（二）铜及铜合金
1. 纯铜
纯铜呈紫红色，又称紫铜，在地球上的储量较少。纯铜的相对密度为8.9g/cm3，熔点为1083℃，呈面心立方晶体结构，具有良好的导电、导热性能（仅次于银），较高的塑性和耐蚀性，但强度、硬度较低，不能通过热处理强化，常通过添加合金元素来改善其性能。工业纯铜按其杂质含量的不同分为四种：T1、T2、T3、T4,编号越大，纯度越低。
工业中利用铜的导电性、导热性好，塑性好，硬度低及耐腐蚀性好等优良性能来制造电线、电缆、导电螺钉、垫片、垫圈、油管等。纯铜是逆磁性物质，制作的仪器和机件不受外来磁场干扰，对磁性仪器、定位仪器和其他防磁器械具有重要意义。
2. 铜合金
纯铜虽然物理化学性能优良，但强度不高，需进行合金化以满足某些机械性能要求。含有合金元素的铜称为铜合金，按色泽的不同分为黄铜、青铜和白铜三种。
（1）黄铜 以锌为主加元素的铜合金，其外观色泽呈金黄色，故称作黄铜,又分为普通黄铜和特殊黄铜两类。
A.普通黄铜 普通黄铜是铜锌二元合金，锌能大量溶于铜中形成α固溶体，当锌的溶解度大于39%时，普通黄铜中出现第二相β′（CuZn化合物），β′相是一种硬而脆的相，因此当锌含量过高时，普通黄铜的塑性会大大降低，但具有良好的铸造性能（流动性好、偏析倾向小、组织致密）。含锌量低的普通黄铜具有良好的塑性，可通过挤压、冲压、弯曲等方法成形。
B.特殊黄铜 在普通黄铜中加入其他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Sn、Si、Pb、Fe等，用以改善和提高黄铜的强度、铸造性能、切削性能、耐蚀性能等，根据所加元素不同，相应称作锡黄铜、硅黄铜……。
普通黄铜的代号用“H+数字”来表示，“H”是“黄”字的汉语拼音字首，数字表示含铜量的百分数,如H80表示含80%Cu，20%Zn的普通黄铜。特殊黄铜的代号用“H+主加元素符号（锌除外）+铜含量的百分数+主加元素含量的百分数”表示,如HPb59-1表示含59%的铜和1%的铅、其余为锌的铅黄铜。若为铸造用黄铜，则以“Z”（铸字的汉语拼音字首）+Cu+其他元素符号+数字来表示，数字表示前边元素的百分含量。
常用黄铜的牌号、成分、性能及用途见表4-15所示。表中数据摘自GB523
2-85、 GB1176-87。
表4-15 常用黄铜的牌号、成分、性能及用途
|
类别
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代号
|
化学成分/%
|
机械性能
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用 途
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|
Cu
|
其他
|
σb/MPa
|
δ/%
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HBS
|
|
普
通
黄
铜
|
H70
|
69～72
|
余量为Zn
|
320
|
55
|
-
|
用于冲压件、冷凝器管、子弹壳、波纹管、轴套
|
|
H62
|
60～63
|
余量为Zn
|
330
|
49
|
56
|
用于散热器垫圈、垫片、螺钉、金属网
|
|
特
殊
黄
铜
|
HPb59-1
|
57～60
|
0.8～0.9Pb
余量为Zn
|
620
|
5
|
149
|
具有良好切削性能，用于热冲压和切削加工零件
|
|
ZCuAl10Fe3Mn2
|
64～68
|
9～11Al，2～4Fe
1.5～2.5Mn余量为Zn
|
540
|
20
|
-
|
压紧螺母、重型螺杆、轴承、轴套
|
（2）青铜 除了以锌或镍为主加元素的铜合金外，其余铜合金称为青铜,外观色泽多为棕绿色,分为普通青铜（锡青铜）和特殊青铜（无锡青铜）两类。
A.普通青铜 普通青铜是以锡为主加元素的铜合金，又称为锡青铜。锡可以溶于铜中形成固溶体，也可以与铜化合生成化合物Cu31Sn8（δ相）。当锡的含量较低时（小于5%～6%），锡青铜呈单一的固溶体组织，具有较好的塑性；当锡含量较高时（大于10%），出现了硬而脆的δ相，塑性明显降低，并随含锡量的增多，强度下降，脆性增加。工业用锡青铜的含锡量为3%～14%。锡青铜具有良好的减磨性、抗磁性及低温韧性,在大气、淡水、海水及高压过热蒸汽中的耐蚀性能比黄铜更高，但抗酸腐蚀能力差。锡青铜可用于冷、热压力加工和液态成形。
B.特殊青铜 特殊青铜是不含锡的青铜合金,根据主加元素的不同，主要有铝青铜、硅青铜、铍青铜和铅青铜等。由于特殊青铜中添加的合金元素不同，性能也各具特色，如铝青铜具有耐磨、耐蚀性好、价格低廉的特点；铍青铜具有较高的弹性极限和疲劳极限。
普通青铜的表示方法是：“Q+主加元素符号+主加元素平均含量的百分数+其他合金元素平均含量的百分数”。“Q”是“青”字的汉语拼音字首，如QSn10-1表示含锡量为10%，其他合金元素含量为1%的锡青铜。特殊青铜的表示方法与普通青铜类似，如QAl9-4表示主加元素铝含量为9%左右，含其他元素平均含量为4%的铝青铜。铸造锡青铜则与铸造黄铜表示方法类同。
常用青铜的代号、成分、性能及用途如表4-16所示。表中数据摘自GB5233-85、GB1176-87。
表4-16 常用青铜的代号、成分、性能及用途
|
类别
|
代号
|
化学成分（%）
|
机械性能（不低于）
|
用 途
|
|
主加元素
|
其他
|
ób
(MPa)
|
δ(%)
|
HBS
|
|
普通
青铜
|
QSn4-3
|
Sn
3.5～4.5
|
Zn2.7～3.3
余量为Cu
|
550
|
4
|
160
|
弹性元件、管配件、化工机械、中耐磨、抗磁零件
|
|
ZQSn10-1
|
Sn
9.0～11.0
|
P0.6～1.2
余量为Cu
|
250
|
5
|
60
|
重要减磨零件，如轴承、轴套、蜗轮、摩擦轮、丝杆螺母
|
|
特殊
青铜
|
ZQAl9-4
|
Al
8.0～10.0
|
Fe2.0～4.0
余量为Cu
|
500
|
12
|
110
|
在蒸汽、海水中使用的高强度耐蚀件、螺母、涡轮、齿圈、轴承
|
|
QBe2
|
Be
1.9～2.2
|
Ni0.2～0.5
余量为Cu
|
850
|
3
|
250HV
|
重要的弹簧、弹性元件、耐磨零件，以及高压、高速、高温下工作的轴承
|
（3）白铜 以镍为主添加元素的铜合金称为白铜，分为普通白铜（只含有Cu与Ni）和特殊白铜（除Cu、Ni外，还含有其它合金元素）两类。
A.普通白铜 普通白铜具有较好的强度和优良的塑性，能进行冷、热变形，抗蚀性很好，电阻率较高且电阻温度系数很小，主要用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等。
B.特殊白铜 白铜中添加其它合金元素，得到特殊白铜，添加元素不同，性能和用途也不同，如锰含量高的锰白铜可制作热电偶丝、测量仪器等。
普通白
铜的表示方法是：“B+主加元素的平均含量百分数”,如B19表示19%Ni的普通白铜。特殊白铜的表示方法是：“B+除Ni以外的主加元素符号+镍平均含量的百分数+主加元素平均含量的百分数”,如BZn15-20表示含15%Ni、20%Zn的锌白铜。
铜及铜合金属于贵金属，在无特殊性能要求的条件下，一般机器零件不选用铜合金，即使在仪器制造业中，结构零件也尽可能选用铝合金代替铜合金。
（三）镁及镁合金
1. 纯镁
纯镁熔点651℃，密度为1.74g／cm3，具有密排六方晶体结构，无同素异构转变。纯镁强度不高，室温塑性较低，易氧化且氧化物膜脆而不紧密，所以抗蚀性很差。工业纯镁的牌号用M+顺序号表示，顺序号越大，纯度越低，如M1、M2、M3。纯镁主要用于配制镁合金和其它合金，还可用于化工与冶金的还原剂。
2. 镁合金
在纯镁中添加适量的Al、Zn、Mn、Zr及稀土等合金元素后，形成镁合金，按成分和成形特点可分为变形镁合金和铸造镁合金两大类。
（1）变形镁合金 变形镁合金的牌号用“镁变”的汉语拼音字首MB+顺序号表示，顺序号表示化学成分。其中Mg-Mn系镁合金具有良好的耐蚀性和焊接性，常用于蒙皮、壁板等焊接件及外形复杂的耐蚀件，如MB1、MB8；Mg-Al-Zn系镁合金具有较高的耐蚀性和热塑性，如MB2、MB3；Mg-Zn-Zr系镁合金具有较高的强度，焊接性能较差，使用温度不超过150℃，如MB15。
（2）铸造镁合金 铸造镁合金的牌号用“铸镁”的汉语拼音字首ZM+顺序号表示，顺序号表示化学成分。其中Mg-Zn-Zr系镁合金具有较高的强度、良好的塑性，但耐热性较差，如ZM1、ZM7；Mg-Re-Zr系镁合金具有良好的铸造性能，耐热性较高，但常温强度和塑性较低，如ZM3、ZM6。
(四)钛和钛合金
1. 工业纯钛
纯钛熔点为1688℃，密度为4.507g／cm3，具有同素异构转变，在882.5℃以下是密排方结构，在882.5℃以上为体心立方结构。纯钛的强度低，但比强度高，塑性及低温韧性好，耐蚀性很高，具有良好的压力加工性能，切削性能较差。根据杂质含量把纯钛分为高纯钛（纯度达99.9%）和工业纯钛（纯度达99.5%）两种。工业纯钛有三个牌号，TA1、TA2、TA3，编号越大，纯度越低，可用以配制钛合金和其它合金。当纯钛中含有少量杂质时，可显著提高钛的强度，所以工业纯钛强度较高，可用以制造350℃以下温度工作的石油化工用热交换器、反应器、船舰零件和飞机蒙皮等。
2. 钛合金
在纯钛中加入Al、Mo、Cr、Sn、Mn、V等元素后可以形成钛合金。根据组织的不同，钛合金分成三类：α钛合金、β钛合金和（α+β）钛合金；分别用TA、TB、TC加数字来表示（A后数字从4开始）。如TA7主要用于制造500℃以下工作的火箭、飞船低温高压容器，航空发动机压气机叶片和管道、导弹燃料缸等；TB2可用以制造350℃以下温度工作的飞机压气机叶片、弹簧、紧固件等；TC4是钛合金中用量最大的合金，主要用于制造400°C以下温度工作的航空发动机叶片，火箭发动机外壳及冷却喷管，火箭和导弹的液氢燃料箱部件等。
（五）锌及锌合金
1. 纯锌
纯锌熔点为419℃，密度为7.1g／cm3，具有密排六方晶体结构，具有一定的强度和较好的耐蚀性，主要用于配制锌合金和其他合金，还可用于钢板表面镀锌。
2. 锌合金
锌合金按成分和成形特点不同可分为变形锌合金、铸造锌合金和热镀锌合金。
（1）变形锌合金 变形锌合金包括Zn-Al合金和Zn-Cu合金两类。Zn-Al合金常用于制造各类挤压件；Zn-Cu合金常用于制造轴承和日用五金等。
（2）铸造锌合金 铸造锌合金可分为压铸锌合金、高强度锌合金、模具用锌合金等。压铸锌合金主要用于压铸中高等强度和较高耐蚀性的零件；高强度锌合金主要用于生产轴承、各种管接头、滑轮及各种受冲击和磨损的壳体铸件；模具用锌合金主要用于制造冲裁模、塑料模、橡胶模等。
（3）热
镀锌合金 热镀锌合金主要用于钢材热镀锌。
四、其它金属材料
（一）硬质合金
硬质合金是以一种或几种难熔、高硬度的金属碳化物（如WC、TiC等）粉末为主要成分，以铁族元素（常用钴、镍）作粘结剂，经粉末冶金方法生产的一种多相组合材料，是重要的刀具材料。
1. 硬质合金的性能特点
（1）硬度高，耐磨性好。在常温下硬度可达69～81HRC（相对硬度值），在850～1000℃时，仍能保持较高硬度，但不能接受切削加工。
（2）强度高。常温下抗压强度高达6000MPa，900°C时抗弯强度可达1000MPa以上。
（3）耐腐蚀，抗氧化性能好。
（4）线膨胀系数小，导电、导热性能与铁相近。
（5）适用于制造高速、强力切削刀具，切削速度可为高速钢的4～10倍，寿命较长。
（6）塑性和冲击韧性差，难以承受塑性变形。
2. 硬质合金的分类、牌号与用途
按硬质合金成分与性能特点的不同，常用的硬质合金可分为三类：
（1）钨钴类硬质合金 钨钴类硬质合金的主要化学成分是碳化钨及钴，牌号用“硬”“钴”汉语拼音字首YG加数字表示，数字表明钴的平均百分含量，如YG6表示平均含钴6%的钨钴类硬质合金。钨钛钴类硬质合金具有较高的强度和韧性、刃磨性也较好，而且钴的含量越高，合金的强度、韧性越好；钴的含量越低，则合金的硬度、耐磨性越好。因此，钴含量较高的钨钴类硬质合金刀具常用于有冲击振动的粗加工；钴含量较少的钨钴类硬质合金刀具常用于比较平稳的精加工。钨钴类硬质合金制成的刀具多用于加工铸铁和有色金属。
（2）钨钛钴类硬质合金 钨钛钴类硬质合金的主要成分是碳化钛、碳化钨及钴，牌号用“硬”“钛”的汊语拼音字首YT加数字表示，数字表明碳化钛的平均含量，如YT14表示平均含碳化钛14%的钨钛钴类硬质合金。钨钛钴类硬质合金具有较高的耐磨性和耐热性，而且钨钛估类硬质合金中碳化钛的含量越高，合金的硬度越高，耐热性越好；碳化钛的含量越低，合金的强度、韧性越好。因此，碳化钛含量较多的合金用于较平稳的精加工；而碳化钛含量较少的则用于粗加工。钨钛钴类硬质合金制成的刀具多用于加工钢材。
（3）通用硬质合金 该类硬质合金是以碳化钽或碳化铌取代钨钴钛类硬质合金中一部分碳化钛而形成的，牌号有YW1、YW2，其中“YW”是“硬”、“钨”的汉语拼音字首，通用硬质合金的红硬性极好，常用来加工不锈钢、耐热钢、高速钢等难以加工的钢材，所以也被称作“万能硬质合金”。
（二）高温合金
高温合金是以高熔点金属Ni（1455℃）、Co（1480℃）、Nb（2415℃）、Mo（2620℃）等为基体，加入一定量的其它元素所构成的在高温（700℃以上）下使用的金属材料。
1. 高温合金的性能特点
高温合金与耐热钢相比有以下性能特点：
（1）具有较高的热稳定性。在高温条件下，高温合金具有较高的抗氧化、抗腐蚀、抗冲刷的能力，工作温度可达700～1100℃。
（2）具有较高的热强性。
（3）比强度和弹性模量高，热膨胀系数小，导热系数大。
（4）具有良好的工艺性能。
2. 高温合金的分类、牌号与用途
根据生产工艺特点，高温合金分为变形高温合金和铸造高温合金以及焊接用高温合金和粉末高温合金。下面仅简单介绍前两种：
（1）变形高温合金 变形高温合金按基体组元和强化方法的不同，分为四种：固溶强化型铁基合金、时效强化型铁基合金、固溶强化型镍基合金、时效强化型镍基合金。其牌号表示方法是“GH”加四位数字，“GH”是“高合”的汉语拼音字首，第一位数字表示分类号，后面三位数字则表示化学成分，如GH2302表示一种时效强化型铁基变形高温合金。常用的镍基固溶强化型变形高温合金具有较好的塑性和焊接性，热稳定性优良、抗氧化性很好，多用于冷冲压、焊接成型件生产。镍基时效强化型变形高温合金具有很高的常温及高温强度、
塑性较低、抗氧化温度很高，所以常用于航空、航天、燃气轮机等涡轮叶片的转动承力部件的生产。
（2）铸造高温合金 铸造高温合金的表示方法是“K”加三位数字，其中第一位数字表示分类号（同变形高温合金），后两位数字表示化学成分。如K417表示镍基时效强化型的铸造高温合金。铸造高温合金高温强度高，适宜于铸造精度高、形状复杂的零件，所以该类高温合金常用于叶片的生产。
（三）轴承合金
在用于机械制造的各类加工设备中以及用途不同的机器中，除了广泛应用滚动轴承外，还大量采用滑动轴承，轴承合金是制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料。
1. 对轴承合金的性能要求：
（1）具有良好的减磨性 良好的减磨性是指：ａ摩擦系数小；ｂ磨合性好---轴与轴承的吻合性好；ｃ抗咬合性好---摩擦条件不良时，轴承材料不易与轴粘结或焊合。
（2）具有足够的强度和硬度，以承受颈部较大的单位压力。
（3）具有足够的塑性和韧性及高的疲劳强度，以承受轴颈的周期性载荷，并抵抗冲击和振动。
（4）具有良好的耐蚀性、导热性以及较小的膨胀系数，防止摩擦升温而发生咬合。
2. 对轴承合金的组织要求
为满足上述性能要求，滑动轴承合金的理想组织是：
（1）在软的基体上孤立地分布有硬质点（一般为化合物）。软的基体具有较好的磨合性与抗冲击、抗震动的能力，轴在工作状态时，软的基体很快被磨凹，使硬质点突出于表面以承受载荷的磨擦，凹下去的地方又可储存润滑油以保证较低的磨擦系数。
（2）在较硬（低于轴颈硬度）的基体上分布有软的质点。这种组织的作用同第一种组织类似，但其磨合性较差。
3.轴承合金的分类、牌号与用途
按照化学成分的不同，滑动轴承合金可分为锡基、铅基、铝基、铜基和铁基五类。其中，应用最多的是锡基与铅基轴承合金，又被称作巴氏合金。巴氏轴承合金的牌号用“轴”“承”“合”的汉语拼音字首“ZCh”+基本元素与主加元素的符号+主加元素与辅加元素平均含量的百分数表示，如ZChSnSb11-6表示主加元素锑为11%，辅加元素为6%，其余含量为锡的锡基滑动轴承。
锡基轴承合金具有良好的减磨性、耐蚀性、导热性和韧性，但疲劳强度较低，工作温度不超过150℃，而且价格较贵。该类合金广泛用于航空发动机、汽轮机、内燃机等大型机器中的高速轴承件生产，常用的有ZChSnSb11-6 、ZChSnSb8-4等。
铅基轴承合金制造成本较低，力学性能、导热性、抗蚀性均比锡基合金差，主要用于制作汽车、轮船、柴油机、减速器等中、低速动转的轴承，常用的有ZchPbSb15-5 、ZchPbSb10-6等。
（四）形状记忆合金
形状记忆合金SMA（Shape Memory Alloy）是一种具有形状记忆效应的特殊功能材料。其主要特征是具有形状效应，即该类合金经热处理记忆某种形状后，在低温状态下不管将它如何变形，一旦加热到某一特定温度时便又能恢复到所记忆的高温形状。目前，已经发现和使用的形状记忆合金有镍-钛系列合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金、磁致形状记忆合金。
该类材料中TiNi合金的应用最广泛：在医疗器械领域，TiNi合金可以用来制作人工关节、牙齿矫正器等；在航空航天方面，可利用TiNi合金制作各类连接件和紧固件以及密封圈等；利用TiNi合金的记忆效应将其应用于卫星天线也是其早期的应用之一；在生活领域，可以用来制作温控器、热敏元件和驱动器，如电冰箱的温控开关、电咖啡壶控制器、自动干燥箱等。
形状记忆合金作为一种新型的功能材料已受到各工业发达国家的重视。我国自70年代起对其进行了一系列的基础研究和应用研究，目前，我国已能小批量生产各种规格的记忆合金板材、丝材、棒材和管材，记忆合金产品也已开始在医疗、航天、家用电器等领域中使用。
