非鐵金屬

非鐵金屬佔世界金屬生產量的5%，但產值很高。金屬有多種分類方法，也有將金屬分為黑色及有色金屬，而把鉻和錳歸入黑色金屬。

在已知的107種元素中,金屬有82種,半金屬9種，非金屬16種。有13種元素是用人工方法制成的，金屬在元素週期表中的位置見下。

非鐵金屬按其密度、價格、在地殼中的儲量及分佈情況、被人們發現的早晚等大致分為五大類：

輕金屬

一般指密度在4.5克/釐米3以下的金屬，包括鋁、鎂、鈉、鉀、鈣、鍶、鋇。這類金屬的共同特點是密度小(0.53～4.5)，化學性質活潑。

重金屬

一般指密度在4.5克/釐米3以上的金屬,包括銅、鉛、鋅、鎳、鈷、錫、銻、汞、鎘、鉍、鉻、錳。

貴金屬

這類金屬包括金、銀和鉑族金屬（鉑、銥、鋨、釕、銠、鈀）。由於它們在地殼中含量少，提取困難，價格較高而得名。貴金屬的特點是密度大（10.4～22.4克/釐米3），熔點高(1189～3273K)，化學性質穩定。

半金屬

一般指硅、鍺、硒、碲、砷、銻、硼、釙、砹，其物理化學性質介於金屬和非金屬之間(見半金屬)。

稀有金屬

通常指在自然界中地殼丰度小，天然資源少，賦存狀態分散難以被經濟地提取或不易分離成單質的金屬。這類金屬一般開發較晚，包括鋰、銣、銫、鈹、鎢、鉬、鉭、鈮、釩、鈦、鋯、鉿、鉻、錸、鎵、銦、鉈、稀土金屬、錒系金屬及超錒元素等。隨着技術和生產的發展,普通金屬與稀有金屬的界限日益模糊,因為大部分稀有金屬在地殼中並不稀少，比銅、鎘、銀、汞等還多。

根據金屬的密度、熔點、分佈及其他物理化學特性，稀有金屬在工業上又可分為：①輕稀有金屬，其中包括鋰、銣、銫、鈹;②難熔稀有金屬,其中包括鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉬、鎢、錸、鉻；③稀散金屬，其中包括鎵、銦、鉈、鍺、硒、碲、錸；④稀土金屬，其中包括鈧、釔和鑭系金屬;⑤放射性稀有金屬,其中包括鈁、鐳、釙、鍀、鉕、錒系金屬(錒、釷、鏷、鈾及超鈾元素)和超錒系元素。

我們一般都把以鐵 為主或 以鐵而製成 的材料稱 為鋼鐵材料 ，顧名思義 ，非金屬材料就是鋼鐵材料之外的其他金屬。非鐵金屬產量和使用量 沒有鋼鐵材料 的使用 率高 ，原 因是成本 比較高 ，並且 在冶煉過程 中有一定的難度 。不過非金屬材料仍然是機械製造 中非常重要乃至不可或缺的主要工程材料 ，其 所具 有的化學與物理方面的一些特殊性能是具有其不可替代位置的重要原因。下面以常用的非鐵金屬的鋁及鋁合金、銅及銅合金來論述機械製造中非金屬材料的應用。

在給金屬材料的應用中，鋁及鋁合金的應用是非常廣泛的，它的應用屈居 於鋼鐵 ，是航 空工業的重要應用材料 ，還被 廣泛 的運用在化工 、電氣 、汽車等機械製造領域 。

當鋁 的質量不低 於 99．oo%f10可 以稱之為純鋁 。純鋁的熔點很低 而且密度較小 ，這種輕金屬 色澤銀 白，它沒有從一種 晶格 轉變為另一種晶格的變化，其金屬原子分佈在立方體的八個角上和六個面的中心，並且其導電和導熱的效果都非常理想。只不過當鋁和氧相接觸 的時候 ，在常温狀態下純 鋁的外層會形成一個保 護膜 ，這是兩者親和力很強而造成的 ，這種保護膜可 以有效 的防止鋁進一步 的被氧化 ，雖然這層 保護膜很薄 ，但是 已經可 以阻止大氣 中的氧 對其繼續 的腐蝕 ，同時保護膜不但非常的緻密且非常牢固 。雖然純鋁 的強度很低 ，但其有很好的塑性。若想提高純鋁的強度，不能進行熱處理 ，唯一 可行 的辦法就是冷變形 ，只有經過冷變形強化之後 的鋁 ，其強度才能夠提高，但同時塑性也將會隨之下降。

在鋁中還可以融人其它的元素 ，例如銅、硅、鎂、鋅 、錳等，這樣就形成了以鋁為基礎的鋁合金。鋁合金不但在航空領域、工業領域甚至生活 中都 是常見 、易用的材料 ，因為鋁合金 的強度 要遠遠大 於純鋁，並且耐腐蝕性非常理想 ，同時其工藝性也得到了很好的體現，所以應用 非常的廣泛 。

a．防鏽鋁合金。防鏽鋁合金只能通過冷變形進行強度的提供 ，因為它不屬於熱處理範疇內能強化的變形鋁合金。它之所以成為防鏽鋁合金，是應用其具有良好的抗腐蝕性，具有良好的塑性及強度。防鏽鋁合金的這些特點，使其在導管、防鏽蒙皮 、油箱 、油罐及各種容器中得到了廣泛 的應用 。

b．硬鋁合金 。硬鋁合金之所 以被成為硬鋁 ，與其具有 的高強度 的特性是分不開 的。在經過實效與 固溶處理後 ，這類鋁合金獲得 的強度是非常大 的。它 主要應用在機械製造 中等強度的零件 與構件 ，在航空工業 的應用 中也被作為受力結構件得到了廣泛 的應用 。但其也有一定 的缺 陷 ，硬鋁合金的耐腐蝕性較差 ，在使用中，常常要在其表面覆蓋純鋁後方能使用。

c．超硬鋁合金。強硬鋁合金的耐腐性也比較差，但強度比硬鋁高，是在硬鋁的基礎上加入鋅後形成的一種非金屬材料。超硬鋁之所以是強度最高的鋁合金 ，是在進行了固溶處理和人工時效後獲得的。由於其超強的硬度，固被廣泛應用在製造受力比較強的高負載零件及受力強的重要構件上，如飛機活塞、桁架、起落架、螺旋槳葉片、大梁等。

d．鍛鋁合金。鍛鋁合金大多屬於 Al—cu—Mg—si系合金。力學性能與硬鋁相近，但由於熱塑性較好，因此主要採用鍛壓成形，可用於製造各種形狀較複雜的零件。在城市軌道交通方面，變形鋁合金廣泛應用於製造地鐵車輛車體，實現了地鐵車輛強度和輕量化的結合。如 日本的東北 、上越新幹線、上海明珠二線都採用了鋁合金地鐵車體，選用的鋁合金有 Al—Mg系 、A1-Mg—Si系 和 Al—Zn—Mg系 ，選用 的鋁合金 牌號 有 5083、7003等。

以鋁為基礎製造出來的合金被稱為鑄造鋁合金。壓力與變形鋁合金鑄造鋁合金的合金元素，具有良好的鑄造性能 ，較高的質量分數 ，但塑性和韌性較差 ，無法對其進行壓力加工的處理 。

純銅沒有 磁性 ，也不 具有 同素異構 的轉變特性 ，具有 面心立方晶格及非常高的耐蝕性 、導 電性和 良好的導熱性 。純銅 的硬度不高 ，抗拉 的強度也很低 ，它具有 良好 的塑性 ，可 以很 方便 的進行 壓力加工 。純銅的輕度可以通過冷 塑性來改 變 ，不過在獲得改變 的同時也降低 了其 自身的塑性 。

以化學成分來區分，銅合金可以劃分為黃銅、白銅和青銅三個類別，黃銅中是以鋅元素主的銅合金 ，白銅是以鎳元素為主的一種銅合金，而青銅是前兩個類別之外的銅合金。

黃銅按成分特點 ，分為普通 黃銅和特殊黃銅 兩類 ；按加工方 法的不同，黃銅又可分為壓力加工黃銅與鑄造黃銅兩類。普通黃銅為銅鋅二元合金 ；在銅鋅合 金中加入其他元素形成 特殊黃銅 ，如鉛 黃銅 、錳黃銅 、鋁黃銅等 。普通 黃銅是 Cu—zn合金 ，其牌 號用 “H+數 字表示 ”表示 ，“H”是 “黃”字 漢語 拼音 字首 ，數字 表示平均銅 的平均 質量分數 。黃銅 中當鋅的平均質量分數小於 39%時 ，鋅能全部溶 於銅中形成單相固溶體組織。平均質量分數的增加讓鋅表現出了顯着增 強的 固溶強化效果 ，增加 了黃銅 的強度與硬度 ，其塑性 同時仍 能保持 良好 。這種單相 的黃銅 ，由於其 良好的塑性 冷成形變形 。當鋅 的比平均質量分數超過 45%的時候 ，黃銅則會表現 出強度 和塑性 的急劇下 降，正是基 於此 ，所 以很少在生產 中使用。

白銅有特殊白銅與普通 白銅之分。銅鎳二元合金是普通 白銅 ，在銅鎳二元合金中加入其他特殊的元素就形成了特殊白銅。如鐵白銅 、鋅 白銅 、錳 白鋼等。青銅按成分特點來劃分可以歸為兩類無錫青銅與錫青銅 ，按其加工方法的差異，青銅有可以劃分為兩大類：鑄造青銅及加工青銅。錫青銅是以錫元素為青銅。無錫青銅包括硅青銅、鋁青銅 、錳青銅等 ，是 以硅 、鋁 、錳等元素對 錫進行替代而形成的。青銅的應 用極其廣泛 ，尤其在海水及高温條件下工作 的高耐力與高強度 的耐磨 、耐損耗的零 件得 到了最為廣泛 的應用 ^[1]  。