用，不再进行热处理。其组织为铁素体+珠光体，被广泛用于桥梁、船舶、汽车纵横梁、建筑、锅炉、高压容器、输油输气管道、井架等。

常见低合金高强度结构钢牌号、性能及用途如表1-5所示。

表1-5　常用低合金高强度结构钢的牌号、性能及用途

（2）合金渗碳钢

渗碳钢是指经过渗碳、淬火、低温回火后使用的钢。按其化学成分分为碳素渗碳钢和合金渗碳钢。碳素渗碳钢含碳量为0.1%～0.2%，由于淬透性低，心部得不到强化，故只适用于较小的渗碳件。合金渗碳钢平均含碳量在0.1%～0.25%，添加的合金元素有Mn、Cr、

Ni、Mo、V、Ti、B等。目的是提高钢的淬透性，形成合金碳化物，细化晶粒，使得零件在渗碳淬火以后表面和心部都能得到强化，达到外硬内韧的性能。合金渗碳钢主要用于制造既有优良耐磨性、耐疲劳性，又能承受冲击载荷作用的零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮，

内燃机中的凸轮和活塞销等。20CrMnTi是最常用的合金渗碳钢，可用于截面径向尺寸小于30mm的高强度渗碳零件。

常用合金渗碳钢的牌号、性能、用途如表1-6所示。

表1-6　常用合金渗碳钢的牌号、热处理、性能及用途

（3）合金调质钢

调质钢通常是指经调质后使用的钢，一般为优质中碳结构钢与中碳合金结构钢。有很好的强度，很好的塑性和韧性，其综合力学性能较好。主要用来制造承受多种载荷、受力复杂的零件，如机床主轴、汽车半轴、连杆、曲轴和重要螺栓等。

合金调质钢含碳量为0.25%～0.5%，主要添加元素有Ti、Mn、Mo、Cr、Ni、B、W、V等。合金元素的加入可以提高钢的淬透性和回火稳定性，并可以强化铁素体。因此，合金调质钢具有良好的淬透性、热处理工艺性。40Cr是最常用的合金调质钢。

合金调质钢的预先热处理一般为退火或正火。最终热处理是调质（淬火+高温回火），组织为回火索氏体。若零件表面要求有很高的耐磨性，可在调质后再进行表面淬火或化学热处理（常用氮化处理）。

常见合金调质钢的牌号、性能、用途如表1-7所示。

表1-7　常用合金调质钢的牌号、热处理、性能及用途

续表

（4）合金弹簧钢

弹簧钢是指用来制造各种弹簧和弹性元件的钢。碳素弹簧钢含碳量ωC=0.62%～0.9%，合金弹簧钢含碳量ωC=0.45%～0.7%，加入的合金元素有Si、Mn、Cr、V、W等。其目的是细化晶粒、强化铁素体，以提高钢的淬透性、回火稳定性和屈强比。

弹簧钢根据弹簧尺寸、成形方法不同，其热处理方法也不同。当弹簧丝直径或钢板厚度大于10～15mm时，一般采用热成形，其热处理工艺是成形后进行淬火+中温回火，获得回火屈氏体。

对于直径小于8～10mm的弹簧，一般采用冷拔钢丝卷制。若弹簧钢丝是退火状态，则冷卷成形后需进行淬火+中温回火。若弹簧钢丝是铅浴索氏体化状态或油淬回火状态，则在冷卷成形之后不需进行淬火+回火处理，只进行去应力退火处理。

重要弹簧经热处理后，还应进行喷丸处理。使表面强化，提高弹簧的疲劳强度和使用寿命。

55Si2Mn、60Si2Mn、55SiVB等广泛用于制造汽车、拖拉机、机车车辆用螺旋弹簧和板弹簧及其他重要弹簧等。

50CrVA、30W4Cr2VA等，用于制造如气门弹簧、阀门弹簧等重要弹性零件。

常用合金弹簧钢的牌号、热处理、性能及用途如表1-8所示。

表1-8　常用合金弹簧钢的牌号、热处理、性能及用途

（5）滚动轴承钢

滚动轴承钢是用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈的专用钢。

目前，一般滚动轴承钢是高碳铬钢，平均含碳量ωC=0.95%～1.35%，以保证轴承钢有足够的强度、硬度，并形成足够的碳化物，增加钢的耐磨性。钢中主要加入合金元素有Cr、Si、Mn。合金元素Cr的作用是提高钢的淬透性并形成细小均匀分布的合金渗碳体，合金元素Si、Mn起到固溶强化作用，并提高钢的回火稳定性。

滚动轴承钢预先热处理是球化退火，最终热处理是淬火十低温回火，热处理后的组织为极细回火马氏体+细小均匀分布的颗粒状碳化物。

GCr9、GCr9SiMn、GCr15、GCr15SiMn等，是广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机的滚动轴承钢。常用滚动轴承钢的牌号、热处理、用途如表1-9所示。

表1-9　常用滚动轴承钢的牌号、热处理、用途

续表

滚动轴承钢也可用来制造工具、量具、冷冲模及性能要求与滚动轴承相似的耐磨件。

3.合金工具钢

合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入合金元素（Si、Mn、Cr、V和Mo等）制成的。

合金元素的加入改善了热处理性能，因而提高了材料的热硬性、耐磨性。合金工具钢按主要用途分为刃具钢、模具钢和量具钢三大类。

（1）合金刃具钢

合金刃具钢分为低合金刃具钢和高速钢两类，主要用来制造刀具，如车刀、铣刀、钻头、丝锥、铰刀等。

①低合金刃具钢。低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元（ωMe≤5%）。

其含碳量ωC=0.75%～1.5%，以保证钢的淬透性和形成合金碳化物。加入的合金元素Si、Mn、Cr主要作用是提高钢的淬透性，增加钢的强度；W、V形成高硬度、高稳定性的合金碳化物，细化晶粒并提高钢的硬度、耐磨性和热硬性，因此低合金刃具钢的淬透性和热硬性高于碳素工具钢，但由于合金含量少，故低合金刃具钢的热硬性仍不高，一般工作温度不高于300℃。低合金刃具钢毛坯锻造后的预先热处理采用球化退火，最终热处理采用淬火+低温回火。

②高速钢。高速钢含碳量较高，ωC=0.75%～1.6%，并在低合金刃具钢的基础上加入大量的合金元素，如W、Cr、Mo、V等，因此具有较好的淬透性，淬火冷却时，在空气中也可以得到马氏体组织，且刃口锋利，故又称为锋钢、风钢或白钢。高速钢比低合金刃具钢具有更高的热硬性，当切削温度高达600℃左右时，其硬度仍无明显下降，此外，它还具有足够的强度、韧性和耐磨性，所以它是重要的切削刀具材料。常用的高速钢有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V。高速钢一般采用球化退火作为预先热处理，淬火后再进行三次回火作为最终热处理。

（2）合金模具钢

根据工作条件不同，模具钢分为冷作模具钢和热作模具钢。

①冷作模具钢。冷作模具钢用于制造使金属在冷态下产生变形的模具，如冷冲模、冷挤压模、冷镦模、拉丝模等。工作条件要求冷作模具钢具有高硬度和耐磨性、足够的韧性和强度。冷作模具钢的化学成分、热处理特点和刃具钢相似。大型模具常采用Cr12和Cr12MoV等钢制造。

②热作模具钢。热作模具钢用于制造在受热状态下对金属进行变形加工的模具，如热锻模、热挤压模、压铸模等。工作条件要求热作模具钢具有很高的热硬性和高温耐磨性，良好的综合力学性能，较高的热疲劳性和较好的抗氧化性，同时还具有较高的淬透性和导热性。

目前，制作热锻模具的典型钢有5CrMnMo和5CrNiMo钢，制作热压模具的典型钢是3Cr2W8V。

（3）量具钢

量具钢用来制造测量和检验零件尺寸的量具（工具），如千分尺、量块、样板、量规等。

量具钢必须具备高硬度、高耐磨性、高尺寸稳定性，同时热处理后变形也应小。量具钢没有专用钢种，碳素工具钢、渗碳钢、中碳钢、合金工具钢和滚动轴承钢均可用来制造量具。

3.特殊性能钢

特殊性能钢是指具有特殊物理、化学或力学性能的合金钢。在工业中使用较多的有不锈钢、耐热钢和耐磨钢。

（1）不锈钢

在空气中和某些侵蚀性介质中耐腐蚀不易生锈的钢，称为不锈钢。不锈钢的主要合金元素是铬和镍。铬在氧化性介质中能形成致密而完整的氧化膜（Cr2O3），可阻止氧或减缓腐蚀介质向金属内层侵蚀从而抵御化学腐蚀；另外，不锈钢中含铬量较高（一般大于13%）时，具有较高的电极电位，可以抵抗电化学腐蚀。常用的不锈钢有1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17、1Cr18Ni9Ti、0CrI9Ni9Ti，适用于制造化工设备、医疗和食品器械等。

（2）耐热钢(www.daowen.com)

金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两方面的性能。具有抗高温介质腐蚀能力的钢称为抗氧化钢，在高温下仍具有足够机械性能的钢称为热强钢。耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称。耐热钢用于制造在高温条件下工作的零件，如内燃机气阀、汽轮机叶片等。

在汽车上常用的耐热钢是4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等，用于制造发动机排气门等。

（3）耐磨钢

耐磨钢是指在巨大压力和强烈冲击作用下产生硬化从而具有良好耐磨性的钢。最常用的耐磨钢是高锰钢，牌号为ZGMn13，含碳量很高（＞1%），锰含量＞13%。高锰钢难以切削加工，一般采用铸造方法成形，因此，高锰钢的牌号用铸钢的汉语拼音字首“ZG”、锰元素符号及其百分含量、序号表示。耐磨钢主要用于制造在严重磨损和强烈冲击条件下工作的零件，如坦克、拖拉机用履带、破碎机上鄂板、挖掘机上的铲齿、铁路上的道岔、防弹钢板、保险箱等。

三、铸铁

含碳量为2.11%～6.69%的铁碳合金称为铸铁。工业铸铁中，碳含量2.5%～4.0%，锰0.5%～1.5%、硅1.0%～3.5%、硫＜0.15%、磷＜0.2%。有时为了进一步提高铸铁的力学性能或得到某些特殊性能，常加入Cr、Mo、Cu、V、Al等合金元素或提高硅、锰、磷等元素的质量分数，这种铸铁称为合金铸铁。

铸铁的强度、塑性等力学性能不如钢材，但它具有良好的铸造性能、切削加工性能、耐磨性、减振性，且价格低廉。因此，铸铁仍然是工业生产中最重要的金属材料之一，广泛应用于汽车制造业。一些力学性能要求不高、形状复杂、锻造困难的零件如发动机缸体、缸盖、活塞环、飞轮、后桥壳等都是由铸铁制造的。特别是经过球化和孕育处理后，铸铁的力学性能已接近结构钢，可取代碳钢、合金钢制造一些重要的结构零件，如曲轴、连杆、齿轮等。

（一）铸铁分类及铸铁石墨化

1.铸铁的分类

铸铁的分类形式主要有以下两种。（1）根据碳在铸铁中存在形式不同分类

①白口铸铁。白口铸铁中的碳除少量溶于铁素体外，其余碳均以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断面呈银白色，故称白口铸铁。由于大量Fe3C存在，故白口铸铁性能硬而脆，很难进行切削加工。除少量用于制造要求高硬度和高耐磨性的零件之外（如轧辊、犁铧），其余大部分用作炼钢原料或可锻铸铁的毛坯。

②麻口铸铁。麻口铸铁中的碳主要以渗碳体形式存在，少部分以石墨形式存在。其断面呈灰白色相间成麻点，故称麻口铸铁，应用价值不大。

③灰铸铁。灰铸铁中的碳主要以片状石墨形态存在于金属基体中，断口呈灰白色，故称灰铸铁。它是应用最广泛的一类铸铁。

（2）根据铸铁中石墨的形态不同分类

铸铁中，根据石墨的形态不同分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁。

2.铸铁的石墨化

（1）铸铁的石墨化过程

铸铁在冷却过程中既可以从液态中或奥氏体中直接析出石墨，也可以先结晶出渗碳体，再由渗碳体在一定条件下分解得到石墨。铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化过程，石墨化过程是一个原子扩散过程。

（2）影响铸铁石墨化的因素

影响铸铁的主要因素是冷却速度和铸铁的化学成分。

①冷却速度的影响。在化学成分相同的情况下，缓慢冷却有利于原子扩散，有利于石墨化的充分进行，已得到灰铸铁；冷却速度加快，不利于石墨化，甚至使石墨化来不及进行而得到白口铸铁。

②化学成分的影响。碳和硅对铸铁的石墨化有决定性作用。含碳量越多越易形成石墨晶核，而硅可促进石墨成核。综合考虑碳和硅对铸铁的影响，将硅量折合成相当的碳量，把实际的含碳量与折合成的含碳量之和称为碳当量。碳、硅含量高，析出的石墨多，且石墨片粗大，适当降低碳、硅含量可使石墨细化。钼、钒、钨、铬、锰等元素会阻碍渗碳体分解，阻碍石墨化。

（二）常见铸铁

1.灰铸铁

灰铸铁是应用最广泛的铸铁。在铸铁总产量中，灰铸铁件要占80%以上。

（1）灰铸铁的组织与性能

灰铸铁的组织由金属基体和片状石墨两部分组成。灰铸铁的力学性能主要由基体组织和石墨的分布状态决定。由于硅、锰元素对基体组织的强化作用，因此灰铸铁的基体的强度、硬度并不低于相应的碳钢。但石墨强度、硬度低，并以片状形式存在于基体组织中，不仅割裂了基体的连续性，减小了承载的有效面积，而且在石墨片的尖端处还会产生应力集中。使基体的力学性不能充分发挥，从而表现为灰铸铁的抗拉强度很低，塑性、韧性几乎为零。石墨片的数量越多，尺寸越粗大，分布越不均匀，其影响也越大。灰铸铁的抗压强度、硬度及耐磨性主要取决于基体组织，石墨的存在形式对其影响不大。灰铸铁的抗压强度远高于抗拉强度（3～4倍）。

石墨虽然降低了灰铸铁抗拉强度、韧性和塑性，但却使铸铁获得了钢所不具备的优良性能，具体表现如下。

①灰铸铁熔点低，流动性好，石墨的比容大，当铸件凝固时，石墨的析出可以部分补偿基体的收缩，使得灰铸铁收缩率小于钢，故灰铸铁具有良好的铸造性。

②石墨是良好的固体润滑剂，它从铸件表面脱落后能起润滑作用。脱落后留下的孔洞有吸附和存油作用，所以灰铸铁具有良好的减摩性。

③切削加工时，石墨起着减摩和断屑作用，而且塑性、韧性低，切削力小、刀具磨损小，故具有良好的切削加工性。

④石墨组织松软，能够吸收振动，因而灰铸铁有良好的减振性。

⑤片状石墨本身就相当于许多微小缺口，故对外界缺口敏感性小。

由于灰铸铁具有以上特点，因此适用于制作在压应力条件下工作的箱体：壳体、底座、床身及支架类零件，如内燃机汽缸体、汽缸盖、汽车变速箱壳体等。

（2）灰铸铁牌号及用途

灰铸铁牌号用“HT”（即“灰铁”两字的汉语拼音首写字母）及后面三位数字组成。后面三位数字表示为单铸φ30mm试棒的最小抗拉强度σb值（MPa）。表1-10所示为灰铸铁的牌号、力学性能及用途。

表1-10　灰铸铁的牌号、力学性能及用途

由表中可知，灰铸铁的力学性能和铸件壁厚有关，在同一牌号中，随铸件壁厚增加，其力学性能将要降低。

（3）灰铸铁的热处理

灰铸铁的热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形状、大小、数量和分布情况，故对灰铸铁的力学性能影响不大。生产中主要是为了减小铸件内应力，改善切削加工性能等。

常用热处理有以下几种。

①去应力退火（人工时效）。去应力退火的目的是为了消除铸件铸造冷却时产生的内应力。通常安排在切削加工之前。

②高温退火。高温退火的目的是消除铸件中出现的白口铸铁，使硬度降低20～40HBS，从而改善了切削加工性。

③表面淬火。对于需要有较高硬度和耐磨性的铸件表面，如机床导轨面、汽缸孔内壁面等，应进行表面淬火处理。表面淬火方法常用火焰加热淬火、接触电阻加热表面淬火、感应加热表面淬火和激光加热表面淬火。淬火后硬度可达59～61HRC。

2.球墨铸铁

球墨铸铁是指一定成分的铁水在浇注前，经过球化处理，获得具有球状石墨的铸铁。

（1）球墨铸铁的组织与性能

球墨铸铁的组织特征是球状石墨分布在几种不同的基体上，常见的有铁素体球墨铸铁、铁素体+珠光体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁。

在所有铸铁中，球墨铸铁的力学性能最高，与相应组织的铸钢相似，如疲劳强度接近一般中碳钢；冲击疲劳抗力高于中碳钢；屈强比几乎是钢的2倍。但球墨铸铁的塑性和韧性低于铸钢。球墨铸铁的力学性能与基体组织和球状石墨的状态及分布有关。石墨球越细小，越圆整，分布越均匀，则强度、塑性、韧性越好。球墨铸铁具有近似于灰铸铁的某些优良性能。

如铸造性、减摩性、切削加工性等。但是，球墨铸铁也存在一些缺点，如白口倾向大，凝固时收缩率大，化学成分要求严格等。因而对熔炼、铸造工艺要求高，生产成本高。

（2）球墨铸铁牌号和用途

表1-11为我国部分球墨铸铁的牌号、组织、性能和用途。牌号中“QT”是“球铁”两个字汉语拼音首写字母，后边数字分别代表单铸试件的抗拉强度和延伸率。

表1-11　部分球墨铸铁的牌号、组织、性能和用途

球墨铸铁因其力学性能接近于钢，铸造性能和其他性能优于钢。因此，在机械制造业中已得到广泛应用，部分场合代替了铸钢和锻钢，用来制造一些受力较大、受冲击和耐磨的铸件，如内燃机曲轴、凸轮轴、汽车驱动桥壳等。

（3）球墨铸铁热处理

球墨铸铁热处理和钢大致相同，通过改变基体组织以获得所需性能。目前，球墨铸铁常用的热处理有以下几种。

①退火。球墨铸铁常见的退火方式有去应力退火和石墨化退火。去应力退火的目的是消除铸件内应力，石墨化退火的目的是获得高韧性的铁素体球墨铸铁，并可改善切削加工性能和消去应力。

②正火。球墨铸铁正火的目的是为了获得珠光体组织的基体，并细化组织，提高强度、硬度和耐磨性。球墨铸铁正火以后，应进行一次去应力退火，以消除正火引起的铸件内应力。

③淬火和回火。球墨铸铁可通过不同的淬火和回火工艺，获得不同的基体组织。

由于球墨铸铁经过调质（淬火后再进行高温回火）以后获得了回火索氏体+球状石墨组织，具有优良的综合力学性能，所以广泛用于制造内燃机曲轴、凸轮轴等零件。球墨铸铁也可进行等温淬火，等温淬火主要用于要求具有较高综合力学性能、良好耐磨性且外形复杂、热处理易开裂的零件，如齿轮、凸轮轴等。

3.蠕墨铸铁

蠕墨铸铁是在一定成分的铁水中加入孕育剂和蠕化剂进行孕育处理和蠕化处理，获得具有蠕虫状石墨的铸铁。它是近几十年发展起的新型材料。

（1）蠕墨铸铁的组织及性能。蠕墨铸铁组织中特有的石墨状态，其力学性能介于相同基体组织的灰铸铁和球墨铸铁之间。强度、韧性、抗疲劳强度、耐磨性高于灰铸铁，但小于球墨铸铁；铸造性能、减振性、导热性、切削加工性都优于球墨铸铁，接近灰铸铁。

（2）蠕墨铸铁的牌号及用途。表1-12为我国蠕墨铸铁的牌号、基体组织、力学性能和用途。牌号中的“RuT”代表蠕墨铸铁，数字表示蠕墨铸铁单铸试件的抗拉强度值。蠕墨铸铁可用来制造复杂大型铸件，如RuT380、RuT420主要用于制造汽车刹车鼓、活塞环、汽缸套、制动盘等；RuT340可用于制造汽车刹车鼓、飞轮、汽缸盖等；RuT260可制造汽车、拖拉机的某些底盘零件等，也可代替高强度灰铸铁。

表1-12　蠕墨铸铁的牌号，基体组织和机械性能和用途

4.可锻铸铁

可锻铸铁是由白口铸铁通过退火处理得到的一种石墨呈絮状的铸铁。它具有较高强度、塑性和韧性。值得注意的是，可锻铸铁实际上不可锻造。

（1）可锻铸铁的组织及性能。根据退火工艺的不同，可锻铸铁分为黑心可锻铸铁（铁素体可锻铸铁）、珠光体可锻铸铁、白心可锻铸铁。目前我国主要使用前两类可锻铸铁。可锻铸铁的力学性能优于灰铸铁，并接近于同类基体的球墨铸铁。与球墨铸铁相比，可锻铸铁具有铁水处理简单、质量稳定、废品率低等优点。

（2）可锻铸铁的牌号及用途。表1-13是黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的牌号、力学性能和用途。牌号中“KT”是“可铁”的汉语拼音首写字母，其后“H”表示黑心可锻铸铁，“Z”表示珠光体可锻铸铁。符号后面两组数据分别代表可锻铸铁最小抗拉强度（单位MPa）和拉伸率。

表1-13　黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的牌号、力学性能和用途

可锻铸铁常用于薄壁、形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件。如汽车、拖拉机驱动桥壳、管接头、低压阀门等。但由于生产周期长，需要连续退火设备，因此在使用上受到一定限制，有些可锻铸铁件已由球墨铸铁代替。

四、有色金属及其合金

（一）铜及铜合金

1.纯铜

纯铜呈紫红色，故又称紫铜。纯铜的导电性和导热性仅次于金和银，是最常用的导电、导热材料。它的塑性非常好且无低温脆性，易于冷、热压力加工，在大气及淡水中有良好的抗蚀性能。纯铜的密度为8.9g/cm3，熔点为1083℃，纯铜经轧制和退火后的力学性能为σb=196～250MPa，δ=45%～50%，HBS=100～120。纯铜中常含有0.05%～0.38%的杂质（主要有铅、铋、氧、硫和磷等），它们对铜的力学性能和工艺性能都有很大的影响，尤其是铅和铋的危害最大。

纯铜的加工产品按化学成分分为纯铜和无氧铜两类。纯铜的牌号有T1、T2、T3等。“T”为“铜”字汉语拼音字母开头，编号越大，纯度越低。无氧铜的含氧量极低，代号为TU1、TU2等。

在机械中主要应用紫铜的导热性、塑性及耐蚀性。用它制造发动机的输油管、缸头垫、火花塞垫等。紫铜或其他型材经反复弯曲、锤击或其他冷加工后，会显著硬化。为使之恢复塑性，须进行退火。对已经发硬了的紫铜管，如欲使之软化，可用喷灯加热使其发红并立即水冷。

2.铜合金

工业上广泛采用的铜合金可分为黄铜、青铜和白铜三类。

（1）黄铜

黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金，具有良好的力学性能，易于加工成形，并且对大气、海水、淡水、蒸汽有相当高的抗蚀能力。按合金元素种类，可把黄铜分为普通黄铜和特殊黄铜。

1）普通黄铜。

普通黄铜是铜和锌的合金，其组织和力学性能随含锌量的变化而变化。黄铜具有极高的塑性、铸造性能、耐蚀性和良好的冷、热加工性。同时，它与有机氟化物（如氟-12）不起作用，故黄铜又可制造冷冻设备。加工和使用黄铜时应该注意以下几点。

①以冷加工方式制成的黄铜零件直接使用时，由于残余内应力存在，将造成晶间腐蚀。当受湿气、氨、海水的作用时，便会自动发生裂缝，称为黄铜的时效开裂，也叫季裂。锌含量大于20%的合金最易发生季裂现象。所以经冷加工的黄铜零件，必须在200℃～400℃进行1～5h的消除内应力退火处理。

②黄铜制件在淡水或海水中使用了相当时间，其表面氧化膜破坏时，黄铜的表层便发生溶解。因锌具有较铜低的电极电位，故不断溶解于介质中，残留的铜将以海绵状的形式沉淀出红斑，加速黄铜制件的腐蚀过程。

③黄铜不宜与铁、铅和锌接触使用，因为后者是负电位，会迅速遭到破坏，但它们都可作为黄铜冷藏管的保护装置。

普通黄铜的牌号用“黄”字汉语拼音字母的字头“H”加数字组成，数字表示平均含铜量的百分数。例如，H62表示含铜量为62%，含锌为38%的普通黄铜。

2）特殊黄铜。

在普通黄铜中加入其他的合金元素所组成的合金，称为特殊黄铜。常加入的合金元素有锡、硅、锰、铅和铝等，分别称为锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜等。

特殊黄铜的编号为：H+主加元素符号+含铜量+主加元素含量。例如，HSn70-1表示主加元素Sn的含量为1%、铜含量为70%，其余为锌的锡黄铜。

锡黄铜中的锡，可以显著提高黄铜在海洋大气和海水中的抗蚀性，也可以提高强度。例如，HSn70-1又称为海军黄铜，用于制作接触海水的热交换器和冷凝器的管子。锰黄铜中的锰能提高黄铜的强度和在海水、氨化物、过热蒸汽中的耐蚀性，同时使黄铜耐热性和冷加工性能得到改善。锰黄铜常用于制造螺旋桨、螺旋桨轴的轴套、蒸汽泵的活塞。

铸造黄铜的牌号表示方法用“ZCu+主加元素符号+主加元素含量+其他元素符号和含量”组成，如ZCu2n38、ZCuZn40Mn2等。

常用铸造黄铜的牌号、化学成分、力学性能和用途见表1-14。

表1-14　常用铸造黄铜的牌号、化学成分、力学性能和用途

注：力学性能参数中分子为砂型铸造力学性能数值、分母为金属型铸造力学性能数值。

（2）青铜

除黄铜和白铜（铜和镍的合金）外，所有的铜基合金都称为青铜。青铜又可以分为锡青铜（普通青铜）和无锡青铜。

1）锡青铜。

以锡为主要合金元素的铜合金称为锡青铜。锡的含量一般为3%～14%。锡青铜的铸造性好，收缩率小，适用于铸造形状复杂的零件。锡青铜强度较黄铜低，但是抗腐蚀性优于紫铜和黄铜，在大气、淡水、海水和蒸汽中的抗腐蚀性能较高，而在盐酸、硫酸及氨水中的抗腐蚀性较差。锡青铜还具有优良的耐磨性能。

2）无锡青铜。

除锡以外，用其他元素作为添加剂的二元或多元铜基合金，称为无锡青铜。例如，加入Al、Mn、Si及Be，则取名为铝青铜、锰青铜、硅青铜和铍青铜。大多无锡青铜比锡青铜具有更高的力学性能、耐蚀性、耐磨性和耐热性，故常作为锡青铜的代用品而被广泛使用。

铝青铜有比黄铜和锡青铜还高的耐磨性、耐蚀性及强度，属于高耐磨、耐热青铜，主要用作在海水及高温下工作的高耐磨零件和弹性零件，如泵轴套、隔水圈、阀体及摇臂衬套等。硅青铜有较高的弹性和耐磨性，常用作在海水中工作的弹性零件。

青铜的牌号由“青”字的汉语拼音字母字头“Q”加主添加元素符号和含量组成。例如，QSn4-3表示含锡4%、含锌3%，其余为铜的锡青铜。QA17表示含铝7%的青铜。铸造青铜的和铸造黄铜的牌号表示方法相同。

2.铝及铝合金

（1）纯铝

纯铝是银白色的金属，密度小（2.7g/cm3），导电性和导热性仅次于铜、银、金而居第四位。强度低（σb≈80MPa），塑性很高（δ=50%、ψ=80%），可以冷热变形加工，具有良好的抗大气腐蚀能力。因此铝及其合金广泛用于电气工程、航天部门和汽车等机械制造部门。我国工业纯铝的牌号是用其纯度来编号的，如L1、L2、L3等，L为“铝”字的拼音字首，编号数字越大，纯度越低。

工业纯铝的牌号、化学成分和用途见表1-15。

表1-15　工业纯铝的牌号、化学成分和用途

（2）铝合金

铝合金的强度很低，不适于制作承受载荷的结构零件，加入一定量的合金元素，可得到强度较高、耐蚀性较好的铝合金。根据其成分和工艺的特点，铝合金分形变铝合金（或称压力加工铝合金）和铸造铝合金两类。

1）形变铝合金

适宜于压力加工的铝合金称为形变铝合金。常用的形变铝合金有防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻铝合金等。

①防锈铝合金。

防锈铝合金属于铝-锰系和铝-镁系合金。这类合金具有适中的强度、优良的塑性及良好的耐蚀性。主要用于制造耐蚀性好的容器，如防锈蒙皮及受力小的结构件。防锈铝代号为“LF”（“铝”及“防”的汉语拼音字头）和一组顺序号表示。常用的有LF5，LF11及LF21等。

②硬铝合金。

硬铝合金主要是铝铜镁合金，强度、硬度较高。硬铝合金的代号用LY（Y是“硬”字的汉语拼音字母字头）和一组顺序号来表示，常用的有LY1、LY11、LY12等。硬铝合金在飞机制造中应用较广。

③超硬铝合金。

超硬铝合金主要是铝铜镁锌合金，经热处理后的强度和硬度比硬铝还高，代号用LC和一组顺序号表示，如LC4，主要用于高强度零件。

④锻铝合金。

锻铝合金是铝镁硅铜合金，其力学性能和硬铝合金相近，代号用LD和一组顺序号表示。例如，LD2在较高温度下（250℃～300℃），仍具有满意的强度和热压加工性能。锻铝合金主要用做高温零件，如活塞、汽缸盖。

常用形变铝合金的类别、牌号、性能和用途见表1-16。

表1-16　常用形变铝合金的类别、牌号、性能和用途

2）铸造铝合金

铸造铝合金按主加合金元素的不同，可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金及铝锌合金等。铝硅合金使用最广，俗称硅铝明，具有良好的铸造性能，广泛用来制造形状复杂的零件。铝硅合金常用来制造发动机活塞、汽缸体、水冷的汽缸头、汽缸套等。

铸造铝合金的牌号由铝及主要合金元素符号组成，主要合金元素符号后跟有表示其名义百分含量的数字（名义百分含量为该元素的平均百分含量的修约化整值），如果合金化学A素的名义百分含量小于1，一般不标数字，必要时可用一位小数表示。牌号前加Z表示铸造合金，如ZAISi7Mg。

铸造铝合金的代号用汉语拼音字头“ZL”（铸铝）与三个数字组成，ZL后面第一个数字表示合金类别，1表示铝硅合金，2、3、4分别表示铝铜、铝镁、铝锌合金。ZL后第二、三位数字表示顺序号。

在滑动轴承中，用来制造轴瓦内衬的合金，称为轴承合金。滑动轴承起支撑作用，而且在运转中轴与轴瓦之间有强烈的摩擦。由于轴是机器的重要的零件，且造价高，更换难。在磨损不可避免的情况下，轴承材料应尽量减少磨损和摩擦。因此轴承合金必须满足下列条件：

①在轴瓦工作温度下具有足够的疲劳强度、抗压强度、硬度及足够的塑性和韧性；

②具有低的摩擦系数、良好的磨合性、抗咬合性及亲油性；

③具有良好的导热性、耐蚀性及较小的膨胀系数；

④具有良好的工艺性能，即易于铸造和切削加工；

⑤价格低廉，易于获得。

为满足上述要求，轴承合金的组织最好是在软基体组织上分布着硬质点，或是在硬基体组织上分布着软颗粒，如图1-6所示。这样在运转一定的时间后，轴承的软基体或软颗粒被磨损而凹下去，可以储存润滑油，以便能形成连续油膜。而硬质点或硬基体则凸起，以支承轴所施加的压力，从而保证轴的正常工作。

图1-6　轴承合金的理想组织示意图

（3）巴氏合金

巴氏合金是锡基巴氏合金和铅基巴氏合金的总称，是浇铸在轴瓦上的低熔点轴承合金，因呈白色并含有多种合金元素，所以习惯上称为白合金或乌金。

1）锡基巴氏合金

锡基巴氏合金是以锡为基体，加入锑（Sb）、铜等元素组成的合金，呈银白色。这类合金的牌号表示法为“ZCh”加基体元素和主加元素的化学元素符号加主加元素与辅加元素的含量。例如，ZChSnSb11-6为锡基轴承合金，主加元素锑的含量为11%，附加元素铜的含量为6%，其余为锡。锡基巴氏合金常用牌号有ZChSnSbll-6、ZCh-SnSb8-4、ZChSnSb4-4等。这种轴承合金具有低的摩擦系数、良好的韧性、导热性和耐蚀性，并能承受较大的冲击载荷。其缺点是疲劳强度低，当工作温度超过100℃时，强度和硬度均降低一半左右，因而缩短了使用寿命。锡基轴承合金广泛应用于低速和中速发动机主轴承、曲柄销轴承。

2）铅基巴氏合金

铅基巴氏合金是以铅为基体，加入锑、锡、铜元素组成的合金。这类合金的牌号与锡基巴氏合金相同。例如牌号为ZChPbSn16-16-2，其中Pb为基体元素，Sb为主加元素，其含量为16%，附加元素锡的含量为16%，铜的含量为2%，其余为铅。

铅基轴承合金的强度、硬度、疲劳强度、韧性均低于锡基轴承合金，但成本低。一般作为中、低载荷和低速机器的轴瓦材料。

（4）铜基轴承合金

铜基轴承合金包括铅青铜和锡青铜。

1）铅青铜

铅青铜作为轴承合金的典型牌号是ZCuPb30，它是在铜的硬基体上分布较软的铅颗粒。铅青铜与巴氏合金相比，具有较高的疲劳强度和较大的承载能力；优良的导热性，能在250℃下正常工作；具有较低的摩擦系数和较高的耐磨性。其缺点是耐蚀性、磨合性及抗咬合性均较巴氏合金差。

ZCuPb30可以用来制造高转速、高载荷、承受交变载荷、冲击载荷，并在高温条件（300℃～320℃）下工作的重要轴承，如高速发动机的主轴承和连杆轴承。

2）锡青铜

常用的锡青铜牌号有ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb52n5、ZCuSn6Pb6Zn3。ZCuSn10P1具有优良的耐磨性、较高的强度和疲劳强度，此外耐蚀性、热稳性也很好。常用作高速、高载柴油机轴承，并且常制成整体衬套式轴承。

ZCuSn6Pb6Zn3和ZCuSn5Pb5Zn5的特点是疲劳强度高、耐磨性和耐蚀性好，工作温度可达280℃，但抗咬合性、磨合性均较差。这两种锡青铜常用于制作整体衬套式轴承，适合于中等稳定载荷，如减速器、电动机的轴承，发动机连杆小端和摇臂的轴瓦。

（5）铝基轴承合金

铝基轴承合金具有比重小，导热性好，疲劳强度高及耐蚀性好等优点，并且原料丰富，价格低廉。铝基轴承合金包括低锡铝合金和高锡铝合金。

1）低锡铝合金

低锡铝合金承载能力强，疲劳强度和耐蚀性高，较好的耐磨性，但其承载能力不大。适用于低速、中等负荷的发动机的轴承，如农机、拖拉机、柴油机轴承。

2）高锡铝合金

20高锡铝合金承载能力大，疲劳强度高，耐热性、耐磨性和耐蚀性良好。此外，还具有使用寿命长、切削加工性好、硬度低不伤轴等优点。所以可以替代巴氏合金、铜基轴承合金和铝锑镁轴承合金。广泛应用于高速、高负荷发动机主轴承和连杆轴承。

30高锡铝合金抗咬合能力比20高锡铝合金强，但疲劳强度稍低。40高锡铝合金具有与巴氏合金相近的磨合性、抗咬合性，但疲劳强度更低。主要用于船用的大型低速柴油机上。

思考练习

1.什么是机器？什么是机械？

2.简述机器的组成特点。

3.金属材料的力学性能都包含哪几个方面？